ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 10.01.2024
Просмотров: 1159
Скачиваний: 1
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
, которые предоставляют широкий диапазон возможностей для отдельных людей и организаций, использующих эти технологии».
В середине 1970-х годов начинают предприниматься попытки создания персонального компьютера (ПК) – вычислительной машины, предназначенной для частного пользователя.
В 1974 году Эдвард Робертс создал первый персональный компьютер "Altair" (рис. 21) на основе микропроцессора 8080 фирмы "Intel" (рис. 22).
В 1975 году о создании ПК Altair узнали два студента Гарвардского университета Билл Гейтс и Пол Аллен. Они первыми поняли насущную необходимость написания программного обеспечения для персональных компьютеров и в течение месяца создали его для ПК Altair на основе языка Бейсик. В том же году они основали компанию Microsoft, быстро завоевавшую лидерство в создании программного обеспечения для персональных компьютеров и ставшую богатейшей компанией во всем мире.
Первые микрокомпьютеры Altair-8800 представляли собой только набор деталей, которые нужно было еще собирать. Кроме того, пользоваться ими было крайне неудобно: они не имели ни монитора, ни клавиатуры, ни мыши. Ввод информации в них осуществлялся с помощью переключателей на передней панели, а результаты отображались с помощью светодиодных индикаторов. Позднее стали выводить результаты с помощью телетайпа – телеграфного аппарата с клавиатурой.
Следующий персональный компьютер был создан в буквальном смысле в гараже двумя молодыми американцами С. Возняком и С. Джобсом в 1976 г. Он получил название Apple-1 (рис. 23). 1 апреля 1976 года они основали компанию Apple, и в январе 1977 года официально зарегистрировали ее.
Весной 1977 г. Возняком и Джобсом был изготовлен относительно дешевый и вместе с тем вполне законченный персональный компьютер Apple-II (рис. 24). Основное достоинство Apple II заключалось в возможности расширения его оперативной памяти до 48 Кбайт и использования 8 разъемов для подключения дополнительных устройств. Благодаря использованию цветной графики его можно было использовать для самых различных игр. Благодаря своим возможностям Apple II завоевал популярность среди людей самых различных профессий. От его пользователей не требовалось знания электроники и языков программирования.
В 1981 году появился персональный компьютер IBM PC (рис. 25), который вскоре стал стандартом компьютерной индустрии и вытеснил с рынка почти все конкурирующие модели персональных компьютеров. Исключение составил только Apple.
В 1984 году был создан Apple Macintosh (рис. 26) – первый компьютер с графическим интерфейсом, управляемый мышью. Благодаря его преимуществам фирме Apple удалось удержаться на рынке персональных компьютеров. Сегодня фирма Apple контролирует 8-10% мирового рынка персональных компьютеров, остальные 90% – IBM-совместимые персональные компьютеры. Большая часть компьютеров Macintosh находится у пользователей в США.
В IBM PC был применен принцип открытой архитектуры, позволивший вносить усовершенствования и дополнения в существующие конструкции ПК. Этот принцип означает применение в конструкции при сборке компьютера готовых блоков и устройств, а также стандартизацию способов соединения компьютерных устройств.
Принцип открытой архитектуры способствовал широкому распространению IBM PC-совместимых микрокомпьютеров-клонов. Их сборкой из готовых блоков и устройств занялось большое число фирм во всем мире. Пользователи, в свою очередь, получили возможность самостоятельно модернизировать свои микрокомпьютеры и оснащать их дополнительными устройствами сотен производителей.
В конце 1990-х годов IBM PC-совместимые компьютеры составили 90% рынка персональных компьютеров.
В 1983 году был создан усовершенствованный персональный компьютер IBM PC/XT (рис. 27).
В 1990-2000 годах, в дополнение к настольным персональным компьютерам, были выпущены ПК "ноутбук" и еще более миниатюрные карманные "палмтоп" (наладонники) – как следует из их названия, помещающиеся в кармане и на ладони. Ноутбуки снабжены жидкокристаллическим экраном, размещенным в откидной крышке, а у палмтопов – на передней панели корпуса.
