РОЗДІЛ "ІНФОРМАТИКА"6-10

6. Інформаційна складова комп’ютерної системи

Комп'ютер (від англійського computer— обчислювальний при­стрій) — це багатофункціональна електронна автоматична машина для накопичення, опрацювання та передачі інформації. Інформація (дані) подається в комп'ютері за допомогою дискретних фізичних сигналів (ци­фрових сигналів), а для їх опрацювання застосовується програмний спосіб задания алгоритмів.

Робота комп'ютера імітує (моделює) інформаційну діяльність лю­дини.

Конструктивно будь-який комп'ютер складається з чотирьох основних частин: пристрою введення інформації, пристрою передачі та опрацю­вання інформації (центральний процесор), пристрою зберігання та нако­пичення інформації (пам'ять), пристрою виведення інформації. Усі при­строї комп'ютера прийнято розділяти за функціональною ознакою на дві складові: центральні пристрої {системний блок) і периферійні {зовніш­ні) пристрої.

Комп'ютер — апаратна складова комп'ютерної {інформаційної) сис­теми.

Основним принципом функціонування комп'ютера є програмний. Суть його в тому, що комп'ютер може автоматично, без участі людини, розв'язати ту чи іншу інформаційну задачу, послідовно виконуючи команди певної про­грами.

Команди — це вказівки, які даються комп'ютеру для виконання певних дій. Програма — це записаний у певному порядку набір команд, виконання яких іабезпечує розв'язання конкретної задачі.

Взаємодія між комп'ютером і людиною за допомогою програм наги­нається програмним інтерфейсом. Фізичні пристрої, за допомогою яких людина керує програмами та отримує інформацію від комп'ютера (кла­віатура, мишка, монітор і т. п.), називаються апаратним інтерфейсом.

Програмне забезпечення — це набір усіх програм, складених для роботи на конкретному комп'ютері, разом із відповідною документаці­єю. Програмне забезпечення складає програмні засоби комп'ютерної

системи.

Комп'ютерна (обчислювальна) система — це об'єднання апаратних (ком­п'ютер) і програмних (програмне забезпечення) засобів. Обидві частини ком­п'ютерної системи не можуть використовуватися окремо одна від одної. Вони мають бути сумісні та обов'язково погоджені між собою за параметрами і структурою (рис. 13)

Функціональна схема та принципи роботи комп’ютера.

Комп'ютер— це електронна система, призначена для опрацювання різних видів інформації, що подається в цифрових кодах за наперед складеними про­грамами (алгоритмами).

Функціональна схема комп'ютера— це деяка абстрактна модель, яка опи­сує сервісні можливості обчислювальної машини, що задовольняють потреби користувача для розв'язання його професійних задач. До числа таких можли­востей, зазвичай, входять:

—    засоби і способи подання даних (подання різних видів інформації в до­ступній для сприйняття користувачем формі);

—    засоби введення даних (у тому числі введення даних із твердих носіїв: магнітних дисків і стрічок, компакт-дисків);

—    керування процесом обробки даних (за допомогою програмного забез­печення);

—         фіксація результатів обробки даних (вибір відповідного типу носія).

Із зовнішніх пристроїв до системного блоку під'єднуються, як правило, принтер, ручний маніпулятор «миша», сканер. У системному блоці розташо­вуються наступні вузли комп'ютера:

—        електронні схеми, які керують роботою комп'ютера (мікропроцесор,
мікросхеми оперативної та постійної пам'яті, інтерфейсні блоки зовніш­
ніх пристроїв);

—    блок живлення;

—    накопичувані на гнучких магнітних дисках (дисководи);

—    накопичувані на жорстких магнітних дисках (вінчестери);

—    CD-ROM.

Крім перерахованих, у системному блоці можуть знаходитися й інші зов­нішні пристрої: наприклад, модем (пристрій для організації зв'язку між ком­п'ютерами за допомогою телефонних ліній).

До основних принципів функціонування комп'ютерів відносять:

1)      магістрально-модульний принцип їх будови (див. п. 9.3);

2)  принцип числового кодування даних: інформація будь-якого виду в па­м'яті обчислювальних машин подається за допомогою числових кодів;

3)  програмний {командний) принцип керування роботою комп'ютера: всі його функціональні можливості реалізуються шляхом виконання відповідних програм (див. п. 9.4);

4)            принцип довільного доступу {принцип адресності) та збережуваної

програми

магістрально-модульний принцип їх будови. Модулі — це логічно і конструктивно завершені пристрої, які виконують певні функції в обчислювальному процесі. Будова комп'ютерів на основі модульного принципу дозволяє, в міру необхідності, підключати додаткові пристрої або робити заміну існуючих на більш досконалі. Таким чином, можна нарощувати обчислювальну потужність комп'ютерів, зміню­вати апаратну конфігурацію системи, пристосовувати її до конкретних умов використання та потреб користувача.

Обмін інформацією (даними) між окремими пристроями (модулями) ПК здійснюється через системну магістраль. Системна магістраль — це три ба-гаторозрядні шини (багатопровідні лінії зв'язку): шина даних, шина адрес, шина управління. Шина — це сукупність паралельних ліній, по яких на основі спеціальних алгоритмів передається інформація від одного модуля комп'ютера до іншого за допомогою електричних сигналів.

Шина даних — це двонаправлена шина, розрядність якої складає 16, 32, 64 біти. Вибір пристрою (модуля) для обміну даними здійснює центральний процесор (мікропроцесор). Він формує код пристрою або адресу чарунки.

Класифікація та призначення програмного забезпечення персонального комп’ютера

Програмне забезпечення являє собою сукупність програм, призначених для розв’язання завдань на комп’ютері. Програма – це впорядкований набір команд. Програмне та апаратне забезпечення працюють взаємопов’язано і в неперервній взаємодії. Будь-який апаратний пристрій управляється програмно.

Програмне забезпечення можна поділити на три класи: системне, прикладне та інструментальне. Наведена класифікація є досить умовною. Інтеграція програмного забезпечення призвела до того, що практично будь-яка програма має риси кожного класу.

     Системне ПЗ призначено для управління роботою комп'ютера, розподілу його ресурсів, підтримки діалогу з користувачами, надання їм допомоги в обслуговуванні комп'ютера, а також для часткової автоматизації розробки нових програм. Системне ПЗ — це комплекс програм, багато з яких постачаються разом з комп'ютером та документацією до неї. Системне програмне забезпечення здійснює управління роботою обчислювальної системи. Як правило, системні програми забезпечують взаємодію інших програм з апаратними складовими, організацію інтерфейсу користувача.  Системне ПЗ можна розділити на три основні частини:

     Операційні системи (ОС). Основними компонентами загальносистемного програмного забезпечення являються операційні системи, які вирішують завдання взаємопов’язаного функціонування окремих компонентів. Існують 3 типи ОС:

     Операційні системи пакетної обробки: порівняно велика швидкість логічних і автоматичних операцій, але в свою чергу мала швидкість вводу і виводу завантаженість процесора на 20 – 30%.

     Операційна система з розподілом задач по часу (організовується черга вводу і виходу задач, і обслуговується до 15 користувачів і процесор завантажений на 80-90%).

     Операційна система реального часу, використовується для керування різними процесами.

     Системи програмування. Системи програмування призначені для полегшення та для часткової автоматизації процесу розробки та відлагодження програм. Основними компо­нентами цих систем є:

     Транслятори здійснюють перетворення програм з мов високого рівня на машинну мову. Крім того, транслятори звичайно здійснюють синтаксичний аналіз програми, яка транслюється. Вони можуть також відлагожувати та оптимізувати програми, які одержують, видавати документацію на програму та виконувати ряд інших сервісних функцій, наприклад, Паскаль, Сі, Бейсик та ін.

     Ассамблери. Програму мовою Ассамблера називають машинно-орієнтованою. Мовою Ассамблера користую­ться, як правило, системні програмісти. Ассамблери перетворюють програми, які представлені у машинноорієнто-ваних мовах, на машинну мову.

     Сервісні програми розширюють можливості ОС. Їх, звичайно, називають утілітами. Утіліти дозволяють, наприклад, перевірити інформацію у шістнад-цятковому коді, яка зберігається в окремих секторах магнітних дисків; орга­нізувати виведення на принтер текстових файлів у визначеному форматі, виконувати архівацію та розархівацію файлів та ін.

  Тестові та діагностичні програми призначені для перевірки працездатності окремих вузлів комп’ютера і компонентів програмно-файлових систем і, можливо, виявлення та усунення несправностей.

