Компьютерные компоненты и встроенные системы

Сто компьютеров, которых вы никогда не видите

• В новом автомобиле находится около ста маленьких компьютеров. Ни у одного нет клавиатуры или экрана, и большинство из них никогда не получат обновление программного обеспечения.
• Один управляет двигателем, другой — тормозами, каждый — окном. Каждый выполняет одну задачу на протяжении всей жизни автомобиля.
• Это встраиваемые системы, и в мире их гораздо больше, чем ноутбуков и телефонов вместе взятых.
• Прежде чем перейти к ним, нам нужны четыре блока, из которых состоит любой компьютер, скрытый или нет.

Четыре блока

• Устройства ввода получают данные: клавиатура, мышь, микрофон, сканер, датчики.
• Устройства вывода выдают результаты: монитор, динамики, принтер, исполнительные механизмы.
• Основная память — это быстрая память, к которой процессор имеет прямой доступ: ОЗУ и ПЗУ. Она хранит запущенную программу и её данные.
• Вторичное хранилище работает медленнее, но имеет больший объём и сохраняет программы и данные при выключении питания: жёсткий диск, SSD, оптический диск, USB-накопитель.

Монитор: наиболее знакомое устройство вывода

Зачем нужен каждый блок

• Ввод: компьютер может обрабатывать только данные и инструкции, которые были введены.
• Вывод: результаты должны быть представлены в форме, доступной для людей или других машин.
• Первичная память: процессор может выполнять инструкции и использовать данные, хранящиеся в памяти, к которой он имеет прямой адресный доступ, и должен обращаться к ним быстро.
• Вторичное хранилище: первичная память мала и неустойчива, поэтому программы и данные должны сохраняться между сессиями и при отключении питания.

Первичная против вторичной

• Первичная память измеряется в гигабайтах и реагирует за наносекунды; вторичное хранилище измеряется в терабайтах и реагирует за микросекунды или миллисекунды.
• ОЗУ является неустойчивым: его содержимое исчезает без питания. Вторичное хранилище является устойчивым.
• Процессор не может запустить программу напрямую с диска. Программа сначала загружается из вторичного хранилища в ОЗУ, а затем выполняется.

ОЗУ: быстрая, неустойчивая первичная память

Жёсткий диск: медленный, но большой, устойчивый вторичный накопитель

Съемные носители

• Съемные носители — это вторичное хранилище, которое можно извлечь из одного компьютера и установить в другой: USB-флеш-накопители, карты памяти, оптические диски, внешние приводы.
• Они нужны для переноса данных между машинами, не соединёнными сетью, хранения резервной копии вдали от компьютера и распространения программного обеспечения или медиа.
• Их недостатки являются причинами темы безопасности остальной части программы: их можно потерять, украсть или они могут содержать вредоносное ПО.

Оптические диски: съемный вторичный носитель, читаемый лазером

Буферы

• Буфер — это временная область памяти, которая удерживает данные во время их передачи между двумя устройствами, работающими на различных скоростях.
• Буфер принтера принимает весь документ мгновенно, позволяя процессору продолжать другую работу, пока принтер тратит минуты на печать.
• Видеопоток буферизируется с опережением на несколько секунд, чтобы кратковременное замедление сети не останавливало изображение.
• На экзамене спрашивают почему: два устройства работают с разной скоростью, а буфер позволяет более быстрому устройству продолжать работу вместо ожидания.

Встроенные системы

• Встроенная система — это компьютер, встроенный в другое устройство для выполнения одной конкретной задачи: стиральная машина, микроволновая печь, контроллер двигателя автомобиля, термостат.
• Его программа хранится в ПЗУ в виде прошивки и обычно никогда не изменяется.
• Входом являются датчики и кнопки; выходом — моторы, нагреватели и небольшие дисплеи. Нет универсальной операционной системы и нет установки пользователем программного обеспечения.

Разобран пример: преимущества и недостатки в формате экзамена

Разобран пример: выбор компонентов для сценария

Потерянные баллы

Вы поняли