Кроме портативных персональных компьютеров, создавались и создаются суперкомпьютеры для решения сложных задач в науке и технике – прогнозов погоды и землетрясений, расчетов ракет и самолетов, ядерных реакций, расшифровки генетического кода человека. В них используются от нескольких до нескольких десятков микропроцессоров, осуществляющих параллельные вычисления. Первый суперкомпьютер разработал Сеймур Крей в 1976 году.
В 2002 году в Японии был построен суперкомпьютер NEC Earth Simulator (рис. 28), выполняющий 35,6 триллионов операций в секунду.
В 2005 году компания IBM разработала суперкомпьютер Blue Gene (рис. 29) производительностью свыше 30 триллионов операций в секунду. Он содержит 12000 процессоров и обладает в тысячу раз большей мощностью, чем знаменитый Deep Blue, с которым в 1997 году играл в шахматы чемпион мира Гарри Каспаров. Компания IBM и исследователи из Швейцарского политехнического института в Лозанне впервые предприняли попытку моделирования человеческого мозга.
Дальнейшее развитие вычислительной техники многие специалисты связывают с квантовой механикой и квантовым компьютером.
Необходимо отметить, что сверхъестественный мир квантовой механики не подчиняется законам общей классической физики. Квантовый бит или кубит (qubit) не существует в типичных 0 или 1-бинарных формах сегодняшних компьютеров – квантовый бит может существовать в одной из них или же в обеих системах одновременно. N кубит могут, как и N бит, иметь 2
N возможных состояний, однако принципиальное отличие состоит в том, что кубиты могут находиться в суперпозиции этих состояний и быть при этом запутанными между собой. Это значит, что система из нескольких кубитов (квантовый регистр) находится в каждом из состояний с некоторой вероятностью, а самое главное, это значит, что за счет запутанности можно изменить сразу все 2N состояний. В классическом компьютере такая операция потребовала бы 2N шагов. Это обеспечивает беспрецедентный параллелизм вычислений, и именно это является основой мощности квантовых компьютеров. В классическом компьютере за один такт процессор может изменить одно состояние, которое хранят N бит памяти. В квантовом компьютере за один такт можно изменить N кубит, которые находятся в состоянии, являющемся суперпозицией всех базовых состояний, а следовательно, все 2N базовых состояний.
2. Внешние устройства персонального компьютера
Персональный компьютер – универсальная техническая система. Его конфигурацию (состав оборудования) можно гибко изменять по мере необходимости. Тем не менее, существует понятие базовой конфигурации, которую считают типовой. В базовую конфигурацию входят следующие аппаратные комплектующие:
• системный блок;
• монитор;
• клавиатура;
• компьютерная мышь.
Рассмотрим их более подробно.
2.1. Системный блок
Системный блок представляет собой основной узел, внутри которого и располагаются наиболее важные компоненты. Устройства находящиеся внутри системного блока называют внутренними, устройства подключаемые к нему снаружи называют внешними. Внешние дополнительные устройства, предназначенные для ввода, вывода и длительного хранения данных, также называют периферийными.
По внешнему виду системные блоки различаются формой корпуса. Корпуса персональных компьютеров выпускают в горизонтальном (desktop) и вертикальном (tower) исполнении. Корпуса, имеющие вертикальное исполнение, различают по габаритам: корпус сервера (file server), полноразмерный (big tower), среднеразмерный (midi tower) и малоразмерный (mini tower). Среди корпусов, имеющих горизонтальное исполнение, выделяют плоские и особо плоские (slim). Чем больше размер корпуса, тем легче обеспечить охлаждение за счет большего объема циркулирующего внутри компьютера воздуха. Основным параметром, определяющим качество корпуса, является толщина металла несущей рамы, шасси системной платы, стенок корпуса. При использовании достаточно толстого металла снижается уровень излучаемого шума и вибрации. Такие качества обеспечивает корпуса с толщиной металла не менее 0,8 мм.
