Файл: Устройство перснонального компьютера.pdf

Слово «компьютер» (от англ. compute) означает «вычислитель», т.е. устройство для вычислений. Потребность в автоматизации обработки данных, в том числе вычислений, возникла очень давно. Более 1500 лет тому назад для счёта использовались счётные палочки, камешки и т.д. Наши родители ещё очень хорошо помнят служившие верой и правдой до конца XX века русские счёты, которые работали в десятичной позиционной системе счисления, а в учебниках по торговому вычислению ещё в 60-х - 70-х годах прошлого века можно было обнаружить главы, посвящённые методам работы на счётах.

В 30-е годы XX столетия в нашей стране был разработан механический предшественник компьютера, – арифмометр «Феликс». Это счётное устройство использовались несколько десятилетий, став основным техническим средством облегчения человеческого труда.

Первые электронные компьютеры появились в первой половине XX века. Они могли делать значительно больше механических «калькуляторов», которые лишь складывали, вычитали и умножали. Это были электронные машины, способные решать сложные задачи. Кроме того, они имели две отличительные особенности, которыми предыдущие машины не обладали:

1. Они могли выполнять определенную последовательность операций по заранее заданной программе или последовательно решать задачи разных типов.

2. Способность хранить информацию в специальной памяти.

Сегодня считается непременной составляющей компетентности любого специалиста знание аппаратной части персонального компьютера (далее – ПК), а также его основных технических характеристик.

Актуальность выбранной темы связана с тем, что современный рынок компьютерной техники столь разнообразен, что довольно сложно определить конфигурацию ПК с требуемыми характеристиками. Без специальных знаний здесь практически не обойтись.

В связи с этим целью курсовой работы является изучение основных устройств современного ПК и их характеристик. В соответствии с целью были поставлены следующие задачи:

– ознакомиться с историей создания компьютеров;

– изучить основные компоненты ПК;

– рассмотреть основные свойства и характеристики компонентов ПК.

Глава 1. История создания компьютера

1.1 История вычислительных машин

Начало развития информационных технологий принято считать с Блеза Паскаля, который в 1642 году изобрёл устройство, механически выполняющее сложение чисел. Его машина предназначалась для работы с 6-8 разрядными числами и могла только складывать и вычитать, а также имела лучший, чем все до этого, способ фиксации результата. Машина Паскаля (см. Приложение А, рис. 1) имела размеры 36х13х8 сантиметров, этот небольшой латунный ящичек было удобно носить с собой. Инженерные идеи Паскаля оказали огромное влияние на многие другие изобретения в области вычислительной техники.

Следующего этапного результата добился выдающийся немецкий математик и философ Готфрид Вильгельм Лейбниц, высказавший в 1672 году идею механического умножения без последовательного сложения. Уже через год он представил машину, которая позволяла механически выполнять четыре арифметических действия, в Парижскую академию. Машина Лейбница требовала для установки специального стола, так как имела внушительные размеры: 100х30х20 сантиметров (см. Приложение А, рис. 2).

В 1812 году английский математик Чарльз Бэббидж начал работать над так называемой разностной машиной, которая должна была вычислять любые функции, в том числе и тригонометрические, а также составлять таблицы. Свою первую разностную машину Бэббидж построил в 1822 году и рассчитывал на ней таблицу квадратов, таблицу значений функции y=x2+x+41 и ряд других таблиц. Однако из-за нехватки средств эта машина не была закончена, и сдана в музей Королевского колледжа в Лондоне (где хранится и по сей день). Но эта неудача не остановила Бэббиджа, и в 1834 году он приступил к новому проекту – созданию аналитической машины, которая должна была выполнять вычисления без участия человека. Именно Бэббидж впервые пришёл к выводу, что компьютер должен содержать память и управляться с помощью программы. Бэббидж хотел построить свой компьютер как механическое устройство, а программы собирался задавать посредством перфокарт – карт из плотной бумаги с информацией, наносимой с помощью отверстий (они в то время уже широко употреблялись в ткацких станках).