  Антивірусні програми призначені для виявлення і, можливо, усунення вірусних програм, які порушують нормальну роботу обчислювальної системи.

  Архіватори

  Програма очищення диска використовується для вивільнення простору на жорсткому диску шляхом видалення тимчасових файлів Internet, компонент Windows і програм, які вже не використовуються, а також очищення кошика.

  Програми форматування диска. Форматування диску - це запис на диск певної службової інформації для забезпечення зручної і надійної роботи з інформацією, що повинна зберігатися на диску. Для форматування дисків використовують найрізноманітніші програми. Найпоширенішою серед них є програма FORMAT.COM, котра входить в комплект утиліт операційної системи DOS, WINDOWS95, WINDOWS98, WINDOWS NT.

  Програма дефрагментації диска призначена для оптимізації розміщення файлів на диску, що прискорює доступ до них(Defrag).

     Прикладне програмне забезпечення призначене для розв’язання прикладних завдань фахової діяльності людини (тобто, прикладене до практики). Спектр таких програм надзвичайно широкий: від виробничих та наукових до навчальних та розважальних. Сюди відносять розрахункові, навчаючі, моделюючі програми, комп’ютерні ігри, тощо. У структурі прикладного програмного забезпечення можна виділити прикладні програми:

     Загального призначення: це комплекс програм, який одержав широке використання серед різних категорій користувачів. Найбільш відомими серед них є:

     текстові редактори дозволяють готувати текстові документи: технічні опи­си, службові листи, статті та ін. Найбільш відомі такі текстові редактори: Лексикон, Write, Word.

     графічні системи багаточисельні, а їх функції — різноманітні. Серед них можна виділити системи:

     ділової графіки (MicrosoftPowerPoint, LotusFreelanceGraphics)

     художньої графіки, які ще називають просто графічними редакто­рами (Раіntbrush)

     інженерної графіки та автоматизованого проектування (AutodeskAutoCad)

     системи обробки фотографічних зображень (AdobePhotoshop)

     універсальні графічні системи (CorelDRAW!).

     електронні таблиці. Програми роботи з електронними таблицями (ЕТ) дозволяють розв'язувати широке коло задач, зв'язаних з числовими розрахунками. Найширше викорис­товують серед програм такого класу Supercalk, Місrosoft Excel та Lotus 1-2-3.

     системи управління базами даних призначені для об'єднання наборів даних з метою створення єдиної інформаційної моделі об'єкта. Ці програми дозволяють накопичувати, обновляти, коригувати, вилучати, сорту­вати інформацію, організовану спеціальним засобом у вигляді банку даних. Найпоширеніші СУБД: dВаsе III Рlus, FохBase+, Сlірреr, Оrасlе, Ассеs, FохРrо, Раrаdох.

     Крім перерахованих систем до складу прикладного ПЗ загального призна­чення слід віднести й інтегровані системи. Ці системи об'єднують у собі можливості текстових редакторів, графічних систем, електронних таблиць та систем управління базами даних. Головна перевага інтегрованих систем перед окремими системами прикладного ПЗ загального призначення полягає у тому, що вони створюють єдині правила роботи для користувача, тобто вони мають єдиний інтерфейс як при роботі з текстом, так і при роботі з електронними таблицями та ін. Найвідоміші серед них: Місrosoft Works, Місrosoft Office, Lotus SmartSuite, Perfect Office.

     Спеціального призначення. Прикладні програми спеціального призначення використовують у специ­фічній діяльності користувачів, функції специфічних систем залежать від їх призначення. Наприклад:

     Систем навчального призначення. Це можуть бути інструментальні засоби для розробки комп'ютерних уроків (гіпермедійні та гіпертекстові системи, авторсь­кі та інші системи), імітаційне моделюючі програми навчального призначення, програми для розробки та підтримки шкільного розкладу, педагогічні про-грамні засоби різного призначення та ін.

     Пакети прикладних програм (ППП), які широко використовуються, наприклад, для статистичної обробки даних, бухгалтерського обліку, розра­хунку будівельних конструкцій та ін. Наявність у комп'ютері різноманітних ППП дозволяє розв'язувати значну частину простих прикладних задач, майже без програмування. В цьому випадку завдання на розв'язування тієї чи іншої задачі записується у вигляді директиви спеціальною проблемно-орієнтованою мовою та повідомляється комп'ютеру.

     Інструментальне програмне забезпечення призначене для розробки всіх видів інформаційно-програмного забезпечення. При цьому під інформаційним забезпеченням розуміють сукупність попередньо підготовлених даних, необхідних для роботи програмного забезпечення. Наприклад, будь-яка сучасна програма має вбудовану довідку для роботи з цією програмою. Файл довідки являє собою інформаційне забезпечення. До інструментального програмного забезпечення відносять:

      редактори (текстові, графічні, музичні тощо)

      системи табличної обробки даних (табличні процесори)

      системи управління базами даних

      транслятори мов програмування

      інтегровані системи для виробництва

7. Апаратна складова інформаційної системи.

Основою будь-якої інформаційної системи є комп'ютер.

Під структурною організацією комп'ютерів розуміють їх деяку фізичну

 модель, яка відображає склад, порядок і принципи взаємодії основних функ­ціональних модулів без деталей їх технічної реалізації . Аналізуючи будову ком­п'ютера на логічному рівні, у структурі комп'ютера виділяють центральні і и нтпішні пристрої (рис. 15). До центральних пристроїв відносять мікропроцесорта основну пам'ять, яку ще називають внутрішньою. Зовнішні пристрої часто називають периферійними.

ром обчислювального процесу в комп'ютері є його мікропроцесор.

Мікропроцесор (МП) — це мікросхема (надвелика інтегральна схема, chip), яка керує роботою всіх апаратних компонентів комп'ютера, забезпечує вико­нання програм, виконує арифметичні та логічні операції. У складі МП виділя­ють арифметико-логічний пристрій, пристрій керування та регістри.

Оперативна пам'ять(ОП) призначена для зберігання даних та програм протягом одного сеансу роботи з комп'ютером (від моменту вмикання ком­п'ютера до моменту його вимикання). В ОП інформацію можна заносити та читати з неї. У ній зберігаються дані, з якими ведеться оперативна робота, та програми для їх обробки.

У постійній пам'яті(ПП) розміщені програми, які забезпечують функці­онування обчислювальної системи (зокрема, програми початкового заванта­ження комп'ютера та тестування його складових) і деякі програми з базового програмного забезпечення комп'ютера, значна частина яких пов'язана з об­слуговуванням операцій введення/виведення, тому вміст ПП називають BIOS'ом(BasicInputOutputSystem — базова система введення/виведення). Цю пам'ять називають постійною тому, що інформація в ній зберігається після вимикання комп'ютера. З постійної пам'яті інформацію можна лише читати, записати туди користувач нічого не може.

Оперативна пам'ять у комп'ютерах розташована на окремих панелях-моду-пях пам'яті, які вставляються у відповідні гнізда (роз'єми) материнської плати. Основними характеристиками модулів пам'яті є обсяг пам'яті і а час доступу.

Кеш-пам'ятъ— це невелика за розміром буферна пам'ять, яка дозволяє пришвидшувати процеси обміну даними між МП і ОП за рахунок значно меншого, ніж до ОП, часу доступу до даних та розташування у ній даних, які найчастіше використовуються.

Напівпостійна пам'ять — це пам'ять невеликого обсягу, де збігається інформація про поточну апаратну конфігурацію ПК, а також поточна дата і час.

Ця пам'ять виготовлена за спеціальною технологією CMOS, що забезпе­чує низьке енергоспоживання (у стані вимкненого ПК від спеціальної батарей-ки-акумулятора) та можливість змінювати параметри апаратної конфігурації користувачем.

Технічною реалізацією запам'ятовуючих пристроїв для організації основної пам'яті є мікросхеми пам'яті.

Системна магістраль — це сукупність шин для обміну даними, адресами та керуючими сигналами між центральними і зовнішніми пристроями. Кожна шина — це деяка кількість паралельних ліній (вона визначає розрядність шини), по яких у вигляді електричних сигналів передається інформація від одного пристрою до іншого.

Інтерфейсні блоки використовуються для узгодження роботи центральних та зовнішніх пристроїв. Вони виконують перетворення сигналів, які передають­ся через системну магістраль, у сигнали, що забезпечують роботу відповідно­го зовнішнього пристрою, здійснюють буферизацію даних. Технічною реаліза­цією інтерфейсних блоків є контролери, адаптери, відеоплати, синтезатори звуку тощо.

До основних зовнішніх пристроїв належать:

1)      клавіатура — пристрій для введення символьної інформації;

монітор — пристрій для відображення на екрані текстової та графічної інформації.