Кроме формы, для корпуса важен параметр, называемый форм-фактором. От него зависят требования к размещаемым устройствам. Форм-фактор корпуса должен быть обязательно согласован с форм-фактором системной (материнской) платы компьютера.
На лицевой стороне корпуса находятся как минимум 2 кнопки: включения питания (POWER) и перезагрузки (RESET), ряд сигнальных лампочек и панели управления различных дисковых устройств. На задней панели находятся стандартные разъемы для крепления дополнительных устройств и устройств ввода-вывода. Все внутреннее устройство системного блока основано на креплении различных плат к стандартным стойкам и разъемам. Такая схема (характерно для IBM PC) позволяет собирать компьютер из различных стандартно оформленных устройств.
В современных корпусах часто выделяют специальное место для установки дополнительного вентилятора охлаждения (основным является вентилятор, встроенный в блок питания).
2.2. Монитор
Монитор (дисплей) – устройство визуализации текстовой или графической информации без ее долговременной фиксации. По типу отображаемой информации мониторы делят на алфавитно-цифровые (в настоящее время не используются) и графические. По способу формирования изображения графические дисплеи делят на векторные (не используются в ПК) и растровые. В векторном дисплее изображение строится из элементарных отрезков векторов (в случае ЭЛТ – электронный луч непрерывно "вырисовывает" контур изображения, собирая его из этих векторов). В растровых дисплеях изображение получают с помощью матрицы точек (в случае ЭЛТ – электронные лучи пробегают по строкам экрана, подсвечивая требуемые точки своим цветом). Наиболее широкое распространение получили мониторы на базе электронно-лучевых трубок (ЭЛТ) и на основе жидких кристаллов (ЖК).
Принцип действия ЭЛТ-мониторов заключается в том, что испускаемый электродом (электронной пушкой) пучок электронов, попадая на экран, покрытый люминофором, вызывает его свечение. На пути пучка электронов находятся дополнительные электроды: отклоняющая система (определяет направление пучка) и модулятор (регулирует яркость получаемого изображения). В случае цветного монитора имеются три электронных пушки с отдельными схемами управления, а на поверхность экрана нанесен люминофор трех основных цветов: R (red) – красный, G (green) – зеленый, B (blue) – синий. Чтобы каждая пушка попадала только по люминофору своего цвета, используется теневая маска. Электронный луч периодически сканирует весь экран, образуя близкорасположенные строки развертки. По мере движения луча по строкам видеосигнал, подаваемый на модулятор, изменяет яркость определенных пикселей, образуя видимое изображение. В цикле сканирования луч движется по зигзагообразной траектории от левого верхнего угла экрана к нижнему правому. Прямой ход луча по горизонтали осуществляется сигналом строчной (горизонтальной) развертки, а по вертикали – сигналом кадровой (вертикальной) развертки.
Наиболее важными параметрами для монитора являются частота кадровой развертки, частота строчной развертки и полоса пропускания видеосигнала. Частота кадровой развертки во многом определяет устойчивость изображения (отсутствие мерцаний). Ассоциация VESA рекомендует использовать для разрешений 800х600 частоту кадровой развертки не ниже 72 Гц, а для разрешения 1024х768 – не ниже 70 Гц. Частота строчной развертки определяется произведением частоты вертикальной развертки на количество выводимых строк в одном кадре с учетом обратного хода (разрешение по вертикали), типичное значение – 30-64 кГц (отражает количество строк, которое монитор может воспроизвести за одну секунду). Полоса видеосигнала определяется произведением разрешения по горизонтали с учетом обратного хода на частоту строчной развертки (отражает число точек в строке, которое монитор может воспроизвести за одну секунду). К важным факторам, определяющим четкость изображения, относят также размеры точек люминофора, а точнее – расстояние между ними (dot pitch), типичное значение – 0,25-0,28 мм.
