Базовые блоки и устройства персонального компьютера

Классификация компьютеров.

Занятие 1 (Л2) Аппаратные средства персональных компьютеров

Тема 7. АППАРАТНЫЕ СРЕДСТВА ПЕРСОНАЛЬНЫХ КОМПЬЮТЕРОВ

Вопросы:

1. Классификация компьютеров.

2. Базовые блоки и устройства персонального компьютера.

3. Внутренние устройства системного блока персонального компьютера.

4. Внешние устройства и коммуникационные средства персонального компьютера.

Под компьютером обычно понимается совокупность двух тесно связанных компонентов: аппаратной части (“железа”) и программной части (программного обеспечения).

Аппаратная часть составляет ту материальную основу, на которой выполняются программы. Программное обеспечение является как бы продолжением аппаратуры.

С этой стороны компьютер представляет собой устройство, способное исполнять четко определенную последовательность операций, предписанную программой.

В основу построения подавляющего большинства ЭВМ положены следующие общие принципы, сформулированные в 1945 году американским ученым Джоном фон Нейманом.

• Принцип двоичного кодирования. Согласно этому принципу, вся информация, поступающая в ЭВМ, кодируется с помощью двоичных сигналов.

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

• Принцип однородности памяти. 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.

• Принцип адресности. 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 дальнейшем архитектура фон Неймана незначительно изменялась и дополнялась, но исходные принципы управления работой компьютера с помощью хранящихся в памяти программ остались нетронутыми.

Существуют различные классификации компьютерной техники:

• по этапам развития (по поколениям);

• по архитектуре;

• по производительности;

• по условиям эксплуатации;

• по количеству процессоров;

• по потребительским свойствам и т.д.

Четких границ между классами компьютеров не существует. По мере совершенствования структур и технологии производства, появляются новые классы компьютеров, границы существующих классов существенно изменяются.

Классификация по поколениям

Идея делить машины на поколения вызвана к жизни тем, что за время короткой истории своего развития компьютерная техника проделала большую эволюцию как в смысле элементной базы (лампы, транзисторы, микросхемы и др.), так и в смысле изменения её структуры, появления новых возможностей, расширения областей применения и характера использования.

К первому поколению обычно относят машины, созданные на рубеже 50-х годов. В их схемах использовались электронные лампы. Лампы потребляли огромное количество электроэнергии и выделяли много тепла. Эти компьютеры были огромными, неудобными, слишком дорогими машинами и были не совсем надежны в работе. Создавались они в единичных экземплярах и использовались в основном для военных и научных целей.

В качестве типичных примеров машин первого поколения можно указать американские компьютеры UNIVAC, IBM-701, IBM-704, а также советские машины МЭСМ (малая электронная счётная машина), БЭСМ, Стрела, Урал, М-20. Типичная скорость обработки данных для машин первого поколения составляла 5-30 тысяч арифметических операций в секунду.

Но это только техническая сторона. Очень важна и другая - способы использования компьютеров, стиль программирования, особенности математического обеспечения

Программы для этих машин писались на языке конкретной машины. Математик, составивший программу, садился за пульт управления, вводил и отлаживал программы и производил по ним счет. Процесс отладки был наиболее длительным по времени.

Второе поколение компьютерной техники машины, сконструированные примерно в 1955-65 гг. Характеризуются использованием в них как электронных ламп, так и дискретных транзисторных логических элементов. Их оперативная память была построена на магнитных сердечниках. В это время стал расширяться диапазон применяемого оборудования ввода-вывода, появились высокопроизводительные устройства для работы с магнитными лентами, магнитные барабаны и первые магнитные диски.

Быстродействие - до сотен тысяч операций в секунду, ёмкость памяти — до нескольких десятков тысяч слов.

Появились так называемые языки высокого уровня, средства которых допускают описание всей необходимой последовательности вычислительных действий в наглядном, легко воспринимаемом виде.

Появился широкий набор библиотечных программ для решения разнообразных математических задач. Появились мониторные системы, управляющие режимом трансляции и исполнения программ. Из мониторных систем в дальнейшем выросли современные операционные системы.

Для некоторых машин второго поколения уже были созданы операционные системы с ограниченными возможностями.

Типичные представители машин второго поколения - PDP-8, IBM-7094, CDC-6600 (США), ATLAS (Великобритания), БЭСМ-4, М-220, Минск-32, БЭСМ-6 (СССР).

Машины третьего поколения выполнены на так называемых интегральных схемах, которые сокращенно обозначают ИС.

Интегральная схема представляет собой микроминиатюрную электри-ческую цепь определенного функционального назначения, которая с помощью специальной технологии размещается на очень маленькой кремниевой (или какой-либо другой подходящей по свойствам) пластинке — «основе».

Площадь такой схемы 1-3 квадратных сантиметра, но по своим функциональным возможностям интегральная схема эквивалентна сотням и тысячам транзисторных элементов.

Кроме перехода на новую элементную базу, важно отметить также, что машины начали выпускаться семействами. Машины, входящие в семейство, имеют одинаковую логическую структуру, одни и те же способы работы с информацией.

Машины третьего поколения появились в середине шестидесятых годов. Это были машины семейства IBM/360. Популярность этих машин оказалась настолько велика, что во всем мире их стали копировать или выпускать похожие по функциональным возможностям и совпадающие по способам кодирования и обработки информации. Причем программы, подготовленные для выполнения на машинах IBM, с успехом выполнялись на их аналогах, так же как и программы, написанные для выполнения на аналогах, могли быть выполнены на машинах IBM. Такие модели машин принято называть программно-совместимыми. В нашей стране такой программно-совместимой с семейством IBM/360 была серия машин ЕС ЭВМ, в которую входило около двух десятков различных по мощности моделей.

Машины третьего поколения имели уже развитые операционные системы. Они обладали возможностями мультипрограммирования, т.е. одновременного выполнения нескольких программ. Многие задачи управления памятью, устройствами и ресурсами стала брать на себя операционная система или же непосредственно сама машина.

Быстродействие машин внутри семейства было от сотен тысяч до нескольких миллионов операций в секунду. Ёмкость оперативной памяти достигает нескольких сотен тысяч слов.

Примеры машин третьего поколения — семейства IBM-360, IBM-370, ЕС ЭВМ (Единая система ЭВМ), СМ ЭВМ (Семейство малых ЭВМ) и др.

Четвёртое поколение - это теперешнее поколение компьютерной техники, разработанное после 1970 года.

В первой половине семидесятых годов происходит переход от обычных интегральных схем к схемам с большей плотностью монтажа - большим интегральным схемам (БИС). Если обычные интегральные схемы эквивалентны тысячам транзисторных элементов, то большие интегральные схемы заменяют уже десятки и сотни тысяч таких элементов. На фоне этого перехода произошло разделение до этой поры в общем-то единого потока развития средств вычислительной техники на две ветви.

Одна ветвь продолжала старую тенденцию развития машин по линии наращивания мощности и надежности, а также по линии коллективного использования вычислительных мощностей.

Вторая ветвь развития средств вычислительной техники оказалась направленной на миниатюризацию и персонализацию средств обработки данных. Своим рождением это направление обязано появлению в 1971 году первого микропроцессора Intel 4004.

Для периода развития компьютеров 4-го поколения характерно:

• появление и повсеместное применение персональных компьютеров;

• телекоммуникационная обработка данных;

• компьютерные сети;

• широкое применение систем управления базами данных;

• элементы интеллектуального поведения систем обработки данных и устройств.

Разработка последующих поколений компьютеров производится на основе больших интегральных схем повышенной степени интеграции, использования оптоэлектронных принципов (лазеры, голография).

Развитие идет также по пути "интеллектуализации" компьютеров, устранения барьера между человеком и компьютером. Компьютеры будут способны воспринимать информацию с рукописного или печатного текста, с бланков, с человеческого голоса, узнавать пользователя по голосу, осуществлять перевод с одного языка на другой.

В компьютерах пятого поколения произойдёт качественный переход от обработки данных к обработке знаний.

Будет также решаться проблема децентрализации вычислений с помощью компьютерных сетей.

Классификация по применению

включает следующие группы: микропроцессоры, микрокомпьютеры (микроЭВМ), миникомпьютеры (миниЭВМ), универсальные компьютеры (универсальные ЭВМ) и суперкомпьютеры (суперЭВМ).

Микропроцессоры, микрокомпьютеры (микроЭВМ) - оба эти названия практически вытеснены из обихода более популярными: персональная ЭВМ или персональный компьютер.

Персональный компьютер (ПК) – это универсальная электронная система, работающая в интересах одного пользователя и имеющая свою конфигурацию (состав оборудования).

ПК характерен тем, что им может пользоваться один человек, не прибегая к помощи бригады обслуживающего персонала и не отводя под него специального зала с поддержкой климата, мощной системой электропитания и прочими атрибутами больших вычислительных машин.

Когда используется аббревиатура PC (Personal Computer), подразумевается ПК, совместимый с самым массовым семейством персональных компьютеров фирмы IBM и их клонов. Это не единственное семейство – есть множество и других, но их аналоги других фирм существенно уступают по популярности, например ПК фирмы Арр1е (Масintosh). Поэтому все дальнейшее изложение будет основываться на этом семействе как наиболее распространенном.

ПК, совместимые с IBM PC, делятся на несколько поколений (или классов) со следующими характерными особенностями:

• IBM PC первой модели имел процессор Intel 8086 (8088), адресуемую память 1 Мбайт, шину расширения ISA (8 бит), накопители на гибких дисках (НГМД) до 360 Кбайт.

