Всё для Учёбы — студенческий файлообменник
1 монета
pdf

Студенческий документ № 040829 из МГВМИ

1 О ганиза пя вво а - ВЫВО а,

Обмен иш о ма ией ЭВМ с внешними ст ойствамп" Программное обеспечение ЭВМ

1 е Общие положения

ЭВМ представляет собой совокупность устройств, выполненных на больших интегральных схемах, каждая из КОТОРЫХ имеет свое функциональное назначение.

Все устройства ЭВМ делятся на центральные и периферийные (риса 1). В состав центральных устройств ЭВМ входят: центральный процессор, основная память и ряд дополнительных узлов, выполняющих служебные функции: контроллер прерываний и контроллер прямого доступа к памяти (ПДП).

К другим

Рис. 1 Блок - схема компьютерной системы

Периферийные устройства делятся на два вида: внешние запоминающие устройства (НЖМД, НГМД, НМЛ) и устройства ввоДа-вывоДа (УВВ): клавиатура, дисплей, мышь, адаптер каналов связи (КС) и др.

Соединение всех устройств в единую машину обеспечивается с помощью общей шины, представляющей собой линии передачи данных, адресов, сигналов управления и питания.

Для того чтобы соединить друг с другом различные устройства компьютера, опи должны иметь одинаковый интерфейс (англ. h1terJhce от inter- между ијдсе лицо).

Если обмен информацией ведется между периферийным устройством и контролиером, то соединяющая их линия передачи данных называется интерфейсом передачи данных, или просто интерфейсом.

Для согласования интерфейсов периферийные устройства подключаются к шине не напрямую, а через свои контроллеры (адаптеры) и порты,

Контроллеры, (аДаптеры) представляют собой наборы элскгропных цепей, которыми снабжаются устройства компьютера с целью совместимости их интерфейсов, Коптроллсры, кроме этого, осуществляют всю работу по обмену данными между к•омгњготку ром и периферийным устройством и непосредственное управление периферийными устройствами по запросам микропроцессора.

Контроллер принимает сигнал от процессора . и дешифрует его, чтобы соответствующсс устройство смогло принять этот сигнал и правильно отреагировать на него, За его выполнение процессор нс отвечает, отвечает ЛИШЬ соответствующий контроллер, по-

2 этому периферийные устройства компьютера заменяемы и набор таких модулей произволен. Большая часть периферийных устройств подсоединяется очень просто - снаружи, через разъемы на корпусе системного блока к выходам соответствующих контроллеров портам (периферийные устройства еще называются внешними, так как осуществляют связь ЭВМ с внешним миром).

Порты устройств представляют собой некие электронные схемы, содержащие один или несколько регистров ввода-вывода и позволяющие подключать периферийные устройства компьютера к внешним шинам микропроцессора.

ПослеДовательный порт обменивается данными с процессором побайтно, а с внешними устройствами - побитно. Параллельный порт получает и посылает данные побайтно.

К последовательному порту обычно подсоединяют медленно действующие или достаточно удаленные устройства, такие как мышь и модем. К параллельному порту подсоединяют более "быстрые" устройства - принтер и сканер,

Основные электронные компоненты, определяющие архитектуру процессора, размещаются на основной плате компьютера, которая называется системиой9 или мать римской (MotherBoard) Л контроллеры и адаптеры дополнительных устройств, либо сами эти устройства, выполняются в виде плат расширения и подключаются к шине с помощью разъемов расширения, называемых также слотами расширения.

2. ОСНОВНАЯ ПАМЯТЬ

В компьютере используется память нескольких типов, отличающихся по своему функциональному назначению и способам хранения информации. Память компьютера подразделяется на внутреннюю и внешнюю.

В состав внутренней памяти входят постоянная память, оперативная память и кэш-память.

Постоянная память, или постоянное запоминающее устройство - ПЗУ (англ. ROM - Read "Only №femory - память только для чтения).

Постоянная память - энергонезависимая, используется для хранения данных, которые никогда не потребуют изменения. Содержание памяти специальным образом "зашивается" в устройстве при его изготовлении для постоянного хранения. Из ПЗУ можно только читать. В ПЗУ находятся загрузочные программы операционной системы в оперативную память, совокупность программ, предназначенных для автоматического тестирования устройств после включения питания компьютера BIOS [Basic Input/ 0utput System базовая система ввода-вывода). Роль 1310S двоякая: с одной стороны, это псотьемлемый элемент аппаратуры (Hardware), а с другой - важный модуль любой операционной системы (Software).