3)        ручний маніпулятор «миша» — для вибору тих чи інших параметрів,
режимів роботи, команд програм та для керування роботою рухомих об'єктів
на екрані монітора;

4)  накопичувані на гнучких магнітних дисках (дисководи) — для читання та запису даних на дискети;

5)  накопичувані на жорстких магнітних дисках (вінчестери) — для читан­ня та запису інформації на жорсткі магнітні диски;

6)  CD-ROM— пристрій для читання інформації з компакт-дисків (оптичних дисків);

7)  принтер — пристрій для роздруковування інформації на папері (часом на інших носіях

8)  сканер — пристрій для отримання електронних копій текстових та графіч­них документів;

9)  плотер— пристрій для побудови графічних зображень на папері;

10)     стример— пристрій для збереження інформації на магнітних стрічках;

11)     модем — пристрій для підключення комп'ютерів до мереж.

Комп'ютер - це електронний пристрій, що виконує операції введення інформації, зберігання та оброблення її за певною програмою, виведення одержаних результатів у формі, придатній для сприйняття людиною. За кожну з названих операцій відповідають спеціальні блоки комп'ютера:

пристрій введення,

центральний процесор,

запам'ятовуючий пристрій,

пристрій виведення.

Всі ці блоки складаються з окремих дрібніших пристроїв. Зокрема в центральний процесор можуть входити арифметико-логічний пристрій (АЛП), внутрішній запам'ятовуючий пристрій у вигляді регістрів процесора та внутрішньої кеш-пам'яті, керуючий пристрій (КП). Пристрій введення, як правило, теж не є однією конструктивною одиницею. Оскільки види інформації, що вводиться, різноманітні, джерел може бути декілька. Це стосується і пристрою виведення.

6. Інформаційна складова комп’ютерної системи

Комп'ютер (від англійського computer— обчислювальний при­стрій) — це багатофункціональна електронна автоматична машина для накопичення, опрацювання та передачі інформації. Інформація (дані) подається в комп'ютері за допомогою дискретних фізичних сигналів (ци­фрових сигналів), а для їх опрацювання застосовується програмний спосіб задания алгоритмів.

Робота комп'ютера імітує (моделює) інформаційну діяльність лю­дини.

Конструктивно будь-який комп'ютер складається з чотирьох основних частин: пристрою введення інформації, пристрою передачі та опрацю­вання інформації (центральний процесор), пристрою зберігання та нако­пичення інформації (пам'ять), пристрою виведення інформації. Усі при­строї комп'ютера прийнято розділяти за функціональною ознакою на дві складові: центральні пристрої {системний блок) і периферійні {зовніш­ні) пристрої.

Комп'ютер — апаратна складова комп'ютерної {інформаційної) сис­теми.

Основним принципом функціонування комп'ютера є програмний. Суть його в тому, що комп'ютер може автоматично, без участі людини, розв'язати ту чи іншу інформаційну задачу, послідовно виконуючи команди певної про­грами.

Команди — це вказівки, які даються комп'ютеру для виконання певних дій. Програма — це записаний у певному порядку набір команд, виконання яких іабезпечує розв'язання конкретної задачі.

Взаємодія між комп'ютером і людиною за допомогою програм наги­нається програмним інтерфейсом. Фізичні пристрої, за допомогою яких людина керує програмами та отримує інформацію від комп'ютера (кла­віатура, мишка, монітор і т. п.), називаються апаратним інтерфейсом.

Програмне забезпечення — це набір усіх програм, складених для роботи на конкретному комп'ютері, разом із відповідною документаці­єю. Програмне забезпечення складає програмні засоби комп'ютерної

системи.

Комп'ютерна (обчислювальна) система — це об'єднання апаратних (ком­п'ютер) і програмних (програмне забезпечення) засобів. Обидві частини ком­п'ютерної системи не можуть використовуватися окремо одна від одної. Вони мають бути сумісні та обов'язково погоджені між собою за параметрами і структурою (рис. 13)

Функціональна схема та принципи роботи комп’ютера.

Комп'ютер— це електронна система, призначена для опрацювання різних видів інформації, що подається в цифрових кодах за наперед складеними про­грамами (алгоритмами).

Функціональна схема комп'ютера— це деяка абстрактна модель, яка опи­сує сервісні можливості обчислювальної машини, що задовольняють потреби користувача для розв'язання його професійних задач. До числа таких можли­востей, зазвичай, входять:

—    засоби і способи подання даних (подання різних видів інформації в до­ступній для сприйняття користувачем формі);

—    засоби введення даних (у тому числі введення даних із твердих носіїв: магнітних дисків і стрічок, компакт-дисків);

—    керування процесом обробки даних (за допомогою програмного забез­печення);

—         фіксація результатів обробки даних (вибір відповідного типу носія).

Із зовнішніх пристроїв до системного блоку під'єднуються, як правило, принтер, ручний маніпулятор «миша», сканер. У системному блоці розташо­вуються наступні вузли комп'ютера:

—        електронні схеми, які керують роботою комп'ютера (мікропроцесор,
мікросхеми оперативної та постійної пам'яті, інтерфейсні блоки зовніш­
ніх пристроїв);

—    блок живлення;

—    накопичувані на гнучких магнітних дисках (дисководи);

—    накопичувані на жорстких магнітних дисках (вінчестери);

—    CD-ROM.

Крім перерахованих, у системному блоці можуть знаходитися й інші зов­нішні пристрої: наприклад, модем (пристрій для організації зв'язку між ком­п'ютерами за допомогою телефонних ліній).

До основних принципів функціонування комп'ютерів відносять:

1)      магістрально-модульний принцип їх будови (див. п. 9.3);

2)  принцип числового кодування даних: інформація будь-якого виду в па­м'яті обчислювальних машин подається за допомогою числових кодів;

3)  програмний {командний) принцип керування роботою комп'ютера: всі його функціональні можливості реалізуються шляхом виконання відповідних програм (див. п. 9.4);

4)            принцип довільного доступу {принцип адресності) та збережуваної

програми

магістрально-модульний принцип їх будови. Модулі — це логічно і конструктивно завершені пристрої, які виконують певні функції в обчислювальному процесі. Будова комп'ютерів на основі модульного принципу дозволяє, в міру необхідності, підключати додаткові пристрої або робити заміну існуючих на більш досконалі. Таким чином, можна нарощувати обчислювальну потужність комп'ютерів, зміню­вати апаратну конфігурацію системи, пристосовувати її до конкретних умов використання та потреб користувача.

Обмін інформацією (даними) між окремими пристроями (модулями) ПК здійснюється через системну магістраль. Системна магістраль — це три ба-гаторозрядні шини (багатопровідні лінії зв'язку): шина даних, шина адрес, шина управління. Шина — це сукупність паралельних ліній, по яких на основі спеціальних алгоритмів передається інформація від одного модуля комп'ютера до іншого за допомогою електричних сигналів.

Шина даних — це двонаправлена шина, розрядність якої складає 16, 32, 64 біти. Вибір пристрою (модуля) для обміну даними здійснює центральний процесор (мікропроцесор). Він формує код пристрою або адресу чарунки.

Класифікація та призначення програмного забезпечення персонального комп’ютера

Програмне забезпечення являє собою сукупність програм, призначених для розв’язання завдань на комп’ютері. Програма – це впорядкований набір команд. Програмне та апаратне забезпечення працюють взаємопов’язано і в неперервній взаємодії. Будь-який апаратний пристрій управляється програмно.

Програмне забезпечення можна поділити на три класи: системне, прикладне та інструментальне. Наведена класифікація є досить умовною. Інтеграція програмного забезпечення призвела до того, що практично будь-яка програма має риси кожного класу.

     Системне ПЗ призначено для управління роботою комп'ютера, розподілу його ресурсів, підтримки діалогу з користувачами, надання їм допомоги в обслуговуванні комп'ютера, а також для часткової автоматизації розробки нових програм. Системне ПЗ — це комплекс програм, багато з яких постачаються разом з комп'ютером та документацією до неї. Системне програмне забезпечення здійснює управління роботою обчислювальної системи. Як правило, системні програми забезпечують взаємодію інших програм з апаратними складовими, організацію інтерфейсу користувача.  Системне ПЗ можна розділити на три основні частини:

     Операційні системи (ОС). Основними компонентами загальносистемного програмного забезпечення являються операційні системи, які вирішують завдання взаємопов’язаного функціонування окремих компонентів. Існують 3 типи ОС:

     Операційні системи пакетної обробки: порівняно велика швидкість логічних і автоматичних операцій, але в свою чергу мала швидкість вводу і виводу завантаженість процесора на 20 – 30%.

