Учебное пособие Часть 1 основы персонального компьютера. Операционные системы
| Вид материала | Учебное пособие |
- Экзаменационные вопросы, 789.33kb.
- Учебное пособие Житомир 2001 удк 33: 007. Основы экономической кибернетики. Учебное, 3745.06kb.
- 7: Периферийные устройства персонального компьютера, 168.56kb.
- И в свет разрешаю на основании «Единых правил», п 14 Заместитель первого проректора, 1301.38kb.
- Тема: «Программные принципы работы компьютера. Оперирование компьютерными информационными, 240.39kb.
- Учебное пособие Издательство Тюменского государственного университета 2009, 3017.16kb.
- Лабораторная работа №4 видеоподсистема теоретическая часть, 142.44kb.
- М. С. Тарков введение в операционные системы учебное пособие, 1312.59kb.
- А. В. Яковлев Операционные системы и системное программирование Раздел Операционная, 1847.03kb.
- Архитектура персонального компьютера, 124.05kb.
ВВЕДЕНИЕ
Современный мир нельзя представить без компьютеров, они повсюду: на наших рабочих столах дома и в офисе, на заводах, в автомобилях, в бытовой технике и так далее. Отсутствие навыков работы на компьютере резко снижает стоимость человека как работника и сужает перечень доступных профессий (вакансий). Именно поэтому дисциплину Информатика, можно считать наиважнейшей в современном образовании.
Коренное отличие информатики от других технических дисциплин, изучаемых в высшей школе, состоит в том, что ее предмет изучения меняется ускоренными темпами. Сегодня количество компьютеров в мире удваивается в среднем каждые три года. При этом каждая вычислительная система по-своему уникальна. Найти две системы с одинаковыми аппаратными и программными конфигурациями весьма сложно, и потому для эффективной эксплуатации вычислительной техники от специалистов требуется достаточно широкий уровень знаний и практических навыков.
Вместе с тем, в количественном отношении темп численного роста вычислительных систем заметно превышает темп подготовки специалистов, способных эффективно работать с ними. При этом в среднем один раз в полтора года удваиваются основные технические параметры аппаратных средств, один раз в два-три года меняются поколения программного обеспечения, и один раз в пять-семь лет меняется база стандартов, интерфейсов и протоколов.
С момента появления на свет персональных компьютеров (ПК), начиная с середины 1970-х годов, в мире создано множество видов этих устройств. Однако сейчас подавляющее большинство ПК относится к типу «IBM PC – совместимых». Фирма IBM – создатель первого в мире подлинно массового ПК. И, хотя она утратила господство в этой области, ее главная заслуга – в выработке и утверждении единого стандарта на основные части компьютера – комплектующие. IBM сделала открытой архитектуру своих ПК. Современный IBM-совместимый компьютер похож на детский конструктор типа «сделай сам»: комплектующие устройства ПК можно свободно поменять на другие такого же типа, но более совершенные, от других фирм производителей. Благодаря этому становятся возможными две вещи – быстрая сборка компьютера непосредственно «под клиента», а также простая модернизация компьютера.
Сегодня уже нет ни одной детали, которая не была бы представлена четырьмя-пятью фирмами одновременно. Даже основа основ – процессоры выпускаются сегодня не только знаменитой на весь мир корпорацией Intel, но и другими фирмами AMD, Cyrix, IDT и др.
Таким образом, кардинальным отличием информатики от других технических дисциплин является тот факт, что ее предметная область изменяется чрезвычайно динамично.
Общая структура учебного пособия выглядит следующим образом.
Гл. 1 посвящена истории развития средств вычислительной техники. Здесь же представлены методы и виды классификации ПК.
В гл. 2 подробно рассмотрены устройства, образующие базовую аппаратную конфигурацию ПК: системный блок, монитор, клавиатура и мышь.
В гл. 3 рассказывается о внешних дополнительных устройствах ПК. Дана их классификация и приведены примеры.