Оперативная память (ОЗУ, англ. RAM, Ranclom Access lVIemory "память с произвольным доступом) - это быстрое запоминающсс устройство нс очень большого объема, непосредственно связанное с процессором и предназначенное для записи, СЧИТЫВ?шИЯ и хранения выполняемых программ и данных, обрабатываемых этими программами.

В ОЗУ происходит вся текущая деятельность компьютера. Туда загружаются копии различных программ. Там же с их помощью пользователем создается конечный продукт - тексты, рисунки, электротшыс таблицы, звуковыс файлы и т. д. и т. п.

Объем ОЗУ обычно составляет 64-512 Мбайт. Чаще ОЗУ исполняется из интегральных микросхем памяти DRAM (Dynamic RAM "динамическос ОЗУ).

Кэш (англ. сасће), или сверхоперативная память, - очень быстрое ЗУ небольшого объема, которос используется при обмене данными между микропроцессором и оперативной ГиМятыО для компенсации разницы в скорости обработки информации процессором и несколько менее быстродействующей операгивной памятью.

Кэш-памятью управляет специальное устройство - контроллер, который, анализируя выполняемую программу, пытается предвидеть, какие данные и команды вероятнее всего понадобятся в ближайшее время процессору, и подкачивает их в кэш-память.

Современные микропроцессоры имеют встроенную кэш-память, так называемый кэш первого уровня размером 8-16 Кбайт. Кроме того, на системной плате компьютера может быть установлен кэш второго уровня емкостью от 64 Кбайт до 512 Кбайт и вышео

З. Внешние (периферийные) устройства

Внешние устройства (В У) - важнейшая составляющая часть любого вычислительного комплекса. Достаточно сказать, что по стоимости ВУ составляют 800/0 всего вычислительного комплекса. От состава и характеристик ВУ во многом зависят возможности и эффективность в системах управления.

ВУ компьютеров обеспечивают взаимодействие машины с окружающей средой: пользователями, объектами управления и другими ЭВМ. ВУ весьма разнообразны и классифицируются по ряду признаков. Так, по назначению можно выделить следующие виды

е внешние запоминающие устройства (ШУ), или внешняя память компьютера; диалоговые средства пользователя; устройства ввода информации; о устройства вывода информации (отображение и на исполнительные устройства); средства связи и телекоммуникации; е системы и средства мультимедиа.

3.1. ВНЕШНИЕ ЗУ

Внешняя память предназначена для длительного хранения программ и данных, и целостность ее содержимого не зависит от того, включен или выключен компьютер. В отличие от оперативной памяти, внешняя память не имеет прямой связи с процессором. Информация от ВЗУ к процессору и наоборот циркулирует примерно по следующей цепочке:

Устройства внешней памяти, или, иначе, внешние запоминающие устройства (ВЗУ) весьма разнообразны. Их можно классифицировать по целому ряду признаков: по виду носителя, типу конструкций, по принципу считывания и записи информации, методу доступа и т. д.

Носитель материальный объект, способный хранить информацию.

Один из возможных вариантов классификации ВЗУ приведен на рисо 2.

Рис. 2 Классификация ШУ

В последнее время нашли применение статические электронные типы ВЗУ (твердотельная память).

В состав внешней памяти компьютера входят:

4 е накопители на гибких магнитных дисках:

накопители на жестких магнитных дисках; е накопители на компакт-дисках и др.

Магнитные - принцип действия основан на перемагничивании участков носителя в соответствии со значениями битов записываемой информации.

Оптические - основаны на изменении оптических свойств участка носителя: степени прозрачности или коэффициента отражения. В современных устройствах: лазер выжигающий или изменяющий состояние участка (многократность).

Электронные: микросхемы с ячейками на полевых транзисторах, в которых используется электрический принцип - электрическое поле для создания пороговых эффектов в полупроводниках - твердотельная память . Достоинство - нет движущихся элементов.

