История создания персонального компьютера

Персональные компьютеры - первые в истории вычислительной техники электронно-вычислительные машины, предназначенные для индивидуального использования. Появление таких машин стало возможным благодаря совершенствованию технологий для производства транзисторов в конце 50-х годов и разработке начале 60-х годов относительно компактных внешних устройств для компьютеров, что позволило фирме Digital Eguipment выпустить в 1965 г. первый мини-компьютер PDP-8. Стоимость этого компьютера приближалась к 20 тысячам долларов, а его размеры к размерам холодильника. В 1968г. фирма Burroughs совместно с фирмой Intel выпустили первый персональный компьютер на интегральных схемах.

В 1970 году появился первый микропроцессор Intel-4004, а затем и более совершенный Intel-8080.

Распространение персональных компьютеров к концу 70-х годов привело к некоторому снижению спроса на большие и мини-ЭВМ. Это стало предметом серьезного беспокойства фирмы IBM (International Business Machines Corporation) - ведущей компании по производству больших ЭВМ.

Недооценивая важность рынка персональных компьютеров, руководство фирмы рассматривало создание такого компьютера, как мелкий эксперимент и предоставила большую свободу подразделению, ответственному за данный проект.

Так как на данный проект практически не было выделено денежных средств, разработчики использовали блоки, изготовленные другими фирмами. Прежде всего, в качестве основного микропроцессора компьютера был выбран новейший тогда 16-разрядный микропроцессор Intel-8088, что позволило работать с 1 Мбайтом памяти, в то время как все имевшиеся тогда компьютеры были ограничены 64 Кбайтами.

Программное обеспечение было разработано маленькой фирмой Microsoft.

В результате такого эксперимента в августе 1981 года был выпущен первый компьютер под названием IBM-PC, который стал стандартом персонального компьютера. Сейчас компьютеры этой фирмы и совместимые с IBM составляют около 90% всех производимых персональных компьютеров в мире. Конечно у IBM-PC были конкуренты.

Одним из конкурентов ПК были компьютеры Apple фирмы Macintosh. Уже через 4 года, 23 июля 1985 года появился первый в мире мультимедийный персональный компьютер Amiga корпорации Commodore, ставшие самыми популярными и продаваемыми вплоть до 1995 года.

В 1995 году произошло два ключевых события в истории ПК: банкротство корпорации Commodore и появление Microsoft Windows 95, приблизившей PC-совместимые компьютеры к тем возможностям, которые существовали на Commodore Amiga и Apple Macintosh. Cегодня возможности мультимедиа доступны в каждом доме, и на любой аппаратной платформе.

Если бы IBM-PC был сделан так же, как другие, существовавшие во время его появления, компьютеры, он бы устарел через два-три года, и мы давно бы уже забыли о нем.

В IBM PC была заложена возможность усовершенствования его отдельных частей и использование новых устройств благодаря открытой архитектуре, которая обеспечивала его сборку из независимо изготовленных частей.

Персональные компьютеры (ПК) IBM конструктивно выполняются в настольном варианте и могут модульно расширяться по желанию пользователя. Это достигается благодаря выработанному стандарту на устройства ПК, называемому форм-фактором. Форм-фактор обеспечивает совместимость различных устройств ПК в пределах своего поколения, причем, модули различных производителей полностью взаимозаменяемы.

Итак, существуют стандарты на все комплектующие персонального компьютера, что поможет из морально устаревшего компьютера, заменив и добавив отдельные модули, сделать современный компьютер. Эта операция называется апгрейт.

Следует отметить, что апгрейт возможен только в пределах одной конструкции – поколения ПК. Это конструкция была характерна для определенного периода совершенствования и развития ПК и имела свой форм-фактор.

Так, нецелесообразно делать апгрет большинства модулей ПК, произведенного в 2000 году, чтобы получить компьютер, характеристики комплектующих которого соответствуют 2008 году.

2.2. Состав персонального компьютера

Персональные компьютеры могут быть переносными и стационарными (Рис. 1). Стационарный персональный компьютер включает в свой состав системный блок, видеомонитор, клавиатуру, печатающее устройство и другие виды периферийных устройств.

