Файл: Устройство персонального компьютера (История создания ПК. Поколения ПК).pdf

ВВЕДЕНИЕ

Персональные компьютеры (ПК) все прочнее входят в нашу повседневную среду и занимают в ней не последнее место. Если каких-то 20 – 25 лет назад их можно было увидеть только в солидных организациях, то сегодня ПК стоит в каждом магазине, офисе или квартире.

На сегодняшний день компьютеры в человеческой деятельности используются во многих сферах – для ведения бухгалтерского учета и создания сложных научных моделей, разработки дизайна и создания музыки, хранения и поиска информации в базах данных, обучения, игр, прослушивания музыки и просмотра и прослушивания различного рода видеоматериалов и аудиоматериалов. Но сегодня не то что бы нужно знать, что такое компьютер, а еще и уметь им пользоваться. Не каждый человек, который работает на компьютере, представляет себе полностью точный состав ПК и как он работает.

Профессионалы, работающие вне компьютерной сферы, считают непременной составляющей своей компетентности знание аппаратной части персонального компьютера, хотя бы его основных технических характеристик. Особенно велик интерес к компьютерам среди молодежи, широко использующей их для своих целей (серфинг в сети Интернет, социальные сети, создание игр, просмотр и прослушивание различного рода материалов).

Выбранная тема связана с тем, что современный рынок компьютерной техники столь разнообразен и широк, что довольно непросто определить конфигурацию ПК с требуемыми характеристиками. Без специальных знаний и навыков здесь практически не обойтись.

В этой связи целью курсовой работы является изучение основных устройств персонального компьютера (далее – ПК). В соответствии с целью были поставлены следующие задачи:

– ознакомиться с историей создания компьютеров

– изучить основные компоненты ПК

– освоить их основные свойства и характеристики.

Глава 1. ИСТОРИЯ СОЗДАНИЯ ПК. ЦЕЛЬ ЕГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ. ТИПЫ ПК

1.1 История создания ПК. Поколения ПК

Слово «компьютер» означает «вычислитель», то есть устройство для вычислений. Потребность в автоматизации вычислений возникла очень давно. Многие тысячи лет назад использовались камешки, счетные палочки и подобные вещи. Более 1500 лет тому назад были изобретены так называемые счетные доски, их потомком являются всем известные счеты.

В 1642 году французский ученый, физик и философ Блез Паскаль изобрел счетную машину – механическое устройство для сложения чисел. Счетная машина Паскаля была им задумана еще в 1640 году. Работа над счетной машиной продолжалась около пяти лет, было изготовлено около пятидесяти различных моделей, и была завершена в 1645 году. В 1649 году Паскаль получил королевскую привилегию, дающую право на изготовление и продажу машины.

Некоторое количество таких машин действительно было им изготовлено и продано. В дальнейшем было предложено множество различных конструкций механических счетных машин, однако широкое применение они получили только спустя 200 лет, в XIX веке, когда стало возможным их промышленное производство. Такие машины стали называть арифмометрами – они механизировали все четыре действия арифметики: сложение, вычитание, умножение и деление. Арифмометры применялись вплоть до 60-х годов прошлого столетия, когда им на смену пришли электронные микрокалькуляторы.

Механические вычислительные машины, о которых шла речь выше, были ручными, то есть требовали участия оператора в процессе вычислений. Для каждой операции нужно было ввести в машину исходные данные и привести в движение счетные элементы машины для выполнения операции. Время от времени нужно было считывать и записывать полученные результаты и контролировать правильность хода вычислений.

Однако нельзя ли создать автоматическую вычислительную машину, которая осуществляла бы требуемые вычисления без участия человека? Первым поставил такой вопрос и сделал серьезные шаги в обосновании положительного ответа на него замечательный английский ученый, инженер и изобретатель Чарльз Беббидж, который попытался построить автоматическое вычислительное устройство (он назвал его аналитической машиной), работающее без участия человека – под управлением перфокарт.

