Информатика. Информатика утверждено Редакционноиздательским советом университета в качестве учебного пособия Издательство Пермского государственного технического университета 2008 2 удк 004(075.
 Скачать 1.98 Mb.
|
|
4.5. Управление установкой, исполнением и удалением приложений Работа с приложениями составляет наиболее важную часть работы операционной системы, так как основная функция опе- рационной системы состоит в обеспечении интерфейса прило- жений с аппаратными и программными средствами вычисли- тельной системы, а также с пользователем. С точки зрения управления исполнением приложений различают однозадачные и многозадачные операционные системы. Однозадачные операционные системы (например, MS-DOS) передают все ресурсы вычислительной системы од- ному исполняемому приложению и не допускают ни параллель- ного выполнения другого приложения (полная многозадач- ность), ни его приостановки и запуска другого приложения (вытесняющая многозадачность). В то же время параллельно с однозадачными операционными системами возможна работа специальных программ, называемых резидентными. Такие программы не опираются на операционную систему, а непо- средственно работают с процессором, используя его систему прерываний. Большинство современных графических операционных сис- тем – многозадачные. Они управляют распределением ресурсов вычислительной системы между задачами и обеспечивают воз- можности: одновременной или поочередной работы нескольких приложений; обмена данными между приложениями; совместного использования программных, аппаратных, сетевых и прочих ресурсов вычислительной системы несколь- кими приложениями. Для правильной работы приложений на компьютере они должны пройти операцию, называемую установкой. Необходи- мость в установке связана с тем, что разработчики программно- 23 го обеспечения не могут заранее предвидеть особенности аппа- ратной и программной конфигурации вычислительной системы, на которой предстоит работать их программам. Таким образом, дистрибутивный комплект (установочный пакет) программно- го обеспечения, как правило, представляет собой незакончен- ный программный продукт, из которого в процессе установки на компьютере формируется полноценное рабочее приложение. При этом осуществляется привязка приложения к существую- щей аппаратно-программной среде и его настройка на работу именно в этой среде. Управление установкой приложений вы- полняют операционные системы. Они управляют распределени- ем ресурсов вычислительной системы между приложениями, обеспечивают доступ устанавливаемых приложений к драйве- рам устройств, формируют общие ресурсы, которые могут ис- пользоваться разными приложениями, выполняют регистрацию установленных приложений и выделенных им ресурсов. Процесс удаления приложений имеет свои особенности и происходит под строгим контролем операционной системы. Нельзя допустить, чтобы при удалении одного приложения бы- ли удалены ресурсы, на которые опираются другие приложения, даже если эти ресурсы были установлены вместе с удаляемым приложением. 4.6. Обеспечение взаимодействия с аппаратными средствами Средства аппаратного обеспечения вычислительной техни- ки отличаются огромным многообразием. Гибкость аппаратных и программных конфигураций вычислительных систем поддер- живается за счет того, что каждый разработчик оборудования прикладывает к нему специальные программные средства управления – драйверы. Драйверы имеют точки входа для взаи- модействия с прикладными программами, а диспетчеризация обращений прикладных программ к драйверам устройств – это одна из функций операционной системы. Операционная система выполняет все функции по установке драйверов устройств и пе- редаче им управления от приложений. Во многих случаях опе- рационная система даже не нуждается в драйверах, полученных 24 от разработчиков устройств, а использует драйверы из собст- венной базы данных. Современные операционные системы позволяют управлять не только установкой и регистрацией программных драйверов устройств, но и процессом аппаратно-логического подключения, при этом реализуется принцип динамического распределения ресурсов операционной системой, который называется plug-and- play, а устройства, удовлетворяющие этому принципу, называ- ются самоустанавливающимися. 4.7. Обслуживание компьютера Предоставление основных средств обслуживания ком- пьютера – одна из функций операционной системы. Обычно она решается внешним образом – включением в базовый со- став операционной системы первоочередных служебных при- ложений. 5. АППАРАТНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ КОМПЬЮТЕРА 5.1. Базовая аппаратная конфигурация персонального компьютера Конфигурацию (состав оборудования) ПК можно гибко из- менять по мере необходимости. Тем не менее существует понятие базовой конфигурации, которую считают типовой. Она включает в себя: системный блок; монитор; клавиатуру (ее основные функции не нуждаются в под- держке специальными системными программами (драйвера- ми) – необходимое программное обеспечение имеется в ПЗУ в составе базовой системы ввода/вывода BIOS); мышь (нуждается в поддержке специальной системной программы – драйвера мыши, поэтому в первый момент после включения компьютера мышь не работает). Основные потребительские параметры монитора: размер экрана; 25 шаг маски экрана (для монитора на основе электронно- лучевой трубки) и зернистость изображения (для жидкокристал- лического монитора); максимальная частота регенерации изображения (пока- зывает, сколько раз в течение секунды монитор может полно- стью сменить изображение); класс защиты (определяется стандартом, которому соот- ветствует монитор с точки зрения требований техники безопас- ности). Большинством параметров изображения на экране монито- ра (экранным разрешением, цветовым разрешением и др.) мож- но управлять программно. 5.2. Внутренние устройства системного блока Материнская плата. На материнской плате размещаются: процессор – основная микросхема, выполняющая боль- шинство математических и логических операций; микропроцессорный комплект – чипсет – набор микро- схем, управляющих работой внутренних устройств компьютера и определяющих основные функциональные возможности мате- ринской платы; шины – наборы проводников, по которым происхо- дит обмен сигналами между внутренними устройствами компь- ютера; оперативная память (оперативное запоминающее уст- ройство, ОЗУ) – набор микросхем, предназначенных для вре- менного хранения данных, когда компьютер включен; ПЗУ (постоянное запоминающее устройство) – микро- схема, предназначенная для длительного хранения данных; разъемы для подключения дополнительных устройств (слоты). Жесткий диск.Это основное устройство для долговремен- ного хранения больших объемов данных и программ. Управление работой жесткого диска выполняет специаль- ное аппаратно-логическое устройство – контроллер жесткого диска. В настоящее время функции контроллеров дисков выпол- 26 няют микросхемы, входящие в микропроцессорный комплект (чипсет). К основным параметрам жестких дисков относятся ем- кость (зависит от технологии изготовления) и производитель- ность (зависит от характеристик интерфейса, с помощью кото- рого они связаны с материнской платой). С производительно- стью диска напрямую связан параметр среднего времени доступа. Он определяет интервал времени, необходимый для поиска нужных данных, и зависит от скорости вращения диска. Дисковод гибких дисков. Для оперативного переноса не- больших объемов информации используют так называемые гиб- кие магнитные диски (дискеты), которые вставляют в специаль- ный накопитель – дисковод. Основными параметрами гибких дисков являются: техно- логический размер (измеряется в дюймах), плотность записи (измеряется в кратных единицах) и полная емкость. Дисковод компакт-дисков CD-ROM.Принцип действия этого устройства состоит в считывании числовых данных с по- мощью лазерного луча, отражающегося от поверхности диска. Цифровая запись на компакт-диске отличается от записи на магнитных дисках очень высокой плотностью, и стандартный компакт-диск может хранить около 700 Мбайт данных. Основным недостатком стандартных дисководов CD-ROM является невозможность записи данных, но существуют и устройства записи компакт-дисков – дисководы CD-RW. Для записи используются специальные заготовки. Некоторые из них допускают только однократную запись, другие позволяют стереть ранее записанную информацию и выполнить запись заново. Основными параметрами дисководов компакт-дисков яв- ляются скорость чтения и скорость записи. Они измеряются в кратных долях. За единицу измерения принята скорость чте- ния музыкальных компакт-дисков, составляющая 150 кбайт/с. Таким образом, дисковод с удвоенной скоростью обеспечивает производительность 300 кбайт/с и т.д. DVD– носитель информации в виде диска, внешне схожий с компакт-диском, однако имеющий возможность хранить 27 больший объем информации (более 4,7 Гбайт) за счет использо- вания лазера с меньшей длиной волны, чем для обычных ком- пакт-дисков. DVD как носители бывают четырех типов: DVD-ROM – диски только для считывания информации; DVD+R/RW – диски однократной (R – Recordable) и мно- гократной (RW – ReWritable) записи; DVD-R/RW – диски однократной (R – Recordable) и мно- гократной (RW – ReWritable) записи; DVD-RAM – диски многократной записи с произволь- ным доступом (RAM – Random Access Memory). Второй и третий типы DVD («+» и «-») отличаются стан- дартом записи. Видеокарта (видеоадаптер). Совместно с монитором видеокарта образует видеоподсистему персонального