Файл: Устройство персонального компьютера (Этапы развития).pdf

Введение

Сегодня Россия сталкивается с исторической необходимостью перехода от индустриального общества к принципиально новому уровню социально-экономического развития, определяемому строгими требованиями современной научно-технической революции. Ключевая роль в современной инфраструктуре информатизации принадлежит персональным компьютерам.

В настоящее время уровень развития средств информационных технологий для обработки, хранения и передачи информации настолько развит, что их использование встречается практически во всех сферах человеческой деятельности. Современные условия развития общества требуют от специалистов быстрого поиска и принятия правильных решений по актуальным проблемам. Основным инструментом, выполняющим роль помощника в таких случаях, является компьютер.

Структура современных персональных компьютеров - это очень обширная тема, знание которой очень важно в наше время, так как большая часть работы сегодня связана с использованием персонального компьютера. Среди специалистов, работающих за пределами компьютерной сферы, знание персонального компьютера, даже его основных технических характеристик, считается обязательным компонентом компетенции.

До появления персональных компьютеров инженеры, ученые, экономисты и представители других профессий общались с компьютерами только с помощью посредников - системных инженеров и программистов, поскольку работа на старых типах компьютеров требовала специальной подготовки. С появлением персональных компьютеров необходимость в таком посредничестве отпала, поскольку процесс был упрощен. В связи с этим современные ПК стали привычными, их используют для автоматизации отдельных заданий, обработки деловой информации, обучения и т.д.

Не вызывает сомнения тот факт, что появление в 1981 году первого персонального компьютера произвело настоящую информационную революцию. Открытая (модульная) архитектура IBM PC в совокупности с операционной системой МS-DOS версия 1.0 сделала применение персональных компьютеров (ПК) в быту, на производстве, в коммерческой деятельности действительно массовым. Заложенная при создании первого ПК возможность постоянного его обновления и совершенствования была обеспечена исключительно совместимостью данного семейства ПК как на аппаратном, так и программном уровнях. За прошедшее с 1981 года время, естественно, многое в вычислительной технике изменилось. Производительность компьютеров возросла в тысячи раз, их архитектура постоянно совершенствовалась.^[1] Однако до сих пор миллионы и миллионы пользователей продолжают работать именно на IBM- совместимых персональных компьютерах с присущей им модульной архитектурой, которая практически не претерпела существенных изменений за последние 20 лет.

---

Изучение устройства персонального компьютера и характера его функционирования актуально, так как оно позволит свободно ориентироваться в последних новинках компьютерного рынка и овладеть навыками работы с компьютерными технологиями.

Цель данной курсовой работы – исследовать устройство современных персональных компьютеров.

В рамках поставленной цели были поставлены следующие задачи:

- изучить понятие, классификация и структура персональных компьютеров;

- рассмотреть этапы развития персональных компьютеров;

- проанализировать внутренние и внешние устройства персонального компьютера.

Объект исследования – персональный компьютер с входящими в него устройствами.

Предмет исследования –  структура персонального компьютера.

1. Общая характеристика и история развития персональных компьютеров

1.1 Понятие, классификация и структура персональных компьютеров

Электронные компьютеры (компьютеры) классифицируются по различным критериям, в частности, по способам организации вычислительного процесса, функциональности и возможности параллельного запуска программ.^[2] Однако для определения места персональных компьютеров (ПК) в широком спектре компьютерных средств необходимо рассмотреть классификацию компьютеров по таким показателям, как размеры и производительность (рис. 1).

Рисунок 1. Классификация ЭВМ

ПК (или персональная ЭВМ) – это компьютер, который может эксплуатировать непрофессиональный пользователь без помощи профессионального программиста.

Представляется возможным выделить такие особенности ПК как:

- развитый человеко-машинный интерфейс;

- малогабаритные носители информации;

- небольшие габариты;

- отсутствие особых требований к условиям окружающей среды;

- низкое энергопотребление;

- высокая надежность;

- большое количество прикладных программ.

Классификация ПК представлена на рис.2.

---

Рисунок 2. Классификация персональных компьютеров

Универсальный ПК предназначен для индивидуального использования и ориентирован на решение широкого круга задач различных пользователей, в том числе - не специалистов в области вычислительной техники. Среди задач, решаемых, данным типом ПК можно выделить набор текстов, ведение бухгалтерского учета, формирование финансовых отчетов, автоматизация вычислений, обмен данными и др.

Мобильные ПК представляют собой переносные устройства. К данному классу относят ноутбуки, карманные компьютеры (КПК), компьютеры-телефоны и т.д.

К специализированным ПК относятся сетевые компьютеры, рабочие станции и серверы высокого уровня.

ПК имеют различные формы:

- стационарные ПК, не предназначенные для переноски (настольные, «desktop»; «башенные», «tower»; моноблоки);

- нестандартные конструкции («barebone», промышленнй ПК, компактный ПК и т.д.).

- мобильные ПК (ноутбук, планшетный ПК, карманный ПК).

Персональный компьютер является по своей сути микроЭВМ.^[3] Структура его соответствует классической структуре ЭВМ, построенной согласно принципам фон Неймана (рис.3). Здесь выделены три основных блока ЭВМ: процессор (в данном случае – микропроцессор), память и интерфейс.

Рисунок 3. Типовая обобщенная структура персонального компьютера

Процессор обеспечивает обработку данных, то есть вычислительный процесс. Он запускает программу.