     Операційна система з розподілом задач по часу (організовується черга вводу і виходу задач, і обслуговується до 15 користувачів і процесор завантажений на 80-90%).

     Операційна система реального часу, використовується для керування різними процесами.

     Системи програмування. Системи програмування призначені для полегшення та для часткової автоматизації процесу розробки та відлагодження програм. Основними компо­нентами цих систем є:

     Транслятори здійснюють перетворення програм з мов високого рівня на машинну мову. Крім того, транслятори звичайно здійснюють синтаксичний аналіз програми, яка транслюється. Вони можуть також відлагожувати та оптимізувати програми, які одержують, видавати документацію на програму та виконувати ряд інших сервісних функцій, наприклад, Паскаль, Сі, Бейсик та ін.

     Ассамблери. Програму мовою Ассамблера називають машинно-орієнтованою. Мовою Ассамблера користую­ться, як правило, системні програмісти. Ассамблери перетворюють програми, які представлені у машинноорієнто-ваних мовах, на машинну мову.

     Сервісні програми розширюють можливості ОС. Їх, звичайно, називають утілітами. Утіліти дозволяють, наприклад, перевірити інформацію у шістнад-цятковому коді, яка зберігається в окремих секторах магнітних дисків; орга­нізувати виведення на принтер текстових файлів у визначеному форматі, виконувати архівацію та розархівацію файлів та ін.

  Тестові та діагностичні програми призначені для перевірки працездатності окремих вузлів комп’ютера і компонентів програмно-файлових систем і, можливо, виявлення та усунення несправностей.

  Антивірусні програми призначені для виявлення і, можливо, усунення вірусних програм, які порушують нормальну роботу обчислювальної системи.

  Архіватори

  Програма очищення диска використовується для вивільнення простору на жорсткому диску шляхом видалення тимчасових файлів Internet, компонент Windows і програм, які вже не використовуються, а також очищення кошика.

  Програми форматування диска. Форматування диску - це запис на диск певної службової інформації для забезпечення зручної і надійної роботи з інформацією, що повинна зберігатися на диску. Для форматування дисків використовують найрізноманітніші програми. Найпоширенішою серед них є програма FORMAT.COM, котра входить в комплект утиліт операційної системи DOS, WINDOWS95, WINDOWS98, WINDOWS NT.

  Програма дефрагментації диска призначена для оптимізації розміщення файлів на диску, що прискорює доступ до них(Defrag).

     Прикладне програмне забезпечення призначене для розв’язання прикладних завдань фахової діяльності людини (тобто, прикладене до практики). Спектр таких програм надзвичайно широкий: від виробничих та наукових до навчальних та розважальних. Сюди відносять розрахункові, навчаючі, моделюючі програми, комп’ютерні ігри, тощо. У структурі прикладного програмного забезпечення можна виділити прикладні програми:

     Загального призначення: це комплекс програм, який одержав широке використання серед різних категорій користувачів. Найбільш відомими серед них є:

     текстові редактори дозволяють готувати текстові документи: технічні опи­си, службові листи, статті та ін. Найбільш відомі такі текстові редактори: Лексикон, Write, Word.

     графічні системи багаточисельні, а їх функції — різноманітні. Серед них можна виділити системи:

     ділової графіки (MicrosoftPowerPoint, LotusFreelanceGraphics)

     художньої графіки, які ще називають просто графічними редакто­рами (Раіntbrush)

     інженерної графіки та автоматизованого проектування (AutodeskAutoCad)

     системи обробки фотографічних зображень (AdobePhotoshop)

     універсальні графічні системи (CorelDRAW!).

     електронні таблиці. Програми роботи з електронними таблицями (ЕТ) дозволяють розв'язувати широке коло задач, зв'язаних з числовими розрахунками. Найширше викорис­товують серед програм такого класу Supercalk, Місrosoft Excel та Lotus 1-2-3.

     системи управління базами даних призначені для об'єднання наборів даних з метою створення єдиної інформаційної моделі об'єкта. Ці програми дозволяють накопичувати, обновляти, коригувати, вилучати, сорту­вати інформацію, організовану спеціальним засобом у вигляді банку даних. Найпоширеніші СУБД: dВаsе III Рlus, FохBase+, Сlірреr, Оrасlе, Ассеs, FохРrо, Раrаdох.

     Крім перерахованих систем до складу прикладного ПЗ загального призна­чення слід віднести й інтегровані системи. Ці системи об'єднують у собі можливості текстових редакторів, графічних систем, електронних таблиць та систем управління базами даних. Головна перевага інтегрованих систем перед окремими системами прикладного ПЗ загального призначення полягає у тому, що вони створюють єдині правила роботи для користувача, тобто вони мають єдиний інтерфейс як при роботі з текстом, так і при роботі з електронними таблицями та ін. Найвідоміші серед них: Місrosoft Works, Місrosoft Office, Lotus SmartSuite, Perfect Office.

     Спеціального призначення. Прикладні програми спеціального призначення використовують у специ­фічній діяльності користувачів, функції специфічних систем залежать від їх призначення. Наприклад:

     Систем навчального призначення. Це можуть бути інструментальні засоби для розробки комп'ютерних уроків (гіпермедійні та гіпертекстові системи, авторсь­кі та інші системи), імітаційне моделюючі програми навчального призначення, програми для розробки та підтримки шкільного розкладу, педагогічні про-грамні засоби різного призначення та ін.

     Пакети прикладних програм (ППП), які широко використовуються, наприклад, для статистичної обробки даних, бухгалтерського обліку, розра­хунку будівельних конструкцій та ін. Наявність у комп'ютері різноманітних ППП дозволяє розв'язувати значну частину простих прикладних задач, майже без програмування. В цьому випадку завдання на розв'язування тієї чи іншої задачі записується у вигляді директиви спеціальною проблемно-орієнтованою мовою та повідомляється комп'ютеру.

     Інструментальне програмне забезпечення призначене для розробки всіх видів інформаційно-програмного забезпечення. При цьому під інформаційним забезпеченням розуміють сукупність попередньо підготовлених даних, необхідних для роботи програмного забезпечення. Наприклад, будь-яка сучасна програма має вбудовану довідку для роботи з цією програмою. Файл довідки являє собою інформаційне забезпечення. До інструментального програмного забезпечення відносять:

      редактори (текстові, графічні, музичні тощо)

      системи табличної обробки даних (табличні процесори)

      системи управління базами даних

      транслятори мов програмування

      інтегровані системи для виробництва

7. Апаратна складова інформаційної системи.

Основою будь-якої інформаційної системи є комп'ютер.

Під структурною організацією комп'ютерів розуміють їх деяку фізичну

 модель, яка відображає склад, порядок і принципи взаємодії основних функ­ціональних модулів без деталей їх технічної реалізації . Аналізуючи будову ком­п'ютера на логічному рівні, у структурі комп'ютера виділяють центральні і и нтпішні пристрої (рис. 15). До центральних пристроїв відносять мікропроцесорта основну пам'ять, яку ще називають внутрішньою. Зовнішні пристрої часто називають периферійними.

ром обчислювального процесу в комп'ютері є його мікропроцесор.

Мікропроцесор (МП) — це мікросхема (надвелика інтегральна схема, chip), яка керує роботою всіх апаратних компонентів комп'ютера, забезпечує вико­нання програм, виконує арифметичні та логічні операції. У складі МП виділя­ють арифметико-логічний пристрій, пристрій керування та регістри.

Оперативна пам'ять(ОП) призначена для зберігання даних та програм протягом одного сеансу роботи з комп'ютером (від моменту вмикання ком­п'ютера до моменту його вимикання). В ОП інформацію можна заносити та читати з неї. У ній зберігаються дані, з якими ведеться оперативна робота, та програми для їх обробки.

У постійній пам'яті(ПП) розміщені програми, які забезпечують функці­онування обчислювальної системи (зокрема, програми початкового заванта­ження комп'ютера та тестування його складових) і деякі програми з базового програмного забезпечення комп'ютера, значна частина яких пов'язана з об­слуговуванням операцій введення/виведення, тому вміст ПП називають BIOS'ом(BasicInputOutputSystem — базова система введення/виведення). Цю пам'ять називають постійною тому, що інформація в ній зберігається після вимикання комп'ютера. З постійної пам'яті інформацію можна лише читати, записати туди користувач нічого не може.

Оперативна пам'ять у комп'ютерах розташована на окремих панелях-моду-пях пам'яті, які вставляються у відповідні гнізда (роз'єми) материнської плати. Основними характеристиками модулів пам'яті є обсяг пам'яті і а час доступу.

Кеш-пам'ятъ— це невелика за розміром буферна пам'ять, яка дозволяє пришвидшувати процеси обміну даними між МП і ОП за рахунок значно меншого, ніж до ОП, часу доступу до даних та розташування у ній даних, які найчастіше використовуються.

Напівпостійна пам'ять — це пам'ять невеликого обсягу, де збігається інформація про поточну апаратну конфігурацію ПК, а також поточна дата і час.

Ця пам'ять виготовлена за спеціальною технологією CMOS, що забезпе­чує низьке енергоспоживання (у стані вимкненого ПК від спеціальної батарей-ки-акумулятора) та можливість змінювати параметри апаратної конфігурації користувачем.

Технічною реалізацією запам'ятовуючих пристроїв для організації основної пам'яті є мікросхеми пам'яті.

Системна магістраль — це сукупність шин для обміну даними, адресами та керуючими сигналами між центральними і зовнішніми пристроями. Кожна шина — це деяка кількість паралельних ліній (вона визначає розрядність шини), по яких у вигляді електричних сигналів передається інформація від одного пристрою до іншого.

Інтерфейсні блоки використовуються для узгодження роботи центральних та зовнішніх пристроїв. Вони виконують перетворення сигналів, які передають­ся через системну магістраль, у сигнали, що забезпечують роботу відповідно­го зовнішнього пристрою, здійснюють буферизацію даних. Технічною реаліза­цією інтерфейсних блоків є контролери, адаптери, відеоплати, синтезатори звуку тощо.

До основних зовнішніх пристроїв належать:

1)      клавіатура — пристрій для введення символьної інформації;

монітор — пристрій для відображення на екрані текстової та графічної інформації.

3)        ручний маніпулятор «миша» — для вибору тих чи інших параметрів,
режимів роботи, команд програм та для керування роботою рухомих об'єктів
на екрані монітора;

4)  накопичувані на гнучких магнітних дисках (дисководи) — для читання та запису даних на дискети;

5)  накопичувані на жорстких магнітних дисках (вінчестери) — для читан­ня та запису інформації на жорсткі магнітні диски;

6)  CD-ROM— пристрій для читання інформації з компакт-дисків (оптичних дисків);

7)  принтер — пристрій для роздруковування інформації на папері (часом на інших носіях

8)  сканер — пристрій для отримання електронних копій текстових та графіч­них документів;

9)  плотер— пристрій для побудови графічних зображень на папері;

10)     стример— пристрій для збереження інформації на магнітних стрічках;

11)     модем — пристрій для підключення комп'ютерів до мереж.

Архітектура комп'ютера

Архітекту́ра ЕОМ — це набір відомостей, необхідний та достатній для написання для даної обчислювальної машини коректних програм на машинній мові, таких, що не залежать від конкретного втілення цієї архітектури. Електронні обчислювальні машини одної архітектури (тобто з однаковою програмною організацією), але реалізовані з використанням різних конструктивних рішень, називають сумісними, або сумісним сімейством ЕОМ.

Найбільшого поширення в ЕОМ отримали 2 типи архітектури: прінстонська (фон Неймана) і гарвардська. Обидві вони виділяють 2 основних вузли ЕОМ: центральний процесор і пам'ять комп'ютера. Різниця полягає в структурі пам'яті: в прінстонській архітектурі програми і дані зберігаються в одному масиві пам'яті і передаються в процесор одним каналом, тоді як гарвардська архітектура передбачає окремі сховища і потоки передачі для команд і даних.

У докладніший опис, що визначає конкретну архітектуру, також входять: структурна схема ЕОМ, засоби і способи доступу до елементів цієї структурної схеми, організація і розрядність інтерфейсів ЕОМ, набір і доступність регістрів, організація пам'яті та способи її адресації, набір і формат машинних команд процесора, способи представлення і формати даних, правила обробки переривань.

За перерахованими ознаками та їх поєднаннями серед архітектур виділяють:

·           За розрядністю інтерфейсів і машинних слів: 8 -, 16 -, 32 -, 64-розрядні (ряд ЕОМ має й інші розрядності);

·           За особливостями набору регістрів, формату команд і даних: CISC, RISC, VLIW;

·           За кількістю центральних процесорів: однопроцесорні, багатопроцесорні, суперскалярні;

·           багатопроцесорні за принципом взаємодії з пам'яттю: симетричні багатопроцесорні (SMP), масивно-паралельні (MPP), розподілені.

Формальне визначення

Архітектура ЕОМ включає інформацію про:

1.        набір машинних команд (набір інструкцій), тобто операцій, які може виконувати ця обчислювальна машина

2.        доступні регістр процесора — внутрішні комірки пам'яті процесора (пристрою, який виконує набір інструкцій), а саме: функціональне призначення, розрядність, кількість, особливості програмування таких регістрів.

3.        розрядність та формати даних операндів — об'єктів, над якими виконуються операції

4.        способи адресації пам'яті — методи доступу до операндів в пам'яті ЕОМ

5.        механізми управління та захисту пам'яті

6.        особливості обробки виключних ситуацій та помилок в системі

7.        організацію системи вводу-виводу

8.        доступні програмісту апаратні засоби організації багатозадачної та багатопроцесорної обробки інформації

Часто, особливо в останній час, термін «архітектура ЕОМ» вживається також для позначення саме архітектури системи команд, або архітектури (програмної моделі) процесора, тобто пп. 1-6 цього переліку. Інша інтерпретація цього поняття стосується вже обчислювальних систем, які включають багато обчислювачів, об'єднаних тим чи іншим чином, які реалізують певні стратегії обчислень. Тоді під терміном «архітектура» розуміють якраз конфігурацію та стратегії обчислень даної системи. В цій енциклопедії, якщо не вказано додатково, під архітектурою ЕОМ розуміється саме вищенаведений перелік відомостей.

Виникнення терміну

Поняття архітектури ЕОМ вперше було успішно застосовано при проектуванні серії обчислювальних машин IBM System/360, серії універсальних ЕОМ загального призначення, кожна з яких мала різну швидкодію та конструктивні особливості, але всі вони були програмно сумісними. Така сумісність означала можливість виконувати програми без необхідності їх додаткової адаптації до різних моделей серії та була певною мірою революційною, адже в той час практично всі ЕОМ випускались, як би ми зараз сказали, з унікальною архітектурою і необхідні були суттєві витрати для адаптації існуючого програмного забезпечення до нових моделей обчислювальної техніки. І якщо для спеціалізованих обчислювачів це було платою за високі показники швидкодії, то для класу універсальних ЕОМ така ситуація була неприпустимою.

Спеціалісти фірми IBM при створенні System/360 (S/360) зробили архітектуру єдиною для всіх машин серії, але реалізували її в кожній машині по-різному. В 1964 році було анонсовано зразу 6 моделей S/360.

Архітектура S/360 саме завдяки такій сумісності моделей мала надзвичайний комерційний успіх та отримала свій розвиток в наступній серії System/360, і в новій серії z/Server.

Архітектура, організація та реалізація

(Frederic Brooks), корисність розділення архітектури та її апаратного втілення легко спостерігати на прикладі звичайного стрілочного годинника, архітектурою якого можна вважати циферблат, стрілки та голівку для заведення. Опанувавши цей нехитрий інструментарій, кожний зможе без зусиль користуватись як наручним годинником, так і годинником з дзвіниці. Однак конфігурація внутрішнього механізму, принципи передачі зусиль між різними його частинами, є, взагалі, різними в різних моделях годинників. Тобто, для одної архітектури існує багато способів її внутрішньої організації. Кожна внутрішня організація, в свою чергу, дозволяє багато різних виконань. В одному випадку годинники з ідентичним за принципом дії механізмом можуть бути водонепроникними, а механізм виготовлятися з особливо надійних матеріалів, а в іншому від цих вимог можуть відмовитись, і годинник буде дешевшим.

В відношенні до ЕОМ, ситуація аналогічна. Під її функціональною організацією або виконанням розуміють загальні принципи функціонування пристроїв обробки інформації, пам'яті та підсистем вводу-виводу, опис внутрішніх потоків даних та керування. Втілення ж конкретного виконання в апаратурі називають реалізацією.

Архітектури та програмна сумісність

Аналогічно тому, як стрілковий годинник багато віків залишається зручним способом слідкування за часом, вдалі архітектури ЕОМ можуть залишатись конкурентоспроможними протягом десятиліть. Еволюціонувати може і сама архітектура, збагачуючи програміста новими інструментами для написання надійніших та швидкодіючих програм.