В гл. 4 дан обзор наиболее популярных в настоящее время операционных систем, таких как Unix, Linux и семейство ОС Windows.
Гл. 5 посвящена основам работы в ОС Windows XP и, по сути, представляет собой практическое руководство для начинающих пользователей ПК.
И, наконец, в гл. 6 обсуждаются перспективы развития компьютерной индустрии на современном этапе.
Исходя из структуры и содержания учебного пособия, автор надеется на то, что оно будет полезно как студентам вузов, изучающих информатику как самостоятельную дисциплину, так и преподавателям, осуществляющим теоретическую и практическую подготовку студентов по дисциплине «Информатика».
1. ИСТория развития средств вычислительной техники
Изыскание средств и методов механизации и автоматизации работ – одна из основных задач технических дисциплин. Автоматизация работ с данными имеет свои особенности и отличия от автоматизации других типов работ. Для этого класса задач используют особые виды устройств, большинство из которых являются электронными приборами. Совокупность устройств, предназначенных для автоматической или автоматизированной обработки данных, называют вычислительной техникой. Конкретный набор взаимодействующих между собой устройств и программ, предназначенный для обслуживания одного рабочего участка, называют вычислительной системой. Центральным устройством большинства вычислительных систем является компьютер, который предназначен для автоматизации создания, хранения, обработки и транспортировки данных.
В определении компьютера, как устройства, определяющим признаком является – электронный. Однако автоматические вычисления не всегда производились электронными устройствами. Известны и механические устройства, способные выполнять расчеты автоматически.
Анализируя раннюю историю вычислительной техники, некоторые зарубежные исследователи нередко в качестве древнего предшественника компьютера называют механическое счетное устройство абак. Подход «от абака» свидетельствует о глубоком методическом заблуждении, поскольку абак не обладает свойством автоматического выполнения вычислений, а для компьютера оно является определяющим.
Абак – наиболее раннее счетное механическое устройство, первоначально представлявшее собой глиняную пластину с желобами, в которых раскладывались камни, представляющие числа. Появление абака относят к четвертому тысячелетию до н. э. Местом появления считается Азия. В средние века в Европе абак сменился разграфленными таблицами. Вычисления с их помощью называли счетом на линиях, а в России в XVI–XVII веках, появилось намного более передовое изобретение, применяющееся и поныне – русские счеты.
В то же время нам хорошо знаком другой прибор, способный автоматически выполнять вычисления, – это часы. Независимо от принципа действия, все виды часов (песочные, водяные, механические, электрические, электронные и др.) обладают способностью генерировать через равные промежутки времени перемещения или сигналы и регистрировать возникающие при этом изменения, то есть выполнять автоматическое суммирование сигналов или перемещений. Этот принцип прослеживается даже в солнечных часах, содержащих только устройство регистрации (роль генератора выполняет система Земля – Солнце).
Механические часы – прибор, состоящий из устройства, автоматически выполняющего перемещения через равные заданные интервалы времени и устройства регистрации этих перемещений. Место появления первых механических часов неизвестно. Наиболее ранние образцы относятся к XIV веку и принадлежат монастырям (башенные часы).
В основе любого современного компьютера, как и в электронных часах, лежит тактовый генератор, вырабатывающий через равные интервалы времени электрические сигналы, которые используются для приведения в действие всех устройств компьютерной системы. Управление компьютером фактически сводится к управлению распределением сигналов между устройствами. Такое управление может производиться автоматически (в этом случае говорят о программном управлении) или вручную с помощью внешних органов управления – кнопок, переключателей, перемычек и т. п. (в ранних моделях). В современных компьютерах внешнее управление в значительной степени автоматизировано с помощью специальных аппаратно-логических интерфейсов, к которым подключаются устройства управления и ввода данных (клавиатура, мышь, джойстик и другие). В отличие от программного управления такое управление называют интерактивным.
