Необходимые сведения о работе компьютере.

Поскольку иногда работа системного администратора подразумевает необходимость собирать и-или модернизировать компьютер и почти всегда -- подбирать параметры компьютера, полезно понимать, как компьютер работает. Кроме того, всегда лучше понимать, как работает система, которую приходится администрировать.

Принцип черного ящика.

Принцип черного ящика состоит в том, что некоторую систему рассматривают как совокупность входов и выходов, отвлекаясь от ее внутреннего устройства. При таком подходе, мы отказываемся думать о том, что происходит внутри системы, сосредоточившись только на том, как система реагирует на внешние воздействия. То есть, мы рассматриваем систему, как черный ящик, из которого, например, торчат провода.

Применение этого принципа позволяет ограничиться пониманием, как рассматриваемую систему можно использовать, оставляя вне понимания, как ее можно создать. Рассмотрим, например, обычный выключатель. Чтобы им пользоваться, нам достаточно знать, что при одном его положении некое устройство будет включено, а при другом -- выключено. Вот если бы нам, например, надо было самостоятельно выключатель починить, нам пришлось бы понять его внутреннее устройство и принципы работы.

Создавать и паять микросхемы не входит в обязанности администратора, поэтому рассматривать их внутреннее устройство мы не будем.

Вернемся к выключателю и представим его как черный ящик с тремя торчащими из него проводами -- вход, выход и положение переключателя, которое тоже является входом. Составим таблицу зависимости состояния на выходе от состояний на входах. Ну, в общем, составлять такую таблицу для выключателя довольно глупое занятие, но для более сложных устройств такие таблицы составляются. Например, существуют таблицы команд процессора, описывающие его поведение в зависимости от полученной им команды (совокупности сигналов на входе).

Основные компоненты компьютера.

Компьютер состоит из множества разных устройств, которые мы будем рассматривать как черные ящики. При этом входы и выходы одних компонентов связаны с входами и выходами других компонентов. Совокупность этих связей (вместе с реакцией компонентов на изменения на входах) называется архитектурой компьютера. Часто архитектурой компьютера называют и просто совокупность этих связей.

Таймер.

Таймер это устройство, подающее остальным компонентам сигнал через равные промежутки времени, таким образом синхронизируя их работу.

В связи с конечностью скорости распостранения взаимодействий (скорости света), компоненты принципиально не могут моментально реагировать на изменение сигнала на выходе другого компонента. Поэтому компонент, произведший изменение на своем выходе, обязан подождать определенное время, чтобы другие компоненты могли отреагировать на сделанное изменение.

Реализуется это тем, что все изменения на входах и выходах компонентов происходят по сигналу синхронизирующего устройства (таймера). Кроме того, с пошаговым выполнением действий проще разбираться. В итоге, таймер выполняет роль барабанщика на триремах,-- по сигналам которого гребцы выполняют движения веслами.

Память.

Вообще говоря, память это не устройство, а некоторая совокупность устройств. Во-первых, микросхем памяти может быть несколько, а, во-вторых, есть еще контрóллеры памяти, работающие с разными типами микросхем памяти. Первое нужно, в основном, для того, чтобы при модернизации памяти, предыдущие микросхемы можно было продолжать использовать. Второе -- чтобы отделить фунуциональность работы с другими компонентами компьютера от внутренней функциональности микросхем памяти и, значит, чтобы а) схемы памяти (которые можно менять) были проще (дешевле) и б) компьютеры разной архитектуры могли использовать одинаковые микросхемы памяти. Однако, нас это пока интересовать не будет и мы будем рассматривать память целиком одним компонентом.

Итак, память это компонент, хранящий в двоичном виде информацию, к которому остальные компоненты за этой информацией могут обращаться непосредственно. Информации там много, а нужна в конкретный момент конкретному устройству она не вся. Кроме того, чтобы всю информацию из памяти передать за один раз, нужно слишком много входов-выходов. Поэтому память логически разделена на минимальные порции (байты) и каждой такой порции присвоен уникальный номер (его называют адресом). Компонент, который хочет записать или прочитать некоторую порцию информации, должен указать контроллеру памяти ее адрес. То есть, на некоторую совокупность входов контроллера памяти подать побитно (в двоичном виде) это самое число.

Совокупность проводов, сигналами на которых устанавливается адрес, к котрому производится обращение, называется шиной адреса. Чем совокупность из, скажем, 32 проводов, к которым присоединены все устройства, работающие с памятью, похожа на шину, я не знаю. Совокупность проводов, сигналами на которых передается информация, называется шиной данных. Совокупность проводов, по которым компоненты сообщают памяти (и другим компонентам) о том, что им от памяти (и от других компонентов) нужно и нужно ли, называется шиной управления.

Память бывает разных типов. Некоторые блоки памяти сбрасывают свое состояние при отключении питания,-- такая память исторически называется оперативной. Некоторые,-- состояние сохраняют и называются постоянной памятью. Хотя правильнее было бы называть оперативной память, допускающую чтение-запись, а постоянной,-- допускающую только чтение. По смыслу слова "оперативная".

Процессор.

Процесор это компонент, реагирующий на информацию в памяти, то есть, ведущий себя в зависимости от того, что в памяти написано. Говорят, что он выполняет команды, находящиеся в памяти. В нем есть указатель на команду, содержащий адрес команды, которую процессор будет "выполнять" следующей. Если отвлечься от команд управления последовательностью выполнения команд (таких, как условные переходы, например), указатель на команду содержит адрес уже выполняемой команды, к которому приплюсована длина этой команды.

Цикл работы процессора заключается в обращении к памяти для получения инструкции по адресу, на который указывает указатель команд, выполнении этой инструкции (то есть, реакции на эту инструкцию), для чего, возможно, он опять обратится к памяти или к другому устройству, и, наконец, изменении своего указателя на команду.

Поскольку состояние процессора изменяется в зависимости от записанной в памяти программы, а уже через его состояние изменяется состояние остальных компонентов, часто говорят, что процессор, исполняя команды, управляет остальными устройствами.