Файл: Устройство персонального компьютера ( ПК. Архитектура, основные характеристики).pdf

Введение

На протяжении всех этапов своей деятельности человечества занималось накоплением и обработкой накопленных знаний.

Самыми первыми зафиксированными свидетельствами накопления знаний явились наскальные записи в виде рисунков. В основном это графические изображения процессов охоты и производства орудий труда. При этом человек не смог бы уйти далеко, не имея потенциала в развитии форм и средств накопления и передачи знаний.

Следующим этапом развития человечества стало изобретение письменности. Этот этап обеспечил гигантский скачек в развитии человечества. Общество того времени получило возможность качественно развить такие составляющие как красноречие, память, логику. Этот этап ознаменовался созданием календаря, явился предпосылкой к развитию множества наук, в том числе математики, основополагающей науки, предшественницы остальных точных областей знаний человечества.

По прошествии многовековой истории человечество обзавелось новым способом хранения информации – книгопечатанием. Этот этап сделал более доступными для населения стран их культурные ценности.

Далее появляются телеграф, телефон и радио, позволяющие быстро передавать и накапливать знания в больших объемах. Этап ознаменован появлением такого понятия как средства информационных коммуникаций.

Все предыдущие этапы информационного развития человечества породили необходимость в качественном развитии средств накопления, хранения, обработки и передачи информации.

На данном этапе современного информационного общества компьютерные технологии являются одним из основных инструментов «жизнедеятельности» современного человека. Трудно представить, на сколько медленно и были бы вообще возможными ведение бизнеса, научные исследования и, банально, современные развлечения, если бы у общества не было компьютерных технологий.

Одной из наиболее важных составляющих любой современной компьютерной системы является персональный компьютер, используемый в производстве, сфере услуг, или домашнем хозяйстве, о котором и пойдет далее речь.

Глава I. История появления ПЭВМ, изобретения предпосылки

Вычислительная техника – важнейший компонент процесса вычисления и обработки данных.

Подразделяю такие средства вычислительной техники как аналоговые и электромеханические.

---

Аналоговые средства вычислительной техники.

Первыми приспособлениями для вычислений были счетные палочки, по сей день использующиеся, например, в начальных классах общеобразовательных заведений. Постепенно из простейших приспособлений для счета рождались все более и более сложные устройства для счета.

Первыми техническими средствами, позволяющими в некоторой степени автоматизировать процесс вычисления стали арифмометры, умеющие выполнять четыре арифметических действия: умножение, деление, сложение и вычитание. Это изобретение датируется 1623 годом, придумано Шиккардом Вильгельмом. Арифмометр получил практическое применение в руках друга Шиккарда, философа и астронома Иоганна Кеплера. Было усовершенствовано Паскалем «Паскалина 1642г.» и Лейбницом «Арифмометр Лейбница». Готфрид Вильгельм Лейбниц, кстати, описал двоичную систему счисления, тем самым заложив один из ключевых принципов построения всех современных компьютеров. В 1845 году Израиль Штаффель - польский механик, конструктор вычислительных машин, изобрел счетную машину, которая кроме основных арифметических действий могла извлекать квадратные корни. Эти арифмометры использовались вплоть до 70 годов ХХ столетия.

Перфокарты (перфорационная карта, перфорированная карта, от лат. perforo — пробиваю и лат. charta — лист из папируса; бумага) — носитель информации из материала, представляет информацию наличием, или отсутствием отверстий в определённых позициях карты. Являются также важной предпосылкой к появлению ЭВМ. Изобретены в 1804 году французским изобретателем Жозефом Мари Жаккаром. Одно и тоже приспособление, с применением разных перфокарт могло производить товары с разными характеристиками – что явилось одной из предпосылок программирования. В 1832 году Семен Корсаков применил перфорированные карты в конструкции разработанных им «интеллектуальных машин», механических устройств для информационного поиска, являющихся прообразами современных баз данных. Перфокарты в ХХ столетии получили вездесущее распространение в инженерных, производственных и научных областях. В России использовались вплоть до начала 90-х годов конца ХХ века.

