М.Гук - Аппаратные средства IBM PC, энциклопедия, страница 8

Через шины ввода-вывода проходят все обращения центрального процессора (ЦП) к периферии. К шинам ввода-вывода подключаются контроллеры и адаптеры периферийных устройств или их интерфейсов. Адаптер является средством сопряжения какого-либо устройства с какой-либо шиной или интерфейсом компьютера. Контроллер служит тем же целям сопряжения, но при этом подразумевается его некоторая активность — способность к самостоятельным действиям после получения команд от обслуживающей его г Это понятие в ряде источников отождествляют с системной шиной, ио в данной кинге будем пользоваться более широким толкованием понятия «системная шинам г Систему двухточечных соединений РС! Ехргезз шиной называть не совсем корректно, но она обеспечивает ту же функциональность, что и предшествующие ей шины расширения.

зз 1.7. П ограммное обеспечение программы. Сложный контроллер может иметь в своем составе н собственный процессор. На эти тонкости терминологии не всегда обращают внимание, и понятия «адаптер» и «контроллер» считают почти синонимами. Для взаимодействия с периферийными устройствами процессор обращается к регистрам контроллера (адаптера), «представляющего интересы» подключенных к нему устройств. Часть перфиерийных устройств (ПУ) совмещена со своими контроллерами (адаптерами), как, например, сетевой адаптер ЕФЬегпеФ, подключенный к шине РС1. Другие же ПУ подключаются к своим контроллерам через промежуточные периферийные интерфейсы, находящиеся на нижнем уровне иерархии подключений.

Периферийные интерфейсы — самые разнообразные из всех аппаратных интерфейсов. К периферии, подключаемой через промежуточные интерфейсы, относится большинство устройств хранения (дисковые, ленточные), устройств ввода-вывода (дисплеи, клавиатуры, мыши, принтеры, плоттеры), ряд коммуникационных устройств (внешние модемы). Для взаимодействия с программой (с помощью процессора или сопроцессоров) адаптеры и контроллеры обычно имеют регистры ввода-вывода, управления и состояния, которые могут располагаться либо в адресном пространстве памяти, либо в пространстве портов ввода-вывода.

Кроме того, используются механизмы аппаратных прерываний для сигнализации программе о событиях, происходящих в периферийных устройствах. Для обмена информацией с устройствами применяют также механизмы прямого доступа к памяти (Р1гесг Мепюгу Асеев, РМА) и прямого управления шиной. Контроллер, который способен инициировать транзакции на системной шине, является активным компонентом компьютера. С помощью транзакций он может обращаться к другим устройствам (точнее, их контроллерам или адаптерам), обеспечивая равноранговое взаимодействие. Чаще всего ограничиваются взаимодействием контроллера с системной памятью (это проще). 1.7.

Программное обеспечение Ранее в общих чертах было рассмотрено устройство компьютера (естественно, подразумевается наличие корпуса с блоком питания). Однако этот набор «железок» не имеет практической ценности без программного обеспечения (ПО), которое в компьютере имеет многоуровневую организацию. Неотъемлемой от компьютера частью программного обеспечения является базовая система ввода-вывода (Ваз)с 1прпг-Опгрпг Бузсеш, В103), которая хранится в постоянной (энергонезависимой) памяти КОМ В103 (ПЗУ базовой системы ввода-вывода). В КОМ В10Б находится программа инициализации, называемая РОБТ (Роя егОп Бе!1 Тезг — самотестирование по включению), которая обеспечивает тестирование и запуск компьютера при включении, а также загрузку операционной системы. В КОМ В103 содержатся процедуры для работы со стандартными устройствами, реализующие связь операционной системы и прикладных программ с аппаратными средствами компьютера.

В103 предоставляет такие сервисы, как ввод символа с клавиатуры, вывод на экран или принтер, чтение-запись сектора на диске и ряд других (см. главу 5). В105 нахо- 34 Глава 1. Основы компьютерной техники дится на самым нижнем уровне ПО, который обеспечивает изоляцию вышестоящих уровней от подробностей реализации аппаратных средств компьютера. В КОМ В10З имеется также утилита СМОЗ ЗеФир, обеспечивающая настройку аппаратных средств компьютера.

Следующий уровень — операционная система (ОС), основным назначением которой является загрузка прикладных программ и предоставление им некоторых сервисов. Сервисы ОС функционируют на более высоком уровне — если В10З работает с физическими устройствами, то ОС предоставляет возможность работы на логическом уровне. Сервисы ОС, обслуживающие стандартные устройства, могут обращаться к соответствующим сервисам В108; они расширяют функциональность сервисов В10З, а также выполняют обработку ошибок физических устройств. ОС может работать с системными устройствами и в обход В10З, через собственные драйверы.

В МЗ-ПОЗ все сервисы ОС обслуживались через В10З, что обеспечивало высокий уровень совместимости и переносимости ПО с машины на машину, но ценой невысокой эффективности. Более современные ОС работают в обход В10З вЂ” это эффективнее с точки зрения производительности, но осложняет переносимость ПО. ОС ведает распределением системных ресурсов. На устройствах хранения она организует файловую систему. Операционная система, как правило, загружается с устройства внешней памяти (локального или сетевого диска), хотя для специальных применений (во встроенных компьютерах) встречаются и так называемые резидентные ОС, «зашитые» в ПЗУ.

Для загрузки ОС требуется специально подготовленный системный диск. В самом начале системного диска располагается загрузчик— короткая программа, загружающая несколько файлов ядра операционной системы в память и передающая им управление. Эти файлы находятся на том же системном диске в месте, известном загрузчику (он должен найти файлы еще до того, как будет обеспечена поддержка файловой системы со стороны ОС).

Программный код загрузчика привязан к загружаемой ОС и файловой системе диска, но сам загрузчик для любых ОС и дисков запускается единым способом (см. 9.6). Если загрузчик на своем диске находит необходимые файла! операционной системы (например, 105У5 и И5005.5У5), он загружает их в оперативную память и передает управление по определенному адресу. С этого момента работой компьютера управляет ОС, она загружает все свои компоненты, выполняет нужные настройки и подготавливается для загрузки и исполнения приложений, предоставляя им сервисы файловой системы (см. 9.11). Естественно, чем сложнее ОС, тем больший объем памяти ей требуется.

Первые ОС помещались на гибких дисках небольшого объема (180 Кбайт) и довольно быстро с них загружались. ОС %1пс(овгз (и другие современные ОС) занимают десятки (а то и сотни) мегабайт и загружаются довольно долго (минуты) даже на самых быстрых ПК. Но, к счастью, на гибком диске вполне умещается минимальный вариант ОС, достаточный для «понимания» файловой системы»%пдо»гз и запуска приложений и утилит восстановления. Так что на случай аварии «большой» ОС можно иметь «спасательную» дискету, достаточную для начала «аварийно-спасательных работ».

1.7. Программное обеспечение И наконец, верхний уровень иерархии ПΠ— прикладяое программное обеспечение, ради исполнения которого и «городился весь этот огород». Прикладные программы могут пользоваться сервисами ОС, В105, а также обращаться к аппаратным средствам компьютера напрямую, адресуясь к портам и ячейкам памяти. Чем ближе прикладная программа к «железу», тем эффективнее она может с ним работать (вызовы сервисов В10Я, а тем более ОС вносят дополнительные накладные расходы на организацию программных интерфейсов). Однако использование сервисов высокого уровня (В1ОЯ, а тем более ОС) страхует от возможных проблем совместимости программного обеспечения с аппаратными средствами компьютера.

Прикладные программы, как и ОС как правило, загружаются с устройств внешней памяти. Именно возможность загрузки любой прикладной программы в совокупности с неограниченным ассортиментом подключаемых устройств и позволяет считать персональный компьютер универсальным инструментом с неограниченными возможностями. Важными компонентами программного обеспечения являются драйверы (дп'- чег — буквально, «водитель») — программные модули, содержащие процедуры работы с устройствами.