Программы отвечающие за взаимодействие компьютера с периферийными устройствами и их контролерами это

Состав вычислительной системы называется конфигурацией. Аппаратные и про­граммные средства вычислительной техники принято рассматривать отдельно. Соответственно, отдельно рассматривают аппаратную конфигурацию вычисли­тельных систем и их программную конфигурацию.

Такой принцип разделения имеет для информатики особое значение, поскольку очень часто решение одних и тех же задач может обеспечиваться как аппаратными, так и программными средствами. Критериями выбора аппаратного или программного решения являются произво­дительность и эффективность. Обычно принято считать, что аппаратные решения в среднем оказываются дороже, зато реализация программных решений требует более высокой квалификации персонала.

К аппаратному обеспечению вычислительных систем относятся устройства и при­боры, образующие аппаратную конфигурацию. Современные компьютеры и вычис­лительные комплексы имеют блочно-модульную конструкцию — аппаратную кон­фигурацию, необходимую для исполнения конкретных видов работ, можно собирать из готовых узлов и блоков.

💡 Arduino — Взаимодействие с компьютером. TTL и UART — EP8

По способу расположения устройств относительно центрального процессорного устройства (ЦПУ — Central Processing Unit, CPU) различают внутренние и внешние устройства. Внешними, как правило, являются большинство устройств ввода-вывода данных (их также называют периферийными устройствами) и некоторые устройства, предназначенные для длительного хранения данных.

Согласование между отдельными узлами и блоками выполняют с помощью пере­ходных аппаратно-логических устройств, называемых аппаратными интерфейсами. Стандарты на аппаратные интерфейсы в вычислительной технике называют прото­колами. Таким образом, протокол — это совокупность технических условий, которые должны быть обеспечены разработчиками устройств для успешного согласования их работы с другими устройствами.

Многочисленные интерфейсы можно условно разделить на две большие группы: последовательные и параллельные. Через последовательный интерфейс данные передаются последо­вательно, бит за битом, а через параллельный — одновременно группами битов.

Программы ~ это упорядоченные последовательности команд. Конечная цель любой компьютерной программы — управление аппаратными средствами.

Программное и аппаратное обеспечение в компьютере работают в неразрывной связи и в непрерывном взаимодействии.

Состав программного обеспечения вычислительной системы называют программ­ной конфигурацией.

Базовый уровень. Самый низкий уровень программного обеспечения представляет базовое программное обеспечение. Оно отвечает за взаимодействие с базовыми аппа­ратными средствами. Базовые программные средства непосредственно входят в состав базового оборудования и хранятся в специальных микросхемах, называемых постоянными запоминающими устройствами (ПЗУ — Read Only Memory, ROM). Программы и данные записываются («прошиваются») в микросхемы ПЗУ на этапе производства и не могут быть изменены в процессе эксплуатации.

Системный уровень. Системный уровень — переходный. Программы, работающие на этом уровне, обеспечивают взаимодействие прочих программ компьютерной системы с программами базового уровня и непосредственно с аппаратным обеспече­нием, то есть выполняют «посреднические» функции.

❓ Неизвестное устройство в Windows. Как решить проблему?

Конкретные программы, отвечающие за взаимодействие с конкретными устройствами, называются драйверами устройств — они входят в состав программного обеспечения системного уровня. Другой класс программ системного уровня отвечает за взаимодействие с пользовате­лем. Эти программные средства называют средствами обеспечения пользовательского интерфейса. От них напрямую зависит удобство работы с компьютером и производи­тельность труда на рабочем месте.

Совокупность программного обеспечения системного уровня образует ядро операци­онной системы компьютер. Наличие ядра опера­ционной системы — непременное условие для возможности практической работы человека с вычислительной системой.

Служебный уровень. Программное обеспечение этого уровня взаимодействует как с программами базового уровня, так и с программами системного уровня. Основное назначение служебных программ (их также называют утилитами) состоит в авто­матизации работ по проверке, наладке и настройке компьютерной системы.

В разработке и эксплуатации служебных программ существует два альтернативных направления: интеграция с операционной системой и автономное функционирование.

