Основы работы с компьютером - Краткое руководство

Будучи современным ребенком, вы, должно быть, использовали, видели или читали о компьютерах. Это потому, что они являются неотъемлемой частью нашего повседневного существования. Будь то школа, банки, магазины, вокзалы, больницы или ваш собственный дом, компьютеры есть везде, что облегчает и ускоряет нашу работу. Поскольку они являются неотъемлемой частью нашей жизни, мы должны знать, что они собой представляют и как функционируют. Начнем с формального определения термина «компьютер».

В буквальном смысле компьютер - это устройство, которое умеет считать. Однако современные компьютеры могут гораздо больше, чем просто вычислять.Computer представляет собой электронное устройство, которое принимает ввод, сохраняет или обрабатывает ввод в соответствии с инструкциями пользователя и обеспечивает вывод в желаемом формате.

Модель ввода-вывода-вывода

Компьютерный ввод называется data и результат, полученный после его обработки, на основе инструкций пользователя называется information. Необработанные факты и цифры, которые можно обрабатывать с помощью арифметических и логических операций для получения информации, называютсяdata.

Процессы, которые могут применяться к данным, бывают двух типов:

• Arithmetic operations - Примеры включают вычисления, такие как сложение, вычитание, дифференциалы, квадратный корень и т. Д.

• Logical operations - Примеры включают операции сравнения, такие как больше, меньше, равно, противоположно и т. Д.

Соответствующий рисунок для реального компьютера выглядит примерно так -

Основные части компьютера следующие:

• Input Unit - Такие устройства, как клавиатура и мышь, которые используются для ввода данных и инструкций в компьютер, называются устройством ввода.

• Output Unit - Такие устройства, как принтер и блок визуального отображения, которые используются для предоставления информации пользователю в желаемом формате, называются блоком вывода.

• Control Unit- Как следует из названия, это устройство управляет всеми функциями компьютера. Все устройства или части компьютера взаимодействуют через блок управления.

• Arithmetic Logic Unit - Это мозг компьютера, где происходят все арифметические и логические операции.

• Memory- Все входные данные, инструкции и промежуточные данные для процессов хранятся в памяти. Память бывает двух типов -primary memory и secondary memory. Первичная память находится внутри ЦП, тогда как вторичная память является внешней по отношению к нему.

Блок управления, арифметико-логический блок и память вместе называются central processing unit или же CPU. Компьютерные устройства, такие как клавиатура, мышь, принтер и т. Д., Которые мы можем видеть и касаться, являютсяhardwareкомпоненты компьютера. Набор инструкций или программ, которые заставляют компьютер работать с использованием этих аппаратных частей, называютсяsoftware. Мы не можем видеть или касаться программного обеспечения. И аппаратное, и программное обеспечение необходимо для работы компьютера.

Характеристики компьютера

Чтобы понять, почему компьютеры являются такой важной частью нашей жизни, давайте посмотрим на некоторые из их характеристик -

• Speed - Обычно компьютер может выполнять 3-4 миллиона инструкций в секунду.

• Accuracy- Компьютеры обладают очень высокой точностью. Ошибки, которые могут возникнуть, обычно связаны с неточными данными, неправильными инструкциями или ошибкой в ​​микросхемах - все это ошибки человека.

• Reliability - Компьютеры могут выполнять один и тот же тип работы неоднократно, не вызывая ошибок из-за усталости или скуки, которые очень распространены среди людей.

• Versatility- Компьютеры могут выполнять широкий спектр задач от ввода данных и бронирования билетов до сложных математических расчетов и непрерывных астрономических наблюдений. Если вы можете ввести необходимые данные с правильными инструкциями, компьютер выполнит обработку.

• Storage Capacity- Компьютеры могут хранить очень большие объемы данных за небольшую часть стоимости традиционного хранения файлов. Кроме того, данные защищены от естественного износа, связанного с бумагой.

Преимущества использования компьютера

Теперь, когда мы знаем характеристики компьютеров, мы можем видеть преимущества, которые предлагают компьютеры:

• Компьютеры могут многократно выполнять одну и ту же задачу с одинаковой точностью.

• Компьютеры не устают и не скучают.

• Компьютеры могут выполнять рутинные задачи, высвобождая человеческий ресурс для более интеллектуальных функций.

Недостатки использования компьютера

Несмотря на множество преимуществ, у компьютеров есть свои недостатки:

• У компьютеров нет интеллекта; они слепо следуют инструкциям, не думая о результате.

• Для работы компьютеров необходимо регулярное электроснабжение, что может оказаться трудным повсюду, особенно в развивающихся странах.

Загрузка

Запуск компьютера или встроенного в компьютер устройства называется booting. Загрузка происходит в два этапа -

• Включение питания
• Загрузка операционной системы в основную память компьютера
• Поддержание всех приложений в состоянии готовности в случае необходимости пользователю

Первая программа или набор инструкций, запускаемых при включении компьютера, называется BIOS или же Basic Input Output System. BIOS - этоfirmware, то есть часть программного обеспечения, постоянно запрограммированного в аппаратном обеспечении.

Если система уже запущена, но ее необходимо перезапустить, она называется rebooting. Перезагрузка может потребоваться, если было установлено программное или аппаратное обеспечение или система работает необычно медленно.

Есть два типа загрузки -

• Cold Booting- Запуск системы при включении источника питания называется холодным запуском. Следующим шагом холодного запуска является загрузка BIOS.

• Warm Booting- Когда система уже запущена и ее необходимо перезапустить или перезагрузить, это называется теплой загрузкой. Горячая загрузка выполняется быстрее, чем холодная, поскольку BIOS не перезагружается.

Исторически компьютеры классифицировались по типам процессоров, потому что разработка процессоров и скорости обработки были ориентировочными показателями. В самых ранних компьютерах для обработки использовались электронные лампы, они были огромными и часто ломались. Однако по мере того, как электронные лампы были заменены транзисторами, а затем микросхемами, их размер уменьшился, а скорость обработки увеличилась в разы.

Все современные компьютеры и вычислительные устройства используют микропроцессоры, скорость и емкость которых стремительно растут день ото дня. Эталоном развития компьютеров теперь является их размер. Компьютеры теперь классифицируются на основе их использования или размера -

• Desktop
• Laptop
• Tablet
• Server
• Mainframe
• Supercomputer

Рассмотрим подробнее все эти типы компьютеров.

Рабочий стол

Desktop компьютеры personal computers (PCs)предназначен для использования отдельным лицом в фиксированном месте. IBM была первым компьютером, который представил и популяризировал использование настольных компьютеров. Настольный компьютер обычно имеет ЦП (центральный процессор), монитор, клавиатуру и мышь. Введение настольных компьютеров популяризировало использование компьютеров среди простых людей, поскольку они были компактными и доступными.

На волне популярности настольных компьютеров многие программные и аппаратные устройства были разработаны специально для домашних или офисных пользователей. Первостепенным вниманием к дизайну здесь было удобство использования.

Ноутбук

Несмотря на свою огромную популярность, настольные компьютеры уступили место более компактным и портативным персональным компьютерам под названием ноутбуки в 2000-х годах. Ноутбуки еще называютnotebook computers или просто notebooks. Ноутбуки работают от батарей и подключаются к сетям с помощью микросхем Wi-Fi (Wireless Fidelity). У них также есть чипы для энергоэффективности, чтобы они могли экономить электроэнергию, когда это возможно, и иметь более длительный срок службы.

Современные ноутбуки обладают достаточной вычислительной мощностью и емкостью для хранения данных, чтобы использовать их для любой офисной работы, проектирования веб-сайтов, разработки программного обеспечения и даже редактирования аудио / видео.

Планшет

После того, как ноутбуки были дополнительно миниатюризированы, чтобы разработать машины, которые имеют вычислительную мощность настольных компьютеров, но достаточно малы, чтобы их можно было держать на ладони. Планшеты имеют сенсорный экран, обычно от 5 до 10 дюймов, где один палец используется для касания значков и вызова приложений.

Клавиатура также отображается практически всякий раз, когда это необходимо, и используется с помощью касаний. Приложения, работающие на планшетах, называютсяapps. Они используют операционные системы Microsoft (Windows 8 и более поздние версии) или Google (Android). Компьютеры Apple разработали собственный планшет под названиемiPad который использует проприетарную ОС под названием iOS.

