Принципы функционирования компьютера.

В основу современных компьютеров положена Архитектура фон Неймана — широко известный принцип совместного хранения программ и данных в памяти компьютера. Вычислительные системы такого рода часто обозначают термином «Машина фон Неймана», однако, соответствие этих понятий не всегда однозначно. В общем случае, когда говорят об архитектуре фон Неймана подразумевают физическое отделение процессорного модуля от устройств хранения программ и данных.

Подавляющее большинство компьютеров в своих основных чертах соответствует принципам фон Неймана, но схема устройства современных компьютеров несколько отличается от классической схемы. В частности, арифметическо-логическое устройство и устройство управления, как правило, объединены в центральный процессор. Многие быстродействующие компьютеры осуществляют параллельную обработку данных на нескольких процессорах.

Компьютерная информация хранится в электронном виде в различных запоминающих устройствах, которые называют компьютерной памятью. Для долговременного хранения информации используются постоянные носители компьютерной памяти, которые служат при вводе данных в компьютер и при выводе результатов его работы. Для хранения выполняемых в данный момент программ и промежуточных данных используется оперативная память компьютера, которая работает значительно быстрее постоянных носителей памяти.

В компьютерах используется двоичная система счисления, которая основана на двух цифрах,«0» и «1». Информация любого типа может быть закодирована с использованием двух цифр и помещена в оперативную или постоянную память компьютера. Использование двоичной системы счисления позволяет сделать устройство компьютера максимально простым. Впервые принцип двоичного счисления был сформулирован в 17 веке немецким математиком Готфридом Лейбницем.

Для обозначения двоичных цифр применяется термин бит — сокращение английского словосочетания «двоичная цифра» (binary digit — bit). Для передачи и хранения информации применяют восьмибитовые коды — байты (byte). Существует 256 восьмибитовых чисел. Этого достаточно для кодирования всех заглавных и строчных букв национальных алфавитов, цифр, знаков препинания, символов и служебных кодов, используемых при передаче информации.

Работа компьютера обеспечивается, с одной стороны, аппаратными устройствами, а с другой — программами.

Базисное, служебное, системное и прикладное
программное обеспечение, их назначение и основные характеристики.
Программное обеспечение — наряду с аппаратными средствами, важнейшая составляющая информационных технологий, включающая компьютерные программы и данные, предназначенные для решения определённого круга задач и хранящиеся на машинных носителях. Программное обеспечение представляет собой либо данные для использования в других программах, либо алгоритм, реализованный в виде последовательности инструкций для процессора.

Компьютерные программы подразделяются на три категории:

Прикладные программы, которые непосредственно выполняют необходимые пользователю компьютера работы (редактирование текстов, обработка информационных массивов, просмотр видео, пересылка сообщений).

Пакеты прикладных программ – комплекс взаимосвязанных программ для решения определенного класса задач.

К ним относятся:

- Пакеты прикладных программ автоматизирующий бухгалтерский учет;

- Пакеты прикладных программ финансовой деятельности;

- Пакеты прикладных программ для управления персоналом (кадровый учет);

- Пакеты прикладных программ управления производством;

- банковские информационные системы;

Системные программы, особую роль среди которых играет операционная система — программа, управляющая компьютером, запускающая другие программы и выполняющая сервисные функции при работе компьютера. Другие сервисные программы обычно выполняют различные вспомогательные функции — создают резервные копии используемой информации, проверяют работоспособность устройств компьютеров.

Инструментальные программы (системы программирования), которые помогают создавать новые программы для компьютера.

Сервисное программное обеспечение – программы и программные комплексы, которые расширяют возможности базового программного обеспечения и организуют более удобную среду работы пользователя.

Утилиты –программы, служащие для выполнения вспомогательных операций обработки данных или обслуживания компьютера, т.е. диагностики, тестирование аппаратных и программных средств, оптимизации использования дискового пространства, восстановление информации и т.д.

Системное программное обеспечение — это комплекс программ, которые обеспечивают эффективное управление компонентами вычислительной системы, такими как процессор, оперативная память, каналы ввода-вывода, сетевое и коммуникационное оборудование и т.п. Системное программное обеспечение реализует связь аппаратного и программного обеспечения, выступая как "межслойный интерфейс" с одной стороны которого аппаратура, а с другой приложения пользователя. Кроме системного программного обеспечения принято выделять Прикладное программное обеспечение, которое призвано решать прикладные задачи пользователя. В состав системного программного обеспечения входят: Операционные системы, Среды программирования (компиляторы, трансляторы, компоновщики, загрузчики, отладчики, текстовый редактор, библиотеки подпрограмм), Утилиты, Системы управления файлами и Системы управления базами данных.

К базисному программному обеспечению можно отнести BIOS - (англ. Basic Input-Output System — базовая система ввода-вывода ) — программа, находящаяся в ПЗУ (постоянном запоминающем устройстве) персонального компьютера и исполняющаяся при включении питания. Главная функция BIOS — подготовить компьютер к тому, чтобы основное программное обеспечение (в большинстве случаев это операционная система), записанное на различных носителях либо доступное через сеть, могло стартовать и получить контроль над компьютером.

Операционная система, ОС — базовый комплекс компьютерных программ, обеспечивающий управление аппаратными средствами компьютера, работу с файлами, ввод и вывод данных, а также выполнение прикладных программ и утилит.

Основные функции (простейшие ОС):

· Загрузка приложений в оперативную память и их выполнение;

· Стандартизованный доступ к периферийным устройствам (устройства ввода-вывода);

· Управление оперативной памятью (распределение между процессами, виртуальная память);

· Управление доступом к данным на энергонезависимых носителях (таких как Жёсткий диск, Компакт-диск и т. д.), как правило, с помощью файловой системы;

· Пользовательский интерфейс;

· Сетевые операции, поддержка стека протоколов

Дополнительные функции:

· Параллельное или псевдопараллельное выполнение задач (многозадачность);

· Взаимодействие между процессами;

· Защита самой системы, а также пользовательских данных и программ от злонамеренных действий пользователей или приложений;

· Разграничение прав доступа и многопользовательский режим работы (аутентификация, авторизация).

Операционные системы могут различаться особенностями реализации внутренних алгоритмов управления основными ресурсами компьютера (процессорами, памятью, устройствами), особенностями использованных методов проектирования, типами аппаратных платформ, областями использования и многими другими свойствами. Ниже приведена классификация ОС по нескольким наиболее основным признакам.