Тема: «Аппаратная и программная составляющая ПК, их взаимодействие»

Тема: «Аппаратная и программная составляющая ПК, их взаимодействие»

Цель:познакомиться с уровнями программного обеспечения ПК и взаимодействием ПО и АО

Ход работы

1. Изучение материала

Конечная цель выполнения любой программы – управление аппаратными средствами. Программное и аппаратное обеспечение работают в непрерывном взаимодействии, и их разделение является довольно условным.

Для нормальной работы пользователя недостаточно одной программы, обеспечивающей решение какой-то конкретной задачи, поэтому в архитектуре вычислительной машины применяется более широкое понятие - программное обеспечение. Программное обеспечение (ПО) компьютера называют SOFTWARE.

Между программами, также как между аппаратными средствами, существует взаимосвязь, поэтому можно говорить о программном интерфейсе. Программный интерфейс основан на протоколах – соглашениях о взаимодействии программ. Всё программное обеспечение вычислительной системы разбивается на несколько взаимодействующих между собой уровней. Каждый следующий уровень опирается на программное обеспечение предшествующих уровней. Такое разделение программного обеспечения упрощает разработку и эксплуатацию программ. Каждый следующий уровень повышает функциональные возможности всей системы.

Базовый уровень. Это самый низкий уровень программного обеспечения. Базовое программное обеспечение отвечает за взаимодействие с базовыми аппаратными средствами. Обычно оно входит в состав базового оборудования и хранится в специальных микросхемах, называемых постоянными запоминающими устройствами ПЗУ, или ROM (Read Only Memory). Программы и данные записываются в ПЗУ на этапе его изготовления и не могут быть изменены в процессе эксплуатации.

В тех случаях, когда это необходимо, вместо ПЗУ используются перепрограммируемые постоянные запоминающие устройства ППЗУ, или EPROM (Erasable and Programmable Read Only Memory). Изменение содержимого микросхем памяти в этом случае производится на специальных устройствах – программаторах.

Комплект программ, находящихся в ПЗУ, образует базовую систему ввода-вывода (BIOS). Основное назначение программ этого пакета состоит в том, чтобы проверить состав и работоспособность компьютерной системы и обеспечить взаимодействие с клавиатурой, монитором, жестким диском и дисководом гибких дисков.

Функции BIOS:

1. Автоматическое тестирование основных компонентов компьютера при его включении. На экране дисплея появляются диагностические сообщения, сопровождающие запуск компьютера.

2. Вызов блока загрузки операционной системы. Загрузив в оперативную память блок первоначальной загрузки, BIOS передает ему управление, блок загружает другие модули операционной системы.

3. Обслуживание прерываний.

Система прерываний – это совокупность аппаратных и программных средств, обеспечивающих процесс переключения с одной программы на другую и возврат к продолжению прерванной программы за счет операций процессора, называемых прерыванием.

Прерывание – это реакция процессора на некоторое условие, возникающее в процессоре или на материнской плате.

Реакция выражается в прекращении выполнения текущей команды для обработки возникшего условия.

Прерывания бывают трех видов:

1) аппаратные (например, нажатие клавиши);

2) логическое или процессорное (например, деление на ноль);

3) программные (например, команды ввода-вывода).

Системный уровень. Этот уровень обеспечивает взаимодействие прочих программ вычислительной системы с программами базового уровня и непосредственно с аппаратным обеспечением. От программ этого уровня во многом зависят эксплуатационные показатели всей вычислительной системы. При подключении к системе нового оборудования на системном уровне должна быть установлена программа, обеспечивающая взаимодействие других программ с этим оборудованием. Конкретные программы, отвечающие за взаимодействие с конкретными устройствами, называются драйверами устройств.

Существуют драйверыпринтеров, драйверы дисководов, драйверы мыши и т.д. Если компьютер комплектуется определенным набором внешних устройств каких-то марок, то одновременно его программное обеспечение должно включать соответствующие драйверы. Современные операционные системы включают большой набор разнообразных типовых драйверов. Более того, они умеют при включении компьютера автоматически определять тип используемого устройства и подключать к работе соответствующий драйвер (эта услуга называется Plug & Play). Естественно, это возможно только в случае, если устройство «умеет» отвечать на вопрос о своей марке (основные производители компьютерной техники эту услугу предусматривают).

Все современные операционные системы (например, UNIX или Windows NT) обеспечивают многозадачный (одновременное выполнение нескольких программ) и многопользовательский (одновременная работа нескольких пользователей) режимы работы компьютера. Многозадачный режим означает одновременную работу на компьютере нескольких программ. Конечно, если компьютер содержит один центральный процессор, он может выполнять только одну программу, однако операционная система так организует работу компьютера, что создается иллюзия одновременной работы нескольких программ.