Сервер

Серверы - это компьютеры с высокой скоростью обработки, которые предоставляют одну или несколько услуг другим системам на network. Они могут иметь или не иметь прикрепленные к ним экраны. Группа компьютеров или цифровых устройств, соединенных вместе для совместного использования ресурсов, называетсяnetwork.

Серверы обладают высокой вычислительной мощностью и могут обрабатывать несколько запросов одновременно. Наиболее часто встречающиеся серверы в сетях включают:

• Файловый сервер или сервер хранения
• Игровой сервер
• Сервер приложений
• Сервер базы данных
• Почтовый сервер
• Сервер печати

Мэйнфрейм

Mainframes- это компьютеры, используемые такими организациями, как банки, авиалинии и железные дороги, для обработки миллионов и триллионов онлайн-транзакций в секунду. Важные особенности мэйнфреймов:

• Большой размер
• В сотни раз быстрее, чем серверы, обычно сто мегабайт в секунду
• Очень дорогой
• Используйте проприетарную ОС от производителей
• Встроенные функции безопасности оборудования, программного обеспечения и прошивки

Суперкомпьютер

Supercomputersсамые быстрые компьютеры на Земле. Они используются для выполнения сложных, быстрых и трудоемких расчетов для научных и инженерных приложений. Скорость или производительность суперкомпьютера измеряется в терафлопсах, т.е. 1012 операций с плавающей запятой в секунду.

Китайский суперкомпьютер Sunway TaihuLight это самый быстрый суперкомпьютер в мире с производительностью 93 петафлопс в секунду, то есть 93 квадриллиона операций с плавающей запятой в секунду.

Наиболее распространенные применения суперкомпьютеров включают в себя:

• Молекулярное картирование и исследования
• Прогноз погоды
• Экологические исследования
• Разведка нефти и газа

Как вы знаете, аппаратным устройствам для работы необходимы инструкции пользователя. Набор инструкций, позволяющих достичь единственного результата, называется программой или процедурой. Многие программы, работающие вместе для выполнения задачи,software.

Например, программное обеспечение для обработки текстов позволяет пользователю создавать, редактировать и сохранять документы. Веб-браузер позволяет пользователю просматривать и обмениваться веб-страницами и мультимедийными файлами. Есть две категории программного обеспечения -

• Программное обеспечение
• Программное обеспечение
• Служебное программное обеспечение

Обсудим их подробнее.

Программное обеспечение

Программное обеспечение, необходимое для работы аппаратных частей компьютера и другого прикладного программного обеспечения, называется system software. Системное программное обеспечение действует какinterfaceмежду оборудованием и пользовательскими приложениями. Интерфейс необходим, потому что аппаратные устройства или машины и люди говорят на разных языках.

Машины понимают только двоичный язык, то есть 0 (отсутствие электрического сигнала) и 1 (наличие электрического сигнала), в то время как люди говорят на английском, французском, немецком, тамильском, хинди и многих других языках. Английский является преобладающим языком общения с компьютерами. Программное обеспечение требуется для преобразования всех человеческих инструкций в понятные для машины инструкции. И это именно то, что делает системное ПО.

В зависимости от функции системное программное обеспечение бывает четырех типов:

• Операционная система
• Языковой процессор
• Драйверы устройств

Операционная система

Системное программное обеспечение, которое отвечает за функционирование всех частей оборудования и их взаимодействие для успешного выполнения задач, называется operating system (OS). ОС - это первое программное обеспечение, загружаемое в память компьютера при включении компьютера, и это называетсяbooting. ОС управляет основными функциями компьютера, такими как хранение данных в памяти, получение файлов с устройств хранения, планирование задач на основе приоритета и т. Д.

Языковой процессор

Как обсуждалось ранее, важной функцией системного программного обеспечения является преобразование всех пользовательских инструкций на понятный для машины язык. Когда мы говорим о человеко-машинном взаимодействии, языки бывают трех типов:

• Machine-level language- Этот язык - не что иное, как строка нулей и единиц, которую понимают машины. Это полностью зависит от машины.

• Assembly-level language - Этот язык вводит уровень абстракции, определяя mnemonics. Mnemonics- это английские слова или символы, используемые для обозначения длинной строки из нулей и единиц. Например, слово «READ» может быть определено как означающее, что компьютер должен извлекать данные из памяти. Полныйinstructionтакже сообщит адрес памяти. Язык уровня ассемблераmachine dependent.

• High level language- Этот язык использует английские подобные утверждения и полностью независим от машин. Программы, написанные с использованием языков высокого уровня, легко создавать, читать и понимать.

Программа, написанная на языках программирования высокого уровня, таких как Java, C ++ и т. Д., Называется source code. Набор инструкций в машиночитаемой форме называетсяobject code или же machine code. System software который преобразует исходный код в объектный код, называется language processor. Есть три типа языковых переводчиков:

• Assembler - Преобразует программу уровня сборки в программу машинного уровня.

• Interpreter - Преобразует программы высокого уровня в программу машинного уровня построчно.

• Compiler - Преобразует программы высокого уровня в программы машинного уровня за один раз, а не построчно.

Драйверы устройств

Системное программное обеспечение, которое контролирует и отслеживает работу определенного устройства на компьютере, называется device driver. Каждое устройство, такое как принтер, сканер, микрофон, динамик и т. Д., Которое должно быть подключено к системе извне, имеет определенный драйвер, связанный с ним. Когда вы подключаете новое устройство, вам необходимо установить его драйвер, чтобы ОС знала, как им нужно управлять.

Программное обеспечение

Программное обеспечение, которое выполняет одну задачу и больше ничего не называется application software. Прикладное программное обеспечение очень специализировано по своим функциям и подходу к решению проблемы. Таким образом, программа для работы с электронными таблицами может выполнять операции только с числами и ничего больше. Программное обеспечение для управления больницей будет управлять деятельностью больницы и ничем другим. Вот некоторые часто используемые прикладные программы -

• Обработка текста
• Spreadsheet
• Presentation
• Управление базами данных
• Мультимедийные инструменты

Служебное программное обеспечение

Прикладное программное обеспечение, которое помогает системному программному обеспечению выполнять свою работу, называется utility software. Таким образом, служебное программное обеспечение фактически представляет собой нечто среднее между системным программным обеспечением и прикладным программным обеспечением. Примеры служебного программного обеспечения включают -

• Программа-антивирус
• Инструменты управления дисками
• Инструменты управления файлами
• Инструменты сжатия
• Инструменты резервного копирования

Как вы знаете, системное программное обеспечение действует как интерфейс для базовой аппаратной системы. Здесь мы подробно обсудим некоторые важные системные программы.

Операционная система

Operating system (OS)это спасательный круг компьютера. Вы подключаете все основные устройства, такие как процессор, монитор, клавиатуру и мышь; подключите блок питания и включите его, думая, что у вас все на месте. Но компьютер не запускается и не оживает, если на нем не установлена ​​операционная система, потому что ОС -

• Поддерживает все части оборудования в состоянии готовности следовать инструкциям пользователя
• Координаты между разными устройствами
• Планирует несколько задач в соответствии с приоритетом
• Выделяет ресурс для каждой задачи
• Позволяет компьютеру получить доступ к сети
• Позволяет пользователям получать доступ и использовать прикладное программное обеспечение

Помимо начальной загрузки, это некоторые из функций операционной системы:

• Управление компьютерными ресурсами, такими как оборудование, программное обеспечение, общие ресурсы и т. Д.
• Распределение ресурсов
• Предотвращение ошибок при использовании программного обеспечения
• Контроль ненадлежащего использования компьютера

Одна из первых операционных систем была MS-DOS,разработан Microsoft для IBM PC. Это былоCommand Line Interface (CLI)ОС, которая произвела революцию на рынке ПК. DOS было сложно использовать из-за его интерфейса. Пользователи должны были помнить инструкции для выполнения своих задач. Чтобы сделать компьютеры более доступными и удобными, Microsoft разработалаGraphical User Interface (GUI) на базе ОС называется Windows, который изменил способ использования компьютеров.

Ассемблер

Ассемблер - это системное программное обеспечение, которое преобразует программы уровня сборки в код машинного уровня.

Это преимущества, предоставляемые программированием на уровне сборки -

• Повышает эффективность программиста, так как запоминание мнемоники легче
• Производительность увеличивается по мере уменьшения количества ошибок и, следовательно, времени отладки
• Программист имеет доступ к аппаратным ресурсам и, следовательно, может гибко писать программы, адаптированные для конкретного компьютера.

