Шинные интерфейсы материнской платы

Связь между всеми собственными и подключаемыми устройствами материнской платы выполняют ее шины и логические устройства, размещенные в микросхемах микропроцессорного комплекта (чипсета). От архитектуры этих элементов во многом зависит производительность компьютера.

ISA. Историческим достижением компьютеров платформы IBM PC стало внедрение почти двадцать лет назад архитектуры, получившей статус промышленного стандарта ISA (Industry Standard Architecture). Она не только позволила связать все устройства системного блока между собой, но и обеспечила простое подключение новых устройств через стандартные разъемы (слоты). Пропускная способность шины, выполненной по такой архитектуре, составляет до 5,5 Мбайт/с, но, несмотря на низкую пропускную способность, эта шина продолжает использоваться в компьютерах для подключения сравнительно «медленных» внешних устройств, например звуковых карт и модемов.

EISA. Расширением стандарта ISA стал стандарт EISA (Extended ISA), отличающийся увеличенным разъемом и увеличенной производительностью (до 32 Мбайт/с). Как и ISA, в настоящее время данный стандарт считается устаревшим. После 2000 года выпуск материнских плат с разъемами ISA/EISA и устройств, подключаемых к ним, прекращается.

VLB. Название интерфейса переводится как локальная шина стандарта VESA ( VESA Local Bus). Понятие «локальной шины» впервые появилось в конце 80-х годов. Оно связано тем, что при внедрении процессоров третьего и четвертого поколений (Intel 80386 и Intel 80486) частоты основной шины (в качестве основной использовалась шина ISA/EISA) стало недостаточно для обмена между процессором и . оперативной памятью. Локальная шина, имеющая повышенную частоту, связала между собой процессор и память в обход основной шины. Впоследствии в эту шину «врезали» интерфейс для подключения видеоадаптера, который тоже требует повышенной пропускной способности, – так появился стандарт VLB, который позволил поднять тактовую частоту локальной шины до 50 МГц и обеспечил пиковую пропускную способность до 130 Мбайт/с.
Основным недостатком интерфейса VLB стало то, что предельная частота локальной шины и, соответственно, ее пропускная способность зависят от числа устройств, подключенных к шине. Так, например, при частоте 50 Мгц к шине может быть подключено только одно устройство (видеокарта). Для сравнения скажем, что при частоте 40 Мгц возможно подключение двух, а при частоте 33 МГц – трех устройств.

PCI.

Интерфейс PCI (Peripheral Component Interconnect – стандарт подключения, внешних компонентов) был введен в персональных компьютерах, выполненных на базе процессоров Intel Pentium. По своей сути это тоже интерфейс локальной шины, связывающей процессор с оперативной памятью, в которую врезаны разъемы для р. подключения внешних устройств. Для связи с основной шиной компьютера (ISA/EISA) используются специальные интерфейсные преобразователи – мосты PCI (PCI Bridge). В современных компьютерах функции моста PCI выполняют микросхемы микропроцессорного комплекта (чипсета).
Данный интерфейс поддерживает частоту шины 33 МГц и обеспечивает пропускную способность 132 Мбайт/с. Последние версии интерфейса поддерживают частоту до 66 МГц и обеспечивают производительность 264 Мбайт/с для 32-разрядных данных и 528 Мбайт/с для 64-разрядных данных.
Важным нововведением, реализованным этим стандартом, стала поддержка так называемого режима plug-and-play, впоследствии оформившегося в промышленный стандарт на самоустанавливающиеся устройства. Его суть состоит в том, что после физического подключения внешнего устройства к разъему шины PCI происходит обмен данными между устройством и материнской платой, в результате которого устройство автоматически получает номер используемого прерывания, адрес порта подключения и номер канала прямого доступа к памяти.
Конфликты между устройствами за обладание одними и теми же ресурсами (номерами прерываний, адресами портов и каналами прямого доступа к памяти) вызывают массу проблем у пользователей при установке устройств, подключаемых к шине ISA. С появлением интерфейса PCI и с оформлением стандарта plug-and-play появилась возможность выполнять установку новых устройств с помощью автоматических программных средств – эти функции во многом были возложены на операционную систему.
PCI Expressили PCI-E — компьютерная шина (хотя на физическом уровне шиной не является, будучи соединением типа "точка-точка"), использующая программную модель шины PCI и высокопроизводительный физический протокол, основанный на последовательной передаче данных.

