Введение
В познании деятельности компьютера есть несколько уровней. Первый из них, необходимый каждому специалисту, — уровень архитектуры. Архитектура – это наиболее общие принципы построения ЭВМ, реализующие программное управление работой и взаимодействием основных функциональных узлов. На этом уровне не требуется знание схемных решений современной радиотехники и микроэлектроники. Последнее вообще выходит за приделы информатики, оно требуется лишь разработчикам физических элементов компьютеров.
Уровень архитектуры достаточно глубок, он включает вопросы управления работой ЭВМ (программирования) на языке машинных команд (ассемблера). Такой способ управления гораздо сложнее, чем написание программ на языках высокого уровня, и тем не менее без представления о нём невозможно понять реальную работу компьютера.
Следующий уровень – логические принципы и схемы реализации основных операциональных узлов компьютера (триггеров, сумматоров и т. д.). Понимание этих принципов весьма желательно и существенно расширит кругозор специалиста в области информатики (и её преподавания). Начальный этап развития вычислительной техники
Всё началось с идеи научить машину считать или хотя бы складывать многоразрядные целые числа. Ещё около 1500 г. великий деятель эпохи Просвещения Леонардо да Винчи разработал эскиз 13-разрядного суммирующего устройства, что явилось первой дошедшей до нас попыткой решить указанную задачу. Первую же действующую суммирующую машину построил в 1642 г. Блез Паскаль – знаменитый французский физик, математик, инженер. Его 8-разрядная машина сохранилась до наших дней.
От замечательного курьёза, каким восприняли современники машину Паскаля, до создания практически полезного и широко используемого агрегата – арифмометра (механического вычислительного устройства, способного выполнять 4 арифметических действия) – прошло почти 250 лет. Уже в начале XIX века уровень развития ряда наук и областей практической деятельности (математики, механики, астрономии, инженерных наук, навигации и др.) был столь высок, что они настоятельнейшим образом требовали выполнения огромного объёма вычислений, выходящих за пределы возможностей человека, не вооружённого соответствующей техникой. Над её созданием и совершенствованием работали как выдающиеся учёные с мировой известностью, так и сотни людей, имена многих из которых до нас не дошли, посвятивших свою жизнь конструированию механических вычислительных устройств.
Ещё в 70-х годах XX века на полках магазинов стояли механические арифмометры и их “ближайшие родственники”, снабжённые электрическим приводом – электромеханические клавишные вычислительные машины. Как это часто бывает, они довольно долго удивительным образом соседствовали с техникой совершенного уровня – автоматическими цифровыми вычислительными машинами (АЦВМ), которые в просторечии чаще называют ЭВМ (хотя, строго говоря, эти понятия не совсем совпадают). История АЦВМ восходит ещё к первой половине XIX века и связана с именем замечательного английского математика и инженера Чарльза Бэббиджа. Им в 1822 г. была спроектирована и почти 30 лет строилась и совершенствовалась машина, названная вначале “разностной”, а затем, после многочисленных усовершенствований проекта, “аналитической”. В “аналитическую” машину были заложены принципы, ставшие фундаментальными для вычислительной техники. Автоматическое выполнение операций.
Для выполнения расчётов большого объёма существенно не только то, как быстро выполняется отдельная арифметическая операция, но и то, чтобы между операциями не было “зазоров”, требующих непосредственного человеческого вмешательства. Например, большинство современных калькуляторов не удовлетворяют этому требованию, хотя каждое доступное им действие выполняют очень быстро. Необходимо, чтобы операции следовали одна за другой безостановочно. Работа по вводимой “на ходу” программе.
Для автоматического выполнения операций программа должна вводится в исполнительное устройство со скоростью, соизмеримой со скоростью выполнения операций. Бэббидж предложил использовать для предварительной записи программ и ввода их в машину перфокарты, которые к тому времени применялись для управления ткацкими станками.
Необходимость специального устройства – памяти – для хранения данных (Бэббидж назвал его “складом”).
Эти революционные идеи натолкнулись на невозможность их реализации на основе механической техники, ведь до появления первого электромотора оставалось почти полвека, а первой электронной радиолампы – почти век! Они настолько опередили своё время, что были в значительной мере забыты и переоткрыты в следующем столетии.
Впервые автоматически действующие вычислительные устройства появились в середине XX века. Это стало возможным благодаря использованию наряду с механическими конструкциями электромеханических реле. Работы над релейными машинами начались в 30-е годы и продолжались с переменным успехом до тех пор, пока в 1944 г. под руководством Говарда Айкена – американского математика и физика – на фирме IBM (International Business Machines) не была запущена машина “Марк-1”, впервые реализовавшая идеи Бэббиджа (хотя разработчики, по-видимому, не были с ним знакомы). Для представления чисел в ней были использованы механические элементы (счётные колёса), для управления – электромеханические. Одна из самых мощных релейных машин РВМ-1 была в начале 50-х годов построена в СССР под руководством Н.И.Бессонова; она выполняла до 20 умножений в секунду с достаточно длинными двоичными числами.
Однако, появление релейных машин безнадежно запоздало и они очень быстро вытеснены электронными, гораздо более производительными и надёжными. Развитие элементной базы компьютеров
Как было отмечено выше, история современных компьютеров насчитывает пять поколений. Условно выделяют соответственно, и пять периодов развития компьютерной техники. Интересно посмотреть, какие же ключевые события происходили в эти периоды и какие открытия приводили к смене компьютерных поколений. Начало 50-х – конец 50-х.
Появление и расцвет компьютеров первого поколения (элементарная база: электронные лампы), программирование в кодах. Именно в этот период был изобретён транзистор.
Считается, что прародителями первого современного компьютера были Джон Апанасофф (автор проекта) и Клиффорд Герри (конструктор первого компьютера). Компьютер был назван АВС. Разработка проекта началась в 1939 году, а закончилась созданием опытного образца в 1942 году. Однако многие эксперты датой рождения компьютеров первого поколения считают 1944 год, когда был построен компьютер “Марк-1”, получивший мировую известность. Это была машина внушительных размеров – около 17 метров в длину, содержащая 75000 электронных рамп и 3000 механических реле. Данный компьютер производил вычисления с точностью до 23 значащих цифр и при этом выполнял операцию сложения за 3 секунды, а деления – за 12 секунд. Таким образом (имея в виду, что мы привыкли считать вычислительную мощность в количестве вычислений в секунду), у этого компьютера данный показатель был меньше единицы!
Вскоре появился ещё один компьютер, который завоевал мировую известность, — ENIAC (авторы проекта – Джон Мочли и Преспер Эккерт). К началу 50-х ламповые компьютеры получили широкое распространение. Они потребляли большое количество энергии, были крайне несовершенны, однако факт их появления трудно переоценить с точки зрения развития всех последующих поколений ЭВМ.
Практическое применение изобретённого в 1947 году транзистора с конца 50-х оказало решающее воздействие на развитие вычислительной техники. Это открытие определило сущность второго поколения компьютеров – компьютеров на базе полупроводниковых элементов. Исследованием полупроводников занимались многие учёные, однако наиболее известны эксперименты Уильяма Бедфорда Шокли 1947 года; именно эта дата фигурирует в большинстве источников как дата изобретения транзистора. В 1956 году за труды в области полупроводниковой техники Бедфорду Шокли была присуждена Нобелевская премия. Однако использование ламповых компьютеров продолжалось вплоть до начала 70-х годов.
С начала 50-х ламповые машины стали достаточно быстро совершенствоваться. Это направление активно развивалось в СССР. В 1950 году была запущена в эксплуатацию ЭЦВМ МЭСМ (Малая электронная счётная машина), которая производила уже более 100 операций в секунду. А ещё через два года появилась ЭВМ БЭСМ (10 000 операций в секунду). Важное событие произошло в 1955 году: под руководством главного конструктора Г.Амдала в компании IBM была разработана первая коммерческая ЭВМ с аппаратной плавающей арифметикой.
С конца 50-х годов начинают внедрятся полупроводниковые технологии. Например, в 1958 году в СССР была разработана ЭВМ М-20 на ламповых и полупроводниковых элементах. Конец 50-х – середина 60-х.
Продолжается выпуск ламповых машин. Начинается внедрение полупроводниковых элементов, появляются компьютеры второго поколения: компьютеры уменьшились в размерах, появились так называемые мини-компьютеры, начали применятся алгоритмические языки.
В 1960 году в СССР была разработана первая отечественная полупроводниковая управляющая машина “Днепр”. Полупроводниковые технологии позволили не только повысить надежность, но и существенно уменьшить габариты машин. В начале 60-х компания DEC разработала свой первый мини-компьютер PDP-1, а через два года начались продажи компьютеров PDP-5. Параллельно наращивалась вычислительная мощность компьютеров: и 1962 году IBM разработала для ядерной лаборатории в Лос-Аламосе модель 7030; и 1964 году Сеймур Крей создал ЭВМ CDC 6000, которая и в течение нескольких лет была самым производительным компьютером в мире. А годом позже в СССР появился первый суперкомпьютер БЭСМ 6, который имел производительность 1 млн. операций в секунду. (Примерно в тот же период IBM разработала свои системы IBM System 360.) В это время у нас наблюдалось бурное развитие техники: был начат выпуск знаменитых машин “Минск-32”, “Наири” и семейства “Уралов”. Середина 60-х – середина 70-х.
Появление так называемой малой степени интеграции (small scale integration) – интегральных микросхем и, соответственно, возникновение компьютеров третьего поколения. Дальнейшее уменьшение габаритов, доступ с удалённых терминалов. В этот период появляется первый микропроцессор.
В 1965 году был выпущен массовый мини-компьютер PDP-8. До конца 60-х были разработаны модели PDP-10 и первого 16-разрядного мини-компьютера PDP-11/20. IBM начинает выпуск первого компьютера из семейства System 370. В 1970-м Intel выпустила первую доступную на рынке микросхему динамической памяти. Особенно важные результаты принёс 1969-й: в этом году сотрудник Intel Тед Хофф изобрёл микропроцессор. В 1970 году другой сотрудник Intel Фредерико Фагин начал работы по проектированию микропроцессора. А через год появился первый в мире четырёхразрядный микропроцессор Intel 4004, содержащий 2300 транзисторов на кристалле, его тактовая частота составляла 108 кГц, быстродействие 60 000 операций в секунду, адресуемая память 640 байт, цена 200 $. Основными разработчиками проекта являлись Боб Нойс, Гордон Мур и Энди Гроув, документация была написана Адамом Осборном. Ещё через год Intel разработала восьмиразрядный процессор 8008 для корпорации Computer Terminal Corp (тактовая частота 108 кГц, 3500 транзисторов, адресное пространство 16 Кбайт). Начиная с данного процессора, Intel удерживает лидерство в области развития микропроцессорной техники и постоянно предлагает на рынок всё более производительные процессоры. Говоря об отечественной компьютерной промышленности, следует сказать, что с начала 70-х в СССР началось производство машин Единой Серии, которые сыграли существенную роль в развитии отечественной вычислительной техники, — ЕС-1020 (1971), ЕС-1030 (1972), ЕС-1050 (1973). Середина 70-х – середина 80-х.
Появляются компьютеры четвёртого поколения на базе микропроцессоров. Получают распространение персональные компьютеры, имеет место их массовое производство и потребление. Наряду с созданием дешёвых микро-ЭВМ совершенствуются многопроцессорные мощные вычислительные системы.
В 1974 году на базе процессора Intel 8080 был спроектирован компьютер “Альтаир 8800”, который некоторые эксперты называют первым персональным компьютером в истории развития техники. Через год после выхода процессора Intel 8080 Motorola выпустила свой 8-разрядный процессор 6800, получивший широкое распространение.
Следующее важное событие, которое способствовало широкому распространению будущих “домашних” компьютеров, — появление в1977 году компьютера Apple II компании Apple Computer Corporation на процессоре 6502. Это был первый прообраз современного мультимедийного компьютера, который предоставлял возможности цветной графики и звука.
В 1978 году Intel анонсировала процессор 8086, открывший счёт семейству процессоров 80*86. Чип имел 16-разрядные регистры, 20-разрядный адрес, возможность адресовать до 1 Мбайт ОЗУ и обладал тактовой частотой 4-10 МГц.
В последующие два года произошли события, определившие развитие наиболее массового персонального компьютера IBM PC. В 1979 году Intel анонсировала микропроцессор i8088. Этот чип мог физически адресовать область памяти в 1 Мбайт. Первоначально микропроцессор i8088 работал с частотой 4,77 МГц и имел быстродействие около 0,33 млн. инструкций в секунду. Именно этот процессор в 1981 году фирма IBM выбрала для своего исторического компьютера IBM 5150 Personal Computer, который большинством экспертов признаётся первым персональным компьютером в мире.
В 1982 году была основана компания Sun Microsystems, которая впоследствии внесла огромный вклад в создание “сетевого компьютера”. В СССР в начале 80-х был налажен выпуск машин ЕС-1045, появились машины СМ-14 10, СМ-14 20. В этот период шли разработки отечественного персонального компьютера ПЭВМ “Агат”, который серийно начал выпускаться с 1985 года.
С середины 80-х начинается эпоха пятого поколения компьютеров. Элементная база: сверхбольшие интегральные схемы СБИС, резкий рост вычислительной мощности компьютеров, широкомасштабное внедрение компьютерных сетей.
Переход к компьютерам пятого поколения, прежде всего, проявился в колоссальной миниатюризации элементной базы и в наращивании вычислительной мощности и памяти компьютеров. При сохранении понятия “микропроцессор” количественные изменения привели к качественно новым возможностям. Чтобы понять эффект перехода к компьютерам пятого поколения, уместно привести высказывание Дейвида Арнольда, который в 1988 году прокомментировал известное выражение о том, что если бы производительность автомобильной промышленности возрастала с такой же скоростью, как компьютерная, то “роллс-ройс” смог бы проехать 3 млн. миль на одном галлоне бензина. В частности, он сказал: “Теперь (в 1988 году) и половины унции бензина (15 г) хватило бы на всю жизнь машины, а цена роллс-ройса не составляла бы и одного доллара”.
Список литературы
Леонтьев В., Новейшая энциклопедия персонального компьютера – М: ОЛМО – ПРЕСС, 1999 – 640 с.
Рязанцев О., Лучшие издания на российском рынке // Компьютер-ПРЕСС – 1999.-№1 и №4.
Журнал, Компьютер-пресс. 2000г. №1 10-14с.
Шафрин Ю.А. Информационные технологии Ч1-М.
ЭВМ появились, когда возникла острейшая необходимость в очень трудоемких и точных расчетах, особенно в таких областях науки и техники, как атомная физика и теория динамик полета и управления летательными аппаратами, в исследовании аэродинамики больших скоростей. Между тем доэлектронная вычислительная техника (механическая и электромеханическая) позволяла только в ограниченной степени механизировать процессы вычислений. Требовался переход к элементам, работающим в более быстром темпе.
Технические предпосылки для этого уже были созданы: развивалась электроника и счетно-аналитическая вычислительная техника. Идеи создания электронных вычислительных машин возникли в конце 30-х – начале 40-х гг. независимо друг от друга в четырех странах: СССР, США, Великобритании и Германии. Во время второй мировой войны (с 1939 по 1945г.) были построены несколько первых электромеханических компьютеров. Первым электронным компьютером стал английский COLOSSUS-1, использующийся для расшифровки секретного кода, который применяла Германия для передачи сообщений особой важности.
Аналоговые вычислительные машины (АВМ).
В АВМ все математические величины представляются как непрерывные значения каких-либо физических величин. Главным образом, в качестве машинной переменной выступает напряжение электрической цепи. Их изменения происходят по тем же законам, что и изменения заданных функций. В этих машинах используется метод математического моделирования (создаётся модель исследуемого объекта). Результаты решения выводятся в виде зависимостей электрических напряжений в функции времени на экран осциллографа или фиксируются измерительными приборами. Основным назначением АВМ является решение линейных и дифференцированных уравнений.
Электронные вычислительные машины (ЭВМ).
В отличие от АВМ, в ЭВМ числа представляются в виде последовательности цифр. В современных ЭВМ числа представляются в виде кодов двоичных эквивалентов, то есть в виде комбинаций 1 и 0. В ЭВМ осуществляется принцип программного управления. ЭВМ можно разделить на цифровые, электрифицированные и счётно-аналитические (перфорационные) вычислительные машины.
ЭВМ разделяются на большие ЭВМ, мини-ЭВМ и микроЭВМ. Они отличаются своей архитектурой, техническими, эксплуатационными и габаритно-весовыми характеристиками, областями применения.
Аналого-цифровые вычислительные машины (АЦВМ).
АЦВМ – это такие машины, которые совмещают в себе достоинства АВМ и ЭВМ. Они имеют такие характеристики, как быстродействие, простота программирования и универсальность. Основной операцией является интегрирование, которое выполняется с помощью цифровых интеграторов.
В АЦВМ числа представляются как в ЭВМ (последовательностью цифр), а метод решения задач как в АВМ (метод математического моделирования).
Поколения ЭВМ.
Можно выделить 4 основные поколения ЭВМ. Но деление компьютерной техники на поколения — весьма условная, нестрогая классификация по степени развития аппаратных и программных средств, а также способов общения с компьютером.
Идея делить машины на поколения вызвана к жизни тем, что за время короткой истории своего развития компьютерная техника проделала большую эволюцию, как в смысле элементной базы (лампы, транзисторы, микросхемы и др.), так и в смысле изменения её структуры, появления новых возможностей, расширения областей применения и характера использования.
Все ЭВМ I-го поколения были сделаны на основе электронных ламп, что делало их ненадежными – лампы приходилось часто менять. Эти компьютеры были огромными, неудобными и слишком дорогими машинами, которые могли приобрести только крупные корпорации и правительства. Лампы потребляли огромное количество электроэнергии и выделяли много тепла. Притом для каждой машины использовался свой язык программирования. Набор команд был небольшой, схема арифметико-логического устройства и устройства управления достаточно проста, программное обеспечение практически отсутствовало. Показатели объема оперативной памяти и быстродействия были низкими. Для ввода-вывода использовались перфоленты, перфокарты, магнитные ленты и печатающие устройства, оперативные запоминающие устройства были реализованы на основе ртутных линий задержки электроннолучевых трубок.
В 1958 г. в ЭВМ были применены полупроводниковые транзисторы, изобретённые в 1948 г. Уильямом Шокли, они были более надёжны, долговечны, малы, могли выполнить значительно более сложные вычисления, обладали большой оперативной памятью. 1 транзистор способен был заменить около 40 электронных ламп и работает с большей скоростью.
Во II-ом поколении компьютеров дискретные транзисторные логические элементы вытеснили электронные лампы. В качестве носителей информации использовались магнитные ленты (“БЭСМ-6″,”Минск-2”, “Урал-14″) и магнитные сердечники, появились высокопроизводительные устройства для работы с магнитными лентами, магнитные барабаны и первые магнитные диски.
В качестве программного обеспечения стали использовать языки программирования высокого уровня, были написаны специальные трансляторы с этих языков на язык машинных команд. Для ускорения вычислений в этих машинах было реализовано некоторое перекрытие команд: последующая команда начинала выполняться до окончания предыдущей.
Устройство ПК.
Внешне компьютер представляет собой несколько отдельных блоков, соединенных между собой кабелями. Его составляющие это вертикально стоящая или лежащая на столе коробка — основной блок, похожее на телевизор устройство; в — монитор, два управляющих элемента — клавиатура и мышь.
Большая часть составляющих компонентов компьютера устанавливается внутрь корпуса основного блока. К днищу (в горизонтальном) или одной из стенок (в вертикальном) крепится материнская плата, в разъемы на ней вставляются платы управляющих контроллеров и за металлические кронштейны крепятся к задней стенке корпуса. В специальные ячейки устанавливаются винчестеры, дисководы и другие накопители. Они плоскими или круглыми кабелями подключаются к соответствующим контроллерам. Корпус (со всеми размещенными в нем компонентами) называется «системным блоком» или «платформой». К разъемам на материнской плате и контроллерах подсоединяются остальные элементы компьютера. На переднюю, панель корпуса выведены средства управления.
Корпус.
Изготавливается из тонкого листового железа, с наружной стороны окрашивается или покрывается тонким слоем пластика. По способу установки бывают вертикальные (типа «Tower» — башня) или горизонтальные. По размеру корпуса подразделяются на несколько типов. Вертикальные: Minitower, Middletower (маленький и средний, устанавливаются на столе) и Bigtower (большой, обычно ставится на пол). Горизонтальные: Desktop (большой); Minidesktop (маленький, иногда его еще называют Baby); Slim — по размеру примерно равен Baby, но тоньше и не допускает вертикальную установку контроллеров (часто используется для размещения одноплатных компьютеров). В последнее время получили распространение корпуса типа Multimedia. Это горизонтальные или вертикальные корпуса со встроенными звуковыми колонками, усилителями и некоторыми другими компонентами. На передней панели корпуса расположены средства управления и индикации.
Блок питания (БП).
Устанавливается внутри корпуса и является его составной частью. Предназначен для преобразования напряжения электросети в уровни, необходимые для работы компьютера, и поддержания установленного потребления мощности по ним. Блок питания формирует следующие уровни: +5 В, -5 В, -12 В, +12 В, GND (земля). В блоках питания АТХ добавляется еще +3,3 В.
На материнскую плату подаются все напряжения, на остальные устройства только +5 В и +12 В. Земляной провод, естественно, необходим везде.
Типовые блоки питания изготавливаются в нескольких вариантах для обеспечения различных номиналов потребляемой мощности: 150 ватт (Вт), 180 Вт, 200 Вт, 230 Вт, 250 Вт.
