Что такое hardware и software компьютера

Обновлено: 15.01.2025

1. Состав вычислительной системы

Состав вычислительной системы называется конфигурацией. Различают аппаратные и программные средства и соответственно программную и аппаратную конфигурацию. Критериями выбора аппаратной и программной конфигурации является производительность и эффективность.

Аппаратное обеспечение

К аппаратному обеспечению относятся устройства и приборы, образующие аппаратную конфигурацию. Современные компьютеры и вычислительные комплексы имеют блочно-модульную конструкцию – аппаратную конфигурацию, необходимую для использования конкретных видов работ, можно собирать из готовых узлов и блоков.

По способу расположения устройств относительно центрального процессорного устройства различают внутренние и внешние устройства. Внешними является большинство устройств ввода-вывода данных (периферийные устройства), устройства, предназначенные для длительного хранения данных.

Согласование между отдельными узлами и блоками выполняют с помощью переходных аппаратно-логических устройств, называемых аппаратными интерфейсами. Стандарты на аппаратные интерфейсы в ВТ называют протоколами. Протокол – это совокупность технических условий, которые должны быть обеспечены разработчиками устройств для успешного согласования их работы с другими устройствами. Многочисленные интерфейсы, присутствующие в архитектуре любой вычислительной системы, можно условно разделить на две большие группы: последовательные и параллельные.

Через последовательный интерфейс данные передаются последовательно бит за битом. Его устройство проще, чем параллельного, для него не надо синхронизировать работу передающего и принимающего устройства (их называют асинхронными). Производительность последовательных интерфейсов ниже параллельных и измеряется бит/с, кбит/с, Мбит/с (т.к. из-за отсутствия синхронизации посылок полезные данные предваряют и завершают посылками служебных данных и на 1 байт полезных данных приходится 1-3 служебных бита). Их применяют для подключения медленных устройств (контрольные датчики, устройства печати низкого качества, малопроизводительные устройства связи и т.п.) и в тех случаях, когда нет существенных ограничений по продолжительности обмена данными (большинство цифровых фотокамер).

Через параллельный – одновременно группами битов. Количество битов, участвующих в одной посылке, определяется разрядностью интерфейса, например, восьмиразрядный – передает 8 бит за один цикл. Они, по сравнению с последовательными, имеют более сложное устройство и обеспечивают более высокую производительность (байт/с, кбайт/с, Мбайт/с). Их применяют там, где важна скорость передачи данных: для подключения печатающих устройств, устройств ввода графической информации, устройств записи данных на внешний носитель и т.п.

Компьютер (англ. computer — вычислитель) представляет собой программируемое электронное устройство, способное обрабатывать данные и производить вычисления, а также выполнять другие задачи манипулирования символами

2. Понятие архитектуры и структуры ЭВМ и ВС.

При рассмотрении компьютерных устройств принято различать их архитектуру и структуру.

Архитектурой компьютера называется его описание на некотором общем уровне, включающее описание пользовательских возможностей программирования, системы команд, системы адресации, организации памяти и т.д. Архитектура определяет принципы действия, информационные связи и взаимное соединение основных логических узлов компьютера: процессора, оперативного ЗУ, внешних ЗУ и периферийных устройств. Общность архитектуры разных компьютеров обеспечивает их совместимость с точки зрения пользователя.

Структура компьютера — это совокупность его функциональных элементов и связей между ними. Элементами могут быть самые различные устройства — от основных логических узлов компьютера до простейших схем. Структура компьютера графически представляется в виде структурных схем, с помощью которых можно дать описание компьютера на любом уровне детализации.

Наиболее распространены следующие архитектурные решения.

 Классическая архитектура (архитектура фон Неймана) — одно арифметико-логическое устройство (АЛУ), через которое проходит поток данных, и одно устройство управления (УУ), через которое проходит поток команд — программа. Это однопроцессорный компьютер. К этому типу архитектуры относится и архитектура персонального компьютера с общей шиной . Все функциональные блоки здесь связаны между собой общей шиной, называемой также системной магистралью.

Физически магистраль представляет собой многопроводную линию с гнездами для подключения электронных схем. Совокупность проводов магистрали разделяется на отдельные группы: шину адреса, шину данных и шину управления.

Периферийные устройства (принтер и др.) подключаются к аппаратуре компьютера через специальные контроллеры — устройства управления периферийными устройствами.

Контроллер — устройство, которое связывает периферийное оборудование или каналы связи с центральным процессором, освобождая процессор от непосредственного управления функционированием данного оборудования.