Разработка стандарта PCI Express была начата фирмой Intel. Официально первая базовая спецификация PCI Express появилась в июле 2002 года.

Устройства PCI Express взаимодействуют между собой через среду, образованную коммутаторами, при этом каждое устройство напрямую связано соединением типа точка-точка с коммутатором.

Кроме того, шиной PCI Express поддерживается:

горячая замена карт;

гарантированная полоса пропускания (QoS);

управление энергопотреблением;

контроль целостности передаваемых данных.

Шина PCI Express нацелена на использование только в качестве локальной шины. Так как программная модель PCI Express во многом унаследована от PCI, то существующие системы и контроллеры могут быть доработаны для использования шины PCI Express заменой только физического уровня, без доработки программного обеспечения. Высокая пиковая производительность шины PCI Express позволяет использовать её вместо шин AGP и тем более PCIи PCI-X

На фотографии слоты материнской платы DFI LanParty nForce4 SLI-DR (сверху вниз):

x4 PCI Express,
x16 PCI Express,
x1 PCI Express,
x16 PCI Express,
стандартный 32‑разрядный слот PCI

Для подключения устройства PCI Express используется двунаправленное последовательное соединение типа точка-точка, называемое линией (англ. lane — полоса, ряд); это резко отличается от PCI, в которой все устройства подключаются к общей 32-разрядной параллельной двунаправленной шине.

Соединение (англ. link — связь, соединение) между двумя устройствами PCI Express состоит из одной (x1) или нескольких (x2, x4, x8, x12, x16 и x32) двунаправленных последовательных линий. Каждое устройство должно поддерживать соединение по крайней мере с одной линией (x1).

На электрическом уровне каждое соединение использует низковольтную дифференциальную передачу сигнала (LVDS), приём и передача информации производится каждым устройством PCI Express по отдельным двум проводникам, таким образом, в простейшем случае, устройство подключается к коммутатору PCI Express всего лишь четырьмя проводниками.

Использование подобного подхода имеет следующие преимущества:

карта PCI Express помещается и корректно работает в любом слоте той же или большей пропускной способности (например, карта x1 будет работать в слотах x4 и x16);

слот большего физического размера может использовать не все линии (например, к слоту x16 можно подвести проводники передачи информации, соответствующие x1 или x8, и всё это будет нормально функционировать; однако, при этом необходимо подключить все проводники питания и заземления, необходимые для слота x16).

В обоих случаях, на шине PCI Express будет использоваться максимальное количество линий, доступных как для карты, так и для слота. Однако это не позволяет устройству работать в слоте, предназначенном для карт с меньшей пропускной способностью шины PCI Express. Например, карта x4 физически не поместится в стандартный слот x1, несмотря на то, что она могла бы работать в слоте x1 с использованием только одной линии. На некоторых материнских платах можно встретить нестандартные слоты x1 и x4, у которых отсутствует крайняя перегородка, таким образом, в них можно устанавливать карты большей длины чем разъем. При этом не обеспечивается питание и заземление выступающей части карты, что может привести к различным проблемам.

PCI Express пересылает всю управляющую информацию, включая прерывания, через те же линии, что используются для передачи данных.

PCI Express 2.0

Группа PCI-SIG выпустила спецификацию PCI Express 2.0 15 января 2007 года. Основные нововведения в PCI Express 2.0:

Увеличенная пропускная способность. Спецификация PCI Express 2.0 определяет максимальную пропускную способность одной линии в 500 МБ/с, или 5 ГТ/с (Гигатранзакций/с), при этом сохранена совместимость с PCI Express 1.x. Внесены усовершенствования в протокол передачи между устройствами и программную модель. Таким образом, плата расширения, поддерживающая стандарт PCIE 1.x может работать, будучи установленной в слот PCIE 2.0. Устройства же с интерфейсом PCI Express 2.0 смогут работать в материнских платах, оснащённых слотом PCI Express x16 поколения PCI Express 1.x, но только на скорости 2,5 ГТ/с, так как старые чипсеты не могут поддерживать удвоенную скорость передачи данных.

