Что такое информатика 7 страница

4.17 Мышь

Мыши и трекболы являются манипуляторами ввода информации в компьютер. Разумеется, полностью заменить клавиатуру они не могут. Первую компьютерную мышь создал молодой талантливый ученый Дуглас Энджельбарт. Произошло это событие в 1963 г. в Стенфордском исследовательском центре. Первый трекбол (trackball) был создан зна­чительно позже фирмой Logitech. За прошедшие годы мышь значитель­но изменилась, однако неизменно элегантным и эргономичным остается ее «мышиный» дизайн.

Надо заметить, что, хотя до сих пор никаких официальных стандар­тов на компьютерные мыши не разработано, де-факто на рынке сущест­вуют три благородных породы мыши: Microsoft Mouse, Logitech Mouse и Mouse System. Все остальные фирмы всячески стремятся обеспечить совместимость своих «подопечных» с одной или сразу несколькими из породистых мышей.

Не секрет, что своей популярностью мышь обязана, главным обра­зом, громадному спросу на прикладные графические программные сис­темы, а также широкому распространению графического интерфейса пользователя, чему в немалой степени способствует экспансия Windows. Мышь делает очень удобным манипулирование такими широ­ко распространенными в графических пакетах объектами, как окна, ме­ню, кнопки, пиктограммы и т.д. При работе в такой среде мышь, по срав­нению с клавиатурой, существенно облегчает работу, делая ее более простой и эффективной.

Как известно, «первобытная» мышь каталась на двух колесиках, ко­торые были связаны с осями переменных резисторов. Перемещение та­кой мыши было прямо пропорционально изменению сопротивления пе­ременных резисторов. В дальнейшем конструкция мыши претерпела значительные изменения. Колесики (ролики) были перенесены внутрь корпуса, а с поверхностью стал соприкасаться тяжелый обрезиненный или просто сделанный из твердой резины шарик сравнительно большого диаметра. Оси вращения роликов взаимно перпендикулярны. Ролики, прижатые к поверхности шарика, установлены на оси с датчиками, с по­мощью которых и определяются направление и скорость перемещения мыши. Некоторое время в качестве датчиков использовались непрово­дящие диски с нанесенными печатным способом контактами, которые поочередно могли соприкасаться с одним неподвижным контактом. При таком внутреннем устройстве мышь была практически полностью «ме­ханической».

Но, как известно, механика - вещь не очень надежная, поэтому впо­следствии (да и до сих пор) подавляющее число компьютерных мышей стали использовать оптико-механический принцип кодирования пере­мещения. На смену механическим шифраторам пришли оптопары: све­тодиод-фотодиод, или фоторезистор, а в некоторых случаях даже фото­транзистор. Такая пара располагается по разные стороны от диска с прорезями. Порядок, в котором освещаются фоточувствителъные эле­менты, определяет направление перемещения мыши, а частота прихо­дящих от них импульсов - скорость.

Сегодня не все мыши используют одинаковый способ перемещения. Например мышь Honeywell имеет уникальный запатентованный дизайн. Вместо обычного шара эта мышь имеет две «ножки». Эти «ножки» яв­ляются частью Х-У-механизма оптико-механического шифратора.

Напомним, что наиболее распространенные мыши имеют либо две, либо три кнопки. Мыши от Microsoft, начиная со своей зеленоглазой пра­родительницы (первая мышь имела две кнопки зеленого цвета), имеют только две кнопки, а вот мыши Mouse System - три. Стоит, правда, от­метить, что большинство прикладных программных систем ориентиро­вано, вообще говоря, на некую однокнопочную мышь, поскольку остав­шиеся кнопки либо вообще не используются, либо эмулируют опреде­ленные клавиши клавиатуры.