1.1. Механические первоисточники
Первое в мире автоматическое устройство для выполнения операции сложения было создано на базе механических часов. В 1623 году его разработал Вильгельм Шикард, профессор кафедры восточных языков в университете Тьюбингена (Германия). В наши дни рабочая модель устройства была воспроизведена по чертежам и подтвердила свою работоспособность. Сам изобретатель в письмах называл машину «суммирующими часами».
Одна из первых моделей вычисляющего устройства была построена Блезом Паскалем (1623–1662 гг.) в 1642 году. Но ранние версии устройства не удовлетворили создателя, и в 1645 году появился окончательный вариант – первый в мире механический калькулятор, выпускавшийся серийно (главным образом для нужд парижских ростовщиков и менял). Машина имела 6 десятичных разрядов и два дополнительных, один поделенный на 20 частей, другой на 12. Данная машина создавалась для подсчета налогов, поэтому дополнительные разряды соответствовали соотношению денежных единиц (1 су = 1/20 ливра, 1 денье = 1/12 су). Ключевыми в изобретении Паскаля были два момента. Первый - механизм автоматического переноса десятков, который дожил до эпохи арифмометров класса «Феликс». Второй - необычная операция вычитания. Колеса устройства позволяли только складывать, поэтому вычитание Паскаль заменил сложением с десятичным дополнением. Например, для того чтобы вычесть из 345 число 18, машина проделывала следующее: 345 + + 999982 = 1000327. Но поскольку у машины всего 6 десятичных разрядов, то первая единица отбрасывается, и получаем 327. Подобный метод вычитания реализован и в современных компьютерах с их двоичной системой.
В 1673 году немецкий математик и философ Г.В.Лейбниц (1646–1717гг.) создал механический калькулятор, который мог выполнять операции умножения и деления путем многократного повторения операций сложения и вычитания.
На протяжении XVIII века, известного как эпоха Просвещения, появились новые, более совершенные модели, но принцип механического управления вычислительными операциями оставался тем же. Идея программирования вычислительных операций пришла из той же часовой промышленности. Старинные монастырские башенные часы были настроены так, чтобы в заданное время включать механизм, связанный с системой колоколов. Такое программирование было жестким - одна и та же операция выполнялась в одно и то же время.
Идея гибкого программирования механических устройств с помощью перфорированной бумажной ленты впервые была реализована в 1804 году в ткацком станке Жаккарда, после чего оставался только один шаг до программного управления вычислительными операциями.
Этот шаг был сделан выдающимся английским математиком и изобретателем Чарльзом Бэббиджем (1792–1871 гг.) в его Аналитической машине. Однако и Бэббидж и Паскаль столкнулись с одной и той же проблемой: недостаточно развитой технологией для создания точных деталей машины. Поэтому, к сожалению, она так и не была до конца построена изобретателем при жизни, но была воспроизведена в наши дни по его чертежам, так что сегодня мы вправе говорить об Аналитической машине, как о реально существующем устройстве. Особенностью Аналитической машины стало то, что здесь впервые был реализован принцип разделения информации на команды и данные. Аналитическая машина содержала два крупных узла – «склад» и «мельницу». Данные вводились в механическую память «склада» путем установки блоков шестерен, а потом обрабатывались в «мельнице» с использованием команд, которые вводились с перфорированных карт, как в ткацком станке Жаккарда.
Исследователи творчества Чарльза Бэббиджа непременно отмечают особую роль в разработке проекта Аналитической машины графини Огасты Ады Лавлейс (1815–1852 гг.), дочери известного поэта лорда Байрона. Именно ей принадлежала идея использования перфорированных карт для программирования вычислительных операций (1843 г.). В частности, в одном из писем она писала: «Аналитическая машина точно так же плетет алгебраические узоры, как ткацкий станок воспроизводит цветы и листья». Леди Аду можно с полным основанием назвать самым первым в мире программистом. Сегодня ее именем назван один из известных языков программирования.