Приклад — архітектура IA-32 (у вживанішому позначенні x86, починаючи з i386) центрального процесора фірми Intel, яка є ключовою складовою загальної архітектури ЕОМ. Ця архітектура не була революційною, а зберегла повну сумісність знизу вгору з попередньою архітектурою IA-16 (x86, закінчуючи i286), але в неї були додані нові інструменти для роботи в захищеному режимі, організації багатозадачної роботи, розширена розрядність операндів, тощо. Кожне наступне сімейство процесорів IA-32 включає нові інструменти, нові команди, але при цьому вимога до сумісності знизу вгору залишається недоторканною.

Ця сумісність є певною жертвою з боку розробника, який міг би, напевно, запропонувати радикально нову архітектуру, яка має масу переваг в порівнянні з іншими, морально застарілими, але він таким вчинком змусив би користувачів на колосальні витрати, пов'язані з адаптацією існуючого програмного забезпечення, накопиченого за багато років експлуатації. Ця обставина миттєво нівелює будь-які аргументи привабливості нової архітектури для більшості потенційних користувачів. Акуратніший підхід якраз полягає в забезпеченні еволюційної наступності нових архітектур.

Існує й інше вирішення проблеми сумісності програмного забезпечення з різними архітектурами ЕОМ — використання мов програмування високого рівня для написання крос-платформених програм (переносимих програм). Під переносимими програмами розуміють такі програми, в текстах яких не використовуються ніякі специфічні для будь-якої конкретної архітектури відомості. Мова високого рівня повинна в свою чергу бути стандартизованою. Це дає гарантію того, що одного разу написана, програма може бути використана на різних архітектурах. Відповідальність за адаптацію високорівневих конструкцій мови програмування до особливостей конкретної архітектури бере на себе компілятор з цієї мови для даної конкретної архітектури.

Архітекту́ра фон Не́ймана (архітектура фон Неймана-Екерта-Маклі), архітектура електронних обчислювальних машин, основною відмінністю якої від інших подібних архітектур є спільне зберігання даних та машинних команд в комірках однієї й тієї ж пам'яті, що унеможливлює їх розрізнення за способом представлення або кодування. Названа так на честь відомого математика та теоретика обчислювальної техніки Джона фон Неймана (John von Neumann), та по сьогодні залишається домінуючою схемою організації ЕОМ загального призначення.

Класична структура машини фон Неймана

Машина фон Неймана, як і практично кожна сучасна ЕОМ загального призначення, складається з чотирьох основних компонентів:

1. Операційний пристрій (ОП), який виконує команди з визначеного набору, який називається системою (набором) команд, над порціями інформації, яка зберігається відокремленій від операційного пристрою пам'яті (хоча сучасні архітектури мають в складі операційного пристрою додаткову пам'ять (зазвичай банк регістрів), в якій операнди зберігаються порівняно короткий час безпосередньо в процесі проведення обчислень.
2. Пристрій управління (ПУ), який організує послідовне виконання алгоритмів, розшифрування команд, які поступають із запам'ятовуючого пристрою (див. нижче), реагує на аварійні ситуації та виконує загальні функції управління всіма вузлами обчислювальної машини. Зазвичай ОП та ПУ об'єднуються в структуру, яка називається центральним процесором. Слід звернути увагу, що вимога саме послідовного, в порядку надходження з пам'яті (в порядку зміни адрес в лічильнику команд) виконання команд є принциповою. Архітектури, які не додержуються такого принципу, взагалі не вважаються фон-нейманівськими.
3. Запам'ятовуючий пристрій (ЗП) — масив комірок з унікальними ідентифікаторами (адресами), в яких зберігаються команди та дані.
4. Пристрій вводу-виводу (ПВВ), який забезпечує зв'язок ЕОМ з зовнішнім світом, різними пристроями, які передають інформацію на переробку в ЕОМ та приймають результати.

Принцип функціонування

Після завантаження програми (алгоритму й даних для обробки) в запам'ятовуючий пристрій, машина фон-Неймана може працювати автоматично, без втручання оператора. Кожна комірка пам'яті машини має унікальний номер — адресу, а спеціальний механізм, частіше всього — лічильник команд — забезпечує автоматичне виконання необхідної послідовності команд, і визначає на кожному етапі адресу комірки, з якої необхідно завантажити наступну команду.

Перед початком виконання програми в лічильник записується адреса її першої команди. Визначення адреси наступної команди відбувається за одним з наступних сценаріїв:

1. Якщо поточна команда не є командою передачі управління (тобто це просто арифметична або логічна операція над даними), то до поточного значення лічильника додається число, яке дорівнює довжині поточної команди в мінімально адресованих одиницях інформації (зрозуміло, що це можливо за умови, якщо звичайні команди в блоках, не розділених командами передачі управління, розташовуються послідовно в пам'яті, інакше адреса наступної команди може зберігатись, наприклад, безпосередньо в команді).
2. Якщо поточна команда — команда передачі управління (команда умовного або безумовного переходу), яка      змінює послідовний хід виконання програми, то в лічильник примусово записується адреса тої команди, яка була замовлена при виконанні переходу, де б вона не знаходилась.

9.Мікропроцесор

Мікропроце́сор (англ. microprocessor) — інтегральна схема, яка виконує функції центрального процесора (ЦП) або спеціалізованого процесора. Сьогодні слово мікропроцесор є практично повним синонімом слова процесор, оскільки функціональний блок, що на ранніх стадіях розвитку обчислювальної техніки займали цілу плату чи навіть шафу, тепер вміщається в одну невеличку інтегральну схему із сотнями мільйонів транзисторів всередині. З середини 1980-х мікропроцесори витіснили інші види ЦП. Проте загалом це не так: центральні процесорні пристрої деяких суперкомп'ютерів навіть сьогодні є складними комплексами великих (ВІС) і надвеликих (НВІС) інтегральних схем.

Історія

Перша мікросхема успішно запрацювала 12 вересня 1958 року в компанії Texas Instruments. У 2000 році Нобелівську премію з фізики присудили Джеку Кілбі — за винахід інтегральної мікросхеми. Ще одним творцем інтегральної мікросхеми вважається Роберт Нойс, померлий в 1990 році (за правилами, Нобелівська вручається тільки живим вченим). Фізики як такої при створенні мікросхеми було небагато, але Килбі і Нойс «всього лише» придумали технологію, яка зробила переворот в електронній промисловості.

Перші мікропроцесори з'явилися на початку 1970-х і використовувалися в електронних калькуляторах для обробки 4-бітних слів, що являли десяткові цифри в двійковому представленні. Досить скоро з'явилися інші вбудовані реалізації, такі як термінали, принтери, автоматичні прилади тощо, що використовували 4-бітні і 8-бітні мікропроцесори. Поява 8-бітних процесорів з 16-бітною адресацією в середині 1970-х забезпечила достатній простір можливостей для реалізації перших мікропроцесорів загального призначення в мікрокомп'ютерах.

Довгий час процесори складалися з малих і середніх інтегральних схем, що містили в собі еквівалент від кількох до кількасот транзисторів. Інтеграція цілого центрального процесора в один чип значно зменшила вартість процесорної потужності. Послідовне впровадження мікросхем з більшим ступенем інтеграції робило цілі класи комп'ютерів застарілими, мікропроцесори з'явилися в широкому класі пристроїв, від малих вбудованих систем і ручних комп'ютерів до найбільших мейнфреймів і суперкомп'ютерів.

Починаючи з 1970-х збільшення процесорної потужності розвивається за правилами так званого закону Мура, який стверджує, що складність інтегральних мікросхем подвоюється кожні 18 місяців, за ті ж мінімальні гроші. В кінці 1990-х основним стримуючим фактором розвитку стало розсіюване мікропроцесором тепло.

Першим загальнодоступним мікропроцесором був 4-розрядний Intel 4004. Його змінили 8-розрядні Intel 8080 і 16-розрядний 8086, що заклали основи архітектури всіх сучасних настільних процесорів. Але внаслідок поширеності 8-розрядних модулів пам'яті був випущений 8088, клон 8086 з 8-розрядною шиною пам'яті. Потім пройшла його модифікація 80186. У процесорі 80286 з'явився захищений режим з 24-бітовою адресацією, що дозволяв використовувати до 16 МБ пам'яті. Процесор Intel 80386 з'явився в 1985 році і привніс покращений захищений режим, 32-бітову адресацію, що дозволила використовувати до 4 ГБ оперативної пам'яті і підтримку механізму віртуальної пам'яті.