компью- тера. Физически видеоадаптер выполнен в виде отдельной дочерней платы, которая вставляется в один из слотов мате- ринской платы и называется видеокартой. Видеоадаптер вы- полняет функции видеоконтроллера, видеопроцессора и видео- памяти. Основные параметры видеоподсистемы: разрешение экрана (количество точек по горизонтали и вертикали). Для каждого размера монитора существует свое оптимальное разрешение экрана, которое должен обеспечивать видеоадаптер; цветовое разрешение (глубина цвета). Определяет коли- чество различных оттенков, которые может принимать отдель- ная точка экрана. Максимально возможное цветовое разрешение зависит от свойств видеоадаптера и, в первую очередь, от коли- чества установленной на нем видеопамяти. Кроме того, оно за- висит и от установленного разрешения экрана; видеоускорение – одно из свойств видеоадаптера, которое заключается в том, что часть операций по построению изобра- жений может происходить без выполнения математических вы- числений в основном процессоре компьютера, а чисто аппарат- ным путем – преобразованием данных в микросхемах видеоус- корителя. 28 Звуковая карта.Устанавливается в один из разъемов мате- ринской платы в виде дочерней карты и выполняет вычисли- тельные операции, связанные с обработкой звука, речи, музыки. Основным параметром звуковой карты является разряд- ность, определяющая количество битов, используемых при преобразовании сигналов из аналоговой в цифровую форму и наоборот. Чем выше разрядность, тем меньше погрешность, связанная с оцифровкой, тем выше качество звучания. При отсутствии повышенных требований к качеству звука можно использовать интегрированные звуковые системы, в ко- торых функции обработки звука выполняются центральным процессором и микросхемами материнской платы. 5.3. Системы, расположенные на материнской плате Оперативная память. Оперативная память (RAM – Ran- dom Access Memory) – это массив кристаллических ячеек, спо- собных хранить данные. С точки зрения физического принципа действия различают динамическую память (DRAM) и статиче- скую память (SRAM). Ячейки динамической памяти (DRAM) можно представить в виде микроконденсаторов, способных накапливать заряд на своих обкладках. Каждый бит такой памяти представляется в виде наличия (или отсутствия) заряда, именно этим и объясня- ется энергозависимость оперативной памяти, т.е. потеря инфор- мации при выключении компьютера. Это наиболее распростра- ненный и экономически доступный тип памяти. Недостатки это- го типа связаны, во-первых, с тем, что как при заряде, так и при разряде конденсаторов неизбежны переходные процессы, т.е. запись данных происходит сравнительно медленно. Второй важный недостаток связан с тем, что заряды ячеек имеют свой- ство рассеиваться в пространстве. Если оперативную память постоянно не «подзаряжать», утрата данных происходит через несколько сотых долей секунды. Чтобы избежать этого, в ком- пьютере несколько десятков раз в секунду происходит ре- генерация (подзарядка) ячеек оперативной памяти. Это вызыва- ет непроизводительный расход ресурсов вычислительной системы. 29 Ячейки статической памяти (SRAM) можно представить как электронные микроэлементы – триггеры, состоящие из не- скольких транзисторов. В триггере хранится не заряд, а состоя- ние (включен/выключен), поэтому этот тип памяти обеспечива- ет более высокое быстродействие, хотя технологически он сложнее и, соответственно, дороже. Микросхемы динамической памяти используют в качестве основной оперативной памяти компьютера. Микросхемы стати- ческой памяти используют в качестве вспомогательной памяти (кеш-памяти), предназначенной для оптимизации работы про- цессора, а именно для согласования работы сравнительно мед- ленных устройств (в этом случае это DRAM) со сравнительно быстрым микропроцессором. Каждая ячейка памяти имеет свой адрес, который выража- ется числом. Предельный размер поля оперативной памяти, ус- тановленной в компьютере, определяется микропроцессорным комплектом (чипсетом) материнской платы. Оперативная память в компьютере размещается на стан- дартных панельках, называемых модулями, которые вставляют в соответствующие разъемы на материнской плате. На компью- терах применяются модули памяти DDR SDRAM (DDR DIMM- модули) и RDRAM (RIMM-модули). Основными характеристиками модулей оперативной памя- ти являются объем памяти и скорость передачи данных. Скорость передачи данных определяет максимальную пропуск- ную способность памяти (в Мбайт/с или Гбайт/с) в оптималь- ном режиме доступа. Одинаковые по объему модули могут иметь разные скоростные характеристики. Иногда в качестве определяющей характеристики памяти используют время дос- тупа. Оно измеряется в миллиардных долях секунды (наносе- кундах, нс). Процессор.