В настоящее время можно выделить три различных способа под­ключения мыши (мы не будем рассматривать «бесхвостых» радио- и иных редких мышей). Самым распространенным для настольных IBM- совместимых компьютеров является подключение через последова­тельный порт (интерфейс RS232). Таким образом происходит подключе­ние подавляющего количества мышей различных фирм-производите­лей. Менее распространены так называемые мыши с шинным интер­фейсом (bus-mouse) от фирмы Microsoft, которые для своего подключе­ния требуют специальную плату, то есть особый «мышиный» порт. Сра­зу заметим, что мыши этого вида представляют у нас в стране некий ра­ритет. Ну и третьей разновидностью можно считать мышей «в стиле PS/2», которые используются преимущественно в компьютерах анало­гичной серии. Таким образом, наибольший интерес для массового поль­зователя представляют только те мыши, которые подключаются через последовательный порт компьютера.

Физически каждая такая мышь на своем «хвосте» имеет разъем ти­па DB-9. В некоторых случаях в комплекте с мышью поставляется и пе­реходное устройство с DB-9 на DB25, поскольку на некоторых компью­терах последовательный порт может иметь именно такой разъем.

Неотъемлемой частью комплекта поставки мыши является дискета, на которой записаны программы установки и тестирования, а также драйвер (обычно в виде файлов типа СОМ и SYS). Часто в комплекте поставляются программы - генераторы меню. Они позволяют пользова­телю создавать на экране одно или несколько меню и «начинять» их пункты управления различными командами. Прикладная программа мо­жет получить указанную мышью команду точно так же, как если бы эта команда была введена с клавиатуры. Некоторые «благородные» мыши комплектуются также программами рисования типа упрощенной PaintBrush.

Мыши от Microsoft, имеющие последовательный интерфейс, и, разумеется, им подобные для передачи процессору используют 3-байтовый формат, содержащий информацию о позиции мыши и со­стоянии кнопок.

Не все мыши используют формат передачи, предложенный фирмой Microsoft. Например, трёхклавишная мышь Mouse System и совместимые с ней системы передают данные в 5-байтовом формате. Разница в форматах приводит к тому, что драйвер (программа управления) одной мыши не работает с другой.

4.18 Модемы и факс-модемы

Без модема немыслима система электронных коммуникаций. Это позволяет вам включиться в увлекательный, а сегодня уже и просто жизненно необходимый мир информационных потоков, электронных баз данных, электронной почты, электронных справочников, электронных досок объявлений и т.д.

Если вы хотите оперативно передать файл (с программой, картин­кой или сообщением) вашему сотруднику, то с помощью модема это де­лается элементарно. Используя специальную информационную про­грамму, вы звоните по телефону своему партнеру, модемы на ваших компьютерах «договариваются» друг с другом об установлении соеди­нения, и после этого, используя специальный протокол передачи дан­ных, вы передаете файл на удаленный компьютер.

Вторая услуга (необходимо отметить, что она является бесплатной, конечно, если не учитывать плату за занятую телефонную линию) - об­мен информацией с BBS (Buleten Board System) электронной доски объ­явлений. Сейчас на территории бывшего СССР имеется уже несколько тысяч BBS. Физически BBS представляют собой ПК со специальным программным обеспечением, который через модем подключен к обыч­ной телефонной сети. Программное обеспечение предоставляет воз­можность любому дозвонившемуся зарегистрироваться в BBS и рабо­тать в ней.

BBS могут быть связаны между собой. При этом есть возможность посылать электронные сообщения (и даже бинарные файлы) пользова­телю, зарегистрированному на другом узле сети BBS. Система BBS имеет свою конституцию - правила поведения членов системы. Узел BBS содержит большое количество файлов, разбитых по темам. Рабо­тая в системе, вы можете просмотреть список файлов и «перекачать» на свой компьютер файлы, которые вас заинтересовали.

Наряду с этим, стремительно развивается другое направление ком­пьютерной технологии - общение компьютеров между собой через ми­ровые сети с помощью различных коммуникаций.

Крупнейшей глобальной информационной системой является сеть Internet, которая в действительности не имеет определенной организа­ционной структуры и представляет собой некий конгломерат самостоя­тельных компьютерных сетей, созданных усилиями различных прави­тельств, научных, коммерческих и некоммерческих организаций.

За 1996 год в Москве количество WWW (World Wide Web - Всемир­ная паутина) серверов (узлов) возросло приблизительно с 30 на начало года до 500 к концу года.