Аналитическая машина не была построена, но Беббидж сделал более 200 чертежей ее различных узлов, около 30 вариантов общей компоновки машины и изготовил за свой счет некоторые устройства.

В конце XIX и начале XX века получили распространение так называемые счетно-аналитические машины, построенные на развитии идей Паскаля и Беббиджа. Для чтения перфокарт в них стали применять электроконтактные устройства, для привода вращения счетных колес применялся электродвигатель. В дальнейшем были сконструированы машины, в которых хранение чисел осуществлялась в двоичном виде при помощи групп электрореле. Эйкен в США, Цузе в Германии и другие конструировали так называемые релейные машины, которые применялись вплоть до начала 60-х годов, конкурируя с уже появившимися тогда электронными вычислительными машинами.

Компьютер в том виде, в каком мы его знаем сегодня, начинался в 19 веке с английского профессора математики по имени Чарльз Беббидж.

Он разработал аналитический механизм, и именно на его основе была создана базовая структура современных компьютеров.

Вообще компьютеры можно разделить на несколько поколений. Каждое поколение длилось в течение определенного периода времени, и каждый период подарил нам новый и улучшенный компьютер или усовершенствованный существующий компьютер.

Историки начинают историю расчетов с абакуса, деревянного каркаса с шариками или бусинками, нанизанными на параллельные провода. Но, в основном, первая такая машина, имеющая принципы современных вычислительных машин, была разработана Чарльзом Беббидж в девятнадцатом веке. У него были некоторые базовые представления о хранящихся в машине компьютерных программах. Такая машина была разработана компанией Babbage в 1822 году и получила название дифференциального двигателя, который использовался для выполнения простых арифметических вычислений, необходимых для построения тригонометрических и логарифмических таблиц. Далее около 1871 года он разработал и аналитический движок, который был прототипом компьютера.

Между тем, важное теоретическое развитие произошло примерно в 1850 году, когда математик Джордж Буле разработал алгебраическую систему, которая теперь называется булевой алгеброй. Эта алгебраическая система используется для представления величин в виде двоичных чисел, т.е. 0 и 1, а также для представления и манипулирования логическими выражениями.

Значение булевой алгебры в то время не использовалось. В девятнадцатом веке, около 1880 года, Холлерит разработал технологии и машины, которые оказали значительное влияние на будущее проектирование компьютеров. Он разработал машину, в которой данные были представлены в виде перфорированных отверстий на бумажных картах. Эта машина может работать с перфорированными картами и обрабатывать 50-80 перфорированных карт в минуту. Перфорированные карты содержали 80 колонок и прямоугольные пуансоны. Эти машины назывались табуляторами. Эти машины также использовались для полуавтоматического отбора и сортировки карт. Он основал собственную компанию "Computing-Tabulating-Recording Company", которая впоследствии стала Международной компанией (IBM). Сегодня IBM является одной из крупнейших компаний в компьютерном мире.

Рассмотрим несколько поколений компьютеров:

• ранние компьютеры;
• первое поколение компьютеров (1946-55);
• компьютеры второго поколения (1956-1965);
• компьютеры третьего поколения (1966-1976);
• компьютеры четвертого поколения.

1.2 Ранние компьютеры

В 1937 году Говард Эйкен из Гарвардского Университета разработал огромный механический калькулятор MARK I с большим количеством переключателей, механических реле и карт.  Он достигал в длину почти 17 м (машина занимала в Гарвардском университете площадь в несколько десятков квадратных метров), в высоту — более 2,5 м и весил около 4,5 тонны.  Это был непосредственный предшественник автоматических электронных компьютеров. ENIAC (Electronic Numerical Integrator and Computer), разработанный в 1946 году, был первым электронным калькулятором. Он занимал помещение размером 15 х 9 метров и был весом 30 тонн.

Примерно в 1950 году был разработан компьютер под названием EDVAC (Electronic Discrete Variable Automatic Computer), который был основан на идее Неймана. Он первым начал использовать концепцию сохраненных программ в компьютерах. Объем памяти EDVAC составлял 1024 слова по 44 бита каждое. Машина также имела вспомогательное хранилище в 20 000 слов.

