Характеристики периферийных устройств

1.3.2.    Характеристики периферийных устройств

В состав современных ЭВМ входят многочисленные и разнообраз­ные по выполняемым функциям, принципам действия и характеристикам периферийные устройства, которые по назначению можно разделить на две группы:

1) внешние запоминающие устройства, предназначенные для хра­нения больших объемов информации;

2) устройства ввода-вывода, обеспечивающие связь машины с внешней средой путем ввода и вывода информации из ЭВМ, ее регист­рации и отображения.

Операции ввода и вывода определяются относительно ядра ЭВМ - процессора и основной памяти.

Операцией ввода называется передача в ядро ЭВМ информации из внешней среды (в том числе от пользователя), или из внешних запо­минающих устройств.

Операцией вывода называется передача информации из ядра ЭВМ во внешнюю среду или во внешние запоминающие устройства.

Общей характеристикой для всех периферийных устройств является скорость, с которой устройство может принимать или передавать данные. Большинство периферийных устройств имеет электромеханические узлы, скорость работы которых значительно ниже скорости работы электронных устройств ЭВМ. Скорости передачи данных, с которыми работают различные периферийные устройства, отличаются весьма значительно: от нескольких единиц до нескольких миллионов байт/с.

Периферийные устройства различают по реализованному в них синхронному или асинхронному режиму передачи данных. При синхрон­ном режиме передача данных производится в определенном темпе, который задается рабочей скоростью движения носителя информации, например магнитной ленты. При асинхронном режиме передача данных может происходить в свободном темпе с остановом после передачи любого байта.

Основные характеристики внешних запоминающих устройств

Одной из основных характеристик ВЗУ является общий объем хранимой информации, или емкость ВЗУ, обычно измеряемая в байтах.

Из-за большого различия быстродействия оперативной памяти и ВЗУ обращения к внешней памяти вызывают потери производительности ЭВМ. Поэтому быстродействие ВЗУ является показателем не менее важным, чем его емкость.

Обращение к ВЗУ в общем случае предполагает последовательное выполнение двух процессов:

1) доступа к ВЗУ - установки головок на участок носителя, с которого требуется считать или на который нужно записать информа­цию;

2) считывания и передачи информации из ВЗУ в оперативную па­мять или передачи информации из памяти в ВЗУ и записи ее на носи­тель.

Соответственно быстродействие ВЗУ определяется двумя показа­телями: временем доступа и скоростью передачи информации. Разли­чают среднее и максимальное время доступа.

В связи с определенными техническими особенностями магнитных носителей информации, на них нельзя записать и с них нельзя считать отдельный байт. Запись и считывание информации могут производиться только группами байт строго определенного размера - блоками.

Внешние ЗУ делятся на устройства с прямым и последовательным доступом. В устройствах с прямым доступом, к которым относятся магнитные диски и барабаны, время доступа мало зависит от положе­ния носителя относительно головки в момент обращения к ВЗУ, что достигается циклическим движением носителя с большой скоростью относительно головки.

В устройствах с последовательным доступом (ВЗУ на магнитных лентах) для поиска нужного участка носителя требуется последова­тельный просмотр записанной на носителе информации, для чего может потребоваться несколько минут.

К важным характеристикам ВЗУ также относятся достоверность функционирования и относительная стоимость устройства.

Обычно достоверность работы ВЗУ оценивается числом правильно воспроизводимых в режиме записи-считывания двоичных знаков на один ошибочный знак.

Относительная стоимость ВЗУ определяется как отношение стои­мости устройства к его емкости.

Основные типы устройств ввода-вывода информации

Устройство ввода позволяет вводить в машину данные и прог­раммы. Устройства вывода служат для вывода из ЭВМ результатов об­работки данных, в том числе для их регистрации и отображения.

Типы устройств ввода информации:

1) Ручного ввода: клавиатура пульта управления.

2) Полуавтоматического ввода: клавиатура дисплея, ручной мани­пулятор "мышь", световое перо, сканер, планшет, джойстик, устрой­ство ввода с перфолент, устройство ввода с магнитных носителей.

3) Автоматического ввода: читающие автоматы, речевые анализа­торы, устройства ввода с каналов связи, аналого-цифровой преобразователи, телетайпы.

Типы устройств вывода информации:

1) Устройства фиксации на машинных носителях: перфораторы, устройства записи на магнитные носители.

