Вычислительные системы

временем доступа  к данным;

скоростью чтения и записи данных.

Время доступа  к данным это среднее время, которое  компьютер тратит на поиск нужного  участка на диске. Заметим, что это  время складывается из времени. Затрачиваемого самим дисководом, а также контролером, шиной, микропроцессором.

Первый раздел С: жесткого диска как правило используется для хранения программ операционной системы (ОС). При включении питания в процедуре начальной загрузки микропроцессор в поиске программ ОС всегда сначала обращается к гибкому диску А:, и если не обнаруживает там дискеты, к диску С.

Мониторы. Предназначены для вывода на экран текстовой и графической информации. Мониторы бывают монохромными и цветными, могут работать в текстовом и графическом режимах.

В текстовом  режиме экран монитора условно разбивается  на 25 строк и 80 столбцов.

В графическом  режиме экран монитора имеет точечную (пиксельную) структуру, с 1024 на 768 точек  на экране (возможен режим 800 на 600).

Связующим звеном между монитором и процессором  является видеопамять адаптера монитора, в которой для каждой точки (пиксела) экрана хранится цвети яркость. Схематично процесс развертывания изображения на экране монитора можно представить следующим образом. Монитор непрерывно сканирует видеопамять видеоадаптера (аналог телевизионной развертке) и выводит изображение на экран не занимая время процессора и оперативной памяти на эти операции. При необходимости процессор прерывает этот процесс и изменяет содержимое некоторой части видеопамяти (частичное изменение изображения). Тем самым обеспечивается как эффективное использование процессора, оперативной памяти, так и практически незаметное для пользователя мерцание экрана при записи в видеопамять.

Клавиатура. Средство ввода информации. Содержит группу клавиш для ввода управляющей  информации – функциональные клавиши, и собственно информационные клавиши. Функциональное назначение наиболее используемых функциональных клавиш:

Shift – временное на момент удержания клавиши переключение с прописных букв на заглавные;

Caps Lock – переключение с прописных букв на заглавные;

Enter –завершение ввода фрагмента, перевод строки;

BackSpace – удаление символа) слева от курсора (перемещение курсора влево на одну позицию);

Del – удаление символа справа от курсора;

Ins – переключение с режима вставки символов на режим замещения символов при вводе и обратно;

Esc – отмена управляющего действия, выход из некоторой ситуации.

Управление курсором , перемещение по текущей строке Home (начало) End(конец), перемещение по странице (абзацу) PgUp вверх, PgDn вниз.

Функциональное  назначение наиболее используемых функциональных клавиш и их комбинаций:

Ctrl-Alt-Del – вызывает процедуру начальной загрузки компьютера;

Ctrl-Shift Ctrl-Alt – переключение на русский (английский) алфавит;

Ctrl-Break – прерывание выполнения задачи.

Принтеры. Предназначены  для вывода информации на бумажные носители.

Матричные принтеры наиболее простые и дешевые. Главный  элемент – печатающая головка, содержащая матрицу тонких металлических стержней (от 9 до 48). Стержни выдвигаются из головки в соответствии с печатаемым знаком. Головка движется вдоль печатаемой строки и в нужной позиции ударяет  по бумаге через красящую ленту, печатая  необходимый знак. Средняя скорость печати 30 секунд на страницу (текст, символы) и до 5 минут при печати графики..

Струйные принтеры. В этих принтерах изображение  формируется микрокаплями специальных чернил, выдуваемых через микросопла на бумагу. Обеспечивают лучшее в сравнении с матричными качество печати. Особенно удобны при цветной печати. Разрешающая способность – до 600 точек на дюйм. Скорость печати соизмерима со скоростью матричных принтеров.

Лазерные принтеры обеспечивают наилучшее качество печати. В этих принтерах для печати используется принцип ксерографии: изображение  переносится на бумагу со специального барабана, к которому электрически притягиваются частички краски. Барабан  электризуется с помощью лазера в соответствии с печатаемым изображением. Разрешающая способность может  превышать 600 точек на дюйм. Скорость печати 5 секунд на страницу вне зависимости  от вида изображения. Заметим, что лазерный принтер содержит внутреннюю память для хранения загружаемых в принтер  шрифтов, символов, а также, изображений.