Основной формой сетевых коммуникаций в настоящее время явля­ется электронная почта (E-mail). Каждый пользователь, подключенный к E-mail, имеет свой электронный адрес, например: grigri@finec.ru (адрес преподавателя нашего университета). С помощью специального про­граммного обеспечения ваше послание будет отправлено в любую точку мира, где находится получатель, электронный адрес которого вы указа­ли. Эта операция занимает минуты, даже если адресат находится на другом континенте.

Однако возможности Internet намного шире, чем простой обмен со­общениями между отдельными людьми. С помощью этой сети Вы може­те получить доступ к океану информации, циркулирующей по планете, объем которой невозможно ни перечислить, ни классифицировать.

Когда компьютер используется для обмена информацией по теле­фонной сети, необходимо устройство, которое может принять сигнал из телефонной сети и преобразовать его в цифровую информацию. На вы­ходе этого устройства информация подвергается МОДуляции, а на вхо­де ДЕМодуляции, отсюда и название МОДЕМ. Назначение модема за­ключается в замене сигнала, поступающего из компьютера (сочетание нулей и единиц), электрическим сигналом с частотой, соответствующей рабочему диапазону телефонной линии.

Прежде чем перейти к описанию факс-модемов для компьютеров, необходимо пояснить, что такое факс или факсимильный аппарат в ча­стности.

Факсимильный аппарат (далее просто факс или телефакс) служит для передачи или приема графических и текстовых черно-белых изо­бражений по телефонным линиям. Выглядит как большой телефонный аппарат, и им можно пользоваться как обычным телефоном. Но, в отли­чие от обычного телефона, в него устанавливается рулон термобумаги (для распечатки получаемого изображения), есть также автоответчик. Если вы хотите пользоваться факсом одновременно и как телефоном, и как автоответчиком, и для приема/отправки факсовых изображений, то вам надо установить автоматическое срабатывание автоответчика и факса на пятый-шестой звонок телефона. Если вы успеете поднять трубку раньше, то будете разговаривать как по обычному телефону (впрочем, ничто не мешает вам при этом в любой момент включить факс на прием или отправку изображений, нажав соответствующую кнопку). Стандартный пример такого рода факса - факс Panasonic KX-F110B.

Факсимильные аппараты, в основном, используются организациями для отправки и приема счетов, документов. Те же самые функции по­зволит выполнить и факс-модемная плата совместно с компьютером (обычный телефон при этом включается параллельно). Но такой вари­ант факсового устройства менее удобен. Во-первых, для автоматическо­го приема компьютер должен быть всегда включен, что не всегда при­емлемо. Во-вторых, если вы даже находитесь у телефона, а компьютер не включен, вам придется его включать и запускать соответствующую программу. В-третьих, для отправки изображения его необходимо спер­ва перевести в компьютер, а для кого нужен сканер. Правда, вы можете просто перепечатать текст и отправить его, но при этом подписи или пе­чать (организации) передать невозможно.

Из всего этого следует вывод: факс-модемную плату (в качестве факса) можно предпочесть факсовому аппарату, только если вы испы­тываете финансовые затруднения (ее стоимость от $50) или собирае­тесь пользоваться ею, в основном, на прием, или если вы вообще очень редко будете ею пользоваться (по части факса).

По части же модема факс-модемная плата ничем не отличается от модемной платы. И также может быть выполнена в виде внутреннего (вставляется в любой слот на «материнской» плате) или в виде отдель­ного блока (соединяется по RS-232). Факс-модемная плата обычно стоит чуть-чуть дороже модемной.

Все модемы и факсы начинают передавать информацию в теле­фонную линию с максимальной скоростью, на которую они рассчитаны. Если в линии большие помехи или у другого устройства ниже макси­мальная скорость, то происходит автоматический переход на более низ­кую скорость и так далее.

Модемы хотя и предназначены для передачи цифробуквенных со­общений, но с их помощью можно передать и графические изображения. Например, передать игровую программу. С одной стороны, она будет передаваться в виде цифробуквенной информации (текст программы), с другой стороны, будут переданы и графические картинки, которые за­шифрованы в этой цифробуквенной информации. Однако оказывается, что для цифробуквенной информации существуют свои более плотные методы сжатия, а для графического изображены - свои эффективные методы сжатия (которые и применяются в факсовых аппаратах). Поэто­му более быстро передавать графические изображения можно только с помощью факсимильной связи.