Прикладной уровень. Программное обеспечение прикладного уровня представляет собой комплекс прикладных программ, с помощью которых на данном рабочем месте выполняются конкретные задания.

Поскольку между прикладным программным обеспечением и системным существует непосредственная взаимосвязь, то можно утверждать, что универсальность вычислительной системы, доступность прикладного программ­ного обеспечения и широта функциональных возможностей компьютера напрямую зависят от типа используемой операционной системы, от того, какие системные средства содержит ее ядро, как она обеспечивает взаимодействие триединого ком­плекса человек — программа — оборудование.

Классификация прикладных программных средств

Текстовые редакторы. Основные функции этого класса прикладных программ заключаются в вводе и редактировании текстовых данных. Дополнительные функ­ции состоят в автоматизации процессов ввода и редактирования. Для операций ввода, вывода и сохранения данных текстовые редакторы вызывают и используют системное программное обеспечение.

Текстовые процессоры. Основное отличие текстовых процессоров от текстовых редакторов в том, что они позволяют не только вводить и редактировать текст, но и форматировать его, то есть оформлять. Соответственно, к основным средствам текстовых процессоров относятся средства обеспечения взаимодействия текста, графики, таблиц и других объектов, составляющих итоговый документ, а к дополни­тельным — средства автоматизации процесса форматирования.

Графические редакторы. Это обширный класс программ, предназначенных для создания и (или) обработки графических изображений. В данном классе различают следующие категории: растровые редакторы, векторные редакторы и программные средства для создания и обработки трехмерной графики (ЗО-редакторы). Растровые редакторы применяют в тех случаях, когда графический объект представлен в виде комбинации точек, образующих растр и обладающих свойствами яркости и цвета. Растровые редакторы широко применяются для обработки изображений, их ретуши, создания фотоэффектов и художественных композиций (коллажей).

Векторные редакторы. Элементарным объектом векторного изображения является линия. В векторных редакторах каждая линия рассматривается как матема­тическая кривая третьего порядка и, соответственно, представляется не комбинацией точек, а математической формулой (в компьютере хранятся числовые коэффициенты этой формулы). Такое представление намного компактнее, чем растровое.

Они нашли широкое применение в реклам­ном бизнесе, их применяют для оформления обложек полиграфических изданий и всюду, где стиль художественной работы близок к чертежному.

Редакторы трехмерной графики используют для создания трехмерных композиций. Позволяют гибко управ­лять взаимодействием свойств поверхности изображаемых объектов со свойствами источников освещения и позволяют создавать трехмерную анимацию

Системы управления базами данных. Базами данных называют огромные массивы данных, организованных в табличные структуры. Основными функциями систем управления базами данных являются:

• создание пустой (незаполненной) структуры базы данных;

• предоставление средств ее заполнения или импорта данных из таблиц другой базы;

• обеспечение возможности доступа к данным, а также предоставление средств поиска и фильтрации.

Основное свойство электронных таблиц состоит в том, что при изменении содержа­ния любых ячеек таблицы может происходить автоматическое изменение содер­жания во всех прочих ячейках, связанных с измененными соотношением, заданным математическими или логическими выражениями (формулами).

Системы автоматизированного проектирования (CAD-системы). Предназначены для автоматизации проектно-конструкторских работ. Применяются в машинострое­нии, приборостроении, архитектуре. Кроме чертежно-графических работ эти сис­темы позволяют проводить простейшие расчеты (например, расчеты прочности, деталей) и выбор готовых конструктивных элементов из обширных баз данных.

Настольные издательские системы. Назначение программ этого класса состоит в автоматизации процесса верстки полиграфических изданий. Этот класс программного обеспечения занимает промежуточное положение между текстовыми процессорами и системами автоматизированного проектирования.

Экспертные системы. Предназначены для анализа данных, содержащихся в базах знаний, и выдачи рекомендаций по запросу пользователя. Такие системы применяют в тех случаях, когда исходные данные хорошо формализуются, но для принятия реше­ния требуются обширные специальные знания.