Отходящие от блока питания провода объединены в пучки, на конце каждого из них закреплен разъем. Они могут быть трех видов и предназначаются для подключения различных устройств
Микропроцессоры.
В каждом вычислителе есть устройство, выполняющее команды управления, логические и арифметические операции: это процессорный блок или просто процессор. В старых компьютерах или больших вычислительных системах он может состоять из нескольких плат и иметь весьма внушительные размеры. В современных компьютерах процессор изготавливается в виде одного или двух кристаллов, упакованных в один корпус. В таком исполнении за свои относительно малые размеры он называется — микропроцессор.
Оперативная память компьютера.
Оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) — основная память компьютера. Это тот блок, который решающим образом влияет на способность системы работать с тем или иным программным обеспечением (ПО). В процессе работы некоторым пользователям придется заниматься организацией структуры оперативной памяти компьютера. Возможно, им придется столкнуться с необходимостью выбора нужных элементов памяти, заменой одних носителей на другие, их совместимостью и кучей других проблем. По этой причине в том, что касается памяти, он должен иметь изрядное разумение (если, конечно, хочет, чтобы его машина работала с максимальной производительностью).
Постоянное запоминающее устройство (ПЗУ).
ПЗУ – память только для чтения. (ROM — Read Only Memory). Изменение содержимого ПЗУ пользователем не предусмотрено (кроме случаев применения для его организации носителей типа flash-память). Содержит программы: начальной загрузки системы — BIOS (Basic Input Output System), начального тестирования — POST (Power On-Self-Test), сохранения и изменения информации в КМОП-памяти — Setup. После отключения питания компьютера содержимое ПЗУ сохраняется.
Ее содержимое может. Меняться пользователем. Задача ОЗУ — размещение набора предназначенных для исполнения программ и обрабатываемых данных. После отключения питания компьютера содержимое ОЗУ теряется.
Микропроцессору доступны (т.е. он может их выполнить) только программы, находящиеся в ОЗУ и ПЗУ. На винчестере, гибких дискетах и других накопителях программы только сохраняются. Сначала они должны быть переписаны в ОЗУ и только после этого могут быть исполнены.
КМОП-память.
Энергонезависимая память, сохраняющая информацию и после отключения питающего напряжения. В нее помещаются данные об устройствах, входящих в состав системы, их параметрах, а также другая, необходимая при каждом запуске и в процессе работы информация. Рядом с микросхемой КМОП-памяти размещается батарейка или микроаккумулятор, обеспечивающие ей автономное питание после выключения компьютера.
Контроллеры.
Принцип «открытой архитектуры» предполагает устройство компьютера, при котором к основному блоку (материнской плате) подключаются остальные элементы. Схемы управления различными системами компьютера (видео, дисковыми накопителями и прочими) выполнены в виде отдельных элементов — контроллеров (адаптеров, карт). Это печатные платы, на которых размещены все необходимые для решения поставленных задач электронные компоненты, установочные разъемы, средства крепления к корпусу и соединения с другими блоками. Для каждой из шин (ISA, EISA, VLB, PCI) существует отдельный набор контроллеров. При подключении они вставляются в системный разъем соответствующего типа, а к ним, в свою очередь, кабелем (круглым) или шлейфом (плоским) подсоединяются управляемые устройства
Для управления винчестерами различных типов выпускались соответствующие контроллеры. Для винчестера типа IDE, кроме уже упомянутой мультйкарты, выпускалась специальная IDE-card. Для винчестеров типа MFM и RLL выпускались карты MFM-card и RLL-card (допускали подключение двух накопителей, часто на них размещали и блок управления дисководами).
Задачу формирования видеосигнала и передачи его на монитор решает специальный блок — видеокарта. Для каждого типа монитора она своя: MDA-, CGA-, Here-, EGA-, VGA-, SVGA-card. Иногда один и тот же контроллер может использоваться для управления работой мониторов двух типов. Например, для мониторов EGA и VGA это EGA/VGA-card.
Материнская (системная) плата.
Материнская плата – основной элемент в модульной структуре компьютера. На ней размещены системные разъемы, в которые вставляются платы контроллеров устройств. На системной плате расположен микропроцессор и набор обеспечивающих его работу микросхем (chipset). Кроме этого, на ней размещены память системы, контроллер клавиатуры и разъем подключения клавиатуры, разъемы подключения проводов от средств индикации и управления с передней панели компьютера
Клавиатура.
Основное средство ввода информации и подачи команд в компьютер. Первые модели клавиатур для компьютеров класса XT имели 84 клавиши. Для следующего поколения AT применялись модификации со 101 клавишей. Долгое время они выпускались в исполнении, допускающем их переключение на режим XT. (Обратной совместимости нет — клавиатура XT не может быть применена в компьютерах 286 и выше). Выпускались 102- и 104-клавишные модификации клавиатур AT — отличие в том, что на них дублируются некоторые кнопки. Для операционной системы Windows 95 фирмой Microsoft была разработана 105-клавишная модель со специальной клавишей.
Количество клавиш на клавиатуре 101-105, поэтому формирование некоторых кодов выполняется путем нажатия комбинации клавиш. Цифровой код клавиши обрабатывается специальной программой (хранящейся в контроллере клавиатуры). В зависимости от того, какая была нажата клавиша (или их комбинация), во время исполнения какой программы, в какой момент, полученный контроллером код интерпретируется как управляющий сигнал или информационный символ (буква, цифра, знак).
Монитор.
Устройство отображения графической и текстовой информации. С системным блоком соединяется интерфейсным кабелем, подключаемым к специальному разъему на плате видеоконтроллера или на системной плате, если компьютер одноплатный.
Кроме интерфейсного кабеля к монитору подсоединяется шнур подачи питающего напряжения. Он бывает съемным или вмонтированным. Напряжение может подаваться напрямую от сети или от блока питания компьютера.
На корпусе монитора (чаще всего на передней панели) размещены средства управления и настройки: кнопка включения, индикатор подачи питания, регуляторы яркости, контрастности, размера по вертикали. Чем современнее модель монитора (в первую очередь это относится к SVGA-устройствам), тем большие возможности по настройке она предоставляет пользователю. Для него стала возможной регулировка размера по горизонтали, исправление эффекта подушкообразности, перемещение изображения по горизонтальным и вертикальным осям и некоторые другие.
Выпускаемые модели мониторов могут различаться по нескольким параметрам:
• по типу (MDA, CGA, EGA, VGA, SVGA);
• по цветности (цветные и черно-белые — монохромные);
• по размеру зерна (0,41; 0,39; 0,31; 0,28; 0,26);
• по размеру экрана (12″, 14″, 15″, 17″, 21″);
• по максимальной частоте кадровой и строчной развертки;
• поддержкой режимов энергосбережения («зеленые»);
• по соответствию стандартам, регламентирующим допустимые нормы электромагнитного излучения («Low Radiation», MPR-II, ТСО и др.
ерна (0,41; 0,39; 0,31; 0,28; 0,26);
• по размеру экрана (12″, 14″, 15″, 17″, 21″);
• по максимальной частоте кадровой и строчной развертки;
• поддержкой режимов энергосбережения («зеленые»);
• по соответствию стандартам, регламентирующим допустимые нормы электромагнитного излучения («Low Radiation», MPR-II, ТСО и др.).
Устройства, подключаемые к ПК.
«Мышь».
Графический манипулятор, дополнительное устройство ввода информации и управления. Частично заменяет собой клавиатуру. Очень удобна для использования в программах с графическим интерфейсом. При работе с текстом (например, в текстовых редакторах) играет вспомогательную роль.
Выпускаются мыши в исполнении с двумя или тремя кнопками. В работе используются две (средняя кнопка в трехклавишной модели не задействована). Для подачи сигналов используется одинарное или двойное нажатие правой или левой кнопки.
При работе в среде DOS для приведения мыши в рабочее состояние применяется специальный программный драйвер. После его активизации на экране появляется курсор (указатель), который будет перемещаться по экрану синхронно с перемещением мыши на столе.
В операционных системах (Windows) и других программах с графическим интерфейсом эта операция выполняется автоматически при запуске, и курсор может иметь другой вид.
Наибольшее распространение получили мыши двух видов: Microsoft и Genius. Внешне они выглядят одинаково (во внутреннем устройстве различия имеются), но для каждой из них требуется свой драйвер. Для Genius это gmouse.com, для Microsoft — pcmouse.com, mouse.com и др. Несовместимость драйверов создавала определенные неудобства, и последние модели Genius построены так, что могут быть инициализированы при помощи обычных драйверов.
Винчестер, жесткий диск, HDD (Hard Disk Drive).
Винчестер – устройство хранения информации (данных и программ, в том числе операционной системы.). Существует несколько типов винчестеров: MFM, RLL, IDE, SCSI.
Накопители MFM и RLL уже устарели и практически полностью вышли из употребления.
Винчестеры IDE шире всего распространены в персональных компьютерах. Они являются относительно недорогими устройствами.
SCSI-накопители стоят дороже, устанавливаются в серверах и системах с высокой производительностью.
Описанию накопителей на жестких дисках далее будет посвящена целая глава (гл. 5).
Дисковод, FDD (Floppy Disk Drive)
Дисковод – устройство считывания (записи) с накопителей на гибких магнитных дисках. В составе компьютера использовались накопители для работы с магнитными дисками размером 5,25″ («большие») емкостью 360 Кбайт или 1,2 Мбайт и размером 3,5” («маленькие») для дискет на 720 Кбайт или 1,44 Мбайт. В настоящее время используются в основном накопители на 1,44 Мбайт.
В компьютере может быть не более двух дисководов. Им присваиваются имена А и В. Если в системе только один дисковод, то он устанавливается как накопитель А. При наличии системной дискеты именно с накопителя А может выполняться начальная загрузка системы.
Подключение дисководов к контроллеру выполняется при помощи 34-проводного плоского кабеля. Дисковод, подсоединенный к одному из концевых разъемов (после «скрутки», если смотреть со стороны контроллера), в системе получает имя А. Второй дисковод, подключается к одному из срединных разъемов (до «скрутки») и в системе будет иметь имя В.
CD-ROM (накопитель, CD-дисковод).
CD-ROM — устройство считывания данных с лазерного диска (CD-диск, компакт-диск). CD-диск имеет диаметр 120 мм, его толщина 1,5…2 мм, информационная емкость равна 650Мбайт.
Занесение информации на диск производится на так называемом «пишущем CD-ROM». Лазерный луч выжигает на диске участки, сохраняющие единицы, и оставляет нетронутыми нулевые участки. Считывание данных выполняется при помощи лазера с длиной волны 780 нм. Контакта между головкой и рабочей поверхностью диска нет, что исключает ее механическое повреждение.
При подключении CD-ROM необходимо использовать специальные программные драйверы. При работе с ними, кроме обычной задачи инициализации аппаратных средств, приходится решать еще одну проблему. Она связана с тем, что на лазерном диске информация размещается иначе, чем на винчестере. По этому при считывании с него необходимо произвести преобразование адресов. Существует несколько предназначенных для этого программ.
Скорость считывания на односкоростном (lx-speed) CD-ROM составляет 150 Кбайт/с. В последующих моделях (2х-, 4х- и т.д.) она кратно увеличивалась и у CD-ROM 8x-speed составляет 1200 Кбайт/с. Например, у CD-ROM 24x- соответствующая этому значению скорость считывания (3600 Кбайт/с) достигается только при обращении к внешним дорожкам. На внутренних она составляет величины порядка 1200… 1800 Кбайт/с. Среднее значение получается равным 2400…2700 Кбайт/с, и оно значительно ниже величины, заявленной в маркировке.
CD-ROM может быть использован для работы с аудио компакт-дисками. В этом случае в компьютер должна быть установлена звуковая плата. Накопитель подключается к ней при помощи специального 4-жильного кабеля, а к аудио контроллеру, в свою очередь, подсоединяются колонки.
DVD (Digital Versatible Disk).
DVD — универсальный цифровой диск. Следующее поколение оптических носителей информации. Термин DVD первоначально расшифровывался как Digital Video Disk, но в связи с тем, что накопитель оказался пригодным для сохранения различных видов информации, интерпретация аббревиатуры была уточнена.
Увеличение объема сохраняемой информации привело к тому, что емкость CD-дисков оказалась недостаточной. Новый носитель разрабатывался исходя из того, что он должен обеспечить сохранение 133-минутного фильма, используя для сжатия видеоизображения алгоритм MPEG-II, и звуковые данные записываются в формате Dolby Digital. Необходимая для этого емкость составила 4,7 Гбайт и суммарный информационный поток при этом составляет 0,6 Мбайт/с. , :
DVD-диск имеет диаметр 120 мм (как и у CD-диска). Емкость одной стороны равна 4,7 Гбайт. Имеются диски, у которых запись возможна с двух сторон, что удваивает емкость. Кроме этого, разработаны модели с двумя рабочими слоями на каждой стороне. Емкость накопителя в этом случае составляет 17,4 Гбайт.
Для считывания информации используется лазер с длиной волны 635 нм и 650 нм. Она меньше, чем у CD-устройств и удобнее для работы с более плотно упакованной информацией на DVD-дисках. Контакта между считывающей головкой и рабочей поверхностью нет.
Первые модели DVD-устройств не могли считывать CD-диски. Позже появились устройства, работающие с обоими типами носителей. Они имеют два лазера с различной длиной излучения (отдельно для CD и DVD) или один, но допускающий перенастройку на нужную длину волны.
Принтеры.
Принтерами называются устройства, с помощью которых информация выводится в печатном, если это текст, или графическом виде на бумагу. Существует несколько типов печатных устройств: ромашковый, матричный, струйный и лазерный. Эпоха ромашковых и матричных принтеров прошла, сейчас используются струйные и лазерные. Ведущий производитель принтеров по всему миру это Hewlett Packard, Canon и Epson.
Модемы.
Модем – устройство связи компьютера через телефонную линию с глобальной сетью Internet или другим компьютером, подключенным так же через модем к телефонной линии. Модемы бывают внутренние, внешние.
Устройства мультимедиа.
Для расширения возможностей компьютера был разработан целый набор специализированных компонентов. Они должны были предоставить пользователю возможность работать в реальном масштабе времени с качественным динамическим изображением, сопровождаемым звуком.
В целом весь этот набор получил название — «устройства мультимедиа» (multimedia). Из его состава чаще всего звуковые платы (Sound Blaster), звуковые колонки (динамики). Существуют еще контроллеры работы с видеомагнитофоном, видеокамерой, различные звукосинтезаторы и другое оборудование. Они пока распространены меньше, но со временем непременно войдут в повседневный обиход.
Звуковая плата, SB (Sound Blaster).
Звуковая плата — устройство для работы со звуком. Обеспечивает вывод сигнала на звуковоспроизводящие элементы (динамик, колонки) или его ввод в компьютер (с микрофона) для обработки и хранения.
Выпускаются в вариантах для подключения к 8- или 16-разрядной шине данных. В настоящее время большинство звуковых плат устанавливаются в ISA-разъемы. Для приведения в рабочее состояние требуются специальные драйверы, входящие в комплект поставки.
Звуковые колонки (динамики).
Колонки — устройства звуковоспроизведения. Бывают двух типов — пассивные и активные. Пассивные колонки не имеют внутреннего усилителя. Подключаются к SP-выходу звуковой платы. Активные — имеют внутренний блок усиления, сигнал для них чаще всего снимается с линейного выхода.
По способу организации звучания аудиосистемы различаются числом источников звука: моно имеют один динамик, стерео — два, квадро — четыре.
С точки зрения пользователя звуковые колонки характеризуются выходной мощностью и диапазоном воспроизводимых частот (диапазоном) воспроизведения.
Диапазон воспроизведения. Человеческое ухо воспринимает колебания частотой от 20 Гц до 20 кГц. В идеале звуковоспроизводящие приборы должны охватывать этот диапазон полностью, но достигается это далеко не в каждом случае.
Программы для компьютера
Для того чтобы организовать работу компьютера, необходимо применение специальных программ. В их задачу входит:
• приведение компьютера в рабочее состояние (загрузка);
• управление его внутренними ресурсами;
• организация структуры размещения данных на накопителях;
• обеспечение доступа к ним.
Эти программы решают задачи, важные для всей системы, для ее правильного функционирования, по этой причине они и были названы системными, а их набор, обеспечивающий решение всего комплекса проблем, операционной системой (ОС).
Операционная система — прослойка между аппаратной частью компьютера и пользователем, это душа в компьютерном теле. Кроме решения перечисленных задач ОС предоставляет в помощь пользователю набор стандартных инструментов (утилит) и упрощает процесс использования инструментов специальных — прикладного пользовательского ПО.
Структура операционной системы
Операционная система состоит из нескольких отдельных программных блоков (модулей). Одни из них находятся в ПЗУ на материнской плате, другие размещаются на дисковом накопителе.
Комплекс резидентных программ, хранящихся в блоке ПЗУ, носит универсальный характер и не является частью какой-либо одной операционной системы. В задачу этих программ входит выполнение функций базового ввода-вывода и инициализация аппаратных элементов, общих для всех компьютеров данного типа. Резидентные программы образуют фундамент, на котором строится любая операционная система.
Другая часть программных модулей ОС размещается на винчестере (или другом дисковом накопителе). Они образуют ее основную часть. Эти программы в понимания пользователя и есть собственно операционная система.
Для связи резидентных программ с основной частью ОС специальная программа, находящаяся в ПЗУ, обращается по фиксированному адресу к дисковому накопителю. С этого адреса на винчестере размещается программа, начинающая загрузку операционной системы.
После того, как исходный вариант набора программ, составляющих ОС, готов, начинается долгий этап выявления ошибок. Сначала фирма проводит тестирование самостоятельно. Затем рабочая версия операционной системы передается для опытной эксплуатации некоторым фирмам. Все они считают делом своего престижа найти в проверяемой системе ошибки, а это от них и требуется.
По прошествии некоторого времени информация о найденных ошибках суммируется. В рабочий вариант системы вносятся исправления и улучшения. После этого пользователям может быть предложена первая версия ОС. В ней будут обнаруживаться новые ошибки, будут выходить устраняющие их новые варианты системы. Только после нескольких лет широкой эксплуатации может быть получена стабильно работающая операционная система, да и то в ней наверняка будут еще не выявленные ошибки и недочеты, устранить которые удастся только при создании уже следующей версии ОС.
С его помощью теперь можно общаться даже с людьми, находящимися на другом конце Земли. Мне кажется, это очень удобно, ведь так можно заводить друзей из других стран. Некоторым даже удается найти давно потерянных родственников.
Кое-кто уверен, что компьютер вреден для человека, особенно для детей, что он крадет наше время. Однако я думаю иначе. Конечно, долгое пассивное сидение перед монитором вредно и для зрения, и для позвоночника. Человек даже может деградировать, если будет уделять большую часть своего времени машине. Но если распределить время правильно и поставить себе определенные цели, то вреда можно избежать.
Важно не использовать это полезное изобретение только лишь для развлечения. С его помощью нужно искать и обрабатывать информацию. Моя мама, к примеру, работает на компьютере. Она архитектор и создает с его помощью чертежи и визуализации. Так значительно удобнее, чем когда это приходилось делать вручную.
Для меня, как и для многих, компьютер имеет большое значение, но он не заменяет мне простого общения с друзьями, похода в кино или чтения книг. Я спокойно могу обойтись без него, пока мне не понадобится написать реферат или найти какую-нибудь информацию. Важно помнить, что машина не может заменить человеку реальную жизнь. Компьютер нужно рассматривать как помощника, а не как единственного друга. Тогда, я уверен, из него можно будет извлечь максимум пользы и не попасть под дурное влияние.
ЭВМ появились, когда возникла острейшая необходимость в очень трудоемких и точных расчетах, особенно в таких областях науки и техники, как атомная физика и теория динамик полета и управления летательными аппаратами, в исследовании аэродинамики больших скоростей. Между тем доэлектронная вычислительная техника (механическая и электромеханическая) позволяла только в ограниченной степени механизировать процессы вычислений. Требовался переход к элементам, работающим в более быстром темпе.
Технические предпосылки для этого уже были созданы: развивалась электроника и счетно-аналитическая вычислительная техника. Идеи создания электронных вычислительных машин возникли в конце 30-х – начале 40-х гг. независимо друг от друга в четырех странах: СССР, США, Великобритании и Германии. Во время второй мировой войны (с 1939 по 1945г.) были построены несколько первых электромеханических компьютеров. Первым электронным компьютером стал английский COLOSSUS-1, использующийся для расшифровки секретного кода, который применяла Германия для передачи сообщений особой важности.
Аналоговые вычислительные машины (АВМ).
В АВМ все математические величины представляются как непрерывные значения каких-либо физических величин. Главным образом, в качестве машинной переменной выступает напряжение электрической цепи. Их изменения происходят по тем же законам, что и изменения заданных функций. В этих машинах используется метод математического моделирования (создаётся модель исследуемого объекта). Результаты решения выводятся в виде зависимостей электрических напряжений в функции времени на экран осциллографа или фиксируются измерительными приборами. Основным назначением АВМ является решение линейных и дифференцированных уравнений.
Электронные вычислительные машины (ЭВМ).
В отличие от АВМ, в ЭВМ числа представляются в виде последовательности цифр. В современных ЭВМ числа представляются в виде кодов двоичных эквивалентов, то есть в виде комбинаций 1 и 0. В ЭВМ осуществляется принцип программного управления. ЭВМ можно разделить на цифровые, электрифицированные и счётно-аналитические (перфорационные) вычислительные машины.
ЭВМ разделяются на большие ЭВМ, мини-ЭВМ и микроЭВМ. Они отличаются своей архитектурой, техническими, эксплуатационными и габаритно-весовыми характеристиками, областями применения.