Рис. 4. Классификация персональных компьютеров

2.2.1. Системный блок

Основная часть ПК - системный блок. Главные устройства системного блока расположены или подключены через специальные разъемы- слоты к материнской плате (motherboard). (Рис. 2). К этим устройствам можно отнести микропроцессор, внутренние и внешние запоминающие устройства, BIOS, карты расширения - контроллеры и др.

Рис.5. Системный блок и материнская плата

Все устройства системного блока подключены к блоку питания, который получает энергию от электросети, запитывает материнскую плату и дисководы, а также содержит главный сетевой переключатель.

По положению корпуса разбиваются на 2 основных класса:

• Tower (башня) — вертикальное;
• Desktop (на столе) — горизонтальное.

Классификация материнских плат по форм-фактору

Форм-фактор материнской платы — стандарт, определяющий размеры материнской платы для ПК, места ее крепления к корпусу; расположение на ней интерфейсов шин, портов ввода/вывода, посадочное место (сокета) центрального процессора и слотов для оперативной памяти, а также тип разъема для подключения блока питания и системного блока соответствующих размеров.

· Устаревшими считаются: Baby-AT; Mini-ATX; AT; LPX.

Устаревшие материнские платы обеспечили хороший дизайн и стандартизацию устанавливаемых на них модулей и разъемов.

· Современными считаются: АТХ; microATX; Flex-АТХ; NLX; WTX.

В современных материнских платах решены вопросы эффективности охлаждения элементов, легкого доступа к памяти и процессору для апгрейта и др., но возникла необходимость мощных блоков питания и относительно больших корпусов.

· Внедряемыми считаются: Mini-ITX и Nano ITX; Pico-ITX; BTX.

Сегодня людям уже не так нужны громоздкие и быстрые решения - на первое место выходит миниатюризация и снижение шума. Многие пользователи используют ПК для прослушивания музыки, просмотра телепередач, игровых приставок, поэтому фактор снижения шума стал актуальным. Поэтому индустрия меняется, отражая желания пользователя, и скоро компьютеры перестанут быть высокими невзрачными коробками.

Недолго осталось ждать появления ПК "все в одном". Эти ПК смогут удовлетворить потребности любого пользователя, который желает проигрывать DVD, записывать одну или несколько телевизионных программ одновременно, передавать мультимедиа поток по домашней сети на ноутбук или проектор, скачивать видео и музыку с Интернета, дистанционно управлять всем этим хозяйством с любого устройства и т.д. Возможности воистину огромны. Для этого необходимы новые электронные и конструкторские решения, новые форм-факторы.

Процессор (микропроцессор)

Элементарные математические и логические операции со скоростью в несколько сотен миллионов или миллиардов операций в секунду выполняет центральный процессор или микропроцессор - небольшая (в несколько сантиметров) электронная схема.

В основу работы процессоров положен циклической процесс последовательной обработки информации, изобретённый фон Нейманом еще в 1946 г. Циклический процесс состоит в следующем:

Процессор из регистра счетчика команд передает в память команду считывания из определенной ячейки памяти на шину данных, затем полученное число с шины данных процессор переводит в команду и исполняет ее, при этом в регистре формируется адрес следующей команды считывания. Этот цикл состоит из 5 этапов и называется процессом, отсюда название устройства - процессор.

Скорость перехода от одного этапа процесса к другому определяется тактовым генератором, который вырабатывает импульсы, служащие ритмом для центрального процессора. Частота тактовых импульсов называется тактовой частотой.

Следует отметить, что микропроцессоры имеют свои поколения, характерные для определенного временного периода развития ПК. Микропроцессоры в основном разрабатывались конкурирующими фирмами INTEL и AMD. Первые назывались Pentium и обозначались P1, P2, P3, P4. Цифра обозначала поколение процессора. Процессоры AMD так же обозначаются буквой и цифрой, например, K5, K6, K7 и т.д. Процессор К5 стал первым микропроцессором, составившим конкуренцию Pentium. Микропроцессоры AMD дешевле Pentium, но первое время имели существенный недостаток, связанный с риском перегрева.

Сейчас обосновать предпочтения той или иной фирме достаточно сложно. Многие пользователи считают, что микропроцессоры AMD не хуже процессоров INTEL. Основным критерием выбора современного микропроцессора, является разумное соответствие его характеристик условиям эксплуатации во взаимодействии с другими устройствами и целям, ради которых он устанавливается на ПК.

Рассмотрим основные характеристики микропроцессоров.

Тактовая частота. Чем больше частота, тем быстрее работает ПК. Каждый процессор рассчитан на работу с одной частотой. При этом теоретически недопустимо запускать процессор на большей тактовой частоте из-за угрозы возникновения перегрева.

Частота работы самого процессора называется внутренней тактовой частотой, которая существует лишь внутри процессора. Весь обмен данными с материнской платой и другими устройствами осуществляется на внешней тактовой частоте.

При обозначении названия процессора, например Intel Pentium 3.3 Ггц – цифры 3.3 у фирмы INTEL означают внутреннюю частоту.

Рис. 7. Современные процессоры

Производительность. Производительность процессора зависит не только от частоты, но и от наличия модуля с плавающей точкой. На персональных компьютерах первых поколений совместно с основным процессором на материнскую плату устанавливался математический сопроцессор. Сам процессор работал только с целочисленной математикой. Без сопроцессора работа компьютера с дробными числами была очень медленной.

Однако для работы с текстами достаточна целочисленная производительность. Таким образом, эта характеристика важна для компьютеров, которые используются в научных расчетах, сложной графике.

На производительность влияет внутренняя память процессора - кэш память первого уровня. Эта память нужна для временного хранения команд, используемых самим процессором. Кэш память недоступна для пользователя, отсюда и название, которое в переводе с английского означает «тайник».

Существует кэш память второго уровня, которая устанавливается на материнской плате. Это более объемная, но и более медленная память. Скорость работы такой памяти в два раза меньше кэш первого уровня.

Для повышения производительности компьютера кэш память второго уровня встраивают в микропроцессор (впервые на процессоре Pentium Pro). На современных процессорах кэш память второго уровня составляет более 512 Кб, что делает производительность компьютера весьма внушительной.

Для существенного повышения производительности стали применять двухядерные или многоядерные процессоры, которые значительно дешевле своих сравниваемых по производительности одноядерных процессоров.

Таким образом, развитие технологии создания процессоров идет по двум направлениям: одноядерные и многоядерные процессоры. Оба направления оправданы. Такие программы как игры и офисные программы, слабо оптимизированы под многопоточное выполнение, свойственное многоядерным процессорам, поэтому этим компьютерам нужны обычные процессоры. Многоядерные процессоры оправданы там, где идет работа с видео, аудио, моделированием, конструированием.

Надежность. Эта характеристика определяет как долго будет работать процессор в экстремальных условиях. Как известно, работающий процессор выделяет тепло, которое отводится радиатором и вентилятором – кулером. Чем больше тактовая частота, тем больше тепла необходимо отвести от процессора. Что произойдет если кулер просто отвалится?

Процессоры третьего поколения, например, как Intel Pentium 3, выходили из строя при перегреве, а Athlon 1200 (AMD) мог физически сгореть, если снять с него кулер. Для этого на системы охлаждения процессора ставят термодиоды для измерения температуры чипа, которые реагируют на повышение температуры своевременным отключением процессора.

Ситуация с появлением Pentium 4 улучшилась, поскольку этот процессор мог понижать тактовую частоту, чтобы снизить тепловыделение в случае, если кулер сломался или отпал.

Основные фирмы, производящие процессоры, AMD и Intel публикуют детальную информацию о диапазонах рабочих температур своих процессоров. Обе компании указывают на температуру корпуса процессора, которая обычно измеряется посередине распределителя тепла.

Дата добавления: 2014-01-15