С использованием экспертных систем связана особая область научно-технической деятельности, называемая инженерией знаний. Инженеры знаний — это специалисты особой квалификации, выступающие в качестве промежуточного звена между раз­работчиками экспертной системы (программистами) и ведущими специалистами в конкретных областях науки и техники (экспертами).

Редакторы HTML (Web-редакторы). Это особый класс редакторов, объединяющих в себе свойства текстовых и графических редакторов. Они предназначены для созда­ния и редактирования так называемых Web-документов (Web-страниц Интернета). Web-документы — это электронные документы, при подготовке которых следует учи­тывать ряд особенностей, связанных с приемом/передачей информации в Интернете.

Броузеры (обозреватели, средства просмотра Web). К этой категории относятся программные средства, предназначенные для просмотра электронных документов выполненных в формате HTML (документы этого формата используются в качестве Web-документов).

Интегрированные системы делопроизводства. Представляют собой программные средства автоматизации рабочего места руководителя. К основным функциям подобных систем относятся функции создания, редактирования и форматирования простейших документов, централизация функций электронной почты, факсимильной телефонной связи, диспетчеризация и мониторинг документооборота предприятия координация деятельности подразделений.

Бухгалтерские системы. Это специализированные системы, сочетающие в себе функции текстовых и табличных редакторов, электронных таблиц и систем управления базами данных. Предназначены для автоматизации подготовки и учета бухгалтерских документов.

Финансовые аналитические системы. Программы этого класса используются в банковских и биржевых структурах. Они позволяют контролировать и прогнозировать ситуацию на финансовых, товарных и сырьевых рынках, производить анализ текущих событий, готовить сводки и отчеты.

Геоинформационные системы (ГИС). Предназначены для автоматизации картографических и геодезических работ на основе информации, полученной топографическими или аэрокосмическими методами.

Системы видеомонтажа. Предназначены для цифровой обработки видеоматериалов их монтажа, создания видеоэффектов, устранения дефектов, наложения звука, титров и субтитров.

Классификация служебных программных средств

Диспетчеры файлов (файловые менеджеры). С помощью программ данного класса выполняется большинство операций, связанных с обслуживанием файловой струк­туры: копирование, перемещение и переименование файлов, создание каталогов (папок), удаление файлов и каталогов, поиск файлов и навигация в файловой струк­туре.

Средства сжатия данных (архиваторы). Архивирование данных упрощает их хранение за счет того, что большие группы файлов и каталогов сводятся в один архивный файл. При этом повышается и эффек­тивность использования носителя за счет того, что архивные файлы обычно имеют повышенную плотность записи информации.

Средства просмотра и воспроизведения. Предназначены только для просмотра файлов без редактирова­ния.

В тех случаях, когда речь идет о звукозаписи или видеозаписи, вместо термина про­смотр применяют термин воспроизведение документов.

Средства диагностики. Предназначены для автоматизации процессов диагностики программного и аппаратного обеспечения.

Средства контроля (мониторинга). Позволяют следить за процессами, происходящими в компью­терной системе. При этом возможны два подхода: наблюдение в реальном режиме времени или контроль с записью результатов в специальном протокольном файле.

Мониторы установки следят за состоянием и изменением окружающей программной среды, отслеживают и протоколируют образование новых связей и позволяют восстанавливать связи, утраченные в результате удаления ранее установленные программ.

Средства коммуникации (коммуникационные программы). Позволяют устанавливать соединения с удаленными компьютерами, обслуживают передачу сообщений электронной почты, работу с телеконференциями (группами новостей), обеспечивают пересылку факсимильных сообщений и выпол­няют множество других операций в компьютерных сетях.

Средства обеспечения компьютерной безопасности. К этой весьма широкой катего­рии относятся средства пассивной и активной защиты данных от повреждения, а также средства защиты от несанкционированного доступа, просмотра и изменения данных.

В качестве средств пассивной защиты используют служебные программы, пред назначенные для резервного копирования. Нередко они обладают и базовыми свойствами диспетчеров архивов (архиваторов). В качестве средств активной защиты применяют антивирусное программное обеспечение. Для защиты данных от несанкционированного доступа, их просмотра и изменения служат специальные системы основанные на криптографии.

Источник: studopedia.su

Взаимодействие программ с периферийными устройствами

Периферийные устройства могут подключаться к интерфейсам системного уровня (ISA, PCI, PCI-X, PCI-Express, AGP, LPC) или к периферийным интер­фейсам (порты COM, LPT, Game; шины USB, FireWire, SCSI). Абстрагируясь от конкретной реализации подключения на системном уровне, можно говорить о логической системной шине PC-совместимого компьютера1 — интерфейсе со следующими базовыми свойствами:

♦ интерфейс обеспечивает транзакции обращения к пространствам памяти
и ввода-вывода;

♦ в транзакциях фигурируют физические адреса пространств памяти и вво­
да-вывода;

♦ адресные пространства памяти и ввода-вывода являются «плоскими» — ад­
рес выражается одним числом в диапазоне, определенном принятой разряд­
ностью адресации, то есть любой адрес может принадлежать регистру (ячей­
ке памяти) только одного устройства (или системной памяти, включающей
ОЗУ и энергонезависимую память);

♦ транзакции могут инициироваться как центральным процессором (процес­
сорами), так и активными устройствами (мастерами шины);

♦ все адресуемые элементы безусловно доступны центральному процессору;
на адресуемость элементов со стороны мастеров шин могут накладываться
специфические ограничения1;

♦ устройства, подключенные к системной шине, могут посылать процессору
(процессорам) запросы аппаратных прерываний.

Взаимодействие программ с устройствами, подключенными к системной шине, возможно следующими способами:

♦ через регистры устройств, отображенные на пространства памяти или вво­
да-вывода;

♦ через области адресов памяти, принадлежащей устройству (физически рас­
положенной на контроллере или адаптере устройства);

♦ через регистры конфигурационного пространства PCI (для устройств, под­
ключенных к PCI, PCI-X, PCI-Express, AGP);

♦ через области системного ОЗУ, доступные активным устройствам-мастерам
шины (обмен с использованием DMA);

♦ через аппаратные прерывания, инициируемые устройствами по доступным
им линиям IRQx (ISA) или INTx# (PCI), а также по сообщениям MSI (PCI,
PCI-E).

Обращения к регистрам конфигурационного пространства PCI (также «плоско­го») не относятся к базовым свойствам системной шины, поскольку программ­но они реализуются операциями обращения к пространствам ввода-вывода и/или памяти.

Современные устройства PCI и PCI-E для размещения своих регистров в ос­новном используют пространство памяти, поскольку оно достаточно велико и спецификации PCI позволяют перемещать занимаемые области в любую часть пространства. Использование пространства ввода-вывода не приветству­ется: оно маленькое, к тому же «перегорожено» регистрами традиционных устройств и их псевдонимами, порожденными неполным использованием шины адреса в ISA.

С устройствами, подключенными к интерфейсам периферийного уровня, взаи­модействие возможно только через их контроллеры (адаптеры), соединенные с системной шиной. На системной шине «видны» и доступны только эти адап­теры и контроллеры. Способы взаимодействия с устройствами определяются интерфейсом контроллера.

Программное обеспечение компьютера состоит из ряда компонентов: приклад­ного ПО (исполняемых модулей — ехе-файлоз), драйверов устройств, систем­ных драйверов, динамически компонуемых модулей, BIOS. Эти компоненты имеют различные возможности взаимодействия с устройствами, состав исполь­зуемых компонентов зависит от операционной системы.