Динамическое управление скоростью (для управления скоростью работы связи).

Оповещение о пропускной способности (для оповещения ПО об изменениях скорости и ширины шины).

Расширения структуры возможностей— расширение управляющих регистров для лучшего управления устройствами, слотами и интерконнектом).

Службы управления доступом — опциональные возможности управления транзакциями точка-точка).

Управление таймаутом выполнения.

Сброс на уровне функций — опциональный механизм для сброса функций (англ. PCI funcs) внутри устройства (англ. PCI device).

Переопределение предела по мощности (для переопределения лимита мощности слота при присоединении устройств, потребляющих бо́льшую мощность).

Внешняя кабельная спецификация PCIe

7 февраля 2007 года PCI-SIG выпустила спецификацию внешней кабельной системы PCIE. Новая спецификация позволяет использовать кабели длиной до 10 метров, работающие с пропускной способностью 2,5 ГТ/с.

PCI Express 2.1

По физическим характеристикам (скорость, разъём) соответствует 2.0, в программной части добавлены функции, которые в полной мере планируют внедрить в версии 3.0. Так как большинство системных плат продаются с версией 2.0, наличие только видеокарты с 2.1 не даёт задействовать режим 2.1.

PCI Express 3.0

В ноябре 2010 года были утверждены спецификации версии PCI Express 3.0. Интерфейс обладает скоростью передачи данных 8 GT/s(Гигатранзакций/с). Но, несмотря на это, его реальная пропускная способность всё равно была увеличена вдвое по сравнению со стандартом PCI Express 2.0. Этого удалось достигнуть благодаря более агрессивной схеме кодирования 128b/130b, когда 128 бит данных пересылаемых по шине кодируются 130 битами. При этом сохранилась полная совместимость с предыдущими версиями PCI Express. Карты PCI Express 1.x и 2.x будут работать в разъёме 3.0 и наоборот карта PCI Express 3.0 будет работать в разъёмах 1.х и 2.х. По данным PCI-SIG, первые тесты PCI Express 3.0 начались в 2011 году, средства для проверки совместимости для партнеров появились лишь в середине 2011-го, а реальные устройства ― только в 2012-м.

Компания MSI стала первым в мире производителем, выпустившим материнскую плату с поддержкой стандарта PCI Express 3.0.

Летом 2011 года Gigabyte официально представила материнскую плату G1.Sniper 2, построенную на чипсете Intel Z68 и поддерживающую интерфейс PCI Express 3.0.

PCI Express 4.0

PCI Special Interest Group (PCI SIG) заявила, что PCI Express 4.0 может быть стандартизирован до 2015 года. Ожидается, он будет иметь пропускную способность 16 GT/s или более, т.е. будет в два раза быстрее PCIe 3.0.

FSB. Шина PCI, появившаяся в компьютерах на базе процессоров Intel Pentium как локальная шина, предназначенная для связи процессора с оперативной памятью, недолго оставалась в этом качестве. Сегодня она используется только как шина для подключения внешних устройств, а для связи процессора и памяти, начиная с процессора Intel Pentium Pro используется специальная шина, получившая название Front Side Bus (FSB). Эта шина работает на очень высокой частоте 100-125 МГц. В настоящее время внедряются материнские платы с частотой шины FSB 133 МГц и ведутся разработки плат с частотой до 200 МГц. Частота шины FSB является одним из основных потребительских параметров – именно он и указывается в спецификации материнской платы. Пропускная способность шины FSB при частоте 100 МГц составляет порядка 800 Мбайт/с.