Процессор – основная микросхема компьютера, в которой и производятся все вычисления. Конструктивно про- цессор состоит из ячеек, похожих на ячейки оперативной памя- ти, но в этих ячейках данные могут не только храниться, но и изменяться. Внутренние ячейки процессора называют регист- рами. Таким образом, любой процессор состоит из набора реги- 30 стров различного назначения (данные, адресные данные, коман- ды), которые определенным образом связаны между собой и об- рабатываются в соответствии с некоторой системой правил. Управляя засылкой данных в разные регистры процессора, можно управлять обработкой данных. На этом и основано ис- полнение программ. К обязательным компонентам процессора относятся ариф- метико-логическое устройство и устройство управления. Вы- полнение процессором команды предусматривает: арифметиче- ские действия, логические операции, передачу управления, перемещение данных из одного места памяти в другое и коорди- нацию взаимодействия различных устройств компьютера. Выде- ляют 4 этапа обработки команды процессором: выборка команды из ОЗУ, декодирование, выполнение и запись результата. С остальными устройствами компьютера, в первую очередь с оперативной памятью, процессор связан несколькими группа- ми проводников, называемых шинами. Основных шин три: шина данных, адресная шина и командная шина. Адресная шина. 32-разрядная адресная шина состоит из 32 параллельных линий. В зависимости от того, есть напряже- ние на какой-то из линий или нет, говорят, что на этой линии выставлена единица или ноль. Комбинация из 32 нулей и еди- ниц образует 32-разрядный адрес, указывающий на одну из яче- ек оперативной памяти. К ней и подключается процессор для копирования данных из ячейки в один из своих регистров. Шина данных. По этой шине происходит копирование данных из оперативной памяти в регистры процессора и обрат- но. По 64-разрядной шине данных за один раз на обработку по- ступают сразу 8 байт. Шина команд. Для того чтобы процессор мог обрабаты- вать данные, ему нужны команды. Эти команды поступают в процессор из той области оперативной памяти, где хранятся программы. Команды тоже представлены в виде байтов. В боль- шинстве процессоров шина команд 32-разрядная, хотя сущест- вуют 64-разрядные процессоры и даже 128-разрядные. Основные параметры процессоров. Основными парамет- рами процессоров являются: рабочее напряжение, разрядность, 31 рабочая тактовая частота, коэффициент внутреннего умно- жения тактовой частоты и размер кеш-памяти. Рабочее напряжение процессора обеспечивает материнская плата. По мере развития процессорной техники происходит по- степенное понижение рабочего напряжения. В настоящее время оно составляет менее 3 В. Понижение рабочего напряжения по- зволяет уменьшить расстояния между структурными элемента- ми в кристалле процессора до десятитысячных долей миллимет- ра, не опасаясь электрического пробоя. Пропорционально квад- рату напряжения уменьшается и тепловыделение в процессоре, а это позволяет увеличивать его производительность без угрозы перегрева. Разрядность процессора показывает, сколько бит данных он может принять и обработать в своих регистрах за один раз (за один такт). При этом разрядность процессора определяется разрядностью не шины данных, а командной шины. Исполнение каждой команды процессором занимает опре- деленное количество тактов. Чем выше частота тактов, посту- пающих на процессор, тем больше команд он может исполнить в единицу времени, тем выше его производительность. В на- стоящее время рабочие частоты процессоров превосходят мил- лиард тактов в секунду (1 ГГц). Тактовые сигналы процессор получает от материнской пла- ты, которая представляет собой большой набор проводников и микросхем и по чисто физическим причинам не может рабо- тать со столь высокими частотами, как процессор. Для получе- ния более высоких частот в процессоре происходит внутреннее умножение частоты на коэффициент. Обмен данными внутри процессора происходит в несколь- ко раз быстрее, чем обмен с другими устройствами, напри- мер с оперативной памятью. Для того чтобы уменьшить ко- личество обращений к оперативной памяти, внутри процессора создают буферную область – кеш-память. Когда процессору нужны данные, он сначала обращается в кеш-память, и только если там нужных данных нет, происходит его обращение в оперативную память. Принимая блок данных из оператив- ной памяти, процессор заносит его одновременно и в кеш- 32 память. Нередко кеш-память распределяют по нескольким уровням. Связь между всеми собственными и подключаемыми уст- ройствами материнской платы выполняют ее шины и логиче- ские устройства, размещенные в микросхемах микропроцессор- ного комплекта (чипсета). От архитектуры этих элементов во многом зависит производительность компьютера. |