2) Устройства регистрации: знакогенерирующие (АЦПУ) и графи­ческие (графопостроители).

3) Устройства наглядного отображения: дисплеи и индикаторы.

1.3.3.    Особенности использования ОС

Windows 95. Объектно-ориентированный подход

При создании Windows 95 фирма Microsoft в полной мере реализо­вала объектно-ориентированный подход. Поскольку именно он лег в основу новой операционной системы, вначале скажем несколько слов о том, что такое ориентация на объекты.

Понятие “объектно-ориентированный” возникло в программиро­вании сравнительно недавно. Когда вычислительная мощность ма­шин была невысока, о создании объектно-ориентированных сис­тем не могло быть и речи. Основой всего был программный код. Программисты записывали последовательности команд для выпол­нения тех или иных действий над данными, которые оформлялись в модули и процедуры. Для работы с каждым объектом создавалась своя процедура.

Объекты, их свойства и методы

Постепенно с увеличением производительности вычислительных систем процедурный подход начал заменяться объектным. На пер­вое место выдвинулся объект, а не код, который его обрабатывает. На уровне пользователя объектный подход выражается в том, что интерфейс представляет собой подобие реального мира, а работа с машиной сводится к действиям с привычными объектами. Так, пап­ки можно открыть, убрать в портфель, документы — просмотреть, исправить, переложить с одного места на другое, выбросить в корзину, факс или письмо — отправить адресату и т. д. Понятие объекта оказалось настолько широким, что до сих пор не получило строгого определения.

Объект, как и в реальном мире, обладает различными свойствами. Программист или пользователь может изменять не все свойства объектов, а только некоторые из них. Можно изменить имя объек­та, но нельзя изменить объем свободного места на диске, который также является его свойством. Свойства первого типа в языках про­граммирования носят название read/write (для чтения и записи), а свойства второго — read only (только для чтения).

Метод — это способ воздействия на объект. Методы позволяют со­здавать и удалять объекты, а также изменять их свойства. Напри­мер, для того чтобы нарисовать на экране точку, линию или плоскую фигуру, составляются разные последовательности кодов или програм­мы. Пользователь, однако, применяет для отображения этих объек­тов один метод Draw( ), который содержит коды для отображения всех объектов, с которыми он работает. За такое удобство приходится пла­тить тем, что объектно-ориентированные системы могут работать только на достаточно мощных вычислительных установках.

Процедурный подход в ранних ОС

До настоящего времени во всех операционных системах преобла­дал процедурный подход. Для того чтобы произвести в системе ка­кое-либо действие, пользователь должен был вызвать соответству­ющую программу (процедуру) и передать ей определенные пара­метры, например, имя обрабатываемого файла. Программа выпол­няла над файлом указанные действия и заканчивала работу. При этом пользователь в первую очередь имел дело с задачей обработки документа, а затем уже с самим документом. В давние времена, когда ЭВМ не были персональными, пользователь описывал дейст­вия, которые должна была выполнить задача, на некоем странном языке, называемом языком управления заданиями (JCL—Job Con­trol Language).

С появлением терминала язык управления заданиями упростился и постепенно превратился в командную строку, однако на первом месте все равно находилась процедура обработки документа, а сам документ играл вспомогательную роль.

Следующим этапом упрощения работы с машиной стал создание различного рода операционных оболочек (сначала текстовых), которые “спрятали” от пользователя командную строку DOS. Ввод последовательности символов, из которой состоит команда опера­ционной системы, свелся к нажатию одной функциональной кла­виши или щелчку мыши. Самой распространенной из таких “надстро­ек” над операционной системой стала оболочка Norton Commander,

Однако основным “инструментом” пользователя все еще оставалась клавиатура. Качественный переход произошел после того, как поя­вились графические оболочки. Теперь пользователь в основном ра­ботает с устройством указания, таким как мышь, трекбол или план­шет, а не с клавиатурой (разумеется, это не относится к работе внут­ри самих приложений, например, в текстовых редакторах). Ему не нужно помнить почти никаких команд операционной системы. Для того чтобы запустить приложение, достаточно щелкнуть мышью на его изображении или на “значке” (автор предпочитает называть его пиктограммой).