Электромеханические средства вычислительной техники

Появление первых электромеханических цифровых приборов ознаменовалось появлением серии машин Z немецкого инженера Кондрата Цузе. И первой удавшейся ЭВМ Цузе стала Z3, завершенная в 1941 году. Она была построена на телефонных реле. Эта ЭВМ стала первым работающим компьютером управляемым программой, в ней был представлен ряд новшеств, таких как арифметика с плавающей запятой, замена сложной десятичной системы счисления на двоичную.

---

Английским первым электромеханическим компьютером стал Colossus Mk I, хоть на нем нельзя было реализовать любую вычислительную функцию. В компьютере использовалось большое количество электровакуумных ламп, информация вводилась с перфоленты, машину можно было настроить на выполнение различных операций булевой логики. В серийное производство пошли Colossus Mk II. Однако, по причине секретности, об этой ЭВМ мало упоминаний в трудах по истории компьютеров.

В 1939 году IBM Берри и Атанасов из университета штата Айова разработали первый в мире электронный цифровой компьютер Atanasoff-Berry Computer (ABC), конструкция которого насчитывала более трехсот электровакуумных ламп и в которой в качестве устройства памяти использовался вращающийся барабан.

В 1945 году Джоном Мокли и Джоном Адамом Преспером была создана ЭВМ «ЭНИАК». Эта машина была в 1000 раз быстрее всех аналогов того времени. Этот компьютер полностью удовлетворял требованию полноты Тьюринга , но программа для этой машины определялась состоянием соединений кабелей и переключателей, в чем заключалось главное отличие от машин с хранимой программой. ЭВМ была способна выполнить несколько тысяч операций в секунду в течении нескольких часов, до очередного сбоя из-за сгорания одной из ламп.

Поколение электронно-вычислительных машин.

Согласно методике оценки развития вычислительной техники имеется пять поколений ЭВМ:

Первое поколение - ламповые компьютеры. Это программируемые компьютеры, построенные на основе электромеханических реле. Выделяются большими размерами и достаточно низкой надежностью в счет частого перегорания элементов. История производства 1942 – 1962 года. Некоторые представители которых описаны в разделе электромеханических средств вычислительной техники данной работы.

Второе поколение – транзисторные компьютеры. Транзисторы – полупроводниковые устройства, пришедшие на смену хрупким и энергоемким лампам. Компоновались на печатных платах, за счет чего значительно были уменьшены размеры и энергопотребление, а также была повышена надежность компьютеров. Сконструированы в 1955-1970 года.

Третье поколение – компьютеры на основе интегральных схем. Характеризуются наличием развитого системного программного обеспечения, обладают возможностями одновременного выполнения нескольких программ. В процессе развития семейства быстродействие изменяется от нескольких десятков тысяч операций в секунду до нескольких миллионов, ёмкость ОЗУ достигает нескольких тысяч слов. Примеры таких компьютеров: IBM—360, IBM—370, ЕС ЭВМ.

---

Четвертое поколение – ознаменовано воплощением в жизнь идеей замены интегральных схем на одну главную, в которой должны выполняться все арифметические, логические и операции управления. Такое устройство получило название «микропроцессор». Именно на этом этапе и появились персональные компьютеры (ПЭВМ), которые доминируют в большинстве сегментов компьютерного рынка.

Пятое поколение. В соответствии с идеологией развития компьютерных технологий ожидалось создание устройств на основе распределенных вычислений. Ожидалось, что пятое поколение компьютеров послужит базой для создания устройств способных к имитации мышления. В настоящий момент термин «пятое поколение» является неопределенным и применяется , например, при описании систем облачных вычислений.