4.19 Компьютерные сети

Под локальной вычислительной сетью (ЛВС) обычно понимают коммуникационную систему, состоящую из двух или более компьютеров и включающую в себя специальное аппаратное и программное обеспе­чение. В такой системе любое из подключенных устройств может ис­пользовать ЛВС для передачи или получения информации. Небольшие ЛВС, или LAN (Local Area Network), обычно охватывают какое-либо от­деление предприятия и не выходят за пределы одного здания. Доста­точно эффективно можно использовать ЛВС и в малом офисе. Стоит, видимо, перечислить ряд веских причин для объединения отдельных персональных компьютеров в ЛВС.

Во-первых, совместный доступ к внешним высококачественном уст­ройствам снижает затраты на каждого отдельного пользователя. К тому же правильная реализация совместного доступа повышает надежность всей системы, так как при отказе одного устройства его функции может взять на себя другое. Поскольку дисковая память является достаточно дорогим ресурсом, можно, например, организовать коллективный доступ к дискам одного или нескольких компьютеров, причем в этом случае на ряде компьютеров дисковые подсистемы могут вообще отсутствовать.

Кроме того, средства сети легко обеспечивают доступ к одному (дорого­му) лазерному принтеру от нескольких компьютеров.

Во-вторых, кроме совместной эксплуатации дорогостоящих перифе­рийных устройств, ЛВС позволяет аналогично использовать сетевые версии прикладного программного обеспечения. Затраты на покупку и поддержку новых программных пакетов в этом случае также сокращаются.

В-третьих, ЛВС обеспечивают новые формы взаимодействия поль­зователей в одном коллективе, например при работе над общим проек­том. Особое значение имеет организация распределенной обработки данных. В локальной сети можно организовать доступ всех пользовате­лей к большой базе данных, расположенной на одном мощном компью­тере. Стоит отметить, что в случае централизованного хранения инфор­мации значительно упрощаются процессы обеспечения.

Для подготовки проекта установки и запуска локальной сети для вашего офиса лучше всего обратиться в специализированную фирму, благо их сегодня существует достаточно много. Тем не менее надо все- таки представлять проблему хотя бы в общих чертах.

Довольно часто компьютер, подключенный к локальной сети, назы­вают рабочей станцией (workstation), однако не следует путать этот тер­мин с другим, который обозначает мощную высокопроизводительную машину, предназначенную для решения сложных задач, например гра­фических САПР и т.д. Впрочем, мощный компьютер также может быть включен в ЛВС, но в сети для малого офиса его наличие маловероятно. Кстати, в случае коллективного доступа к дискам одного или нескольких компьютеров речь может идти даже о бездисковых рабочих станций.

Каждый компьютер в ЛВС должен иметь встраиваемую плату, кото­рая позволяет ему взаимодействовать с другими устройствами данной сети. Такая плата называется сетевым адаптером, или NIC (Network InterfaceCard). Небольшие низкоскоростные сети, выполненные на базе стандартных последовательных портов IBM PC-совместимых компьюте­ров, называют ЛВС «нулевым слотом» (zero slot LAN).

По определению, сервер - это некоторое обслуживающее устройст­во, которое в ЛВС выполняет, например, роль управляющего центра и концентратора данных. Под сервером, вообще говоря, понимается ком­бинация аппаратных и программных средств, которая служит для управ­ления сетевыми ресурсами общего доступа. Среди ЛВС на базе персо­нальных компьютеров различают сети с выделенным сервером (центра­лизованным управлением) и так называемые одноранговые сети (peer- to-peer). В последних при совместном использовании информации каж­дая станция может выступать и как клиент, и как сервер. Таким образом, функции управления сетью передаются от одной станции к другой. Ра­зумеется, в одноранговых сетях пользователям также предоставляется возможность совместного использования принтеров, накопителей, мо­демов и других ресурсов ЛВС.