В середине 1970-х годов начинают предприниматься попытки создания персонального компьютера (ПК) – вычислительной машины, предназначенной для частного пользователя.
В 1974 году Эдвард Робертс создал первый персональный компьютер "Altair" (рис. 21) на основе микропроцессора 8080 фирмы "Intel" (рис. 22).
В 1975 году о создании ПК Altair узнали два студента Гарвардского университета Билл Гейтс и Пол Аллен. Они первыми поняли насущную необходимость написания программного обеспечения для персональных компьютеров и в течение месяца создали его для ПК Altair на основе языка Бейсик. В том же году они основали компанию Microsoft, быстро завоевавшую лидерство в создании программного обеспечения для персональных компьютеров и ставшую богатейшей компанией во всем мире.
Первые микрокомпьютеры Altair-8800 представляли собой только набор деталей, которые нужно было еще собирать. Кроме того, пользоваться ими было крайне неудобно: они не имели ни монитора, ни клавиатуры, ни мыши. Ввод информации в них осуществлялся с помощью переключателей на передней панели, а результаты отображались с помощью светодиодных индикаторов. Позднее стали выводить результаты с помощью телетайпа – телеграфного аппарата с клавиатурой.
Следующий персональный компьютер был создан в буквальном смысле в гараже двумя молодыми американцами С. Возняком и С. Джобсом в 1976 г. Он получил название Apple-1 (рис. 23). 1 апреля 1976 года они основали компанию Apple, и в январе 1977 года официально зарегистрировали ее.
Весной 1977 г. Возняком и Джобсом был изготовлен относительно дешевый и вместе с тем вполне законченный персональный компьютер Apple-II (рис. 24). Основное достоинство Apple II заключалось в возможности расширения его оперативной памяти до 48 Кбайт и использования 8 разъемов для подключения дополнительных устройств. Благодаря использованию цветной графики его можно было использовать для самых различных игр. Благодаря своим возможностям Apple II завоевал популярность среди людей самых различных профессий. От его пользователей не требовалось знания электроники и языков программирования.
В 1981 году появился персональный компьютер IBM PC (рис. 25), который вскоре стал стандартом компьютерной индустрии и вытеснил с рынка почти все конкурирующие модели персональных компьютеров. Исключение составил только Apple.
В 1984 году был создан Apple Macintosh (рис. 26) – первый компьютер с графическим интерфейсом, управляемый мышью. Благодаря его преимуществам фирме Apple удалось удержаться на рынке персональных компьютеров. Сегодня фирма Apple контролирует 8-10% мирового рынка персональных компьютеров, остальные 90% – IBM-совместимые персональные компьютеры. Большая часть компьютеров Macintosh находится у пользователей в США.
В IBM PC был применен принцип открытой архитектуры, позволивший вносить усовершенствования и дополнения в существующие конструкции ПК. Этот принцип означает применение в конструкции при сборке компьютера готовых блоков и устройств, а также стандартизацию способов соединения компьютерных устройств.
Принцип открытой архитектуры способствовал широкому распространению IBM PC-совместимых микрокомпьютеров-клонов. Их сборкой из готовых блоков и устройств занялось большое число фирм во всем мире. Пользователи, в свою очередь, получили возможность самостоятельно модернизировать свои микрокомпьютеры и оснащать их дополнительными устройствами сотен производителей.
В конце 1990-х годов IBM PC-совместимые компьютеры составили 90% рынка персональных компьютеров.
В 1983 году был создан усовершенствованный персональный компьютер IBM PC/XT (рис. 27).
В 1990-2000 годах, в дополнение к настольным персональным компьютерам, были выпущены ПК "ноутбук" и еще более миниатюрные карманные "палмтоп" (наладонники) – как следует из их названия, помещающиеся в кармане и на ладони. Ноутбуки снабжены жидкокристаллическим экраном, размещенным в откидной крышке, а у палмтопов – на передней панели корпуса.