Аналого-цифровые вычислительные машины (АЦВМ).
АЦВМ – это такие машины, которые совмещают в себе достоинства АВМ и ЭВМ. Они имеют такие характеристики, как быстродействие, простота программирования и универсальность. Основной операцией является интегрирование, которое выполняется с помощью цифровых интеграторов.
В АЦВМ числа представляются как в ЭВМ (последовательностью цифр), а метод решения задач как в АВМ (метод математического моделирования).
Поколения ЭВМ.
Можно выделить 4 основные поколения ЭВМ. Но деление компьютерной техники на поколения — весьма условная, нестрогая классификация по степени развития аппаратных и программных средств, а также способов общения с компьютером.
Идея делить машины на поколения вызвана к жизни тем, что за время короткой истории своего развития компьютерная техника проделала большую эволюцию, как в смысле элементной базы (лампы, транзисторы, микросхемы и др.), так и в смысле изменения её структуры, появления новых возможностей, расширения областей применения и характера использования.
Все ЭВМ I-го поколения были сделаны на основе электронных ламп, что делало их ненадежными – лампы приходилось часто менять. Эти компьютеры были огромными, неудобными и слишком дорогими машинами, которые могли приобрести только крупные корпорации и правительства. Лампы потребляли огромное количество электроэнергии и выделяли много тепла. Притом для каждой машины использовался свой язык программирования. Набор команд был небольшой, схема арифметико-логического устройства и устройства управления достаточно проста, программное обеспечение практически отсутствовало. Показатели объема оперативной памяти и быстродействия были низкими. Для ввода-вывода использовались перфоленты, перфокарты, магнитные ленты и печатающие устройства, оперативные запоминающие устройства были реализованы на основе ртутных линий задержки электроннолучевых трубок.
В 1958 г. в ЭВМ были применены полупроводниковые транзисторы, изобретённые в 1948 г. Уильямом Шокли, они были более надёжны, долговечны, малы, могли выполнить значительно более сложные вычисления, обладали большой оперативной памятью. 1 транзистор способен был заменить около 40 электронных ламп и работает с большей скоростью.
Во II-ом поколении компьютеров дискретные транзисторные логические элементы вытеснили электронные лампы. В качестве носителей информации использовались магнитные ленты (“БЭСМ-6″,”Минск-2”, “Урал-14″) и магнитные сердечники, появились высокопроизводительные устройства для работы с магнитными лентами, магнитные барабаны и первые магнитные диски.
В качестве программного обеспечения стали использовать языки программирования высокого уровня, были написаны специальные трансляторы с этих языков на язык машинных команд. Для ускорения вычислений в этих машинах было реализовано некоторое перекрытие команд: последующая команда начинала выполняться до окончания предыдущей.
Устройство ПК.
Внешне компьютер представляет собой несколько отдельных блоков, соединенных между собой кабелями. Его составляющие это вертикально стоящая или лежащая на столе коробка — основной блок, похожее на телевизор устройство; в — монитор, два управляющих элемента — клавиатура и мышь.
Большая часть составляющих компонентов компьютера устанавливается внутрь корпуса основного блока. К днищу (в горизонтальном) или одной из стенок (в вертикальном) крепится материнская плата, в разъемы на ней вставляются платы управляющих контроллеров и за металлические кронштейны крепятся к задней стенке корпуса. В специальные ячейки устанавливаются винчестеры, дисководы и другие накопители. Они плоскими или круглыми кабелями подключаются к соответствующим контроллерам. Корпус (со всеми размещенными в нем компонентами) называется «системным блоком» или «платформой». К разъемам на материнской плате и контроллерах подсоединяются остальные элементы компьютера. На переднюю, панель корпуса выведены средства управления.
Корпус.
Изготавливается из тонкого листового железа, с наружной стороны окрашивается или покрывается тонким слоем пластика. По способу установки бывают вертикальные (типа «Tower» — башня) или горизонтальные. По размеру корпуса подразделяются на несколько типов. Вертикальные: Minitower, Middletower (маленький и средний, устанавливаются на столе) и Bigtower (большой, обычно ставится на пол). Горизонтальные: Desktop (большой); Minidesktop (маленький, иногда его еще называют Baby); Slim — по размеру примерно равен Baby, но тоньше и не допускает вертикальную установку контроллеров (часто используется для размещения одноплатных компьютеров). В последнее время получили распространение корпуса типа Multimedia. Это горизонтальные или вертикальные корпуса со встроенными звуковыми колонками, усилителями и некоторыми другими компонентами. На передней панели корпуса расположены средства управления и индикации.
Блок питания (БП).
Устанавливается внутри корпуса и является его составной частью. Предназначен для преобразования напряжения электросети в уровни, необходимые для работы компьютера, и поддержания установленного потребления мощности по ним. Блок питания формирует следующие уровни: +5 В, -5 В, -12 В, +12 В, GND (земля). В блоках питания АТХ добавляется еще +3,3 В.
На материнскую плату подаются все напряжения, на остальные устройства только +5 В и +12 В. Земляной провод, естественно, необходим везде.
Типовые блоки питания изготавливаются в нескольких вариантах для обеспечения различных номиналов потребляемой мощности: 150 ватт (Вт), 180 Вт, 200 Вт, 230 Вт, 250 Вт.
Отходящие от блока питания провода объединены в пучки, на конце каждого из них закреплен разъем. Они могут быть трех видов и предназначаются для подключения различных устройств
Микропроцессоры.
В каждом вычислителе есть устройство, выполняющее команды управления, логические и арифметические операции: это процессорный блок или просто процессор. В старых компьютерах или больших вычислительных системах он может состоять из нескольких плат и иметь весьма внушительные размеры. В современных компьютерах процессор изготавливается в виде одного или двух кристаллов, упакованных в один корпус. В таком исполнении за свои относительно малые размеры он называется — микропроцессор.
Оперативная память компьютера.
Оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) — основная память компьютера. Это тот блок, который решающим образом влияет на способность системы работать с тем или иным программным обеспечением (ПО). В процессе работы некоторым пользователям придется заниматься организацией структуры оперативной памяти компьютера. Возможно, им придется столкнуться с необходимостью выбора нужных элементов памяти, заменой одних носителей на другие, их совместимостью и кучей других проблем. По этой причине в том, что касается памяти, он должен иметь изрядное разумение (если, конечно, хочет, чтобы его машина работала с максимальной производительностью).
Постоянное запоминающее устройство (ПЗУ).
ПЗУ – память только для чтения. (ROM — Read Only Memory). Изменение содержимого ПЗУ пользователем не предусмотрено (кроме случаев применения для его организации носителей типа flash-память). Содержит программы: начальной загрузки системы — BIOS (Basic Input Output System), начального тестирования — POST (Power On-Self-Test), сохранения и изменения информации в КМОП-памяти — Setup. После отключения питания компьютера содержимое ПЗУ сохраняется.
Ее содержимое может. Меняться пользователем. Задача ОЗУ — размещение набора предназначенных для исполнения программ и обрабатываемых данных. После отключения питания компьютера содержимое ОЗУ теряется.
Микропроцессору доступны (т.е. он может их выполнить) только программы, находящиеся в ОЗУ и ПЗУ. На винчестере, гибких дискетах и других накопителях программы только сохраняются. Сначала они должны быть переписаны в ОЗУ и только после этого могут быть исполнены.
КМОП-память.
Энергонезависимая память, сохраняющая информацию и после отключения питающего напряжения. В нее помещаются данные об устройствах, входящих в состав системы, их параметрах, а также другая, необходимая при каждом запуске и в процессе работы информация. Рядом с микросхемой КМОП-памяти размещается батарейка или микроаккумулятор, обеспечивающие ей автономное питание после выключения компьютера.
Контроллеры.
Принцип «открытой архитектуры» предполагает устройство компьютера, при котором к основному блоку (материнской плате) подключаются остальные элементы. Схемы управления различными системами компьютера (видео, дисковыми накопителями и прочими) выполнены в виде отдельных элементов — контроллеров (адаптеров, карт). Это печатные платы, на которых размещены все необходимые для решения поставленных задач электронные компоненты, установочные разъемы, средства крепления к корпусу и соединения с другими блоками. Для каждой из шин (ISA, EISA, VLB, PCI) существует отдельный набор контроллеров. При подключении они вставляются в системный разъем соответствующего типа, а к ним, в свою очередь, кабелем (круглым) или шлейфом (плоским) подсоединяются управляемые устройства
Для управления винчестерами различных типов выпускались соответствующие контроллеры. Для винчестера типа IDE, кроме уже упомянутой мультйкарты, выпускалась специальная IDE-card. Для винчестеров типа MFM и RLL выпускались карты MFM-card и RLL-card (допускали подключение двух накопителей, часто на них размещали и блок управления дисководами).
Задачу формирования видеосигнала и передачи его на монитор решает специальный блок — видеокарта. Для каждого типа монитора она своя: MDA-, CGA-, Here-, EGA-, VGA-, SVGA-card. Иногда один и тот же контроллер может использоваться для управления работой мониторов двух типов. Например, для мониторов EGA и VGA это EGA/VGA-card.
Материнская (системная) плата.
Материнская плата – основной элемент в модульной структуре компьютера. На ней размещены системные разъемы, в которые вставляются платы контроллеров устройств. На системной плате расположен микропроцессор и набор обеспечивающих его работу микросхем (chipset). Кроме этого, на ней размещены память системы, контроллер клавиатуры и разъем подключения клавиатуры, разъемы подключения проводов от средств индикации и управления с передней панели компьютера
Клавиатура.
Основное средство ввода информации и подачи команд в компьютер. Первые модели клавиатур для компьютеров класса XT имели 84 клавиши. Для следующего поколения AT применялись модификации со 101 клавишей. Долгое время они выпускались в исполнении, допускающем их переключение на режим XT. (Обратной совместимости нет — клавиатура XT не может быть применена в компьютерах 286 и выше). Выпускались 102- и 104-клавишные модификации клавиатур AT — отличие в том, что на них дублируются некоторые кнопки. Для операционной системы Windows 95 фирмой Microsoft была разработана 105-клавишная модель со специальной клавишей.
Количество клавиш на клавиатуре 101-105, поэтому формирование некоторых кодов выполняется путем нажатия комбинации клавиш. Цифровой код клавиши обрабатывается специальной программой (хранящейся в контроллере клавиатуры). В зависимости от того, какая была нажата клавиша (или их комбинация), во время исполнения какой программы, в какой момент, полученный контроллером код интерпретируется как управляющий сигнал или информационный символ (буква, цифра, знак).
Монитор.
Устройство отображения графической и текстовой информации. С системным блоком соединяется интерфейсным кабелем, подключаемым к специальному разъему на плате видеоконтроллера или на системной плате, если компьютер одноплатный.
Кроме интерфейсного кабеля к монитору подсоединяется шнур подачи питающего напряжения. Он бывает съемным или вмонтированным. Напряжение может подаваться напрямую от сети или от блока питания компьютера.
На корпусе монитора (чаще всего на передней панели) размещены средства управления и настройки: кнопка включения, индикатор подачи питания, регуляторы яркости, контрастности, размера по вертикали. Чем современнее модель монитора (в первую очередь это относится к SVGA-устройствам), тем большие возможности по настройке она предоставляет пользователю. Для него стала возможной регулировка размера по горизонтали, исправление эффекта подушкообразности, перемещение изображения по горизонтальным и вертикальным осям и некоторые другие.
Выпускаемые модели мониторов могут различаться по нескольким параметрам:
• по типу (MDA, CGA, EGA, VGA, SVGA);
• по цветности (цветные и черно-белые — монохромные);
• по размеру зерна (0,41; 0,39; 0,31; 0,28; 0,26);
• по размеру экрана (12″, 14″, 15″, 17″, 21″);
• по максимальной частоте кадровой и строчной развертки;
• поддержкой режимов энергосбережения («зеленые»);
• по соответствию стандартам, регламентирующим допустимые нормы электромагнитного излучения («Low Radiation», MPR-II, ТСО и др.).
Устройства, подключаемые к ПК.
«Мышь».
Графический манипулятор, дополнительное устройство ввода информации и управления. Частично заменяет собой клавиатуру. Очень удобна для использования в программах с графическим интерфейсом. При работе с текстом (например, в текстовых редакторах) играет вспомогательную роль.
Выпускаются мыши в исполнении с двумя или тремя кнопками. В работе используются две (средняя кнопка в трехклавишной модели не задействована). Для подачи сигналов используется одинарное или двойное нажатие правой или левой кнопки.
При работе в среде DOS для приведения мыши в рабочее состояние применяется специальный программный драйвер. После его активизации на экране появляется курсор (указатель), который будет перемещаться по экрану синхронно с перемещением мыши на столе.
В операционных системах (Windows) и других программах с графическим интерфейсом эта операция выполняется автоматически при запуске, и курсор может иметь другой вид.
Наибольшее распространение получили мыши двух видов: Microsoft и Genius. Внешне они выглядят одинаково (во внутреннем устройстве различия имеются), но для каждой из них требуется свой драйвер. Для Genius это gmouse.com, для Microsoft — pcmouse.com, mouse.com и др. Несовместимость драйверов создавала определенные неудобства, и последние модели Genius построены так, что могут быть инициализированы при помощи обычных драйверов.
Винчестер, жесткий диск, HDD (Hard Disk Drive).
Винчестер – устройство хранения информации (данных и программ, в том числе операционной системы.). Существует несколько типов винчестеров: MFM, RLL, IDE, SCSI.
Накопители MFM и RLL уже устарели и практически полностью вышли из употребления.
Винчестеры IDE шире всего распространены в персональных компьютерах. Они являются относительно недорогими устройствами.
SCSI-накопители стоят дороже, устанавливаются в серверах и системах с высокой производительностью.
Описанию накопителей на жестких дисках далее будет посвящена целая глава (гл. 5).
Дисковод, FDD (Floppy Disk Drive)
Дисковод – устройство считывания (записи) с накопителей на гибких магнитных дисках. В составе компьютера использовались накопители для работы с магнитными дисками размером 5,25″ («большие») емкостью 360 Кбайт или 1,2 Мбайт и размером 3,5” («маленькие») для дискет на 720 Кбайт или 1,44 Мбайт. В настоящее время используются в основном накопители на 1,44 Мбайт.
В компьютере может быть не более двух дисководов. Им присваиваются имена А и В. Если в системе только один дисковод, то он устанавливается как накопитель А. При наличии системной дискеты именно с накопителя А может выполняться начальная загрузка системы.
Подключение дисководов к контроллеру выполняется при помощи 34-проводного плоского кабеля. Дисковод, подсоединенный к одному из концевых разъемов (после «скрутки», если смотреть со стороны контроллера), в системе получает имя А. Второй дисковод, подключается к одному из срединных разъемов (до «скрутки») и в системе будет иметь имя В.
CD-ROM (накопитель, CD-дисковод).
CD-ROM — устройство считывания данных с лазерного диска (CD-диск, компакт-диск). CD-диск имеет диаметр 120 мм, его толщина 1,5…2 мм, информационная емкость равна 650Мбайт.
Занесение информации на диск производится на так называемом «пишущем CD-ROM». Лазерный луч выжигает на диске участки, сохраняющие единицы, и оставляет нетронутыми нулевые участки. Считывание данных выполняется при помощи лазера с длиной волны 780 нм. Контакта между головкой и рабочей поверхностью диска нет, что исключает ее механическое повреждение.
При подключении CD-ROM необходимо использовать специальные программные драйверы. При работе с ними, кроме обычной задачи инициализации аппаратных средств, приходится решать еще одну проблему. Она связана с тем, что на лазерном диске информация размещается иначе, чем на винчестере. По этому при считывании с него необходимо произвести преобразование адресов. Существует несколько предназначенных для этого программ.
Скорость считывания на односкоростном (lx-speed) CD-ROM составляет 150 Кбайт/с. В последующих моделях (2х-, 4х- и т.д.) она кратно увеличивалась и у CD-ROM 8x-speed составляет 1200 Кбайт/с. Например, у CD-ROM 24x- соответствующая этому значению скорость считывания (3600 Кбайт/с) достигается только при обращении к внешним дорожкам. На внутренних она составляет величины порядка 1200… 1800 Кбайт/с. Среднее значение получается равным 2400…2700 Кбайт/с, и оно значительно ниже величины, заявленной в маркировке.
CD-ROM может быть использован для работы с аудио компакт-дисками. В этом случае в компьютер должна быть установлена звуковая плата. Накопитель подключается к ней при помощи специального 4-жильного кабеля, а к аудио контроллеру, в свою очередь, подсоединяются колонки.
DVD (Digital Versatible Disk).
DVD — универсальный цифровой диск. Следующее поколение оптических носителей информации. Термин DVD первоначально расшифровывался как Digital Video Disk, но в связи с тем, что накопитель оказался пригодным для сохранения различных видов информации, интерпретация аббревиатуры была уточнена.
Увеличение объема сохраняемой информации привело к тому, что емкость CD-дисков оказалась недостаточной. Новый носитель разрабатывался исходя из того, что он должен обеспечить сохранение 133-минутного фильма, используя для сжатия видеоизображения алгоритм MPEG-II, и звуковые данные записываются в формате Dolby Digital. Необходимая для этого емкость составила 4,7 Гбайт и суммарный информационный поток при этом составляет 0,6 Мбайт/с. , :
DVD-диск имеет диаметр 120 мм (как и у CD-диска). Емкость одной стороны равна 4,7 Гбайт. Имеются диски, у которых запись возможна с двух сторон, что удваивает емкость. Кроме этого, разработаны модели с двумя рабочими слоями на каждой стороне. Емкость накопителя в этом случае составляет 17,4 Гбайт.
Для считывания информации используется лазер с длиной волны 635 нм и 650 нм. Она меньше, чем у CD-устройств и удобнее для работы с более плотно упакованной информацией на DVD-дисках. Контакта между считывающей головкой и рабочей поверхностью нет.
Первые модели DVD-устройств не могли считывать CD-диски. Позже появились устройства, работающие с обоими типами носителей. Они имеют два лазера с различной длиной излучения (отдельно для CD и DVD) или один, но допускающий перенастройку на нужную длину волны.
Принтеры.
Принтерами называются устройства, с помощью которых информация выводится в печатном, если это текст, или графическом виде на бумагу. Существует несколько типов печатных устройств: ромашковый, матричный, струйный и лазерный. Эпоха ромашковых и матричных принтеров прошла, сейчас используются струйные и лазерные. Ведущий производитель принтеров по всему миру это Hewlett Packard, Canon и Epson.
Модемы.
Модем – устройство связи компьютера через телефонную линию с глобальной сетью Internet или другим компьютером, подключенным так же через модем к телефонной линии. Модемы бывают внутренние, внешние.
Устройства мультимедиа.
Для расширения возможностей компьютера был разработан целый набор специализированных компонентов. Они должны были предоставить пользователю возможность работать в реальном масштабе времени с качественным динамическим изображением, сопровождаемым звуком.
В целом весь этот набор получил название — «устройства мультимедиа» (multimedia). Из его состава чаще всего звуковые платы (Sound Blaster), звуковые колонки (динамики). Существуют еще контроллеры работы с видеомагнитофоном, видеокамерой, различные звукосинтезаторы и другое оборудование. Они пока распространены меньше, но со временем непременно войдут в повседневный обиход.
Звуковая плата, SB (Sound Blaster).
Звуковая плата — устройство для работы со звуком. Обеспечивает вывод сигнала на звуковоспроизводящие элементы (динамик, колонки) или его ввод в компьютер (с микрофона) для обработки и хранения.
Выпускаются в вариантах для подключения к 8- или 16-разрядной шине данных. В настоящее время большинство звуковых плат устанавливаются в ISA-разъемы. Для приведения в рабочее состояние требуются специальные драйверы, входящие в комплект поставки.
Звуковые колонки (динамики).
Колонки — устройства звуковоспроизведения. Бывают двух типов — пассивные и активные. Пассивные колонки не имеют внутреннего усилителя. Подключаются к SP-выходу звуковой платы. Активные — имеют внутренний блок усиления, сигнал для них чаще всего снимается с линейного выхода.
По способу организации звучания аудиосистемы различаются числом источников звука: моно имеют один динамик, стерео — два, квадро — четыре.
С точки зрения пользователя звуковые колонки характеризуются выходной мощностью и диапазоном воспроизводимых частот (диапазоном) воспроизведения.
Диапазон воспроизведения. Человеческое ухо воспринимает колебания частотой от 20 Гц до 20 кГц. В идеале звуковоспроизводящие приборы должны охватывать этот диапазон полностью, но достигается это далеко не в каждом случае.
Программы для компьютера
Для того чтобы организовать работу компьютера, необходимо применение специальных программ. В их задачу входит:
• приведение компьютера в рабочее состояние (загрузка);
• управление его внутренними ресурсами;
• организация структуры размещения данных на накопителях;
• обеспечение доступа к ним.
Эти программы решают задачи, важные для всей системы, для ее правильного функционирования, по этой причине они и были названы системными, а их набор, обеспечивающий решение всего комплекса проблем, операционной системой (ОС).
Операционная система — прослойка между аппаратной частью компьютера и пользователем, это душа в компьютерном теле. Кроме решения перечисленных задач ОС предоставляет в помощь пользователю набор стандартных инструментов (утилит) и упрощает процесс использования инструментов специальных — прикладного пользовательского ПО.
Структура операционной системы
Операционная система состоит из нескольких отдельных программных блоков (модулей). Одни из них находятся в ПЗУ на материнской плате, другие размещаются на дисковом накопителе.