С 1842 по 1848 год Бэббидж упорно работал, расходуя собственные средства. К сожалению, он не смог довести до конца работу по созданию аналитической машины – она оказалась слишком сложной для техники того времени. Но заслуга Бэббиджа в том, что он впервые предложил и частично реализовал, идею программно - управляемых вычислений. Именно аналитическая машина по своей сути явилась прототипом современного компьютера. Эта идея и её инженерная детализация опередили время на 100 лет! Воссозданная в 1991 году в Лондоне аналитическая машина Чарлза Бэббиджа отлично заработала, исправно вычисляя логарифмы и другие математические функции. (см. Приложение А, рис. 3). Однако, её создателю, потратившему 10 лет (с 1823 по 1833 год) на разработку чертежей, так и не удалось её собрать вплоть до 1842-го, когда проект был заброшен. В 1842 году в Женеве была опубликована небольшая рукопись итальянского военного инженера Л.Ф.Менабреа «Очерк об аналитической машине, изобретённой Чарльзом Бэббиджем», переведённая впоследствии ученицей и помощницей Бэббиджа дочерью Дж. Г. Байрона – леди Адой Лавлейс. При содействии Бэббиджа Ада Лавлейс составляла первые программы для решения систем двух линейных уравнений и для вычисления чисел Бернулли. Леди Лавлейс стала первой в мире женщиной-программистом.

Основатель и директор двух парижских страховых обществ Карл Томас в 1818 году сконструировал счётную машину, уделив основное внимание технологичности механизма, и назвал её арифмометром. Уже через три года в мастерских Томаса было изготовлено 16 арифмометров, а затем и ещё больше. Таким образом, Томас положил начало счётному машиностроению. Его арифмометры выпускали в течение ста лет, постоянно совершенствуя и меняя время от времени названия (см. Приложение А, рис. 4).

После Ч.Бэббиджа значительный вклад в развитие техники автоматизации счёта внёс американский изобретатель Герман Холлерит, который в 1890 году впервые построил ручной перфоратор для нанесения цифровых данных на перфокарты и ввёл механическую сортировку для раскладки этих перфокарт в зависимости от места пробива. Им была построена машина – табулятор, которая прощупывала отверстия на перфокартах, воспринимала их как соответствующие числа и подсчитывала их (см. Приложение А, рис. 5). Табуляторы Холлерита были использованы при переписи населения в США, Австрии, Канаде, Норвегии и в др. странах. Они же использовались при первой Всероссийской переписи населения в 1897 году, причём Холлерит приезжал в Россию для организации этой работы. В 1896 году Холлерит основал всемирно известную фирму Computer Tabulating Recording, специализирующуюся на выпуске счетно-перфорационных машин и перфокарт. В дальнейшем фирма была преобразована в фирму International Business Machines (IBM), ставшую впоследствии передовым разработчиком компьютеров.

1.2 История развития компьютерной техники.

Новый инструмент – электронная вычислительная машина (далее – ЭВМ) – служит человеку лишь чуть больше полувека. ЭВМ – одно из величайших изобретений середины XX столетия, изменивших человеческую жизнь во многих её проявлениях. Вычислительная техника превратилась в один из рычагов обеспечивающих развитие и достижения научно-технического прогресса. Первым создателем автоматической вычислительной машины считается немецкий учёный Конрад Цузе. Работы им начаты в 1933 году, а в 1936 году он построил модель механической вычислительной машины, в которой использовалась двоичная система счисления, форма представления чисел с «плавающей» запятой, трёхадресная система программирования и перфокарты. В качестве элементной базы Цузе выбрал реле, которые к тому времени давно применялись в различных областях техники. В 1938 году Цузе изготовил модель машины Z1 на 16 слов; в следующем году модель Z2, а еще через два года он построил первую в мире действующую вычислительную машину с программным управлением (модель Z3), которая демонстрировалась в Германском научно-исследовательском центре авиации. Это был релейный двоичный компьютер, имеющий память на 64 22-разрядных числа с плавающей запятой: 7 разрядов для порядка и 15 разрядов для мантиссы. К несчастью, все эти образцы машин были уничтожены во время бомбардировок в ходе Второй мировой войны.

После войны Цузе изготовил модели Z4 и Z5 (см. Приложение А, рис. 7). Также Конрад Цузе в 1945 году создал язык Plankalkul (от немецкого «исчисление планов»), который относится к ранним формам алгоритмических языков. Этот язык был большей степени машинно-ориентированным, но по некоторым возможностям превосходил АЛГОЛ. Независимо от Цузе построением релейных автоматических вычислительных машин занимались в США Джордж Штибитц и Говард Айкен.

Д.Штибитц, тогда работавший в фирме Bell, собрал на телефонных реле первые суммирующие схемы. В 1940 году вместе с С.Уильямсом Штибитц построил «вычислитель комплексных чисел», или релейный интерпретатор, который впоследствии стал известен как специализированный релейный компьютер «Bell-модель 1». В этом же году машина демонстрировалась на заседании Американского математического общества, где были проведены её первый промышленные испытания. В последующие годы были созданы ещё четыре модели этой машины. Последняя из них разработана Штибитцем в 1946 году (модель V) — это был компьютер общего назначения, содержащий 9000 реле и занимающий площадь почти 90 м2. Сложение выполнялось за 0,3 сек, умножение – за 1 сек. Для ввода использовалась перфолента, для вывода – стандартное телетайпное оборудование. Вес устройства составлял 10 тонн (см. Приложение А, рис. 8).

Другую идею релейного компьютера выдвинул в 1937 году аспирант Гарвардского университета Говард Айкен. Его идеей заинтересовалась фирма IBM. В помощь Айкену подключили бригаду инженеров во главе с К. Лейком. Работа по проектированию и постройке машины, названной «Марк-1», началась в 1939 году и продолжалась 5 лет (см. Приложение А, рис. 9).

В 1942 году профессор электротехнической школы Мура Пенсильванского университета Д.Маучли представил проект «Использование быстродействующих электронных устройств для вычислений», положивший начало созданию первой электронной вычислительной машины ENIAC (сокр. от Electronic Numerical Integrator and Computer). Около года проект пролежал без движения, пока им не заинтересовалась Баллистическая исследовательская лаборатория армии США. В 1943 году под руководством Джона Маучли и Джона Эккерта были начаты работы по созданию ENIAC, демонстрация состоялась 15 февраля 1946 года. Новая машина имела «впечатляющие» параметры: 18000 электронных ламп, площадь 90х15 м2, весила 30 т и потребляла 150 кВт. ENIAC работала с тактовой частотой 100 кГц и выполняла сложение за 0,2 мс, а умножение – за 2,8 мс, что было на три порядка быстрее, чем это могли делать релейные машины. По своей структуре ЭВМ ENIAC напоминала механические вычислительные машины (см. Приложение А, рис. 10).

Долгое время считалось, что ENIAC единственный электронный компьютер, но в 1975 году Великобритания сообщила о том, что уже с декабря 1945 года в государственном институте Блетчли-Парк работал первый программируемый ЭВМ «Колосс», но для правильной оценки компьютера Англия не предоставила много данных (см. Приложение А, рис. 11). Считается, что именно «Колосс» справился со взломом немецких шифров- аналогов «Энигмы» (зашифрованных с помощью системы Lorenz SZ), использовавшихся во время Второй мировой войны.

С точки зрения архитектуры ЭВМ с хранимой в памяти программой революционными были идеи американского математика, Члена Национальной АН США и американской академии искусств и наук Джона фон Неймана (1903 – 1957). Эти идеи были изложены в статье «Предварительное рассмотрение логической конструкции электронного вычислительного устройства», написанной вместе с А. Берксом и Г. Голдстайном и опубликованной в 1946 году.

Вот как представлял фон Нейман свою ЭВМ:

- машина должна состоять из основных органов: орган арифметики, памяти, управления и связи с оператором, чтобы машина не зависела от оператора.

- она должна запоминать не только цифровую информацию, но и команды, управляющие программой, которая должна проводить операции над числами.

- ЭВМ должна различать числовой код команды от числового кода числа.

- у машины должен быть управляющий орган для выполнения команд, хранящихся в памяти.

- в ней также должен быть арифметический орган для выполнения арифметических действий;

- и, наконец, в её состав должен входить орган ввода-вывода.

На данном историческом этапе завершим рассмотрение создание компьютера, так как дальнейшие поколения ЭВМ имели «неймановскую» структуру, схожую с современными вычислительными машинами.

Глава 2. Основные компоненты современного ПК, их виды и характеристики.

2.1 Монитор

Монитор (реже используется дисплей) – это основное устройство вывода. Монитор предназначен для отображения информации, выводимой во время работы программы на компьютере. Размер экрана монитора определяется по диагонали в дюймах. Современные мониторы имеют размеры от 15 дюймов и более. Наиболее распространенными сегодня являются т.н. «светодиодные» LED-дисплеи. Однако ещё 20 лет назад по конструкции монитор был аналогичен электронно-лучевой трубке (ЭЛТ) цветного телевизора. Но в отличие от телевизионного, экран монитора строил изображение из более мелких точек (пикселей) и сменял их со значительно большей частотой (около 100 раз в секунду, в то время как телевизионное изображение имело частоту смены 25 раз в секунду). Благодаря этому изображение на экране монитора не мерцало и выглядело более чётким и красочным (на сегодняшний день понятие монитора и телевизора всё более сливается).