Значительная ЧСШТЬ ШУ используют магнитный способ записи информации. Особенности:

о накопители на магнитной ленте - устройства с последовательным доступом, т.к. запись и считывание - только путем последовательной перемотки ленты мимо головки; о накопители на магнитных дисках - с произвольным или прямым доступом за счет радиального перемещения головок

Накопители на гибких ЛтГНшПНЫХ Дисках. Гибкий диск (англ. Норру disk), или дискета, носитель небольшого объема информации, представляющий собой гибкий пластиковыЙ диск в защитной оболочке.

Информация записывается по концентрическим дорожкам (трекам), которые делятся на секторы. Количество дорожек и секторов зависит от типа и формата дискеты. Сектор хранит минимальную порцию информации, которая может быть записана на диск или считана. Емкость сектора постоянна и составляет 512 байт.

Сектор Трек

Поверхность магнитного диска

Характеристики дискет: диаметр 3,5 дюйма (89 мм), емкость 1,44 Мбайта, число дорожек 80, количество секторов на дорожках 18.

Дискета устанавливается в ПиСОПИТСЛЬ на гибких магнитных дисках (англ. Порру" disk drive), автоматически в нем фиксируется, после чего механизм накопителя раскручивастся до частоты вращения 360 об./мин. В накопителе вращается сама дискета, маг" нитные головки остаются неподвижными. Дискета вращается только при обращении к ней. Накопитель связан с процессором через контроллер гибких ДИСКОВ.

Накопитель на жестких ЛшГПНПШЫХ дисках (англ. HDD - Hard Disk Drivc), или винчестер, это наиболее массовое запоминающее устройство большой емкости, в котором носителями информации ЯВлЯЮТСЯ круглые пластины, обе поверхности которых покрыты слоем магнитного материала. Используется для постоянного хранения информации - программ и данных.

Накопитель на жестком магнитном диске (НЖМД) имеет тот же принцип действия, что и НГМД, но отличается тем, что в нем магнитный носитель информации являелся несъемным и состоит из нескольких "пластин, закрепленных на общей оси (пакета

6 Длина области данных 300 мм

Профиль дорожки CD-ROM

302 Диалоговые средства пользователя

Диалоговые средства пользователя относятся к системе визуального отображения информации (видеосистемы) и состоят обычно из двух частей: видеомонитора (дисплея) и адаптера.

Монитор служит для визуального изображения информации, а адаптер - для связи монитора с микропроцессорным комплектом.

По принципу формирования изображения мониторы делятся на плазменные, электролгоминссцснтные, жидкокристаллические и электронно-лучевые (ЭЛТ).

В зависимости от формы напряжения, подаваемого на отклоняющие пластины ЭЛТ, и способа его получения различаются растровая, матричная и векторная развертки.

По Длительности хранения информации на экране мониторы делятся на регенерируемые и запоминающие.

По способу управления яркостью луча ЭЛТ мониторы делятся на цифровые и аналоговые.

По цветности изображения мониторы делятся на монохромные и цветные.

По эргономическим характеристикам мониторы делятся на: обычные: с пониженным рентгеновским излучением (LR - Low Radiation) - соответствующие стандарту на ограничение электромагнитных излучений: с антистатическим экраном (AS); работающие в энергосберегающем режиме снижающие потребление энергии в режиме ожидания (Green).

Связь ЭВМ с монитором осуществляется с помощью адаптера - устройства, которое должно обеспечивать совместимость различных мониторов с микропроцессорным комплектом ЭВМ.

Существует пять стандартных видеоадаптеров, в полной мере обеспечивающих совместимость различных по конструкции МОНИТОРОВ с ЭВМ: о MDA - монохромный ДИСПЛСЙНЫЙ адаптер; о CGA - цветной графический адаптер; о МС}Л монохромный графический адаптер; о EGA - улучшенный графический адаптер; VGA видеографическая матрица.

Дисплеи могут работать в одном из двух режимов: символьном или графическом.

В СИМВОЛЬНОМ режиме на экран может выводиться ограниченный состав символов, имеющих четко определенный графический образ: буквы, цифры, знаки пунктуации, математические знаки и знаки: псевдографики. Состав этих символов определен системой кодирования, применяемой в данной ЭВМ (например, в ШМ РС "кодом ASCII American Standard Code for Information Intcrchange "американский стандартный код для информациОПИОГО обмена).