Комплекс резидентных программ, хранящихся в блоке ПЗУ, носит универсальный характер и не является частью какой-либо одной операционной системы. В задачу этих программ входит выполнение функций базового ввода-вывода и инициализация аппаратных элементов, общих для всех компьютеров данного типа. Резидентные программы образуют фундамент, на котором строится любая операционная система.
Другая часть программных модулей ОС размещается на винчестере (или другом дисковом накопителе). Они образуют ее основную часть. Эти программы в понимания пользователя и есть собственно операционная система.
Для связи резидентных программ с основной частью ОС специальная программа, находящаяся в ПЗУ, обращается по фиксированному адресу к дисковому накопителю. С этого адреса на винчестере размещается программа, начинающая загрузку операционной системы.
После того, как исходный вариант набора программ, составляющих ОС, готов, начинается долгий этап выявления ошибок. Сначала фирма проводит тестирование самостоятельно. Затем рабочая версия операционной системы передается для опытной эксплуатации некоторым фирмам. Все они считают делом своего престижа найти в проверяемой системе ошибки, а это от них и требуется.
По прошествии некоторого времени информация о найденных ошибках суммируется. В рабочий вариант системы вносятся исправления и улучшения. После этого пользователям может быть предложена первая версия ОС. В ней будут обнаруживаться новые ошибки, будут выходить устраняющие их новые варианты системы. Только после нескольких лет широкой эксплуатации может быть получена стабильно работающая операционная система, да и то в ней наверняка будут еще не выявленные ошибки и недочеты, устранить которые удастся только при создании уже следующей версии ОС.
Сочинение на тему «Компьютер»
В отличие от многих людей, я отношусь к компьютеру очень позитивно. Это — величайшее изобретение человечества! Люди создали универсальную машину, с помощью которой можно делать сто дел: читать, смотреть кино, рисовать, печатать, чертить, считать, находить полезную информацию, делать ретушь фотографии, создавать мультфильмы и видеоролики.
Еще можно общаться с людьми у которых самые разные увлечения, которые живут хоть на другом конце планеты. Не нужно ограничиваться только теми людьми, кто живет в соседнем дворе, и навязывать себе их хобби.
Я могу продолжать этот список до конца сочинения, чтобы было понятно, как полезен компьютер.
Часто компьютер сравнивают с телевизором и говорят, что они оба крадут у человека время. Но у меня другое мнение. Да, долго сидеть перед компьютером вредно для здоровья и для личности, потому что человек не двигается, портит зрение и не общается с живыми людьми. Но в чем виноват компьютер?! Человек сам крадет у себя время, а не машина.
Телевизор не полезен, потому что перед ним человек сидит пассивно. Сидит, пультом клацает, а ему показывают картинку. С компьютером другое дело! С ним все время надо действовать! Даже читать и писать все время приходится. Так даже интереснее, чем торчать у телевизора.
А еще компьютер заставляет выбирать самому то, что действительно нужно. Если бы люди не учились выбирать, то перед монитором проводили бы всю жизнь.
Компьютер в моей жизни занимает важное место, но я могу подолгу обходиться и без него. Просто надо все время помнить, что компьютер изобрели для того, чтобы облегчить жизнь, а не заменить ее. И чтобы расширить возможности человека, а не сузить их.
Сочинение на тему | Октябрь 2015 источник
Технические предпосылки для этого уже были созданы: развивалась электроника и счетно-аналитическая вычислительная техника. Идеи создания электронных вычислительных машин возникли в конце 30-х – начале 40-х гг. независимо друг от друга в четырех странах: СССР, США, Великобритании и Германии. Во время второй мировой войны (с 1939 по 1945г.) были построены несколько первых электромеханических компьютеров. Первым электронным компьютером стал английский COLOSSUS-1, использующийся для расшифровки секретного кода, который применяла Германия для передачи сообщений особой важности.
Аналоговые вычислительные машины (АВМ).
В АВМ все математические величины представляются как непрерывные значения каких-либо физических величин. Главным образом, в качестве машинной переменной выступает напряжение электрической цепи. Их изменения происходят по тем же законам, что и изменения заданных функций. В этих машинах используется метод математического моделирования (создаётся модель исследуемого объекта). Результаты решения выводятся в виде зависимостей электрических напряжений в функции времени на экран осциллографа или фиксируются измерительными приборами. Основным назначением АВМ является решение линейных и дифференцированных уравнений.
Электронные вычислительные машины (ЭВМ).
В отличие от АВМ, в ЭВМ числа представляются в виде последовательности цифр. В современных ЭВМ числа представляются в виде кодов двоичных эквивалентов, то есть в виде комбинаций 1 и 0. В ЭВМ осуществляется принцип программного управления. ЭВМ можно разделить на цифровые, электрифицированные и счётно-аналитические (перфорационные) вычислительные машины.
ЭВМ разделяются на большие ЭВМ, мини-ЭВМ и микроЭВМ. Они отличаются своей архитектурой, техническими, эксплуатационными и габаритно-весовыми характеристиками, областями применения.
Аналого-цифровые вычислительные машины (АЦВМ).
АЦВМ – это такие машины, которые совмещают в себе достоинства АВМ и ЭВМ. Они имеют такие характеристики, как быстродействие, простота программирования и универсальность. Основной операцией является интегрирование, которое выполняется с помощью цифровых интеграторов.
В АЦВМ числа представляются как в ЭВМ (последовательностью цифр), а метод решения задач как в АВМ (метод математического моделирования).
Поколения ЭВМ.
Можно выделить 4 основные поколения ЭВМ. Но деление компьютерной техники на поколения — весьма условная, нестрогая классификация по степени развития аппаратных и программных средств, а также способов общения с компьютером.
Идея делить машины на поколения вызвана к жизни тем, что за время короткой истории своего развития компьютерная техника проделала большую эволюцию, как в смысле элементной базы (лампы, транзисторы, микросхемы и др.), так и в смысле изменения её структуры, появления новых возможностей, расширения областей применения и характера использования.
Все ЭВМ I-го поколения были сделаны на основе электронных ламп, что делало их ненадежными – лампы приходилось часто менять. Эти компьютеры были огромными, неудобными и слишком дорогими машинами, которые могли приобрести только крупные корпорации и правительства. Лампы потребляли огромное количество электроэнергии и выделяли много тепла. Притом для каждой машины использовался свой язык программирования. Набор команд был небольшой, схема арифметико-логического устройства и устройства управления достаточно проста, программное обеспечение практически отсутствовало. Показатели объема оперативной памяти и быстродействия были низкими. Для ввода-вывода использовались перфоленты, перфокарты, магнитные ленты и печатающие устройства, оперативные запоминающие устройства были реализованы на основе ртутных линий задержки электроннолучевых трубок.
В 1958 г. в ЭВМ были применены полупроводниковые транзисторы, изобретённые в 1948 г. Уильямом Шокли, они были более надёжны, долговечны, малы, могли выполнить значительно более сложные вычисления, обладали большой оперативной памятью. 1 транзистор способен был заменить около 40 электронных ламп и работает с большей скоростью.
Во II-ом поколении компьютеров дискретные транзисторные логические элементы вытеснили электронные лампы. В качестве носителей информации использовались магнитные ленты (“БЭСМ-6″,”Минск-2”, “Урал-14″) и магнитные сердечники, появились высокопроизводительные устройства для работы с магнитными лентами, магнитные барабаны и первые магнитные диски.
В качестве программного обеспечения стали использовать языки программирования высокого уровня, были написаны специальные трансляторы с этих языков на язык машинных команд. Для ускорения вычислений в этих машинах было реализовано некоторое перекрытие команд: последующая команда начинала выполняться до окончания предыдущей.
Устройство ПК.
Внешне компьютер представляет собой несколько отдельных блоков, соединенных между собой кабелями. Его составляющие это вертикально стоящая или лежащая на столе коробка — основной блок, похожее на телевизор устройство; в — монитор, два управляющих элемента — клавиатура и мышь.
Большая часть составляющих компонентов компьютера устанавливается внутрь корпуса основного блока. К днищу (в горизонтальном) или одной из стенок (в вертикальном) крепится материнская плата, в разъемы на ней вставляются платы управляющих контроллеров и за металлические кронштейны крепятся к задней стенке корпуса. В специальные ячейки устанавливаются винчестеры, дисководы и другие накопители. Они плоскими или круглыми кабелями подключаются к соответствующим контроллерам. Корпус (со всеми размещенными в нем компонентами) называется «системным блоком» или «платформой». К разъемам на материнской плате и контроллерах подсоединяются остальные элементы компьютера. На переднюю, панель корпуса выведены средства управления.
Корпус.
Изготавливается из тонкого листового железа, с наружной стороны окрашивается или покрывается тонким слоем пластика. По способу установки бывают вертикальные (типа «Tower» — башня) или горизонтальные. По размеру корпуса подразделяются на несколько типов. Вертикальные: Minitower, Middletower (маленький и средний, устанавливаются на столе) и Bigtower (большой, обычно ставится на пол). Горизонтальные: Desktop (большой); Minidesktop (маленький, иногда его еще называют Baby); Slim — по размеру примерно равен Baby, но тоньше и не допускает вертикальную установку контроллеров (часто используется для размещения одноплатных компьютеров). В последнее время получили распространение корпуса типа Multimedia. Это горизонтальные или вертикальные корпуса со встроенными звуковыми колонками, усилителями и некоторыми другими компонентами. На передней панели корпуса расположены средства управления и индикации.
Блок питания (БП).
Устанавливается внутри корпуса и является его составной частью. Предназначен для преобразования напряжения электросети в уровни, необходимые для работы компьютера, и поддержания установленного потребления мощности по ним. Блок питания формирует следующие уровни: +5 В, -5 В, -12 В, +12 В, GND (земля). В блоках питания АТХ добавляется еще +3,3 В.
На материнскую плату подаются все напряжения, на остальные устройства только +5 В и +12 В. Земляной провод, естественно, необходим везде.
Типовые блоки питания изготавливаются в нескольких вариантах для обеспечения различных номиналов потребляемой мощности: 150 ватт (Вт), 180 Вт, 200 Вт, 230 Вт, 250 Вт.
Отходящие от блока питания провода объединены в пучки, на конце каждого из них закреплен разъем. Они могут быть трех видов и предназначаются для подключения различных устройств
Микропроцессоры.
В каждом вычислителе есть устройство, выполняющее команды управления, логические и арифметические операции: это процессорный блок или просто процессор. В старых компьютерах или больших вычислительных системах он может состоять из нескольких плат и иметь весьма внушительные размеры. В современных компьютерах процессор изготавливается в виде одного или двух кристаллов, упакованных в один корпус. В таком исполнении за свои относительно малые размеры он называется — микропроцессор.
Оперативная память компьютера.
Оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) — основная память компьютера. Это тот блок, который решающим образом влияет на способность системы работать с тем или иным программным обеспечением (ПО). В процессе работы некоторым пользователям придется заниматься организацией структуры оперативной памяти компьютера. Возможно, им придется столкнуться с необходимостью выбора нужных элементов памяти, заменой одних носителей на другие, их совместимостью и кучей других проблем. По этой причине в том, что касается памяти, он должен иметь изрядное разумение (если, конечно, хочет, чтобы его машина работала с максимальной производительностью).
Постоянное запоминающее устройство (ПЗУ).
ПЗУ – память только для чтения. (ROM — Read Only Memory). Изменение содержимого ПЗУ пользователем не предусмотрено (кроме случаев применения для его организации носителей типа flash-память). Содержит программы: начальной загрузки системы — BIOS (Basic Input Output System), начального тестирования — POST (Power On-Self-Test), сохранения и изменения информации в КМОП-памяти — Setup. После отключения питания компьютера содержимое ПЗУ сохраняется.
Ее содержимое может. Меняться пользователем. Задача ОЗУ — размещение набора предназначенных для исполнения программ и обрабатываемых данных. После отключения питания компьютера содержимое ОЗУ теряется.
Микропроцессору доступны (т.е. он может их выполнить) только программы, находящиеся в ОЗУ и ПЗУ. На винчестере, гибких дискетах и других накопителях программы только сохраняются. Сначала они должны быть переписаны в ОЗУ и только после этого могут быть исполнены.
КМОП-память.
Энергонезависимая память, сохраняющая информацию и после отключения питающего напряжения. В нее помещаются данные об устройствах, входящих в состав системы, их параметрах, а также другая, необходимая при каждом запуске и в процессе работы информация. Рядом с микросхемой КМОП-памяти размещается батарейка или микроаккумулятор, обеспечивающие ей автономное питание после выключения компьютера.
Контроллеры.
Принцип «открытой архитектуры» предполагает устройство компьютера, при котором к основному блоку (материнской плате) подключаются остальные элементы. Схемы управления различными системами компьютера (видео, дисковыми накопителями и прочими) выполнены в виде отдельных элементов — контроллеров (адаптеров, карт). Это печатные платы, на которых размещены все необходимые для решения поставленных задач электронные компоненты, установочные разъемы, средства крепления к корпусу и соединения с другими блоками. Для каждой из шин (ISA, EISA, VLB, PCI) существует отдельный набор контроллеров. При подключении они вставляются в системный разъем соответствующего типа, а к ним, в свою очередь, кабелем (круглым) или шлейфом (плоским) подсоединяются управляемые устройства
Для управления винчестерами различных типов выпускались соответствующие контроллеры. Для винчестера типа IDE, кроме уже упомянутой мультйкарты, выпускалась специальная IDE-card. Для винчестеров типа MFM и RLL выпускались карты MFM-card и RLL-card (допускали подключение двух накопителей, часто на них размещали и блок управления дисководами).
Задачу формирования видеосигнала и передачи его на монитор решает специальный блок — видеокарта. Для каждого типа монитора она своя: MDA-, CGA-, Here-, EGA-, VGA-, SVGA-card. Иногда один и тот же контроллер может использоваться для управления работой мониторов двух типов. Например, для мониторов EGA и VGA это EGA/VGA-card.
Материнская (системная) плата.
Материнская плата – основной элемент в модульной структуре компьютера. На ней размещены системные разъемы, в которые вставляются платы контроллеров устройств. На системной плате расположен микропроцессор и набор обеспечивающих его работу микросхем (chipset). Кроме этого, на ней размещены память системы, контроллер клавиатуры и разъем подключения клавиатуры, разъемы подключения проводов от средств индикации и управления с передней панели компьютера
Клавиатура.
Основное средство ввода информации и подачи команд в компьютер. Первые модели клавиатур для компьютеров класса XT имели 84 клавиши. Для следующего поколения AT применялись модификации со 101 клавишей. Долгое время они выпускались в исполнении, допускающем их переключение на режим XT. (Обратной совместимости нет — клавиатура XT не может быть применена в компьютерах 286 и выше). Выпускались 102- и 104-клавишные модификации клавиатур AT — отличие в том, что на них дублируются некоторые кнопки. Для операционной системы Windows 95 фирмой Microsoft была разработана 105-клавишная модель со специальной клавишей.
Количество клавиш на клавиатуре 101-105, поэтому формирование некоторых кодов выполняется путем нажатия комбинации клавиш. Цифровой код клавиши обрабатывается специальной программой (хранящейся в контроллере клавиатуры). В зависимости от того, какая была нажата клавиша (или их комбинация), во время исполнения какой программы, в какой момент, полученный контроллером код интерпретируется как управляющий сигнал или информационный символ (буква, цифра, знак).
Монитор.
Устройство отображения графической и текстовой информации. С системным блоком соединяется интерфейсным кабелем, подключаемым к специальному разъему на плате видеоконтроллера или на системной плате, если компьютер одноплатный.
Кроме интерфейсного кабеля к монитору подсоединяется шнур подачи питающего напряжения. Он бывает съемным или вмонтированным. Напряжение может подаваться напрямую от сети или от блока питания компьютера.
На корпусе монитора (чаще всего на передней панели) размещены средства управления и настройки: кнопка включения, индикатор подачи питания, регуляторы яркости, контрастности, размера по вертикали. Чем современнее модель монитора (в первую очередь это относится к SVGA-устройствам), тем большие возможности по настройке она предоставляет пользователю. Для него стала возможной регулировка размера по горизонтали, исправление эффекта подушкообразности, перемещение изображения по горизонтальным и вертикальным осям и некоторые другие.
Выпускаемые модели мониторов могут различаться по нескольким параметрам:
• по типу (MDA, CGA, EGA, VGA, SVGA);
• по цветности (цветные и черно-белые — монохромные);
• по размеру зерна (0,41; 0,39; 0,31; 0,28; 0,26);
• по размеру экрана (12″, 14″, 15″, 17″, 21″);
• по максимальной частоте кадровой и строчной развертки;
• поддержкой режимов энергосбережения («зеленые»);
• по соответствию стандартам, регламентирующим допустимые нормы электромагнитного излучения («Low Radiation», MPR-II, ТСО и др.).
Устройства, подключаемые к ПК.
«Мышь».
Графический манипулятор, дополнительное устройство ввода информации и управления. Частично заменяет собой клавиатуру. Очень удобна для использования в программах с графическим интерфейсом. При работе с текстом (например, в текстовых редакторах) играет вспомогательную роль.
Выпускаются мыши в исполнении с двумя или тремя кнопками. В работе используются две (средняя кнопка в трехклавишной модели не задействована). Для подачи сигналов используется одинарное или двойное нажатие правой или левой кнопки.
При работе в среде DOS для приведения мыши в рабочее состояние применяется специальный программный драйвер. После его активизации на экране появляется курсор (указатель), который будет перемещаться по экрану синхронно с перемещением мыши на столе.
В операционных системах (Windows) и других программах с графическим интерфейсом эта операция выполняется автоматически при запуске, и курсор может иметь другой вид.
Наибольшее распространение получили мыши двух видов: Microsoft и Genius. Внешне они выглядят одинаково (во внутреннем устройстве различия имеются), но для каждой из них требуется свой драйвер. Для Genius это gmouse.com, для Microsoft — pcmouse.com, mouse.com и др. Несовместимость драйверов создавала определенные неудобства, и последние модели Genius построены так, что могут быть инициализированы при помощи обычных драйверов.
Винчестер, жесткий диск, HDD (Hard Disk Drive).
Винчестер – устройство хранения информации (данных и программ, в том числе операционной системы.). Существует несколько типов винчестеров: MFM, RLL, IDE, SCSI.
Накопители MFM и RLL уже устарели и практически полностью вышли из употребления.
Винчестеры IDE шире всего распространены в персональных компьютерах. Они являются относительно недорогими устройствами.
SCSI-накопители стоят дороже, устанавливаются в серверах и системах с высокой производительностью.
Описанию накопителей на жестких дисках далее будет посвящена целая глава (гл. 5).
Дисковод, FDD (Floppy Disk Drive)
Дисковод – устройство считывания (записи) с накопителей на гибких магнитных дисках. В составе компьютера использовались накопители для работы с магнитными дисками размером 5,25″ («большие») емкостью 360 Кбайт или 1,2 Мбайт и размером 3,5” («маленькие») для дискет на 720 Кбайт или 1,44 Мбайт. В настоящее время используются в основном накопители на 1,44 Мбайт.
В компьютере может быть не более двух дисководов. Им присваиваются имена А и В. Если в системе только один дисковод, то он устанавливается как накопитель А. При наличии системной дискеты именно с накопителя А может выполняться начальная загрузка системы.
Подключение дисководов к контроллеру выполняется при помощи 34-проводного плоского кабеля. Дисковод, подсоединенный к одному из концевых разъемов (после «скрутки», если смотреть со стороны контроллера), в системе получает имя А. Второй дисковод, подключается к одному из срединных разъемов (до «скрутки») и в системе будет иметь имя В.
CD-ROM (накопитель, CD-дисковод).
CD-ROM — устройство считывания данных с лазерного диска (CD-диск, компакт-диск). CD-диск имеет диаметр 120 мм, его толщина 1,5…2 мм, информационная емкость равна 650Мбайт.
Занесение информации на диск производится на так называемом «пишущем CD-ROM». Лазерный луч выжигает на диске участки, сохраняющие единицы, и оставляет нетронутыми нулевые участки. Считывание данных выполняется при помощи лазера с длиной волны 780 нм. Контакта между головкой и рабочей поверхностью диска нет, что исключает ее механическое повреждение.
При подключении CD-ROM необходимо использовать специальные программные драйверы. При работе с ними, кроме обычной задачи инициализации аппаратных средств, приходится решать еще одну проблему. Она связана с тем, что на лазерном диске информация размещается иначе, чем на винчестере. По этому при считывании с него необходимо произвести преобразование адресов. Существует несколько предназначенных для этого программ.
Скорость считывания на односкоростном (lx-speed) CD-ROM составляет 150 Кбайт/с. В последующих моделях (2х-, 4х- и т.д.) она кратно увеличивалась и у CD-ROM 8x-speed составляет 1200 Кбайт/с. Например, у CD-ROM 24x- соответствующая этому значению скорость считывания (3600 Кбайт/с) достигается только при обращении к внешним дорожкам. На внутренних она составляет величины порядка 1200… 1800 Кбайт/с. Среднее значение получается равным 2400…2700 Кбайт/с, и оно значительно ниже величины, заявленной в маркировке.
CD-ROM может быть использован для работы с аудио компакт-дисками. В этом случае в компьютер должна быть установлена звуковая плата. Накопитель подключается к ней при помощи специального 4-жильного кабеля, а к аудио контроллеру, в свою очередь, подсоединяются колонки.
DVD (Digital Versatible Disk).
DVD — универсальный цифровой диск. Следующее поколение оптических носителей информации. Термин DVD первоначально расшифровывался как Digital Video Disk, но в связи с тем, что накопитель оказался пригодным для сохранения различных видов информации, интерпретация аббревиатуры была уточнена.