Имеются три способа взаимодействия программ, выполняемых центральным процессором (хост-программ), с периферийными устройствами:

♦ прямой доступ к памяти;

Программный обмен с устройством осуществляется с помощью инструкций вво­да-вывода для портов устройства или инструкций обращений к областям памя­ти, находящейся в устройстве. Эти инструкции размещаются в прикладной программе или драйверах, которыми она пользуется. Реальное физическое взаимодействие с устройством и вызываемые этим изменения состояния уст­ройства происходят в момент выполнения этих инструкций. Данный способ взаимодействия позволяет предельно упростить интерфейсную часть перифе­рийного устройства. Расплатой за это упрощение является дополнительная на­грузка на центральный процессор. Программный обмен можно подразделить на два типа:

♦ При программно-управляемом обмене перед передачей очередного байта про­
граммно анализируется (и ожидается) готовность устройства, для чего счи-
тывается его регистр состояния. Такой обмен сильно загружает процессор
и не позволяет достичь высоких скоростей передачи данных, особенно если
программа формирует и управляющие сигналы обмена. Так, например, рабо­
тает драйвер параллельного порта в стандартном режиме, когда строб дан­
ных формируется двумя инструкциями OUT.

В случае блочного обмена РЮ (Programmed Input/Output — программируе­
мый ввод-вывод) цепочка байтов, слов или двойных слов между памятью
и портом ввода-вывода пересылается с помощью одной инструкции REP
INS/OUTS. Для этих инструкций задаются начальный адрес памяти, длина
блока, адрес порта и направление изменения адреса памяти (инкремент или
декремент). Инструкции блочной пересылки (и обмен РЮ) появились с про­
цессорами 80286, они обеспечивают более быстрый обмен, чем стандартный
контроллер DMA (8237А). Передача в режиме РЮ применяется для обмена
с устройствами ATA (IDE) и LPT-портом (в режимах ЕРР и ЕСР). Для уст­
ройств АТА определен ряд режимов обмена РЮ Mode x (см. 19.2) со скоростями от 3,3 (PIO Mode 0) до 22,2 Мбайт/с (РЮ Mode 4). Готовность к обме­ну проверяется один раз перед передачей блока, готовое устройство обязано выдержать пересылку всего блока. Управление потоком возможно с ис­пользованием сигнала готовности, притормаживающего шинные циклы об­мена.

Отметим, что применительно к шине PCI (и всем ее «родственникам») про­граммный обмен (даже блочный) не позволяет приблизиться к декларирован­ной высокой пропускной способности шины. Причиной тому является неспо­собность процессора породить длинные пакетные транзакции на шине PCI (см. 14.4). По этой причине следует избегать данного способа взаимодействия при интенсивном обмене данными.

Прямой доступ к памяти (DMA) минимизирует участие процессора в обмене данными с устройством. В зависимости от того, кто является инициатором об­мена, различают два варианта прямого доступа: по инициативе хоста и по ини­циативе устройства:

♦ DMA no инициативе хоста (host initiated DMA). Задание на пересылку каж­
дого блока формирует программа, исполняемая ЦП; она же сообщает кон­
троллеру DMA параметры сеанса (начальный адрес, длину блока и направ­
ление передачи) записью в его регистры. Физические операции обмена син­
хронизируются с устройством — оно своими внутренними сигналами
инициирует обмен и, если требуется, управляет потоком (вводит сигнал го­
товности). Этот вариант требует довольно простых аппаратных средств
устройства, расплата за упрощение — необходимость привлечения ЦП к ор­
ганизации каждого сеанса (обычно по прерываниям). Это не очень эффек­
тивно при передаче больших объемов данных, которые могут располагаться
на разных, несмежных страницах физической памяти (см. далее).

DMA no инициативе устройства (target Initiated DMA). Хост-программа фор­
мирует в памяти программу ввода-вывода для устройства (обычно это свя­
занный список дескрипторов передач) и указывает устройству на ее начало
(начало списка). Контроллер устройства исполняет эту программу: считыва­
ет дескрипторы из ОЗУ и по ним организует сеансы передачи данных между
устройством и буферами в ОЗУ, описанными дескрипторами передач. Фор­
мирование программы может быть статическим или динамическим. В пер­
вом случае хост-программа передает устройству указатель на готовый спи­
сок дескрипторов и не имеет права его модифицировать до тех пор, пока
устройство не отработает список до конца. Так, например, работает традици­
онный контроллер PCI шины АТА. При динамическом формировании хост
может добавлять новые дескрипторы (в конец списка), постоянно «подбра­
сывая» контроллеру новые задания. Подобным образом работают контрол­
леры шин USB и FireWire, PCI-контроллеры локальных сетей и ряд дру­
гих. Функционирование устройства по программе требует усложнения его
контроллера, но эти затраты окупаются повышением производительности
и эффективности ввода-вывода. При этом стараются минимизировать число
прерываний центрального процессора, инициируемых устройством.