От процедурного подхода к объектно-ориентированному

В начале 90-х гг. процедурный подход все еще преобладает, однако намечаются и некоторые признаки объектно-ориентированного. Тогда же поя­вился метод объектного связывания и встраивания (OLE), позволя­ющий щелчком на изображении объекта неявно запустить прило­жение, которое его обрабатывает, а после окончания обработки вернуться в предыдущее приложение.

С OLE тесно связан так называемый метод редактирования доку­ментов “на месте” (in-place). Если в документ встроен объект, ко­торый должен обрабатываться конкретным приложением, то при щелчке на этом объекте нужное приложение неявным образом за­пускается, причем в рабочем поле не изменяется ничего, кроме па­нелей инструментов. Например, если в тексте, который обрабаты­вается в редакторе Microsoft Word, есть таблица, созданная в редакторе Microsoft Excel, то при щелчке на ней произойдет замена панелей инструментов Excel. Пользователь может обрабатывать документ совсем другим приложе­нием, даже не подозревая об этом.

Еще один механизм, который упростил работу и приблизил эру объ­ектно-ориентированного подхода, называется “Drag & Drop”, что в буквальном переводе означает “перетащить – и оставить”. Работая этим методом, вы щелкаете кнопкой мыши (как правило, левой) на изображении объекта, перемещаете его по экрану при нажатой кнопке и отпускаете кнопку, когда указатель окажется в нужном месте экрана. Таким образом, процедуры копирования, перемеще­ния и удаления стали объектно-ориентированными.

Выбор показателей и параметров при оценке ОС

Windows 95 — объектно-ориентированная ОС

Windows 95—полноценная операционная система

Использование стандарта Plug & Play

32-разрядная ОС защищенного режима

Приоритетная многозадачность

Многопоточность

32-разрядные устанавливаемые файловые системы

Поддержка длинных имен файлов

Интерфейс пользователя

Работа с памятью

Сравнительная оценка ОС ПВЭМ по выбранным показателям

Принципиальная новизна операционной системы Windows 95 со­стоит именно в том, что концепция объектно-ориентированного подхода реализована в ней наиболее полно.

Windows 95 — объектно-ориентированная ОС

Объектно-ориентированный подход реализуется через модель ра­бочего стола. Пользователь работает с задачами и приложениями так же, как с документами на своем письменном столе.

Это удобно для людей, которые первый раз увидели компьютер, но создает некоторые трудности “переходного периода” для тех, кто привык считать программу основой всего сущего в машине.

Итак, одно из главных отличий Windows 95 от более ранних версий (и от подавляющего большинства других операционных систем) состо­ит в том, что основной упор в ней делается на документ, а програм­ма, задача, приложение или программный код вообще рассматри­ваются только как инструмент для работы с документом.

Windows 95—полноценная операционная система

Другая принципиальная особенность Windows 95 состоит в том, что она, является “настоящей” операци­онной системой (а не операционной оболочкой, выполняемой под управлением MS-DOS). Под словом “настоящая” мы подразумева­ем то, что при включении машины сразу выполняется загрузка Windows 95. Для пользователя это оборачивается некоторыми неудоб­ствами. Он должен привыкнуть к тому, что прежде чем выключить машину, нужно корректно завершить работу с Windows 95, пос­кольку новая операционная система создает буфера в оперативной памяти, и их содержимое должно быть сброшено на диск.

Использование стандарта Plug & Play

Подход к аппаратному обеспечению также кардинальным образом изменился. Теперь система использует стандарт Plug & Play (пере­водится как “включил – и – работай”), что облегчает и максимально автоматизирует про­цесс добавления новых периферийных устройств. Стандарт Plug & Play — это совместная разработка фирм Intel и Microsoft. Основная его идея заключается в том, что каждое устройство, соответствую­щее этому стандарту, сообщает о себе определенную информацию, благодаря которой операционная система выполняет автоматичес­кую конфигурацию периферийных устройств и разрешает аппарат­ные конфликты. Стандарту Plug & Play должен в первую очередь удовлетворять BIOS материнской платы и, разумеется, периферий­ные устройства. Таким образом, операционная система обеспечивает автоматическое подключение и конфигурирование устройств, соответствующих требованиям стандарта Plug and Play, поддерживает совместимость с устаревшими устройствами и создает динамическую среду для подключения и отключения мобильных компонентов.

