Аппаратное обеспечение ПК

Поколения ПК

Принцип адресности

Принцип однородности памяти

Принцип программного управления

Принцип двоичного кодирования

Архитектура фон Неймана

В основу построения подавляющего большинства ЭВМ положены следующие общие принципы, сформулированные в 1945 году американским ученым венгерского происхождения ДЖОНОМ фон НЕЙМАНОМ.

Согласно этому принципу, вся информация, поступающая в ЭВМ, кодируется с помощью двоичных сигналов.

Из него следует, что программа состоит из набора команд, которые выполняются процессором автоматически друг за другом в определенной последовательности.

Программы и данные хранятся в одной и той же памяти. Поэтому ЭВМ не различает, что хранится в данной ячейке памяти - число, текст или команда. Над командами можно выполнять такие же действия, как и над данными.

Структурно основная память состоит из пронумерованных ячеек; процессору в произвольный момент времени доступна любая ячейка.

Отсюда следует возможность давать имена областям памяти, так, чтобы к запомненным в них значениям можно было бы впоследствии обращаться или менять их в процессе выполнения программы с использованием присвоенных имен.

В докладе фон Неймана, посвящен­ном описанию ЭВМ, выделено пять базо­вых элементов компьютера:

• арифметико-логическое уст­ройство (АЛУ);

• устройство управления (УУ);

• запоминающее устройство (ЗУ);

• система ввода информации;

• система вывода информации.

Описанную структуру ЭВМ принято называть архитектурой фон Неймана.

Принципы фон Неймана были воплощены полностью в проекте EDVAC в 1951 г. В этой машине уже применялась двоичная арифметика и использовалась оперативная память. С этого момента начинается современная история развития вычислительной техники.

Далее процесс развития вычислительной техники делится на поколения. Поколения зависят от элементной базы, смена элементной базы приводит к смене поколения.

1 поколение (1945-1954 гг.) - время становления машин с фон-неймановской структурой. Создавались машины этого поколения на ламповой элементной базе. Определились с основными элементами ЭВМ: центральный процессор (состоит из арифметико-логического устройства и устройства управления), оперативно-запоминающее устройство, устройства ввода-вывода (внешние, или периферийные устройства).

2 поколение (1955-1964 гг.). Замена ламповой элементной базы на миниатюрные устройства – транзисторы привела к уменьшению габаритов и повышению надежности и производительности ЭВМ. Появились языки высокого уровня. Появились операционные системы.

3 поколение (1965-1970 гг.). Вместо транзисторов стали использовать интегральные микросхемы. Микросхемы позволяли разместить десятки элементов на одной пластине размером в несколько сантиметров. Снизились габариты и стоимость. Появились мини-ЭВМ. Получила развитие наука технологий программирования. Появилась тенденция к созданию семейства ЭВМ, например, IBM System 360 и наш отечественный аналог - ЕС ЭВМ.

4 поколение (1970 - 1984 гг.). Переход на большие и сверхбольшие интегральные схемы (БИС и СБИС), которые позволили разместить на одном кристалле десятки тысяч элементов. Программное обеспечение стало более «дружественным», что повлекло увеличение количества пользователей. Стало возможным создать на одном кристалле (чипе) функционально полную ЭВМ. В начале 1970-х годов фирмой Intel был выпущен первый микропроцессор (все в одном чипе) i4004. Это 4-разрядное параллельное устройство выполняло четыре основных арифметических действия и применялось в карманных калькуляторах.

Фирма Intel, правильно предугадав перспективность микропроцессоров, продолжила интенсивные разработки, и один из ее проектов в конечном итоге привел к крупному успеху, предопределившему будущий путь развития вычислительной техники. Им стал проект по разработке 8 разрядного процессора i8008 (1972 г.). Этот микропроцессор имел довольно развитую систему команд. Именно он был использован при создании персонального компьютера «Альтаир», для которого молодой Билл Гейтс написал один из своих первых интерпретаторов языка Basic. Именно с этого момента следует вести отсчет 5-го поколения.