Увеличение объема сохраняемой информации привело к тому, что емкость CD-дисков оказалась недостаточной. Новый носитель разрабатывался исходя из того, что он должен обеспечить сохранение 133-минутного фильма, используя для сжатия видеоизображения алгоритм MPEG-II, и звуковые данные записываются в формате Dolby Digital. Необходимая для этого емкость составила 4,7 Гбайт и суммарный информационный поток при этом составляет 0,6 Мбайт/с. , :
DVD-диск имеет диаметр 120 мм (как и у CD-диска). Емкость одной стороны равна 4,7 Гбайт. Имеются диски, у которых запись возможна с двух сторон, что удваивает емкость. Кроме этого, разработаны модели с двумя рабочими слоями на каждой стороне. Емкость накопителя в этом случае составляет 17,4 Гбайт.
Для считывания информации используется лазер с длиной волны 635 нм и 650 нм. Она меньше, чем у CD-устройств и удобнее для работы с более плотно упакованной информацией на DVD-дисках. Контакта между считывающей головкой и рабочей поверхностью нет.
Первые модели DVD-устройств не могли считывать CD-диски. Позже появились устройства, работающие с обоими типами носителей. Они имеют два лазера с различной длиной излучения (отдельно для CD и DVD) или один, но допускающий перенастройку на нужную длину волны.
Принтеры.
Принтерами называются устройства, с помощью которых информация выводится в печатном, если это текст, или графическом виде на бумагу. Существует несколько типов печатных устройств: ромашковый, матричный, струйный и лазерный. Эпоха ромашковых и матричных принтеров прошла, сейчас используются струйные и лазерные. Ведущий производитель принтеров по всему миру это Hewlett Packard, Canon и Epson.
Модемы.
Модем – устройство связи компьютера через телефонную линию с глобальной сетью Internet или другим компьютером, подключенным так же через модем к телефонной линии. Модемы бывают внутренние, внешние.
Устройства мультимедиа.
Для расширения возможностей компьютера был разработан целый набор специализированных компонентов. Они должны были предоставить пользователю возможность работать в реальном масштабе времени с качественным динамическим изображением, сопровождаемым звуком.
В целом весь этот набор получил название — «устройства мультимедиа» (multimedia). Из его состава чаще всего звуковые платы (Sound Blaster), звуковые колонки (динамики). Существуют еще контроллеры работы с видеомагнитофоном, видеокамерой, различные звукосинтезаторы и другое оборудование. Они пока распространены меньше, но со временем непременно войдут в повседневный обиход.
Звуковая плата, SB (Sound Blaster).
Звуковая плата — устройство для работы со звуком. Обеспечивает вывод сигнала на звуковоспроизводящие элементы (динамик, колонки) или его ввод в компьютер (с микрофона) для обработки и хранения.
Выпускаются в вариантах для подключения к 8- или 16-разрядной шине данных. В настоящее время большинство звуковых плат устанавливаются в ISA-разъемы. Для приведения в рабочее состояние требуются специальные драйверы, входящие в комплект поставки.
Звуковые колонки (динамики).
Колонки — устройства звуковоспроизведения. Бывают двух типов — пассивные и активные. Пассивные колонки не имеют внутреннего усилителя. Подключаются к SP-выходу звуковой платы. Активные — имеют внутренний блок усиления, сигнал для них чаще всего снимается с линейного выхода.
По способу организации звучания аудиосистемы различаются числом источников звука: моно имеют один динамик, стерео — два, квадро — четыре.
С точки зрения пользователя звуковые колонки характеризуются выходной мощностью и диапазоном воспроизводимых частот (диапазоном) воспроизведения.
Диапазон воспроизведения. Человеческое ухо воспринимает колебания частотой от 20 Гц до 20 кГц. В идеале звуковоспроизводящие приборы должны охватывать этот диапазон полностью, но достигается это далеко не в каждом случае.
Программы для компьютера
Для того чтобы организовать работу компьютера, необходимо применение специальных программ. В их задачу входит:
• приведение компьютера в рабочее состояние (загрузка);
• управление его внутренними ресурсами;
• организация структуры размещения данных на накопителях;
• обеспечение доступа к ним.
Эти программы решают задачи, важные для всей системы, для ее правильного функционирования, по этой причине они и были названы системными, а их набор, обеспечивающий решение всего комплекса проблем, операционной системой (ОС).
Операционная система — прослойка между аппаратной частью компьютера и пользователем, это душа в компьютерном теле. Кроме решения перечисленных задач ОС предоставляет в помощь пользователю набор стандартных инструментов (утилит) и упрощает процесс использования инструментов специальных — прикладного пользовательского ПО.
Структура операционной системы
Операционная система состоит из нескольких отдельных программных блоков (модулей). Одни из них находятся в ПЗУ на материнской плате, другие размещаются на дисковом накопителе.
Комплекс резидентных программ, хранящихся в блоке ПЗУ, носит универсальный характер и не является частью какой-либо одной операционной системы. В задачу этих программ входит выполнение функций базового ввода-вывода и инициализация аппаратных элементов, общих для всех компьютеров данного типа. Резидентные программы образуют фундамент, на котором строится любая операционная система.
Другая часть программных модулей ОС размещается на винчестере (или другом дисковом накопителе). Они образуют ее основную часть. Эти программы в понимания пользователя и есть собственно операционная система.
Для связи резидентных программ с основной частью ОС специальная программа, находящаяся в ПЗУ, обращается по фиксированному адресу к дисковому накопителю. С этого адреса на винчестере размещается программа, начинающая загрузку операционной системы.
После того, как исходный вариант набора программ, составляющих ОС, готов, начинается долгий этап выявления ошибок. Сначала фирма проводит тестирование самостоятельно. Затем рабочая версия операционной системы передается для опытной эксплуатации некоторым фирмам. Все они считают делом своего престижа найти в проверяемой системе ошибки, а это от них и требуется.
По прошествии некоторого времени информация о найденных ошибках суммируется. В рабочий вариант системы вносятся исправления и улучшения. После этого пользователям может быть предложена первая версия ОС. В ней будут обнаруживаться новые ошибки, будут выходить устраняющие их новые варианты системы. Только после нескольких лет широкой эксплуатации может быть получена стабильно работающая операционная система, да и то в ней наверняка будут еще не выявленные ошибки и недочеты, устранить которые удастся только при создании уже следующей версии ОС.
ЭВМ появились, когда возникла острейшая необходимость в очень трудоемких и точных расчетах, особенно в таких областях науки и техники, как атомная физика и теория динамик полета и управления летательными аппаратами, в исследовании аэродинамики больших скоростей. Между тем доэлектронная вычислительная техника (механическая и электромеханическая) позволяла только в ограниченной степени механизировать процессы вычислений. Требовался переход к элементам, работающим в более быстром темпе.
Технические предпосылки для этого уже были созданы: развивалась электроника и счетно-аналитическая вычислительная техника. Идеи создания электронных вычислительных машин возникли в конце 30-х – начале 40-х гг. независимо друг от друга в четырех странах: СССР, США, Великобритании и Германии. Во время второй мировой войны (с 1939 по 1945г. ) были построены несколько первых электромеханических компьютеров. Первым электронным компьютером стал английский COLOSSUS-1, использующийся для расшифровки секретного кода, который применяла Германия для передачи сообщений особой важности.
Аналоговые вычислительные машины (АВМ).
В АВМ все математические величины представляются как непрерывные значения каких-либо физических величин. Главным образом, в качестве машинной переменной выступает напряжение электрической цепи. Их изменения происходят по тем же законам, что и изменения заданных функций. В этих машинах используется метод математического моделирования (создаётся модель исследуемого объекта). Результаты решения выводятся в виде зависимостей электрических напряжений в функции времени на экран осциллографа или фиксируются измерительными приборами. Основным назначением АВМ является решение линейных и дифференцированных уравнений.
Электронные вычислительные машины (ЭВМ).
В отличие от АВМ, в ЭВМ числа представляются в виде последовательности цифр. В современных ЭВМ числа представляются в виде кодов двоичных эквивалентов, то есть в виде комбинаций 1 и 0. В ЭВМ осуществляется принцип программного управления. ЭВМ можно разделить на цифровые, электрифицированные и счётно-аналитические (перфорационные) вычислительные машины.
ЭВМ разделяются на большие ЭВМ, мини-ЭВМ и микроЭВМ. Они отличаются своей архитектурой, техническими, эксплуатационными и габаритно-весовыми характеристиками, областями применения.
Аналого-цифровые вычислительные машины (АЦВМ).
АЦВМ – это такие машины, которые совмещают в себе достоинства АВМ и ЭВМ. Они имеют такие характеристики, как быстродействие, простота программирования и универсальность. Основной операцией является интегрирование, которое выполняется с помощью цифровых интеграторов.
В АЦВМ числа представляются как в ЭВМ (последовательностью цифр), а метод решения задач как в АВМ (метод математического моделирования).
Поколения ЭВМ.
Можно выделить 4 основные поколения ЭВМ. Но деление компьютерной техники на поколения — весьма условная, нестрогая классификация по степени развития аппаратных и программных средств, а также способов общения с компьютером.
Идея делить машины на поколения вызвана к жизни тем, что за время короткой истории своего развития компьютерная техника проделала большую эволюцию, как в смысле элементной базы (лампы, транзисторы, микросхемы и др. ), так и в смысле изменения её структуры, появления новых возможностей, расширения областей применения и характера использования.
Все ЭВМ I-го поколения были сделаны на основе электронных ламп, что делало их ненадежными – лампы приходилось часто менять. Эти компьютеры были огромными, неудобными и слишком дорогими машинами, которые могли приобрести только крупные корпорации и правительства. Лампы потребляли огромное количество электроэнергии и выделяли много тепла. Притом для каждой машины использовался свой язык программирования. Набор команд был небольшой, схема арифметико-логического устройства и устройства управления достаточно проста, программное обеспечение практически отсутствовало. Показатели объема оперативной памяти и быстродействия были низкими. Для ввода-вывода использовались перфоленты, перфокарты, магнитные ленты и печатающие устройства, оперативные запоминающие устройства были реализованы на основе ртутных линий задержки электроннолучевых трубок.
В 1958 г. в ЭВМ были применены полупроводниковые транзисторы, изобретённые в 1948 г. Уильямом Шокли, они были более надёжны, долговечны, малы, могли выполнить значительно более сложные вычисления, обладали большой оперативной памятью. 1 транзистор способен был заменить около 40 электронных ламп и работает с большей скоростью.
Во II-ом поколении компьютеров дискретные транзисторные логические элементы вытеснили электронные лампы. В качестве носителей информации использовались магнитные ленты (“БЭСМ-6″,”Минск-2”, “Урал-14”) и магнитные сердечники, появились высокопроизводительные устройства для работы с магнитными лентами, магнитные барабаны и первые магнитные диски.
В качестве программного обеспечения стали использовать языки программирования высокого уровня, были написаны специальные трансляторы с этих языков на язык машинных команд. Для ускорения вычислений в этих машинах было реализовано некоторое перекрытие команд: последующая команда начинала выполняться до окончания предыдущей.
Устройство ПК.
Внешне компьютер представляет собой несколько отдельных блоков, соединенных между собой кабелями.
«
1
2
3
4
5
6
»
Введение
В познании деятельности компьютера есть несколько уровней. Первый из них, необходимый каждому специалисту, — уровень архитектуры. Архитектура – это наиболее общие принципы построения ЭВМ, реализующие программное управление работой и взаимодействием основных функциональных узлов. На этом уровне не требуется знание схемных решений современной радиотехники и микроэлектроники. Последнее вообще выходит за приделы информатики, оно требуется лишь разработчикам физических элементов компьютеров.
Уровень архитектуры достаточно глубок, он включает вопросы управления работой ЭВМ (программирования) на языке машинных команд (ассемблера). Такой способ управления гораздо сложнее, чем написание программ на языках высокого уровня, и тем не менее без представления о нём невозможно понять реальную работу компьютера.
Следующий уровень – логические принципы и схемы реализации основных операциональных узлов компьютера (триггеров, сумматоров и т. д.). Понимание этих принципов весьма желательно и существенно расширит кругозор специалиста в области информатики (и её преподавания).
Начальный этап развития вычислительной техники
Всё началось с идеи научить машину считать или хотя бы складывать многоразрядные целые числа. Ещё около 1500 г. великий деятель эпохи Просвещения Леонардо да Винчи разработал эскиз 13-разрядного суммирующего устройства, что явилось первой дошедшей до нас попыткой решить указанную задачу. Первую же действующую суммирующую машину построил в 1642 г. Блез Паскаль – знаменитый французский физик, математик, инженер. Его 8-разрядная машина сохранилась до наших дней.
От замечательного курьёза, каким восприняли современники машину Паскаля, до создания практически полезного и широко используемого агрегата – арифмометра (механического вычислительного устройства, способного выполнять 4 арифметических действия) – прошло почти 250 лет. Уже в начале XIX века уровень развития ряда наук и областей практической деятельности (математики, механики, астрономии, инженерных наук, навигации и др.) был столь высок, что они настоятельнейшим образом требовали выполнения огромного объёма вычислений, выходящих за пределы возможностей человека, не вооружённого соответствующей техникой. Над её созданием и совершенствованием работали как выдающиеся учёные с мировой известностью, так и сотни людей, имена многих из которых до нас не дошли, посвятивших свою жизнь конструированию механических вычислительных устройств.
Ещё в 70-х годах XX века на полках магазинов стояли механические арифмометры и их “ближайшие родственники”, снабжённые электрическим приводом – электромеханические клавишные вычислительные машины. Как это часто бывает, они довольно долго удивительным образом соседствовали с техникой совершенного уровня – автоматическими цифровыми вычислительными машинами (АЦВМ), которые в просторечии чаще называют ЭВМ (хотя, строго говоря, эти понятия не совсем совпадают). История АЦВМ восходит ещё к первой половине XIX века и связана с именем замечательного английского математика и инженера Чарльза Бэббиджа. Им в 1822 г. была спроектирована и почти 30 лет строилась и совершенствовалась машина, названная вначале “разностной”, а затем, после многочисленных усовершенствований проекта, “аналитической”. В “аналитическую” машину были заложены принципы, ставшие фундаментальными для вычислительной техники.
Автоматическое выполнение операций.
Для выполнения расчётов большого объёма существенно не только то, как быстро выполняется отдельная арифметическая операция, но и то, чтобы между операциями не было “зазоров”, требующих непосредственного человеческого вмешательства. Например, большинство современных калькуляторов не удовлетворяют этому требованию, хотя каждое доступное им действие выполняют очень быстро. Необходимо, чтобы операции следовали одна за другой безостановочно.
Работа по вводимой “на ходу” программе.
Для автоматического выполнения операций программа должна вводится в исполнительное устройство со скоростью, соизмеримой со скоростью выполнения операций. Бэббидж предложил использовать для предварительной записи программ и ввода их в машину перфокарты, которые к тому времени применялись для управления ткацкими станками.
Необходимость специального устройства – памяти – для хранения данных (Бэббидж назвал его “складом”).
Эти революционные идеи натолкнулись на невозможность их реализации на основе механической техники, ведь до появления первого электромотора оставалось почти полвека, а первой электронной радиолампы – почти век! Они настолько опередили своё время, что были в значительной мере забыты и переоткрыты в следующем столетии.
Впервые автоматически действующие вычислительные устройства появились в середине XX века. Это стало возможным благодаря использованию наряду с механическими конструкциями электромеханических реле. Работы над релейными машинами начались в 30-е годы и продолжались с переменным успехом до тех пор, пока в 1944 г. под руководством Говарда Айкена – американского математика и физика – на фирме IBM (International Business Machines) не была запущена машина “Марк-1”, впервые реализовавшая идеи Бэббиджа (хотя разработчики, по-видимому, не были с ним знакомы). Для представления чисел в ней были использованы механические элементы (счётные колёса), для управления – электромеханические. Одна из самых мощных релейных машин РВМ-1 была в начале 50-х годов построена в СССР под руководством Н.И.Бессонова; она выполняла до 20 умножений в секунду с достаточно длинными двоичными числами.
Однако, появление релейных машин безнадежно запоздало и они очень быстро вытеснены электронными, гораздо более производительными и надёжными.
Развитие элементной базы компьютеров
Как было отмечено выше, история современных компьютеров насчитывает пять поколений. Условно выделяют соответственно, и пять периодов развития компьютерной техники. Интересно посмотреть, какие же ключевые события происходили в эти периоды и какие открытия приводили к смене компьютерных поколений.
Начало 50-х – конец 50-х.
Появление и расцвет компьютеров первого поколения (элементарная база: электронные лампы), программирование в кодах. Именно в этот период был изобретён транзистор.
Считается, что прародителями первого современного компьютера были Джон Апанасофф (автор проекта) и Клиффорд Герри (конструктор первого компьютера). Компьютер был назван АВС. Разработка проекта началась в 1939 году, а закончилась созданием опытного образца в 1942 году. Однако многие эксперты датой рождения компьютеров первого поколения считают 1944 год, когда был построен компьютер “Марк-1”, получивший мировую известность. Это была машина внушительных размеров – около 17 метров в длину, содержащая 75000 электронных рамп и 3000 механических реле. Данный компьютер производил вычисления с точностью до 23 значащих цифр и при этом выполнял операцию сложения за 3 секунды, а деления – за 12 секунд. Таким образом (имея в виду, что мы привыкли считать вычислительную мощность в количестве вычислений в секунду), у этого компьютера данный показатель был меньше единицы!
Вскоре появился ещё один компьютер, который завоевал мировую известность, — ENIAC (авторы проекта – Джон Мочли и Преспер Эккерт). К началу 50-х ламповые компьютеры получили широкое распространение. Они потребляли большое количество энергии, были крайне несовершенны, однако факт их появления трудно переоценить с точки зрения развития всех последующих поколений ЭВМ.
Практическое применение изобретённого в 1947 году транзистора с конца 50-х оказало решающее воздействие на развитие вычислительной техники. Это открытие определило сущность второго поколения компьютеров – компьютеров на базе полупроводниковых элементов. Исследованием полупроводников занимались многие учёные, однако наиболее известны эксперименты Уильяма Бедфорда Шокли 1947 года; именно эта дата фигурирует в большинстве источников как дата изобретения транзистора. В 1956 году за труды в области полупроводниковой техники Бедфорду Шокли была присуждена Нобелевская премия. Однако использование ламповых компьютеров продолжалось вплоть до начала 70-х годов.
С начала 50-х ламповые машины стали достаточно быстро совершенствоваться. Это направление активно развивалось в СССР. В 1950 году была запущена в эксплуатацию ЭЦВМ МЭСМ (Малая электронная счётная машина), которая производила уже более 100 операций в секунду. А ещё через два года появилась ЭВМ БЭСМ (10 000 операций в секунду). Важное событие произошло в 1955 году: под руководством главного конструктора Г.Амдала в компании IBM была разработана первая коммерческая ЭВМ с аппаратной плавающей арифметикой.
С конца 50-х годов начинают внедрятся полупроводниковые технологии. Например, в 1958 году в СССР была разработана ЭВМ М-20 на ламповых и полупроводниковых элементах.
Конец 50-х – середина 60-х.
Продолжается выпуск ламповых машин. Начинается внедрение полупроводниковых элементов, появляются компьютеры второго поколения: компьютеры уменьшились в размерах, появились так называемые мини-компьютеры, начали применятся алгоритмические языки.
В 1960 году в СССР была разработана первая отечественная полупроводниковая управляющая машина “Днепр”. Полупроводниковые технологии позволили не только повысить надежность, но и существенно уменьшить габариты машин. В начале 60-х компания DEC разработала свой первый мини-компьютер PDP-1, а через два года начались продажи компьютеров PDP-5. Параллельно наращивалась вычислительная мощность компьютеров: и 1962 году IBM разработала для ядерной лаборатории в Лос-Аламосе модель 7030; и 1964 году Сеймур Крей создал ЭВМ CDC 6000, которая и в течение нескольких лет была самым производительным компьютером в мире. А годом позже в СССР появился первый суперкомпьютер БЭСМ 6, который имел производительность 1 млн. операций в секунду. (Примерно в тот же период IBM разработала свои системы IBM System 360.) В это время у нас наблюдалось бурное развитие техники: был начат выпуск знаменитых машин “Минск-32”, “Наири” и семейства “Уралов”.
Середина 60-х – середина 70-х.
Появление так называемой малой степени интеграции (small scale integration) – интегральных микросхем и, соответственно, возникновение компьютеров третьего поколения. Дальнейшее уменьшение габаритов, доступ с удалённых терминалов. В этот период появляется первый микропроцессор.
В 1965 году был выпущен массовый мини-компьютер PDP-8. До конца 60-х были разработаны модели PDP-10 и первого 16-разрядного мини-компьютера PDP-11/20. IBM начинает выпуск первого компьютера из семейства System 370. В 1970-м Intel выпустила первую доступную на рынке микросхему динамической памяти. Особенно важные результаты принёс 1969-й: в этом году сотрудник Intel Тед Хофф изобрёл микропроцессор. В 1970 году другой сотрудник Intel Фредерико Фагин начал работы по проектированию микропроцессора. А через год появился первый в мире четырёхразрядный микропроцессор Intel 4004, содержащий 2300 транзисторов на кристалле, его тактовая частота составляла 108 кГц, быстродействие 60 000 операций в секунду, адресуемая память 640 байт, цена 200 $. Основными разработчиками проекта являлись Боб Нойс, Гордон Мур и Энди Гроув, документация была написана Адамом Осборном. Ещё через год Intel разработала восьмиразрядный процессор 8008 для корпорации Computer Terminal Corp (тактовая частота 108 кГц, 3500 транзисторов, адресное пространство 16 Кбайт). Начиная с данного процессора, Intel удерживает лидерство в области развития микропроцессорной техники и постоянно предлагает на рынок всё более производительные процессоры. Говоря об отечественной компьютерной промышленности, следует сказать, что с начала 70-х в СССР началось производство машин Единой Серии, которые сыграли существенную роль в развитии отечественной вычислительной техники, — ЕС-1020 (1971), ЕС-1030 (1972), ЕС-1050 (1973).