Разработанные Бэбиджем принципы создания ЭВМ были доработаны и сегодня известны как принципы фон Неймана. Любая вычислительная машина должна:
- иметь арифметико-логическое устройство, которое, собственно, и перерабатывает информацию;
- обладать памятью для хранения исходных и переработанных данных;
- иметь устройства ввода-вывода информации;
- управляться программой, то есть строгой последовательностью действий обработки исходной информации.
1.2. Математические первоисточники
Если мы задумаемся над тем, с какими объектами работали первые механические предшественники современного электронного компьютера, то должны признать, что числа представлялись либо в виде линейных перемещений цепных и реечных механизмов, либо в виде угловых перемещений зубчатых и рычажных механизмов. И в том и в другом случае это были перемещения, что не могло не сказываться на габаритах устройств и на скорости их работы. Только переход от регистрации перемещений к регистрации сигналов позволил значительно снизить габариты и повысить быстродействие. Однако на пути к этому достижению потребовалось ввести еще несколько важных принципов и понятий.
1.2.1. Двоичная система Лейбница
В механических устройствах зубчатые колеса могут иметь достаточно много фиксированных и, главное, различимых между собой положений. Количество таких положений, по крайней мере, равно числу зубьев шестерни. В электрических и электронных устройствах речь идет не о регистрации положений элементов конструкции, а о регистрации состояний элементов устройства. Таких устойчивых и различимых состояний всего два: включен-выключен; открыт-закрыт; заряжен-разряжен и т.п. Поэтому традиционная десятичная система, использованная в механических калькуляторах, неудобна для электронных вычислительных устройств.
Возможность представления любых чисел (да и не только чисел) двоичными цифрами впервые была предложена Готфридом Вильгельмом Лейбницем в 1666 году. Он пришел к двоичной системе счисления, занимаясь исследованиями философской концепции единства и борьбы противоположностей. Попытка представить мироздание в виде непрерывного взаимодействия двух начал («черного» и «белого», мужского и женского, добра и зла) и применить к его изучению методы «чистой» математики подтолкнули Лейбница к изучению свойств двоичного представления данных с помощью нулей и единиц. Надо сказать, что Лейбницу уже тогда приходила в голову мысль о возможности использования двоичной системы в вычислительном устройстве, но, поскольку для механических устройств в этом не было никакой необходимости, он не стал использовать в своем калькуляторе (1673 г.) принципы двоичной системы.
1.2.2. Математическая логика Джорджа Буля
Говоря о творчестве Джорджа Буля, исследователи истории вычислительной техники непременно подчеркивают, что этот выдающийся английский ученый первой половины XIX века был самоучкой. Возможно, именно благодаря отсутствию «классического» (в понимании того времени) образования, Джордж Буль внес в логику, как в науку, революционные изменения.
Занимаясь исследованием законов мышления, он применил в логике систему формальных обозначений и правил, близкую к математической. Впоследствии эту систему назвали логической алгеброй или булевой алгеброй. Правила этой системы применимы к самым разнообразным объектам и их группам (множествам, по терминологии автора). Основное назначение системы, по замыслу Дж. Буля, состояло в том, чтобы кодировать логические высказывания и сводить структуры логических умозаключений к простым выражениям, близким по форме к математическим формулам. Результатом формального расчета логического выражения является одно из двух логических значений: истина или ложь.
Значение логической алгебры долгое время игнорировалось, поскольку ее приемы и методы не содержали практической пользы для науки и техники того времени. Однако, когда появилась принципиальная возможность создания средств вычислительной техники на электронной базе, операции, введенные Булем, оказались весьма полезны. Они изначально ориентированы на работу только с двумя сущностями: истина и ложь. Нетрудно понять, как они пригодились для работы с двоичным кодом, который в современных компьютерах тоже представляется всего двумя сигналами: ноль и единица.