• IBM PC/XT (eXtended Technology – расширенная технология) – появились винчестеры – накопители на жестких дисках (НЖМД) и возможность установки математического сопроцессора Intel 8087, НЖМД 720 Кбайт.

• IBM PC/AT (Advanced Technology – прогрессивная или "продвинутая" технология): процессор Intel 80286 с математическим сопроцессором 80287, адресуемая память 16 Мбайт, шина ISA 16 бит, НГМД 1.2 и 1.44 Мбайт, НЖМД большего объема.

В настоящее время класс ПК IBM PC/AT развивается в нескольких направлениях:

- 16-разрядный процессор заменен на 32 и 64-разрядные, оперативная память (ОЗУ) адресуется в пространстве 4, 32, 128 и более Гбайт;

- применяются более эффективные шины расширения (устаревшие на сегодня EISA, VLB и применяемые в наши дни PCI, AGP, USB, PCI-Express. SATA) с сохранением PCI как дешевой шины для обеспечения совместимости с адаптерами устройств старших поколений;

- расширяется состав устройств, имеющих системную поддержку на уровне BIOS.

Типы персональных компьютеров: настольные компьютеры, переносные компьютеры, карманные компьютеры и планшетные.

Настольные компьютеры предназначены для работы за письменным (компьютерным) столом. Они больше и мощнее других видов персональных компьютеров. Настольные компьютеры собираются из отдельных компонентов. Основной компонент компьютера называется системным блоком и обычно выглядит как прямоугольная коробка, расположенная на столе или под столом. Другие компоненты, такие как монитор, мышь и клавиатура, подключаются к системному блоку.

Переносные компьютеры являются легкими переносными ПК с тонким экраном. Их еще часто называют ноутбуками. Переносные компьютеры могут питаться от электрической сети и могут работать от батарей. В отличие от настольных компьютеров, переносные компьютеры совмещают микропроцессор, экран и клавиатуру в одном корпусе. После завершения работы можно опустить экран такого компьютера на клавиатуру, как бы складывая его. В качестве видеомониторов в переносных моделях компьютеров применяются плоские жидкокристаллические дисплеи, реже люминесцентные или газо-разрядные.

Наращивание аппаратных средств у большинства переносных компьютеров выполняется подключением плат специальной конструкции, так называемых PCMCIA-карт (PC-карты, или PC Card), не требующих выключения ПК или какой-либо его дополнительной настройки.

Клавиатура чаще всего уменьшенная: 84-86 клавиш (вместо 101 у настольных ПК), но может иметься разъем для подключения и полной клавиатуры.

Применяются в портативных компьютерах и сенсорные экраны, в которых прикосновение пальцем к их поверхности обусловливает перемещение курсора или выбор процедуры по меню, выведенному на экран.

Карманные компьютеры, часто называемые личными цифровыми помощниками (PDA), используют питание от батарей и настолько малы, что их без проблем можно взять куда угодно. Хотя карманные компьютеры и не настолько мощны, как настольные и переносные компьютеры, их можно использовать для планирования встреч, сохранения адресов и телефонных номеров и игр. Некоторые из них позволяют осуществлять телефонные звонки или же использовать ресурсы Интернета. Карманные компьютеры оборудованы сенсорными экранами, управление на которых осуществляется с помощью пальца или пера (приспособление, по форме напоминающее ручку)

В них используются свои операционные системы, отличные от ОС настольных компьютеров.

Карманные компьютеры — полноправные персональные компьютеры, имеющие микропроцессор, оперативную и постоянную память, монохромный или цветной жидкокристаллический дисплей, портативную клавиатуру или специальное перо, порт-разъем (часто беспроводный) для подключения, с целью обмена информацией, к настольному ПК и другим внешним устройствам.

Планшетные ПК - это переносные ПК, совмещающие в себе особенности переносных и карманных компьютеров. Подобно переносным компьютерам, они мощны и имеют встроенный экран. Как и карманные компьютеры, они позволяют писать заметки и рисовать на экране при помощи планшетного пера вместо обычного пера. Они также могут преобразовать рукописный текст в печатный. Некоторые планшетные ПК являются преобразуемыми, у них экран может сдвигаться, открывая клавиатуру, расположенную под ним.

Экраны некоторых новых планшетных ПК - сенсорные. Если компьютер поддерживает сенсорный ввод, действия, выполняемые мышью или пером планшета, можно проделать пальцем. Можно, например, перемещать указатель по экрану, выбирать объекты и открывать файлы и папки.

Конструктивные решения, заложенные в первую модель IBM PC образца 1981 года, без каких-либо революционных изменений дошли и до наших дней.

Конфигурацию персонального компьютера можно гибко изменять по мере необходимости. Существует понятие базовой конфигурации, которая считается типовой. В настоящее время в базовую конфигурацию включают 4-е устройства: системный блок, монитор, клавиатура, мышь.

Дата добавления: 2014-01-07