Файл: Устройство персонального компьютера (Теоретический аспект персонального компьютера).pdf

Введение

Актуальность темы. Персональный компьютер (ПК) — это не один электронный аппарат, а небольшой комплекс взаимосвязанных устройств, каждое из которых выполняет определенные функции. Часто употребляемый термин “конфигурация ПК” означает, что конкретный компьютер может работать с разным набором внешних (или периферийных) устройств, например, с принтером, модемом, сканером и т.д.

Эффективность использования ПК в большой степени определяется количеством и типами внешних устройств, которые могут применяться в его составе. Внешние устройства обеспечивают взаимодействие пользователя с ПК.

Широкая номенклатура внешних устройств, разнообразие их технико-эксплуатационных и экономических характеристик дают возможность пользователю выбрать такие конфигурации ПК, которые в наибольший степени соответствуют его потребностям и обеспечивают рациональное решение его задачи.

Конструктивно каждая модель ПК имеет так называемый “базовый набор” внешних устройств, т.е. такой набор компонентов, дальнейшие уменьшение которого приведет к нецелесообразности использования компьютера для конкретной работы или даже полной бессмысленности работы с ним. 

При написании данной работы использовались научные труды отечественных и зарубежных авторов по информатике.

Предмет исследования – персональный компьютер. Объект исследования – устройство ПК.

Цель данной работы – изучить и проанализировать устройство ПК. Исходя из поставленной цели можно выделить следующие задачи:

1. Рассмотреть историю развития ПК

2. Изучить эволюцию устройства и архитектура ПК

3.Рассмотреть базовую аппаратную конфигурацию персонального компьютера

4. Изучить внутренние устройства системного блока

5. Охарактеризовать процессор и оперативную память

6. Проанализировать устройства ввода и вывода

При написании данной работы использовались методы научного анализа и сравнения.

Данная работа состоит из введения, основной части, заключения и списка используемой литературы.

Глава 1. Теоретический аспект персонального компьютера

История развития ПК

Если верить историческим справочникам, первый компьютер появился в пятом веке до нашей эры, и это была особая доска, которая называлась «абак». Вычислительный процесс с её помощью заключался в передвижении предметов (камни или кости) в выдолбленных канавках в досках, бронзовых, каменных или других пластинах. В Греции он назывался абак, в Японии носил название серобаян, а в Китае суаньпань.

В Древней Руси тоже было вычислительное устройство похожее на абак, и оно называлось дощаный счёт. Уже в семнадцатом веке это устройство обрело форму обычных, использовавшихся в России, счётов. А в 1642 году французский учёный и философ Блез Паскаль изобрёл первую вычислительную машину, которую назвали в честь создателя Паскалина. [2, c.92]

Это было механическое устройство, принцип действия которого заключался во вращении шестерён, и которое могло выполнять операции сложения и вычитания. Исходные данные задавались поворотом наборных дисков, которые соответствовали цифрам от нуля до девяти. Ответ можно было увидеть на верху корпуса из металла.

В 1673 году Готфрид Вильгельм Лейбниц сделал вычислительный прибор тоже на основе механики, который первым умел помимо сложения и вычитания выполнять деление, умножение и даже извлекать квадратный корень. Позже колесо Лейбница послужило образцом для создания арифмометра. [1, c.52]

В 1832 году учёные создали модель аппарата, которая состояла из двух тысяч деталей из латуни и весила три тонны, но при этом могла осуществлять арифметические операции с очень высокой точностью (шесть знаков после запятой) и даже высчитывать производные второго порядка. Это уже был настоящий прообраз современных электронных вычислительных машин, который назывался дифференциальная машина.

Позже российский учёный Пафнутий Львович Чебышев спроектировал суммирующее устройство, в котором все арифметические операции были автоматизированы. В основе его был принцип непрерывной передачи десятков. В 1881 году появилась его дополнение - приставка, которая позволила делить и умножать. Автоматизированный процесс вычислений также появился в конце девятнадцатого века в США.

Герман Холлерит реализовал прибор, который получил название табулятор Холлерита. Информация в нём наносилась на перфокарты и затем считывалась и расшифровывалась посредством электрического тока. А в 1936 году Алан Тьюринг, учёный из Кембриджа, спроектировал мысленный вычислитель, который остался только в виде проекта. Его вычислитель действовал по заранее продуманному алгоритму.

Эта машина воображения могла быть применена для различных задач, всё определялось алгоритмом. Но тогда это выливалось лишь в теоретические обоснования и структурные построения, которые впоследствии стали прототипом компьютеров, как приборов для вычислений, которые способны обрабатывать исходные данные согласно заданной очерёдности команд.

В историческом прошлом нашей цивилизации была не одна информационная революция, вызванная изменениями в сфере хранения, переработки и распространения информационных данных. Первая революция случилась, когда появилась письменность, что вызвало большой качественный и количественный скачок в развитии цивилизации.

По геометрическим параметрам, а также по вычислительным возможностям ЭВМ делятся на: Сверхбольшие компьютеры (суперЭВМ). Большие компьютеры. Малые компьютеры. Сверхмалые компьютеры (микроЭВМ). Изначально конструкторы разработали большие ЭВМ, в основе которых сначала были электронные лампы, потом транзисторы и наконец интегральные микросхемы различной степени интеграции.

Самая первая ЭВМ ЭНИАК появилась в 1946 году и весила примерно пятьдесят тонн. Она обладала небольшим быстродействием и имела оперативную память размером всего на двадцать чисел.

Занимаемая ей площадь составляла примерно сто квадратных метров. Производительности больших электронных вычислительных машин, как выяснилось, не хватало для решения некоторых задач, таких как составление прогноза метеорологической обстановки, управление сложнейшими комплексами обороны страны, построение моделей экосистем и так далее. Это послужило поводом для проектирования и изготовления сверхбольших ЭВМ, мощнейших вычислительных систем, которые быстро развиваются до настоящего времени.