3.3 Устройства ввода

К устройствам ввода информации относятся:

о клавиатура; графические планшеты (диджитайзеры);

5 магнитных носителей). Количество дисков, каждый из которых имеет по две рабочие поверхности, в накопителе может быть от 3 до 10 и более.

Сами диски представляют собой обработанные с высокой точностью керамические или алюминиевые пластины, на которые с помощью технологии напыления нанесен специальный магнитный слой.

Накопители на жестких магнитных дисках делают герметичными - малое расстояние (зазор) между рабочей поверхностью и магнитной головкой должно быть защищено от пылинок, чтобы уберечь тонкий напыленный слой кобальта от стирания. Магнитная головка во время работы не должна касаться поверхности диска и в то же время находиться от нее на расстоянии в десятые доли микрона.

Каждую рабочую поверхность диска обслуживает своя головка, которые во время записи чтения информации неподвижны. Магнитный "след" на поверхности диска, обраЗОВ[изШИЙСЯ при работе головки на мшИСЬ, образует кольцевую траекторию Доро:уску (trek). Дорожки, расположенные друг под другом па всех рабочих поверхностях магнитного носителя, называются ЦИЛИНДРОМ,

Магнитные головки при работе НЖМД могут персмсщаться, настраиваясь на требуемую дорожку. Перед началом эксплуатации пакет магнитных дисков форматируется: на нем размечаются дорожки (ставится маркер начала дорожки и записывается ее номер), наносятся служебные зоны секторов на дорожках. Для запис№чтения информации контроллеру НЖМД передается адрес: номер цилиндра, номер рабочей поверхности цилиндра, номер сектора на выбранной дорожке. На основании этого магнитные головки перемещаются к нужному цилиндру, ожидают появления маркера в начале дорожки, поя№ ления требуемого сектора, после чего записывают или читают информацию из него. Несмотря на то, что все магнитные головки установлены на требуемый цилиндр, работает в каждый данный момент только одна головка.

Внутри любого винчестера обязательно находится печатная плата с электронными компонентами. Эта электроника расшифровывает команды контроллера жесткого диска, стабилизирует скорость вращения двигателя, генерирует сигналы для головок записи и усиливает их от головок чтения и т. п.

У современных моделей скорость вращения ЦIПИНДеля (вращающего вала) обычно составляет 7200 об,/мин, среднее время поиска данных 9 мс, средняя скорость передачи данных до 60 Мбайт/с. В отличие от дискеты, жесткий диск вращается непрерывно. Все современные накопители снабжаются встроенным кэшем (обычно 2 Мбайта), который существенно повышает их производительность. Винчестер связан с процессором через контроллер жесткого Диска.

Накопители на компакт-Дисках. Здесь носителем информации является CDROM (СотрасЧ "Disk Метогу компакт-диск, из которого можно ТОЛЬКО читать).

CWROIVI представляет собой прозрачный полимерный диск диаметром см толщиной мм, на одну сторону которого напылен светоотражающий слой ТЛ}ОМИТТИЯ, защищстптый от повреждений слоем прозрачного лака.

Информация на диске представляется в виде последовательности (тСК)ИП (углублений в диске) и выступов (их уровень соответствует поверхности диска), расположенных на спиральной дорожке, выходящей из области вблизи оси диска.

В отличие от МиНИТНЫХ дисков, компакт-диски имеют пе множество кольцевых дорожек, а одну СПИРСШЬНУЮ, как у грампластинок.

Накопитель преобразует последовательность углублений и выступов на ПОВСРХПОСТИ C,IYROIVI в последовательность ДВОИЧНЫХ сигналов. Для этого используется считывающая головка с микролазером и светоДиоДом.

е манипуляторы; е сенсорные экраны.

3.40Устройства вывода

К устройствам вывода информации относятся:

е принтеры (печатающие устройства - ПУ); о графопостроители (плоттеры); исполнительные устройства (управление техническими и производственными процессами).

3056Устройства связи и телекоммуникации

Устройства связи и телекоммуникации используются для связи с приборами и другими средствами автоматизации (согласователи интерфейсов, адаптеры, цифреу аналоговые и аналого-цифровые преобразователи и т. п.) и для подключения компьютера к каналам связи, к другим ЭВМ и вычислительным ССТЯМ (сетевые интерфейсные платы, "стыки", мультиплексоры передачи данных, модемы).

