Архитектура и элементарная база компьютеров 5 поколения

3. BIOS. Последовательность загрузки ЭВМ

BIOS включает в себя программную поддержку стандартных ресурсов ПЭВМ и обеспечивает диагностику аппаратных средств, их конфигурирование и вызов загрузчика операционной системы. Обычно BIOS привязан к конкретному типу системной платы.

В последнее время BIOS чаще всего хранят во Flash памяти, допускающей перезапись содержимого. Это позволяет обновлять версии BIOS, однако, оборотной стороной этого является возможность вывода ПЭВМ из строя из-за порчи BIOS при неправильной его перезаписи или под воздействием вирусов.

Для обновления BIOS новые версии следует получать непосредственно от изготовителей системной платы или с сайтов, хранящих такие версии. Собственно производители BIOS (фирмы AMI, Award, Phoenix) под конкретные платы их не настраивают: Этой настройкой (доработкой) базовых версий BIOS и занимаются изготовители системных плат.

Функции BIOS разделяются на следующие группы:

Инициализация и тестирование аппаратных средств по включении  питания - POST (Power On Self Test)

Настройка и конфигурирование аппаратных средств и системных  ресурсов- BIOS Setup

Загрузка операционной системы  с дисковых носителей - Bootstrap Loader

Обслуживание аппаратных прерываний от системных устройств (таймера, клавиатуры, дисков) - BIOS Hardware Interrupts

Отработка базовых функций  программных обращений (сервисов) к  системным устройствам -BIOS Services

Все эти функции исполняет  системный модуль System BIOS, хранящийся в микросхеме ПЗУ или флэш-памяти, установленной на системной плате.

Система CMOS (энергозависимая память CМОS). Особенность этой памяти состоит в том, что она питается от специального источника питания, независимо включен или выключен основной источник питания. В ней содержится информация о гибких дисках, о жестком диске, процессоре, а также показания системных часов. Запуск BIОS

При включении компьютера по адресной шине процессора выставляется стартовый адрес. Процессор обращается по этому адресу за первой командой. После чего начинает работать под  управлением программы. Так как, в ОЗУ нет никакой информации, то стартовый адрес указывается на ПЗУ. Программы образуют базовую систему ввода-вывода. Функция этой системы осуществляет проверку состава и работоспособности компьютерной системы, а также обеспечивает взаимодействие с такими устройствами, как клавиатура, монитора и дисковода. Система CMOS (энергозависимая память CМОS). Особенность этой памяти состоит в том, что она питается от специального источника питания, независимо включен или выключен основной источник питания. В ней содержится информация о гибких дисках, о жестком диске, процессоре, а также показания системных часов. Запуск BIОS Работа программ, записанных в микросхеме ВIОS, отображается на черном экране бегущими белыми строчками. В этот момент компьютер проверяет свои устройства. Прежде всего, выполняется проверка оперативной памяти (сколько её и вся ли она в порядке). Проверяется наличие жестких дисков и дисковода гибких дисков, а также наличие клавиатуры. Если что-то не работает, программы, выполняющие проверку, доложат о неисправности. Если всё в порядке, то программы ВIОS заканчивают свою работу и напоследок дают команду загрузить с жесткого диска в оперативную память специальный пакет программ, который называется операционной системой. После того как этот пакет загружен, он начинает работу и отныне всё, что мы делаем с компьютером, происходит под управлением операционной системы. Теперь мы имеем дело только с ней и можем забыть, что у компьютера есть процессор, что ему нужны какие-то инструкции и данные. Отныне всю работу с процессором и другими устройствами берёт на себя операционная система, а нам остается только научиться работать с ней, а точнее говоря с тем пакетом программ,

загрузить и с гибкого  диска. Для этого нужен специальный  гибкий диск, который называют системным. Таким методом запускают компьютер  при устранении неисправностей.

4. Назначение, функции базовых программных средств, исполняемая программа

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. Несмотря на то что мы рассматриваем эти две категории отдельно, нельзя забывать, что 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, то есть, мы можем говорить о  межпрограммном интерфейсе. 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. Обратите внимание на то, что 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 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.

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 на специальных устройствах, называемых программаторами.

