Файл: Устройство персонального компьютера(Ранние этапы появления компьютера и его частей).pdf

Введение

В современном мире ни одна компания не может обойтись без компьютерных технологий. При этом компьютер – это сложная система, состоящая из разнообразных устройств и элементов: блок питания, процессор, материнская плата, видеокарта, оперативная память, жесткий диск, монитор, клавиатура и прочее.

За всеми этими деталями и комплектующими необходимо тщательно следить для эффективного использования: проводить техническое обслуживание, вести учет во избежание потерь.

В рамках объекта исследования в реферате рассматривается - персональный компьютер. А в роли предмета – периферийные устройства и состав компьютера.

На основании объекта и предмета исследования цель реферата состоит в исследовании устройства компьютера.

Также в работе необходимо рассмотреть следующие задачи:

– исторические этапы появления персонального компьютера;

– провести исследование данных персонального компьютера;

– изучить особенности персонального компьютера;

– описать периферийные устройства персонального компьютера;

Структура работы представлена введением, 4-мя разделами, заключением и списком использованных источников.

Ранние этапы появления компьютера и его частей

Слово "компьютер" (computer) в переводе с английского означает "вычислитель". Это показывает, что изначально это изобретение появилось как средство для облегчения работы с числами. Следовательно, истоками развития компьютерной техники можно считать ранние попытки создать механические устройства, позволяющие сделать выполнение арифметических операций более эффективным. Одним из первых устройств, служивших этой цели, были счеты (абак), известные с глубокой древности, но на протяжении многих столетий они оставались едва ли не единственным инструментом в своем роде.

Развитие вычислительной техники резко ускорилось лишь с начиная с XVII в., когда, с одной стороны, развитие математики подготовило для этого мощную базу, с другой - потребовались многочисленные вычисления в связи с развитием науки, техники и финансов. Точкой отсчета развития компьютерной техники в современном понимании можно считать 1642 г., когда Блез Паскаль (в честь него впоследствии был назван один из самых популярных языков программирования) сконструировал восьмиразрядный суммирующий механизм.

---

В 1820 француз Шарль де Кольмар создал механический арифмометр, а в 1833 г. английским математиком Чарльзом Бэббиджом были разработаны проект вычислительной машины, а также теоретическая база для его создания. Идеи Бэббиджа вскоре развила Ада Лавлейс, которую часто называют первым в истории программистом. Для ввода и вывода данных в машине Бэббиджа предлагалось использовать листы из плотной бумаги с пробитыми в особом порядке отверстиями (перфокарты).

В конце XIX века появилась возможность задействовать для реализации идей Бэббиджа электричество. Первую электромеханическую вычислительную машину сконструировал в 1888 г. американский инженер Герман Холлерит. Это изобретение было вскоре использовано при переписи населения, позволив в разы уменьшить количество занятых в этом процессе сотрудников и время обработки первичных статистических данных. В последствии фирма, основанная Холлеритом, стала всемирно известной корпорацией IBM.

В первой половине XX века предпринималось множество попыток создать электрическую вычислительную машину, но все они строились на разрозненных математических и инженерных решениях и представляли собой несовместимые между собой уникальные устройства.

Потребность в выработке единой теоретической базы для компьютеров резко усилилась с Началом Второй мировой войны, когда Союзникам (Англия, США, СССР) потребовалось расшифровывать радиосигналы, которым обменивались вооруженные силы стран Оси (Германия, Италия, Япония). В феврале 1944 на IBM и ученые Гарвардского университета по заказу ВМС США запустили машину Harvard Mark она работала на электромеханических реле с десятичными числами длинной до 23 разрядов. Для ввода и вывода применялась перфолента. Параллельно с 1943 г. американцы вели разработку вычислительной машины на электронных лампах. В 1946 г. она была пущена в эксплуатацию под названием ENIAC. Этот компьютер весил 30 тонн, занимал 170 квадратных метров и содержал 18000 электронных ламп. Большим прорывом было то, что обработку информации ENIAC вел в двоичной системе что позволило в разы повысить скорость вычислений.