Многопроцессорная архитектура. Наличие в компьютере нескольких процессоров означает, что параллельно может быть организовано много потоков данных и много потоков команд. Таким образом, параллельно могут выполняться несколько фрагментов одной задачи. Структура такой машины, имеющей общую оперативную память и несколько процессоров.

Многомашинная вычислительная система. Здесь несколько процессоров, входящих в вычислительную систему, не имеют общей оперативной памяти, а имеют каждый свою (локальную). Каждый компьютер в многомашинной системе имеет классическую архитектуру, и такая система применяется достаточно широко. Однако эффект от применения такой вычислительной системы может быть получен только при решении задач, имеющих очень специальную структуру: она должна разбиваться на столько слабо связанных подзадач, сколько компьютеров в системе.

Преимущество в быстродействии многопроцессорных и многомашинных вычислительных систем перед однопроцессорными очевидно.

Архитектура с параллельными процессорами. Здесь несколько АЛУ работают под управлением одного УУ. Это означает, что множество данных может обрабатываться по одной программе — то есть по одному потоку команд. Высокое быстродействие такой архитектуры можно получить только на задачах, в которых одинаковые вычислительные операции выполняются одновременно на различных однотипных наборах данных.

В современных машинах часто присутствуют элементы различных типов архитектурных решений. Существуют и такие архитектурные решения, которые радикально отличаются от рассмотренных выше.

3. Принципы построения и функционирования основных устройств ЭВМ .

Основу компьютеров образует аппаратура (HardWare), построенная, в основном, с использованием электронных и электромеханических элементов и устройств. Принцип действия компьютеров состоит в выполнении программ (SoftWare) — заранее заданных, четко определённых последовательностей арифметических, логических и других операций.

Разнообразие современных компьютеров очень велико. Но их структуры основаны на общих логических принципах, позволяющих выделить в любом компьютере следующие главные устройства:

· память (запоминающее устройство, ЗУ), состоящую из перенумерованных ячеек;

процессор , включающий в себя устройство управления (УУ) и арифметико-логическое устройство (АЛУ);
устройство ввода ;
устройство вывода .

Эти устройства соединены каналами связи, по которым передается информация.

Основные устройства компьютера и связи между ними представлены на схеме. Жирными стрелками показаны пути и направления движения информации, а простыми стрелками — пути и направления передачи управляющих сигналов.

Функции процессора:

обработка данных по заданной программе путем выполнения арифметических и логических операций;
программное управление работой устройств компьютера.

Функции памяти:

приём информации из других устройств;
запоминание информации ;
выдача информации по запросу в другие устройства машины.

Память компьютера построена из двоичных запоминающих элементов — битов, объединенных в группы по 8 битов, которые называются байтами. (Единицы измерения памяти совпадают с единицами измерения информации). Все байты пронумерованы. Номер байта называется его адресом.

Байты могут объединяться в ячейки, которые называются также словами. Для каждого компьютера характерна определенная длина слова — два, четыре или восемь байтов. Это не исключает использования ячеек памяти другой длины (например, полуслово, двойное слово). Как правило, в одном машинном слове может быть представлено либо одно целое число, либо одна команда. Однако, допускаются переменные форматы представления информации. Разбиение памяти на слова для четырехбайтовых компьютеров представлено в таблице:

Что такое hardware — иногда не знают даже люди с десятилетним стажем пользования компьютер ом . Хотя , с другой стороны , может показаться, что это нужно знать уже с первого дня , как был приобретен компьютер. Давайте разбираться с этим термином, независимо от того , опытный вы пользователь или пока еще «чайник».

Что такое hardware

всем известного «железа» — аппаратной части;
программного обеспечения.

hardware — это и есть все «железные» части ПК;
software — это все программное обеспечение компьютера: программы, операционная система, драйвера и др.

материнская плата,
процессор,
жесткий диск,
оперативная память,
звуковая карта,
видеокарта,
дисковод
и пр.

монитор,
мышку,
джойстик,
принтер,
сканер,
USB - устройства,
флешки,
сетевое оборудование,
контроллеры и датчики
и др.

Определение словосочетаний с термином «hardware»

Что такое hardware — мы разобрались , и тут все должно быть понятно. Но часто рядом с этим термином можно встретить другие слова, которые с ним образуют технические словосочетания и несут собственную смысловую нагрузку.

Graphics Hardware

проектор;
монитор;
VR-очки.

Appropriate Graphics Hardware

Hardware Acceleration

Данное выражение означает процесс аппаратного ускорения некоторых компонентов ПК. Часто такое действие приемлемо, когда есть небольшое расхождение между характеристиками компьютера и техническими требованиями устанавливаемой программы. Это расхождение как раз и может устранить процедура Hardware Acceleration.

