 |
Б. Программное обеспечение
|
|
|
|
Лабораторная работа №_9_часть_2
Состав вычислительной системы
Б. Программное обеспечение
Программы – это упорядоченные последовательности команд. Конечная цель любой компьютерной программы – управление аппаратными средствами. Даже если на первый взгляд программа никак не взаимодействует с оборудованием, не требует никакого ввода данных с устройств ввода и не осуществляет вывод данных на устройства вывода, все равно ее работа основана на управлении аппаратными устройствами компьютера.
Программное и аппаратное обеспечение в компьютере работают в неразрывной связи и в непрерывном взаимодействии, между ними существует диалектическая связь, и раздельное их рассмотрение является, по меньшей мере, условным.
Состав программного обеспечения вычислительной системы называют программной конфигурацией. Между программами, как и между физическими узлами и блоками существует взаимосвязь: многие программы работают, опираясь на другие программы более низкого уровня, т.е. существует межпрограммный интерфейс. Возможность существования такого интерфейса тоже основана на существовании технических условий и протоколов взаимодействия, а на практике он обеспечивается распределением программного обеспечения на несколько взаимодействующих между собой уровней. Уровни программного обеспечения представляют собой пирамидальную конструкцию. Каждый следующий уровень опирается на программное обеспечение предшествующих уровней. Такое членение удобно для всех этапов работы с вычислительной системой, начиная с установки программ до практической эксплуатации и технического обслуживания. Каждый вышележащий уровень повышает функциональность всей системы. Так, например, вычислительная система с программным обеспечением базового уровня не способна выполнять большинство функций, но позволяет установить системное программное обеспечение.
|
|
|
Базовый уровень. Самый низкий уровень программного обеспечения представляет базовое программное обеспечение. Оно отвечает за взаимодействие с базовыми аппаратными средствами. Как правило, базовые программные средства непосредственно входят в состав базового оборудования и хранятся в специальных микросхем называемых постоянными запоминающими устройствами (ПЗУ – Read Only Mi ROM). Программы и данные записываются («прошиваются») в микросхемы на этапе производства и не могут быть изменены в процессе эксплуатации.
В тех случаях, когда изменение базовых программных средств во время эксплуатации является технически целесообразным, вместо микросхем ПЗУ применяют перепрограммируемые постоянные запоминающие устройства (ППЗУ – Erasable and Programmable Read Only Memory, EPROM). В этом случае изменение содержания ПЗУ можно выполнять как непосредственно в составе вычислительной системы (такая технология называется флэш-технологией), так и вне ее, на специальных устройствах, называемых программаторами.
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.
От программного обеспечения этого уровня во многом зависят эксплуатационные показатели всей вычислительной системы в целом. Так, например, при подключении к вычислительной системе нового оборудования на системном уровне должна быть установлена программа, обеспечивающая для других программ взаимосвязь с этим оборудованием. 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, поэтому пользователь получает возможность вводить данные в вычислительную систему, управлять ее работой и получать результат в удобной для себя форме. 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 компьютера. Если компьютер оснащен программным обеспечением системного уровня, то он уже подготовлен к установке программ более высоких уровней, к взаимодействию программных средств с оборудованием и к взаимодействию с пользователем. То есть 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 (утилит) состоит в автоматизации работ по проверке, наладке и настройке компьютерной системы. Во многих случаях они используются для расширения или улучшения функций системных программ. Некоторые служебные программы (как правило, программы обслуживания) изначально включают в состав операционной системы, но большинство служебных программ являются для операционной системы внешними и служат для расширения ее функций.