Прерывания (interrupts) — сигнализация от устройства (его контроллера) цен­тральному процессору (процессорам в мультипроцессорных системах) о неко­торых событиях, требующих программных действий хоста. Эти события асин­хронны по отношению к программному коду, исполняемому процессором.

Прерывания требуют приостановки текущего потока инструкций (с сохранени­ем состояния) и запуска процедуры обработки прерывания (Interrupt Service Routine, ISR). Эта процедура первым делом должна идентифицировать источ­ник прерывания (а их может быть и несколько), затем выполнить действия, связанные с реакцией на событие.

Если события должны вызывать некоторые действия прикладной программы, то обработчику прерывания следует только подать через ОС сигнал, который запустит или пробудит поток инструкций, выполняющий эти действия. Собственно процедура ISR должна быть оптими­зирована по затраченному времени.

Обслуживание прерываний, особенно в за­щищенном режиме, в PC-совместимых компьютерах на процессорах х86 связа­но со значительными накладными расходами. По этой причине их число стараются сократить. Значительные хлопоты доставляет идентификация источ­ника прерывания — в архитектуре PC-совместимых компьютеров для этого ис­пользуются традиционные, но не эффективные механизмы. В ряде случаев пре­рывания от устройств заменяют политом — программно-управляемым опросом состояния устройств. При этом состояния множества устройств опрашивают по прерыванию от таймера.

В компьютерных системах с «интеллектуальной» системой ввода-вывода (In­telligent Input/Output, I2O) помимо центрального процессора имеется процес­сор ввода-вывода (Input/Output Processor, ЮР). Этот процессор обычно имеет сокращенную систему команд, ориентированную на задачи управления вво­дом-выводом. В круг этих задач входит пересылка блоков данных, подсчет чет­ности (для дисковых массивов RAID 3 и 5), преобразование данных между форматами Big Endian (популярный в телекоммуникациях) и Little Endian (при­нятый в процессорах Intel). Процессор ввода-вывода может как работать в об­щем адресном пространстве, так и иметь свое обособленное адресное простран­ство для управляемой подсистемы ввода-вывода. Взаимодействие процессора ввода-вывода со своими устройствами ведется теми же тремя основными спо­собами, что были описаны ранее.

В рядовых компьютерах обычно ограничиваются прямым управлением шиной (bus mastering), которое позволяет контроллерам ПУ (или их интерфейсам) са­мим обращаться к системным ресурсам, выполняя необходимые обмены данны­ми и управляющей информацией. Для этого контроллер ПУ должен временно взять на себя роль инициатора транзакций на интерфейсе, связывающем его с центром (главным образом, с памятью).

Поскольку традиционно этот интер­фейс является шинным, такой активный контроллер называют мастером шины (bus master), даже если он подключается к двухточечному интерфейсу (порту AGP или PCI-E). Чаще всего прямое управление шиной требуется для прямого доступа к оперативной памяти (разновидности такого доступа были описаны ранее).

Прямое управление шиной может использоваться и для сигнализации прерываний (MSI на шине PCI, см. 14.5). В новых версиях шины PCI-X и в PCI Express появилась возможность однорангового взаимодействия устройств (без участия процессора) — обмена сообщениями. При этом в адресации сооб­щений не фигурируют адреса пространства памяти или ввода-вывода — сооб­щения адресуются по идентификатору устройства (Device Identified Messages, DIM).

Архитектурный облик PC-совместимых компьютеров определяется свойствами используемых в них процессоров семейства х86. Современные процессоры х86, работающие в защищенном режиме, имеют довольно сложные механизмы вир­туализации памяти, ввода-вывода и прерываний, из-за которых приходится различать физические и логические пространства (адреса памяти и ввода-выво­да) и события (операции ввода-вывода, прерывания).