AGP. Видеоадаптер – устройство, требующее особенно высокой скорости передачи данных. Как при внедрении локальной шины VLB, так и при внедрении локальной шины PCI видеоадаптер всегда был первым устройством, «врезаемым» в новую шину. Затем параметры шины PCI перестали соответствовать требованиям видеоадаптеров, поэтому для них разработана отдельная шина, получившая название AGP (Advanced Graphic Port – усовершенствованный графический порт). Частота этой шины соответствует частоте шины PCI (33 МГц или 66 МГц), но она имеет много более высокую пропускную способность – до 1066 Мбайт/с (в режиме четырехкратного умножения).

PCMCIA (Personal Computer Memory Card International Association) (произносится пи-си-эм-си-ай-эй) – стандарт международной ассоциации производителей карт памяти для персональных компьютеров). Этот стандарт определяет интерфейс подключения плоских карт памяти небольших размеров и используется в портативных персональных компьютерах. Интерфейс PCMCIA породил целое поколение карт для хранения информации, использовавших flash-память, которые пытались улучшить характеристики PCMCIA карт типа I: CompactFlash, Miniature Card и SmartMedia. Например, электрическая часть спецификации CompactFlash позаимствована из спецификации PCMCIA, что позволяет подключать карты CompactFlash к шине PCMCIA с помощью простейшего переходника, единственная задача которого — согласовать разъёмы.

В настоящее время стандарт PCMCIA практически вышел из употребления. По инерции выпускаются только специфические устройства, используемые для работы с различным диагностическим оборудованием и контроллерами.

Ему на смену пришёл стандарт ExpressCard. В нём для подключения периферийных устройств используются шины PCI Express и USB 2.0.

USB (Universal Serial Bus – универсальная последовательная магистраль). Это одно из последних нововведений в архитектурах материнских плат. Этот стандарт определяет способ взаимодействия компьютера с периферийным оборудованием. Он позволяет подключать до 256 различных устройств, имеющих последовательный интерфейс. Устройства могут включаться цепочками (каждое следующее устройство подключается к предыдущему). Производительность шины USB в последней модификации 3.0 составляет 500 Мб/с. Удобство шины состоит в том, что она практически исключает конфликты между различным оборудованием, позволяет подключать и отключать устройства в «горячем режиме» (не выключая компьютер) и позволяет объединять несколько компьютеров в простейшую локальную сеть без применения специального оборудования и программного обеспечения.

Первые спецификации для USB 1.0 были представлены в 1994—1995 годах. Разработка USB поддерживалась фирмами Intel, Microsoft, Philips, US Robotics. USB стал «общим знаменателем» под тремя не связанными друг с другом стремлениями разных компаний:

Расширение функциональности компьютера. На тот момент для подключения внешних периферийных устройств к персональному компьютеру использовалось несколько «традиционных» (англ. legacy) интерфейсов (PS/2, последовательный порт, параллельный порт, порт для подключения джойстика, SCSI), и с появлением новых внешних устройств разрабатывали и новый разъём. Предполагалось, что USB заменит их все и заодно подхлестнёт разработку нетрадиционных устройств.

Подключить к компьютеру мобильный телефон. В то время мобильные сети переходили на цифровую передачу голоса, и ни один из имеющихся интерфейсов не годился для передачи с телефона на компьютер как речи, так и данных.

Простота для пользователя. Старые интерфейсы (например, последовательный (COM) и параллельный (LPT) порты) были крайне просты для разработчика, но не давали настоящего «подключи и работай». Требовались новые механизмы взаимодействия компьютера с низко- и среднескоростными внешними устройствами — возможно, более сложные для конструкторов, но надёжные, дружественные и пригодные к «горячему» подключению.

	Обычный	Mini	Micro
Тип A	4×12 мм	3×7 мм	2×7 мм
Тип B	7×8 мм	3×7 мм	2×7 мм

Стандарт USB 3.0 отличается от USB 2.0 более высоким поддерживаемым током. Если USB 2.0 предусматривал порог тока 500 мА, то в случае нового стандарта ограничение было сдвинуто до планки 900 мА.