В 1971 г. Intel выпустила микропроцессор Intel-4004, и почти сразу же Intel-8008, на основе которых даже любители электроники могли создавать домашние вычислительные устройства. Первым персональным компьютером, изготовлявшимся промышленным способом, стал Altair на базе Intel-8080 (1974 г.). В 1976 г. был выпущен первый компьютер фирмы Apple, а в 1981 г. - первый персональный компьютер от IBM (IBM PC).

С 1980-х годов возник устойчивый потребительский спрос на персональные компьютеры, в связи с чем финансирование отрасли резко возросло. Еще более вырос интерес крупного бизнеса к компьютерной технике в связи с развитием сотовой связи, стимулировавшей появление смартфонов - нового класса сверхпортативных компьютеров (лидерами этого сегмента рынка стали Apple и Samsung).

---

Со временем акцент сместился в сторону разработки программного обеспечения (Microsoft, Adobe и другие компании), а с распространением сети Интернет доходным стало предоставление online-сервисов (Amazon, Google, Yahoo, Baidu, Yandex и другие). В настоящее время компьютерные технологии продолжают бурно развиваться в нескольких направлениях.

С одной стороны, появляются суперкомпьютеры, обслуживающие потребности государств, крупных корпораций и научных организаций. С другой - всё более совершенными становятся персональные устройства, усиленные сетевыми технологиями.

Появляются и новые классы компьютеров: для умных домов, беспилотных автомобилей, роботов и т.п.

Перспективными направлениями развития программного обеспечения являются: искусственный интеллект, нейросети, обработка сверхбольших массивов данных, блокчейн.

В ближайшем будущем ожидается появление квантовых компьютеров, которые позволят достичь еще большей компактности, энергоэффективности и скорости вычислений.

Основные данные персонального компьютера

Персональный компьютер (ПК) - это микро - ЭВМ универсального назначения, рассчитанная на работу с одним пользователем. К этому классу относят как простейшие игровые компьютеры, так и сверхсложные машины с мощным процессором и памятью большой емкости.

ПК состоит из трёх основных частей:

– системного блока;

– клавиатуры;

– дисплея (монитора).

Системный блок - это основной блок ПК, представляющий из себя металлический или пластмассовый корпус (case-кейс) вертикального или горизонтального расположения, в котором находятся важнейшие составные его части:

– блок питания, преобразующий переменное напряжение 220 вольт в постоянный ток низкого напряжения. Для питания процессора необходимо всего 2,9 - 5 вольт;

– материнская плата с центральным процессором;

– внутренняя память (оперативная и постоянная);

– накопитель на жёстком магнитном диске (винчестер);

– - устройство для чтения информации с компакт- диска (CD – ROM);

– -устройство для записи информации на компакт-диск CD - Writer;

– контроллеры устройств;

– другие вспомогательные элементы (вентилятор, динамик, разъемы (порты) различных типов и т.д.).

На лицевой панели системного блока находятся:

– кнопка включения и выключения питания компьютера (POWER). Она обеспечивает «холодный» пуск компьютера;

---

– кнопка RESET («горячий» пуск или перезагрузка операционной системы компьютера);

Процессор, установленный на материнскую (системную) плату - основной рабочий элемент ЭВМ. Процессор осуществляет выполнение программ и управляет работой всех других устройств компьютера. Применительно к ПК чаще используется термин микропроцессор, который представляет собой микросхему, содержащую арифметическо-логическое устройство, устройство управления и другие элементы.

Если процессор управляет работой других вспомогательных процессоров (сопроцессоров), то речь идет о центральном микропроцессоре (CPU - Central Processing Unit). Сопроцессоры ориентированы на выполнение каких-либо специфических функций, например, математический сопроцессор (FPU-Floating Point Unit -процессор чисел с плавающей запятой) эффективно (в 100 и более раз быстрее, чем центральный процессор) обрабатывает числовые данные, записанные в формате с плавающей точкой; графический сопроцессор (craphics editor) эффективно выполняет геометрические построения и обработку графических изображений; сопроцессор ввода-вывода разгружает центральный процессор от многочисленных операций взаимодействия с периферийными устройствами.