Середина 70-х – середина 80-х.
Появляются компьютеры четвёртого поколения на базе микропроцессоров. Получают распространение персональные компьютеры, имеет место их массовое производство и потребление. Наряду с созданием дешёвых микро-ЭВМ совершенствуются многопроцессорные мощные вычислительные системы.
В 1974 году на базе процессора Intel 8080 был спроектирован компьютер “Альтаир 8800”, который некоторые эксперты называют первым персональным компьютером в истории развития техники. Через год после выхода процессора Intel 8080 Motorola выпустила свой 8-разрядный процессор 6800, получивший широкое распространение.
Следующее важное событие, которое способствовало широкому распространению будущих “домашних” компьютеров, — появление в1977 году компьютера Apple II компании Apple Computer Corporation на процессоре 6502. Это был первый прообраз современного мультимедийного компьютера, который предоставлял возможности цветной графики и звука.
В 1978 году Intel анонсировала процессор 8086, открывший счёт семейству процессоров 80*86. Чип имел 16-разрядные регистры, 20-разрядный адрес, возможность адресовать до 1 Мбайт ОЗУ и обладал тактовой частотой 4-10 МГц.
В последующие два года произошли события, определившие развитие наиболее массового персонального компьютера IBM PC. В 1979 году Intel анонсировала микропроцессор i8088. Этот чип мог физически адресовать область памяти в 1 Мбайт. Первоначально микропроцессор i8088 работал с частотой 4,77 МГц и имел быстродействие около 0,33 млн. инструкций в секунду. Именно этот процессор в 1981 году фирма IBM выбрала для своего исторического компьютера IBM 5150 Personal Computer, который большинством экспертов признаётся первым персональным компьютером в мире.
В 1982 году была основана компания Sun Microsystems, которая впоследствии внесла огромный вклад в создание “сетевого компьютера”. В СССР в начале 80-х был налажен выпуск машин ЕС-1045, появились машины СМ-14 10, СМ-14 20. В этот период шли разработки отечественного персонального компьютера ПЭВМ “Агат”, который серийно начал выпускаться с 1985 года.
С середины 80-х начинается эпоха пятого поколения компьютеров. Элементная база: сверхбольшие интегральные схемы СБИС, резкий рост вычислительной мощности компьютеров, широкомасштабное внедрение компьютерных сетей.
Переход к компьютерам пятого поколения, прежде всего, проявился в колоссальной миниатюризации элементной базы и в наращивании вычислительной мощности и памяти компьютеров. При сохранении понятия “микропроцессор” количественные изменения привели к качественно новым возможностям. Чтобы понять эффект перехода к компьютерам пятого поколения, уместно привести высказывание Дейвида Арнольда, который в 1988 году прокомментировал известное выражение о том, что если бы производительность автомобильной промышленности возрастала с такой же скоростью, как компьютерная, то “роллс-ройс” смог бы проехать 3 млн. миль на одном галлоне бензина. В частности, он сказал: “Теперь (в 1988 году) и половины унции бензина (15 г) хватило бы на всю жизнь машины, а цена роллс-ройса не составляла бы и одного доллара”.
Список литературы
Леонтьев В., Новейшая энциклопедия персонального компьютера – М: ОЛМО – ПРЕСС, 1999 – 640 с.
Рязанцев О., Лучшие издания на российском рынке // Компьютер-ПРЕСС – 1999.-№1 и №4.
Журнал, Компьютер-пресс. 2000г. №1 10-14с.
Шафрин Ю.А. Информационные технологии Ч1-М.
ЭВМ появились, когда возникла острейшая необходимость в очень трудоемких и точных расчетах, особенно в таких областях науки и техники, как атомная физика и теория динамик полета и управления летательными аппаратами, в исследовании аэродинамики больших скоростей. Между тем доэлектронная вычислительная техника (механическая и электромеханическая) позволяла только в ограниченной степени механизировать процессы вычислений. Требовался переход к элементам, работающим в более быстром темпе.
Технические предпосылки для этого уже были созданы: развивалась электроника и счетно-аналитическая вычислительная техника. Идеи создания электронных вычислительных машин возникли в конце 30-х – начале 40-х гг. независимо друг от друга в четырех странах: СССР, США, Великобритании и Германии. Во время второй мировой войны (с 1939 по 1945г.) были построены несколько первых электромеханических компьютеров. Первым электронным компьютером стал английский COLOSSUS-1, использующийся для расшифровки секретного кода, который применяла Германия для передачи сообщений особой важности.
Аналоговые вычислительные машины (АВМ).
В АВМ все математические величины представляются как непрерывные значения каких-либо физических величин. Главным образом, в качестве машинной переменной выступает напряжение электрической цепи. Их изменения происходят по тем же законам, что и изменения заданных функций. В этих машинах используется метод математического моделирования (создаётся модель исследуемого объекта). Результаты решения выводятся в виде зависимостей электрических напряжений в функции времени на экран осциллографа или фиксируются измерительными приборами. Основным назначением АВМ является решение линейных и дифференцированных уравнений.
Электронные вычислительные машины (ЭВМ).
В отличие от АВМ, в ЭВМ числа представляются в виде последовательности цифр. В современных ЭВМ числа представляются в виде кодов двоичных эквивалентов, то есть в виде комбинаций 1 и 0. В ЭВМ осуществляется принцип программного управления. ЭВМ можно разделить на цифровые, электрифицированные и счётно-аналитические (перфорационные) вычислительные машины.
ЭВМ разделяются на большие ЭВМ, мини-ЭВМ и микроЭВМ. Они отличаются своей архитектурой, техническими, эксплуатационными и габаритно-весовыми характеристиками, областями применения.
Аналого-цифровые вычислительные машины (АЦВМ).
АЦВМ – это такие машины, которые совмещают в себе достоинства АВМ и ЭВМ. Они имеют такие характеристики, как быстродействие, простота программирования и универсальность. Основной операцией является интегрирование, которое выполняется с помощью цифровых интеграторов.
В АЦВМ числа представляются как в ЭВМ (последовательностью цифр), а метод решения задач как в АВМ (метод математического моделирования).
Поколения ЭВМ.
Можно выделить 4 основные поколения ЭВМ. Но деление компьютерной техники на поколения — весьма условная, нестрогая классификация по степени развития аппаратных и программных средств, а также способов общения с компьютером.
Идея делить машины на поколения вызвана к жизни тем, что за время короткой истории своего развития компьютерная техника проделала большую эволюцию, как в смысле элементной базы (лампы, транзисторы, микросхемы и др.), так и в смысле изменения её структуры, появления новых возможностей, расширения областей применения и характера использования.
Все ЭВМ I-го поколения были сделаны на основе электронных ламп, что делало их ненадежными – лампы приходилось часто менять. Эти компьютеры были огромными, неудобными и слишком дорогими машинами, которые могли приобрести только крупные корпорации и правительства. Лампы потребляли огромное количество электроэнергии и выделяли много тепла. Притом для каждой машины использовался свой язык программирования. Набор команд был небольшой, схема арифметико-логического устройства и устройства управления достаточно проста, программное обеспечение практически отсутствовало. Показатели объема оперативной памяти и быстродействия были низкими. Для ввода-вывода использовались перфоленты, перфокарты, магнитные ленты и печатающие устройства, оперативные запоминающие устройства были реализованы на основе ртутных линий задержки электроннолучевых трубок.
В 1958 г. в ЭВМ были применены полупроводниковые транзисторы, изобретённые в 1948 г. Уильямом Шокли, они были более надёжны, долговечны, малы, могли выполнить значительно более сложные вычисления, обладали большой оперативной памятью. 1 транзистор способен был заменить около 40 электронных ламп и работает с большей скоростью.
Во II-ом поколении компьютеров дискретные транзисторные логические элементы вытеснили электронные лампы. В качестве носителей информации использовались магнитные ленты (“БЭСМ-6″,”Минск-2”, “Урал-14″) и магнитные сердечники, появились высокопроизводительные устройства для работы с магнитными лентами, магнитные барабаны и первые магнитные диски.
В качестве программного обеспечения стали использовать языки программирования высокого уровня, были написаны специальные трансляторы с этих языков на язык машинных команд. Для ускорения вычислений в этих машинах было реализовано некоторое перекрытие команд: последующая команда начинала выполняться до окончания предыдущей.
Устройство ПК.
Внешне компьютер представляет собой несколько отдельных блоков, соединенных между собой кабелями. Его составляющие это вертикально стоящая или лежащая на столе коробка — основной блок, похожее на телевизор устройство; в — монитор, два управляющих элемента — клавиатура и мышь.
Большая часть составляющих компонентов компьютера устанавливается внутрь корпуса основного блока. К днищу (в горизонтальном) или одной из стенок (в вертикальном) крепится материнская плата, в разъемы на ней вставляются платы управляющих контроллеров и за металлические кронштейны крепятся к задней стенке корпуса. В специальные ячейки устанавливаются винчестеры, дисководы и другие накопители. Они плоскими или круглыми кабелями подключаются к соответствующим контроллерам. Корпус (со всеми размещенными в нем компонентами) называется «системным блоком» или «платформой». К разъемам на материнской плате и контроллерах подсоединяются остальные элементы компьютера. На переднюю, панель корпуса выведены средства управления.
Корпус.
Изготавливается из тонкого листового железа, с наружной стороны окрашивается или покрывается тонким слоем пластика. По способу установки бывают вертикальные (типа «Tower» — башня) или горизонтальные. По размеру корпуса подразделяются на несколько типов. Вертикальные: Minitower, Middletower (маленький и средний, устанавливаются на столе) и Bigtower (большой, обычно ставится на пол). Горизонтальные: Desktop (большой); Minidesktop (маленький, иногда его еще называют Baby); Slim — по размеру примерно равен Baby, но тоньше и не допускает вертикальную установку контроллеров (часто используется для размещения одноплатных компьютеров). В последнее время получили распространение корпуса типа Multimedia. Это горизонтальные или вертикальные корпуса со встроенными звуковыми колонками, усилителями и некоторыми другими компонентами. На передней панели корпуса расположены средства управления и индикации.
Блок питания (БП).
Устанавливается внутри корпуса и является его составной частью. Предназначен для преобразования напряжения электросети в уровни, необходимые для работы компьютера, и поддержания установленного потребления мощности по ним. Блок питания формирует следующие уровни: +5 В, -5 В, -12 В, +12 В, GND (земля). В блоках питания АТХ добавляется еще +3,3 В.
На материнскую плату подаются все напряжения, на остальные устройства только +5 В и +12 В. Земляной провод, естественно, необходим везде.
Типовые блоки питания изготавливаются в нескольких вариантах для обеспечения различных номиналов потребляемой мощности: 150 ватт (Вт), 180 Вт, 200 Вт, 230 Вт, 250 Вт.
Отходящие от блока питания провода объединены в пучки, на конце каждого из них закреплен разъем. Они могут быть трех видов и предназначаются для подключения различных устройств
Микропроцессоры.
В каждом вычислителе есть устройство, выполняющее команды управления, логические и арифметические операции: это процессорный блок или просто процессор. В старых компьютерах или больших вычислительных системах он может состоять из нескольких плат и иметь весьма внушительные размеры. В современных компьютерах процессор изготавливается в виде одного или двух кристаллов, упакованных в один корпус. В таком исполнении за свои относительно малые размеры он называется — микропроцессор.
Оперативная память компьютера.
Оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) — основная память компьютера. Это тот блок, который решающим образом влияет на способность системы работать с тем или иным программным обеспечением (ПО). В процессе работы некоторым пользователям придется заниматься организацией структуры оперативной памяти компьютера. Возможно, им придется столкнуться с необходимостью выбора нужных элементов памяти, заменой одних носителей на другие, их совместимостью и кучей других проблем. По этой причине в том, что касается памяти, он должен иметь изрядное разумение (если, конечно, хочет, чтобы его машина работала с максимальной производительностью).
Постоянное запоминающее устройство (ПЗУ).
ПЗУ – память только для чтения. (ROM — Read Only Memory). Изменение содержимого ПЗУ пользователем не предусмотрено (кроме случаев применения для его организации носителей типа flash-память). Содержит программы: начальной загрузки системы — BIOS (Basic Input Output System), начального тестирования — POST (Power On-Self-Test), сохранения и изменения информации в КМОП-памяти — Setup. После отключения питания компьютера содержимое ПЗУ сохраняется.
Ее содержимое может. Меняться пользователем. Задача ОЗУ — размещение набора предназначенных для исполнения программ и обрабатываемых данных. После отключения питания компьютера содержимое ОЗУ теряется.
Микропроцессору доступны (т.е. он может их выполнить) только программы, находящиеся в ОЗУ и ПЗУ. На винчестере, гибких дискетах и других накопителях программы только сохраняются. Сначала они должны быть переписаны в ОЗУ и только после этого могут быть исполнены.
КМОП-память.
Энергонезависимая память, сохраняющая информацию и после отключения питающего напряжения. В нее помещаются данные об устройствах, входящих в состав системы, их параметрах, а также другая, необходимая при каждом запуске и в процессе работы информация. Рядом с микросхемой КМОП-памяти размещается батарейка или микроаккумулятор, обеспечивающие ей автономное питание после выключения компьютера.
Контроллеры.
Принцип «открытой архитектуры» предполагает устройство компьютера, при котором к основному блоку (материнской плате) подключаются остальные элементы. Схемы управления различными системами компьютера (видео, дисковыми накопителями и прочими) выполнены в виде отдельных элементов — контроллеров (адаптеров, карт). Это печатные платы, на которых размещены все необходимые для решения поставленных задач электронные компоненты, установочные разъемы, средства крепления к корпусу и соединения с другими блоками. Для каждой из шин (ISA, EISA, VLB, PCI) существует отдельный набор контроллеров. При подключении они вставляются в системный разъем соответствующего типа, а к ним, в свою очередь, кабелем (круглым) или шлейфом (плоским) подсоединяются управляемые устройства
Для управления винчестерами различных типов выпускались соответствующие контроллеры. Для винчестера типа IDE, кроме уже упомянутой мультйкарты, выпускалась специальная IDE-card. Для винчестеров типа MFM и RLL выпускались карты MFM-card и RLL-card (допускали подключение двух накопителей, часто на них размещали и блок управления дисководами).
Задачу формирования видеосигнала и передачи его на монитор решает специальный блок — видеокарта. Для каждого типа монитора она своя: MDA-, CGA-, Here-, EGA-, VGA-, SVGA-card. Иногда один и тот же контроллер может использоваться для управления работой мониторов двух типов. Например, для мониторов EGA и VGA это EGA/VGA-card.
Материнская (системная) плата.
Материнская плата – основной элемент в модульной структуре компьютера. На ней размещены системные разъемы, в которые вставляются платы контроллеров устройств. На системной плате расположен микропроцессор и набор обеспечивающих его работу микросхем (chipset). Кроме этого, на ней размещены память системы, контроллер клавиатуры и разъем подключения клавиатуры, разъемы подключения проводов от средств индикации и управления с передней панели компьютера
Клавиатура.
Основное средство ввода информации и подачи команд в компьютер. Первые модели клавиатур для компьютеров класса XT имели 84 клавиши. Для следующего поколения AT применялись модификации со 101 клавишей. Долгое время они выпускались в исполнении, допускающем их переключение на режим XT. (Обратной совместимости нет — клавиатура XT не может быть применена в компьютерах 286 и выше). Выпускались 102- и 104-клавишные модификации клавиатур AT — отличие в том, что на них дублируются некоторые кнопки. Для операционной системы Windows 95 фирмой Microsoft была разработана 105-клавишная модель со специальной клавишей.
Количество клавиш на клавиатуре 101-105, поэтому формирование некоторых кодов выполняется путем нажатия комбинации клавиш. Цифровой код клавиши обрабатывается специальной программой (хранящейся в контроллере клавиатуры). В зависимости от того, какая была нажата клавиша (или их комбинация), во время исполнения какой программы, в какой момент, полученный контроллером код интерпретируется как управляющий сигнал или информационный символ (буква, цифра, знак).
Монитор.
Устройство отображения графической и текстовой информации. С системным блоком соединяется интерфейсным кабелем, подключаемым к специальному разъему на плате видеоконтроллера или на системной плате, если компьютер одноплатный.
Кроме интерфейсного кабеля к монитору подсоединяется шнур подачи питающего напряжения. Он бывает съемным или вмонтированным. Напряжение может подаваться напрямую от сети или от блока питания компьютера.
На корпусе монитора (чаще всего на передней панели) размещены средства управления и настройки: кнопка включения, индикатор подачи питания, регуляторы яркости, контрастности, размера по вертикали. Чем современнее модель монитора (в первую очередь это относится к SVGA-устройствам), тем большие возможности по настройке она предоставляет пользователю. Для него стала возможной регулировка размера по горизонтали, исправление эффекта подушкообразности, перемещение изображения по горизонтальным и вертикальным осям и некоторые другие.
Выпускаемые модели мониторов могут различаться по нескольким параметрам:
• по типу (MDA, CGA, EGA, VGA, SVGA);
• по цветности (цветные и черно-белые — монохромные);
• по размеру зерна (0,41; 0,39; 0,31; 0,28; 0,26);
• по размеру экрана (12″, 14″, 15″, 17″, 21″);
• по максимальной частоте кадровой и строчной развертки;
• поддержкой режимов энергосбережения («зеленые»);
• по соответствию стандартам, регламентирующим допустимые нормы электромагнитного излучения («Low Radiation», MPR-II, ТСО и др.
ерна (0,41; 0,39; 0,31; 0,28; 0,26);
• по размеру экрана (12″, 14″, 15″, 17″, 21″);
• по максимальной частоте кадровой и строчной развертки;
• поддержкой режимов энергосбережения («зеленые»);
• по соответствию стандартам, регламентирующим допустимые нормы электромагнитного излучения («Low Radiation», MPR-II, ТСО и др.).
Устройства, подключаемые к ПК.
«Мышь».
Графический манипулятор, дополнительное устройство ввода информации и управления. Частично заменяет собой клавиатуру. Очень удобна для использования в программах с графическим интерфейсом. При работе с текстом (например, в текстовых редакторах) играет вспомогательную роль.
Выпускаются мыши в исполнении с двумя или тремя кнопками. В работе используются две (средняя кнопка в трехклавишной модели не задействована). Для подачи сигналов используется одинарное или двойное нажатие правой или левой кнопки.
При работе в среде DOS для приведения мыши в рабочее состояние применяется специальный программный драйвер. После его активизации на экране появляется курсор (указатель), который будет перемещаться по экрану синхронно с перемещением мыши на столе.
В операционных системах (Windows) и других программах с графическим интерфейсом эта операция выполняется автоматически при запуске, и курсор может иметь другой вид.
Наибольшее распространение получили мыши двух видов: Microsoft и Genius. Внешне они выглядят одинаково (во внутреннем устройстве различия имеются), но для каждой из них требуется свой драйвер. Для Genius это gmouse.com, для Microsoft — pcmouse.com, mouse.com и др. Несовместимость драйверов создавала определенные неудобства, и последние модели Genius построены так, что могут быть инициализированы при помощи обычных драйверов.
Винчестер, жесткий диск, HDD (Hard Disk Drive).
Винчестер – устройство хранения информации (данных и программ, в том числе операционной системы.). Существует несколько типов винчестеров: MFM, RLL, IDE, SCSI.
Накопители MFM и RLL уже устарели и практически полностью вышли из употребления.
Винчестеры IDE шире всего распространены в персональных компьютерах. Они являются относительно недорогими устройствами.
SCSI-накопители стоят дороже, устанавливаются в серверах и системах с высокой производительностью.
Описанию накопителей на жестких дисках далее будет посвящена целая глава (гл. 5).
Дисковод, FDD (Floppy Disk Drive)
Дисковод – устройство считывания (записи) с накопителей на гибких магнитных дисках. В составе компьютера использовались накопители для работы с магнитными дисками размером 5,25″ («большие») емкостью 360 Кбайт или 1,2 Мбайт и размером 3,5” («маленькие») для дискет на 720 Кбайт или 1,44 Мбайт. В настоящее время используются в основном накопители на 1,44 Мбайт.
В компьютере может быть не более двух дисководов. Им присваиваются имена А и В. Если в системе только один дисковод, то он устанавливается как накопитель А. При наличии системной дискеты именно с накопителя А может выполняться начальная загрузка системы.
Подключение дисководов к контроллеру выполняется при помощи 34-проводного плоского кабеля. Дисковод, подсоединенный к одному из концевых разъемов (после «скрутки», если смотреть со стороны контроллера), в системе получает имя А. Второй дисковод, подключается к одному из срединных разъемов (до «скрутки») и в системе будет иметь имя В.
CD-ROM (накопитель, CD-дисковод).
CD-ROM — устройство считывания данных с лазерного диска (CD-диск, компакт-диск). CD-диск имеет диаметр 120 мм, его толщина 1,5…2 мм, информационная емкость равна 650Мбайт.
Занесение информации на диск производится на так называемом «пишущем CD-ROM». Лазерный луч выжигает на диске участки, сохраняющие единицы, и оставляет нетронутыми нулевые участки. Считывание данных выполняется при помощи лазера с длиной волны 780 нм. Контакта между головкой и рабочей поверхностью диска нет, что исключает ее механическое повреждение.