Переводчик

Основным преимуществом языка ассемблера была его способность оптимизировать использование памяти и аппаратного обеспечения. Однако с развитием технологий у компьютеров было больше памяти и более качественные аппаратные компоненты. Поэтому простота написания программ стала важнее, чем оптимизация памяти и других аппаратных ресурсов.

Вдобавок возникла необходимость взять программирование у горстки обученных ученых и программистов, чтобы компьютеры могли использоваться в большем количестве областей. Это привело к развитию языков высокого уровня, которые было легко понять из-за сходства команд с английским языком.

Системное программное обеспечение, используемое для перевода исходного кода языка высокого уровня в объектный код языка машинного уровня построчно, называется interpreter. Интерпретатор берет каждую строку кода, преобразует ее в машинный код и сохраняет в объектном файле.

В advantageИспользование интерпретатора заключается в том, что их очень легко писать, и они не требуют большого объема памяти. Однако у использования интерпретаторов есть серьезный недостаток, т. Е. Интерпретируемые программы требуют много времени для выполнения. Чтобы преодолеть этоdisadvantage, особенно для больших программ, compilers были разработаны.

Компилятор

Системное программное обеспечение, которое хранит полную программу, сканирует ее, переводит полную программу в объектный код, а затем создает исполняемый код, называется компилятором. На первый взгляд компиляторы проигрывают интерпретаторам, потому что они -

• сложнее переводчиков
• нужно больше места в памяти
• тратить больше времени на компиляцию исходного кода

Однако скомпилированные программы выполняются на компьютерах очень быстро. На следующем изображении показан пошаговый процесс преобразования исходного кода в исполняемый код.

Это шаги по компиляции исходного кода в исполняемый код -

• Pre-processing - На этом этапе инструкции препроцессора, обычно используемые такими языками, как C и C ++, интерпретируются, т. Е. Преобразуются в язык уровня ассемблера.

• Lexical analysis - Здесь все инструкции преобразованы в lexical units например, константы, переменные, арифметические символы и т. д.

• Parsing - Здесь все инструкции проверяются на соответствие grammar rulesязыка. Если есть ошибки, компилятор попросит вас исправить их, прежде чем вы сможете продолжить.

• Compiling - На этом этапе исходный код конвертируется в object code.

• Linking- Если есть ссылки на внешние файлы или библиотеки, в программу будут добавлены адреса их исполняемых файлов. Кроме того, если код необходимо изменить для фактического выполнения, они будут изменены. Конечный результат - этоexecutable code готово к выполнению.

Как известно, за работу компьютерной системы отвечает операционная система. Для этого он выполняет следующие три основные категории деятельности:

• Essential functions - Обеспечивает оптимальное и эффективное использование ресурсов

• Monitoring functions - Контролирует и собирает информацию, связанную с производительностью системы

• Service functions - Предоставляет услуги пользователям

Давайте рассмотрим некоторые из наиболее важных функций, связанных с этими действиями.

Управление процессором

Управление процессором компьютера для обеспечения его оптимального использования называется processor management. Управление процессором в основном включает в себя распределение процессорного времени для задач, которые необходимо выполнить. Это называетсяjob scheduling. Рабочие места должны быть запланированы таким образом, чтобы -

• Максимальное использование ЦП
• Срок выполнения работ, т.е. время, необходимое для выполнения каждой работы, минимально.
• Время ожидания минимальное
• Каждое задание получает максимально быстрое время отклика
• Достигается максимальная пропускная способность, где пропускная способность - это среднее время, необходимое для выполнения каждой задачи.

Есть два метода планирования заданий, выполняемых операционными системами:

• Упреждающее планирование
• Планирование без вытеснения

Упреждающее планирование

В этом типе планирования следующее задание, которое должен выполнить процессор, может быть запланировано до завершения текущего задания. Если появляется задание с более высоким приоритетом, процессор может быть вынужден освободить текущее задание и перейти к следующему. Есть два метода планирования, которые используют упреждающее планирование:

• Round robin scheduling - Маленькая единица времени называется time sliceопределен, и каждая программа получает только один временной отрезок за раз. Если он не будет завершен в течение этого времени, он должен присоединиться к очереди заданий в конце и дождаться, пока все программы получат один временной интервал. Преимущество здесь в том, что все программы получают равные возможности. Обратной стороной является то, что если программа завершает выполнение до того, как истечет временной интервал, ЦП будет простаивать в течение остальной части времени.

• Response ratio scheduling - Коэффициент отклика определяется как

  $$\frac{Elapsed \: Time}{Execution \: time \: received}$$

  Работа с более коротким временем отклика получает более высокий приоритет. Таким образом, более крупной программе, возможно, придется подождать, даже если она была запрошена раньше, чем более короткая программа. Это улучшает пропускную способность ЦП.

Непредвиденное планирование

В этом типе планирования решения о планировании заданий принимаются только после завершения текущего задания. Работа никогда не прерывается, чтобы дать приоритет задачам с более высоким приоритетом. Методы планирования, использующие не вытесняющее планирование:

• First come first serve scheduling - Это простейший метод, при котором первая программа, создавшая запрос, завершается первой.

• Shortest job next scheduling - Здесь следующим будет запланировано задание, для выполнения которого требуется меньше всего времени.

• Deadline scheduling - Следующим планируется выполнение задания с самым ранним сроком.

Управление памятью

Процесс регулирования памяти компьютера и использования методов оптимизации для повышения общей производительности системы называется memory management. Пространство памяти очень важно в современной вычислительной среде, поэтому управление памятью играет важную роль в операционных системах.

Как вы знаете, у компьютеров есть два типа памяти - primary и secondary. Первичная памятьfast but expensive а вторичная память cheap but slower. ОС должна найти баланс между ними, чтобы гарантировать, что производительность системы не пострадает из-за очень меньшего объема первичной памяти или затраты системы не увеличатся из-за слишком большого количества первичной памяти.

Входные и выходные данные, пользовательские инструкции и данные, промежуточные для выполнения программы, должны быть сохранены, доступны и извлечены эффективно для обеспечения высокой производительности системы. Как только программный запрос принят, ОС выделяет ему первичную и вторичную области хранения в соответствии с требованиями. После завершения выполнения выделенное ему пространство памяти освобождается. ОС использует множество методов управления хранением, чтобы отслеживать все выделенные или свободные места для хранения.

Непрерывное выделение памяти

Это простейший метод распределения пространства хранения, при котором каждой программе назначаются непрерывные области памяти. Перед выделением ОС должна оценить объем памяти, необходимый для всего процесса.

Распределение несмежного хранилища

Как следует из названия, программа и связанные данные не должны храниться в смежных местах. Программа разделена на более мелкие компоненты, и каждый компонент хранится в отдельном месте. В таблице хранится информация о том, где хранится каждый компонент программы. Когда процессору требуется доступ к какому-либо компоненту, ОС предоставляет доступ, используя эту таблицу распределения.

В реальном сценарии первичного пространства памяти может быть недостаточно для хранения всей программы. В этом случае ОС используетVirtual Storageметод, при котором программа физически хранится во вторичной памяти, но, по-видимому, хранится в первичной памяти. Это приводит к минимальной задержке доступа к программным компонентам. Есть два подхода к виртуальным хранилищам -

• Program paging - Программа разбита на фиксированный размер pageи хранятся во вторичной памяти. Страницы даныlogical address or virtual addressот 0 до n. Аpage table сопоставляет логические адреса с физическими адресами, которые используются для получения страниц при необходимости.

• Program segmentation - Программа разбита на логические блоки, называемые segments, присвоенный логический адрес от 0 до n и сохраненный во вторичной памяти. Аsegment table используется для загрузки сегментов из вторичной памяти в первичную память.

Операционные системы обычно используют комбинацию сегментации страниц и программ для оптимизации использования памяти. Большой сегмент программы может быть разбит на страницы или несколько небольших сегментов могут быть сохранены как одна страница.

Управление файлами

Данные и информация хранятся на компьютерах в виде файлов. Управление файловой системой, позволяющее пользователям безопасно и правильно хранить свои данные, является важной функцией операционных систем. Управление файловыми системами через ОС называетсяfile management. Управление файлами требуется для предоставления инструментов для этих действий, связанных с файлами:

• Создание новых файлов для хранения данных
• Updating
• Sharing
• Защита данных с помощью паролей и шифрования
• Восстановление при сбое системы

Управление устройством

Процесс внедрения, эксплуатации и обслуживания устройства операционной системой называется device management. Операционная система использует служебную программу под названиемdevice driver как интерфейс к устройству.

Когда многие процессы обращаются к устройствам или запрашивают доступ к устройствам, операционная система управляет устройствами таким образом, чтобы они эффективно разделяли устройства между всеми процессами. Обрабатывает доступ к устройствам черезsystem call interface, программный интерфейс, предоставляемый ОС.

По мере того, как компьютеры и вычислительные технологии развивались с годами, они стали использоваться во многих областях. Чтобы соответствовать растущим требованиям, рынок заполонил все больше и больше специализированного программного обеспечения. Поскольку для работы любого программного обеспечения требуется операционная система, операционные системы также эволюционировали с течением времени, чтобы удовлетворить растущий спрос на их методы и возможности. Здесь мы обсуждаем некоторые распространенные типы ОС, основанные на их методах работы, а также некоторые широко используемые ОС.

ОС с графическим интерфейсом

GUI - это аббревиатура от Graphical User Interface. Операционная система, которая представляет интерфейс, состоящий из графики и значков, называетсяGUI OS. ОС с графическим интерфейсом пользователя очень проста в навигации и использовании, поскольку пользователям не нужно запоминать команды, которые нужно давать для выполнения каждой задачи. Примеры ОС с графическим интерфейсом включают Windows, macOS, Ubuntu и т. Д.

ОС с разделением времени

Операционные системы, которые планируют задачи для эффективного использования процессора, называются time sharing OS. Разделение времени, илиmultitasking, используется операционными системами, когда нескольким пользователям, находящимся на разных терминалах, требуется процессорное время для выполнения своих задач. Многие методы планирования, такие как циклическое планирование и планирование ближайшего задания, используются ОС с разделением времени.

ОС реального времени

Операционная система, которая гарантирует обработку событий или данных в реальном времени и предоставление результатов в течение установленного периода времени, называется real time OS. Это может быть однозадачность или многозадачность.

Распределенная ОС

Операционная система, которая управляет множеством компьютеров, но представляет пользователю интерфейс одного компьютера, называется distributed OS. Такой тип ОС требуется, когда вычислительные требования не могут быть удовлетворены одним компьютером и необходимо использовать больше систем. Взаимодействие с пользователем ограничено одной системой; это ОС, которая распределяет работу по нескольким системам, а затем представляет консолидированный результат, как если бы один компьютер работал над проблемой.

Популярные операционные системы

Изначально на компьютерах не было операционных систем. Каждой программе для правильной работы требовались полные аппаратные спецификации, так как управление процессором, памятью и устройством должно было осуществляться самими программами. Однако по мере развития сложного оборудования и более сложных прикладных программ операционные системы стали необходимы. По мере того как персональные компьютеры становились популярными среди частных лиц и малого бизнеса, спрос на стандартные операционные системы рос. Давайте посмотрим на некоторые из популярных в настоящее время операционных систем -

• Windows - Windows - это операционная система с графическим пользовательским интерфейсом, впервые разработанная Microsoft в 1985 году. Последней версией Windows является Windows 10. Windows используется почти на 88% ПК и ноутбуков по всему миру.

• Linux- Linux - это операционная система с открытым исходным кодом, которая в основном используется мэйнфреймами и суперкомпьютерами. Открытый исходный код означает, что его код доступен бесплатно, и каждый может разработать новую ОС на его основе.

• BOSS- Bharat Operating System Solutions - это индийский дистрибутив Linux, основанный на Debian, ОС. Он локализован для использования местных индийских языков. БОСС состоит из -

• Ядро Linux
• Пакет офисных приложений BharteeyaOO
• веб-браузер
• Электронная почта Thunderbird
• Приложение для чата Pidgim
• Приложения для обмена файлами
• Мультимедийные приложения

Мобильная ОС

Операционная система для смартфонов, планшетов и других мобильных устройств называется mobile OS. Некоторые из самых популярных ОС для мобильных устройств включают:

• Android- Эта ОС на базе Linux от Google - самая популярная мобильная ОС в настоящее время. Его используют почти 85% мобильных устройств.

• Windows Phone 7 - Это новейшая мобильная ОС, разработанная Microsoft.

• Apple iOS - Эта мобильная ОС - это ОС, разработанная Apple исключительно для собственных мобильных устройств, таких как iPhone, iPad и т. Д.

• Blackberry OS - Это ОС, используемая всеми мобильными устройствами Blackberry, такими как смартфоны и плейбуки.

Прикладное программное обеспечение, которое помогает ОС выполнять определенные специализированные задачи, называется служебным программным обеспечением. Давайте посмотрим на некоторые из самых популярных служебных программ.

Антивирус

Вирус можно определить как вредоносную программу, которая прикрепляется к основной программе и создает несколько своих копий, замедляя, повреждая или разрушая систему. Программное обеспечение, которое помогает ОС предоставлять пользователям свободную от вирусов среду, называетсяantivirus. Антивирус сканирует систему на наличие вирусов и в случае обнаружения избавляется от них, удаляя или изолируя. Он может обнаруживать многие типы вирусов, напримерboot virus, Trojan, worm, spyware, и т.д.

Когда к системе подключено любое внешнее запоминающее устройство, например USB-накопитель, антивирусное программное обеспечение сканирует его и выдает предупреждение при обнаружении вируса. Вы можете настроить свою систему на периодическое сканирование или сканирование, когда почувствуете в этом необходимость. Для защиты вашей системы от вирусов рекомендуется сочетание обоих методов.

Инструменты управления файлами

Как вы знаете, управление файлами - важная функция операционных систем, так как все данные и инструкции хранятся на компьютере в виде файлов. Служебные программы, обеспечивающие регулярные задачи управления файлами, такие как просмотр, поиск, обновление, предварительный просмотр и т. Д., Называются инструментами управления файлами.Windows Explorer в ОС Windows, Google desktop, Directory Opus, Double Commanderи т. д. являются примерами таких инструментов.

Инструменты сжатия

В компьютерных системах место для хранения всегда на первом месте. Поэтому операционные системы всегда ищут способы минимизировать объем дискового пространства, занимаемого файлами.Compression tools - это утилиты, которые помогают операционным системам сокращать файлы, чтобы они занимали меньше места. После сжатия файлы сохраняются в другом формате и не могут быть прочитаны или отредактированы напрямую. Его необходимо распаковать, прежде чем к нему можно будет получить доступ для дальнейшего использования. Некоторые из популярных инструментов сжатия:WinRAR, PeaZip, The Unarchiver, и т.д.

Очистка диска

Инструменты очистки диска помогают пользователям освободить дисковое пространство. Программа сканирует жесткие диски в поисках файлов, которые больше не используются, и освобождает место, удаляя их.

Дефрагментатор диска

Дефрагментатор диска - это disk management utility что увеличивает скорость доступа к файлам за счет изменения fragmented files на contiguous locations. Большие файлы разбиваются на фрагменты и могут храниться вnon-contiguousместоположения, если смежные недоступны. Когда к таким файлам обращается пользователь, скорость доступа низкая из-за фрагментации. Утилита дефрагментации диска сканирует жесткий диск и пытается собрать фрагменты файлов, чтобы их можно было хранить в смежных местах.

Резервное копирование

Утилита резервного копирования позволяет выполнять резервное копирование файлов, папок, баз данных или целых дисков. Резервные копии создаются, чтобы данные могли быть восстановлены в случае потери данных. Резервное копирование - это услуга, предоставляемая всеми операционными системами. В автономных системах резервное копирование может выполняться на том же или на другом диске. В случае сетевых систем резервное копирование может выполняться на резервных серверах.

Программное обеспечение, чье source code свободно распространяется с лицензией на изучение, изменение и дальнейшее распространение среди всех для любых целей называется open source software. Программное обеспечение с открытым исходным кодом, как правило, является коллективным усилием, когда преданные своему делу программисты улучшают исходный код и делятся изменениями внутри сообщества. Программное обеспечение с открытым исходным кодом предоставляет эти преимущества пользователям благодаря своим процветающим сообществам:

• Security
• Affordability
• Transparent
• Совместимость на нескольких платформах
• Гибкость благодаря настройкам
• Возможна локализация

Бесплатное ПО

Программное обеспечение, которое доступно бесплатно для использования и распространения, но не может быть изменено, поскольку его исходный код недоступен, называется freeware. Примеры бесплатных программ: Google Chrome, Adobe Acrobat PDF Reader, Skype и т. Д.

Условно-бесплатное ПО

Программное обеспечение, которое изначально является бесплатным и может быть распространено среди других, но требует оплаты по истечении установленного периода времени. shareware. Его исходный код также недоступен и, следовательно, не может быть изменен.

Проприетарное программное обеспечение

Программное обеспечение, которое можно использовать только после получения лицензии от разработчика после оплаты, называется proprietary software. Частное лицо или компания могут владеть таким проприетарным программным обеспечением. Его исходный код часто строго охраняется в секрете и может иметь серьезные ограничения, такие как -

• Дальнейшего распространения нет
• Количество пользователей, которые могут его использовать
• Тип компьютера, на котором он может быть установлен, например, многозадачный или однопользовательский и т. Д.

Например, Microsoft Windows - это проприетарное операционное программное обеспечение, которое поставляется во многих редакциях для различных типов клиентов, таких как однопользовательские, многопользовательские, профессиональные и т. д.

Прикладное программное обеспечение, которое помогает пользователям выполнять обычные офисные задания, такие как создание, обновление и обслуживание документов, обработка больших объемов данных, создание презентаций, планирование и т. Д., Называется офисными инструментами. Использование офисных инструментов экономит время и силы, а множество повторяющихся задач можно легко выполнять. Вот некоторые из программ, которые это делают -

• Текстовые процессоры
• Spreadsheets
• Системы баз данных
• Программное обеспечение для презентаций
• Инструменты электронной почты

Давайте рассмотрим некоторые из них подробнее.

Текстовый редактор

Программное обеспечение для создания, хранения и обработки текстовых документов называется текстовым процессором. Некоторые распространенные текстовые редакторы - MS-Word, WordPad, WordPerfect, Google docs и т. Д.

Текстовый процессор позволяет:

• Создавать, сохранять и редактировать документы
• Форматировать свойства текста, такие как шрифт, выравнивание, цвет шрифта, цвет фона и т. Д.
• Проверить орфографию и грамматику
• Добавить изображения
• Добавьте верхний и нижний колонтитулы, установите поля страницы и вставьте водяные знаки

Таблица

Электронная таблица - это программное обеспечение, которое помогает пользователям обрабатывать и анализировать табличные данные. Это компьютеризированный бухгалтерский инструмент. Данные всегда вводятся вcell (пересечение row и column), формулы и функции для обработки группы ячеек легко доступны. Некоторые из популярных программ для работы с электронными таблицами включают MS-Excel, Gnumeric, Google Sheets и т. Д. Вот список действий, которые можно выполнять с помощью программного обеспечения для работы с электронными таблицами:

• Простые вычисления, такие как сложение, среднее значение, подсчет и т. Д.
• Подготовка диаграмм и графиков по группе связанных данных
• Ввод данных
• Форматирование данных
• Форматирование ячеек
• Расчеты на основе логических сравнений

Инструмент презентации

Presentation tool позволяет пользователю демонстрировать информацию, разбитую на небольшие фрагменты и расположенные на страницах, называемых slides. Серия слайдов, которые представляют собой последовательную идею для аудитории, называетсяpresentation. Слайды могут содержать текст, изображения, таблицы, аудио, видео или другую мультимедийную информацию, расположенную на них. MS-PowerPoint, OpenOffice Impress, Lotus Freelance и т. Д. - некоторые популярные инструменты для презентаций.

Система управления базами данных

Программное обеспечение, управляющее storage, updating и retrieval данных путем создания баз данных называется database management system. Некоторые популярные инструменты управления базами данных: MS-Access, MySQL, Oracle, FoxPro и т. Д.

В зависимости от использования программное обеспечение может быть generic или же specific. Generic softwareэто программное обеспечение, которое может выполнять несколько задач в разных сценариях без изменений. Например, любой текстовый редактор может быть использован для создания различных типов документов, таких как отчет, технический документ, учебные материалы и т. Д.Specific Программное обеспечение - это программное обеспечение для конкретного приложения, такого как система бронирования железнодорожных билетов, прогноз погоды и т. д. Давайте рассмотрим несколько примеров инструментов для конкретных областей.

Система управления школой

Система управления школой обрабатывает различные виды деятельности школы, такие как экзамены, посещаемость, прием, оплата студентов, расписание, подготовка учителей и т. Д.

Управление запасами

Управление несколькими видами деятельности, такими как покупка, продажа, заказ, доставка, обслуживание запасов и т. Д., Связанных с сырьевыми или переработанными товарами в любом бизнесе, называется управлением запасами. Программное обеспечение для управления запасами гарантирует, что запасы никогда не будут ниже установленных лимитов, а закупки / поставки будут произведены вовремя.

Программное обеспечение для расчета заработной платы

Программное обеспечение для расчета заработной платы выполняет полные расчеты заработной платы сотрудников, заботясь об отпусках, бонусах, ссудах и т.д.

Финансовый учет

Программное обеспечение для управления финансами ведет электронный учет всех финансовых операций организации. Он имеет множество функциональных глав, таких как дебиторская и кредиторская задолженность, ссуды, заработная плата и т. Д.

Управление рестораном

Программное обеспечение для управления рестораном помогает менеджерам ресторанов отслеживать уровни запасов, ежедневные заказы, управление клиентами, планирование сотрудников, резервирование столиков и т. Д.

Система бронирования железнодорожных билетов

Система бронирования железных дорог - это программное обеспечение, которое обрабатывает несколько модулей, таких как маршруты поездов, управление поездом, бронирование мест, бронирование еды, обслуживание поездов, статус поезда, туристические пакеты и т. Д.

Система прогнозирования погоды

Система прогнозирования погоды - это программное обеспечение в режиме реального времени, которое предсказывает погоду в определенном месте путем сбора большого количества данных в реальном времени об атмосферной температуре, влажности, уровне ветра и т. Д. Оно используется для предсказания крупных бедствий, таких как землетрясения, ураганы, цунами и т. Д.

Техника представления чисел и работы с ними называется number system. Decimal number systemэто самая распространенная система счисления. Другие популярные системы счисления включают binary number system, octal number system, hexadecimal number system, и т.п.

Десятичная система счисления

Десятичная система счисления - это base 10система счисления, имеющая 10 цифр от 0 до 9. Это означает, что с помощью этих 10 цифр может быть представлена ​​любая числовая величина. Десятичная система счисления также являетсяpositional value system. Это означает, что значение цифры будет зависеть от ее положения. Давайте рассмотрим пример, чтобы понять это.

Допустим, у нас есть три числа - 734, 971 и 207. Значение 7 во всех трех числах разное -

• В 734 значение 7 равно 7 сотням, или 700, или 7 × 100, или 7 × 10 ^2.
• В 971 году значение 7 равно 7 десятков или 70, или 7 × 10, или 7 × 10 ^1.
• В 207 значение 0f 7 равно 7 единиц, или 7, или 7 × 1, или 7 × 10 ^0.

Вес каждой позиции можно представить следующим образом:

В цифровых системах инструкции передаются с помощью электрических сигналов; изменение осуществляется изменением напряжения сигнала. Наличие 10 различных напряжений для реализации десятичной системы счисления в цифровом оборудовании затруднительно. Таким образом, было разработано множество систем счисления, которые легче внедрить в цифровую форму. Давайте рассмотрим их подробнее.

Двоичная система счисления

Самый простой способ изменять инструкции с помощью электрических сигналов - это система с двумя состояниями - включено и выключено. Включено представлено как 1, а выключено как 0, хотя 0 на самом деле не сигнал, а сигнал при более низком напряжении. Система счисления, состоящая только из этих двух цифр - 0 и 1 - называетсяbinary number system.

Каждую двоичную цифру также называют bit. Двоичная система счисления также является системой позиционных значений, где каждая цифра имеет значение, выраженное в степени 2, как показано здесь.

В любом двоичном числе самая правая цифра называется least significant bit (LSB) а крайняя левая цифра называется most significant bit (MSB).

А десятичный эквивалент этого числа - сумма произведения каждой цифры на ее позиционное значение.

11010 ₂ = 1 × 2 ⁴ + 1 × 2 ³ + 0 × 2 ² + 1 × 2 ¹ + 0 × 2 ⁰

= 16 + 8 + 0 + 2 + 0

= 26 ₁₀

Компьютерная память измеряется количеством бит, которое она может хранить. Вот диаграмма преобразования объема памяти.

• 1 байт (B) = 8 бит
• 1 килобайт (КБ) = 1024 байта
• 1 мегабайт (МБ) = 1024 КБ
• 1 гигабайт (ГБ) = 1024 МБ
• 1 терабайт (ТБ) = 1024 ГБ
• 1 эксабайт (ЭБ) = 1024 ПБ
• 1 зеттабайт = 1024 ЭБ
• 1 йоттабайт (YB) = 1024 ZB

Восьмеричная система счисления

Octal number system имеет восемь цифр - 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6 и 7. Восьмеричная система счисления также является системой позиционных значений, где каждая цифра имеет свое значение, выраженное в степенях 8, как показано здесь -

Десятичный эквивалент любого восьмеричного числа - это сумма произведения каждой цифры на ее позиционное значение.

726 ₈ = 7 × 8 ² + 2 × 8 ¹ + 6 × 8 ⁰

= 448 + 16 + 6

= 470 ₁₀

Шестнадцатеричная система счисления

Octal number system имеет 16 символов - от 0 до 9 и от A до F, где A равно 10, B равно 11 и так далее до F. Шестнадцатеричная система счисления также является системой позиционных значений, где каждая цифра имеет свое значение, выраженное в степени 16. , как показано здесь -

Десятичный эквивалент любого шестнадцатеричного числа - это сумма произведения каждой цифры на ее позиционное значение.

27FB ₁₆ = 2 × 16 ³ + 7 × 16 ² + 15 × 16 ¹ + 10 × 16 ⁰

= 8192 + 1792 + 240 +10

= 10234 ₁₀

Взаимосвязь системы счисления

В следующей таблице показано соотношение между десятичной, двоичной, восьмеричной и шестнадцатеричной системами счисления.

ШЕСТИГРАННЫЙ	ДЕСЯТИЧНЫЙ	Восьмеричный	БИНАРНЫЙ
0	0	0	0000
1	1	1	0001
2	2	2	0010
3	3	3	0011
4	4	4	0100
5	5	5	0101
6	6	6	0110
7	7	7	0111
8	8	10	1000
9	9	11	1001
А	10	12	1010
B	11	13	1011
C	12	14	1100
D	13	15	1101
E	14	16	1110
F	15	17	1111

ASCII

Помимо числовых данных, компьютер должен уметь обрабатывать алфавиты, знаки препинания, математические операторы, специальные символы и т. Д., Которые образуют полный набор символов английского языка. Полный набор знаков или символов называется буквенно-цифровыми кодами. Полный буквенно-цифровой код обычно включает:

• 26 заглавных букв
• 26 строчных букв
• 10 цифр
• 7 знаков препинания
• От 20 до 40 специальных символов

Теперь компьютер понимает только числовые значения независимо от используемой системы счисления. Таким образом, все символы должны иметь числовой эквивалент, называемый буквенно-цифровым кодом. Наиболее широко используемый буквенно-цифровой код - это американский стандартный код для обмена информацией (ASCII). ASCII - это 7-битный код, который имеет 128 (27) возможных кодов.

ISCII

ISCII означает Indian Script Code for Information Interchange. IISCII был разработан для поддержки индийских языков на компьютере. Язык, поддерживаемый IISCI, включает деванагари, тамильский, бангла, гуджарати, гурмукхи, тамильский, телугу и т.д.Unicode был представлен.

Unicode

Unicode - это международная система кодирования, предназначенная для использования с разными языковыми сценариями. Каждому символу или символу присваивается уникальное числовое значение, в основном в рамках ASCII. Раньше у каждого скрипта была своя система кодирования, которая могла конфликтовать друг с другом.

Напротив, это то, на что официально стремится Unicode - Unicode предоставляет уникальный номер для каждого символа, независимо от платформы, независимо от того, какая программа, независимо от языка .

Как вы знаете, десятичная, двоичная, восьмеричная и шестнадцатеричная системы счисления являются системами счисления с позиционными значениями. Чтобы преобразовать двоичное, восьмеричное и шестнадцатеричное число в десятичное, нам просто нужно сложить произведение каждой цифры с ее позиционным значением. Здесь мы узнаем о других преобразованиях среди этих систем счисления.

Десятичное в двоичное

Десятичные числа можно преобразовать в двоичные путем повторного деления числа на 2 при записи остатка. Давайте рассмотрим пример, чтобы увидеть, как это происходит.

Остатки следует читать снизу вверх, чтобы получить двоичный эквивалент.

43 ₁₀ = _{10 10} 11 ₂

Десятичное в восьмеричное

Десятичные числа можно преобразовать в восьмеричные путем повторного деления числа на 8 при записи остатка. Давайте рассмотрим пример, чтобы увидеть, как это происходит.

Читая остатки снизу вверх,

473 ₁₀ = 731 ₈

Десятичное в шестнадцатеричное

Десятичные числа можно преобразовать в восьмеричные путем повторного деления числа на 16 при записи остатка. Давайте рассмотрим пример, чтобы увидеть, как это происходит.

Читая остатки снизу вверх, получаем,

423 ₁₀ = 1А7 ₁₆

Двоичный в восьмеричный и наоборот

Чтобы преобразовать двоичное число в восьмеричное, выполните следующие действия:

• Начиная с младшего бита, объедините в группы по три бита.

• Если при создании групп на один или два бита меньше, после самого старшего бита можно добавить 0.

• Преобразуйте каждую группу в эквивалентное восьмеричное число

Давайте рассмотрим пример, чтобы понять это.

1011001010 ₁₂ = 2625 ₈

Чтобы преобразовать восьмеричное число в двоичное, каждая восьмеричная цифра преобразуется в свой 3-битный двоичный эквивалент в соответствии с этой таблицей.

Восьмеричная цифра	0	1	2	3	4	5	6	7
Двоичный эквивалент	000	001	010	011	100	101	110	111

54673 ₈ = 101100110111011 ₂

Из двоичного в шестнадцатеричный

Чтобы преобразовать двоичное число в шестнадцатеричное, выполните следующие действия:

• Начиная с младшего разряда, объедините четыре бита в группы.

• Если при создании групп на один или два бита меньше, после самого старшего бита можно добавить нули.

• Преобразуйте каждую группу в эквивалентное восьмеричное число.

Давайте рассмотрим пример, чтобы понять это.

10110110101 ₂ = DB5 ₁₆

Чтобы преобразовать восьмеричное число в двоичное, каждая восьмеричная цифра преобразуется в свой 3-битный двоичный эквивалент.

Microprocessorэто мозг компьютера, который делает всю работу. Это компьютерный процессор, который объединяет все функции ЦП (центрального процессора) на одной ИС (интегральной схеме) или, самое большее, на нескольких ИС. Впервые микропроцессоры были представлены в начале 1970-х годов. 4004 был первым микропроцессором общего назначения, который Intel использовала при создании персональных компьютеров. Появление недорогих микропроцессоров общего назначения сыграло важную роль в развитии современного общества.

Подробно изучим характеристики и составные части микропроцессора.

Характеристики микропроцессоров

Микропроцессоры - это многоцелевые устройства, которые могут быть разработаны для общих или специализированных функций. Микропроцессоры ноутбуков и смартфонов являются универсальными, тогда как микропроцессоры, предназначенные для графической обработки или машинного зрения, являются специализированными. Есть некоторые характеристики, общие для всех микропроцессоров.

Это наиболее важные определяющие характеристики микропроцессора -

• Тактовая частота
• Набор инструкций
• Размер слова

Тактовая частота

Каждый микропроцессор имеет internal clockкоторый регулирует скорость, с которой он выполняет инструкции, а также синхронизирует его с другими компонентами. Скорость, с которой микропроцессор выполняет инструкции, называетсяclock speed. Тактовые частоты измеряются в МГц или ГГц, где 1 МГц означает 1 миллион циклов в секунду, а 1 ГГц - 1 миллиард циклов в секунду. Здесь цикл относится к одному циклу электрического сигнала.

В настоящее время микропроцессоры имеют тактовую частоту в диапазоне 3 ГГц, что является максимумом, которого может достичь современная технология. При более высоких скоростях выделяется достаточно тепла, чтобы повредить сам чип. Чтобы преодолеть это, производители используют несколько процессоров, работающих параллельно на кристалле.

Размер слова

Количество битов, которые могут быть обработаны процессором в одной инструкции, называется его word size. Размер слова определяет объем оперативной памяти, к которой можно получить доступ за один раз, и общее количество контактов микропроцессора. Общее количество входных и выходных контактов, в свою очередь, определяет архитектуру микропроцессора.

Первый коммерческий микропроцессор Intel 4004 был 4-битным процессором. У него было 4 входных контакта и 4 выходных контакта. Количество выходных контактов всегда равно количеству входных контактов. В настоящее время большинство микропроцессоров используют 32-битную или 64-битную архитектуру.

Набор инструкций

Команда, отданная цифровой машине на выполнение операции с фрагментом данных, называется instruction. Базовый набор команд машинного уровня, для выполнения которых предназначен микропроцессор, называется егоinstruction set. Эти инструкции действительно выполняют следующие типы операций -

• Обмен данными
• Арифметические операции
• Логические операции
• Поток управления
• Ввод / вывод и управление машиной

Компоненты микропроцессора

По сравнению с первыми микропроцессорами, сегодняшние процессоры очень малы, но все же они имеют эти базовые части прямо из первой модели -

• CPU
• Bus
• Memory

Процессор

ЦП изготовлен как очень крупномасштабная интегральная схема (СБИС) и имеет следующие части:

• Instruction register - Он содержит инструкцию, которую нужно выполнить.

• Decoder - Он декодирует (преобразует в язык машинного уровня) инструкцию и отправляет ее в АЛУ (Арифметико-логический блок).

• ALU - Он имеет необходимые схемы для выполнения арифметических, логических операций, операций с памятью, регистрами и программной последовательности.

• Register- Содержит промежуточные результаты, полученные при обработке программы. Регистры используются для хранения таких результатов, а не RAM, потому что доступ к регистрам почти в 10 раз быстрее, чем доступ к RAM.

Автобус

Соединительные линии, используемые для соединения внутренних частей микросхемы микропроцессора, называются шиной. В микропроцессоре есть три типа шин:

• Data Bus- Линии, по которым данные передаются в память и из памяти, называются шиной данных. Это двунаправленная шина, ширина которой равна длине слова микропроцессора.

• Address Bus - Это однонаправленный, отвечающий за перенос адреса ячейки памяти или порта ввода / вывода от ЦП в память или порт ввода / вывода.

• Control Bus - Линии, несущие управляющие сигналы, например clock signals, interrupt signal или же ready signalназываются шиной управления. Они двунаправленные. Сигнал, означающий, что устройство готово к обработке, называетсяready signal. Сигнал, который указывает устройству прервать его процесс, называетсяinterrupt signal.

объем памяти

Микропроцессор имеет два типа памяти

• RAM- Оперативная память - это энергозависимая память, которая стирается при отключении питания. Все данные и инструкции хранятся в оперативной памяти.

• ROM- Память только для чтения - это энергонезависимая память, данные которой остаются неизменными даже после отключения питания. Микропроцессор может читать с него в любое время, но не может писать в него. Он предварительно запрограммирован производителем с наиболее важными данными, такими как последовательность загрузки.

Первый микропроцессор, представленный в 1971 году, был 4-битным микропроцессором с памятью 4-5 КБ и имел набор из 45 инструкций. За последние 5 десятилетий скорость микропроцессора удваивалась каждые два года, как предсказал Гордон Мур, соучредитель Intel. Современные микропроцессоры могут получить доступ к 64 ГБ памяти. В зависимости от объема данных, которые могут обрабатывать микропроцессоры, они относятся к следующим категориям:

• 8-bit
• 16-bit
• 32-bit
• 64-bit

Размер набора команд - еще одно важное соображение при классификации микропроцессоров. Первоначально микропроцессоры имели очень маленькие наборы инструкций, потому что сложное оборудование было дорогим и сложным в сборке.

По мере развития технологий, направленных на преодоление этих проблем, добавлялись все более и более сложные инструкции для увеличения функциональности микропроцессора. Однако вскоре стало ясно, что наличие больших наборов инструкций контрпродуктивно, поскольку многие инструкции, которые редко использовались, простаивали в драгоценном пространстве памяти. Таким образом, старая школа мысли, которая поддерживала меньшие наборы инструкций, стала популярной.

Давайте узнаем больше о двух типах микропроцессоров на основе их набора команд.

RISC

RISC означает Reduced Instruction Set Computers. Он имеет небольшой набор оптимизированных инструкций. Сложные инструкции также реализуются с использованием более простых инструкций, что уменьшает размер набора инструкций. Философия проектирования RISC включает следующие основные моменты:

• Количество инструкций должно быть минимальным.
• Инструкции должны быть одинаковой длины.
• Следует использовать простые режимы адресации.
• Уменьшите количество обращений к памяти для извлечения операндов путем добавления регистров

Некоторые из методов, используемых архитектурой RISC, включают:

• Pipelining- Последовательность инструкций выбирается, даже если это означает перекрытие инструкций при выборке и выполнении.

• Single cycle execution - Для выполнения большинства инструкций RISC требуется один цикл ЦП.

Примеры процессоров RISC: Intel P6, Pentium4, AMD K6 и K7 и т. Д.

CISC

CISC означает Complex Instruction Set Computers. Он поддерживает сотни инструкций. Компьютеры, поддерживающие CISC, могут выполнять широкий спектр задач, что делает их идеальными для персональных компьютеров. Это некоторые характеристики архитектуры CISC -

• Большой набор инструкций
• Инструкции имеют переменную длину
• Сложные режимы адресации
• Инструкции занимают более одного такта
• Хорошо работать с более простыми компиляторами

Примеры процессоров CISC: Intel 386 и 486, Pentium, Pentium II и III, Motorola 68000 и т. Д.

ЭПИЧЕСКИЙ

EPIC означает Explicitly Parallel Instruction Computing. Это компьютерная архитектура, которая представляет собой нечто среднее между RISC и CISC, пытаясь предоставить лучшее из обоих. Его важные особенности включают в себя -

• Параллельные инструкции, а не фиксированная ширина
• Механизм связи плана выполнения компилятора с оборудованием
• Программы должны иметь последовательную семантику

Некоторые процессоры EPIC - это Intel IA-64, Itanium и т. Д.

В компьютерах требуется память для хранения данных и инструкций. Память физически организована как большое количество ячеек, каждая из которых может хранить один бит. Логически они организованы как группы битов, называемыеwordsкоторым присвоен адрес. Доступ к данным и инструкциям осуществляется через этиmemory address. Скорость доступа к этим адресам памяти определяет стоимость памяти. Чем быстрее скорость памяти, тем дороже цена.

Можно сказать, что компьютерная память организована иерархически, где память с самой высокой скоростью доступа и самыми высокими затратами находится наверху, тогда как память с самой низкой скоростью и, следовательно, самой низкой стоимостью находится внизу. По этому критерию память бывает двух типов -primary и secondary. Здесь мы подробно рассмотрим первичную память.

Основные особенности первичной памяти, которые отличают ее от вторичной памяти:

• К нему обращается напрямую процессор
• Это самая быстрая память из доступных
• Каждое слово сохраняется, а также
• Он нестабилен, т.е. его содержимое теряется при отключении питания.

Поскольку первичная память стоит дорого, разработаны технологии, позволяющие оптимизировать ее использование. Это широкие типы доступной первичной памяти.

баран

RAM означает Random Access Memory. Процессор обращается ко всем адресам памяти напрямую, независимо от длины слова, что ускоряет хранение и поиск. ОЗУ - самая быстрая доступная память и, следовательно, самая дорогая. Эти два фактора подразумевают, что оперативная память доступна в очень небольших количествах - до 1 ГБ. ОЗУ непостоянно, но я могу принадлежать к любому из этих двух типов

DRAM (динамическое ОЗУ)

Каждая ячейка памяти в DRAM состоит из одного транзистора и одного конденсатора, в которых хранится один бит данных. Однако эта ячейка начинает терять заряд и, следовательно, данные сохраняются менее чем за тысячную долю секунды. Поэтому его нужно обновлять тысячу раз в секунду, что требует процессорного времени. Однако из-за небольшого размера каждой ячейки одна DRAM может иметь большое количество ячеек. Первичная память большинства персональных компьютеров сделана из DRAM.

SRAM (SRAM)

Каждая ячейка в SRAM состоит из триггера, в котором хранится один бит. Он сохраняет свой бит до тех пор, пока не будет включен источник питания, и его не нужно обновлять, как DRAM. Он также имеет более короткие циклы чтения-записи по сравнению с DRAM. SRAM используется в специализированных приложениях.

ПЗУ

ROM означает Read Only Memory. Как следует из названия, ПЗУ может быть прочитано только процессором. Новые данные нельзя записать в ПЗУ. Данные, которые необходимо сохранить в ПЗУ, записываются на этапе производства. Они содержат данные, которые не нужно изменять, например последовательность загрузки компьютера или алгоритмические таблицы для математических приложений. ПЗУ медленнее и, следовательно, дешевле ОЗУ. Он сохраняет свои данные даже при отключении питания, т.е. он энергонезависим. ПЗУ нельзя изменить так, как можно изменить ОЗУ, но доступны технологии для программирования этих типов ПЗУ -

PROM (программируемое ПЗУ)

PROM может быть запрограммирован с помощью специального аппаратного устройства, называемого программатором PROM или устройством записи PROM.

EPROM (стираемое программируемое ПЗУ)

EPROM можно стереть, а затем запрограммировать с помощью специальных электрических сигналов или УФ-лучей. EPROM, которые можно стереть с помощью УФ-лучей, называются UVEPROM, а те, которые можно стереть с помощью электрических сигналов, называются EEPROM. Однако обрабатывать электрические сигналы проще и безопаснее, чем УФ-лучи.

Кэш-память

Небольшой фрагмент высокоскоростной энергозависимой памяти, доступной процессору для быстрой обработки, называется cache memory. Кэш может быть зарезервированной частью основной памяти, другой микросхемой на ЦП или независимым высокоскоростным запоминающим устройством. Кэш-память состоит из быстродействующих SRAM. Процесс сохранения некоторых данных и инструкций в кэш-памяти для более быстрого доступа называетсяcaching. Кэширование выполняется, когда набор данных или инструкций обращается снова и снова.

Когда процессору нужны какие-либо данные или инструкции, он сначала проверяет кеш. Если он там недоступен, то осуществляется доступ к основной памяти и, наконец, к дополнительной памяти. Поскольку кеш имеет очень высокую скорость, время, затрачиваемое на каждый раз доступ к нему, незначительно по сравнению с временем, сэкономленным, если данные действительно находятся в кеше. Поиск данных или инструкций в кеше называетсяcache hit.

Вы знаете, что память процессора, также известная как первичная память, дорога и ограничена. Более быстрая первичная память также является энергозависимой. Если нам нужно постоянно хранить большой объем данных или программ, нам нужна более дешевая и постоянная память. Такая память называетсяsecondary memory. Здесь мы обсудим вторичные устройства памяти, которые можно использовать для хранения большого количества данных, аудио, видео и мультимедийных файлов.

Характеристики вторичной памяти

Вот некоторые характеристики вторичной памяти, которые отличают ее от первичной памяти:

• Он энергонезависим, т.е. сохраняет данные при отключении питания.
• Это большие емкости на тонну терабайт
• Дешевле по сравнению с основной памятью

В зависимости от того, является ли вторичное запоминающее устройство частью ЦП или нет, существует два типа вторичной памяти - фиксированная и съемная.

Давайте посмотрим на некоторые из доступных вторичных запоминающих устройств.

Накопитель на жестком диске

Жесткий диск состоит из серии круглых дисков, называемых platters расположены один над другим на расстоянии почти ½ дюйма вокруг spindle. Диски изготовлены из немагнитного материала, такого как алюминиевый сплав, и покрыты магнитным материалом толщиной 10-20 нм.

Стандартный диаметр этих дисков составляет 14 дюймов, и они вращаются со скоростью от 4200 об / мин (оборотов в минуту) для персональных компьютеров до 15000 об / мин для серверов. Данные сохраняются путем намагничивания или размагничивания магнитного покрытия. Магнитный считыватель используется для чтения и записи данных на диски. Типичный современный жесткий диск имеет емкость в терабайтах (ТБ).

CD привод

CD означает Compact Disk. Компакт-диски - это круглые диски, которые используют оптические лучи, обычно лазеры, для чтения и записи данных. Они очень дешевы, так как вы можете получить 700 МБ дискового пространства менее чем за доллар. Компакт-диски вставляются в приводы компакт-дисков, встроенные в шкаф ЦП. Они портативны, так как вы можете извлечь привод, извлечь компакт-диск и носить его с собой. Есть три типа компакт-дисков -

• CD-ROM (Compact Disk – Read Only Memory)- Данные на этих компакт-дисках записаны производителем. Проприетарное программное обеспечение, аудио или видео выпускаются на CD-ROM.

• CD-R (Compact Disk – Recordable)- Данные могут быть записаны пользователем один раз на CD-R. Его нельзя удалить или изменить позже.

• CD-RW (Compact Disk – Rewritable) - Данные можно записывать и удалять на этих оптических дисках снова и снова.

DVD-привод

DVD означает Digital Video Display. DVD - это оптические устройства, которые могут хранить в 15 раз больше данных, чем компакт-диски. Обычно они используются для хранения мультимедийных файлов с большим объемом памяти. DVD также бывают трех видов: только для чтения, записываемые и перезаписываемые.

Pen Drive

Флеш-накопитель - это портативное запоминающее устройство, в котором для записи данных используется твердотельная память, а не магнитные поля или лазеры. Он использует технологию, аналогичную оперативной памяти, за исключением того, что она энергонезависима. Его еще называют USB-накопитель, ключевой накопитель или флеш-память.

Диск Blu Ray

Blu Ray Disk (BD) - это оптический носитель, используемый для хранения видео высокой четкости (HD) и других мультимедийных файлов. BD использует более коротковолновый лазер по сравнению с CD / DVD. Это позволяет записывающему рычагу более плотно фокусироваться на диске и, следовательно, упаковывать больше данных. BD-диски могут хранить до 128 ГБ данных.

Точка подключения, которая действует как интерфейс между компьютером и внешними устройствами, такими как мышь, принтер, модем и т. Д., Называется port. Порты бывают двух типов -

• Internal port - Он соединяет материнскую плату с внутренними устройствами, такими как жесткий диск, CD-привод, внутренний модем и т. Д.

• External port - Он соединяет материнскую плату с внешними устройствами, такими как модем, мышь, принтер, флешки и т. Д.

Давайте посмотрим на некоторые из наиболее часто используемых портов.

Серийный порт

Последовательные порты передают данные последовательно, по одному биту за раз. Таким образом, им нужен только один провод для передачи 8 бит. Однако это также делает их медленнее. Последовательные порты обычно представляют собой 9-контактные или 25-контактные штекерные разъемы. Они также известны как порты COM (коммуникационные) или порты RS323C.

Параллельный порт

Параллельные порты могут отправлять или получать 8 бит или 1 байт за раз. Параллельные порты выполнены в виде 25-контактных гнездовых контактов и используются для подключения принтера, сканера, внешнего жесткого диска и т. Д.

Порт USB

USB - это универсальная последовательная шина. Это промышленный стандарт для передачи цифровых данных на короткие расстояния. Порт USB - это стандартизированный порт для подключения различных устройств, таких как принтер, камера, клавиатура, динамик и т. Д.

Порт PS-2

PS / 2 означает Personal System/2. Это стандартный 6-контактный порт с гнездом, который подключается к штекерному кабелю mini-DIN. PS / 2 был представлен IBM для подключения мыши и клавиатуры к персональным компьютерам. Этот порт сейчас в основном устарел, хотя некоторые системы, совместимые с IBM, могут иметь этот порт.

Инфракрасный порт

Infrared portэто порт, который обеспечивает беспроводной обмен данными в радиусе 10 метров. Два устройства с инфракрасными портами расположены напротив друг друга, чтобы лучи инфракрасного света можно было использовать для обмена данными.

Порт Bluetooth

Bluetooth- это телекоммуникационная спецификация, которая упрощает беспроводное соединение между телефонами, компьютерами и другими цифровыми устройствами через беспроводное соединение малого радиуса действия. Порт Bluetooth обеспечивает синхронизацию между устройствами с поддержкой Bluetooth. Есть два типа портов Bluetooth -

• Incoming - Используется для получения соединения от устройств Bluetooth.

• Outgoing - Он используется для запроса подключения к другим устройствам Bluetooth.

Порт FireWire

FireWire - это стандарт интерфейса Apple Computer для обеспечения высокоскоростной связи с использованием последовательной шины. Он также называется IEEE 1394 и используется в основном для аудио и видео устройств, таких как цифровые видеокамеры.