Специальный класс программ системного уровня отвечает за взаимодействие с пользователем. Они обеспечивают возможность ввода данных в вычислительную систему, управление её работой и вывод результатов в удобной форме. Эти программы называются пользовательским интерфейсом. От них зависит удобство работы с компьютером и производительность труда на рабочем месте.

Программы системного уровня образуют ядро операционной системы– совокупности программ, управляющих работой компьютера. Программы более высокого уровня могут быть установлены на компьютере только при наличии на нём системного программного обеспечения. Наличие ядра операционной системы – необходимое условие работы человека на компьютере.

Операционная система (ОС) – это совокупность программ, управляющая аппаратной частью компьютера, его ресурсами (оперативной памятью, местом на дисках), обеспечивающая запуск и выполнение прикладных программ, автоматизацию процессов ввода/вывода.

Исходя из функции операционной системы её структуру можно представить следующим образом:

Первые операционные системы представляли собой единый интегрированный комплекс служебных программ, обеспечивающий взаимодействие пользовательских программ с различными элементами компьютера и пригодный для широкого класса компьютеров. Постепенно на операционную систему был возложен ряд функций по управлению процессами, происходящими в компьютере. Постепенно круг этих функций расширялся и сформировался современный взгляд на предназначение и функции операционной системы.

Современные операционные системы обеспечивают:

- управление выполнением программ;

- управление памятью;

- управление вводом-выводом;

- управление файловой системой;

- обработку прерываний;

- управление работой аппаратных устройств компьютера;

- взаимодействие с ОС пользователей и программ (пользовательский интерфейс ОС);

- многозадачный режим;

- многопользовательский режим;

- установку операционной системы на компьютере;

- настройку параметров операционной системы;

- тестирование устройств компьютера и функциональных подсистем ОС и исправление возможных нарушений; разделение ресурсов компьютера между программами (оперативной памяти, времени процессора, внешней памяти, периферийных устройств и др.);

- безопасность функционирования компьютера — защиту памяти, используемой одной программой или пользователем, от использования другой программой или пользователем;

- корректность совместного владения данными несколькими программами или пользователями.

Первые вычислительные машины были устроены таким образом, что на них могла работать одновременно только одна программа, которая всегда загружалась с начального адреса оперативной памяти.

Многозадачный режим работы компьютера требует, чтобы операционная система обеспечивала следующие возможности:

- параллельное (псевдопараллельное) выполнение нескольких программ;

- постановка заданий (т.е. программ) в очередь на выполнение;

- разделение между программами ресурсов процессора, памяти и доступа к внешним устройствам.

Многопользовательский режимработы вычислительной системы (в частности, одного компьютера) предполагает работу с данными нескольких пользователей.

При многопользовательском режиме дополнительно должно выполняться:

- разделение ресурсов процессора, памяти и доступа к внешним устройствам в соответствии с запросами и приоритетами пользователей;

- защита данных одного пользователя от доступа со стороны других пользователей.

Режимом разделения времениназывается такая организация многозадачной и многопользовательской работы программ на одном компьютере, при которой каждой программе в зависимости от приоритета выделяется квант времени, в течение которого работает только эта программа. При этом постоянно в оперативной памяти компьютера находится только небольшая часть программы, а основная ее часть загружается на время выполнения программы и выгружается (освобождается) после окончания выделенного программе кванта времени.

Служебный уровень. Программное обеспечение этого уровня взаимодействует как с программным обеспечением базового уровня, так и с программным обеспечением системного уровня. Служебные программы называются утилитами. Они предназначены для автоматизации работ по проверке, наладке и настройке вычислительной системы, а также для расширения и улучшения функций системных программ.

Многие программы сервисного ПО являются частью операционной системы, но это не обязательно – значительное число сервисных программ существуют и отдельно от ОС.

Выделим некоторые важные типы сервисных программ.

Сервисные программы (утилиты)– вспомогательные программы для обеспечения управления с устройствами ввода вывода и обработки и предоставления обрабатываемых данных в удобном для пользователя виде.

Утилиты – это программы, выполняющие какие-либо отдельные вспомогательные функции для обеспечения работы других программ или элементов аппаратуры с целью исправления ошибок или расширения возможностей работы с компьютером. Например, программы диагностики и настройки аппаратуры, форматирования носителей данных, записи и чтения данных, архивации данных, антивирусного сканирования и т.д. являются утилитами. Утилиты, как правило, имеют пользовательский интерфейс, т.е., запускаются и управляются пользователями.

12 Следующая ⇒