Для увеличения производительности ПК на материнскую плату иногда устанавливают 2 процессора, которые обрабатывают информацию параллельно. Такие ПК имеют повышенную производительность и называются многопроцессорными вычислительными устройствами.

Процессоры отличаются друг от друга типом (моделью), тактовой частотой и другими параметрами.

Тактовая частота определяет, сколько элементарных операций микропроцессор выполняет за одну секунду. Поэтому чем больше рабочая частота микропроцессора, тем быстрее ЭВМ выполняет программу. Тактовая частота современного микропроцессора 1-4 ГГц (1000-4000 миллионов герц в секунду).

В настоящее время наиболее распространены процессоры следующих фирм: Intel (65%), AMD (17%), Qualсomm (9,4%), Samsung (8,2%). Наиболее распространенными являются процессоры серии Pentium, Core i, Socket AM3+, Athlon II и др. Важными характеристиками микропроцессора являются также длина машинного слова, набор команд, количество ядер.

Большинство микропроцессоров имеют одну и туже (или слабоварирующуюся) систему команд.

Полный набор команд процессора называется машинным языком или системой команд. Команды предусматривают арифметические действия, логические операции, передачу управления и перемещения данных.

Машинное слово- величина, измеряемая в битах, равна разрядности регистров процессора или разрядности шины данных. У современных компьютеров длина слова равна 32 и даже 64 битам. Увеличение длины слова позволяет увеличивать оперативную память компьютера и работать с большими целыми числами.

---

Процессоры могут быть одноядерными (Single Core) и многоядерными, (multi-core), т.е. содержать два, четыре, восемь и более вычислительных ядра на одном процессорном кристалле. Известно, что производительность одноядерных процессоров резко снижается, если одновременно выполняется две и более задачи.

Двуядерные процессоры (Dual Core) снабжены двумя ядрами, т.е. работают как два процессора, соединенных в один. Производительность таких процессоров снижается в меньшей степени по сравнению с одноядерными, если приходится решать несколько задач одновременно. Количество ядер процессора может доходить до 16 и более. Однако не следует думать, что производительность компьютера прямо пропорциональна количеству ядер процессора.

Процессор установлен на системную (System Board) или на материнскую плату (Mother Board), которая является главной частью современного компьютера. Ведущие производители материнских плат фирмы: GIGABYTE technology Co. Ltd (Тайвань); ASUSTEK Cоmputer Inc., (Тайвань); Intel Corporation, (США) и др.

На материнской плате установлены следующие компоненты ПК:

– процессор(ы);

– сопроцессор(ы);

– память постоянная;

– память оперативная;

– кэш- память;

– интерфейсные схемы (карты) и разъемы шин расширения ввода/вывода;

– кварцевый генератор синхронизации;

– дополнительные стабилизаторы напряжения питания процессора;

– контроллеры интерфейсов для подключения гибких и жестких дисков;

– графический адаптер;

– аудиоканал;

– адаптеры CОМ- и LPT-портов и т.д.;

– другие электронные компоненты.

Системная шина - устройство передачи сигналов, к которому подключены компоненты вычислительной машины. Шина входит в состав материнской платы компьютера и осуществляет обмен данными между процессором, оперативной памятью и контроллерами внешних устройств компьютера: клавиатуры, монитора, дисков.

С появлением процессора Pentium была разработана системная шина PCI (Peripheral Component Interconnect local bus - шина соединения локальных компонентов), а с появлением процессоров Pentium II и Pentium III все чаще используется шина AGP (Accelerated Graphic Port - ускоренный графический порт), которая на сегодняшний день является наиболее быстрой и перспективной.

Интерфейсные карты и шины расширения ввода/вывода позволяют расширить функциональные возможности ПК. Шины расширения реализованы в виде слотов.

Кварцевый генератор синхронизации - основной тактовый генератор системной платы, вырабатывающий импульсы опорной частоты, которые используются для синхронизации работы процессора, системной шины и шин ввода вывода. Одна из стандартных частот современного генератора синхронизации 66,6 МГц.

---