В разработке и эксплуатации служебных программ существует два альтернативных направления: интеграция с операционной системой и автономное функционирование. В первом случае служебные программы могут изменять потребительские свойства системных программ, делая их более удобными для практической работы. Во втором случае они слабо связаны с системным программным обеспечением, но предоставляют пользователю больше возможностей для персональной настройки их взаимодействия с аппаратным и программным обеспечением.
|
|
|
Прикладной уровень. Программное обеспечение прикладного уровня представляет собой комплекс прикладных программ, с помощью которых на данном рабочем месте решаются конкретные задачи, спектр которых необычайно широк: от производственных до творческих и развлекательно-обучающих. Огромный функциональный диапазон возможных приложений средств вычислительной техники обусловлен наличием прикладных программ для разных видов деятельности. Поскольку между прикладным программным обеспечением и системным существует непосредственная взаимосвязь (первое опирается на второе), 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.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ:
1. В чем проявляется диалектический характер связи между программным и аппаратным обеспечением?
2. Назовите четыре основных уровня программного обеспечения и определите порядок их взаимодействия.
3. К какому классу относятся программные средства, встроенные в видеомагнитофон, программируемую стиральную машину, СВЧ-печь?
4. В чем преимущества и недостатки выполнения офисных работ (например, копировально-множительных) аппаратными и программными средствами?
5. Какие категории программного обеспечения могут быть использованы в работе малого предприятия, и для каких целей?
6. Какие виды работ, характерные для крупного промышленного предприятия (например, машиностроительного завода), могут быть автоматизированы с помощью компьютеров? Какие категории программных средств для этого необходимы?
7. Что общего и в чем различие между понятиями программное обеспечение и информационное обеспечение средств вычислительной техники?
8. Перечислите служебные программные средства.
|
|
|
9. Поясните термин «программная конфигурация».
10. Определите конечную цель компьютерной программы.
11. Перечислите основные критерии выбора аппаратного или программного решения в реализации конфигурации вычислительной системы.
12. Определите аппаратное обеспечение вычислительной системы.
13. Перечислите основные компоненты центрального процессора.
14. При помощи каких компонентов центральный процессор выполняет операции с данными?
15. Перечислите и определите типы внутренних регистров центрального процессора.
16. Определите основные отличия регистров данных от индексных регистров.
17. Определите назначение сегментных регистров.
18. Посредством каких компонентов осуществляется обращение к памяти вычислительной системы? Определите этот компонент.
19. Перечислите и определите основные сегментальные регистры.
20. Опишите алгоритм выполнения команд микропроцессором после загрузки программы.
21. Как определяется термин «стек».
22. Определите назначение регистра-указателя стека.
23. Определите отличительную особенность стека.
24. Определите назначение специальных регистров.
25. Какой регистр доступен как в привилегированном режиме, так и в пользовательском? Определите его назначение.
26. Опишите реализацию машинного цикла.
27. Какое действие должна выполнить пользовательская программа для связи с операционной системой? Определите назначение этого действия.
28. Какие действия в вычислительных системах вызываются аппаратно для предупреждения об исключительных ситуациях.
29. Определите типичную иерархическую структуру памяти в вычислительной системе.
30. Определите функцию кэш памяти.
31. Как реализуется защита программ друг от друга и их перемещение в памяти.
32. Определите механизм реализации защиты и перемещения программ в памяти.
33. Как определяется термин «виртуальный адрес»?
34. Как определяется термин «диспетчер памяти»?
35. Какой компонент вычислительной системы осуществляет управление диспетчером памяти?
36. Определите причину низкой скорости жесткого диска.
37. Каким образом производится доступ к информации, записанной на магнитную ленту?
38. Каким образом производится реализация механизма чтения информации с диска?
39. Посредством какого компонента операционная система взаимодействует с устройством ввода-вывода?
40. Определите компонент, необходимый для управления устройствами ввода-вывода.
41. Опишите способы установки драйвера в операционную систему.
42. Опишите способы реализации механизмов ввода-вывода данных.
43. Как определяется термин «вектор прерываний»?
44. Как определяется термин «обработчик прерываний»?
|
|
|
45. Определите назначение контроллера прямого доступа к памяти.
46. Перечислите типы шин, используемых в вычислительной системе Pentium.
47. Определите отличие шины PCI от шины ISA.
48. Определите отличие шины IDE от шины USB.
49. Определите отличие шины SCSI от шины IEEE 1394.
50. Определите назначение системы plug and play.
51. Опишите процесс начальной загрузки операционной системы.
|
|
|
