Файл: Перечень, назначение и устройство основных элементов персонального компьютера (ПК) (ИСТОРИЯ СОЗДАНИЯ КОМПЬЮТЕРА).pdf
Добавлен: 06.07.2023
Просмотров: 64
Скачиваний: 1
ВВЕДЕНИЕ
Сегодня компьютеры есть в большинстве семей. Мы используем их для получения образования, для развлечений, для просмотра фильмов и клипов, причем для выполнения всех этих целей может быть использован один компьютер. Компьютеры являются помощниками для людей различных профессий, таких как инженер, врач, дизайнер. Некоторые из профессий полностью связаны с компьютерами. Благодаря компьютеру стало возможным создавать практически полностью автоматизированные производства, реализовывать многие проекты, ускорить и сделать более продуктивным процесс обучения и еще многое другое.
Развитие производства и увеличение объема информации привели к необходимости создания компьютера как своего рода инструмента для обработки и хранения этой информации.
Компьютеры с момента своего появления прошли путь от механического устройства до электронного, претерпев при этом огромное количество изменений и новшеств. Сегодня является невозможным представить себе эффективную организацию учебного и рабочего процесса. Компьютеры используется практически во всех сферах деятельности человека. В настоящее время круг задач, требующих для своего решения применения мощных ЭВМ, весьма расширился.
ИСТОРИЯ СОЗДАНИЯ КОМПЬЮТЕРА
Итак, что же означает понятие «персональный компьютер»?
Согласно ГОСТ 15971-90, Персональный компьютер, ПК или ПЭВМ (персональная электронно-вычислительная машина) – настольная микро-ЭВМ, имеющая эксплуатационные характеристики бытового прибора и универсальные функциональные возможности.
Т.к. компьютер используется людьми для различных целей, его можно назвать универсальным устройством. Л. Л. Босова в учебнике «Информатика» пишет, что компьютер это «универсальная машина для работы с информацией». И. Г. Семакин добавляет к этому определению слово «техническая».
Термин «персональный компьютер» был введен в 1964 году и относился только к устройству Programma 101 (Olivetti). Но затем был перенесен и на другие компьютеры. В СССР все вычислительные машины, предназначенные для персонального использования, носили название ПЭВМ или персональные электронные вычислительные машины. Сегодня персональным компьютером называют любую ЭВМ, имеющую IBM-совместимую архитектуру.
А. Я. Фридланд в толковом словаре «Информатика и компьютерные технологии» дает другое определение. ПК – это компьютер, предназначенный для индивидуального использования. Основные критерии отнесения компьютера к классу ПК: малые размеры, низкая цена, функциональная универсальность, простота модернизации.
В рутинных занятиях компьютер без проблем заменит человека, но без помощи человека, как пользователя ПК, компьютер работать не сможет. В каких-либо вычислениях, действиях работу компьютера надо контролировать. Для удобного общения между пользователем и ПК служит удобный пользовательский интерфейс.
Принцип работы компьютера заключается в обработке данных. Компьютер может решать серии проблем и принимать тысячи логических решений, тратя на это доли секунд.
К положительным качествам компьютера можно отнести быстродействие, многозадачность, универсальность использования, относительную компактность.
С развитием цивилизации у людей возникала потребность в счете и автоматизации этого процесса. Люди осуществляли торговые сделки, проводили землемерные работы, используя при этом огромные числа и проводя сложные вычисления. Изобретенные издревле счетные палочки, абаки в ходе развития науки и техники эволюционировали в первые калькуляторы, а затем и в персональные компьютеры.
Первой попыткой механизированной устройством стала изобретенная в 1642 году Блезом Паскалем арифметическая суммирующая машина. Она представляла собой ящик с многочисленными связанными одна с другой шестерёнками. Числа, которые нужно сложить, вводились в машину при помощи шестеренок.
В период с 1882 по 1838 гг. математик Чарлз Бэббидж предпринял попытку создать первое программируемое вычислительное устройство. Механизм аналитической разностной машины приводился в действие специальными рукоятками. Она производила вычисления на большими числами с высокой точностью.
В 1890 году было создано первое автоматическое вычислительное устройство, именуемое как Табулятор Холлерита.
Первым вычислительным устройством, использующим двоичную систему счисления стала вычислительная машина Z1, разработанная в 1937 году Конрадом Цузе.
Меньше чем через десятилетие фирма IBM выпустила первый программируемый компьютер Mark I.
Первые ЭВМ:
ЭНИАК (1946) - первый электронный цифровой вычислитель общего назначения, который можно было перепрограммировать для решения широкого спектра задач.
Манчестерская малая экспериментальная машина (1948) - первый электронный компьютер, построенный по принципу совместного хранения данных и программ в памяти.
EDSAC (1949) - первый в мире действующий и практически используемый компьютер с хранимой в памяти программой.
Первые ПК:
«Кухонный компьютер» (1969) - первый домашний компьютер.
Kenbak-1 (1971) – «микрокомпьютер».
Apple I (1976) – первый ПК, продававшийся в полностью собранном виде.
Apple II (1977) – первый ПК в пластиковом корпусе со встроенной клавиатурой, цветной графикой, звуком.
TRS-80 Color Computer (1980) – первый ПК с многопользовательской и многозадачной операционной системой.
IBM PC 5150 (1981) - персональный компьютер на архитектуре Intel x86.
IBM PC/XT (1983) – ПК с жестким диском.
Apple Macintosh (1984) - первый персональный компьютер с манипулятором типа «мышь» и полностью графическим интерфейсом.
Компьютеры, представленные выше? являются родоначальниками современного персонального компьютера.
АРХИТЕКТУРА И СТРУКТУРА ПЕРСОНАЛЬНОГО КОМПЬЮТЕРА
Среди функций компьютера можно выделить две основные:
- работа с информацией (обработка, хранение);
- обмен информацией с внешними объектами.
Дополнительные функции повышают эффективность выполнения основных функций компьютера:
- обеспечивают эффективные режимы его работы;
- диалог с пользователем;
- высокую надежность и т.д.
Эти функции компьютера реализуются с помощью аппаратного и программного компонента компьютера.
Аппаратное обеспечение, или hardware – это «тело» компьютера, т.е. физическая его часть. Это системный блок с процессором и материнской платой, жесткий диск, периферийные устройства и д.
Программное обеспечение, или software – это «интеллект» компьютера, т.е. информация и программы для обработки информации и управления процессами.
При рассмотрении персонального компьютера как устройства необходимо различать понятия его архитектуры и структуры.
Под архитектурой компьютера принято считать концептуальную структуру вычислительной машины, определяющую проведение обработки информации и включающую методы преобразования информации в данные и принципы взаимодействия технических средств и программного обеспечения. Иными словами, это описание компьютера на некотором общем уровне, которое включает описание входящих в него компонент, принципы их взаимодействия, включая функции и характеристики, а также описание пользовательских возможностей.
Структура компьютера — это совокупность его функциональных элементов и связей между ними. Элементами могут быть самые различные устройства — от основных логических узлов компьютера до простейших схем. Структура компьютера графически представляется в виде структурных схем, с помощью которых можно дать описание компьютера на любом уровне детализации. Т.е. это некоторая модель, устанавливающая состав, порядок и принципы взаимодействия входящих в нее компонентов.
Джон фон Нейман, выдающийся физик-математик, в середине 20-го века предложил несколько основных принципов конструирования персональных компьютеров. Концепция, разработанная фон Нейманом предполагает, соблюдение следующих принципов:
- Принцип однородности памяти. Все команды, программы и данные, хранятся в одной и той же памяти.
- Принцип адресности. Структурно основная память состоит из пронумерованных ячеек; процессору в произвольный момент времени доступна любая ячейка. Для доступа к ячейкам памяти используются номера ячеек, которые принято называть адресами.
- Принцип программного управления. Все вычисления представлены в виде команд, которые содержат определенную операцию.
- Принцип двоичного кодирования. Вся информация (данные, команды, программы) представлена в памяти компьютера в двоичном виде, т.е. в виде последовательности 0 и 1.