При подключении CD-ROM необходимо использовать специальные программные драйверы. При работе с ними, кроме обычной задачи инициализации аппаратных средств, приходится решать еще одну проблему. Она связана с тем, что на лазерном диске информация размещается иначе, чем на винчестере. По этому при считывании с него необходимо произвести преобразование адресов. Существует несколько предназначенных для этого программ.
Скорость считывания на односкоростном (lx-speed) CD-ROM составляет 150 Кбайт/с. В последующих моделях (2х-, 4х- и т.д.) она кратно увеличивалась и у CD-ROM 8x-speed составляет 1200 Кбайт/с. Например, у CD-ROM 24x- соответствующая этому значению скорость считывания (3600 Кбайт/с) достигается только при обращении к внешним дорожкам. На внутренних она составляет величины порядка 1200… 1800 Кбайт/с. Среднее значение получается равным 2400…2700 Кбайт/с, и оно значительно ниже величины, заявленной в маркировке.
CD-ROM может быть использован для работы с аудио компакт-дисками. В этом случае в компьютер должна быть установлена звуковая плата. Накопитель подключается к ней при помощи специального 4-жильного кабеля, а к аудио контроллеру, в свою очередь, подсоединяются колонки.
DVD (Digital Versatible Disk).
DVD — универсальный цифровой диск. Следующее поколение оптических носителей информации. Термин DVD первоначально расшифровывался как Digital Video Disk, но в связи с тем, что накопитель оказался пригодным для сохранения различных видов информации, интерпретация аббревиатуры была уточнена.
Увеличение объема сохраняемой информации привело к тому, что емкость CD-дисков оказалась недостаточной. Новый носитель разрабатывался исходя из того, что он должен обеспечить сохранение 133-минутного фильма, используя для сжатия видеоизображения алгоритм MPEG-II, и звуковые данные записываются в формате Dolby Digital. Необходимая для этого емкость составила 4,7 Гбайт и суммарный информационный поток при этом составляет 0,6 Мбайт/с. , :
DVD-диск имеет диаметр 120 мм (как и у CD-диска). Емкость одной стороны равна 4,7 Гбайт. Имеются диски, у которых запись возможна с двух сторон, что удваивает емкость. Кроме этого, разработаны модели с двумя рабочими слоями на каждой стороне. Емкость накопителя в этом случае составляет 17,4 Гбайт.
Для считывания информации используется лазер с длиной волны 635 нм и 650 нм. Она меньше, чем у CD-устройств и удобнее для работы с более плотно упакованной информацией на DVD-дисках. Контакта между считывающей головкой и рабочей поверхностью нет.
Первые модели DVD-устройств не могли считывать CD-диски. Позже появились устройства, работающие с обоими типами носителей. Они имеют два лазера с различной длиной излучения (отдельно для CD и DVD) или один, но допускающий перенастройку на нужную длину волны.
Принтеры.
Принтерами называются устройства, с помощью которых информация выводится в печатном, если это текст, или графическом виде на бумагу. Существует несколько типов печатных устройств: ромашковый, матричный, струйный и лазерный. Эпоха ромашковых и матричных принтеров прошла, сейчас используются струйные и лазерные. Ведущий производитель принтеров по всему миру это Hewlett Packard, Canon и Epson.
Модемы.
Модем – устройство связи компьютера через телефонную линию с глобальной сетью Internet или другим компьютером, подключенным так же через модем к телефонной линии. Модемы бывают внутренние, внешние.
Устройства мультимедиа.
Для расширения возможностей компьютера был разработан целый набор специализированных компонентов. Они должны были предоставить пользователю возможность работать в реальном масштабе времени с качественным динамическим изображением, сопровождаемым звуком.
В целом весь этот набор получил название — «устройства мультимедиа» (multimedia). Из его состава чаще всего звуковые платы (Sound Blaster), звуковые колонки (динамики). Существуют еще контроллеры работы с видеомагнитофоном, видеокамерой, различные звукосинтезаторы и другое оборудование. Они пока распространены меньше, но со временем непременно войдут в повседневный обиход.
Звуковая плата, SB (Sound Blaster).
Звуковая плата — устройство для работы со звуком. Обеспечивает вывод сигнала на звуковоспроизводящие элементы (динамик, колонки) или его ввод в компьютер (с микрофона) для обработки и хранения.
Выпускаются в вариантах для подключения к 8- или 16-разрядной шине данных. В настоящее время большинство звуковых плат устанавливаются в ISA-разъемы. Для приведения в рабочее состояние требуются специальные драйверы, входящие в комплект поставки.
Звуковые колонки (динамики).
Колонки — устройства звуковоспроизведения. Бывают двух типов — пассивные и активные. Пассивные колонки не имеют внутреннего усилителя. Подключаются к SP-выходу звуковой платы. Активные — имеют внутренний блок усиления, сигнал для них чаще всего снимается с линейного выхода.
По способу организации звучания аудиосистемы различаются числом источников звука: моно имеют один динамик, стерео — два, квадро — четыре.
С точки зрения пользователя звуковые колонки характеризуются выходной мощностью и диапазоном воспроизводимых частот (диапазоном) воспроизведения.
Диапазон воспроизведения. Человеческое ухо воспринимает колебания частотой от 20 Гц до 20 кГц. В идеале звуковоспроизводящие приборы должны охватывать этот диапазон полностью, но достигается это далеко не в каждом случае.
Программы для компьютера
Для того чтобы организовать работу компьютера, необходимо применение специальных программ. В их задачу входит:
• приведение компьютера в рабочее состояние (загрузка);
• управление его внутренними ресурсами;
• организация структуры размещения данных на накопителях;
• обеспечение доступа к ним.
Эти программы решают задачи, важные для всей системы, для ее правильного функционирования, по этой причине они и были названы системными, а их набор, обеспечивающий решение всего комплекса проблем, операционной системой (ОС).
Операционная система — прослойка между аппаратной частью компьютера и пользователем, это душа в компьютерном теле. Кроме решения перечисленных задач ОС предоставляет в помощь пользователю набор стандартных инструментов (утилит) и упрощает процесс использования инструментов специальных — прикладного пользовательского ПО.
Структура операционной системы
Операционная система состоит из нескольких отдельных программных блоков (модулей). Одни из них находятся в ПЗУ на материнской плате, другие размещаются на дисковом накопителе.
Комплекс резидентных программ, хранящихся в блоке ПЗУ, носит универсальный характер и не является частью какой-либо одной операционной системы. В задачу этих программ входит выполнение функций базового ввода-вывода и инициализация аппаратных элементов, общих для всех компьютеров данного типа. Резидентные программы образуют фундамент, на котором строится любая операционная система.
Другая часть программных модулей ОС размещается на винчестере (или другом дисковом накопителе). Они образуют ее основную часть. Эти программы в понимания пользователя и есть собственно операционная система.
Для связи резидентных программ с основной частью ОС специальная программа, находящаяся в ПЗУ, обращается по фиксированному адресу к дисковому накопителю. С этого адреса на винчестере размещается программа, начинающая загрузку операционной системы.
После того, как исходный вариант набора программ, составляющих ОС, готов, начинается долгий этап выявления ошибок. Сначала фирма проводит тестирование самостоятельно. Затем рабочая версия операционной системы передается для опытной эксплуатации некоторым фирмам. Все они считают делом своего престижа найти в проверяемой системе ошибки, а это от них и требуется.
По прошествии некоторого времени информация о найденных ошибках суммируется. В рабочий вариант системы вносятся исправления и улучшения. После этого пользователям может быть предложена первая версия ОС. В ней будут обнаруживаться новые ошибки, будут выходить устраняющие их новые варианты системы. Только после нескольких лет широкой эксплуатации может быть получена стабильно работающая операционная система, да и то в ней наверняка будут еще не выявленные ошибки и недочеты, устранить которые удастся только при создании уже следующей версии ОС.
С его помощью теперь можно общаться даже с людьми, находящимися на другом конце Земли. Мне кажется, это очень удобно, ведь так можно заводить друзей из других стран. Некоторым даже удается найти давно потерянных родственников.
Кое-кто уверен, что компьютер вреден для человека, особенно для детей, что он крадет наше время. Однако я думаю иначе. Конечно, долгое пассивное сидение перед монитором вредно и для зрения, и для позвоночника. Человек даже может деградировать, если будет уделять большую часть своего времени машине. Но если распределить время правильно и поставить себе определенные цели, то вреда можно избежать.
Важно не использовать это полезное изобретение только лишь для развлечения. С его помощью нужно искать и обрабатывать информацию. Моя мама, к примеру, работает на компьютере. Она архитектор и создает с его помощью чертежи и визуализации. Так значительно удобнее, чем когда это приходилось делать вручную.
Для меня, как и для многих, компьютер имеет большое значение, но он не заменяет мне простого общения с друзьями, похода в кино или чтения книг. Я спокойно могу обойтись без него, пока мне не понадобится написать реферат или найти какую-нибудь информацию. Важно помнить, что машина не может заменить человеку реальную жизнь. Компьютер нужно рассматривать как помощника, а не как единственного друга. Тогда, я уверен, из него можно будет извлечь максимум пользы и не попасть под дурное влияние.
ЭВМ появились, когда возникла острейшая необходимость в очень трудоемких и точных расчетах, особенно в таких областях науки и техники, как атомная физика и теория динамик полета и управления летательными аппаратами, в исследовании аэродинамики больших скоростей. Между тем доэлектронная вычислительная техника (механическая и электромеханическая) позволяла только в ограниченной степени механизировать процессы вычислений. Требовался переход к элементам, работающим в более быстром темпе.
Технические предпосылки для этого уже были созданы: развивалась электроника и счетно-аналитическая вычислительная техника. Идеи создания электронных вычислительных машин возникли в конце 30-х – начале 40-х гг. независимо друг от друга в четырех странах: СССР, США, Великобритании и Германии. Во время второй мировой войны (с 1939 по 1945г.) были построены несколько первых электромеханических компьютеров. Первым электронным компьютером стал английский COLOSSUS-1, использующийся для расшифровки секретного кода, который применяла Германия для передачи сообщений особой важности.
Аналоговые вычислительные машины (АВМ).
В АВМ все математические величины представляются как непрерывные значения каких-либо физических величин. Главным образом, в качестве машинной переменной выступает напряжение электрической цепи. Их изменения происходят по тем же законам, что и изменения заданных функций. В этих машинах используется метод математического моделирования (создаётся модель исследуемого объекта). Результаты решения выводятся в виде зависимостей электрических напряжений в функции времени на экран осциллографа или фиксируются измерительными приборами. Основным назначением АВМ является решение линейных и дифференцированных уравнений.
Электронные вычислительные машины (ЭВМ).
В отличие от АВМ, в ЭВМ числа представляются в виде последовательности цифр. В современных ЭВМ числа представляются в виде кодов двоичных эквивалентов, то есть в виде комбинаций 1 и 0. В ЭВМ осуществляется принцип программного управления. ЭВМ можно разделить на цифровые, электрифицированные и счётно-аналитические (перфорационные) вычислительные машины.
ЭВМ разделяются на большие ЭВМ, мини-ЭВМ и микроЭВМ. Они отличаются своей архитектурой, техническими, эксплуатационными и габаритно-весовыми характеристиками, областями применения.
Аналого-цифровые вычислительные машины (АЦВМ).
АЦВМ – это такие машины, которые совмещают в себе достоинства АВМ и ЭВМ. Они имеют такие характеристики, как быстродействие, простота программирования и универсальность. Основной операцией является интегрирование, которое выполняется с помощью цифровых интеграторов.
В АЦВМ числа представляются как в ЭВМ (последовательностью цифр), а метод решения задач как в АВМ (метод математического моделирования).
Поколения ЭВМ.
Можно выделить 4 основные поколения ЭВМ. Но деление компьютерной техники на поколения — весьма условная, нестрогая классификация по степени развития аппаратных и программных средств, а также способов общения с компьютером.
Идея делить машины на поколения вызвана к жизни тем, что за время короткой истории своего развития компьютерная техника проделала большую эволюцию, как в смысле элементной базы (лампы, транзисторы, микросхемы и др.), так и в смысле изменения её структуры, появления новых возможностей, расширения областей применения и характера использования.
Все ЭВМ I-го поколения были сделаны на основе электронных ламп, что делало их ненадежными – лампы приходилось часто менять. Эти компьютеры были огромными, неудобными и слишком дорогими машинами, которые могли приобрести только крупные корпорации и правительства. Лампы потребляли огромное количество электроэнергии и выделяли много тепла. Притом для каждой машины использовался свой язык программирования. Набор команд был небольшой, схема арифметико-логического устройства и устройства управления достаточно проста, программное обеспечение практически отсутствовало. Показатели объема оперативной памяти и быстродействия были низкими. Для ввода-вывода использовались перфоленты, перфокарты, магнитные ленты и печатающие устройства, оперативные запоминающие устройства были реализованы на основе ртутных линий задержки электроннолучевых трубок.
В 1958 г. в ЭВМ были применены полупроводниковые транзисторы, изобретённые в 1948 г. Уильямом Шокли, они были более надёжны, долговечны, малы, могли выполнить значительно более сложные вычисления, обладали большой оперативной памятью. 1 транзистор способен был заменить около 40 электронных ламп и работает с большей скоростью.
Во II-ом поколении компьютеров дискретные транзисторные логические элементы вытеснили электронные лампы. В качестве носителей информации использовались магнитные ленты (“БЭСМ-6″,”Минск-2”, “Урал-14″) и магнитные сердечники, появились высокопроизводительные устройства для работы с магнитными лентами, магнитные барабаны и первые магнитные диски.
В качестве программного обеспечения стали использовать языки программирования высокого уровня, были написаны специальные трансляторы с этих языков на язык машинных команд. Для ускорения вычислений в этих машинах было реализовано некоторое перекрытие команд: последующая команда начинала выполняться до окончания предыдущей.
Устройство ПК.
Внешне компьютер представляет собой несколько отдельных блоков, соединенных между собой кабелями. Его составляющие это вертикально стоящая или лежащая на столе коробка — основной блок, похожее на телевизор устройство; в — монитор, два управляющих элемента — клавиатура и мышь.
Большая часть составляющих компонентов компьютера устанавливается внутрь корпуса основного блока. К днищу (в горизонтальном) или одной из стенок (в вертикальном) крепится материнская плата, в разъемы на ней вставляются платы управляющих контроллеров и за металлические кронштейны крепятся к задней стенке корпуса. В специальные ячейки устанавливаются винчестеры, дисководы и другие накопители. Они плоскими или круглыми кабелями подключаются к соответствующим контроллерам. Корпус (со всеми размещенными в нем компонентами) называется «системным блоком» или «платформой». К разъемам на материнской плате и контроллерах подсоединяются остальные элементы компьютера. На переднюю, панель корпуса выведены средства управления.
Корпус.
Изготавливается из тонкого листового железа, с наружной стороны окрашивается или покрывается тонким слоем пластика. По способу установки бывают вертикальные (типа «Tower» — башня) или горизонтальные. По размеру корпуса подразделяются на несколько типов. Вертикальные: Minitower, Middletower (маленький и средний, устанавливаются на столе) и Bigtower (большой, обычно ставится на пол). Горизонтальные: Desktop (большой); Minidesktop (маленький, иногда его еще называют Baby); Slim — по размеру примерно равен Baby, но тоньше и не допускает вертикальную установку контроллеров (часто используется для размещения одноплатных компьютеров). В последнее время получили распространение корпуса типа Multimedia. Это горизонтальные или вертикальные корпуса со встроенными звуковыми колонками, усилителями и некоторыми другими компонентами. На передней панели корпуса расположены средства управления и индикации.
Блок питания (БП).
Устанавливается внутри корпуса и является его составной частью. Предназначен для преобразования напряжения электросети в уровни, необходимые для работы компьютера, и поддержания установленного потребления мощности по ним. Блок питания формирует следующие уровни: +5 В, -5 В, -12 В, +12 В, GND (земля). В блоках питания АТХ добавляется еще +3,3 В.
На материнскую плату подаются все напряжения, на остальные устройства только +5 В и +12 В. Земляной провод, естественно, необходим везде.
Типовые блоки питания изготавливаются в нескольких вариантах для обеспечения различных номиналов потребляемой мощности: 150 ватт (Вт), 180 Вт, 200 Вт, 230 Вт, 250 Вт.
Отходящие от блока питания провода объединены в пучки, на конце каждого из них закреплен разъем. Они могут быть трех видов и предназначаются для подключения различных устройств
Микропроцессоры.
В каждом вычислителе есть устройство, выполняющее команды управления, логические и арифметические операции: это процессорный блок или просто процессор. В старых компьютерах или больших вычислительных системах он может состоять из нескольких плат и иметь весьма внушительные размеры. В современных компьютерах процессор изготавливается в виде одного или двух кристаллов, упакованных в один корпус. В таком исполнении за свои относительно малые размеры он называется — микропроцессор.
Оперативная память компьютера.
Оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) — основная память компьютера. Это тот блок, который решающим образом влияет на способность системы работать с тем или иным программным обеспечением (ПО). В процессе работы некоторым пользователям придется заниматься организацией структуры оперативной памяти компьютера. Возможно, им придется столкнуться с необходимостью выбора нужных элементов памяти, заменой одних носителей на другие, их совместимостью и кучей других проблем. По этой причине в том, что касается памяти, он должен иметь изрядное разумение (если, конечно, хочет, чтобы его машина работала с максимальной производительностью).
Постоянное запоминающее устройство (ПЗУ).
ПЗУ – память только для чтения. (ROM — Read Only Memory). Изменение содержимого ПЗУ пользователем не предусмотрено (кроме случаев применения для его организации носителей типа flash-память). Содержит программы: начальной загрузки системы — BIOS (Basic Input Output System), начального тестирования — POST (Power On-Self-Test), сохранения и изменения информации в КМОП-памяти — Setup. После отключения питания компьютера содержимое ПЗУ сохраняется.
Ее содержимое может. Меняться пользователем. Задача ОЗУ — размещение набора предназначенных для исполнения программ и обрабатываемых данных. После отключения питания компьютера содержимое ОЗУ теряется.
Микропроцессору доступны (т.е. он может их выполнить) только программы, находящиеся в ОЗУ и ПЗУ. На винчестере, гибких дискетах и других накопителях программы только сохраняются. Сначала они должны быть переписаны в ОЗУ и только после этого могут быть исполнены.
КМОП-память.
Энергонезависимая память, сохраняющая информацию и после отключения питающего напряжения. В нее помещаются данные об устройствах, входящих в состав системы, их параметрах, а также другая, необходимая при каждом запуске и в процессе работы информация. Рядом с микросхемой КМОП-памяти размещается батарейка или микроаккумулятор, обеспечивающие ей автономное питание после выключения компьютера.
Контроллеры.
Принцип «открытой архитектуры» предполагает устройство компьютера, при котором к основному блоку (материнской плате) подключаются остальные элементы. Схемы управления различными системами компьютера (видео, дисковыми накопителями и прочими) выполнены в виде отдельных элементов — контроллеров (адаптеров, карт). Это печатные платы, на которых размещены все необходимые для решения поставленных задач электронные компоненты, установочные разъемы, средства крепления к корпусу и соединения с другими блоками. Для каждой из шин (ISA, EISA, VLB, PCI) существует отдельный набор контроллеров. При подключении они вставляются в системный разъем соответствующего типа, а к ним, в свою очередь, кабелем (круглым) или шлейфом (плоским) подсоединяются управляемые устройства
Для управления винчестерами различных типов выпускались соответствующие контроллеры. Для винчестера типа IDE, кроме уже упомянутой мультйкарты, выпускалась специальная IDE-card. Для винчестеров типа MFM и RLL выпускались карты MFM-card и RLL-card (допускали подключение двух накопителей, часто на них размещали и блок управления дисководами).
Задачу формирования видеосигнала и передачи его на монитор решает специальный блок — видеокарта. Для каждого типа монитора она своя: MDA-, CGA-, Here-, EGA-, VGA-, SVGA-card. Иногда один и тот же контроллер может использоваться для управления работой мониторов двух типов. Например, для мониторов EGA и VGA это EGA/VGA-card.
Материнская (системная) плата.
Материнская плата – основной элемент в модульной структуре компьютера. На ней размещены системные разъемы, в которые вставляются платы контроллеров устройств. На системной плате расположен микропроцессор и набор обеспечивающих его работу микросхем (chipset). Кроме этого, на ней размещены память системы, контроллер клавиатуры и разъем подключения клавиатуры, разъемы подключения проводов от средств индикации и управления с передней панели компьютера
Клавиатура.
Основное средство ввода информации и подачи команд в компьютер. Первые модели клавиатур для компьютеров класса XT имели 84 клавиши. Для следующего поколения AT применялись модификации со 101 клавишей. Долгое время они выпускались в исполнении, допускающем их переключение на режим XT. (Обратной совместимости нет — клавиатура XT не может быть применена в компьютерах 286 и выше). Выпускались 102- и 104-клавишные модификации клавиатур AT — отличие в том, что на них дублируются некоторые кнопки. Для операционной системы Windows 95 фирмой Microsoft была разработана 105-клавишная модель со специальной клавишей.
Количество клавиш на клавиатуре 101-105, поэтому формирование некоторых кодов выполняется путем нажатия комбинации клавиш. Цифровой код клавиши обрабатывается специальной программой (хранящейся в контроллере клавиатуры). В зависимости от того, какая была нажата клавиша (или их комбинация), во время исполнения какой программы, в какой момент, полученный контроллером код интерпретируется как управляющий сигнал или информационный символ (буква, цифра, знак).