Когда-то эта процедура заключалась в физическом вмешательстве в перенастройку и разгон того же процессора ПК. Чуть позже, и такие традиции сохранились до сих пор, появились специальные утилиты и программы, которые могут ускорить «внутреннее железо» вашего компьютера без физического вмешательства. Прогресс дошел до того , что можно ускорить отдельный компонент для отдельной программы или игры.

Вопрос: « Ч то такое hardware?» иссяк однозначно. Это все , что ка с ается аппаратной части компьютера, включая его «внутренности» и рабочее окружение. Все словосочетания, в которых есть термин «hardware» , означают какое-то действие или какой-то компонент , связанный с аппаратной частью компьютера.

Даже в том случае, когда вы к компьютеру подключаете собственный смартфон, он тоже становится частью hardware. А устройств, которые можно подключить к ПК, очень много, поэтому потенциально они тоже часть hardware.

Мы будем очень благодарны

если под понравившемся материалом Вы нажмёте одну из кнопок социальных сетей и поделитесь с друзьями.

В мире технологий есть четкие разграничения на модели построения бизнеса: софтверные и хардварные компании, продуктовые и контрактные. Они не просто существуют бок о бок, а часто противопоставляются и отмежёвываются друг от друга из-за непреодолимых отличий. Тренды современности меняются в сторону интеграции. Узкая специализация компаний, которая помогала им масштабироваться, упирается в изменяющиеся потребности заказчиков. Клиентам больше неинтересно работать с сотнями и тысячами подрядчиков, чтобы создать продукт, им интересны компетенции и технологии, которые позволяют решать комплексные задачи.

Мы поговорили с директором Embedded- и IoT-практики компании EPAM Сергеем Бойко, операционным директором Embedded- и IoT-практики Виталием Божковым и руководителем Physical Technology Practice Кириллом Яцко о том, как и почему EPAM пришла к новой парадигме — интеренту вещей.

_{Виталий Божков, операционный директор Embedded- и IoT-практики компании EPAM.}

«Ведя переговоры с клиентами и партнерами мы столкнулись с типовой проблемой: очень крупные компании на рынке, будучи просто поставщиками электронных компонентов, хардварных решений либо Solution Ready Packages, не способны самостоятельно удовлетворить комплексные запросы. Заказчику необходимо end-to-end решение, которое выполняется итоговой системой. EPAM в софтверной разработке уже третий десяток лет, поэтому добавить практики на уровне электроники и железа было несложно».

Все начиналось с небольшой группы энтузиастов в EPAM Garage.

_{Сергей Бойко, директор Embedded- и IoT-практики компании EPAM.}

«Мы начинали с небольших исследовательских проектов (прим. подробнее о проектах можно почитать на dev.by и на портале probusiness), фокусировались на изучении различных технологий, валидации и проверке теорий, предположений или наших догадок. Все это время мы набирали людей с классическим инженерным образованием, которые работают руками, виртуозно справляются со станками и механизмами, а также создают эти механизмы».

Чтобы предоставлять решения повышенной сложности, EPAM начала привлекать таланты из различных сфер.

_{Виталий Божков, операционный директор Embedded- и IoT-практики компании EPAM.}

«Мы развиваем экспертизу за счет повышения инженерного уровня, приобретаем новые знания о технологических тенденциях глобального рынка. Мы приглашаем опытных специалистов, которые помогают нам выстраивать процессы в этой практике. Также привлекаем знания из других источников, например, включаем в работу производителей электронных компонентов и специализированных подрядчиков».

Благодаря профессиональной команде проект прокачался и вырос в новый бренд «Physical Technology Practice», который включает в себя:

RnD центр. Здесь мы собрали команду Industrial Designers, Mechanical Engineers, Electrical Engineers, Firmware Developers, которая занимается непосредственно разработкой продукта.
База Made Real Lab. Производственное, контрольно-измерительное оборудование, необходимое для решения задач быстрого прототипирования, проведения испытаний, а также метрологического обеспечения.

Что уже сделано:

Собрали в Минске большую команду из 40-50 человек: инженеров-конструкторов, разработчиков электроники и встроенного ПО, техников — тех, кто занимается превращением инженерных идей в прототипы
Команду разработчиков мы дополнили высококвалифицированными Quality Assurance & Compliance специалистами, которые обеспечивают соответствие процесса разработки системе менеджмента качества компании и отраслевым стандартам
В коллаборации со специалистами из Беларуси, США, Швейцарии и Венгрии реализуем проект для нашего крупного клиента – разрабатываем автоматизированную медицинскую лабораторию для диагностических исследований.

Активно работаем над созданием RnD центра и Made Real Lab
Создаем материально-техническую базу, закупаем оборудование для быстрого прототипирования и проведения испытаний
Готовимся к сертификации по стандарту ISO 13485
В настоящее время ищем в один из проектов Mechanical Engineering Team Leader, который сможет эффективно управлять распределенной командой и выстраивать процесс разработки, пополняя его лучшими практиками и подходами.

_{Кирилл Яцко, руководитель Physical Technology Practice компании EPAM.}

«Мы сейчас готовимся объявить клиентам, что круг наших экспертиз и компетенций расширен и теперь мы можем предложить больший спектр сервисов. Наша конечная цель — создать конструкторское бюро с опытным производством. Где мы сможем создавать комплексные решения для наших заказчиков, воплощая их самые смелые идеи. Для этого нам нужны профессионалы, которые хотят работать с передовыми технологиями и развиваться в своей области».

_{Сергей Бойко, директор Embedded- и IoT-практики компании EPAM.}

«Над проектом работает команда, распределенная между Европой, США и Беларусь. Конечно, английский язык и желание погрузиться в новую для себя сферу — большой плюс для специалистов, которые хотят к нам присоединиться. Ведь им предстоит чиатать документацию на иностранном и общаться с зарубежными коллегами. Самое важное, чтобы вы были в восторге от того, что делаете, способны учиться и хотели менять мир».

Компания EPAM теперь может выполнять комплекс всех услуг от выбора материалов, компонентов, проектирования архитектур, механических и электронных систем, до построения программного обеспечения на нижнем и верхнем уровнях, создания платформы или специализированных приложений, сбора аналитики, внедрения элементов машинного обучения и виртуальной реальности в рамках одного комплексного продукта. В работе на таком масштабном проекте есть свои сложности.

_{Сергей Бойко, директор Embedded- и IoT-практики компании EPAM.}

«Сложность таких проектов на порядок выше, чем разработка только программного продукта. Потому что разработка IoT-решений часто связана с работой гибридной команды, в которой задействованы эксперты из абсолютно разных областей. Это и инженеры-программисты, и инженеры-механики, инженеры электронной техники, индустриальные дизайнеры. И эта разношерстная команда должна работать в связке, начиная с самого первого этапа».

_{Кирилл Яцко, руководитель Physical Technology Practice компании EPAM.}

«Чем это взаимодействие будет выше и эффективнее, тем конечный продукт, его функционал и внешний вид от этого выиграют. Не стоит забывать, что команда на проекте работает под определенными ограничениями: конструкторы зависят от используемых материалов и технологий, инженеры электронной техники – доступной на рынке элементной компонентной базы, программисты – ассортимента контроллеров, чипов и процессоров».

Для выпуска продукта в серийное производство нужно, кроме всего прочего, думать о его себестоимости, эргономичности, функциональности, внешнем виде и конкуретноспособности. В этом деле очень важно соблюдать баланс. Мы можем разработать продукт с самой «сочной начинкой», но он будет тяжелым, топорным и жутко дорогим. Или собрать качественный и красивый аппарат, но совершенно бесполезный. Из-за большого количества задач, сложностей и ограничений вероятность фейлов в хардваре намного выше, чем в IT, но от этого работа становится только интересней.

Любой пользователь компьютера каждый день сталкивается с таким понятием, как Software. Это и неудивительно, ведь современное понимание этого термина трактуется как «программное обеспечение», или, сокращенно, «ПО» («софт»). Рассмотрим некоторые важные аспекты, касающиеся типов ПО и взаимосвязи с остальными компонентами компьютерных систем. Итак, что такое Software?

Общие понятия

В общем смысле Software – это набор команд, директив по их исполнению на основе какого-либо языка программирования, программа или набор программ, отвечающих за взаимодействие не только между пользователем и компьютерной системой, но и между так называемыми железными компонентами компьютера или другими приложениями, созданными для определенных целей.

В зависимости от возложенных на программное обеспечение функций, весь софт можно разделить на несколько классов, о чем будет сказано несколько позже.

Толкование этих двух терминов возникло с появлением первых компьютеров. Сегодня принято считать, что Hardware – это аппаратная часть компьютера («железные» компоненты), которую можно пощупать руками (материнские платы, процессоры, оперативная память, периферия и другие устройства в самой системе или подключаемые к ней).

