Файл: Устройство персонального компьютера (Этапы развития).pdf

Рисунок 11. Видеокарта

Подводя итог, представим расположение конструктивных элементов внутри системного блока (рис.12).

Рисунок 12. Состав системного блока

Подводя итог, отметим, что персональные компьютеры получили широкое распространение за счет своих функциональных возможностей. Основные части ПК – системный блок, устройства манипулирования, устройства отображения, периферийные устройства.

1.2 Этапы развития персональных компьютеров

Основные вехи появления и развития персональных компьютеров^[6] представлены в таблице 1.

Таблица 1

Этапы развития персональных компьютеров

Год	Событие
1617	Разработка первой деревянной машины, выполняющей функции простейших вычислений (разработчик – Джон Непер)
1642	Описание машины для суммирования чисел (Блез Паскаль)
1822	Появление первого механического устройства – аналитической машины (Чарльз Бэббидж)
1906	Запатентован вакуумный триод, использовавшийся в качестве переключателя в первых электронных компьютерах (Ли Де Форест)
1936	Опубликование статьи Алана Тьюринга «О вычислимых числах» с описанием воображаемого компьютера
1937	Положено начало работе над компьютером Атанасова-Берри (ABC)
1943	Разработка секретного специализированного компьютера, предназначенного для расшифровки перехваченных сообщений немецких войск (Томас Флауэрс)
1945	Джон фон Нейман в статье «Первый черновик отчета о EDVAC» рассмотрел архитектуру современных программируемых компьютеров
1946	Создание электронно-вычислительной машины ENIAC (Джон Мошли и Джон Преспер Эккерт)
1947	Тестирование первого транзистора (Джон Бардин, Уолтер Браттейн и Уильям Шокли)
1949	Создание первого практически программируемого компьютера EDSAC (Морис Уилкс)
1950	Представление первого коммерческого компьютера ERA 1101
1953	Создание компанией IBM первого электронного компьютера 701
1954	Выпуск компанией IBM массового калькулятора 650
1955	Анонс компанией Bell Laboratories первого транзисторного компьютера TRADIC
1956	Создание первого многоцелевого транзисторного программируемого компьютера TX-0
1958	Создание первой интегральной схемы (Джек Килби)
1959	Создание компанией IBM серии мэйнфреймов 7000
1960	Разработка компанией Bell Laboratories первого коммерческого модема Dataphone Создание первого миникомпьютера PDP-1
1964	IBM анонсировала семейство компьютеров System/360
1965	Digital Equipment Corporation анонсировала первый успешный коммерческий проект мини-компьютера PDP-8
1966	Представление компьютера для бизнеса (компанияHewlett-Packard )
1969	Разработка сайтов сети ARPAnet
1971	Создание 8-ми дюймовой дискеты
1972	Появление микропроцессора Intel 8008
1973	Компания Micral выпустила первый коммерческий ПК на основе микропроцессора Intel 8008
1974	В исследовательском центре Пало-Альто компании Xerox создана рабочая станция, в качестве устройства ввода которой использовалась мышь
1975	Первая реализация алфавитно-цифрового дисплея с общей памятью для ПК
1976	Создание компьютера Apple I, смонтированного на одной плате (Стив Возняк)
1977	Создание компьютера Apple II
1978	Создание компьютера VAX 11/780, способного адресовать 4,3 Гбайт виртуальной памяти (Digital Equipment Corporation)
1979	Выпуск микропроцессора 68000
1980	Выпуск первого жесткого диска для микрокомпьютеров
1981	Появление первого портативного компьютера Osborne I Представление дисковода CD-DA Появление проигрывателя компакт-дисков
1983	Выпуск компьютера Lisa с первым графическим интерфейсом пользователя
1984	Выпуск компанией IBM компьютера PC<AT (PC Advanced Technology), который по быстродействию в три раза превосходил ранее созданные модели
1985	Выпуск первого музыкального компакт-диска
1987	Начало производства компанией IBM компьютеров семейства PS/2, в которых были установлены3,5-дюймовый дисковод и VGA-видеоадаптер
1989	Выпуск процессора 486, который содержал миллион транзисторов
1993	Выпуск первого процессора Pentium из семейства P5
1995	Представление 32-разрядной операционной системы Windows 95
1997	Выпуск процессора Pentium II, построенного на базе Pentium Pro с поддержкой инструкций MMX
1998	Выпуск Celeron, представляющего собой дешевую версию процессора  Pentium II
1999	Представление компанией AMD процессора Athlon Выпуск процессора Pentium III, построенного на базе Pentium II с поддержкой инструкций SSE
2000	Появление Pentium 4, новейшего процессора с 32-разрядной архитектурой (IA-32) семейства Intel
2001	Представление первого процессора с рабочей частотой 2 ГГц, которым стала одна из версий Pentium 4
2002	Выпуск процессора Pentium M, разработанного специально для мобильных систем и обеспечивающего малое энергопотребление
2003	Представление Athlon 64 - первого 64-разрядный процессора, ориентированного на использование в домашних и офисных системах
2004	Представление нового ядра процессора Pentium 4 под кодовым названием Prescott
2005	Начало эры многоядерных процессоров
2006	Представление первого компьютера Macintosh, основанного на архитектуре и технологиях PC
2007	Выпуск набора микросхем системной логики серии 3x с поддержкой памяти DDR3 и интерфейса PCI Express 2.0 Появление четырехъядерных процессоров под названием Phenom
2008	Выпуск процессоров Core I-Series
2010	Выпуск шестиядерных версий Core I-серии процессоров (Gulftown) и двухъядерных версий с интегрированной графикой (Clarkdale)
2011	Выпуск новой линейки процессоров с кодовым названием bulldozer под новый сокет AM3+, с 4-мя, 6-и и 8-и ядрами для настольного ПК и до 16 ядер для серверного компьютера
2012	Разработка проекта суперкомпьютера петафлопсной производительности, основанного на архитектуре Blue Gene/Q.
2013	Появление моноблока XPS One 27, ноутбука Samsung Ativ Book 9 Plus, планшетного компьютера Lenovo Yoga 2 Pro
2014	Получают широкое распространение игровые компьютеры - iBuyPower NE713i, Alienware X51, Lenovo K450E и т.д.