Первое поколение компьютеров (1946-55)

Компьютеры, выпущенные в 1945-55 годах, называются компьютерами первого поколения. Они были чрезвычайно больших размеров с вакуумными трубками в их схемах, которые выделяли значительное количество тепла. Следовательно, для рассеивания этого тепла требовались специальные установки кондиционирования воздуха.

Они работали крайне медленно, а емкость их систем хранения данных была намного меньше по сравнению с сегодняшними компьютерами. В этих компьютерах перфорированные карты использовались для ввода данных в компьютер. Это были карты с прямоугольными отверстиями, пробитыми в них с помощью некоторых перфораторов. UNIVAC I был первым коммерчески доступным компьютером, построенным в 1951 году компанией Remington Rand. Емкость хранилища составляла около 2000 слов. Данные компьютеры использовались в основном для начисления заработной платы, выставления счетов и некоторых математических вычислений.

Компьютеры второго поколения (1956-1965)

Компьютеры, в которых вакуумные трубки были заменены транзисторами, изготовленными из полупроводников, назывались компьютерами второго поколения. Использование транзисторов уменьшило выделяемое во время работы тепло. Также был уменьшен размер компьютеров и увеличена емкость хранилища. Такие компьютеры потребляли меньше энергии и работали намного быстрее, чем компьютеры первого поколения. Для написания компьютерных программ эти компьютеры использовали языки программирования высокого уровня. Использовались такие языки, как фортран (FORTRAN) и кобол (COBOL).

Компьютеры третьего поколения (1966-1976)

Компьютеры третьего поколения начались в 1966 году с включения интегральных микросхем (ИС) в микросхемы. ИС представляет собой монолитную цепь, состоящую из схемы, эквивалентной десяткам транзисторов на одном чипе полупроводника, имеющую небольшую площадь и несколько контактов для внешних подключений.

Это были компьютеры небольшого размера и экономичные по сравнению с компьютерами второго поколения. Емкость хранения и скорость записи данных на этих компьютерах была увеличена во многих местах, включая удобные для пользователя пакетные программы, текстовую обработку и удаленные терминалы. Удаленные терминалы могут использовать центральные компьютерные средства и получать результат мгновенно.

Компьютеры четвертого поколения

Компьютеры четвертого поколения были представлены после 1976 года. В этих компьютерах электронные компоненты были дополнительно уменьшены с помощью технологии крупномасштабной интеграции (LSI), в которых используются микропроцессоры, программируемые ICS, изготовленные по технологии LSI. Микрокомпьютеры были разработаны путем комбинации микропроцессора с другими чипами LSI, обладающими компактными размерами, увеличенной скоростью и увеличенной емкостью.

В 1980-х годах на рынке появилось несколько компьютеров, называемых суперкомпьютерами. Эти компьютеры работают на исключительно высокой скорости (около 100 миллионов операций в секунду). Такая скорость достигается за счет использования большого количества микропроцессоров, поэтому затраты также очень высоки. Обычно они используются в очень сложных приложениях, таких как искусственный интеллект и т.д.

Первая настоящая электронная универсальная вычислительная машина была построена в конце 1945 года; машина получила название ЭНИАК (ENIAC – Electronic Numerical Integrator and Computer, электронный цифровой интегратор и вычислитель). Это сооружение содержало свыше 18 тысяч электронных ламп и потребляло мощность около 150 кВт.

Начиная с 1944 года в работе над созданием электронных вычислительных машин принял участие один из крупнейших американских математиков Джон Фон Нейман. Он в статье «Предварительное рассмотрение логической конструкции электронно-вычислительного устройства», опубликованной в 1946 году совместно с Г. Голдстайном и А. Бёрксом высказал две идеи, которые используются во всех электронных вычислительных машинах до настоящего времени: использование двоичной системы счисления и принцип хранимой программы. Хранение программы в памяти машины позволяет производить преобразования команд в процессе работы машины, что делает вычислительный процесс гибким.