Общие принципы организация ввода вывода

Взаимодействие микропроцессора (МП) с внешними устройствами предусматривает выполнение логической последовательности действий, связанных с поиском устройства, определения его технического состояния, обменом командами и информацией. Эта логическая последовательность действий вместе с устройствами, реализующими ее, получила название интерфейс ввода-вывода.

Передача информации с периферийного устройства в ЭВМ называется операцией ввода, а передача из ЭВМ в ПУ - операцией вывода.

При разработке систем ввода-вывода ЭВМ особое внимание обращается на решение следующих проблем:

е должна быть обеспечена возможность реализации машин с переменным составом оборудования, в первую очередь с различным набором периферийных устройств; в ЭВМ должны реализовываться одновремсппая работа процессора над программой и выполнение периферийными устройствами процедур ввода-вывода; о необходимо упростить и стандартизировать программирование операций ввода-вывода; о необходимо обеспечить автоматическое распознавание и реакцию ядра ЭВМ на многообразие ситуаций, возникающих в периферийных устройствах.

В общем случае для организации и провсдсния обмена даГТПЫМИ между двумя устройствами требуются специальные о специальные управляющие сигналы и их последовательности; о устройства сопряжения; о линии связи; о программы, реализующие обмен.

Этот комплекс линий и шин, сигналов, электронных схем, алгоритмов и программ, предназначенный для осуществления обмена информацией. называется интерфейсом. В зависимости от типа СОСДИП}шМЫХ устройств различают:

о внутренний интерфейс, (например, интерфейс системной ШИПЫ, НМД), прсдпазначспный для сопряжения элементов внутри системного блока ЭВМ;

о интерфейс ввода-вывода - для сопряжения различных устройств с системным блоком (клавиатурой, принтером, сканером, мышью, дисплеем и др.); о интерфейс межмашинного обмена (для обмена между разными машинами) - для сопряжения различных ЭВМ (например, при образовании вычислительных сетей); интерфейсы "человек-машина" - для обмена информацией между человеком и эвм.

Если интерфейс обеспечивает обмен одновременно всеми разрядами передаваемой информационной единицы (чаще всего байта или машинного слова), он называется параллельным интерфейсом. Внутренний интерфейс ЭВМ всегда делается параллельным или последовательно-параллельным.

Интерфейсы межмашинного обмена обычно последовательные, то есть в них обмен информацией производится по одному биту, последовательно.

Для параллельного и последовательно-параллельного интерфейса псобходимо, чтобы участники общения были связаны многожильным интерфейсным кабелем (количество жил не меньше числа одновременно передаваемых разрядов бит). В последовательных интерфейсах участники общения связываются друг с другом одно-двухпроводной линией связи, световодом, коаксиальным кабелем, радиоканалом.

В зависимости от степени участия центрального процессора в обмене данными в интерфейсах могут использоваться три способа управления обменом :

о режим сканирования (так называемый "асинхронный" обмен по флагу готовности устройства); е синхронный обмен (в режиме прерывания); о прямой доступ к памяти.

Для внутреннего интерфейса ЭВМ режим сканирования предусматривает опрос центральным процессором периферийного устройства (ПФУ): готово ли оно к обмену, и если нет, то продолжается опрос периферийного устройства (рис. 3).

Рис. 3 Алгоритм сканирования

Режим сканирования упрощает ПОДГОТОВКУ к обмену, но -имсст ряд недостатков: процессор постоянно задействован и не может ВЫПОЛНЯТЬ другую работу; о при большом быстродействии интерфейсного устройства процессор пе успевает организовать, обмени данными

В синхронном режиме центральный процессор выполняет основную роль по организации обмена, но во время режима сканирования не ждет готовности устройства, а выполняет другую работу. Когда в нем возникает нужда, внешнее устройство помощью соответствующего прерывания обращает на это внимание центрального процессора.

Для быстрого ввода-вывода блоков данных и разгрузки процессора от управления операциями ввода-вывода используют прямой доступ к памяти (DMA Direct Memory Асcess).

Прямым доступом к памяти называется способ обмена данными, обеспечивающий автономно от процессора установление связи и передачу данных между основной памятью и внешним устройством. В этом случае участие центрального процессора КОС" венное. Обмен ведет контроллер прямого доступа к памяти.

