Аппаратное и программное обеспечение компьютерных систем
Компьютер
многофункциональное электронное программно управляемое устройство для хранения, обработки, поиска и передачи информации.
Аппаратное обеспечение - совокупность физических устройств компьютера и отдельных его частей, включая периферию, исключая его программное обеспечение и данные (информация, которую он хранит и обрабатывает).
Под программным обеспечением (Software) понимается совокупность программ, выполняемых вычислительной системой.
История развития вычислительной техники
Несмотря на свою кажущуюся молодость, компьютеры имеют довольно богатую историю. Своими корнями они уходят в средние века, когда впервые была сформулирована идея автоматизации вычислений, что послужило толчком к созданию первых вычислительных устройств. Эволюция в области вычислительной техники носит неравномерный, скачкообразный характер: периоды накопления сил сменяются прорывами в разработках, после чего наступает период стабилизации, во время которого достигнутые результаты используются практически, и одновременно накапливаются знания и силы для очередного рывка вперед. После каждого витка процесс эволюции выходит на новую, более высокую ступень.
Музей информатики в Париже
(открыт в 2011 году)
Деловой район Парижа – Дефанс знаменит не только своими роскошными офисами, наличием большого количества людей, делающих деньги, но и первым европейским музеем информатики. Располагается он на последнем этаже визитной карточки квартала Дефанс – Большой арки. Посетителям музея предлагается увлекательная экскурсия в историю информатики, знакомство с первыми персональными компьютерами середины 20-го века. Здесь же представлены и современные девайсы, которые только готовятся к выпуску на рынок.
В процессе эволюции вычислительной техники выделяют ряд периодов...
Мечты становятся реальностью
«Люксо мл.» (англ. Luxo Jr.) — первый короткометражный анимационный фильм в жанре компьютерной графики, созданный только что основанной компанией Pixar Animation Studios в 1986 году.
В 1986 году картина была представлена на конференции SIGGRAPH, произвела огромное впечатление на специалистов индустрии компьютерной графики. В том же году она была номинирована на премию «Оскар» в номинации «Лучший анимационный короткометражный фильм». Этот мультфильм является первой компьютерной анимационной картиной, номинированной на «Оскар».
Позднее Luxo Jr. стал символом Pixar, появляясь в логотипе компании.
Студенты Университета Виктории в 2012 году смогли воссоздать такую лампу Luxo в реальности. Правда, прыгать она не умеет (по крайней мере, пока), но за своим владельцем следит очень внимательно. В общем-то, этот проект предназначен, скорее, для демонстрации возможностей Arduino, и языка программирования Processing, особой практической нагрузки проект не несет. Кроме всего прочего, студенты использовали OpenCV и ряд сервоприводов (само собой). По всей вероятности, данный проект принесет своим разработчикам популярность, ну, а их коллеги могут убедиться в неисчерпаемости возможностей Arduino и идей устройств на основе этой платформы. Название проекта #8212; Pinokio. Лампа, к слову, способна отслеживать не только лица, но и реагировать на звук.
Архитектура компьютера
Архитектура компьютера - общее описание его структуры и функций.
Архитектура определяет принципы действия, информационные связи и взаимное соединение основных логических узлов компьютера. Классическая архитектура компьютера построена на принципах Дж. фон Неймана.
Принципы Джона фон Неймана
Джон фон Не́йман (англ. John von Neumann) венгро-американский математик еврейского происхождения, сделавший важный вклад в квантовую физику, квантовую логику, функциональный анализ, теорию множеств, информатику, экономику и другие отрасли науки.
- Принцип двоичного кодирования. Вся информация, поступающая в ЭВМ, кодируется с помощью двоичных сигналов.
- Принцип программного управления. Программа состоит из набора команд, которые выполняются процессором автоматически друг за другом в определенной последовательности.
- Принцип однородности памяти. Программы и данные хранятся в одной и той же памяти. Поэтому ЭВМ не различает, что хранится в данной ячейке памяти - число, текст или команда. Над командами можно выполнять такие же действия, как и над данными.
- Принцип адресности. Структурно основная память состоит из пронумерованных ячеек; процессору в произвольный момент времени доступна любая ячейка.
- Принцип жесткости архитектуры. Неизменяемость в процессе работы топологии, архитектуры, списка команд.
При этом компьютер должен иметь:
- Арифметико-логическое устройство, выполняющие арифметические и логические операции;
- Устройство управления, которое организует процесс выполнения программ;
- Запоминающее устройство, или память для хранения программ и данных;
- Внешние устройства для ввода-вывода информации.