Физический адрес ячейки памяти или порта ввода-вывода — это адрес, форми­руемый на системной шине для обращения к данной ячейке. Логический ад­рес — это тот адрес, который формируется исполняемой программой (по замыс­лу программиста) для доступа к требуемой ячейке.

Логический адрес в процес­сорах х86 состоит из двух компонентов: селектора сегмента и смещения внутри сегмента; из этих компонентов формируется линейный адрес — целое беззнако­вое число. В большинстве современных ОС используется плоская модель памя­ти, в которой все доступные сегменты отображены на одно и то же адресное пространство.

При этом программа не оперирует селекторами; программист ад­ресует структуры данных в памяти по линейным адресам (для современных процессоров и приложений — 32-разрядным). Физический адрес формируется из логического с помощью блока страничной переадресации; трансляция адре­сов выполняется на страничном базисе, популярный размер страницы — 4 Кбайт. Благодаря страничной переадресации реализуется виртуальная па­мять с подкачкой страниц. Переадресация выполняется на основе таблиц, фор­мируемых в памяти операционной системой. Непрерывная область виртуальной памяти в общем случае представляется произвольно расположенными страни­цами физической памяти.

Физическая операция ввода-вывода или обращения к памяти — это процесс (шинный цикл), во время которого генерируются электрические сигналы, обес­печивающие доступ к данной ячейке (порту). Логическая операция — это испол­нение программной инструкции (команды) обращения к интересующей ячейке. Логическая операция не всегда порождает ожидаемую физическую операцию: при определенных условиях она может блокироваться средствами защиты про­цессора, вызывая даже принудительное завершение программы, или же эмули­роваться, создавая иллюзию физического исполнения.

Источник: studopedya.ru

2. Периферийные устройства

Периферийные устройства подключаются к системному блоку и предназначены для выполнения вспомогательных операций. Благодаря им вычислительная система приобретает гибкость и универсальность. К периферийным устройствам относятся принтеры, сканеры, модемы и некоторые другие устройства, предназначенные для ввода, вывода и хранения данных, а также для обмена данными.

Принтер – это устройство вывода текстовой и графической информации на бумажный носитель. Принтеры бывают матричные, лазерные и струйные.

Матричные принтеры ударяют иголками через красящую ленту по бумаге. Они работают медленно и часто издают много шума. Матричные принтеры бывают только монохромные (двухцветные), в зависимости от цвета красящей ленты.

Струйные принтеры обладают лучшим качеством печати и бесшумны. В этих принтерах из пишущих головок (картриджей) распыляются чернила через специальные форсунки. Такие принтеры могут быть монохромные и цветные.

На лазерном принтере лазер рисует изображение документа, которое должно быть напечатано, на специальном барабане. В тех местах, где лазер облучает барабан, создается электростатический заряд. Затем на барабан напыляется красящий порошок, при этом частицы прилипают к заряженным участкам барабана. На следующем этапе барабан прокатывает лист бумаги, и частицы порошка переносятся на бумагу. Для закрепления изображения лист бумаги проходит через печку, где частицы порошка спекаются, образуя четкое несмываемое изображение.

К основным параметрам лазерных принтеров относятся:

• разрешающая способность, измеряемая количеством точек на дюйм;
• производительность (количество страниц в минуту);
• формат используемой бумаги;
• объем собственной оперативной памяти.

3. Программное обеспечение

Конечная цель выполнения любой программы – управление аппаратными средствами. Программное и аппаратное обеспечение работают в непрерывном взаимодействии, и их разделение является довольно условным. 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 (рис. 18). 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. Рис. 18. Уровни программного обеспечения. 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. 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. 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. 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.

Прикладной уровень. Программное обеспечение этого уровня представляет собой комплекс прикладных программ, с помощью которых на данном рабочем месте выполняются конкретные работы. Диапазон возможных приложений вычислительной системы зависит от наличия прикладных программ для разных видов деятельности. Широта функциональных возможностей компьютера напрямую зависит от типа используемой операционной системы.

Источник: studfile.net