Понятие об информации

     Кэш-памятью  управляет специальное устройство — контроллер, который, анализируя выполняемую программу, пытается предвидеть, какие данные и команды вероятнее всего понадобятся в ближайшее время процессору, и подкачивает их в кэш-память. При этом возможны как "попадания", так и "промахи". В случае попадания, то есть, если в кэш подкачаны нужные данные, извлечение их из памяти происходит без задержки. Если же требуемая информация в кэше отсутствует, то процессор считывает её непосредственно из оперативной памяти. Соотношение числа попаданий и промахов определяет эффективность кэширования.

     Кэш-память реализуется на микросхемах статической  памяти SRAM (Static RAM), более быстродействующих, дорогих и малоёмких, чем DRAM.

     Современные микропроцессоры имеют встроенную кэш-память, так называемый кэш первого уровня. Кроме того, на системной плате компьютера может быть установлен кэш второго уровня .

     Специальная память

     К устройствам специальной памяти относятся постоянная память (ROM), перепрограммируемая постоянная память (Flash Memory), память CMOS RAM, питаемая от батарейки, видеопамять и некоторые другие виды памяти.

     Прежде  всего в постоянную память записывают программу управления работой самого процессора. В ПЗУ находятся программы управления дисплеем, клавиатурой, внешней памятью, программы запуска и остановки компьютера, тестирования устройств.

     Важнейшая микросхема постоянной или Flash-памяти — модуль BIOS.

     BIOS (Basic Input/Output System — базовая система ввода-вывода) — совокупность программ, предназначенных для:

• автоматического тестирования устройств после включения питания компьютера;
• загрузки операционной системы в оперативную память.

     Роль BIOS двоякая: с одной стороны это  неотъемлемый элемент аппаратуры (Hardware), а с другой строны — важный модуль любой операционной системы (Software).

     Разновидность постоянного ЗУ — CMOS RAM.

     Содержимое CMOS изменяется специальной программой Setup, находящейся в BIOS (англ. Set-up — устанавливать, читается "сетап").

     внешняя память

     Внешняя память (ВЗУ) предназначена для длительного  хранения программ и данных, и целостность  её содержимого не зависит от того, включен или выключен компьютер. В отличие от оперативной памяти, внешняя память не имеет прямой связи с процессором. В состав внешней памяти компьютера входят:

• накопители на жёстких магнитных дисках;
• накопители на гибких магнитных дисках;
• накопители на компакт-дисках;
• накопители на магнито-оптических компакт-дисках;
• накопители на магнитной ленте (стримеры) и др.

     Способ  записи двоичной информации на магнитной  среде называется магнитным кодированием. Он заключается в том, что магнитные домены в среде выстраиваются вдоль дорожек в направлении приложенного магнитного поля своими северными и южными полюсами. Обычно устанавливается однозначное соответствие между двоичной информацией и ориентацией магнитных доменов.

     Информация  записывается по концентрическим  дорожкам (трекам), которые делятся на секторы. Количество дорожек и секторов зависит от типа и формата дискеты. Сектор хранит минимальную порцию информации, которая может быть записана на диск или считана. Ёмкость сектора постоянна и составляет 512 байтов.

     Накопитель  связан с процессором через  контроллер гибких дисков.

     Если  гибкие диски — это средство переноса данных между компьютерами, то жесткий диск — информационный склад компьютера.

     Накопитель  на жёстких магнитных  дисках (англ. HDD — Hard Disk Drive) — это наиболее массовое запоминающее устройство большой ёмкости, в котором носителями информации являются круглые алюминиевые или стеклянные пластины — платтеры, обе поверхности которых покрыты слоем магнитного материала. Используется для постоянного хранения информации — программ и данных.

     Как и у дискеты, рабочие поверхности пластин разделены на кольцевые концентрические дорожки, а дорожки — на секторы. Головки считывания-записи вместе с их несущей конструкцией и дисками заключены в герметически закрытый корпус, называемый модулем данных. При установке модуля данных на дисковод он автоматически соединяется с системой, подкачивающей очищенный охлажденный воздух.

     Поверхность платтера имеет магнитное покрытие толщиной всего лишь в 1,1 мкм, при вращении платтера над ним образуется воздушный слой, который обеспечивает воздушную подушку для зависания головки на высоте 0,5 мкм над поверхностью диска.

     накопители имеют очень большую ёмкость: до сотен Гбайт. У современных моделей скорость вращения шпинделя достигает 10000 оборотов в минуту, среднее время поиска данных — 5-10 мс, скорость передачи данных до 40 Мбайт/с.

     В отличие от дискеты, диск HDD вращается непрерывно.

     накопитель связан с процессором через контроллер жесткого диска.

     Все современные накопители снабжаются встроенным кэшем (8 – 16 Мбайт), который существенно повышает их производительность.

     Накопители  на компакт-дисках

     CD-R состоит из прозрачной полимерной  основы диаметром 12 см и толщиной 1,2 мм. Одна сторона покрыта тонким алюминиевым слоем, защищенным от повреждений слоем лака. Двоичная информация представляется последовательным чередованием углублений (pits — ямки) и основного слоя (land — земля).

     На  одном дюйме (2,54 см) по радиусу диска  размещается 16 тысяч дорожек с  информацией. Для сравнения —  на дюйме по радиусу дискеты всего  лишь 96 дорожек. Ёмкость CD 700 Мбайт. Информация заносится на диск на заводе и не может быть изменена.

     Достоинства CD-R:

• При малых физических размерах CD-R обладают высокой информационной ёмкостью, что позволяет использовать их в справочных системах и в учебных комплексах с богатым иллюстративным материалом; один CD, имея размеры примерно дискеты, по информационному объёму равен почти 500 таким дискетам;
• Считывание информации с CD происходит с высокой скоростью, сравнимой со скоростью работы винчестера;
• CD просты и удобны в работе, практически не изнашиваются;
• CD не могут быть поражены вирусами;
• На CD-ROM невозможно случайно стереть информацию;
• Стоимость хранения данных (в расчете на 1 Мбайт) низкая.

     В отличие от магнитных дисков, компакт-диски  имеют не множество кольцевых  дорожек, а одну — спиральную. В связи с этим, угловая скорость вращения диска не постоянна. Она линейно уменьшается в процессе продвижения читающей магнитной головки к центру диска.

     Для работы с CD R нужно подключить к компьютеру привод CD-R (CD-R Drive).

     Участки CD, на которых записаны символы "0" и "1", отличаются коэффициентом  отражения лазерного луча, посылаемого накопителем CD-R. Эти отличия улавливаются фотоэлементом, и общий сигнал преобразуется в соответствующую последовательность нулей и единиц.

     В последнее время  всё шире используются накопители на сменных дисках, которые позволяют не только увеличивать объём хранимой информации, но и переносить информацию между компьютерами. Объём сменных дисков — от сотен Мбайт до сотен Гигабайт.

Программное обеспечение компьютеров

     Под программным обеспечением (Software) понимается совокупность программ, выполняемых вычислительной системой.

     К программному обеспечению (ПО) относится  также вся область деятельности по проектированию и разработке ПО:

• технология проектирования программ (например, нисходящее проектирование, структурное и объектно-ориентированное проектирование и др.);
• методы тестирования программ;
• методы доказательства правильности программ;
• анализ качества работы программ;
• документирование программ;
• разработка и использование программных средств, облегчающих процесс проектирования программного обеспечения, и многое другое.

     Программное обеспечение – неотъемлемая часть компьютерной системы. Оно является логическим продолжением технических средств. Сфера применения конкретного компьютера определяется созданным для него ПО.

     Сам по себе компьютер не обладает знаниями ни в одной области применения. Все эти знания сосредоточены  в выполняемых на компьютерах  программах.

В первом приближении  все программы, работающие на компьютере, можно условно разделить на четыре уровня:

1. базовый уровень;
2. системный уровень;
3. служебный уровень;
4. прикладной уровень.

     Базовая система ввода/вывода (BIOS) выполняет наиболее простые и универсальные услуги операционной системы, связанные с осуществлением ввода-вывода. В функции BIOS входит также автоматическое тестирование основных аппаратных компонентов (оперативной памяти и др.) при включении машины и вызов блока начальной загрузки DOS.

     Блок  начальной загрузки (или просто загрузчик) — это очень короткая программа, единственная функция которой заключается в считывании с диска в оперативную память двух других частей DOS — модуля расширения базовой системы ввода/вывода и модуля обработки прерываний.

     Модуль  расширения базовой системы ввода/вывода дает возможность использования дополнительных драйверов, обслуживающих новые внешние устройства, а также драйверов для нестандартного обслуживания внешних устройств.

     Модуль  обработки прерываний реализует основные высокоуровневые услуги DOS, поэтому его и называют основным.

     Командный процессор DOS обрабатывает команды, вводимые пользователем.

     Системные программы служат для управления ресурсами компьютера — центральным процессором, памятью, вводом-выводом.

     Это программы общего пользования, которые предназначены для всех пользователей компьютера. Системное программное обеспечение разрабатывается так, чтобы компьютер мог эффективно выполнять прикладные программы.

     Среди десятков тысяч системных программ особое место занимают операционные системы, которые обеспечивают взаимодействие с пользователем и управление ресурсами компьютера с целью их эффективного использования.

     Программы-драйверы расширяют возможности операционной системы по управлению устройствами ввода-вывода, оперативной памятью и т.д.; с помощью драйверов возможно подключение к компьютеру новых устройств или нестандартное использование имеющихся;

     Служебные программы утилиты (лат. utilitas — польза) являются также важными классами программ. Они либо расширяют и дополняют соответствующие возможности операционной системы, либо решают самостоятельные важные задачи. Кратко опишем некоторые разновидности утилит:

• программы контроля, тестирования и диагностики, которые используются для проверки правильности функционирования устройств компьютера и для обнаружения неисправностей в процессе эксплуатации; указывают причину и место неисправности;
• программы-упаковщики (архиваторы), которые позволяют записывать информацию на дисках более плотно, а также объединять копии нескольких файлов в один архивный файл;
• антивирусные программы, предназначенные для предотвращения заражения компьютерными вирусами и ликвидации последствий заражения вирусами;
• программы оптимизации и контроля качества дискового пространства ;
• программы восстановления информации, форматирования, защиты данных ;
• коммуникационные программы, организующие обмен информацией между компьютерами;
• программы для управления памятью, обеспечивающие более гибкое использование оперативной памяти;
• программы для записи DVD, CD-R и многие другие.