Кроме портативных персональных компьютеров, создавались и создаются суперкомпьютеры для решения сложных задач в науке и технике – прогнозов погоды и землетрясений, расчетов ракет и самолетов, ядерных реакций, расшифровки генетического кода человека. В них используются от нескольких до нескольких десятков микропроцессоров, осуществляющих параллельные вычисления. Первый суперкомпьютер разработал Сеймур Крей в 1976 году.
В 2002 году в Японии был построен суперкомпьютер NEC Earth Simulator (рис. 28), выполняющий 35,6 триллионов операций в секунду.
В 2005 году компания IBM разработала суперкомпьютер Blue Gene (рис. 29) производительностью свыше 30 триллионов операций в секунду. Он содержит 12000 процессоров и обладает в тысячу раз большей мощностью, чем знаменитый Deep Blue, с которым в 1997 году играл в шахматы чемпион мира Гарри Каспаров. Компания IBM и исследователи из Швейцарского политехнического института в Лозанне впервые предприняли попытку моделирования человеческого мозга.
Дальнейшее развитие вычислительной техники многие специалисты связывают с квантовой механикой и квантовым компьютером.
Необходимо отметить, что сверхъестественный мир квантовой механики не подчиняется законам общей классической физики. Квантовый бит или кубит (qubit) не существует в типичных 0 или 1-бинарных формах сегодняшних компьютеров – квантовый бит может существовать в одной из них или же в обеих системах одновременно. N кубит могут, как и N бит, иметь 2
N возможных состояний, однако принципиальное отличие состоит в том, что кубиты могут находиться в суперпозиции этих состояний и быть при этом запутанными между собой. Это значит, что система из нескольких кубитов (квантовый регистр) находится в каждом из состояний с некоторой вероятностью, а самое главное, это значит, что за счет запутанности можно изменить сразу все 2N состояний. В классическом компьютере такая операция потребовала бы 2N шагов. Это обеспечивает беспрецедентный параллелизм вычислений, и именно это является основой мощности квантовых компьютеров. В классическом компьютере за один такт процессор может изменить одно состояние, которое хранят N бит памяти. В квантовом компьютере за один такт можно изменить N кубит, которые находятся в состоянии, являющемся суперпозицией всех базовых состояний, а следовательно, все 2N базовых состояний.
2. Внешние устройства персонального компьютера
Персональный компьютер – универсальная техническая система. Его конфигурацию (состав оборудования) можно гибко изменять по мере необходимости. Тем не менее, существует понятие базовой конфигурации, которую считают типовой. В базовую конфигурацию входят следующие аппаратные комплектующие:
• системный блок;
• монитор;
• клавиатура;
• компьютерная мышь.
Рассмотрим их более подробно.
2.1. Системный блок
Системный блок представляет собой основной узел, внутри которого и располагаются наиболее важные компоненты. Устройства находящиеся внутри системного блока называют внутренними, устройства подключаемые к нему снаружи называют внешними. Внешние дополнительные устройства, предназначенные для ввода, вывода и длительного хранения данных, также называют периферийными.
По внешнему виду системные блоки различаются формой корпуса. Корпуса персональных компьютеров выпускают в горизонтальном (desktop) и вертикальном (tower) исполнении. Корпуса, имеющие вертикальное исполнение, различают по габаритам: корпус сервера (file server), полноразмерный (big tower), среднеразмерный (midi tower) и малоразмерный (mini tower). Среди корпусов, имеющих горизонтальное исполнение, выделяют плоские и особо плоские (slim). Чем больше размер корпуса, тем легче обеспечить охлаждение за счет большего объема циркулирующего внутри компьютера воздуха. Основным параметром, определяющим качество корпуса, является толщина металла несущей рамы, шасси системной платы, стенок корпуса. При использовании достаточно толстого металла снижается уровень излучаемого шума и вибрации. Такие качества обеспечивает корпуса с толщиной металла не менее 0,8 мм.