Память используется для хранения программ, исходных данных, промежуточных и окончательных результатов расчетов. Она реализована в виде RAM и ROM.

Интерфейс обеспечивает взаимодействие процессора и памяти с внешними компьютерными устройствами такими как принтер, видеоадаптер, звуковая карта, модем и т.д.

Все узлы соединены тремя шинами: управление, данные и адреса.

Представленная структура полностью соответствует микрокомпьютерам первого поколения. Современные компьютеры имеют несравненно более сложное устройство.

Для обеспечения высокого быстродействия введены дополнительные шины и устройства управления, память разбита на несколько уровней, применена иерархия шин и устройств и другие архитектурные и структурные новшества.

Выделим основные составляющие персонального компьютера:

1. Системный блок.
2. Периферийные устройства (устройства, имеющие собственное управление и работающие по командам процессора; конструктивное отделены от системного блока).
3. Средства манипулирования (клавиатура, мышь, джойстик).
4. Средства отображения (монитор).

---

Остановимся более подробно на устройстве системного блока. Функциональные составляющие системного блока служат для обработки и хранения информации. Конфигурация ПК может быть разной. Остановимся на типичных устройствах и выделим следующие^[4]:

1. Блок питания.
2. Системная (материнская плата).
3. Процессор.
4. Оперативная память.
5. Жесткий диск.
6. Привод для CD/DVD.
7. Платы расширения.
8. Видеокарта.

Блок питания (рис. 4) служит для преобразования переменного тока (115 или 220 В) в постоянный ток (3,3,и 12 В). Данное устройство необходимо для обеспечения питания компонентов ПК.

Рисунок 4. Блок питания ПК

Основная функция материнской платы (рис. 5) – обеспечение связи между всеми элементами. Она изготавливается из стекловолокна и состоит из нескольких листов. Для передачи данных между устройствами, расположенными на материнской плате, используются проводники, называемые шиной.

Рисунок 5. Материнская плата

На материнской плате (MotherBoard) расположены^[5]:

- процессор - основная микросхема, выполняющая математические и логические операции;

- чипсет (микропроцессорный комплект) - набор микросхем, которые руководят работой внутренних устройств ПК и определяют основные функциональные возможности материнской платы;

- шины - набор проводников, по которым происходит обмен сигналами между внутренними устройствами компьютера;

- оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) - набор микросхем, предназначенных для временного сохранения данных, пока включен компьютер;

- постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) - микросхема, предназначенная для долговременного хранения данных, даже при отключенном компьютере;

- разъемы для подсоединения дополнительных устройств (слоты).

Процессором (рис. 6) называется устройство, способное обрабатывать программный код и определяющее основные функции компьютера по обработке информации.

Конструктивно процессоры могут выполниться как в виде одной большой монокристальной интегральной микросхемы — чипа, так и в виде нескольких микросхем, блоков электронных плат и устройств.

Рисунок 6. Процессор

Оперативная память (Main Memory) предназначена для хранения команд и данных текущих задач (программ) в персональных компьютерах (рис. 7). От объема оперативной памяти зависит, как быстро процессор сможет обработать промежуточные данные при работе программ, которые хранится в оперативной памяти.

---

Рисунок 7. Оперативная память

Обычно доступ к оперативной памяти для процессора или других специальных устройств, имеющих такую возможность и право и входящих в состав компьютера, осуществляется за несколько десятков наносекунд.

Данная память является энергозависимой. Это означает, что при выключении питания компьютера и, соответственно, ОЗУ информация, находящаяся в это время в ОЗУ, не сохраняется. Таким образом, при выключении питания происходит разрушение хранимой в памяти информации.

Можно выделить три основных типа оперативной памяти:

- conventional или basic (непрерывная или базовая, то есть основная память);

- extended (дополнительная или расширенная память, XMS);

- expanded (отображаемая память, EMS).

Кроме этих типов памяти выделяют еще небольшие области оперативной памяти, имеющие большое значение для работы аппаратно-программного обеспечения IBM-совместимых персональных компьютеров:

- блоки области старшей памяти –UMB (UMB – Upper Memory Blocks);

- область верхней памяти – HMA (HMA – High Memory Area).

Жесткий диск (рис. 8) служит для долговременного хранения информации в компьютере. Жесткий диск обладает энергонезависимой памятью, и отключение питания не влияет на их сохранность. В этом заключается принципиальное отличие от оперативной памяти компьютера, являющейся энергозависимой. 

Рисунок 8. Жесткий диск

Оптический привод (рис. 9) – электрическое устройство для считывания и записи информации с оптических носителей (CD-ROM, DVD-ROM и т.д.).

Рисунок 9. Оптический привод

Платы расширения (рис. 10) служат для расширения конфигурации компьютера за счет дополнения системы новыми возможностями. Подавляющее большинство плат расширения устанавливается в разъемы шины РСІ. В слоты расширения могут быть установлены самые разнообразные устройства.

Рисунок 10. Платы расширения

Видеокарта (рис. 11) – это устройство, преобразующее изображение, находящееся в памяти компьютера, в видеосигнал для монитора. Видеокарта взяла на себя функции видеоконтроллера, видеопроцессора и видеопамяти. Для обработки поступающей видеоинформации и вывода её на экран на видеокарте есть специальная микросхема — видеопроцессор.

---