Файл: История развития средств вычислительной техники (ВТ).pdf

Введение

Сегодня компьютеры есть в большинстве семей. Мы используем их для получения образования, для развлечений, для просмотра фильмов и клипов, причем для выполнения всех этих целей может быть использован один компьютер. Компьютеры являются помощниками для людей различных профессий, таких как инженер, врач, дизайнер. Некоторые из профессий полностью связаны с компьютерами. Благодаря компьютеру стало возможным создавать практически полностью автоматизированные производства, реализовывать многие проекты, ускорить и сделать более продуктивным процесс обучения и еще многое другое.

Развитие производства и увеличение объема информации привели к необходимости создания компьютера как своего рода инструмента для обработки и хранения этой информации.

Актуальность темы исследования заключается в том, что компьютеры с момента своего появления прошли путь от механического устройства до электронного, претерпев при этом огромное количество изменений и новшеств. Сегодня является невозможным представить себе эффективную организацию учебного и рабочего процесса. Компьютеры используется практически во всех сферах деятельности человека. В настоящее время круг задач, требующих для своего решения применения мощных ЭВМ, весьма расширился.

Объект исследования – персональный компьютер.

Предмет исследования – устройство современного персонального компьютера.

Цель работы – изучить особенности устройства современного персонального компьютера.

Задачи исследования:

- изучить вопрос эволюции средств вычислительной техники;

- структурировать знания по данной тематике, выделив основные составляющие ПК;

- обобщить полученные в ходе работы знания.

1. Эволюция средств вычислительной техники

История создания компьютера – это прежде всего стремление человека изобрести устройство для решения задач, непосильных для человеческого разума. И как показывает практика, задача эта исполнена на «ура».

Первыми предками современного ПК были очень примитивные, и даже язык не поворачивается назвать их «компьютерами», его история насчитывает несколько столетий, но, не пройдя всех этапов своей эволюции, он, возможно, не стал таким чудом техники.

Итак, первым созданным компьютером в истории человечества считается машина для подсчетов Блеза Паскаля, возникшая в 1642 году. Это был первый примитивный калькулятор, который помогал изобретателю слагать и вычитать. Изобретение Паскаля считается нулевым этапом в разработке компьютеров и для своего времени это было прогрессивное устройство, ведь ранее никаких попыток механизировать вычисления не было.

Придуманный Паскалем «компьютер» назвали «Паскалина» и представлял он собой ящик с многочисленными шестернями (рис. 1). С помощью колесиков прибор позволял вводить числа от 0 до 9, а в верхней части корпуса, после ввода исходных данных, показывался результат.

Рисунок 1 – Аппарат Паскаля – первый компьютер

Нулевой этап в разработке компьютера продлился достаточно длительное время, ведь история развития компьютеров была скачкообразной. Изобретение Паскаля получило свое совершенствование в 1671 году. Немецкий математик Густав Лейбниц изобрел на основе зубчатого колеса арифмометр, который «умел» выполнять не два, а четыре действия. После этого скачка в развитии компьютера наступило полуторавековое затишье, предшествующее грандиозному прорыву в развитии.

Эпоху достаточно примитивных компьютеров прерывают первые ЭВМ, создание которых началось с 30-х годов 20 века на основе электронных ламп и реле. Это были громоздкие, неудобные в использовании, но прогрессивные для своего времени, компьютеры. Цена такого изобретения кусалась, поэтому позволить себе приобрести такую «штуку» могли только крупные корпорации и правительства некоторых стран.

Кроме дороговизны, были у первых электронных компьютеров и другие недостатки. Один из главных минусов ламповых компьютеров был как раз в этих самых лампах. Так как в одном устройстве их было порядка 15-30 тысяч, то, в случае поломки и необходимости замены, требовалось много времени и усилий, чтобы найти лампу и ее заменить (рис. 2).

Рисунок 2 – Один из первых ламповых компьютеров – ENIAC.

В 60-х годах произошел очередной виток в развитии – история компьютера перешла на второе поколение ЭВМ. Послужило этому изобретение транзистора – первого полупроводника, заменяющего электронную лампу.

Габариты такого компьютера значительно уменьшились. Увеличилась производительность – от сотен тысяч до 1 млн. операций в секунду. Память компьютера составляла несколько десятков тысяч слов, оперативка достигала до 32 Кбайт. Благодаря транзисторному компьютеру начинается развитие языков программирования высокого уровня.

Изобретение транзистора поспособствовало настоящему всплеску в развитии компьютера. В различных странах – США, СССР, Англии, Франции, Японии – разрабатывают свои, все более совершенные вычислительные машины. Появляются устройства внешней памяти, устройства для ввода/вывода, многопроцессорная обработка и менее значимые структурные изменения компьютера.

Третье поколение в развитии ЭВМ пришлось на период с конца 60-х и до конца 70-х годов – эпоха интегральных схем. Их появление позволило сделать серьёзный прыжок вычислительной техники. Возможность интегрировать в одну микросхему несколько полупроводниковых приборов позволило тогдашнему компьютеру значительно приблизиться к тому ПК, который мы знаем сегодня.

Компьютер значительно уменьшился в размере – его можно было с легкостью поставить на стол. Производительность увеличена до миллионов операций в секунду. За счет создания микросхем гораздо упростилась не только эксплуатация компьютера, но и его ремонт. Машины третьего поколения были программно-совместимыми между собой, так как имели общую архитектуру. Компьютер мог выполнять несколько задач одновременно. В качестве внешних запоминающих устройств используются магнитные диски, которые работают гораздо быстрее своих предшественниц – магнитных лент.