Не вся система Джорджа Буля (как и не все предложенные им логические операции) были использованы при создании электронных вычислительных машин, но четыре основные операции (см. рис. 1.1): И (пересечение), ИЛИ (объединение), НЕ (обращение) и ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ – лежат в основе работы всех видов процессоров современных компьютеров.
Рис. 1.1. Основные операции логической алгебры
1.3. От больших ЭВМ до микрокомпьютеров
Совершенствование производственных технологий привело к тому, что в 1931 году американский математик, электроинженер и крупный научный администратор Ванневар Буш (1890–1974 гг.) построил первое из серии устройств, которые он называл «дифференциальными анализаторами» и которые явились предшественниками современных аналоговых вычислительных машин. Этот дифференциальный анализатор Буша вошел в историю вычислительной техники как первый аналоговый компьютер, использовавший в качестве счетных элементов электронные устройства – электронные вакуумные лампы.
В 40-х годах XX века несколько групп ученых во всем мире усиленно занимались этой проблемой. Свои вычислительные машины они строили на основе электромеханических реле. Мало кто знал о работах Бэббиджа, поэтому многое было изобретено заново. Первым, кто построил небольшой компьютер, был Конрад Цузе (1941 г.), но из-за войны его работы не были опубликованы. В 1944 году американский электроинженер X.Эйткен (1900–1973 гг.) на фирме IBM при поддержке Гарвардского университета построил первую автоматическую цифровую вычислительную машину «Mark I». Но это была еще не электронная, а электрическая машина – в качестве переключающих элементов она использовала электромагнитные реле. «Mark I» выполнял арифметические действия и «умел» вычислять значения логарифмов и тригонометрических функций. Операция сложения двух 23-значных десятичных чисел выполнялась за 0,3 с., умножения - за 3 с. При таком «быстродействии» машина, содержавшая около 800 тысяч деталей, имела гигантские размеры – 15 м в длину и 2,5 м в высоту.
В 1946 году под руководством американских ученых П.Эккерта и Дж. Мокли была построена первая универсальная полностью электронная вычислительная машина ENIAC на основе электроламп, которая работала в тысячу раз быстрее чем «Mark I». Вес машины составлял 30 тонн, она требовала для размещения 170 квадратных метров площади. Вместо тысяч механических деталей ENIAC содержал 18000 электронных ламп. Считала машина в двоичной системе и производила 5 тысяч операций сложения или 300 операций умножения в секунду. Ввод данных осуществлялся с помощью перфокарт.
В Советском Союзе также шли разработки ЭВМ. В Киевском институте электротехники под руководством его директора Сергея Алексеевича Лебедева (1902–1974 гг) была создана первая в СССР (и в континентальной Европе) цифровая электронно-вычислительная машина – МЭСМ (Малая электронная счетная машина) на 6000 электронных ламп, рассчитанная на 60 операций в секунду и потреблявшая гигантскую электрическую мощность – около 120 кВт. В 1953 году под руководством Лебедева в Московском институте точной механики и вычислительной техники АН СССР была создана первая отечественная универсальная цифровая быстродействующая (10 тысяч операций в секунду) электронная счетная машина БЭСМ. Первая серийная цифровая ЭВМ – БЭСМ-1 была выпущена в 1956 году.
Именно Большие машины, то есть компьютеры, занимавшие огромную площадь, разрабатывались и создавались в то время. Они были очень дороги и, естественно, что маленькие фирмы не могли позволить купить себе ЭВМ. В то время существовало множество фирм, которые продавали машинное время. То есть, фирма покупала Большую ЭВМ и предоставляла услуги по аренде этой машины. Лидером производства больших машин была фирма IBM.