Кроме формы, для корпуса важен параметр, называемый форм-фактором. От него зависят требования к размещаемым устройствам. Форм-фактор корпуса должен быть обязательно согласован с форм-фактором системной (материнской) платы компьютера.
На лицевой стороне корпуса находятся как минимум 2 кнопки: включения питания (POWER) и перезагрузки (RESET), ряд сигнальных лампочек и панели управления различных дисковых устройств. На задней панели находятся стандартные разъемы для крепления дополнительных устройств и устройств ввода-вывода. Все внутреннее устройство системного блока основано на креплении различных плат к стандартным стойкам и разъемам. Такая схема (характерно для IBM PC) позволяет собирать компьютер из различных стандартно оформленных устройств.
В современных корпусах часто выделяют специальное место для установки дополнительного вентилятора охлаждения (основным является вентилятор, встроенный в блок питания).
2.2. Монитор
Монитор (дисплей) – устройство визуализации текстовой или графической информации без ее долговременной фиксации. По типу отображаемой информации мониторы делят на алфавитно-цифровые (в настоящее время не используются) и графические. По способу формирования изображения графические дисплеи делят на векторные (не используются в ПК) и растровые. В векторном дисплее изображение строится из элементарных отрезков векторов (в случае ЭЛТ – электронный луч непрерывно "вырисовывает" контур изображения, собирая его из этих векторов). В растровых дисплеях изображение получают с помощью матрицы точек (в случае ЭЛТ – электронные лучи пробегают по строкам экрана, подсвечивая требуемые точки своим цветом). Наиболее широкое распространение получили мониторы на базе электронно-лучевых трубок (ЭЛТ) и на основе жидких кристаллов (ЖК).
Принцип действия ЭЛТ-мониторов заключается в том, что испускаемый электродом (электронной пушкой) пучок электронов, попадая на экран, покрытый люминофором, вызывает его свечение. На пути пучка электронов находятся дополнительные электроды: отклоняющая система (определяет направление пучка) и модулятор (регулирует яркость получаемого изображения). В случае цветного монитора имеются три электронных пушки с отдельными схемами управления, а на поверхность экрана нанесен люминофор трех основных цветов: R (red) – красный, G (green) – зеленый, B (blue) – синий. Чтобы каждая пушка попадала только по люминофору своего цвета, используется теневая маска. Электронный луч периодически сканирует весь экран, образуя близкорасположенные строки развертки. По мере движения луча по строкам видеосигнал, подаваемый на модулятор, изменяет яркость определенных пикселей, образуя видимое изображение. В цикле сканирования луч движется по зигзагообразной траектории от левого верхнего угла экрана к нижнему правому. Прямой ход луча по горизонтали осуществляется сигналом строчной (горизонтальной) развертки, а по вертикали – сигналом кадровой (вертикальной) развертки.
Наиболее важными параметрами для монитора являются частота кадровой развертки, частота строчной развертки и полоса пропускания видеосигнала. Частота кадровой развертки во многом определяет устойчивость изображения (отсутствие мерцаний). Ассоциация VESA рекомендует использовать для разрешений 800х600 частоту кадровой развертки не ниже 72 Гц, а для разрешения 1024х768 – не ниже 70 Гц. Частота строчной развертки определяется произведением частоты вертикальной развертки на количество выводимых строк в одном кадре с учетом обратного хода (разрешение по вертикали), типичное значение – 30-64 кГц (отражает количество строк, которое монитор может воспроизвести за одну секунду). Полоса видеосигнала определяется произведением разрешения по горизонтали с учетом обратного хода на частоту строчной развертки (отражает число точек в строке, которое монитор может воспроизвести за одну секунду). К важным факторам, определяющим четкость изображения, относят также размеры точек люминофора, а точнее – расстояние между ними (dot pitch), типичное значение – 0,25-0,28 мм.