Чтобы гарантировать надёжную передачу данных интерфейс USB 3.0 использует кодирование 8/10 бит, знакомое нам, например, по Serial ATA. Один байт (8 бит) передаётся с помощью 10-битного кодирования, что улучшает надёжность передачи в ущерб пропускной способности. Поэтому переход с битов на байты осуществляется с соотношением 10:1 вместо 8:1.

Параметры микропроцессорного комплекта (чипсета) в наибольшей степени определяют свойства и функции материнской платы. В настоящее время большинство чипсетов материнских плат выпускаются на базе двух микросхем, получивших название «северный мост» и «южный мост».

«Северный мост» управляет взаимосвязью четырех устройств: процессора, оперативной памяти, порта AGP и шины PCI. Поэтому его также называют четырехпортовым контроллером.

«Южный мост» называют также функциональным контроллером. Он выполняет функции контроллера жестких и гибких дисков, функции моста ISA – PCI, контроллера клавиатуры, мыши, шины USB и т. п.

Жесткий диск (HDD)

06.11.2012 г.

Оптический привод

01.11.2012 г.

Оперативная память

16.10.2012 г.

Видеокарта

03.10.2012 г.

Материнская плата

01.10.2012 г.

Блок питания

21.09.2012 г.

Процессор

21.09.2012 г.

Корпус

24.08.2012 г.

Системный блок

24.08.2012 г.

2.Практическая работа №2. Изучение разъемов для подключения внешних устройств

Основные разъемы для подключения периферийного оборудования и устройств приведены на рис. 1.

Рис. 1. Основные разъемы для подключения

периферийного оборудования и устройств

Таблица 1

Тема 2. Структура программных средств.-4

1.

Назначение и классификация программ управления.

2.

Программное управление работой периферийных устройств. Драйверы.

УРОВНИ ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ

Программные средства – это набор программ, которые и заставляют аппаратную часть системы выполнять необходимые действия, «оживляют» компьютер. Эту часть компьютерной системы принято называть «software».

В свою очередь, программное обеспечение современных компьютеров принято разделять на две большие группы: системные программы иприкладные программы. Это разделение носит условный характер, поскольку существуют программы, которые имеют черты, присущие обеим группам.

Системные программы необходимы для обеспечения работы самого компьютера. Их работа часто остается незаметной для пользователя, однако они распределяют ресурсы компьютера, управляют работой его устройств, прохождением других программ и т.д. Системные программы компьютеров представлены, как правило, операционными системами. К этой же группе часто относят различные системы программирования, тестирующие и обслуживающие программные средства.

Прикладные программы, или просто приложения, представляют собой самую многочисленную группу программ. Это именно те программы, ради которых и создавались компьютеры. Прикладное программное обеспечение ориентировано на проблемную область, для которой предназначены программы. Например, программы и программные пакеты математических расчетов, программы обработки статистической информации, программы создания и редактирования текстов и т.д. Прикладные программы создаются самим пользователем или приобретаются.

Яркой особенностью программного обеспечения любого компьютера является то, что оно имеет уровневую структуру. Многоуровневая организация вычислительной среды представлена на рисунке:

Организация вычислительной среды

Эта структура является достаточно условной и, в зависимости от степени детализации, число уровней может измениться.

Независимо от того, на сколько уровней разделена вычислительная среда, неизменным остается одно: каждый последующий уровень базируется на предыдущем. Это означает, что программы, находящиеся на более высоком уровне, не могут работать без тех программ, которые находятся ниже.