Уменьшение размеров компонентов компьютеров (создание транзисторов, а затем и микросхем) и их удешевление привели к тому, что полная вычислительная машина смогла разместиться на обычном письменном столе. В 1973 году компанией Xerox был представлен первый персональный компьютер Alto, созданный по проекту инженера Алана Кея. В Alto впервые был применен принцип вывода программ и файлов на экран в виде «окон». Выпуск персонального компьютера привел к закату эры больших машин.
В 1978 году американская компания Intel выпустила в продажу первый шестнадцатиразрядный микропроцессор 8086, на основе которого в 1981 году, спустя 4 года после появления персональных компьютеров, компания IBM создала свой первый персональный компьютер IBM РС, начавший победоносное шествие на рынке вычислительных средств и фактически ставший мировым стандартом ПК.
Микрокомпьютер IBM РС был создан по принципу открытой архитектуры. Он был оборудован монохромным текстовым дисплеем, двумя дисководами для 5-дюймовых дискет на 160 Кбайт, оперативной памятью 64 Кбайта. По поручению IBM фирма Microsoft, разработала для IBM РС собственную операционную систему. Именно принцип открытой архитектуры позволил данной компьютерной платформе завоевать весь мир. Устройство компьютеров других фирм держалось в секрете, и компоненты для них разрабатывались самой фирмой производителем. Кроме того, компьютеры продавались в полной сборке и не подлежали усовершенствованию. Фирма IBM обнародовала внутреннее устройство своего компьютера (открыла архитектуру компьютера), что позволило сторонним фирмам также разрабатывать для него новые устройства. В результате на развитие данной платформы были брошены силы многих исследовательских центров.
В самом начале компьютеры создавались для того, чтобы избавить человека от трудоемких вычислений. Однако по мере совершенствования компьютерной техники, стало ясно, что возможности ЭВМ не ограничиваются только расчетами. В современном мире компьютеры играют важную роль во всех отраслях народного хозяйства от поиска информации до проведения научных экспериментов; от управления изготовлением отдельных деталей до управления сложнейшими космическими спутниками.
1.4. Методы классификации компьютеров
Начиная с 1999 года, в области персональных компьютеров действует международный сертификационный стандарт – спецификация РС99. Он регламентирует принципы классификации персональных компьютеров и оговаривает минимальные и рекомендуемые требования к каждой из категорий. Новый стандарт устанавливает следующие категории персональных компьютеров:
- Consumer РС (массовый ПК);
- Office РС (деловой ПК);
- Mobile РС (портативный ПК);
- Workstation РС (рабочая станция);
- Entertainment РС (развлекательный ПК).
Согласно спецификации РС99 большинство персональных компьютеров, присутствующих в настоящее время на рынке, попадают в категорию массовых ПК. Для деловых ПК минимизированы требования к средствам воспроизведения графики, а к средствам работы со звуковыми данными требования вообще не предъявляются. Для портативных ПК обязательным является наличие средств для создания соединений удаленного доступа, то есть средств компьютерной связи. В категории рабочих станций повышены требования к устройствам хранения данных, а в категории развлекательных ПК – к средствам воспроизведения графики и звука.
1.4.1. Классификация по уровню специализации
По уровню специализации компьютеры делят на универсальные и специализированные. На базе универсальных компьютеров можно собирать вычислительные системы произвольного состава (состав компьютерной системы называется конфигурацией). Так, например, один и тот же персональный компьютер можно использовать для работы с текстами, музыкой, графикой, фото- и видеоматериалами.
Специализированные компьютеры предназначены для решения конкретного круга задач. К таким компьютерам относятся, например, бортовые компьютеры автомобилей, судов, самолетов, космических аппаратов. Бортовые компьютеры управляют средствами ориентации и навигации, осуществляют контроль за состоянием бортовых систем, выполняют некоторые функции автоматического управления и связи, а также большинство функций оптимизации параметров работы систем объекта (например, оптимизацию расхода топлива объекта в зависимости от конкретных условий движения). Специализированные мини-ЭВМ, ориентированные на работу с графикой, называют графическими станциями. Их используют при подготовке кино- и видеофильмов, а также рекламной продукции. Специализированные компьютеры, объединяющие компьютеры предприятия в одну сеть, называют файловыми серверами. Компьютеры, обеспечивающие передачу информации между различными участниками всемирной компьютерной сети, называют сетевыми серверами.