Технологічний процес виготовлення

Є два основні напрями розвитку індустрії виробництва мікросхем.

Перше — розробка архітектури, що включає вибір тих або інших функцій і особливостей майбутніх схем, мікросхемотехніку і компоновку на кристалі функціональних блоків і їхніх елементів, що втілюють вибрані функції. А також — оптимізація готових блоків для усунення вузьких місць, підвищення продуктивності і надійності роботи майбутніх схем, спрощення і здешевлення їхнього масового виробництва. Ці роботи можна умовно назвати «паперовими» — вони виконуються «на кінчику пера» і існують лише у вигляді комп'ютерних файлів і креслень проектів майбутніх мікросхем, що зовсім не виключає багатократного комп'ютерного моделювання фізичної роботи як окремих блоків, так і мікросхеми в цілому. Для цього використовуються спеціальні, ретельно узгоджені з реальними приладами фізичні моделі транзисторів і інших функціональних елементів. І чим ретельніше змодельована робота проекту, тим швидше і з меншими помилками буде виготовлена сама мікросхема (мається на увазі її фінальний, масовий варіант). Адже відладка, пошук і виправлення помилок проектування у вже готовому кристалі, як правило, значно складніше і дорожче, ніж моделювання на комп'ютері.

Другий основоположний напрям — це власне напівпровідникові технології виробництва мікросхем. Сюди входять наукова розробка і втілення в «кремній» все швидкіших і менших транзисторів, ланцюгів зв'язку між ними і іншим «обрамленням» мікроструктур на кристалі, створення технологій виготовлення малюнка ліній і транзисторів на поверхні кремнію, нових матеріалів і устаткування для цього, а також «manufacturability» — область знань про те, як проводити мікросхеми вищої якості, швидші, з великою кількістю придатних кристалів на пластині, меншим числом дефектів і розкидом робочих параметрів.

Літографія дозволяє переносити на низку шарів кремнієвої підкладки високоскладні мікросхеми з мільйонами транзисторів. Тоді як проектувальники мікросхем продовжують додавати нові функції і підвищувати продуктивність своєї продукції, скорочення розмірів транзисторів дозволяє уміщати всю більшу їх кількість в межах заданої області. Те, наскільки мініатюрними можуть бути транзистори і їхні з'єднання, безпосередньо залежить від довжини хвилі світла, що використовується для перенесення схеми на підкладку.

Загальна структура мікропроцесорної системи

Виконання того чи іншого алгоритма можливо при наявності мікропроцесора та пристроїв, в яких зберігається програма. Відомо, що програма — це сукупність команд (правил), що виконуються в послідовності, заданій алгоритмом. Команди вибираються з пам'яті в послідовності, що задається процесором. Процесор визначає адреси елементів пам'яті, в яких зберігаються необхідні данні. Данні передаються в процесор, де перетворюються згідно з командами, і результати операції передаються знову в пам'ять.

Будь-яка мікропроцесорна система працює разом з рядом зовнішних пристроїв, одержуючи від них необхідну інформацію та передаючи іншу. Для зв'язку з зовнішними пристроями існує інтерфейс (англ. interface). Цим терміном позначається весь комплекс пристроїв, правил та технічних засобів, що регламентують та забезпечують обмін інформацією між мікропроцесором (включаючи пам'ять) та зовнішними пристроями. Головними в інтерфейсі є шини, або, як їх ще часто називають, магістралі. Магістраль — це сукупність провідників, для яких строго нормовані логічні рівні «0» та «1». Потужність сигналів на шинах має бути достатньою для живлення необхідної кількості приєднаних до них пристроїв. Для забезпечення цієї потужності використовуються спеціальні мікросхеми — шинні підсилювачі (ШП).

За призначенням, шини поділяються на три типи:

·           адресні;

·           данних;

·           керування.

Але реально як в мікропроцесорній техниці, так і в комп'ютерній часто дві шини суміщують шляхом мультіплексування, що дещо знижує їх швидкодію, але набагато зменшує кількість виводів мікросхем.

Система команд мікропроцесорів

Найнижчим рівнем, який дозволяє описувати роботу цифрових пристроїв — це рівні логічних станів їх входів та виходів — таблиці станів.

Наступним рівнем є спосіб описання — це мова значень вхідних та вихідних сигналів, що складають мову мікрокоманд. Сукупність адресів та керуючих сигналів називаються мікрокомандою.

Третій рівень формалізації описання роботи мікропроцесора — це мова команд — тобто строга послідовність мікрокоманд, що записується в пам'яті мікропроцесорів. Тобто, команда, це слово, або набір слів, які дешифруються в послідовність мікрокоманд. Звідси витікає, що будь-який процесор має строго фіксований і обмежений набір команд, який є характерним для данного процесора. Будь-яка мікрокоманда характеризується своїм форматом. Під форматом мікрокоманди розуміється її протяжність та призначення кожного біта або їх групи. Команди, також мають свій фіксований формат. (Протяжність мікрокоманди — це стандартна для данного процесора кількість біт в слові). В залежності від протяжності команди, вона може складатися з одного, двох, та трьох слів.

Формат пам'яті мікропоцесорної системи також тісно пов'язаний з довжиною слова. Тому при зберіганні таких команд відповідно використовується адресний простір та пам'ять. Якщо, наприклад, команда складається з трьох слів, а використовується з послідовною адресацією, то для зберігання такої команди використовуються три послідовні адреси. Для того, щоб таку команду вибрати з пам'яті, необхідно мати спеціальні засоби, щоб забезпечити її представлення як єдине ціле.

Структура команд повністю залежить від структури мікропроцесора, але незалежно від типу процесора прийнято вважати, що однослівні команди повністю складаютья з коду операції. Двослівні команди складаються з коду операції та однослівного операнда. Трислівні команди також складаються з двох частин: перша частина — код операції, а друга — адреса, або двослівний операнд.

Типи команд, що використовуються, тісно пов'язані з внутрішньою організацією та алгоритмом функціювання мікропрограмного автомата процесора, та внутрішньою системою синхронізації. Мікропроцесорна система функціонує синхронно з частотою тактових сигналів зовнішнього генератора. В залежності від типу мікропроцесорів використовується одно- або двохфазна синхронізація. Незалежно від цього в мікропроцесорних системах використовуються більш тривалі інтервали часу, ніж тактовий інтервал зовнішнього генератора. Одним з таких інтервалів є машинний цикл — це інтервал, протягом якого мікропроцесор звертається до пам'яті або пристрою вводу-виводу. Машинний цикл (МЦ) складає тільки частину циклу команди. На початку кожного МЦ на одному з виходів мікропроцесора з'вляється сигнал синхронізації, він передається по лінії шини керування в пам'ять або пристрої вводу-виводу і «сповіщає» про початок нового МЦ, в результаті чого досягається узгодження в часі зовнішніх пристроїв з роботою мікропроцесора.

Цикл команди — це інтервал часу, необхідний для виборки з памєяті команди, та її виконання. Він складається з 1-5 машинних циклів. Їхнє конкретне число залежить від складності операції, яка виконується в данній команді і дорівнює числу звернень мікропроцесора до пам'яті. Тривалість виконання команди визначається кількістю тактів в циклі команди та тривалістю такту.

Протягом циклу команди, що ділиться на дві фази, робота мікропроцесора виконується в такій послідовності. Пристрій керування задає початок чергового циклу шляхом формування сигналу, по якому число, що знаходиться в лічильнику команд, відправляється в буферний регістр адреси і через нього направляється для дешифрації. Після приходу від мікропроцесору сигналу керування 'готовий' з елемента пам'яті, що знаходиться по вказаній адресі, зчитується слово команди, яке подається по шині даних в буферний регістр данних, а потім в пристрій керування, де дешифрується з допомогою кода операції. Ця послідовність операцій називається фазою виборки. За нею слідує виконавча фаза, в якій пристрій керування формує послідовність сигналів, необхідних для виконання команди. За цей час число, що знаходиться в лічильнику команд, збільшується на 1 (якщо довжина команди є 1) і формується адреса команди, що стоїть слідом за виконуємою. Вона зберігається в лічильнику до приходу сигналу, що задає початок чергового циклу команди.

Окрім адреси елемента в якому зберігається необхідний байт від мікропроцесора до пам'ті поступає сигнал по шині керування, який визначає характер операції — запис, або зчитування. Виконання вказаних операцій проходить протягом інтервалу часу, що називається часом доступу. По закінченні цього інтервалу від пам'яті в мікропроцесор подається сигнал готовності, який є сигналом початку прийому, або, відповідно, передачі сигналів в пам'ять. До одержання сигналу готовності мікропроцесор знаходиться в стані очікування. Інтервал часу між імпульсами звернення до зовнішніх пристроїв та одержання від них відповіді називається циклом очікування.