· Уровень 1. На самом низшем – первом уровне находитсябазовая система ввода-вывода– BIOS. Она занимает промежуточное положение между техническим и программным видами обеспечения. Поэтому её относят к микропрограммному обеспечению. С помощью BIOS реализуются связи технической и программной компонент вычислительной системы. Как и всё остальное программное обеспечение, микропрограммы - это набор команд, но подобно техническому обеспечению этот набор не носит временного характера, а находится в постоянной памяти компьютера. Кратко рассмотрим назначение BIOS. Любой компьютер имеет множество внутренних и внешних компонент. Для реализации управления необходимо точно знать, какие компоненты содержит компьютер, их параметры, и как к ним можно обратиться при работе. Безусловно, если бы все компьютеры имели единую конфигурацию, этих проблем бы не было. Однако современные компьютеры тем и хороши, что пользователь может сам компоновать вычислительную систему для своих нужд, сообразуясь со своими возможностями. BIOS может настраиваться на определенную конфигурацию технических средств, имеющихся в распоряжении пользователя. При включении компьютера BIOS производит тестирование каждого из компонентов машины и читает настройки компьютера. В дальнейшем с помощью BIOS выполняются все операции по работе с устройствами компьютера, поскольку, говоря техническим языком, BIOS содержит постоянную адресную часть кодов управления для обслуживания системных вызовов.

· Уровень 2. На втором уровне вычислительной среды находится операционная система (ОС). Операционная система занимает особое место среди всех системных программ, поскольку простота и удобство работы на компьютере во многом определяется установленной на нём операционной системой. Операционная система представляет собой комплекс программ, которые обеспечивают пользователю и прикладным программам способы общения с устройствами компьютера. Принято говорить, что операционная система предлагает пользователю интерфейс – методы и средства управления компьютерным процессом. В отличие от BIOS операционная система гораздо больше по размерам, поэтому на неработающем компьютере она хранится на устройствах внешней памяти (обычно на жестком диске). После включения компьютера ОС автоматически загружается в его основную память и берет на себя все функции управления, осуществляя их через BIOS.

· Уровень 3. На этом уровне находятся программы, дающие возможность пользователю решать свои прикладные задачи. Многие из этих программ имеют универсальное назначение, например, системы обработки текстов, электронные таблицы, системы управления базами данных, системы обработки графических изображений и пр. Сюда же следует отнести системы программирования, то есть программные комплексы, предназначенные для создания прикладных программ. Поскольку программы третьего уровня являются рабочим инструментом пользователя, их называют инструментальными. Спектр этих программ весьма широк и зависит от поля деятельности и профессиональных интересов пользователя. Следует сказать, что иногда инструментальные программы не выделяют в отдельный уровень, а часть их относят к программам пользователя, другую – в состав ОС. Однако в любом случае инструментальные программы работают под управлением операционной системы, в свою очередь, управляя прикладными программами пользователя. Инструментальные программы располагаются на внешних носителях и загружаются в память по мере необходимости.

· Уровень 4. Этот уровень содержит самое большое количество программ. Здесь находятся результаты работы пользователя в конкретной области его деятельности, например, текстовые документы, результаты расчетов, графические иллюстрации, прикладные программы. В общем, на последнем уровне располагается всё, что создано с помощью инструментальных программных средств и работает под их управлением.

Таким образом, иерархия уровней организации вычислительной среды организована так, что программы, находящиеся на высокой ступеньке, не могут работать без тех программ, которые находятся ниже. Поэтому наиболее ценные для пользователя программы и приложения, расположенные на верхних уровнях, не могут функционировать без системных программ.

Классификация программных средств

Программное обеспечение –это совокупность программ и сопутствующей документации, которая предназначена для решения задач на ПК. Оно бывает двух видов: системный и прикладной.

Системное программное обеспечениепредназначено для управления компьютером, создания и поддержки выполнения других программ пользователя, предоставления пользователю всевозможных услуг.

Прикладное программное обеспечениепредставляет собой комплекс программ, позволяющих выполнять специфические операции.

Программное обеспечение принято разделять на операционные системы, сервисные системы, программно-инструментальные средства и системы технического обслуживания.

Операционная системауправляет работой всех устройств ПК и процессом выполнения прикладных программ и осуществляет контроль работоспособности оборудования ПК, процедуру начальной загрузки, управление файловой системой, взаимодействие пользователя с ПК, загрузку и выполнение прикладных программ, распределение ресурсов ПК, таких, как ОП, процессорное время и периферийные устройства между прикладными программами.