Во многих случаях с задачами специализированных компьютерных систем могут справляться и обычные универсальные компьютеры, но считается, что использование специализированных систем все-таки эффективнее. Критерием оценки эффективности выступает отношение производительности оборудования к величине его стоимости.
1.4.2. Классификация по типоразмерам
Персональные компьютеры можно классифицировать по типоразмерам. Так, различают настольные (desktop), портативные (notebook) и карманные (palmtop) модели.
Настольные модели распространены наиболее широко. Они являются принадлежностью рабочего места. Эти модели отличаются простотой изменения конфигурации за счет несложного подключения дополнительных внешних приборов или установки дополнительных внутренних компонентов. Достаточные размеры корпуса в настольном исполнении позволяют выполнять большинство подобных работ без привлечения специалистов, а это позволяет настраивать компьютерную систему оптимально для решения именно тех задач, для которых она была приобретена.
Портативные модели удобны для транспортировки. Их используют бизнесмены, коммерсанты, руководители предприятий и организаций, проводящие много времени в командировках и переездах. С портативным компьютером можно работать при отсутствии рабочего места. Особая привлекательность портативных компьютеров связана с тем, что их можно использовать в качестве средства связи. Подключив такой компьютер к телефонной сети, можно из любой географической точки установить обмен данными между ним и центральным компьютером своей организации. Так производят обмен данными, передачу приказов и распоряжений, получение коммерческих данных, докладов и отчетов. Для эксплуатации на рабочем месте портативные компьютеры не очень удобны, но их можно подключать к настольным компьютерам, используемым стационарно.
Карманные модели выполняют функции «интеллектуальных записных книжек». Они позволяют хранить оперативные данные и получать к ним быстрый доступ. Некоторые карманные модели имеют жестко встроенное программное обеспечение, что облегчает непосредственную работу, но снижает гибкость в выборе прикладных программ.
1.4.3. Классификация по совместимости
В мире существует множество различных видов и типов компьютеров. Они выпускаются разными производителями, собираются из разных деталей, работают с разными программами. При этом очень важным вопросом становится совместимость различных компьютеров между собой. От совместимости зависит взаимозаменяемость узлов и приборов, предназначенных для разных компьютеров, возможность переноса программ с одного компьютера на другой и возможность совместной работы разных типов компьютеров с одними и теми же данными.
Аппаратная совместимость. По аппаратной совместимости различают так называемые аппаратные платформы. В области персональных компьютеров сегодня наиболее широко распространены две аппаратные платформы – IВМ РС и Арр1е Macintosh. Кроме них существуют и другие платформы, распространенность которых ограничивается отдельными регионами или отдельными отраслями. Принадлежность компьютеров к одной аппаратной платформе повышает совместимость между ними, а принадлежность к разным платформам - понижает.
Кроме аппаратной совместимости существуют и другие виды совместимости: совместимость на уровне операционной системы, программная совместимость, совместимость на уровне данных.
1.4.4. Классификация по типу используемого процессора
Процессор – основной компонент любого компьютера. В электронно-вычислительных машинах это специальный блок, а в персональных компьютерах – специальная микросхема, которая выполняет все вычисления в компьютере. Даже если компьютеры принадлежат одной аппаратной платформе, они могут различаться по типу используемого процессора. Основные типы процессоров для платформы IВМ РС мы рассмотрим в соответствующем разделе, а здесь укажем на то, что тип используемого процессора в значительной (хотя и не в полной мере) характеризует технические свойства компьютера.