Якщо, наприклад, цикл команди розглядати відповідно до команди вводу данних, то перші два машинних цикли будуть відноситись до фази виборки, а третій — до фази виконання команди. В усіх машинних циклах передається адреса, але в кожному циклі адреса належить своєму адресату, в першому — це адреса елемента, де здерігається код операції, в другому — адреса порта, що здерігає байт данних, в третьому — адреса акумулятора мікропроцесора, куди повинен поступити байт данних з порта.

10. Система счисления — это совокупность приемов и правил, по которым числа записываются и читаются.

Существуют позиционные и непозиционные системы счисления.

В непозиционных системах счисления вес цифры (т. е. тот вклад, который она вносит в значение числа) не зависит от ее позиции в записи числа. Так, в римской системе счисления в числе ХХХII (тридцать два) вес цифры Х в любой позиции равен просто десяти.

В позиционных системах счисления вес каждой цифры изменяется в зависимости от ее положения (позиции) в последовательности цифр, изображающих число. Например, в числе 757,7 первая семерка означает 7 сотен, вторая — 7 единиц, а третья — 7 десятых долей единицы.

Сама же запись числа 757,7 означает сокращенную запись выражения

700 + 50 + 7 + 0,7 = 7 ^. 10² + 5 ^. 10¹ + 7 ^. 10⁰ + 7 ^. 10^—1 = 757,7.

Любая позиционная система счисления характеризуется своим основанием.   Основание позиционной системы счисления — количество различных цифр, используемых для изображения чисел в данной системе счисления.

За основание системы можно принять любое натуральное число — два, три, четыре и т.д. Следовательно, возможно бесчисленное множество позиционных систем: двоичная, троичная, четверичная и т.д. Запись чисел в каждой из систем счисления с основанием  q  означает сокращенную запись выражения

a_n-1 q^n-1 + a_n-2 q^n-2 + ... + a₁ q¹ + a₀ q⁰ + a_-1 q^-1 + ... + a_-m q^-m,

где  a_i  — цифры системы счисления;   n и m — число целых и дробных разрядов, соответственно.
Например:

Любая позиционная система счисления характеризуется своим основанием.   Основание позиционной системы счисления — количество различных цифр, используемых для изображения чисел в данной системе счисления.

 В каждой системе счисления цифры упорядочены в соответствии с их значениями: 1 больше 0, 2 больше 1 и т.д.
 

Продвижением цифры называют замену её следующей по величине.

Продвинуть цифру 1 значит заменить её на 2, продвинуть цифру 2 значит заменить её на 3 и т.д. Продвижение старшей цифры (например, цифры 9 в десятичной системе) означает замену её на 0. В двоичной системе, использующей только две цифры — 0 и 1, продвижение 0 означает замену его на 1, а продвижение 1 — замену её на 0.

Целые числа в любой системе счисления порождаются с помощью Правила счета [44]:
 

Для образования целого числа, следующего за любым данным целым числом, нужно продвинуть самую правую цифру числа; если какая-либо цифра после продвижения стала нулем, то нужно продвинуть цифру, стоящую слева от неё.

Применяя это правило, запишем первые десять целых чисел

·           в двоичной системе:         0,   1,   10,   11,   100,   101,   110,   111,   1000,   1001;

·           в троичной системе:         0,   1,   2,   10,   11,   12,   20,   21,   22,   100;

·           в пятеричной системе:     0,   1,   2,   3,   4,   10,   11,   12,   13,   14;

·           в восьмеричной системе: 0,   1,   2,   3,   4,   5,   6,   7,   10,   11.

  Кроме десятичной широко используются системы с основанием, являющимся целой степенью числа 2, а именно:

·           двоичная (используются цифры 0, 1);

·           восьмеричная (используются цифры 0, 1, ..., 7);

·           шестнадцатеричная (для первых целых чисел от нуля до девяти используются цифры 0, 1, ..., 9, а для следующих чисел — от десяти до пятнадцати — в качестве цифр используются символы A, B, C, D, E, F).

1. ФОРМИ ПОДАННЯ ДВІЙКОВИХ ЧИСЕЛ В ЕОМ

Двійкові числа в обчислювальних пристроях розміщуються у комірках пам'яті, причому для кожного розряду числа виділяється окрема комірка, що зберігає один біт інформації. Сукупність комірок, призначених для розміщення одного двійкового числа, називають розрядною сіткою. Довжина розрядної сітки (число комірок n у розрядній сітці) обмежена і залежить від конструктивних особливостей обчислювального пристрою. Більшість існуючих електронних обчислювальних пристроїв мають розрядні сітки, що містять 16, 32 або 64 комірок.

Розміщення розрядів числа у розрядній сітці може відбуватися різними способами. Спосіб розміщення визначається формою подання двійкових чисел у ЕОМ. Розрізняють дві форми подання двійкових чисел: із фіксованою комою і з «плавучою» комою. Іноді ці форми називають відповідно природною і напівлогарифмічною.

Припустимо, що в розрядній сітці необхідно розмістити двійкове число, що містить цілу і дробову частини. Якщо для розміщення цілої частини числа виділяється k комірок n-розрядної сітки, то (якщо не враховувати знак) для розміщення дробової частини залишиться n-k вільних комірок (рис. 1).

		n
Знак		1	0	1	0		1	1	0	1	1	0
		k				n-k

Рис. 1. Форма подання двійкових чисел із фіксованою комою.

Така форма подання двійкових чисел називається формою з фіксованою комою. Дійсно, положення коми строго фіксовано стосовно розрядної сітки. Якщо кількість розрядів у дробовій частині числа перевищують n-k, то деякі молодші розряди виходять за межі розрядної сітки і не будуть сприйматися обчислювальним пристроєм. Отже, будь-яке двійкове число, менше ніж одиниця молодшого розряду розрядної сітки, сприймається як нуль і називається машинним нулем.

У результаті відкидання молодших розрядів дробової частини числа, розташованої за межами розрядної сітки, виникає похибка подання. Максимальне значення абсолютної похибки подання не перевищує одиниці молодшого розряду сітки.

В універсальних ЕОМ форма з фіксованою комою, у зв'язку з властивою їй низькою точністю, застосовується лише для подання цілих чисел. Основною є форма подання чисел з «плавучою» комою. Її використання дозволяє суттєво розширити діапазон і зменшити відносну похибку.

У цій формі числа подаються у вигляді суми деякого ступеня основи системи числення (який називається характеристикою числа) і цифрової частини, що має вигляд правильного дробу:

,

де p звуть порядком числа, а правильний дріб a – його мантисою. Мантиса і порядок є знаковими числами. Тому для позначення знаків у розрядній сітці відводяться два додаткові розряди. Знак усього числа співпадає із знаком мантиси.

При запису двійкового числа у показовій формі, в розрядній сітці використовуються дві групи розрядів (без урахування знакових розрядів мантиси і порядку). Перша група (k розрядів) призначена для розміщення коду мантиси, друга (n-k розрядів) – для розміщення коду порядку (рис.2).

		n
Знак мантиси	1		0	1	0	1		1	0	1	1	0	Знак порядку
		k					n-k

Рис. 2. Форма подання двійкових чисел із „плавучою” комою.

Отже, мантиса числа може мати необмежену кількість різних значень, менших за одиницю, при відповідних значеннях порядку (тобто кома може «плавати»). З усієї кількості подань числа у показовій формі те його подання, що не має в старшому розряді мантиси нуля, називають нормалізованим. Всі інші подання є ненормалізованими. У нормалізованій формі значення мантиси завжди більші або дорівнюють 1/2, але не перевищують одиниці.

У обчислювальних пристроях із «плавучою» комою усі числа зберігаються у нормалізованому вигляді, при цьому не втрачаються молодші розряди мантиси і підвищується точність обчислень. Якщо після виконання будь-якої арифметичної операції результат виявляється ненормалізованим, то перед занесенням числа в пам’ять виконують його нормалізацію, тобто зсув мантиси ліворуч на відповідну кількість розрядів, і зменшення порядку числа на відповідну кількість одиниць.

Показова форма подання чисел має і свої вади, основною з яких є порівняно висока складність виконання арифметичних операцій, а отже, і більша вимогливість до ресурсів обчислювального пристрою. Це обмежує її застосування, наприклад, у спеціалізованих радіотехнічних обчислювальних пристроях, у системах управління технологічними процесами та обробки вимірювальної інформації у реальному часі.