32-разрядная ОС защищенного режима

MS-DOS была чисто 16-разрядной операционной системой и рабо­тала в реальном режиме процессора. Windows 95 является 32-разрядной операционной системой, которая работает только в защищенном режиме процессора. Ядро, включающее управление памятью и диспетчеризацию процессов, содержит только 32-разрядный код. Это уменьшает издержки и ускоряет работу. Только некоторые модули имеют 16-разрядный код для совмести­мости с режимом MS-DOS. Windows 95 32-разрядный код используется везде, где только возможно, что позволяет обеспечить повышенную надежность и отказоустойчивость системы. Помимо этого, для совместимости с устаревшими приложениями и драйверами используется и 16-разрядный код.

Приоритетная многозадачность

В отличие от предыдущих версий, Windows 95 поддерживает при­оритетную многозадачность (preemptive multitasking) и параллель­ные процессы (multithreading). В Windows 3+ существовала так называемая “вытесняющая многозадачность” (non-preemptive mul­titasking), при которой за распределение процессорного времени отвечало приложение. Система выполняла задачу до тех пор, пока приложение “добровольно” не отдавало процессор. В Windows 95 за распределение времени процессора отвечает ядро системы, что обеспечивает нормальную работу фоновых задач.

Средства удаленного доступа Windows 95, в отличие от большинства операционных систем для персональных компьютеров, с самого начала создавалась для работы в сети, благодаря чему возможность совместного использования файлов и устройств полностью интегрирована в интерфейс пользователя Windows 95.

В Windows 95 вы можете получить доступ к сети без установки сете­вого адаптера! Его заменят модем и специальный протокол РРР (“от – точки – к - точке”, или “point – to - point protocol”). В этом случае скорость работы ограничена скоростью вашего модема. Система предоставля­ет развитые программные средства для доступа к сетям Internet, Mic­rosoft Network, America Online и другим аналогичным службам.

Возможности работы с мультимедиа

Современную операционную систему сложно представить себе без средств мультимедиа. Для работы с аудио- и видеофайлами различ­ных форматов в составе Windows 95 имеется набор кодеков — эффективных программных средств сжатия и распаковки этих фай­лов и преобразования их форматов для вывода на различные устрой­ства мультимедиа, слово “кодер” является сокращением слов “кодер-декодер”, так же, как “модем” — сокращение от слов “модуля­тор-демодулятор”). При воспроизведении файла система запускает тот кодер, с помощью которого файл был создан. Драйверы звуко­вых карт используют 32-разрядный код, но в тех случаях, когда сис­тема не может распознать карту, применяется 16-разрядный драй­вер реального режима, который поставляется вместе с картой. При работе 32-разрядного драйвера защищенного режима драйвер ре­ального режима автоматически отключается.

При установке компакт-диска в устройство считывания система пытается распознать его формат и запустить соответствующее приложение для его воспроизведения. Если установлен диск формата ISO-9660 (программный), то Windows 95 ищет файл с именем AUTO-RUN.INF u выполняет его. Это механизм получил название Spin & Grin.

Значительно переработан код, который отвечает за обработку изобра­жений. поэтому качество воспроизведения файлов AVI сильно возро­сло, а скорость их воспроизведения теперь почти не зависит от выбранного масштаба изображения. Встроенные возможности работы со звуком, видео и компакт-дисками дадут новый толчок развитию приложений мультимедиа. Windows 95 - это первая версия Windows, которая бросает вызов MS-Dos в сфере поддержки игрового программного обеспечения.

Работа с памятью

Windows 95 автоматически освобождает всю память, отведенную приложению, после того, как оно заканчивает работу. В Windows 3.х некорректно написанные приложения нередко освобождали не всю запрошенную ими память. Время от времени памяти оказыва­лось настолько мало, что единственным выходом оставался переза­пуск системы (а иногда и перезагрузка машины). Такая неприятность носит название “утечка памяти” (“memory leak”) и случается с про­граммными произведениями даже известнейших фирм. При за­вершении приложения в Windows 95 вся память, занимаемая им, освобождается автоматически, и таких проблем не возникает.

На данный момент мировая компьютерная индустрия развивается очень стремительно. Производительность систем возрастает, а, следовательно, возрастают возможности обработки больших объёмов данных.

Операционные системы класса MS-DOSа уже не справляются с таким потоком данных и не могут целиком использовать ресурсы современных компьютеров. Поэтому в последнее время происходит переход на более мощные и наиболее совершенные операционные системы класса UNIX , примером которых и является Windows NT, выпущенная корпорацией Microsoft.