Устройства для  чтения компакт-дисков (CD-ROM). Информация на компакт-дисках кодируется посредством  чередования отражающих и не отражающих свет участков на поверхности (подложке) диска. Подложка выполняется из золота, а изображение наносится лучем лазера. Прозрачное покрытие защищает подложку от механических повреждений.

Скорость считывания информации с CD дисков значительно  ниже, чем с жестких дисков. Однако в силу надежности и способности  хранить500-600 М байт информации они  нашли очень широкое распространение  для хранения эталонов пакетов системных  программ, информационных и мультимедиа  энциклопедий и т.д.

Диски CD-ROM позволяют  производить только считывание информации.

Их модификация CD-R (recordable)позволяет перезаписывать информацию.

Магнитооптические диски. Сочетают преимущества магнитной  и оптической технологий: информация хранится на магнитном носителе, защищенном прозрачной пленкой. Чтение и запись осуществляются лучом лазера. Средняя  емкость магнитооптической дискеты 256 Мбайт, а размеры как у обычной 3.5 дюймовой дискеты.

Мышь. Используется для работы с графическим экраном  практически всех приложений и системных  программ. Обычно одно нажатие (click) на левую кнопку мыши позволяет выделить объект на экране. Два последовательных быстрых нажатия вызывают объект на выполнение. Правая кнопка мыши вызывает мини меню сервиса, которое позволяет выполнять типовые операции на выделенном объекте (копирование, удаление, вывод свойств объекта и т.д..

Модем. Устройство, обеспечивающее обмен с другими  компьютерами через телефонную сеть. Характеризуются скоростью передачи данных (14.4 и более бод в секунду (1 бод=1 бит), а также средствами исправления ошибок (стандарты V42bis или MNP). Факс-модем кроме всех возможностей обычного модема позволяет компьютеру обмениваться факсимильными изображениями с обычными офисными факсами (как передавать, так и принимать изображения)

Графопостроитель (плоттер). Обеспечивает вывод крупноформатных  чертежей. Плоттеры бывают барабанного  типа (работают с рулоном бумаги), или планшетного типа (лист бумаги и планшетное перо). Обычно используются в системах автоматизированного  проектирования для вывода конструкторской  и проектной документации.

Сканер. Считывает  графическую и текстовую информацию в компьютер. При вводе текстов  сервисные программы позволяют  распознать текст и преобразовать  его в стандартный компактный текстовый формат. Сканеры отличаются разрешающей способностью, форматом сканируемого изображения, количеством  воспринимаемых цветов.

Аудиоплата. Вместе с колонками и микрофоном обеспечивает ввод – вывод звука. Специальные программы позволяют редактировать звуковые (речевые) сигналы.

Трекбол. Встроенный манипулятор в форме шара, выполняющий  в переносных персональных компьютерах  роль мыши.

Сетевой адаптер. Позволяет подключать компьютер  в сеть. Обеспечивает доступ к данным и программам других компьютеров  сети.

Наибольшие архитектурные  изменения произошли в машинах  третьего поколения, в ВС построенных на ИС. В этом поколении можно выделить ряд существенных признаков. 

По элементной базе - переход от дискретных полупроводниковых  элементов к интегральным схемам (ИС). Это уменьшило габариты, энергоемкость, повысило надежность ВС.

По структуре  данных и команд - переход к стандартным  структурам: байт (6, в дальнейшем 8 бит); полуслово (16 бит, 2 байта); слово (32 бит, 4 байта); двойное слово (64 бит, 8 байт). В ВС введено несколько форматов команд, имеющих в целом побайтовую структуру.

В центральном  процессоре введена система прерывания.

Все управление ВС автоматизировано, верхний уровень  автоматизации осуществляет комплекс программ, объединенный в операционную систему (ОС). ОС является неотъемлемой частью ВС, без которой она работать не может. Пользователь общается с ВС через ОС, которая синхронизирует работу аппаратной части ВС через  систему прерываний и таймер - электронные  часы.