Оба типа сетей имеют свои достоинства и недостатки. Одноранго­вые ЛВС достаточно дешевы и просты в обслуживании, однако не могут обеспечить должной защиты информации при большом размере сети. ЛВС с выделенным сервером имеют хорошие возможности для расши­рения, но требуют постоянного квалифицированного обслуживания. Су­ществует большое количество сетевых операционных систем (Network Operation System, NOS), рассчитанных на ЛВС с централизованным управлением (Novell Netware, Microsoft LAN Manager), и программного обеспечения для одноранговых сетей (Artisoft LANtastic, Novell NetWare Lite, Microsoft Windows for Workgroups).

Способ объединения компьютеров в сети между собой называют топологией. Классическими топологиями ЛВС являются «звезда» («де­рево»), «общая шина» и «кольцо». В случае использования топологии типа «звезда» компьютеры объединяются посредством специального устройства, называемого концентратором, или хабом (hub). Топология «общая шина» предполагает применение одного кабеля, к которому подключаются все компьютеры данной сети. Для топологии типа «коль­цо» данные передаются от одного компьютера к другому как бы по эс­тафете.

4.20 Мультимедиа

Развитие интерактивных компьютерных систем обеспечивает рабо­ту со всеми этими видами информации в диалоговом режиме. Такие системы называются латинским словом мультимедиа (multimedia), т.е. системы со многими средами, со многими видами информации.

Число доступных на CD-ROM прикладных программ достигло ныне критической массы. Сегодня практически каждый компьютер продается вместе со встроенным лазерным дисководом, а те, кто купил ПК ранее, покупают CD-ROM и самостоятельно его устанавливают.

Что же нам может дать применение лазерных дисков? Прежде всего это качественно новые подходы к подаче информации (особенно это от­носится к всевозможным справочникам, словарям, энциклопедиям).

При работе с энциклопедиями часто приходится разыскивать одну за другой взаимосвязанные статьи, следуя указаниям «см. также...», в результате на столе собирается гора тяжелых томов. Но если вся эн­циклопедия умещается на компакт-диске, она становится гипермедиа­документом и читатель может изучать тот или иной вопрос, просто на­жимая кнопку «мыши», а не перелистывая страницы. Более того, по­скольку такой документ содержит, помимо текста, рисунки, карты, гра­фики, звуковые записи, анимацию и видеоролики, среда CD-ROM позво­ляет превратить старую добрую энциклопедию в нечто совершенно но­вое - интерактивный обучающий мультимедиацентр.

Особое преимущество системы мультимедиа имеют там, где требу­ется поиск, в весьма ограниченные сроки, специальной информации среди огромного объема однотипных данных, например во врачебной практике.

Особую популярность приобрели на Западе обучающие системы. На дисках записывается курс обучения по одному из предметов. Звучат пояснения учителя, высвечиваются тексты, графики, цветные иллюстра­ции, демонстрируется динамика проведения опытов. При изучении ка­кой-либо темы обучающийся может вызывать на свой компьютерный монитор любой учебный материал, скажем тот, который он хуже знает или который хотел бы изучить глубже. Это позволяет использовать учебное время максимально продуктивно и удовлетворить индивиду­альные запросы каждого обучающегося.

Большими тиражами выходят каталоги о произведениях искусства, хранящихся в различных музеях и галереях, в том числе в их запасни­ках, с информацией об авторах. Можно назвать десятки областей дея­тельности, где компакт-диски нашли применение: это различные отрас­ли науки и техники, налоговые процедуры, законодательство, стандарты и многое другое.

Возможность размещения на одном компакт-диске технических ру­ководств, конструкторской документации или архивных материалов по­зволяет тонущим в бумажном потоке компаниям выйти на передовые рубежи информации. Поэтому нет ничего удивительного в том, что CD - ROM быстро приобретает популярность в мире бизнеса.

В последнее время многие зарубежные фирмы выпускают игровые программы на лазерных дисках. Сложные красочные игры занимают, как правило, объем в несколько десятков Мбайт. Это значит, что на средний по объему винчестер можно записать в лучшем случае 5-6 таких игр. А на одном лазерном диске их поместится гораздо больше.