5. Виды, назначение, функции, специфика периферийных устройств

Клавиатура - клавишное устройство управления персональным компьютером. Служит для ввода алфавитно-цифровых (знакомых) данных, а также команд управления. Комбинация монитора и  клавиатуры обеспечивает простейший интерфейс  пользователя. С помощью клавиатуры управляют компьютерной системой, а  с помощью монитора получают от нее  оклик. Принцип действия. Клавиатура относится к стандартным средствам  персонального компьютера. Ее основные функции не нуждаются в поддержке  специальными системными программами (драйверами). Необходимое программное  обеспечения для начала работы с  компьютером уже имеется в  микросхеме ПЗУ в составе базовой  системы ввода-вывода (BIOS), и поэтому компьютер реагирует на нажатия клавиш ОЗУ после включения. Мышь - устройство управления манипуляторного типа. Представляет собой плоскую коробочку с двумя-тремя кнопочками. Перемещение мыши по плоской поверхности синхронизировано с перемещением графического объекта (указателя мыши) на экране монитора. Устройство вывода: принтер (лазерный, матричный, струйный). Матричные принтеры - это недорогие принтеры, которые первыми начали применяться в IBM РС - совместимых компьютерах. В матричных принтерах печать производится печатающей головкой с выдвигающимися иголочками. Струйные принтеры - это наиболее распространенный в настоящее время тип принтеров. Они безударные, т.е. бесшумные, которые формируют изображение с помощью печатающей головки, содержащей множество капилляров-сопел от 50 до 200. Лазерные принтеры позволяют получать наилучшее качество черно-белого или цветного оттиска. Они обладают высокой скоростью печати 10 и более страниц в минуту. Одной из основных характеристик лазерных принтеров является разрешающая способность - количество печатаемых точек на единицу длины. Устройство хранения данных. Для хранения данных компьютера используют накопители. Накопитель - это устройство, состоящее из носителя информации и привода. Привод представляет собой совокупность различных механических и электронных компонентов: корпуса, двигателя и т.д. Плоттер-устройство, которое чертит графики рисунки или диаграммы под управлением ПК.

Плоттеры используют для  получения сложных конструкторских  чертежей архитектурных планов. Роликовые плоттеры - прокручивают бумагу под пером, а планшетные перемешают перо через всю поверхность горизонтально лежащей бумаге.

Сканер для ввода в  ПК графических изображений создаёт  оцифрованное изображение документа  и помешает его в память ПК.

Возможности и  классификация ЭВМ

Чтобы судить о возможностях ЭВМ, их принято разделять на группы по определенным признакам, т.е. классифицировать. Сравнительно недавно классифицировать ЭВМ по различным признакам не составляло большого труда. Важно было только определить признак классификации, например: но назначению, по габаритам, по производительности, по стоимости, по элементной базе и т.д. Например:

С развитием технологии производства ЭВМ классифицировать их стало все  более затруднительно, ибо стирались  грани между такими важными характеристиками, как производительность, емкость  внутренней и внешней памяти, габариты, вес, энергопотребление и др. Например, персональный компьютер, для размещения которого достаточно стола, имеет практически такие же возможности и технические характеристики, что и достаточно совершенная в недавнем прошлом ЭВМ Единой системы (ЕС), занимающая машинный зал в сотни квадратных метров. Поэтому разделение ЭВМ по названным признакам нельзя воспринимать как классификацию по техническим параметрам. Это, скорее, эвристический подход, где большой вес имеет предполагаемая сфера применения компьютеров.

С этой точки зрения классификацию  вычислительных машин по таким показателям, как габариты и производительность, можно представить следующим  образом:

сверхпроизводительные ЭВМ  и системы (супер-ЭВМ);

большие ЭВМ (универсальные  ЭВМ общего назначения);

средние ЭВМ;

малые или мини-ЭВМ;

микро-ЭВМ;

персональные компьютеры;

микропроцессоры.

Отметим, что понятия "большие", "средние" и "малые" для отечественных  ЭВМ весьма условны и не соответствуют  подобным категориям зарубежных ЭВМ.