Совершенно противоположное толкование у термина Software. Перевод можно представить дословно как «мягкое изделие». В более широком смысле подразумевается то, что программу нельзя потрогать, она представляет собой в каком-то смысле даже некий виртуальный компонент.

И, что самое интересное, для обеспечения использования «железа» или доступа к его возможностям в обязательном порядке должно применяться специальное ПО в виде специальных управляющих программ, отвечающих за работоспособность таких устройств (драйверы, наборы команд ввода/вывода BIOS и т. д.).

Сам термин Software, перевод и трактовка которого сейчас используются повсеместно именно в контексте программного обеспечения, даже на заре развития компьютерной техники не был в обиходе. И только в начале 60-х годов прошлого столетия сформировался окончательно. Связано это было с введением четкого разграничения команд, отвечающих за управление аппаратной частью компьютера, и конечным пользователем. Взаимосвязанные классы (Software и Hardware) стали называть программно-аппаратными комплексами.

Классификация программного обеспечения по нескольким критериям

Поскольку Software – это именно программная часть любой компьютерной системы, такое ПО можно разделить на несколько больших категорий исходя из возложенных на него задач. Так, например, по использованию и тиражированию ПО разделяют на корпоративное (выполненное на заказ для крупных фирм и компаний) и ПО для широкого круга пользователей.

По критерию переносимости программы могут быть платформозависимыми (работающими исключительно в одной среде и с одним типом «железа») и кроссплатформенными (адаптированным к совершенно разным системам).

По типу распространения ПО можно разделить на закрытые программы, открытые (касательно исходного кода Open Source с лицензией GNU) и свободные. Кроме того, сюда нередко включают бесплатное, платное и условно-бесплатное программное обеспечение. Последний тип приложений имеет полную или частично ограниченную функциональность в течение определенного периода времени, по истечении которого, программу придется купить. В противном случае она перестанет работать.

А вот по назначению классификация подразумевает наличие трех больших категорий программного обеспечения:

системное;
прикладное;
инструментальное (средства разработки, инструменты и утилиты).

Системное ПО

В качестве системных компонентов выступают не только приложения в обычном понимании. На самом деле операционные системы тоже являются программами.

Однако зачастую системное ПО можно представить себе в виде некой прослойки, связывающей пользовательские программы со средой операционной системы, в которой они функционируют, и аппаратной частью, задействованной при выполнении той или иной задачи (например, те же драйверы устройств).

Чтобы было понятнее, приведем простейший пример. Возьмем операционную систему Windows (системная прослойка), звуковую карту («железо») и проигрыватель мультимедиа (прикладное ПО). Чтобы саундкарта могла воспроизвести звук, нужен драйвер (системное ПО), обеспечивающий управление устройством самой операционной системой, которая является и платформой для проигрывателя. Поскольку система распознает устройство, посредством своих директив она передает управление ним плееру, для распознавания типа звукового файла использующему специальные кодеки и декодеры (дополнительные программные инструменты). Взаимосвязь очевидна.

Прикладные программы

К прикладным программам относят все те приложения, которые не управляют компонентами системы или используют их только частично, а решают строго определенные конкретные пользовательские задачи.

Примеров сегодня можно привести очень много: офисные пакеты, редакторы мультимедиа, системы математических вычислений и проектирования, средства доступа в интернет и управления сетями, архиваторы и т. д. Как видим, каждый тип программного обеспечения (Software) – это инструмент, ориентированный на выполнение узкого круга задач и взаимодействующий непосредственно с пользователем цельной компьютерной системы.

Инструменты и утилиты

К инструментам относят программное обеспечение для разработки и сопровождения других типов ПО. Сюда можно включить платформы языков программирования, среды разработки, пакеты SDK, системы отслеживания ошибок и контроля версий.

Что касается утилит, то под ними часто подразумеваются программные продукты для настройки параметров аппаратных и/или программных компонентов, входящих в в объединенную компьютерную систему, без применения которых доступ к настройкам другими методами не может быть осуществлен. Такое ПО может быть встроенным в операционные системы или устанавливается отдельно. В некоторых случаях утилиты могут задействовать полную автоматизацию настроек (например, приложения-оптимизаторы для исправления ошибок и улучшения работы Windows-систем).

Вместо послесловия

Приведенная классификация тоже весьма условна, ведь в описании были представлены только основные типы ПО без дальнейшего разделения на подклассы, которых сегодня можно насчитать очень и очень много. Но для первичного понимания самого термина Software рядовому пользователю может хватить и этих знаний.

Читайте также: