Файл: «Устройство персонального компьютера».pdf

В современном обществе в практически каждой семье есть такие обыденные вещи, как телевизор, микроволновка, стиральная машина и так далее. Так и компьютер стал чем-то незаменимым в жизни людей. Персональные компьютеры (ПК) встречаются повсеместно: стационарные – которые устанавливают дома или же на работе, ноутбуки – более мобильные устройства, для обычных пользователей не уступающих стационарным ПК. Так же функциями персонального компьютера обладают планшеты, смартфоны, игровые приставки и другие устройства. К примеру, даже магнитолы на линейки продукции Tesla снабжаются полноценными функциями компьютера.

На сегодняшний день новое поколение детей с раннего возраста умеет работать по крайней мере на сенсорных устройствах (планшетах, смартфонах), а дети школьного возраста активно обсуждают «начинку их железа», так как довольно популярна стала компьютерная игровая индустрия, киберспорт. Поэтому возникла потребность в том, чтобы постоянно увеличивать мощность компьютеров, чтобы соответствовать требованиям к этим продуктам. Поэтому данная тема теряет актуальность, но это, кажется, на первый взгляд, так как можно подчеркнуть много интересных фактов о современных ПК.

Актуальность темы можно охарактеризовать тем, что современному человеку нужно понимать, что конкретно ему нужно для той или иной цели. Для графического дизайнера нужно сделать упор на выборе более качественного дисплея и составлять сборку с упором на видео-составляющих компонентах.

Целью курсовой работы является анализ и изучение основных устройств для персонального компьютера, его архитектуры. Для достижения цели были поставлены цели:

- рассмотреть историю создания компьютерной техники

- определить основные виды ПК

- изучить архитектуру современных компьютеров

- освоить основные характеристики компонентов компьютеров.

1 Развитие компьютерной архитектуры

Для того, чтобы рассмотреть историю развития вычислительных машин нужно углубиться в те времена, когда еще никто не представлял - что такое цифровая техника.

1.1 Нулевое поколение – механические компьютеры (1642-1945)

Официально первым человеком, который начал эпоху механических компьютеров был Блез Паскаль, в его же честь был назван один из языков программирования, который часто преподают в школах. Но из-за этого не нужно недооценивать его значимость. К примеру, такой продукт, как skype написан на языке Pascal. Машина Паскаля была сконструирована им же в 1962 году, когда ему было всего 19 лет, сделал он её для своего отца – сборщика налогов. Устройство было механическое и выполняло только два действия – сложение и вычитание.

Следующим этапом в развитии вычислительной техники послужило изобретение немецкого математика Готфрида Вильгельма Лейбница – механическая машина, способная кроме сложения и вычитания производить такие вычисления, как умножение и деление.

Очень важную роль в развитии техники сыграл профессор математики Чарльз Бэббидж – он сконструировал разностную машину. Машина работала с помощью лишь одного алгоритма: метода конечных разностей с использованием полиномов. Эта машина выделялась необычным для того времени способом вывода информации: результаты подсчетов с помощью металлического штампа выдавливались на медной дощечке. После этого он изобрел аналитическую машину, она состояла из четырех компонентов: запоминающего устройства, вычислительного устройства, устройства ввода, устройство вывода. Вычислительное устройство принимало операнды из памяти, затем выполняло математические действия и возвращало полученный результат обратно в память.

Аналитическая машина, созданная Бэббиджем, программировалась на ассемблере, поэтому для её работы необходимо было программное обеспечение. Для этого он нанял на работу молодую девушку – Аду Августу Ловлейс. Ада была первым в мире программистом, в её честь был назван современный язык программирования Ada.

Позже американские инженеры стали конструировать счетные машины. Первый программируемый компьютер «Марк-1» был разработан и построен в 1941 году пятью инженерами-разработчиками на основе разработок Чарльза Бэббиджа. Компьютер был выставлен в Гарвардском университете и там же запущен 7 августа 1944 года. На устройствах ввода-вывода использовалась перфолента. В то время, как был изобретен компьютер «Марк-2» релейные компьютеры уже устарели.

1.2 Первое поколение – электронные лампы (1945-1955)

Большое влияние на развитие электронных компьютеров оказала Вторая мировая война. Армии необходимы были множественные расчеты для наведения военной техники на цель и для других нужд. Огромное количество девушек занимались расчетами на ручных счетных машинах, они считались более аккуратными при расчетах.

Необходимость в более мощных вычислительных машинах понимал американский физик и инженер Джон Уильям Мокли, он обратился от правительственной организации финансирования его работы по разработке механических счетных машин. Его поддержали, и в 1943 году совместно со своим студентом Мокли начали конструировать первый электронный компьютер, который был назван ENIAC. Проект был окончен в 1946 году, когда в нем уже не было нужды.

Так как война была окончена Мокли и Экерт организовали школу, где рассказали о своей работе ученым. После этого популярность электронных компьютеров возросла. Там же они занимались работой над машиной EDVAC.

Одновременно с этим Джон фон Нейман, один из участников проекта ENIAC уехал в институт в Принстоне, чтобы создать аналог своей машины. Обладая феноменальными умственными способностями ему удалось создать известный проект под названием фон-неймановская вычислительная машина.

В то время IBM было разработано несколько механических машин для сортировки, так же она производила перфокарты.

1.3 Второе поколение – транзисторы (1955-1965)

Первый транзистор был изобретен Джоном Бардином, Уолтером Браттейном и Уильямом Шокли, за что они получили Нобелевскую премию в области физики. Это достижение дало рывок в создании компьютеров, которые создавались на базе транзисторов. Первым компьютеров, который работал по подобному принципу был разработан в лаборатории МТИ, который был назван TX-0, что расшифровывалось, как экспериментальная транзисторная вычислительная машина 0).

После этого в 1961 году была представлена вниманию вычислительная машина PDP-1, которую передали в МТИ. Одним из главным преимуществом данной модели был дисплей размером 512x512 пикселей. На этом компьютере была разработана первая в мире компьютерная игра «Война миров».

С изобретением транзисторов компания IBM построила транзисторную машину IBM-7090. Они были распространены для расчетов в 1960-ых. Чуть позже ими же был выпущен компьютер IBM-1401, было выпущено более 12000 единиц данной техники.

С достаточно большим отрывом по мощностям был выпущен компанией CDC компьютер 6600. Для машины была характерна параллельность выполняемых операций. Это было осуществлено за счет того, что в ней были заключены сразу несколько компьютеров. Благодаря разработчику компьютера 6600 были сделаны важные шаги в дальнейшем создании суперкомпьютеров.

1.4 Третье поколение – интегральные схемы (1965-1980)

Изобретенная в 1958 году Робертом Нойсом интегральная схема дала возможность размещать сразу несколько десятков транзисторов на одну микросхему. Компьютеры, которые разрабатывались на интегральных схемах были намного меньшие в объемах и занимали меньше места, чем их предшественники.

Компанией IBM, которая в 1964 году занимала лидирующие позиции на компьютерном рынке, был произведен компьютер IBM-360. Основным нововведением было мультипрограммирование. С его помощью в памяти могло находится сразу несколько программ, которые работали одновременно.

ЭВМ третьего поколения можно было встретить на борту самолета, корабля, подводной лодке, спутнике. Ощутимые плоды микроминиатюризации. Эти машины называли Мини-ЭВМ. И не смотря на то, что алфавитно-цифровые дисплеи появились еще во втором поколении машин. На третьем они окончательно закрепились. И стали неотъемлемой частью компьютера.

В качестве внешних накопителей стали использовать магнитные диски. Это было намного удобнее по сравнению с перфокартами, которые использовались до этого. Третьем поколении ЭВМ было присуще серийное производство, так как стоимость для разработки для единичных экземпляров не оправдало бы затраты.

Стало появляться все более мощное программное обеспечение. Были созданы текстовые редакторы, хотя они не пользовались популярностью – так как на то время функционал печатных машинок удовлетворял издателей. Для коммерческого использования использовались компьютеры на интегральных схемах для создания и поддержки баз данных.

Первое и второе поколение машин использовали только военные, государственные ведомства и институты. Теперь они становятся доступными даже для не больших компаний. Средняя цена машины третьего поколения составляет 20-30 тыс. долларов. Что вполне под силу многим организациям. Появляются автоматизированные системы проектирования.

Четвертое поколение – сверхбольшие интегральные схемы (1980-…)

Появление сверхбольших интегральных схем (СБИС) в 80-х годах позволило помещать на одну плату сначала десятки тысяч, затем сотни тысяч и, наконец, миллионы транзисторов. Это привело к созданию компьютеров меньшего размера и с более высокой скоростью работы.

Проводя исследования удалось создать модели интегральных схем. Которые работают со скоростью в несколько миллиардов операций в секунду. При создании опытных образцов выяснилось, что невозможно пустить их в серийное производство. Оказывается, при современном развитии техники достижение таких скоростей невозможно вообще. И проблема не в инженерных решениях. А в необходимости достижения абсолютно чистых химических материалах, однородности кристалла, стабильных температурных режимах. Взаимодействие электрических полей внутри кристалла.

Один из самых популярных компьютеров четвертого поколения это IBM System/370. Который в отличии от своего предшественника третьего поколения System/360, имел более мощную систему микрокоманд и большие возможности низкоуровневого программирования. В машинах серии System/370 программно была реализована виртуальная память. Когда часть дискового пространства отводилась для использования хранения временных данных. Тем самым эмулировалась оперативная память. У конечного пользователя создавалась впечатление, что ресурсов у машины больше, чем есть на самом деле.

Типы компьютеров

Суперкомпьютер — это широкий термин для одного из самых быстрых компьютеров, доступных в настоящее время. Суперкомпьютеры очень дороги и используются для специализированных приложений, которые требуют огромного количества математических вычислений (вычисление чисел). Например, для прогнозирования погоды требуется суперкомпьютер. Другое использование научных моделей суперкомпьютеров, (анимированная) графика, гидродинамические расчеты, исследования ядерной энергии, электронное проектирование и анализ геологических данных (например, в нефтехимической разведке). Возможно, самым известным производителем суперкомпьютеров является Cray Research.

Мэйнфрейм был термином, первоначально относящимся к шкафу с центральным процессором или «основным каркасом» заполняющего комнату пакетного оборудования каменного века. После появления в начале 1970-х годов миниатюрных компьютеров, традиционные большие цифровые машины были описаны как «мэйнфрейм-компьютеры» и, в конечном итоге, просто как мэйнфреймы. В настоящее время мэйнфрейм - это очень большой и дорогой компьютер, способный одновременно поддерживать сотни или даже тысячи пользователей. Основное различие между суперкомпьютером и мэйнфреймом состоит в том, что суперкомпьютер направляет всю свою мощь на выполнение нескольких программ настолько быстро, насколько это возможно, тогда как мэйнфрейм использует свои возможности для одновременного выполнения многих программ. В некотором смысле, мэйнфреймы более мощные, чем суперкомпьютеры, потому что они поддерживают больше одновременно работающих программ. Но суперкомпьютеры могут выполнять одну программу быстрее, чем мэйнфрейм. Различие между небольшими мэйнфреймами и миникомпьютерами нечеткое, в действительности зависит от того, как производитель хочет продавать свои машины.

Миникомпьютер - это компьютер среднего размера. Однако в последнее десятилетие различие между большими мини-компьютерами и небольшими мэйнфреймами размылось, равно как и между небольшими мини-компьютерами и рабочими станциями. Но в целом миникомпьютер - это многопроцессорная система, способная поддерживать до 200 пользователей одновременно.