ВС работает в многопрограммном режиме работы.

Усилена иерархия памяти; ОЗУ делится на блоки с  независимыми системами управления, могущие работать одновременно, в  процессоре появляются элементы ограниченной сверхбыстродействующей памяти на электронных  регистрах. Ячеечная структура ОЗУ  дополняется более крупным структурным  объединением - страницей, сегментом.

Значительно расширена  номенклатура и число периферийных устройств и устройств внешней  памяти, в том числе вводятся в  качестве основного устройства внешней  памяти магнитные диски НМД (накопители на магнитных дисках).

Несколько моделей  одной архитектуры, отличающихся производительностью, но программно совместимых "снизу вверх" с совместимыми для всех моделей периферийными и внешними запоминающими устройствами, объединены в одно семейство (ряд).

Введены специальные  периферийные процессоры (каналы) для  управления ВЗУ и периферией.

Ядром ВС 3-го поколения  является центральный процессор (ЦП). Схема его усложнилась. Он является уже не единственным процессором, а  центральным процессором всей ВС. На рис. 4.1 показана логическая структура  ЦП. Видна четко прослеживаемая интеграция в понятие ЦП совокупности свойств блоков АУ и УУ, рассматриваемых на предыдущей лекции. 

Для работы с  различными типами данных, АУ центрального процессора содержит блоки дополнительного  оборудования, обеспечивающих работу с различными форматами данных (числа  с плавающей или фиксированной  запятой, целые числа). На рис. 4.1 это  показано несколькими типами АУ. Соответственно расширяется и состав машинных команд, т.е. функции УУ. Для быстрого запоминания  и повторного использования промежуточных  результатов, индексации адресов в  командах, быстрого запоминания текущего состояния ВС, для возможности  временного переключения на программы  и возвращения затем к прерванной программе ЦП снабжается небольшим  количеством быстрых регистров, которые составляют сверхоперативную память. При этом ЦП приобретает  некоторую автономность и короткие программы, главным образом управляющего плана, может выполнять, не обращаясь  к ОЗУ.

Весьма важной частью ВС, обеспечивающей многопрограммность ее работы, является система прерывания программы. Система прерываний реализуется программно и аппаратно. Ее программные блоки в основном входят в ОС. Назначение системы прерывания состоит в том, что если по ходу работы ВС возникает необходимость выполнить срочную работу, не входящую в выполняемую в этот момент программу, то выполнение программы приостанавливается, включается подпрограмма требуемой работы и после ее выполнения вновь восстанавливается работа прерванной программы. Для этого при прерывании основной программы состояние всех основных регистров, в том числе и следующей команды основной программы, запоминается. После этого управление передается подпрограмме ОС, обрабатывающей прерывание. В конце подпрограммы ОС помещены команды, восстанавливающие состояние ВС перед прерыванием, и последней командой управление вновь передается основной программе. По сути, организация взаимодействия основной программы и подпрограммы обработки прерывания не отличается от организации обращения к библиотечной подпрограмме и выхода из нее. Только в случае библиотечной подпрограммы инициатива исходит от основной программы, а при прерывании - от аппаратно (или программно) выставляемого сигнала прерывания. 

Прерывания делятся  на внутренние и внешние. Внешние прерывания поступают от периферийных устройств, периферийных процессоров, таймера и пультовой машины на внешний регистр прерывания и, как правило, фиксируют статус внешнего устройства, например, завершение обмена с ВУ. Внутренние сигналы прерывания вырабатываются при возникновении аппаратных сбоев внутри процессора, при программных ошибках и в ряде специальных случаев. К конкретным причинам внутренних прерываний относятся: запрещенные команды в различных режимах, некомандный тег на РК, экстракод, переполнение сумматора АУ, ошибки памяти, совпадение адреса записи или чтения в Р+А с заданным и т.д. и т.п. Сигналы внутреннего прерывания имеют приоритет перед сигналами внешнего прерывания и блокируют дальнейшее выполнение программы Схемы, фиксирующие сбой/ошибку/статус устанавливают соответствующие разряды регистра внутренних или внешних прерываний в состояние "1".