В настоящее время вместо ОС семейства DOS применяются ОС нового поколения, главными отличительными чертами которых являются:

•многозадачность – возможность обеспечивать выполнение нескольких программ одновременно;

•развитый графический интерфейс;

•использование микропроцессоров;

•устойчивость в работе и защищенность;

•абсолютная независимость от аппаратуры;

•совместимость со всеми видами приложений, разработанных для MS DOS.

Сервисные системыпредоставляют ОС более широкие возможности и обеспечивают пользователю набор разнообразных дополнительных услуг. К системам этого вида относятся оболочки, утилиты и операционные среды.

ОболочкойОС называется программный продукт, который делает общение пользователя с компьютером более комфортным.

Утилиты –это служебные программы, предоставляющие пользователю некоторые дополнительные услуги,

Программа проверки диска предназначается для проверки правильности информации, которая содержится в таблицах распределения файлов диска, и осуществления поиска сбойных блоков диска.

Программа уплотнения диска (или дисковый дефрагматор) применяется для создания и обслуживания сжатых дисков. Уплотненным диском является файл на обычном физическом гибком или жестком диске, сжимающийся при записи и восстанавливающийся при чтении.

Программа резервирования данных на диске призвана работать в трех режимах: резервирования, восстановления и сравнения исходных данных с их резервными копиями.

К архиваторам относят программы, которые позволяют существенно уменьшить «объем», занимаемый тем или иным документом. Архиваторы применяют с целью экономии объема памяти.

Программа «Системный монитор» применяется для анализа пиковой загрузки процессора и других ресурсов.

Антивирусные программы являются интегрированными средствами для выявления и устранения компьютерных вирусов.

Программно-инструментальные средстваявляются программными продуктами, применяемыми для разработки программного обеспечения.

Программы технического обслуживания используются для управления работой различных систем компьютера, позволяют проследить за правильностью его функционирования, а также производить диагностику.

Дра́йвер — компьютерная программа, с помощью которой другие программы (операционная система) получают доступ к аппаратному обеспечению некоторого устройства. Обычно с операционными системами поставляются драйверы для ключевых компонентов аппаратного обеспечения, без которых система не сможет работать. Однако для некоторых устройств (таких, как видеокарта или принтер) могут потребоваться специальные драйверы, обычно предоставляемые производителем устройства.

В общем случае драйвер не обязан взаимодействовать с аппаратными устройствами, он может их только имитировать (например, драйвер принтера, который записывает вывод из программ в файл), предоставлять программные сервисы, не связанные с управлением устройствами (например, /dev/zero в Unix, который только выдаёт нулевые байты), либо не делать ничего (например, /dev/null в Unix и NUL в DOS/Windows).

Операционная система управляет некоторым «виртуальным устройством», которое понимает стандартный набор команд. Драйвер переводит эти команды в команды, которые понимает непосредственно устройство. Это называется «абстрагирование от аппаратного обеспечения».

Драйвер состоит из нескольких функций, которые обрабатывают определенные события операционной системы. Обычно это 7 основных событий:

Загрузка драйвера. Тут драйвер регистрируется в системе, производит первичную инициализацию и т. п.

Выгрузка. Драйвер освобождает захваченные ресурсы — память, файлы, устройства и т. п.

Открытие драйвера. Начало основной работы. Обычно драйвер открывается программой как файл, функциями CreateFile() в Win32 или fopen() в UNIX-подобных системах.

Чтение.

Запись: программа читает или записывает данные из/в устройство, обслуживаемое драйвером.

Закрытие: операция, обратная открытию, освобождает занятые при открытии ресурсы и уничтожает дескриптор файла(символическое имя файла или идентификатор).

Управление вводом-выводом (англ. IO Control, IOCTL). Зачастую драйвер поддерживает интерфейс ввода-вывода, специфичный для данного устройства. С помощью этого интерфейса программа может послать специальную команду, которую поддерживает данное устройство.

Тема 3. Память ЭВМ.