Применение технологии CD-ROM сегодня наиболее ярко отрази­лось на индустрии компьютерных игр. К настоящему времени уже суще­ствуют сотни игр на этих носителях. Среди игр, распространяемых на CD-ROM, можно четко выделить три направления: игры, просто перене­сенные на другой носитель (т.н. Shovelware), игры с расширенными воз­можностями и оригинальные игры, созданные специально для CD.

Технология CD-ROM пока еще используется не на полную мощ­ность: в основном CD-версии игр отличаются от оригинальных введени­ем музыки и голосового сопровождения, либо улучшением качества графики. При этом игровой компонент как таковой практически не меня­ется: приключенческие игры как были линейными (то есть вы не можете сделать следующего шага, не завершив текущего), так и остаются тако­выми даже на CD. Хотя, казалось бы, наличие большого объема для хранения данных позволяет делать игры с альтернативными сценария­ми: сделал это - попал туда, сделал то - попал куда-то еще, чуть за­держался - и сюжет начал развиваться по-другому, и т.п. Очевидно, что именно с появлением специальных версий, рассчитанных только на CD- ROM, мы сможем в полной мере говорить о новом поколении компью­терных игр.

4.21 Другие периферийные устройства

1. Устройства защиты

Самую простейшую защиту по питанию обычно обеспечивают так называемые ограничители перенапряжений. Эти устройства предохра­няют нагрузку от различного рода выбросов и всплесков питающего на­пряжения электросети, а также радиочастотных шумов. Некоторые из таких приборов гарантируют максимальный рабочий ток до 13 А (при на­пряжении 220-240 В). Примерами подобных устройств могут быть моде­ли SurgeArrest фирмы American Power Conversion (APC), Isobar фирмы TrippLite, SpikeFree фирмы Best Power Technology.

Более высокий уровень защиты обеспечивают устройства нормали­зации, которые надежно «очищают» питающее напряжение от всевоз­можных шумов и позволяют регулировать его в достаточно широком диапазоне. Некоторые модели таких устройств могут предотвращать даже кратковременные провалы в питающем напряжении. Мощность на­грузки, подключаемой к таким устройствам, может варьироваться (в за­висимости от модели) от 250 ВА до 2кВА.

2. Бесперебойные источники питания

Обеспечить работу нагрузки при полном отключении электропита­ния (blackout) могут только устройства, называемые UPS (Uninterruptible Power Supply), или БИП (Бесперебойные источники питания). Функцио­нально такой прибор практически всегда состоит из устройства подав­ления помех, зарядного устройства, батареи аккумуляторов и преобра­зователя напряжения (постоянное-переменное). Все предлагаемые в настоящее время БИП можно условно подразделить на несколько групп.

К самой немногочисленной группе относятся так называемые встраиваемые (internal) UPS. Встраиваемые БИП - это самый дешевый по стоимости и самый простой тип бесперебойных источников питания. Конструктивно эти устройства выглядят как отдельная плата расшире­ния, вставляемая в соответствующий разъем на системной плате ком­пьютера. В БИП этого типа отсутствует преобразователь напряжения, так как цепи питания подключены непосредственно к батарее аккумуля­торов, которая и выдает необходимые уровни постоянного напряжения. Сами же аккумуляторы подзаряжаются, конечно, от электросети. Все это является несомненным преимуществом таких БИП и сказывается на их невысокой стоимости. Однако заметим, что подобные БИП не могут за­щитить от неприятностей в сети электропитания ни монитор, ни внешние накопители, ни другие периферийные устройства. Установка встраивае­мых БИП не очень сложна, но требует внимания и аккуратности. В каче­стве примера подобных устройств можно привести модели AccuCard и Internal Power System фирм Emerson Computer Power и Powercard.

Наиболее многочисленные группы БИП представляют устройства, имеющие топологию on-line (постоянно включенные) и off-line или standby (резервные). БИП, относящиеся к последней группе, в свою оче­редь, могут быть поделены на две подгруппы: standby hybrid UPS и standby-ferro UPS (гибридные и феррорезонансные). Подгруппа уст­ройств, выполненных по топологии line-interactive (интерактивные бИп), выглядит несколько обособленно, хотя чаще всего подобные устройства относят к типу standby (или hybrid) UPS.