Возник отличные метод передавать накопленные знания следующим поколениям. Второй информационной революцией стало создание печатных станков и появление первых печатных книг.

Это событие, произошедшее в середине шестнадцатого века, кардинально переменило общественную жизнь, культурное развитие, организацию труда. Третья информационная революция случилась в конце девятнадцатого века и связана она была с грандиозными достижениями в сфере электроприборов. [7, c.41]

В общественную жизнь вошли телеграфная, радио и телефонная связь, что позволяло быстро пересылать и копить информационные данные в больших объёмах. Четвёртая революция в сфере информации произошла в семидесятых годах двадцатого века, она была вызвана появлением микропроцессорных технологий и, как следствие, персональных компьютеров. [4, c.82]

Данный этап характерен тремя основными инновационными подходами: Электрические и механические средства обработки информации стали заменяться электронными. Все компоненты различных устройств, машин и приборов стали уменьшаться в размерах. Велась разработка управляемых программными методами аппаратов и технологических процессов.

Необходимость сохранения, обработки и трансляции информационных данных возникла у людей ещё до создания телеграфа, телефона и компьютера. По факту все накопленные людским сообществом знания и опыт, с любой точки зрения содействовали возникновению вычислительных машин.

История формирования средств вычислительной техники длится уже примерно пятьдесят лет. За этот период времени поменялось не одно поколение компьютерной техники. При этом новые этапы развития вычислительной техники ознаменовались новой комплектацией (вакуумные лампы, логика, на базе транзисторов, интегральные микросхемы) и у каждого этапа была в принципе другая технологическая основа.

На сегодняшний день уже есть сформированная классификация этапов развития электронных вычислительных машин:

Первый этап – с 1946 года по начало пятидесятых годов считается периодом зарождения ЭВМ. Вычислительные машины был реализованы на вакуумных лампах, имели значительные размеры, потребляли много электроэнергии, быстродействие было мало, как и надёжность. Программирование выполнялось в машинных кодах.

Второй этап начался с конца пятидесятых годов двадцатого века и продолжался до начала шестидесятых годов. На смену лампам пришли полупроводники. Произошёл резкий рост фактически всех технических характеристик и для написания программ стали применяться языки более высокого уровня (языки алгоритмов).

Третий этап начался в конце шестидесятых годов двадцатого века и длился до конца семидесятых. Снова поменялась элементная база, интегральные микросхемы сменили транзисторы, появилась технология многослойного печатного монтажа.

Эволюция устройства и архитектура ПК

Архитектура персонального компьютера (ПК) включает в себя структуру, которая отражает состав ПК, и программное обеспечение. Структура ПК – это набор его функциональных элементов (от основных логических узлов до простейших схем) и связей между ними.

Архитектура определяет принципы действия, информационные связи и взаимное соединение основных логических узлов ПК, к которым относят процессор, оперативное запоминающее устройство, внешние запоминающие устройства и периферийные устройства. Основным принципом построения всех современных ПК является программное управление.

В 1946 году американские математики Джон фон Нейман, Герман Голдштейн и Артур Бёркс в совместной статье изложили новые принципы построения и функционирования ЭВМ. На основе этих принципов производилось 1-е и 2-е поколение компьютеров. В следующих поколениях происходили некоторые изменения, но принципы фон Неймана (как они были названы) сохранялись.

Основные принципы фон Неймана: Использование двоичной системы счисления в ПК, в которой устройствам гораздо проще выполнять арифметико-логические операции, чем в десятичной. Программное управление ПК. Работа ПК управляется программой, которая состоит из набора команд, выполняющихся последовательно одна за другой. Создание машины с хранимой в памяти программой положило начало программированию. Данные и программы хранятся в памяти ПК.

Команды и данные кодируются одинаково в двоичной системе. Ячейки памяти ПК имеют последовательно пронумерованные адреса. Возможность обращения к любой ячейке памяти по ее адресу позволила использовать переменные в программировании. Возможность условного перехода при выполнении программы. [2, c.24]

Команды в ПК выполняются последовательно, но при необходимости можно реализовать переход к любой части кода. Ничего непонятно? Попробуй обратиться за помощью к преподавателям Решение задач Контрольные работы Эссе Основным принципом было то, что программа уже стала не постоянной частью машины, а изменяемой, в отличие от аппаратуры, которая остается неизменной и очень простой. Фон Нейманом также была предложена структура ПК (рис. 1).

Рисунок 1. Структура ПК

В состав машины фон Неймана входили: запоминающее устройство (ЗУ); арифметико-логическое устройство (АЛУ), которое выполняло все арифметические и логические операции; устройство управления (УУ), которое координирует действия всех узлов машины в соответствии с программой; устройства ввода-вывода. [6, c.42]

Программы и данные вводились в ЗУ из устройства ввода через АЛУ. Все команды программы записывались в ячейки памяти последовательно, а данные для обработки – в произвольные ячейки. [7, c.92]

Команда состояла из указания операции, которую необходимо выполнить, и адресов ячеек памяти, в которых хранятся данные и над которыми необходимо выполнить нужную операцию, а также адреса ячейки, в которую необходимо записать результат (для хранения в ЗУ).

Из АЛУ результаты выводятся в ЗУ или устройство вывода. Принципиально эти устройства отличаются тем, что в ЗУ данные хранятся в удобном для обработки ПК виде, а на устройства вывода (монитор, принтер и т.п.) в удобном для человека. От УУ на другие устройства поступают сигналы с командами, а от других устройств УУ получает информацию о результате их выполнения.