Прямой доступ к памяти (ПДП) разгружает процессор от обслуживания операций ввода-вывода, способствует увеличению общей производительности ЭВМ, дает возможность машине болсс приспособление работать в системах реального времени.

50 Программное обеспечение ЭВМ

Программное обеспечение ЭВМ совокупность программ обработки данных и необходимых для их эксплуатации документов.

Программное обеспечение (ПО) ЭВМ разделяют на общее, или системное (general Software), и специальное, или приклаДное (application от spesial Software) (рис. 4). Общее ПО объединяет программные компоненты, обеспечивающие многоцелевое применение ЭВМ и мало зависящие от специфики вычислительных работ пользователей. Сюда входят программы, организующие вычислительный процесс в различных режимах работы машин, программы контроля работоспособности ЭВМ, диагностики и локализации неисправностей, программы контроля заданий пользователей, их проверки, отладки и т. п.

Общее ПО обычно поставляется потребителям комплектно с ЭВМ. Часть этого ПО может быть реализована в составе самого компьютера.

системные обслуживающие программы ОС - операционные сисгемы; СЛИ средства автоматизации программирования;

СД - СИСлема документации; КЕПО комплекс программ обслуживания

Рис. 4 Структура программного обеспечения

Специальнос ПО (СПО) содержит пакеты прикладных программ (НПП). обеспс" чиватощие специфическое применение ЭВС и ВС

Прикладной программой называется программный продукт, предназначенный для решения конкретной задачи пользов&гсля. Обычно прикладные программы объединяются в пакеты, что является необходимым агрибутом автоматизации труда каждого специалиста-прикладника. Специализация пакета определяется характером решаемых задач (пакеты) для разработки экономических документов, бухгалтерских отчетов, статистических данных, планирования и т. д.) или необходимостью управления специальной техникой (управление технологическими процессами, управление различными бортовыми системами и т. д.). Общее ПО включает в свой состав:

о операционную систему (ОС); средства автоматизации программирования (САП); о комплекс программ технического обслуживания (КПТО); пакеты программ, дополняющие возможности ОС (ППос); систему документации (СЛ).

Операционная система служит для управления вычислительным процессом нутем обеспечения сго необходимыми ресурсами.

СреДспша автоматизации программирования объединяют программные модули, обеспечивающие этапы подготовки задач к решению.

МОДУЛИ КПТ() предназначены для проверки работоспособности вычислительного комплекса. В иерархии программных средств отсутствуют программы КИТО. Эти компоненты непосредственного участия в вычислениях не принимают, они только обеспечивают их. Перед началом вычислений их задачей является проверка работоспособности аппаратуры и параметров сопряжения перечисленных уровней ПО. ПО современных ЭВМ и ВС строится по иерархическому модульному принципу. Это дает возможность адаптации ЭВМ и ВС к конкретным условиям применения, открытость системы для расширения состава предоставляемых услуг, способность систем к совершенствованию, наращиванию мощности и т. д.

Программные моДули ПО, относящиеся к различным подсистемам, представляют для пользователя своеобразную иерархию программных компонентов, используемую им при решении своих задач (рис. 5),

Рис. 5 Иерархия программных средств ЭВМ

Нижний уровень образуют программы ОС, которые играют роль посредника между техническими средствами системы и пользователем. Однако прямое использовапие команд ОС требует от пользователя определенных знаний и специальной КОМПЬЮТСРной подготовки, сосредоточенности, точности и внимания.

Этот вид работы отличается трудоемкостью и чреват появлспием ошибок в работе операгора. Поэтому на практике пользовагели, как правило, работают пе напрямую с ОС, а через командные системы - пакеты программ, дополняющие возможности ОС (ППос).

Важной частью ПО является система Документации, хотя она и пе является програММНЫМ продуктом. СД предназначается для изучения программных средств подсистем ПО, она определяет порядок их использования, устанавливаст требования и правила разработки новых программных компонентов и особенности их включения в состав ОПМО или СПО (общес или специальнос программное обеспечение).

7

7

7

Показать полностью… https://vk.com/doc-29732849_98959161
2 Мб, 29 мая 2012 в 22:15 - Россия, Москва, МГВМИ, 2012 г., pdf
Рекомендуемые документы в приложении