5 поколение можно назвать микропроцессорным. В 1976 году фирма Intel закончила разработку 16-разрядного процессора i8086. На его основе и был построен первый персональный компьютер. Далее следовали поколения этих процессоров: i80286, i80386, i80486 и, наконец, появились современные процессоры Pentium (1993 г.). Различались эти процессоры разрядностью (количеством одновременно обрабатываемых единичных данных), производительностью и т.д. Название Pentium (а не i80586) для последнего из ряда этих процессоров говорит о том, что значительно была изменена его структура (архитектура) и система команд. Сейчас уже знакомы нам Pentium III, IV…

Итак, датой рождения первого ПК можно считать август 1981 г, именно тогда публике был представлен первый IBM PC (персональный компьютер фирмы IBM). Вычислительная техника постоянно впитывает в себя самые последние достижения науки и технологий (микроэлектроника, лазеры, средства связи), благодаря чему ее развитие идет необычайно высокими темпами.

В настоящее время ведется разработка ЭВМ следующих поколений, характерными особенностями которых будут способность к самообучению, речевой ввод и вывод информации. Развитие ЭВМ идет по пути непрерывного повышения быстродейст­вия, надежности, расширения функциональных возможностей, уменьшения габаритов и потребляемой мощности, упрощения правил работы. Скоро на смену электронным приборам придут оптические или биоэлектронные приборы, а современные нам ЭВМ будут казаться будущим пользователям такими же монстрами, какими нам кажутся вычислительные машины 40-х годов двадцатого века.

Аппаратное обеспечение – система взаимосвязанных технических устройств, выполняющих ввод, хранение, обработку и вывод информации.

Персональный компьютер в своей базовой конфигурации состоит из системного блока, монитора, клавиатуры и мыши. Также к компьютеру можно подключить разнообразные периферийные (внешние) устройства: принтер, сканер, графопостроитель (плоттер), модем, микрофон, акустика, веб-камера и т.д.

Элемент Название 1 Монитор 2 Материнская плата 3 Центральный процессор 4 Оперативная память 5 Карты расширений 6 Блок питания 7 Оптический привод 8 Жесткий диск 9 Мышка 10 Клавиатура   Компоненты компьютера
Устройства обработки информации (процессор)		Устройства ввода информации (клавиатура, мышь, трекбол, джойстик, сканер, микрофон и т.д.)		Устройства вывода информации (монитор, принтер, плоттер, колонки и т. д.)
Устройства хранения информации (дискета 1,44 Мб, компакт-диск 650 Мб, винчестер ~100 Гб, магнитная лента 2 Гб, магнитооптический диск, zip-диск 100 Мб, DVD-диск – 4,7-17 Гб)		Устройства передачи информации (модем, телефакс)

В корпусе системного блока располагаются все основные устройства компьютера:

• микропроцессор – мозг компьютера, который выполняет поступающие на его вход команды: проводит вычисления и управляет работой остальных устройств ПК;
• оперативная память, предназначенная для временного хранения программ и данных;
• контроллеры, предназначенные для независимого от процессора управления отдельными процессами в работе ПК;
• накопители на гибких магнитных дисках, используемые для чтения и записи на дискеты;
• накопитель на жестком магнитном диске, предназначенный для чтения и записи на жесткий магнитный диск (винчестер);
• дисководы для компакт-дисков, обеспечивающие возможность чтения данных с компьютерных компакт-дисков и проигрывания аудиокомпакт-дисков, а также запись информации на компакт-диск;
• блок питания, преобразующий электропитание сети в постоянный ток, подаваемый на электронные схемы компьютера;
• счетчик времени, который функционирует независимо от того, включен компьютер или нет;
• другие устройства.

Все компоненты ПК по их функциональному отношению к работе с информацией можно условно разделить на:

• устройства обработки информации (центральный процессор, специализированные процессоры);
• устройства хранения информации (жесткий диск, CD-ROM, оперативная память, др.);
• устройства ввода информации (клавиатура, мышь, микрофон, сканер и т.д.);
• устройства вывода информации (монитор, принтер, акустическая система и т.д.);
• устройства передачи информации (модем телефакс).

Контроллеры и адаптеры – это платы, управляющие определенными устройствами.