Исторически первыми появились  большие ЭВМ (универсальные ЭВМ  общего назначения), элементная база которых  прошла путь от электронных ламп до схем со сверхвысокой степенью интеграции. В процессе эволюционного развития больших ЭВМ можно выделить отдельные  периоды, связываемые с пятью  поколениями ЭВМ. Поколение ЭВМ  определяется элементной базой (лампы, полупроводники, микросхемы различной  степени интеграции), архитектурой и вычислительными возможностями.

Основное назначение больших  ЭВМ - выполнение работ, связанных с  обработкой и хранением больших  объемов информации, проведением  сложных расчетов и исследований в ходе решения вычислительных и  информационно-логических задач. Такими машинами, как правило, оснащаются вычислительные центры, используемые совместно несколькими  организациями. Большие машины составляли основу парка вычислительной техники  до середины 70-х годов и успешно  эксплуатируются поныне. К ним относится большинство моделей фирмы IBM (семейства 360, 370, 390) и их отечественные аналоги ЕС ЭВМ.

В настоящее время высказываются  полярные мнения о перспективах развития больших машин. Согласно одному из них, возможности больших машин полностью  перекрываются, с одной стороны, супер-ЭВМ, а с другой - мини-ЭВМ  и, выработав свой ресурс, этот класс  прекратит свое существование. Другая сторона убеждает в необходимости  развития универсальных больших  и супер-ЭВМ, которые обладают способностью работать одновременно с большим  количеством пользователей, создавать  гигантские базы данных и обеспечивать эффективную вычислительную работу. К этому следует добавить, что большие ЭВМ обеспечивают устойчивость вычислительного процесса, безопасность информации и низкую стоимость ее обработки.

Производительность больших  ЭВМ норой оказывается недостаточной  для ряда приложений, например, таких  как прогнозирование метеообстановки, ядерная энергетика, оборона и т.д. Эти обстоятельства стимулировали создание сверхбольших или суперЭВМ. Такие машины обладают колоссальным быстродействием в миллиарды операций в секунду, основанном на выполнении параллельных вычислений и использовании многоуровневой иерархической структуры ЗУ (запоминающих устройств), требуют для своего размещения специальных помещений и крайне сложны в эксплуатации. Стоимость отдельной ЭВМ такого класса достигает десятков миллионов долларов. Представители этого класса ЭВМ - компьютеры фирм Cray Research, Control Data Corporation (CDC) и отечественные супер-ЭВМ семейства Эльбрус.

Средние ЭВМ представляют некоторый интерес в историческом плане. На определенном этапе развития ЭВМ, когда их номенклатура и, соответственно, возможности были ограниченными, появление  средних машин было закономерным. Вычислительные машины этого класса обладают несколько меньшими возможностями, чем большие ЭВМ, но зато им присуща  и более низкая стоимость. Они  предназначены для использования  всюду, где приходится постоянно  обрабатывать достаточно большие объемы информации с приемлемыми временными затратами. В настоящее время  трудно определить четкую грань между  средними ЭВМ и большими с одной  стороны и малыми - с другой. К  средним могут быть отнесены некоторые  модели ЕС ЭВМ, например: ЕС-1036, ЕС-1130, ЕС-1120. За рубежом средние ЭВМ выпускают фирмы IBM (International Business Machinery), DEC (Digital Equipment Corporation), Hewlett Packard, СОМРАРЕХ и др.

Малые ЭВМ составляют самый  многочисленный и быстроразвивающийся  класс ЭВМ. Их популярность объясняется  малыми размерами, низкой стоимостью (по сравнению с большими и средними ЭВМ) и универсальными возможностями.

Класс мини-ЭВМ появился в 60-е годы (12-разрядная ЭВМ PD5-5 фирмы DEC). Их появление было обусловлено развитием элементной базы и избыточностью ресурсов больших и средних ЭВМ для ряда приложений. Для мини-ЭВМ характерно представление данных с узким диапазоном значений (машинное слово - 2 байта), использование принципа магистральности в архитектуре и более простое взаимодействие человека и ЭВМ. Такие машины широко применяются для управления сложными видами оборудования, создания систем автоматизированного проектирования и гибких производственных систем. К мини-ЭВМ относятся машины серии PDP (затем VAX) фирмы DEC и их отечественные аналоги - модели семейства малых ЭВМ (СМ ЭВМ).