Файл: Перспективы развития персональных компьютеров.pdf

Применение в управлении информационных технологий, построенных на базе ПЭВМ, имело преимущество по сравнению с использованием больших и мини-ЭВМ, как по стоимости, так и в связи со следующими причинами:

• простота использования, обеспеченная диалоговым способов взаимодействия с компьютером, удобных и понятных интерфейсов программ (меню, подсказки, «помощь»);
• возможность индивидуального взаимодействия с компьютером без каких-либо посредников и ограничений;
• высокие возможности по переработке информации;
• относительно высокая надежность и простота ремонта, основанные на интеграции компонентов компьютера;
• возможность расширения и адаптации к особенностям применения компьютеров – один и тот же компьютер может быть оснащен различными периферийными устройствами и разным программным обеспечением;
• наличие программного обеспечения, охватывающего практически все сферы человеческой деятельности, а также мощных систем для разработки нового программного обеспечения.

Таким образом, можно сделать вывод, что к настоящему времени история развития персональных компьютеров насчитывают уже достаточно большое количество времени. Однако, с момента непосредственного создания данного типа устройств прошлой не так много времени. Значительное количество истории приходится на предшествующие этапы развития вычислительных машин. Очень долгое время происходило развитие тех наук, которые требуются для создания полноценного персонального компьютера.

2. Современное состояние и перспективы развития персональных компьютеров

2.1 Современные достижения в области создания персональных компьютеров

Архитектура современных персональных компьютеров является достаточно обширным вопросов, углубление в который займет достаточно много материала.

Рис. 4 Условная модель структуры архитектуры ЭВМ

Принципы, лежащие в основе архитектуры ЭВМ, были сформулированы в 1945 году Джоном фон Нейманом, который развил идеи Чарльза Беббиджа, представлявшего работу компьютера как работу совокупности устройств: обработки, управления, памяти, ввода-вывода.

---

Принципы фон Неймана изложен следующими положениями.

1. Принцип однородности памяти. Над командами можно выполнять такие же действия, как и над данными.

2. Принцип адресуемости памяти. Основная память структурно состоит из пронумерованных ячеек; процессору в произвольный момент времени доступна любая ячейка. Отсюда следует возможность давать имена областям памяти, так чтобы к хранящимся в них значениям можно было бы впоследствии обращаться или менять их в процессе выполнения программы с использованием присвоенных имен.

3. Принцип последовательного программного управления. Предполагает, что программа состоит из набора команд, которые выполняются процессором автоматически друг за другом в определенной последовательности.

4. Принцип жесткости архитектуры. Неизменяемость в процессе работы топологии, архитектуры, списка команд.

Компьютеры, построенные на принципах фон Неймана, имеют классическую архитектуру, но, кроме нее, существуют другие типы архитектуры. Например, Гарвардская. Ее отличительными признаками являются:

• хранилище инструкций и хранилище данных представляют собой разные физические устройства;
• канал инструкций и канал данных также физически разделены [5, с. 86].

Архитектура компьютера определяет принцип действия, информационные связи и взаимное соединение основных логических узлов компьютера, к которым относятся:

• центральный процессор;
• основная память;
• внешняя память;
• периферийные устройства.

Конструктивно персональные компьютеры выполнены в виде центрального системного блока, к которому через специальные разъемы присоединяются другие устройства. В состав системного блока входят все основные узлы компьютера:

• системная плата;
• блок питания;
• накопитель на жестком магнитном диске;
• накопитель на гибком магнитном диске;
• накопитель на оптическом диске;
• разъемы для дополнительных устройств.

О тех же узлах идет речь, когда рассматриваются переносные персональные компьютеры. Однако в случае с ноутбуками, отдельные узлы могут быть не снимаемыми. В частности, на большинстве моделей нет возможности заменять видеокарту, какие-либо дополнительные расширения внутрь корпуса. В данном случае на помощь приходят внешние дополнительные устройства. Так, можно подключить к ноутбуку внешнюю звуковую карту с расширенными возможностями, либо какое-то другое устройство.

На системной (материнской) плате в свою очередь размещаются:

---

• микропроцессор;
• математический сопроцессор;
• генератор тактовых импульсов;
• микросхемы памяти;
• контроллеры внешних устройств;
• звуковая и видеокарты;
• таймер.

Рис. 5 Системная (материнская) плата

Основными особенностями архитектуры современных компьютеров является стремление инженеров создать компьютер высокопроизводительными, достаточно компактными, эстетически привлекательными. При этом практически все персональные компьютеры схематически достаточно походы между собой, они состоят из одних и тех же комплектующих, за исключением некоторых дополнительных устройств, а также показателей эффективности работы тех или иных составляющих[12].

Рис. 5 Архитектура современных персональных компьютеров

Рассмотрим более подробно отдельные элементы современного компьютера, чтобы описать их назначение и особенности работы.

Микропроцессор (МП) является основным элементом ПК и предназначен для управления работой всего ПК, а также для выполнения арифметических и логических операций. В настоящее время наиболее распространенными моделями являются микропроцессоры Pentium, Celeron фирмы Intel и Athlon фирмы AMD. В состав микропроцессора входят:

• арифметико-логическое устройство (АЛУ) предназначено для выполнения всех арифметических и логических операций над числовой и символьной информацией (в некоторых моделях ПК для ускорения выполнения операций к АЛУ подключается дополнительный математический сопроцессор);
• регистры общего назначения (РОН) – это быстродействующие ячейки памяти, используемые в основном как различные счетчики и указатели на адресное пространство ПК. В современных микропроцессорах имеется шестнадцать 64 –х битных регистров общего назначения. Обращение к регистрам позволяет значительно увеличить быстродействие выполняемой программы;
• кэш-память – блок высокоскоростной памяти, в которую копируются данные, извлеченные из оперативной памяти. Такое сохранение основных команд позволяет повысить производительность процессора. Современные микропроцессоры имеют кэш-память первого (L1) и второго (L2) уровней. Кэш-память первого уровня (L1), как правило, имеет объем 128 Кбайт, емкость кэш- памяти второго уровня достигает 1 Мбайта;
• устройство управления (УУ) формирует и подает во все элементы ПК в нужные моменты времени определенные сигналы управления (управляющие импульсы), обусловленные спецификой выполняемой операции и результатами предыдущих операций;

---

История развития микропроцессоров является, пожалуй, одной из наиболее увлекательных во всей истории развития персональных компьютеров. При этом, из всех комплектующих, процессоры отличаются наибольшей сложностью в производстве[8, с. 354].

Наибольшую долю продаж центральных процессоров в настоящее время занимают процессоры компании Intel. Данные приведены ниже на рисунке.

Рис. 6 Рыночные доли продажи процессоров для персональных компьютеров, ноутбуков и серверов по годам

Схемы управления шиной реализуют сопряжение и связь с другими устройствами ПК через системную шину

Системная шина обеспечивает сопряжение и связь всех устройств ПК между собой. Системная шина обеспечивает передачу информации между всеми устройствами системного блока.

Генератор тактовых импульсов (ГТИ) генерирует последовательность электрических импульсов. Промежуток времени между соседними импульсами определяет время одного такта работы машины или просто такт работы машины. Частота генератора тактовых импульсов является одной из основных характеристик ПК и во многом определяет скорость его работы, так как каждая операция в машине выполняется за определенное количество тактов.

Внутренняя память предназначена для хранения и обмена информацией. Внутренняя память содержит два вида запоминающих устройств:

• постоянное запоминающее устройство (ПЗУ, в английской литературе ROM – read only memory) – служит для хранения неизменяемой (постоянной) программной и справочной информации, позволяет оперативно только считывать хранящуюся в нем информацию. В ПЗУ хранятся программы самотестирования ПК при включении питания, программы начальной загрузки операционной системы, программы установки конфигурации системы и некоторые другие. Наряду с постоянной памятью используется энергонезависимая полупостоянная память (ППЗУ, CMOS), хранящая параметры конфигурации компьютера, она может быть изменена.
• оперативное запоминающее устройство (ОЗУ, RAM – random access memory) – предназначено для оперативной записи, хранения и считывания информации (программ и данных), непосредственно участвующей в информационно-вычислительном процессе, выполняемом ПК в текущий период времени. Главными достоинствами оперативной памяти являются ее высокое быстродействие и возможность обращения к каждой ячейке памяти отдельно (прямой адресный доступ к ячейке). В качестве недостатка ОЗУ следует отменить невозможность сохранения информации в ней после выключения питания машины (энергозависимость).

---

Видеоадаптеры (видеокарты) предназначены для подключения монитора к компьютеру. Физически они осуществляют формирование сигнала для отображения на дисплее данных и синхронизирующими сигналами -горизонтальной и (строчной) и вертикальной (кадровой) развертки.

В настоящее время широко используется стандарт SVGA (Super Video Graphics Array). Видеоустройства, поддерживающий стандарт SVGA, способны отображать до 16,8 миллионов цветов и обеспечивают максимально качественное изображение, приближенное к натуральному цвету.

Контроллеры НЖМД, НГМД и НОД представляют собой специализированные устройства, обеспечивающие подключение и функционирование накопителя на жестких магнитных диска (НЖМД -«винчестер»), накопителя на гибких магнитных дисках (НГМД- дискета) и накопителя на оптических дисках соответственно. В настоящее время формат хранения информации на различных дисках практически не используется. Многие современные компьютеры по умолчанию вообще не имеют устройства для работы с дисками. На смену хранения информации на дисках пришел способ использования flash-накопителей [1, с. 149].

Впрочем, следует отметить, что несмотря на стремительное развитие технологий хранения цифровой информации, в последние годы более активно развивается технология облачных хранилищ, когда информация сохраняется на удаленных серверах, а не на физических устройствах у пользователя.

Сетевой адаптер (сетевая плата) является устройством для подключения ПК к локальной компьютерной сети. Наиболее распространенными в настоящее время являются сетевые адаптеры, функционирующие на основе технологии Ethernet и Fast Ethernet и обеспечивающие скорости передачи данных 10 и 100 Мбит/с соответственно. В настоящее время используется также гигабитная технология передачи данных по сети.

Порты (интерфейсы) представляют собой совокупность программных и аппаратных средств для подключения внешних устройств. Конструктивно порты на системном блоке представляют собой стандартные разъемы. Параллельные порты (LPT) позволяет передавать за один такт целый байт информации и применяется для быстрой связи на небольших расстояниях. Последовательные порты (COM) за один такт передают один бит и, в общем случае, работает медленнее, но позволяет передавать данные на большие расстояния.

Следует, однако, отметить, что современные последовательные порты типа USB и IEEE1394 превосходят по скорости параллельные, и поэтому вытесняют последние. Специальные порты служат для подключения клавиатуры, микрофона и динамиков (для управления последними используется звуковая карта – мультимедийное устройство, позволяющее воспроизводить музыку и внятную человеческую речь). Игровой порт служит для подключения специального механического устройства джойстика, используемого в компьютерных играх.

---