Розділ 2. КОМП’ЮТЕРНА ТЕХНІКА ТА ПРОГРАМНЕ ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ

Тема 3. Комп’ютерна техніка

3.1. Теоретичні відомості та методичні поради до вивчення теми

Вивчаючи цю тему, передусім варто зупинитися на таких питаннях.

• Подавання інформації в комп’ютерах.

• Огляд сучасних ПК.

• Основне призначення, структура та програмне забезпечення.

• Поняття і функції процесора, пам’яті, пристроїв уве­дення/виведення інформації.

• Робота із зовнішніми пристроями ПК: клавіатурою, монітором, принтером, «мишкою», дисковими накопичувачами.

3.1.1. Подавання інформації в комп’ютерах

В основу роботи ПК покладено принцип програмного управління, який дає змогу повністю автоматизувати процес розв’язування задачі, що зводиться до виконання з певною інфор­мацією, яка вводиться в машину, обмеженого числа основних операцій: додавання, множення, віднімання, ділення, перенесення числа з одного місця пам’яті в інше та деяких інших.

У комп’ютер надходить інформація двох типів — у вигляді команд та даних. Команда — це інформація, що подана у формі, яка дає можливість увести її в машину і визначає дію машини протягом певного проміжного часу. Дані — це числа та кодовані символи, які використовуються як операнди команд. Кожна команда є групою символів, що сприймаються машиною і поділяються на підгрупи.

Перша підгрупа просто є кодом операції і повідомляє, що повинен зробити комп’ютер; решта підгруп, що називаються адресами або адресною часткою команди, вказують, звідки взяти чи- сла для виконання операції або куди помістити результат. Завжди в ролі адрес вказують номери комірок, де повинні знаходитися ці числа.

Послідовність команд, записаних у порядку, який відповідає ходу розв’язання задачі й уводиться в пам’ять ПК разом із вхідними даними, називається програмою. Таким чином, кожна команда програми має свою адресу. Після цього все розв’язання виконується автоматично. Команди виконуються послідовно, від­повідно до зростання їх адрес, проте за певних умов цей порядок може бути змінений, для чого в програмі використовуються спеціальні команди, які називаються командами переходів.

Робота ПК взагалі може бути описана таким чином:

• через пристрій уведення приймається інформація і пересилається в пам’ять;

• інформація, що міститься в пам’яті, за вимогою програми витягується з комірок пам’яті та передається в АЛП для обробки;

• оброблена інформація виводиться з комп’ютера через пристрій виведення.

Усі дії в ПК відбуваються за допомогою пристрою управління (ПУ).

3.1.2. Огляд сучасних пк

Перші комп’ютери мали, як правило, фіксований склад обладнання, що накладало достатньо жорсткі обмеження на їх характеристику. Останнім часом їм на зміну прийшли комп’ю­тери зі змінним складом обладнання, конкретний набір якого визначається вимогами, що висуваються до ПК. За такого підходу окремі функціональні пристрої машини виконуються у вигляді агрегатів одного й того самого або різних типів, так, щоб, використовуючи їх, можна було побудувати систему, яка має задані властивості з потрібною кількістю тих чи інших пристроїв.

За порівняно короткий час мікропроцесори (МП) у своєму розвитку пройшли 4 покоління — від 4-розрядних до 32-розрядних, від функціонально і конструктивно простих пристроїв до однокристальних систем з потужними функціональними характеристиками. Розвиток МП яскраво бачимо на прикладі пристроїв фірми INTEL.

Сучасні ПК можна представити як багатопроцесорні системи. Класифікуючи (за потоком команд), їх можна розбити на 4 класи, залежно від числа потоків команд і потоків даних.

1. Системи з одним потоком команд і одним потоком даних (Single Instruction Stream, Single Data Stream — SISD), які належать до однопроцесорних мікропроцесорних систем (МПС) та мікроЕОМ. Кожний мікропроцесорний модуль (МПМ) є системою такого класу.

2. Системи з одним потоком команд і великою кількістю потоків даних (Single Instruction Stream, Multiple Data Stream — SIMD). Типовими представниками цього класу є матричні багатомікропроцесорні системи (БМП-системи), які мають велику потужність у процесі розв’язання паралельних обчислювань.

3. Системи з множиною потоків команд і одним потоком даних (Multiple Instruction Stream, Single Data Stream — MISD) — конвеєрні БМП-системи, які звуться магістральними.

4. Системи з множинами потоків команд і множиною потоків даних (Multiple Instruction Stream, Multiple Data Stream-MIMD), у яких МП-модулі одночасно виконують різні програми та оброб­ляють різні потоки даних. До відомих таких систем MIMD належать: Cm*, ієрархічний переналагоджувальний МП, система із загальною шиною Minerva та ін.