Контроллер портов ввода-вывода присутствует практически в каждом компьютере. Обычно этот контроллер интегрирован в состав материнской платы. Контроллер портов ввода-вывода соединяется кабелями с разъемами на задней стенке компьютера, через которые к компьютеру подключаются устройства ввода-вывода информации (мышь, принтер и т.п.). Порты ввода-вывода бывают следующих типов:

· параллельные (обозначаемые LPT1-Lpt4), к ним обычно подключаются принтеры;

· последовательные (обозначаемые СОМ1-СОМ3), к ним обычно подключаются мышь, модем и т.д.;

· игровой порт (имеется не у всех компьютеров), к нему подключается джойстик.

Монитор – устройство для визуального воспроизведения символьной и графической информации. Служит в качестве устройства вывода. Они отдаленно напоминают бытовые телевизоры.

В настольных компьютерах обычно используются мониторы на электронно-лучевой трубке (ЭЛТ) или плоские мониторы на жидких кристаллах (ЖК).

Клавиатура — это устройство, предназначенное для ввода информации от пользователя в компьютер.

Мыши — это представители устройств-манипуляторов, которые позволяют передвигать курсор по экрану монитора, выделять элементы и выполнять много других действий.

Звуковая плата (также называемая звуковая карта, аудиоадаптер) используется для записи и воспроизведения различных звуковых сигналов: речи, музыки, шумовых эффектов. В настоящее время звуковые карты чаще бывают встроенными в материнскую плату, но выпускаются также и как отдельные платы расширения.

На материнскую плату звуковая плата устанавливается в слоты ISA (устаревший формат) или РСI (современный формат). Когда звуковая плата установлена, на задней панели корпуса компьютера появляются порты для подключения колонок, наушников, микрофона и т.д.

Основными производителями звуковых плат являются Creative Labs, Diamond Multimedia System Inc., ESS Technology, KYE Systems (Genius), Turtle Beach Systems, Yamaha Media Technology.

Графическая плата (известна также как графическая карта, видеокарта, видеоадаптер) (англ. videocard) – устройство, преобразующее изображение, находящееся в памяти компьютера, в видеосигнал для монитора. Современная графическая плата состоит из следующих основных частей: графический процессор, видеоконтроллер и видеопамять. Многие карты имеют видеовыход для подключения к телевизору и DVI для подключения жидкокристаллических мониторов, это позволяет превратить компьютер в домашний кинотеатр.

Основными производителями графических плат являются ATI Technologies, NVIDIA Corporation, Matrox, 3D Labs, 3dfx (приобретена NVidia), S3 Graphics, XGI Technology Inc. (приобретена ATI в 2006 г.).

Материнская плата – печатная плата, на которой осуществляется монтаж большинства компонентов компьютерной системы. Название происходит от английского motherboard, иногда используется сокращение MB или слово mainboard – главная плата.

Материнская плата обеспечивает связь между всеми устройствами ПК, посредством передачи сигнала от одного устройства к другому. На ней размещаются микропроцессор; оперативная память; набор управляющих микросхем, или чипсетов(chipset); ПЗУ с системной BIOS(базовой системой ввода/вывода); слоты расширения; разъемы для подключения интерфейсных кабелей жестких дисков, дисководов; разъемы питания; разъемы последовательного (COM) и параллельного (LPT) портов; универсальной последовательной шины USB; разъем PS/2 для подключения клавиатуры и мыши и ряд других компонентов. На материнской плате также могут находиться микросхемы видеоадаптера, звуковой платы и сетевой карты.

Сетевая плата (также известная как сетевая карта, сетевой адаптер, Ethernet card, NIC (англ. network interface card)) – печатная плата, позволяющая взаимодействовать компьютерам между собой посредством локальной сети.

Модем – это устройство, способное осуществлять модуляцию и демодуляцию информационных сигналов; как правило, используется для подключения домашнего компьютера к сети Интернет по телефонной линии.

Внутренний модем устанавливается в PCI слот на материнской плате и скрыт от глаз, внешний модем, как исходит из названия, подключается к серийному порту компьютера или USB-порту.

Основные фирмы – производители модемов: US Robotics, ZyXEL, Genius и Acorp.

Дата добавления: 2017-01-14