Тема 2. Апаратна складова обчислювальної системи

1. Склад обчислювальної системи.

Науково-технічні досягнення ХХ століття показали можливість автоматизації робіт з даним за рахунок використання не механічних , а електронних пристроїв. Це дозволило підвищити їх надійність та продуктивність. Характерною їх відмінністю від механічних пристроїв є те, що вони реєструють не переміщення елементів конструкції, а їх стани. Для електронних пристроїв кількість зручних станів, що розрізняються, два: заряджено – розряджено, ; є сигнал – немає сигналу, тощо. Це надає зручність опрацювання даних, поданих у двійковій системі числення. Перевагою двійкової системи є те, що вона дозволяє кодувати не лише числа, але й графічні зображення, текст, музику. Тому сучасний комп’ютер може не лише проводити обчислення, але й здійснювати різноманітні операції з даними, що мають саму різноманітну форму подання. Сукупність пристроїв, призначених для автоматизації опрацювання даних, називають обчислювальною технікою. Конкретний набір програмно-апаратних пристроїв, призначених для виконання певного класу завдань, називають обчислювальною системою. Центральним пристроєм обчислювальної системи, як правило, є комп’ютер.

В сучасному розумінні, комп’ютер – це універсальний електронний пристрій, призначений для автоматизації накопичення, збереження, опрацювання, передачі та відтворення даних.

Однак було б хибним вважати, що комп’ютер проводить лише обчислення. Враховуючи розширення сфери застосування засобів обчислювальної техніки в практичній діяльності людини, необхідність опрацювання великих об’ємів інформації за досить нетривалий час, збільшення потужностей комп’ютерів та розвиток телекомунікацій, комп’ютери все частіше використовуються як засоби накопичення інформації. Основними завданнями, що вирішуються при цьому, є впорядкування інформації, пошук та фільтрація даних.

Склад обчислювальної системи називається конфігурацією. Апаратні та програмні засоби обчислювальної системи розглядаються окремо. Тому розрізняють апаратну на програмну конфігурацію. Такий поділ для інформатики є істотним, тому що часто розв’язання одних і тих же завдань може забезпечуватись як апаратними, так і програмними засобами. Критерієм вибору того чи іншого засобу є його ефективність та продуктивність.

Структурно комп’ютер складається з чотирьох основних пристроїв відповідно до тих завдань, які він вирішує при опрацюванні даних ( рис. 2.1)

Пристрої вводу призначені для вводу (накопичення) інформації та управління роботою комп’ютера користувачем. До цих пристроїв відносяться: клавіатура, маніпулятор миша, сканер, джойстик.

Пристрої виводу призначені для виводу інформації з метою візуального спостереження за роботою комп’ютера та створення твердих копій документів. До них належать монітор, принтер (друкуючий пристрій), плоттер.

Запам’ятовуючі пристрої призначені для збереження інформації, як тривалого, так і тимчасового, на час їх опрацювання комп’ютером. Пам’ять поділяють на внутрішню та зовнішню. Внутрішня призначена для збереження інформації під час роботи комп’ютера. Сюди відносять оперативну, постійну, кеш та CMOS-пам’ять. Вміст цієї пам’яті, як правило, зберігається лише при увімкненому живленні. Зовнішня пам’ять призначена для тривалого збереження інформації незалежно від того, чи є живлення. Для зовнішньої пам’яті розрізнять пристрої пам’яті (накопичувачі) та носії даних (дискети, диски, магнітні стрічки, лазерні диски, тощо). Пристрій опрацювання інформації здійснює її переробку та загальне управління роботою всіх інших пристроїв. Цим пристроєм є процесор.

Фізично кожен елемент структурної схеми складається з різноманітних пристроїв. Сучасні комп’ютери мають блочно-модульну конструкцію: апаратну конфігурацію, необхідну для виконання певних робіт, можна складати з готових вузлів та блоків.

Головним пристроєм комп’ютера є центральний процесор. Він і виконує основні операції по опрацюванню даних та управління роботою інших пристроїв. По способу розташування пристроїв відносно процесора їх поділяють на внутрішні та зовнішні (периферійні). До внутрішніх відносіть деякі види пам’яті. Зовнішніми є пристрої вводу-виводу інформації, пристрої для її тривалого збереження. Узгодженість роботи окремих пристроїв здійснюють апаратні інтерфейси. Їх поділяють на послідовні та паралельні. Через послідовний інтерфейс дані передаються по одному біту. Вони прості за будовою, не вимагають синхронізації роботи передавальника та приймальника даних. Однак пропускна здатність їх менша, а коефіцієнт корисної дії нижчий. Їх використовують для підключення “повільних” пристроїв - наприклад, різноманітних датчиків.

Паралельні інтерфейси мають більш складну будову, але більш високу продуктивність. Їх застосовують там, де потрібна висока швидкість передачі даних (наприклад, для друкуючого пристрою). Дані передаються байтами.

Програмне забезпечення являє собою сукупність програм, призначених для розв’язання завдань на комп’ютері. Програма – це впорядкований набір команд. Програмне та апаратне забезпечення працюють взаємопов’язано і в неперервній взаємодії. Будь-який апаратний пристрій управляється програмно.

Програмне забезпечення можна поділити на три класи : системне, прикладне та інструментальне. Наведена класифікація є досить умовною. Інтеграція програмного забезпечення призвела до того, що практично будь-яка програма має риси кожного класу.

Системне програмне забезпечення здійснює управління роботою обчислювальної системи. Як правило, системні програми забезпечують взаємодію інших програм з апаратними складовими, організацію інтерфейсу користувача. Сюди відносять операційні системи, сервісні системи.

Прикладне програмне забезпечення призначене для розв’язання прикладних завдань фахової діяльності людини (тобто, прикладене до практики). Спектр таких програм надзвичайно широкий: від виробничих та наукових до навчальних та розважальних. Сюди відносять розрахункові, навчаючі, моделюючі програми, комп’ютерні ігри, тощо.

Інструментальне програмне забезпечення призначене для розробки всіх видів інформаційно-програмного забезпечення. При цьому під інформаційним забезпеченням розуміють сукупність попередньо підготовлених даних, необхідних для роботи програмного забезпечення. Наприклад, будь-яка сучасна програма має вбудовану довідку для роботи з цією програмою. Файл довідки являє собою інформаційне забезпечення. До інструментального програмного забезпечення відносять: редактори (текстові, графічні, музичні), системи табличної обробки даних (табличні процесори), системи управління базами даних, транслятори мов програмування, інтегровані системи діло виробництва, тощо.