Лидер по производству компьютеров IBM к началу 70-х выпустил более 20 различных моделей ЭВМ. В одной из последних разработок этого времени впервые появляется кэш-память. Над улучшением разработок многие страны объединяют усилия и подписывают соглашение о сотрудничестве в области вычислительной техники.

В 70-е годы компьютер, наконец, стал персональным и доступным – начался период, который история создания компьютера кратко обозначает как «четвертое поколение ЭВМ». Возникновение этой ступени развития компьютера стало возможным благодаря созданию компанией Intel первого микропроцессора. Вычислительная техника получила большое преиму-щество и начала быстро апгрейдиться – с каждым годом компьютеры становились все мощнее и компактнее.

История появления компьютера нового поколения началась с того, что японская компания Busicom заказала у американской корпорации Intel 12 микросхем для калькуляторов. Устройства были разных моделей и для каждого требовалась своя микросхема, но заморачиваться над маленьким заказом с созданием разных микросхем специалисты Intel не стали. Они просто сделали универсальный микропроцессор, который подошел бы в любое из устройств. Это стало толчком к тому, чтобы в 1972 году был создан более сложный 8-разрядный микропроцессор, который был использован уже в компьютерах.

Во второй половине 70-х годов развитие компьютеров достигло того момента, когда создание компьютера, доступного каждому, перестало быть проблемой. Но разработали его вовсе не крупные корпорации и мировые гиганты в производстве техники, а два студента – Стивен Джобс и Стив Возняк. Работали энтузиасты в гараже, создав там «Клуб самодельных компьютеров», который позже превратится в корпорацию «Apple Computer».

Это был первый компьютер, нацеленный на простых покупателей, а не на программистов – ПК не надо было собирать самому, он продавался в полностью готовом к использованию виде. Идея персонального компьютера была настолько успешной, а товар востребованным, что ее с успехом подхватили и другие производители (рис. 3).

Рисунок 3 – Один из первых серийных компьютеров – Apple II

Некоторые эксперты выделяют всего четыре поколения развития компьютеров, предпочитая считать, что последний этап продолжается и до наших дней. На самом же деле, с середины 80-х возникает пятое поколение компьютеров, которое мы можем наблюдать воочию. Перед современными разработчиками стоит чрезвычайно непростая задача – создать интеллектуальный компьютер. Внедрение в вычислительную технику искусственного интеллекта продолжается и по сей день.

Тем не менее пока далеко до создания по-настоящему интеллектуального компьютера, который мог бы не только автоматизировано решать задачи, но и самостоятельно манипулировать полученными данными и развить способность обучаться благодаря нейросетям.

История возникновения компьютера прошла долгий и тернистый путь и именно благодаря этому сегодня каждый из нас может использовать персональный компьютер с различными техническими наворотами. Но, оказывается, и тот вариант ПК, который мы используем сейчас, недостаточно совершенен и улучшается уже сегодня.

2. Архитектура и структура персонального компьютера

2.1. Структура ПК

Среди функций компьютера можно выделить две основные:

- работа с информацией (обработка, хранение);

- обмен информацией с внешними объектами.

Дополнительные функции повышают эффективность выполнения основных функций компьютера:

- обеспечивают эффективные режимы его работы,

- диалог с пользователем,

- высокую надежность и т.д.

Эти функции компьютера реализуются с помощью аппаратного и программного компонента компьютера.

Аппаратное обеспечение, или hardware – это «тело» компьютера, т.е. физическая его часть. Это системный блок с процессором и материнской платой, жесткий диск, периферийные устройства и д.

Программное обеспечение, или software – это «интеллект» компьютера, т.е. информация и программы для обработки информации и управления процессами.

При рассмотрении персонального компьютера как устройства необходимо различать понятия его архитектуры и структуры.

Под архитектурой компьютера принято считать концептуальную структуру вычислительной машины, определяющую проведение обработки информации и включающую методы преобразования информации в данные и принципы взаимодействия технических средств и программного обеспечения. Иными словами, это описание компьютера на некотором общем уровне, которое включает описание входящих в него компонент, принципы их взаимодействия, включая функции и характеристики, а также описание пользовательских возможностей.

Структура компьютера – это совокупность его функциональных элементов и связей между ними. Элементами могут быть самые различные устройства – от основных логических узлов компьютера до простейших схем. Структура компьютера графически представляется в виде структурных схем, с помощью которых можно дать описание компьютера на любом уровне детализации. Т.е. это некоторая модель, устанавливающая состав, порядок и принципы взаимодействия входящих в нее компонентов.

Джон фон Нейман, выдающийся физик-математик, в середине 20-го века предложил несколько основных принципов конструирования персональных компьютеров. Концепция, разработанная фон Нейманом предполагает, соблюдение следующих принципов:

Принцип однородности памяти. Все команды, программы и данные, хранятся в одной и той же памяти.

Принцип адресности. Структурно основная память состоит из пронумерованных ячеек; процессору в произвольный момент времени доступна любая ячейка. Для доступа к ячейкам памяти используются номера ячеек, которые принято называть адресами.

Принцип программного управления. Все вычисления представлены в виде команд, которые содержат определенную операцию.

Принцип двоичного кодирования. Вся информация (данные, команды, программы) представлена в памяти компьютера в двоичном виде, т.е. в виде последовательности 0 и 1.