3.1.3. Основне призначення, структура та програмне забезпечення комп’ютерів

На початковому етапі використання сучасних комп’ю­терів ми маємо справу не з самою машиною, а з сукупністю правил, названих мовами програмування, потрібних для опису дій, які повинен виконувати ПК. Для забезпечення ефективності роботи розроблені машинні мови, використання яких складає певні труднощі для людини. Більшість користувачів не відчувають цих незручностей завдяки наявності однієї чи кількох мов програмування високого рівня, створених для поліпшення зв’язку людини з комп’ютером. Гнучкість обчислювальної машини виявляється в тому, що вона може виконувати програми-транслятори для перетворення програм з мов високого рівня, орієнтованих на користувачів, у програми з машинною мовою.

З урахуванням сказаного ПК потрібно розглядати як набір ресурсів, доступних його користувачам за допомогою програм, написаних відповідно до правил системних мов програмування. Ці ресурси належать до двох основних класів:

• обладнання (апаратні засоби);

• програми (програмне забезпечення).

Слід зазначити, що нині сформувалися три підходи до застосування ПК. Перший — використання для автономної роботи; другий — для роботи у складі локальних мереж; третій — використання як інтелектуальних терміналів великих або середніх комп’ютерів.

Найпростіший і найдоступніший — автономний режим. Обмін інформацією з іншими обчислювальними пристроями здійснюється за допомогою дискет або через прості асинхронні канали зв’язку. Проте такий режим має свої вади, до яких можна зарахувати труднощі під час обміну інформацією між ПК різних типів.

Робочі характеристики будь-якого комп’ютера визначаються характеристиками функціональних пристроїв, які входять до його складу, та його програмним забезпеченням.

Для початківця-користувача звичайно буває достатньо найзагальнішого уявлення про призначення основних пристроїв і тих мінімальних знань про їх функціональні можливості, які дають йому можливість виконувати основні дії з обслуговування ком­п’ютера в процесі обчислень.

Складнішим завданням є вивчення програмного забезпечення, без якого жоден комп’ютер фактично функціонувати не може.

Практичне значення програмного забезпечення під час роботи з комп’ютером обумовлене особливостями обчислювального про­цесу, який складається з двох взаємозв’язаних частин:

• переробка вхідної інформації, яка визначається алгоритма- ми програм, що використовуються для розв’язання поставленої задачі;

• поточного забезпечення даної переробки, яке включає в себе управління переробкою, доставкою та збереженням вхідних та проміжних даних, комутацію окремих програм тощо.

Потреба користувача у комп’ютері задовольняється прикладними програмами, розробленими самим користувачем і призначеними для виконання конкретних завдань.

Хоча вимоги різних користувачів різні, вони мають деякі спіль­ні елементи, які можна задовольнити за допомогою загальних програм, що полегшують підготовку та використання прикладних програм. Такий набір програм загального призначення, специфічний для кожного комп’ютера, називається програмним забезпеченням і є сукупністю програмних засобів, що дають кори­стувачеві при наявному обладнанні можливість експлуатувати комп’ютер і всі його пристрої. Ці загальні програми, що призначені для всіх користувачів комп’ютерів, називаються системними.

Основою програмного забезпечення є операційна система, яка являє собою сукупність програм, призначених для управління всіма апаратними та програмними ресурсами і координації проходження різноманітних завдань через комп’ютер.

Операційна система є сполучним ланцюгом між комп’ютером і людиною-оператором, а також між комп’ютером і так званими прикладними програмами, що дають можливість виконувати окре­мі стандартні завдання, пов’язані з розв’язанням мовних проблем, обробкою текстів, створенням баз даних, управлінням графічним зображенням тощо. Таким чином, системне програмне забезпечення істотно полегшує спілкування людини з комп’ютером.

Основу структурної організації ПК, побудованої на базі мікропроцесорів, становить загальна або системна шина.

Мікропроцесор з’єднується з системною шиною, пам’яттю і контролерами зовнішніх пристроїв (рис. 3.1). Для зв’язку з па­м’яттю процесору необхідно передавати адреси команд і даних, одержувати команди або операнди, а також передавати результати. Крім того, необхідно передавати і приймати управляючі сигнали. Таким чином, загальна шина включає шину даних, шину адреси і шину управління.

Рис. 3.1. Загальна структура програмного забезпечення

У загальному випадку МП складається з таких функціональних блоків: арифметично-логічний пристрій (АЛП); пристрій управління (ПУ); схема розподілу синхросигналів (РС); регістр загального призначення (РЗП); акумулятор (А); регістр команд (РК); програмний лічильник (ПЛ); індексні регістри (ІР); вказівник стеку (ВкСт); буферні регістри даних та адреси (БРД і БРА). МП базується на магістральному принципі взаємозв’язку функціональних блоків.