Как уже говорилось, в состав БИП обычно входят стабилизатор (устройство подавления перенапряжения и фильтр), зарядное устройст­во, аккумуляторы (возможно кислотные), преобразователь постоянного напряжения в переменное (DC/AC) и переключатель выходного напряже­ния.

Постоянно включенные БИП (работающие в режиме on-line) обеспе­чивают энергоснабжение подключенных устройств от батареи аккумуля­торов через преобразователь напряжения независимо от состояния электросети, в то время как резервные UPS переходят на такой режим работы только при полном отключении внешнего питающего напряжения.

Большинство источников бесперебойного питания могут автономно работать от 5 до 20 минут. Они рассчитаны в основном на то, что вы не­медленно сохраните свою информацию и выключите компьютер. Запа­ситесь достаточным терпением и ждите, пока снова появится электриче­ство. Самые современные и очень дорогие источники бесперебойного питания могут работать часами и даже сутками.

Лекция 5. Операционные системы

5.1 Уровни компьютерных систем

Работая с компьютером на бытовом уровне, мы часто не задумыва­емся, что же скрывается за встречающим нас дружественным интер­фейсом, а ведь современная компьютерная система состоит из одного или нескольких процессоров, оперативной памяти, дисков, клавиатуры, монитора, принтеров, сетевого интерфейса и других устройств, то есть является сложной комплексной системой. Написание программ, которые следят за всеми компонентами, корректно используют их и при этом ра­ботают оптимально, представляет собой крайне трудную задачу. По этой причине компьютеры оснащаются специальным уровнем про­граммного обеспечения, называемым операционной системой. Опера­ционная система отвечает за управление всеми перечисленными уст­ройствами и обеспечивает пользователя имеющими простой, доступный интерфейс программами для работы с аппаратурой.

Выделяют пять основных уровней компьютерных систем (КС), среди которых:

1. Самый нижний уровень содержит физические устройства, со­стоящие из интегральных микросхем, проводников, источников питания, электронно-лучевых трубок и т.п. То, как они устроены и как работают, относится к сфере деятельности инженеров, специалистов по электро­нике.

2. Выше расположен микроархитектурный уровень, на котором фи­зические устройства рассматриваются с точки зрения функциональных единиц. Обычно на этом уровне находятся внутренние регистры цен­трального процессора (CPU - Central Processing Unit) и арифметико­логическое устройство. На каждом такте процессора из регистра выби­рается один или два операнда, которые обрабатываются в арифметико­логическом устройстве (например, действием операции сложения или логического И). Результат сохраняется в одном или нескольких регист­рах. В некоторых машинах операции над данными контролируются про­граммными приложениями, которые называются микропрограммами, в других такой контроль выполняется напрямую аппаратными цепями.

В микропрограммах используется:

• обработка прерываний,

• управление различными типами структур данных,

• примитивы, синхронизация, координирующий доступ к общим дан­ным,

• переключение контекста,

• последовательности вызова из процедур и возврата в них.

3. Определенная система команд передается по маршруту переда­чи данных. Некоторые команды могут быть выполнены за один цикл пе­редачи данных, другие требуют нескольких циклов. Такие команды могут использовать регистры или другие возможности аппаратуры. Команды, видимые для работающего на ассемблере программиста, формируют уровень ISA (Instruction Set Architecture - архитектура системы команд), часто называемый машинным языком.

Обычно машинный язык содержит от 50 до 300 команд, служащих преимущественно для перемещения данных по компьютеру, выполне­ния арифметических операций и сравнения величин. Управление уст­ройствами на этом уровне осуществляется с помощью загрузки опреде­ленных величин в специальные регистры устройств.

Примером работы на таком уровне может служить обработка ко­манды чтения с диска. Для этого нужно выполнить запись в его регист­ры: адреса места на диске, адреса в основной памяти, число байтов для чтения и еще множество параметров. Кроме того, нужно учитывать ста­тус операции, возвращаемый диском.