---

Таким образом, персональные компьютеры начали свое развитие с деревянных вычислительных устройств и превратились в мощные компьютеры с высокой производительностью и малыми габаритами.

2. Внутренние и внешние устройства персонального компьютера

2.1 Центральная часть ПК

В большинстве случаев современный компьютер может быть представлен упрощенной структурной схемой, где центральная и периферийная части различаются. Центральная часть включает в себя процессор и внутреннюю память, периферийная часть включает в себя устройства ввода-вывода и внешнюю память.^[7]

Микропроцессор (MП) (центральный микропроцессор) - это «сердце» компьютера. Это центральный блок ПК, предназначенный для управления работой всех блоков машины и выполнения арифметических и логических операций над информацией. Микропроцессор является важным элементом компьютера, поскольку он определяет скорость, с которой машина выполняет пользовательские программы. С момента появления персональных компьютеров несколько поколений процессоров изменились.

Физически микропроцессор представляет собой интегральную схему - тонкую пластинку из кристаллического кремния прямоугольной формы с площадью всего несколько квадратных сантиметров, на которой расположены схемы, реализующие все функции процессора. Микропроцессор установлен на материнской плате и подключается к ней через интерфейс сокета процессора. Процессор имеет специальные ячейки, называемые регистрами. Именно в регистрах размещаются команды, выполняемые процессором, а также данные, с которыми работают команды. Работа процессора заключается в выборе и выполнении инструкций и данных из памяти в определенной последовательности программ - это основа для выполнения программы.

Основными параметрами процессоров являются: тактовая частота, емкость (разрядность), рабочее напряжение, внутренний коэффициент умножения тактовой частоты, размер кэша.^[8]

Тактовая частота определяет количество элементарных операций (тактов), выполняемых процессором за единицу времени. Тактовая частота современных процессоров измеряется в МГц.

---

Емкость процессора показывает, сколько бит данных он может получать и обрабатывать в своих регистрах за один такт. Пропускная способность процессора (разрядность) определяется емкостью шины команд, то есть количеством проводников в шине, по которой передаются команды.

Рабочее напряжение процессора обеспечивается материнской платой, поэтому разные материнские платы соответствуют процессорам разных марок. Снижение рабочего напряжения позволяет уменьшить размеры процессоров, а также уменьшить нагрев процессора, что позволяет повысить его производительность без риска перегрева.

Внутренний умножитель тактовой частоты - это коэффициент, на который необходимо умножить тактовую частоту материнской платы для достижения частоты процессора. Процессор получает тактовые сигналы от материнской платы, которая по чисто физическим причинам не может работать на таких высоких частотах, как процессор.

Кэш-память. Обмен данными внутри процессора намного быстрее, чем обмен данными между процессором и оперативной памятью. Следовательно, чтобы уменьшить количество обращений к ОЗУ, внутри процессора создается кэш-память. Когда процессору нужны данные, он сначала обращается к кэш-памяти, и только при отсутствии необходимых данных появляется доступ к ОЗУ. Чем больше кэш, тем выше вероятность того, что необходимые данные есть. Поэтому высокопроизводительные процессоры имеют увеличенный размер кэша.

В процессе работы процессор обрабатывает данные в своих регистрах, оперативной памяти и внешних портах процессора. Часть данных интерпретируется как сами данные, часть данных - как адресные данные, а часть - как команды. Совокупность различных команд, которые процессор может выполнять с данными, образует систему команд процессора. Чем больше набор инструкций процессора, тем сложнее его архитектура, тем длиннее запись инструкций в байтах и тем дольше среднее время выполнения команд.