Глава II. ПК. Архитектура, основные характеристики

Персональный компьютер (ПК) – персональная электронно-вычислительная машина (ПЭВМ) имеет эксплуатационные характеристики бытового прибора и универсальные функциональные возможности. Применяется как средство автоматизации в социальных и производственных сферах деятельности в различных областях народного хозяйства, при этом предназначены для пользователей, не обладающих специальными знаниями в области вычислительной техники и программирования.

ПК с момента появления постепенно заняли передовое положение на рынке как наиболее универсальные устройства, для которых написано невообразимое количество системного и прикладного программного обеспечения, создано большое количество телекоммуникационных технологий. Немаловажным фактором распространения персональных компьютеров «в каждый дом» явилось развитие средств оперативной доставки информации – сеть интернет. ПК стал самой массовой настольной вычислительной системой широкого спектра использования. В счет открытой архитектуры ПК может быть укомплектован широчайшим набором устройств в зависимости от желаний потребителя.

В базовую конфигурацию любого персонального компьютера входит набор из системного блока, устройства вывода информации (монитор, или экран телевизора) и устройства ввода информации (мышь, клавиатура).

Системный блок.

В состав системного блока персонального компьютера входят такие устройства как материнская плата и подключаемые к ней источник питания, процессор, оперативная память, платы расширений (видео карта, звуковая карта, сетевая карта и т.д.), различные накопители (жесткий диск, дисковод 3,5, CD/DVD привод), система охлаждения.

---

От типа корпуса системного блока зависит, какого форм-фактора могут быть установлены устройства и их количество, а также количество возможных монтажных мест под эти устройства. В зависимости от вида корпуса монтажные места делят на вертикальные и горизонтальные.

Наибольшее распространение получили корпуса системных блоков формы напоминающей «башню», отсюда название этого типа корпусов «tower». Они Обычно представлены тремя разновидностями: mini-tower, midi-tower и big-tower. Все типы корпусов системных блоков отличаются количеством монтажных мест под устройства и мощностью элементов питания, которые могут быть установлены.

Самый распространенный тип корпусов системных блоков – mini-tower обычно имеет по два монтажных места для CD/DVD приводов, один отсек для привода дискет 3,5’ и комплектуется блоком питания мощностью 200-400 Втт.

Midi-tower имеет расширенное количество монтажных мест. В него устанавливается более мощный блок питания. Зачастую это излишне, отсюда выбор в сторону первого типа корпусов tower.

Третий тип – big-tower используется в качестве корпусов для серверных станций и имеет самые широкие возможности расширения.

На передней панели корпуса любого системного блока располагаются кнопки управления питанием, светодиодные и цифровые индикаторы режимов работы, встроенный динамик «beeper». На задней панели предусмотрены отверстия для подключения устройств ввода/вывода информации и других периферийных устройств.

Корпуса могут отличаться материалом, дизайном и габаритами. Для комфортной работы предпочтительны корпуса с низким уровнем шума.

Материнская плата.

Материнская плата – главный узел современного компьютера. Этот узел определяет производительные и функциональные возможности ЭВМ.

На ней размещаются:

• Процессор;
• модули оперативной памяти;
• модули постоянной памяти (жесткие диски: HDD, SSD и подобное);
• сверх быстрое запоминающее устройство , называемое также кеш-памятью;
• модуль BIOS;
• CMOS-память, необходимая для хранения данных об аппаратных составляющих и аккумулятором для нее;
• разъемы расширений;
• разъемы интерфейсных кабелей;
• разъемы питания;
• преобразователь напряжения;
• разъемы для подключения клавиатуры, мышки, монитора и т.д;
• для подключения индикаторов питания, кнопок управления питания и динамика (beeper) предусмотрены специальные разъемы вилки.

В большинстве материнских плат в наличии лишь основные функциональные узлы, остальные элементы подключаются с использованием плат расширений. Например, видеокарта, в случае, когда материнская плата не имеет встроенной (интегрированной).

---