Современный ПК имеет открытую магистрально-модульную архитектуру:
- персональный компьютер состоит из отдельных функциональных блоков (модулей);
- информационная связь между модулями осуществляется посредством информационной магистрали (системной шины);
- отдельные модули компьютера соответствуют открытым стандартам и могут быть заменены или дополнены другими, их состав можно изменить или расширить.
Основные компоненты архитектуры:
- центральный процессор
- информационная магистраль
- компьютерная память
- периферийные устройства
Программное обеспечение
Программное обеспечение (Software)
совокупность программ, выполняемых вычислительной системой.
Классификация ПО
Система программирования (инструментальная система)
это система для разработки новых программ на конкретном языке программирования.
Язык программирования - это формализованный язык описания алгоритмов, используемых для решения различных задач на компьютере.
Современные системы программирования обычно предоставляют пользователям мощные и удобные средства разработки программ. В них входят:
- текстовый редактор,
- компилятор и/или интерпретатор,
- средства автоматизации сборки,
- отладчик,
- библиотеки стандартных функций и программ, пользовательский интерфейс,
- справочная система.
Индекс TIOBE (TIOBE programming community index)
индекс, оценивающий популярность языков программирования, на основе подсчета результатов поисковых запросов, содержащих название языка. Используются поиск в нескольких наиболее посещаемых (по данным Alexa) порталах: Google, Blogger, Wikipedia, YouTube, Baidu, Yahoo!, Bing, Amazon. Расчет индекса происходит ежемесячно. Текущая информация предоставляется бесплатно, но статистика за длительные периоды доступна только за плату (от 1,5 до 5 тыс долларов США).
СИСТЕМНОЕ ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ
это комплекс программ, обеспечивающих эффективное управление компонентами вычислительной системы (процессором, оперативной памятью, каналами ввода-вывода, сетевым и коммуникационным оборудованием и т.п) и реализующих связь аппаратного и программного обеспечения.
В системное программное обеспечение иногда включают и средства разработки программ.
Операционная cистема
(operating system)
комплекс программных средств, осуществляющих управление ресурсами вычислительной системы, запуск прикладных программ и их взаимодействие с внешними устройствами и другими программами, а также обеспечивающих диалог пользователя с компьютером.
Однажды Линуса Торнвальдса, еще до того, как он создал ОС Linux, в зоопарске укусил пингвин. Это стало одной из причин выбора талисмана Linux - пингвина.Основные функции операционной системы:
- распределение ресурсов компьютера между выполняемыми задачами;
- управление процессами;
- управление аппаратными средствами ПК (памятью, периферийными устройствами и т.д.);
- управление файлами и внешними устройствами;
- защита данных и администрирование (разграничение прав доступа и многопользовательский режим работы);
- интерфейс прикладного программирования;
- поддержка сетевых взаимодействий;
- пользовательский интерфейс (способ взаимодействия пользователя с компьютером, обеспеченный программными и аппаратными средствами: командной строки, графического, речевого).
Драйвер
набор служебных программ, обеспечивающих взаимодействие ОС с внешними устройствами по разным протоколам обмена данными и командами.
Основная функция драйвера – обрабатывать высокоуровневые запросы, поступающие от прикладных и системных программ и переводить их на машинный язык понятный физическому устройству. В операционных системах создаётся специальный механизм для подключения любых дополнительных драйверов, поставляемых производителями оборудования. Драйверы позволяют ОС работать с устройствами компьютера через общий интерфейс, не учитывающий особенности конкретного устройства.
Утилиты
системные программы, предназначенные для выполнения определённых, часто вспомогательных (служебных), функций.
По зависимости от операционной системы можно различать:
- Независимые утилиты, не требующие для своей работы операционной системы,
- Системные утилиты, входящие в поставку ОС и требующие её наличия:
- программы разметки диска;
- программы установки аппаратных устройств;
- программы инсталляции и удаления приложений;
- диагностические программы и т.п.
ПРИКЛАДНОЕ ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ
(application software)
Контрольные вопросы
- Дайте определения понятиям "компьютер", "аппаратное обеспечение компьютера", "архитектура компьютера", "программное обеспечение компьютера", "программа".
- Перечислите важнейшие события в истории развития вычислительной техники.
- Опишите основные классы современных компьютеров.
- Перечислите и охарактеризуйте основные компоненты архитектуры современного компьютера.
- Что относят к инструментальному ПО?
- Что включает в себя системное ПО?
- Каковы основные классы прикладного ПО?