В состав микропроцессора входят^[9]:

- управляющее устройство (УУ) непосредственно выполняет синхронизацию и управление, то есть доставляет всем станочным блокам в определенные моменты времени определенные управляющие сигналы (управляющие импульсы) из-за специфики выполняемой операции и результатов предыдущих операций; управляющая последовательность получает опорную последовательность синхронизирующих импульсов от главного тактового генератора, частота повторения которого в основном определяет скорость ПК. Арифметико-логическое устройство (АЛУ) предназначено для выполнения всех арифметических и логических операций над числовой и символьной информацией. Как правило, эти два устройства (АЛУ и УУ) выделяются чисто условно, они структурно не разделены.

---

- микропроцессорная память (MПП): предназначена для кратковременного хранения, записи и доставки информации непосредственно в ближайшие тактовые циклы станка, участвующего в расчетах. МПП используется для обеспечения высокой производительности машины, поскольку основная память (оперативная память и устройства постоянного хранения) не всегда обеспечивает скорость записи, поиска и считывания информации, необходимой для обработки ее в процессоре с высокой скоростью.

- система интерфейса микропроцессора включает в себя регистры буфера команд для хранения следующих команд выполняемой программы, оборудование для подключения внешних устройств к портам ввода / вывода (IПВВ) микропроцессора и схему управления шиной - внутренний интерфейс машины.

Через интерфейсную систему, основу которой составляет системная шина персонального компьютера, микропроцессор соединяется^[10] :

а) с основной памятью компьютера:

- оперативное запоминающее устройство (RAM) хранит работающую программу и данные. Оперативная память (RAM) - это массив кристаллических ячеек, способных хранить данные. Он используется для быстрого обмена информацией (командами и данными) между процессором, внешней памятью и периферийными системами. От него процессор берет программы и данные для обработки, результаты записываются в него. Название «оперативный» происходит от того, что он работает очень быстро и процессору не нужно ждать при чтении данных из памяти или записи. Однако данные сохраняются только временно, когда компьютер включен, в противном случае они исчезают. Физический принцип действия различает динамический DRAM и статический SRAM. Оперативная память в компьютере расположена на стандартных панелях, называемых модулями. Модули оперативной памяти вставляются в соответствующие разъемы на материнской плате;

- постоянная память (ПЗУ) - хранит информацию, необходимую для непрерывной работы. В тот момент, когда компьютер включен, в его ОЗУ нет данных, поскольку ОЗУ не может сохранять данные при выключении компьютера. Но процессору нужны команды, в том числе сразу после включения. Поэтому процессор связывается со специальным начальным адресом, который он всегда знает, для своей первой команды. Этот адрес указывает на память, которая обычно называется постоянным запоминающим устройством ПЗУ или постоянным запоминающим устройством (ПЗУ). Чип ПЗУ способен хранить информацию в течение длительного времени, даже когда компьютер выключен. Набор программ, расположенных в ПЗУ, образует базовую систему ввода / вывода BIOS (Basic Input Output System).

---

Основная цель этих программ - проверить состав и работоспособность системы и обеспечить взаимодействие с клавиатурой, монитором, жесткими и гибкими дисками. RAM и ROM разбиты на ячейки, каждой из которых присвоен порядковый номер (адрес).

б) с внешней памятью;

в) С монитором через видеоадаптер.

г) С принтером через адаптер принтера.

д) С источником питания.

ж) С каналом связи через сетевой адаптер.

Сетевой адаптер позволяет подключить компьютер к локальной сети. В то же время пользователь может получить доступ к данным, расположенным на других компьютерах.

з) С таймером (таймер – внутренние электронные часы, которые подключены к автономному источнику питания (аккумулятору), продолжающий работать даже после отключения машины от питающей сети).

и) Микропроцессор через интерфейс подключен к клавиатуре, а также имеет генератор тактовых импульсов, который генерирует последовательность электрических импульсов, а частота этих импульсов определяет тактовую частоту машины (ее скорость).

2.2 Периферийная часть

Периферийная часть компьютера образует набор внешних запоминающих устройств (ВЗУ) и устройств ввода / вывода. Поскольку существует множество различных периферийных устройств, каждый ПК может быть оборудован по-разному и включать определенные периферийные устройства. Поэтому принято говорить о конфигурации компьютера, понимая под этим термином конкретный состав его устройств с учетом их характеристик.

Периферийное устройство (ПУ) – любое устройство, предназначенное для микропроцессора без его непосредственного вмешательства.

Различные типы периферийных устройств, подключенных к компьютерной системе, играют важную роль в ее работе. Производительность и эффективность использования ПК определяется не только возможностями его процессора и характеристиками OП, но в большей степени составом его периферийных устройств, их техническими данными, а также тем, как они работают вместе с центральной частью ПК.^[11] Широкий ассортимент производимой периферии позволяет выбрать те, с которыми профессиональные компьютеры наиболее эффективно используются в различных сферах деятельности.

Внешние устройства (ВУ). Это самая важная составляющая любого вычислительного комплекса. Возможность и эффективность использования ПК в системах управления и в национальной экономике в целом во многом зависят от состава и характеристик ВУ.

---