Джон фон Нейман предположил, что компьютер должен состоять из следующих модулей
В настоящее время компьютеры проектируются на принципе открытой архитектуры. Это архитектура, допускающая сборку, усовершенствование и ремонт компьютера по его составным элементам — модулям. Принцип открытой архитектуры используется в конструкции персональных компьютеров, при производстве IBM-совместимых (или Intel-совместимых) ПК.
Открытые спецификации архитектуры компьютера или периферийного устройства позволяют сторонним производителям разрабатывать дополнительные устройства к системам с открытой архитектурой.
Рассмотрим ключевые компоненты современных персональных компьютеров.
Материнская плата
Материнская плата – это сложная многослойная печатная плата, на которой монтируется чипсет и прочие компоненты компьютерной системы. Она является основой построения системы компьютера. Вместе с подключенным к ней устройствами, системная плата встраивается в корпус (системный блок) персонального компьютера.
Первая материнская плата была разработана фирмой IBM в 1981 году. Эта плата не могла без корректировки поддерживать многие устройства расширения, такие как жесткий диск.
Материнская (системная) плата состоит их следующих основных частей, которые, как правило, являются несъемными:
Разъем центрального процессора (ЦПУ). Разъем, предназначенный для установки в него центрального процессора Процессор устанавливается в разъем вместо припаивания, и это значительно упрощает замену процессора в случае ремонта или модернизации ПК.
Разъемы оперативного запоминающего устройства (ОЗУ), или оперативной памяти. В эти разъемы подключаются модули динамической памяти, содержащие полупроводниковые интегральные схемы.
Микросхемы чипсета (северный мост и южный мост).
Северный мост – это специальный прямоугольный чип, расположенный в верхней части материнской платы под процессором, который отвечает за взаимодействие центрального процессора с оперативной памятью и видеоадаптером. Северный мост соединяется с системной платой через согласующий интерфейс и южный мост.
Южный мост – это контроллер –концентратор ввода-вывода. Обычно представлен в виде микросхемы, которая обеспечивает взаимодействие периферийных устройств с ЦПУ.
Особенности материнской платы и то, какие устройства могут подключаться к ней определяют северный и южный мосты.
Загрузочное ПЗУ (BIOS). Это набор микропрограмм, реализующих интерфейс прикладного программирования для работы с аппаратурой компьютера и подключёнными к нему устройствами.
Контроллеры шин и их слоты расширения. Компьютерные шины служат для передачи данных между функциональными блоками компьютера.
Контроллеры и интерфейсы периферийных устройств. Это слоты и разъемы, в которые подключаются устройства ввода/вывода данны (монитор, клавиатура, мышь, принтер и т.д.).
На схеме изображена схема материнской (системной) платы IBM-совместимого компьютера.
Выбирая материнскую плату в процессе сборки или модернизации ПК необходимо убедиться, что данная модель соответствует другим аппаратным компонентам и модулям.
Говорить о материнской плате в отдельности от всех остальных частей компьютера не возможно — это комплекс, работающий как один организм. Тенденции развития материнских плат в основном диктуются развитием микропроцессоров.
Процессор
Процессор (центральное процессорное устройство - ЦПУ) является главной микросхемой в современном компьютере, т.к. именно он координирует работу остальных частей системы и осуществляет обработку данных. Центральный процессор состоит из арифметико-логического устройства (АЛУ), устройства управления и набора регистров. Арифметико-логическое устройство обеспечивает выполнение вычислительных действий. Устройство управления обеспечивает порядок выполнения операций и прерывания. Регистры играют роль памяти.
Первые процессоры создавались с использованием электромеханических реле, ферритовых сердечников и вакуумных ламп. В середине 1950-х годов были внедрены транзисторы. Затем, спустя десятилетие, появились первые микросхемы, которые поначалу содержали простые транзисторные и резисторные сборки, позднее появились микросхемы, содержащие функциональные блоки процессора — микропрограммное устройство, АЛУ, регистры, устройства работы с шинами данных и команд.