1.5. Состав вычислительной системы
Состав вычислительной системы называется конфигурацией. Аппаратные и программные средства вычислительной техники принято рассматривать отдельно. Соответственно, отдельно рассматривают аппаратную конфигурацию вычислительных систем и их программную конфигурацию. Такой принцип разделения имеет для информатики особое значение, поскольку очень часто решение одних и тех же задач может обеспечиваться как аппаратными, так и программными средствами. Критериями выбора аппаратного или программного решения являются производительность и эффективность. Обычно принято считать, что аппаратные решения в среднем оказываются дороже, зато реализация программных решений требует более высокой квалификации персонала.
К аппаратному обеспечению вычислительных систем относятся устройства и приборы, образующие аппаратную конфигурацию. Современные компьютеры и вычислительные комплексы имеют блочно-модульную конструкцию - аппаратную конфигурацию, необходимую для исполнения конкретных видов работ, можно собирать из готовых узлов и блоков.
По способу расположения устройств относительно центрального процессорного устройства (ЦПУ – Central Processing Unit, CPU) различают внутренние и внешние устройства. Внешними, как правило, являются большинство устройств ввода-вывода данных (их также называют периферийными устройствами) и некоторые устройства, предназначенные для длительного хранения данных.
Согласование между отдельными узлами и блоками выполняют с помощью переходных аппаратно-логических устройств, называемых аппаратными интерфейсами. Стандарты на аппаратные интерфейсы в вычислительной технике называют протоколами. Таким образом, протокол - это совокупность технических условий, которые должны быть обеспечены разработчиками устройств для успешного согласования их работы с другими устройствами.
Многочисленные интерфейсы, присутствующие в архитектуре любой вычислительной системы, можно условно разделить на две большие группы: последовательные и параллельные. Через последовательный интерфейс данные передаются последовательно, бит за битом, а через параллельный - одновременно группами битов. Количество битов, участвующих в одной посылке, определяется разрядностью интерфейса, например, восьмиразрядные параллельные интерфейсы передают один байт (8 бит) за один цикл.
Параллельные интерфейсы обычно имеют более сложное устройство, чем последовательные, но обеспечивают более высокую производительность, Их применяют там, где важна скорость передачи данных: для подключения печатающих устройств, устройств ввода графической информации, устройств записи данных на внешний носитель и т. п. Производительность параллельных интерфейсов измеряют байтами в секунду (байт/с; Кбайт/с; Мбайт/с).
Устройство последовательных интерфейсов проще. Как правило, для них не надо синхронизировать работу передающего и принимающего устройства (поэтому их часто называют асинхронными интерфейсами). Но пропускная способность их меньше и коэффициент полезного действия ниже, так как из-за отсутствия синхронизации посылок полезные данные предваряют и завершают посылками служебных данных, то есть на один байт полезных данных могут приходиться 1–3 служебных бита (состав и структуру посылки определяет конкретный протокол).
Поскольку обмен данными через последовательные устройства производится не байтами, а битами, их производительность измеряют битами в секунду (бит/с, Кбит/с, Мбит/с). Несмотря на кажущуюся простоту перевода единиц измерения скорости последовательной передачи в единицы измерения скорости параллельной передачи данных путем механического деления на 8, такой пересчет не выполняют, поскольку он не корректен из-за наличия служебных данных. В крайнем случае, с поправкой на служебные данные, иногда скорость последовательных устройств выражают в знаках в секунду или, что то же самое, в символах в секунду (с/с), но эта величина имеет не технический, а справочный, потребительский характер.
Последовательные интерфейсы применяют для подключения «медленных» устройств (простейших устройств печати низкого качества, устройств ввода и вывода знаковой и сигнальной информации, контрольных датчиков, малопроизводительных устройств связи и т. п.), а также в тех случаях, когда нет существенных ограничений по продолжительности обмена данными (большинство цифровых фотокамер).