Аппараттық қамтамасыз ету. Программалық қамтамасыз ету

Оқулықтық тірек

• Мұхамбетжанова С. Т., Тен А. С., Голикова Н. Г. «Информатика», 9-сынып, Атамұра, 2019, 14–23, 45–53-беттер
• Исабаева Д. Н., Абдулкаримова Г. А., Рахимжанова Л. Б., Аубекова М. А. «Информатика» (ЖМБ), 11-сынып, Атамұра, 2020, 70–74, 81–89-беттер
• Қадырқұлов Р. А., Рысқұлбекова Ә. Д., Нұрмұханбетова Г. К. «Информатика», 7-сынып, Алматыкітап баспасы, 2023, 36–39-беттер
• Қадырқұлов Р. А., Нұрмұханбетова Г. К. «Информатика», 6-сынып, Алматыкітап баспасы, 2020, 72–76-беттер
• GNU Project, «Категории свободных и несвободных программ»: https://www.gnu.org/philosophy/categories.ru.html

Негізгі ұғымдар

• ПҚ үш деңгейі: базалық (компьютерге кіріктірілген: BIOS), жүйелік және қызметтік (ОЖ, драйверлер, утилиттер), қолданбалы (пайдаланушы орнатады).
• BIOS — аналық тақшадағы программа; POST — қосылғаннан кейінгі жабдық тесті; CMOS — батареямен қоректенетін, конфигурацияны, күн мен уақытты сақтайтын жад.
• Программалау жүйелері — жүйелік және қолданбалы ПҚ жасауға арналған (IDE, компилятор, интерпретатор).
• Интерфейс: командалық жол (CLI) және графикалық (GUI, WIMP).
• Виртуалды машина — физикалық компьютерді толық модельдейтін программалық жүйе; басқаратын қабат — гипервизор.
• Даму заңдары: Мур (транзисторлар саны шамамен 2 жылда екі еселенеді), Амдал (параллельдеудің шегі), Вирт (программа аппаратурадан тезірек «ауырлайды»).

Теория

Жүйелік және қолданбалы ПҚ. Жүйелік ПҚ операциялық жүйеге қызмет етеді, қолданбалы ПҚ арнайы міндеттерді шешеді және әдетте жүйелікке тәуелді: ортада — жабдық, айналасында — жүйелік ПҚ, сыртында — қолданбалы ПҚ. Алдымен ОЖ таңдалады, кейін пакеттер орнатылады; драйвер құрылғыны ОЖ-мен байланыстырады. Қолданбалы ПҚ — жалпы мақсаттағы және кәсіби бағыттағы. ПҚ сапасы: функционалдық, сенімділік, пайдалану ыңғайлылығы, тиімділік, сүйемелдеу ыңғайлылығы, тасымалдану.

BIOS-тың басты қызметі — басқаруды ОЖ жүктеушісіне беру. CMOS батареясы отырып қалса, баптаулар тасталады.

Жүйелік талаптар. Әр программа үшін процессор жиілігі мен жедел жад көлемі көрсетіледі: Windows 7 — 512 Мбайт RAM, 0,8 ГГц; Windows 10 (32 бит) — 1 Гбайт, 1 ГГц; Office 2019 — 1,6 ГГц, 2 ядро, 4 Гбайт RAM.

Программалау жүйелері. Программа — компьютер түсінетін тілде жазылған командалар жиынтығы. Трансляторлар: компилятор программаны толығымен машиналық кодқа аударып, сосын орындайды; интерпретатор кезең-кезеңімен талдап орындайды. IDE (Integrated Development Environment) құрамы: мәтіндік редактор, компилятор/интерпретатор, жөндеу (debug) құралы, құрастыруды автоматтандыру. Python IDLE-де >>> — команда енгізу белгісі, print нәтижені экранға шығарады.

Интерфейс — пайдаланушы мен компьютердің деректер алмасуын қамтамасыз ететін аппараттық-программалық құралдар. CLI — командалар жазылады (MS-DOS: dir); GUI — пиктограммалар, мәзір, тінтуір. WIMP (Windows, Icons, Menus, Point-Click) 1973 жылы XEROX PARC-та пайда болып, 1984 жылы Macintosh-та қолданылды.

Бұлттық технологиялар — интернетте деректерді сақтау, өңдеу және бірлесіп жұмыс істеу ресурстары. Google сервистері: Gmail, Drive (тегін 15 Гбайт), Құжаттар, Кестелер, Слайдтар. Қолжетімділік деңгейлері: өңдеу, түсініктеме беру, қарап шығу.

Мобильді құрылғылар. Негізі — бір кристалды жүйе (SoC). ARM архитектурасы x86-ға қарағанда аз қызады, батареяны үнемдейді; big.LITTLE — қуатты және үнемді ядролар. GPU — графика, NPU — нейропроцессор (ЖИ, камера). Жад: RAM (LPDDR) және тұрақты жад (UFS, eMMC). Экран: IPS және AMOLED/OLED (әр пиксель өзі жанады), пиксель тығыздығы PPI, жаңару жиілігі 60/90/120 Гц. Аккумулятор сыйымдылығы мА·сағ-пен өлшенеді.

Виртуалды машиналар.

Гипервизор	Орналасуы	Мысалдар
1-тип (bare-metal)	тікелей жабдықтың үстінде	VMware ESXi, Hyper-V, KVM, Xen
2-тип (hosted)	негізгі ОЖ ішінде программа ретінде	VirtualBox, VMware Workstation

Мақсаттары: серверлерді шоғырландыру, кроссплатформалық тестілеу, «құмсалғыш» (sandbox) — күдікті файлдарды оқшау зерттеу, snapshot — күйді сақтап, кері қайтару.

Даму заңдары. Мур заңы (1965): кристалдағы транзисторлар саны шамамен 24 айда екі еселенеді (Intel 4004 — 2300 транзистор). Жиілікті өсіру қызуға тірелгенде өндірушілер көпядролы архитектураға көшті. Амдал заңы: $S = \frac{1}{(1 - P) + \frac{P}{N}},$ мұнда $P$ — параллель бөлік үлесі, $N$ — ядролар саны.

Программаларды лицензиялау түрлері

• Еркін (свободные) — іске қосуға, көшіруге, таратуға және өзгертуге болады, бастапқы код қолжетімді. Копилефт (мысалы, GPL) — барлық нұсқасы сол шартпен таралады.
• Меншікті (несвободные) — пайдалану, тарату немесе өзгерту шектелген.
• Тегін (freeware) — таратуға болады, бірақ өзгертуге болмайды, бастапқы код жоқ.
• Шартты-тегін (shareware) — таратуға болады, пайдалануды жалғастырған адам лицензия ақысын төлейді.
• Коммерциялық — кәсіпорын коммерциялық қызметте жасаған программа; коммерциялық «меншікті» дегенді білдірмейді.

Мысалдар

1. Алгоритмнің 30%-ы тізбекті. Ядролар өте көп болса, ең үлкен жылдамдату? $P = 0{,}7$, $N \to \infty$: $S \to \dfrac{1}{0{,}3} \approx 3{,}33$ есе.
2. Компьютер қосылғанда жабдықты не тексереді? POST (BIOS құрамында).
3. Windows ішінде Ubuntu-ны VirtualBox арқылы іске қосу — гипервизордың қай түрі? 2-тип (hosted).
4. Сыныптасың құжатқа тек ескерту жаза алуы керек. Қай деңгей? «Түсініктеме беру».

ҰБТ-дағы жиі қателер

• Драйверді қолданбалы ПҚ-ға жатқызу: ол жүйелік ПҚ.
• Компилятор мен интерпретаторды шатастыру: компилятор алдымен толық аударады.
• BIOS-ты қатқыл дискідегі программа деп ойлау: ол аналық тақшада.
• 1-тип гипервизор ОЖ ішінде жұмыс істейді деп санау: ол тікелей жабдықта.
• Мур заңын «жиілік екі еселенеді» деп айту: транзисторлар саны екі еселенеді.

Өзіңді тексер

1. Күн мен уақытты, BIOS паролін қай жад сақтайды? — CMOS.
2. Пайдаланушы өзі орнататын ПҚ деңгейі? — Қолданбалы.
3. WIMP қай интерфейске жатады? — Графикалық (GUI).
4. Жүйенің күйін сақтап, кейін қайтаратын VM мүмкіндігі? — Snapshot.
5. Мобильді құрылғыларда ЖИ алгоритмдерін қай модуль өңдейді? — NPU.