1.Понятие памяти ЭВМ. Внутренняя и внешняя памяти.

Компью́терная па́мять (устройство хранения информации, запоминающее устройство) — часть вычислительной машины, физическое устройство или среда для хранения данных, используемая в вычислениях, в течение определённого времени. Память, как и центральный процессор, является неизменной частью компьютера с 1940-х. Память в вычислительных устройствах имеетиерархическую структуру и обычно предполагает использование нескольких запоминающих устройств, имеющих различные характеристики.

В персональных компьютерах «памятью» часто называют один из её видов — динамическая память с произвольным доступом(DRAM), — которая в настоящее время используется в качестве ОЗУ персонального компьютера.

Задачей компьютерной памяти является хранение в своих ячейках состояния внешнего воздействия, запись информации. Эти ячейки могут фиксировать самые разнообразные физические воздействия (см. ниже). Они функционально аналогичны обычному электромеханическому переключателю и информация в них записывается в виде двух чётко различимых состояний — 0 и 1 («выключено»/«включено»). Специальные механизмы обеспечивают доступ (считывание, произвольное или последовательное) к состоянию этих ячеек.

Процесс доступа к памяти разбит на разделённые во времени процессы — операцию записи (сленг. прошивка, в случае записиПЗУ) и операцию чтения, во многих случаях эти операции происходят под управлением отдельного специализированного устройства — контроллера памяти.

Также различают операцию стирания памяти — занесение (запись) в ячейки памяти одинаковых значений, обычно 00₁₆ или FF₁₆.

Наиболее известные запоминающие устройства, используемые в персональных компьютерах: модули оперативной памяти (ОЗУ),жёсткие диски (винчестеры), дискеты (гибкие магнитные диски), CD- или DVD-диски, а также устройства флеш-памяти.

Функции памяти

Компьютерная память обеспечивает поддержку одной из функций современного компьютера, — способность длительного хранения информации. Вместе сцентральным процессором запоминающее устройство являются ключевыми звеньями так называемой архитектуры фон Неймана, — принципа, заложенного в основу большинства современных компьютеров общего назначения.

Первые компьютеры использовали запоминающие устройства исключительно для хранения обрабатываемых данных. Их программы реализовывались на аппаратном уровне в виде жёстко заданных выполняемых последовательностей. Любое перепрограммирование требовало огромного объёма ручной работы по подготовке новой документации, перекоммутации, перестройки блоков и устройств и т. д. Использование архитектуры фон Неймана, предусматривающей хранение компьютерных программ и данных в общей памяти, коренным образом переменило ситуацию.

Любая информация может быть измерена в битах и потому, независимо от того, на каких физических принципах и в какой системе счисления функционирует цифровой компьютер (двоичной, троичной, десятичной и т. п.), числа, текстовая информация, изображения, звук, видео и другие виды данных можно представить последовательностями битовых строк или двоичными числами. Это позволяет компьютеру манипулировать данными при условии достаточной ёмкости системы хранения (например, для хранения текста романа среднего размера необходимо около одного мегабайта).

К настоящему времени создано множество устройств, предназначенных для хранения данных, основанных на использовании самых разных физических эффектов. Универсального решения не существует, у каждого имеются свои достоинства и свои недостатки, поэтому компьютерные системы обычно оснащаются несколькими видами систем хранения, основные свойства которых обуславливают их использование и назначение.

Физические основы функционирования.В основе работы запоминающего устройства может лежать любой физический эффект, обеспечивающий приведение системы к двум или более устойчивым состояниям. В современной компьютерной технике часто используются физические свойства полупроводников, когда прохождение тока через полупроводник или его отсутствие трактуются как наличие логических сигналов 0 или 1. Устойчивые состояния, определяемые направлением намагниченности, позволяют использовать для хранения данных разнообразные магнитные материалы. Наличие или отсутствие заряда в конденсаторе также может быть положено в основу системы хранения. Отражение или рассеяние света от поверхности CD, DVD или Blu-ray-диска также позволяет хранить информацию.