Вычислительная система – это конкретный набор взаимодействующих между собой устройств и программ (программно-аппаратный комплекс), предназначенный для обслуживания одного рабочего места.
Структуру ВС можно представить в виде пирамиды:
Прикладное программное обеспечение
Системное программное обеспечение
Управление логическими устройствами
Управление физическими устройствами
Аппаратные средства
Аппаратные средства включают в себя физические устройства (состав оборудования), участвующие в автоматизированной обработке информации пользователя.
Управление физическими устройствами осуществляется программами, взаимодействующими с аппаратными структурами.
Управление логическими устройствами осуществляют программы, ориентированные на пользователя и не зависящие от физических устройств. На базе этого уровня могут создаваться новые логические ресурсы. Например, на одном жестком диске может быть создано несколько логических дисков, работа с которыми, с точки зрения пользователя, ничем не отличается от работы с несколькими физическими дисками.
Системное программное обеспечение – это комплекс программ, предназначенных для обеспечения работы компьютеров и сетей ЭВМ.
Прикладное программное обеспечение – это комплекс взаимосвязанных программ для решения задач определенного класса конкретной предметной области.
Программное управление распределением сигналов осуществляется автоматически.
Управление распределением сигналов может производиться вручную с помощью внешних органов управления – кнопок, переключателей и т. п. В современных компьютерах внешнее управление в значительной степени автоматизировано благодаря использованию специальных аппаратно-логических интерфейсов, к которым подключаются внешние устройства управления и ввода данных: мышь, джойстик, клавиатура и др. Такое управление называют интерактивным.
Конфигурацией вычислительной системы называют ее состав, включающий аппаратные и программные средства, которые принято рассматривать отдельно. Принцип разделения вычислительной системы на аппаратную и программную конфигурацию имеет для информатики особое значение, так как очень часто решение одной и той же задачи может обеспечиваться как аппаратными, так и программными средствами. Критерием выбора при этом являются производительность и эффективность. Однако нельзя забывать, что такое разделение является условным, поскольку программное и аппаратное обеспечение работают в компьютере в неразрывной связи и в непрерывном взаимодействии.
Аппаратную конфигурацию вычислительной системы образует совокупность оборудования, подключенного к компьютеру. Современные компьютеры и вычислительные комплексы имеют блочно-модульную конструкцию (аппаратную конфигурацию), которую можно собирать из готовых узлов и блоков.
Программной конфигурацией вычислительной системы называют совокупность программ, установленных на компьютере. Программы для ЭВМ— это форма представления данных и команд, предназначенных для получения определенных результатов. Работа компьютерных программ имеет многоуровневый характер.
На каждом рабочем месте программно-аппаратная конфигурация создается такой, чтобы наиболее эффективно решать конкретные практические задачи. Разные компьютеры могут быть близкими по своей архитектуре и функциональному назначению, но иметь разную программно-аппаратную конфигурацию.
Наряду с аппаратным и программным обеспечением в вычислительных системах в некоторых случаях рассматривают информационное и математическое обеспечение.
Под информационным обеспечением понимают совокупность программ и предварительно подготовленных данных для работы этих программ. Например, в текстовом редакторе для работы системы автоматической проверки орфографии, кроме аппаратного и программного обеспечения, необходимо иметь специальные наборы словарей, содержащие заранее заготовленный эталонный массив данных.
Математическое обеспечение вычислительной системы представляет собой совокупность программного и информационного обеспечения. Как правило, оно «жестко» записывается в микросхемы ПЗУ и используется в специализированных компьютерных системах (бортовых компьютерах автомобилей, самолетов, судов и т. п.).
Принцип работы вычислительной системы
Основными элементами современных ЭВМ являются цифровые устройства. Вычислительные машины были сконструированы с использованием реле. Работу таких элементов удобно описывать с помощью двоичной системы счисления и алгебры логики.
Все цифровые устройства делятся на два класса: комбинационные ЦУ и последовательностные ЦУ (или цифровые автоматы).
В комбинационных цифровых устройствах выходной сигнал в каждый момент времени зависит только от сочетания (комбинации) входных сигналов.
К таким ЦУ относятся: шифраторы, дешифраторы, мультиплексоры, демультиплексоры, преобразователи кодов, сумматоры, арифметико-логические устройства, логические элементы (И, ИЛИ, И-НЕ, ИЛИ-НЕ, Исключающее ИЛИ и др.).
Состояние последовательностных ЦУ зависит не только от входных сигналов, но и от предшествующего состояния ЦУ.
Эти элементы обладают памятью.
К последовательностным цифровым устройствам относятся триггеры, счетчики, регистры.
Важной составной частью архитектуры ЭВМ является система команд.
Несмотря на большое число разновидностей ЭВМ, на самом низком («машинном») уровне они имеют много общего.
Система команд любой ЭВМ обязательно содержит следующие группы команд обработки информации:
1. Команды передачи данных, копирующие информацию из одного места в другое.
2. Арифметические операции. К основным арифметическим действиям обычно относятся сложение и вычитание (вычитание в конечном счете чаще всего тем или иным способом также сводится к сложению). Умножение и деление во многих ЭВМ выполняются по специальным программам.
3. Логические операции, позволяющие компьютеру анализировать обрабатываемую информацию: сравнение, а также известные логические операции И, ИЛИ, НЕ (инверсия). Кроме того, к ним часто добавляются анализ отдельных битов кода, их сброс и установка.
4. Сдвиги двоичного кода влево и вправо. Для доказательства важности этой группы команд достаточно вспомнить правило умножения столбиком: каждое последующее произведение записывается в такой схеме со сдвигом на одну цифру влево. В некоторых частных случаях умножение и деление вообще может быть заменено сдвигом (вспомните, что, дописав или убрав ноль справа, то есть, фактически осуществляя сдвиг десятичного числа, можно увеличить или уменьшить его в 10 раз).
5. Команды ввода и вывода информации для обмена с внешними устройствами.
6. Команды управления, реализующие нелинейные алгоритмы.
Оставить комментарий: