Как устроен компьютер? Первый и второй уровни - физический и виртуальный

В прошлой статье была рассмотрена общая идея вычислительного устройства — объекта метафизического мира. В этой мы рассмотрим воплощение компьютера в физическом мире.1-й уровень — физический

На физическом уровне компьютер работает как набор устройств: процессор и память — основное устройство, звуковая плата — другое, принтер — третье, и т. д. Устройства между собой обмениваются байтами через центральную шину. Причем, в зависимости от устройства, один и тот же байт будет вызывать различные действия. Например, принтер напечатает символ, а звуковая карта издаст определенный звук, никак не связанный с символом из принтера.

Какую букву и какой звук сгенерируют устройства, будет зависеть от прошивки, которая хранится в ПЗУ — специальной памяти устройства. Здесь мы приходим к пониманию, что в одном корпусе находится сразу несколько устройств. Подобно тому, как человеческое тело состоит из органов, выполняющих обособленные функции.

В принтере, например, есть печатающая головка, выполняющая печать; знакогенератор, сопоставляющий каждому коду символа определенный графический знак; буферная память, хранящая поступившие коды символов… И так далее.

Звуковая карта также состоит из нескольких устройств: микшера каналов, MIDI-синтезатора, цифро-аналогового преобразователя, усилителя выходного сигнала, аналого-цифрового преобразователя микрофонного входа и др.

Каждый такой набор устройств управляется встроенной в ПЗУ программой — прошивкой. Именно она определяет, что принтер будет печатать русские буквы, а не греческие; а MIDI- синтезатор генерирует звуки рояля, а не виолончели. Соответственно, меняя прошивку, можно менять некоторые функции составного устройства или исправлять ошибки в его работе. 2-й уровень — виртуальное устройство, драйвер

Если в готовом сложном устройстве все простые блоки связаны между собой жестко и нет нужды определять его состав каждый раз при включении, то компьютер — дело иное.

Разные устройства могут быть подключены к компьютеру и отключены от него как в моменты его выключения, так и во время работы. Заранее неизвестно, какие устройства и в какой разъем будут подключены. Эту неизвестность разрешают драйверы — они описывают, какое устройство куда подключено и как обрабатывать данные.

Для примера очень упрощенно можно представить воспроизведение музыки с CD на звуковую карту так:

— луч лазера считывает очередной кусок данных с поверхности диска и передает их в порт CD;

— драйвер CD считывает данные из порта, отделяет полезную информацию от служебной, передает «чистые данные» в память и дает указание считать следующий кусок данных;

— драйвер звуковой карты берет данные из памяти, наделяет их управляющими командами, нарезает на куски и передает их в звуковую карту;

— по переданным данным звуковая карта генерирует звук.

Это очень упрощенный вариант с понятными устройствами.

А пока задумаемся вот о чем: к компьютеру, в принципе, может быть подключено несколько CD-приводов. Возникает проблема их идентификации. А если на звуковую карту попытаются выводить звук несколько программ, то как быть в этом случае? Вот тут-то и приходит на помощь виртуальное устройство.

Виртуальное устройство — это программа, типа драйвера. Она занимает некоторое промежуточное место между драйверами и «решает», какое устройство и как задействовать. Например, звук из нескольких источников для одной реальной звуковой карты виртуальная замикширует (смешает). Виртуальный принтер примет данные для печати и будет хранить их, пока реальный принтер занят. Если к компьютеру подключено несколько однотипных принтеров, то пул (pool) принтеров распределит, какой документ на какой принтер отправить так, чтобы они не перемешались. И так далее. То есть в рамках вышеописанной модели определит, какую обработку произвести над данными, передаваемыми из одного драйвера в другой.

Обращаю внимание на то, что, начиная со 2-го уровня, мы уходим из физического уровня в программный. Программа, как информация, более относится к миру идей. И далее все рассматриваемые уровни будут программными.