Монитор.
Устройство отображения графической и текстовой информации. С системным блоком соединяется интерфейсным кабелем, подключаемым к специальному разъему на плате видеоконтроллера или на системной плате, если компьютер одноплатный.
Кроме интерфейсного кабеля к монитору подсоединяется шнур подачи питающего напряжения. Он бывает съемным или вмонтированным. Напряжение может подаваться напрямую от сети или от блока питания компьютера.
На корпусе монитора (чаще всего на передней панели) размещены средства управления и настройки: кнопка включения, индикатор подачи питания, регуляторы яркости, контрастности, размера по вертикали. Чем современнее модель монитора (в первую очередь это относится к SVGA-устройствам), тем большие возможности по настройке она предоставляет пользователю. Для него стала возможной регулировка размера по горизонтали, исправление эффекта подушкообразности, перемещение изображения по горизонтальным и вертикальным осям и некоторые другие.
Выпускаемые модели мониторов могут различаться по нескольким параметрам:
• по типу (MDA, CGA, EGA, VGA, SVGA);
• по цветности (цветные и черно-белые — монохромные);
• по размеру зерна (0,41; 0,39; 0,31; 0,28; 0,26);
• по размеру экрана (12″, 14″, 15″, 17″, 21″);
• по максимальной частоте кадровой и строчной развертки;
• поддержкой режимов энергосбережения («зеленые»);
• по соответствию стандартам, регламентирующим допустимые нормы электромагнитного излучения («Low Radiation», MPR-II, ТСО и др.).
Устройства, подключаемые к ПК.
«Мышь».
Графический манипулятор, дополнительное устройство ввода информации и управления. Частично заменяет собой клавиатуру. Очень удобна для использования в программах с графическим интерфейсом. При работе с текстом (например, в текстовых редакторах) играет вспомогательную роль.
Выпускаются мыши в исполнении с двумя или тремя кнопками. В работе используются две (средняя кнопка в трехклавишной модели не задействована). Для подачи сигналов используется одинарное или двойное нажатие правой или левой кнопки.
При работе в среде DOS для приведения мыши в рабочее состояние применяется специальный программный драйвер. После его активизации на экране появляется курсор (указатель), который будет перемещаться по экрану синхронно с перемещением мыши на столе.
В операционных системах (Windows) и других программах с графическим интерфейсом эта операция выполняется автоматически при запуске, и курсор может иметь другой вид.
Наибольшее распространение получили мыши двух видов: Microsoft и Genius. Внешне они выглядят одинаково (во внутреннем устройстве различия имеются), но для каждой из них требуется свой драйвер. Для Genius это gmouse.com, для Microsoft — pcmouse.com, mouse.com и др. Несовместимость драйверов создавала определенные неудобства, и последние модели Genius построены так, что могут быть инициализированы при помощи обычных драйверов.
Винчестер, жесткий диск, HDD (Hard Disk Drive).
Винчестер – устройство хранения информации (данных и программ, в том числе операционной системы.). Существует несколько типов винчестеров: MFM, RLL, IDE, SCSI.
Накопители MFM и RLL уже устарели и практически полностью вышли из употребления.
Винчестеры IDE шире всего распространены в персональных компьютерах. Они являются относительно недорогими устройствами.
SCSI-накопители стоят дороже, устанавливаются в серверах и системах с высокой производительностью.
Описанию накопителей на жестких дисках далее будет посвящена целая глава (гл. 5).
Дисковод, FDD (Floppy Disk Drive)
Дисковод – устройство считывания (записи) с накопителей на гибких магнитных дисках. В составе компьютера использовались накопители для работы с магнитными дисками размером 5,25″ («большие») емкостью 360 Кбайт или 1,2 Мбайт и размером 3,5” («маленькие») для дискет на 720 Кбайт или 1,44 Мбайт. В настоящее время используются в основном накопители на 1,44 Мбайт.
В компьютере может быть не более двух дисководов. Им присваиваются имена А и В. Если в системе только один дисковод, то он устанавливается как накопитель А. При наличии системной дискеты именно с накопителя А может выполняться начальная загрузка системы.
Подключение дисководов к контроллеру выполняется при помощи 34-проводного плоского кабеля. Дисковод, подсоединенный к одному из концевых разъемов (после «скрутки», если смотреть со стороны контроллера), в системе получает имя А. Второй дисковод, подключается к одному из срединных разъемов (до «скрутки») и в системе будет иметь имя В.
CD-ROM (накопитель, CD-дисковод).
CD-ROM — устройство считывания данных с лазерного диска (CD-диск, компакт-диск). CD-диск имеет диаметр 120 мм, его толщина 1,5…2 мм, информационная емкость равна 650Мбайт.
Занесение информации на диск производится на так называемом «пишущем CD-ROM». Лазерный луч выжигает на диске участки, сохраняющие единицы, и оставляет нетронутыми нулевые участки. Считывание данных выполняется при помощи лазера с длиной волны 780 нм. Контакта между головкой и рабочей поверхностью диска нет, что исключает ее механическое повреждение.
При подключении CD-ROM необходимо использовать специальные программные драйверы. При работе с ними, кроме обычной задачи инициализации аппаратных средств, приходится решать еще одну проблему. Она связана с тем, что на лазерном диске информация размещается иначе, чем на винчестере. По этому при считывании с него необходимо произвести преобразование адресов. Существует несколько предназначенных для этого программ.
Скорость считывания на односкоростном (lx-speed) CD-ROM составляет 150 Кбайт/с. В последующих моделях (2х-, 4х- и т.д.) она кратно увеличивалась и у CD-ROM 8x-speed составляет 1200 Кбайт/с. Например, у CD-ROM 24x- соответствующая этому значению скорость считывания (3600 Кбайт/с) достигается только при обращении к внешним дорожкам. На внутренних она составляет величины порядка 1200… 1800 Кбайт/с. Среднее значение получается равным 2400…2700 Кбайт/с, и оно значительно ниже величины, заявленной в маркировке.
CD-ROM может быть использован для работы с аудио компакт-дисками. В этом случае в компьютер должна быть установлена звуковая плата. Накопитель подключается к ней при помощи специального 4-жильного кабеля, а к аудио контроллеру, в свою очередь, подсоединяются колонки.
DVD (Digital Versatible Disk).
DVD — универсальный цифровой диск. Следующее поколение оптических носителей информации. Термин DVD первоначально расшифровывался как Digital Video Disk, но в связи с тем, что накопитель оказался пригодным для сохранения различных видов информации, интерпретация аббревиатуры была уточнена.
Увеличение объема сохраняемой информации привело к тому, что емкость CD-дисков оказалась недостаточной. Новый носитель разрабатывался исходя из того, что он должен обеспечить сохранение 133-минутного фильма, используя для сжатия видеоизображения алгоритм MPEG-II, и звуковые данные записываются в формате Dolby Digital. Необходимая для этого емкость составила 4,7 Гбайт и суммарный информационный поток при этом составляет 0,6 Мбайт/с. , :
DVD-диск имеет диаметр 120 мм (как и у CD-диска). Емкость одной стороны равна 4,7 Гбайт. Имеются диски, у которых запись возможна с двух сторон, что удваивает емкость. Кроме этого, разработаны модели с двумя рабочими слоями на каждой стороне. Емкость накопителя в этом случае составляет 17,4 Гбайт.
Для считывания информации используется лазер с длиной волны 635 нм и 650 нм. Она меньше, чем у CD-устройств и удобнее для работы с более плотно упакованной информацией на DVD-дисках. Контакта между считывающей головкой и рабочей поверхностью нет.
Первые модели DVD-устройств не могли считывать CD-диски. Позже появились устройства, работающие с обоими типами носителей. Они имеют два лазера с различной длиной излучения (отдельно для CD и DVD) или один, но допускающий перенастройку на нужную длину волны.
Принтеры.
Принтерами называются устройства, с помощью которых информация выводится в печатном, если это текст, или графическом виде на бумагу. Существует несколько типов печатных устройств: ромашковый, матричный, струйный и лазерный. Эпоха ромашковых и матричных принтеров прошла, сейчас используются струйные и лазерные. Ведущий производитель принтеров по всему миру это Hewlett Packard, Canon и Epson.
Модемы.
Модем – устройство связи компьютера через телефонную линию с глобальной сетью Internet или другим компьютером, подключенным так же через модем к телефонной линии. Модемы бывают внутренние, внешние.
Устройства мультимедиа.
Для расширения возможностей компьютера был разработан целый набор специализированных компонентов. Они должны были предоставить пользователю возможность работать в реальном масштабе времени с качественным динамическим изображением, сопровождаемым звуком.
В целом весь этот набор получил название — «устройства мультимедиа» (multimedia). Из его состава чаще всего звуковые платы (Sound Blaster), звуковые колонки (динамики). Существуют еще контроллеры работы с видеомагнитофоном, видеокамерой, различные звукосинтезаторы и другое оборудование. Они пока распространены меньше, но со временем непременно войдут в повседневный обиход.
Звуковая плата, SB (Sound Blaster).
Звуковая плата — устройство для работы со звуком. Обеспечивает вывод сигнала на звуковоспроизводящие элементы (динамик, колонки) или его ввод в компьютер (с микрофона) для обработки и хранения.
Выпускаются в вариантах для подключения к 8- или 16-разрядной шине данных. В настоящее время большинство звуковых плат устанавливаются в ISA-разъемы. Для приведения в рабочее состояние требуются специальные драйверы, входящие в комплект поставки.
Звуковые колонки (динамики).
Колонки — устройства звуковоспроизведения. Бывают двух типов — пассивные и активные. Пассивные колонки не имеют внутреннего усилителя. Подключаются к SP-выходу звуковой платы. Активные — имеют внутренний блок усиления, сигнал для них чаще всего снимается с линейного выхода.
По способу организации звучания аудиосистемы различаются числом источников звука: моно имеют один динамик, стерео — два, квадро — четыре.
С точки зрения пользователя звуковые колонки характеризуются выходной мощностью и диапазоном воспроизводимых частот (диапазоном) воспроизведения.
Диапазон воспроизведения. Человеческое ухо воспринимает колебания частотой от 20 Гц до 20 кГц. В идеале звуковоспроизводящие приборы должны охватывать этот диапазон полностью, но достигается это далеко не в каждом случае.
Программы для компьютера
Для того чтобы организовать работу компьютера, необходимо применение специальных программ. В их задачу входит:
• приведение компьютера в рабочее состояние (загрузка);
• управление его внутренними ресурсами;
• организация структуры размещения данных на накопителях;
• обеспечение доступа к ним.
Эти программы решают задачи, важные для всей системы, для ее правильного функционирования, по этой причине они и были названы системными, а их набор, обеспечивающий решение всего комплекса проблем, операционной системой (ОС).
Операционная система — прослойка между аппаратной частью компьютера и пользователем, это душа в компьютерном теле. Кроме решения перечисленных задач ОС предоставляет в помощь пользователю набор стандартных инструментов (утилит) и упрощает процесс использования инструментов специальных — прикладного пользовательского ПО.
Структура операционной системы
Операционная система состоит из нескольких отдельных программных блоков (модулей). Одни из них находятся в ПЗУ на материнской плате, другие размещаются на дисковом накопителе.
Комплекс резидентных программ, хранящихся в блоке ПЗУ, носит универсальный характер и не является частью какой-либо одной операционной системы. В задачу этих программ входит выполнение функций базового ввода-вывода и инициализация аппаратных элементов, общих для всех компьютеров данного типа. Резидентные программы образуют фундамент, на котором строится любая операционная система.
Другая часть программных модулей ОС размещается на винчестере (или другом дисковом накопителе). Они образуют ее основную часть. Эти программы в понимания пользователя и есть собственно операционная система.
Для связи резидентных программ с основной частью ОС специальная программа, находящаяся в ПЗУ, обращается по фиксированному адресу к дисковому накопителю. С этого адреса на винчестере размещается программа, начинающая загрузку операционной системы.
После того, как исходный вариант набора программ, составляющих ОС, готов, начинается долгий этап выявления ошибок. Сначала фирма проводит тестирование самостоятельно. Затем рабочая версия операционной системы передается для опытной эксплуатации некоторым фирмам. Все они считают делом своего престижа найти в проверяемой системе ошибки, а это от них и требуется.
По прошествии некоторого времени информация о найденных ошибках суммируется. В рабочий вариант системы вносятся исправления и улучшения. После этого пользователям может быть предложена первая версия ОС. В ней будут обнаруживаться новые ошибки, будут выходить устраняющие их новые варианты системы. Только после нескольких лет широкой эксплуатации может быть получена стабильно работающая операционная система, да и то в ней наверняка будут еще не выявленные ошибки и недочеты, устранить которые удастся только при создании уже следующей версии ОС.
Сочинение на тему «Компьютер»
В отличие от многих людей, я отношусь к компьютеру очень позитивно. Это — величайшее изобретение человечества! Люди создали универсальную машину, с помощью которой можно делать сто дел: читать, смотреть кино, рисовать, печатать, чертить, считать, находить полезную информацию, делать ретушь фотографии, создавать мультфильмы и видеоролики.
Еще можно общаться с людьми у которых самые разные увлечения, которые живут хоть на другом конце планеты. Не нужно ограничиваться только теми людьми, кто живет в соседнем дворе, и навязывать себе их хобби.
Я могу продолжать этот список до конца сочинения, чтобы было понятно, как полезен компьютер.
Часто компьютер сравнивают с телевизором и говорят, что они оба крадут у человека время. Но у меня другое мнение. Да, долго сидеть перед компьютером вредно для здоровья и для личности, потому что человек не двигается, портит зрение и не общается с живыми людьми. Но в чем виноват компьютер?! Человек сам крадет у себя время, а не машина.
Телевизор не полезен, потому что перед ним человек сидит пассивно. Сидит, пультом клацает, а ему показывают картинку. С компьютером другое дело! С ним все время надо действовать! Даже читать и писать все время приходится. Так даже интереснее, чем торчать у телевизора.
А еще компьютер заставляет выбирать самому то, что действительно нужно. Если бы люди не учились выбирать, то перед монитором проводили бы всю жизнь.
Компьютер в моей жизни занимает важное место, но я могу подолгу обходиться и без него. Просто надо все время помнить, что компьютер изобрели для того, чтобы облегчить жизнь, а не заменить ее. И чтобы расширить возможности человека, а не сузить их.
Сочинение на тему | Октябрь 2015 источник
Технические предпосылки для этого уже были созданы: развивалась электроника и счетно-аналитическая вычислительная техника. Идеи создания электронных вычислительных машин возникли в конце 30-х – начале 40-х гг. независимо друг от друга в четырех странах: СССР, США, Великобритании и Германии. Во время второй мировой войны (с 1939 по 1945г.) были построены несколько первых электромеханических компьютеров. Первым электронным компьютером стал английский COLOSSUS-1, использующийся для расшифровки секретного кода, который применяла Германия для передачи сообщений особой важности.
Аналоговые вычислительные машины (АВМ).
В АВМ все математические величины представляются как непрерывные значения каких-либо физических величин. Главным образом, в качестве машинной переменной выступает напряжение электрической цепи. Их изменения происходят по тем же законам, что и изменения заданных функций. В этих машинах используется метод математического моделирования (создаётся модель исследуемого объекта). Результаты решения выводятся в виде зависимостей электрических напряжений в функции времени на экран осциллографа или фиксируются измерительными приборами. Основным назначением АВМ является решение линейных и дифференцированных уравнений.
Электронные вычислительные машины (ЭВМ).
В отличие от АВМ, в ЭВМ числа представляются в виде последовательности цифр. В современных ЭВМ числа представляются в виде кодов двоичных эквивалентов, то есть в виде комбинаций 1 и 0. В ЭВМ осуществляется принцип программного управления. ЭВМ можно разделить на цифровые, электрифицированные и счётно-аналитические (перфорационные) вычислительные машины.
ЭВМ разделяются на большие ЭВМ, мини-ЭВМ и микроЭВМ. Они отличаются своей архитектурой, техническими, эксплуатационными и габаритно-весовыми характеристиками, областями применения.
Аналого-цифровые вычислительные машины (АЦВМ).
АЦВМ – это такие машины, которые совмещают в себе достоинства АВМ и ЭВМ. Они имеют такие характеристики, как быстродействие, простота программирования и универсальность. Основной операцией является интегрирование, которое выполняется с помощью цифровых интеграторов.
В АЦВМ числа представляются как в ЭВМ (последовательностью цифр), а метод решения задач как в АВМ (метод математического моделирования).
Поколения ЭВМ.
Можно выделить 4 основные поколения ЭВМ. Но деление компьютерной техники на поколения — весьма условная, нестрогая классификация по степени развития аппаратных и программных средств, а также способов общения с компьютером.
Идея делить машины на поколения вызвана к жизни тем, что за время короткой истории своего развития компьютерная техника проделала большую эволюцию, как в смысле элементной базы (лампы, транзисторы, микросхемы и др.), так и в смысле изменения её структуры, появления новых возможностей, расширения областей применения и характера использования.
Все ЭВМ I-го поколения были сделаны на основе электронных ламп, что делало их ненадежными – лампы приходилось часто менять. Эти компьютеры были огромными, неудобными и слишком дорогими машинами, которые могли приобрести только крупные корпорации и правительства. Лампы потребляли огромное количество электроэнергии и выделяли много тепла. Притом для каждой машины использовался свой язык программирования. Набор команд был небольшой, схема арифметико-логического устройства и устройства управления достаточно проста, программное обеспечение практически отсутствовало. Показатели объема оперативной памяти и быстродействия были низкими. Для ввода-вывода использовались перфоленты, перфокарты, магнитные ленты и печатающие устройства, оперативные запоминающие устройства были реализованы на основе ртутных линий задержки электроннолучевых трубок.
В 1958 г. в ЭВМ были применены полупроводниковые транзисторы, изобретённые в 1948 г. Уильямом Шокли, они были более надёжны, долговечны, малы, могли выполнить значительно более сложные вычисления, обладали большой оперативной памятью. 1 транзистор способен был заменить около 40 электронных ламп и работает с большей скоростью.
Во II-ом поколении компьютеров дискретные транзисторные логические элементы вытеснили электронные лампы. В качестве носителей информации использовались магнитные ленты (“БЭСМ-6″,”Минск-2”, “Урал-14″) и магнитные сердечники, появились высокопроизводительные устройства для работы с магнитными лентами, магнитные барабаны и первые магнитные диски.
В качестве программного обеспечения стали использовать языки программирования высокого уровня, были написаны специальные трансляторы с этих языков на язык машинных команд. Для ускорения вычислений в этих машинах было реализовано некоторое перекрытие команд: последующая команда начинала выполняться до окончания предыдущей.
Устройство ПК.
Внешне компьютер представляет собой несколько отдельных блоков, соединенных между собой кабелями. Его составляющие это вертикально стоящая или лежащая на столе коробка — основной блок, похожее на телевизор устройство; в — монитор, два управляющих элемента — клавиатура и мышь.
Большая часть составляющих компонентов компьютера устанавливается внутрь корпуса основного блока. К днищу (в горизонтальном) или одной из стенок (в вертикальном) крепится материнская плата, в разъемы на ней вставляются платы управляющих контроллеров и за металлические кронштейны крепятся к задней стенке корпуса. В специальные ячейки устанавливаются винчестеры, дисководы и другие накопители. Они плоскими или круглыми кабелями подключаются к соответствующим контроллерам. Корпус (со всеми размещенными в нем компонентами) называется «системным блоком» или «платформой». К разъемам на материнской плате и контроллерах подсоединяются остальные элементы компьютера. На переднюю, панель корпуса выведены средства управления.
Корпус.
Изготавливается из тонкого листового железа, с наружной стороны окрашивается или покрывается тонким слоем пластика. По способу установки бывают вертикальные (типа «Tower» — башня) или горизонтальные. По размеру корпуса подразделяются на несколько типов. Вертикальные: Minitower, Middletower (маленький и средний, устанавливаются на столе) и Bigtower (большой, обычно ставится на пол). Горизонтальные: Desktop (большой); Minidesktop (маленький, иногда его еще называют Baby); Slim — по размеру примерно равен Baby, но тоньше и не допускает вертикальную установку контроллеров (часто используется для размещения одноплатных компьютеров). В последнее время получили распространение корпуса типа Multimedia. Это горизонтальные или вертикальные корпуса со встроенными звуковыми колонками, усилителями и некоторыми другими компонентами. На передней панели корпуса расположены средства управления и индикации.
Блок питания (БП).
Устанавливается внутри корпуса и является его составной частью. Предназначен для преобразования напряжения электросети в уровни, необходимые для работы компьютера, и поддержания установленного потребления мощности по ним. Блок питания формирует следующие уровни: +5 В, -5 В, -12 В, +12 В, GND (земля). В блоках питания АТХ добавляется еще +3,3 В.
На материнскую плату подаются все напряжения, на остальные устройства только +5 В и +12 В. Земляной провод, естественно, необходим везде.
Типовые блоки питания изготавливаются в нескольких вариантах для обеспечения различных номиналов потребляемой мощности: 150 ватт (Вт), 180 Вт, 200 Вт, 230 Вт, 250 Вт.
Отходящие от блока питания провода объединены в пучки, на конце каждого из них закреплен разъем. Они могут быть трех видов и предназначаются для подключения различных устройств
Микропроцессоры.
В каждом вычислителе есть устройство, выполняющее команды управления, логические и арифметические операции: это процессорный блок или просто процессор. В старых компьютерах или больших вычислительных системах он может состоять из нескольких плат и иметь весьма внушительные размеры. В современных компьютерах процессор изготавливается в виде одного или двух кристаллов, упакованных в один корпус. В таком исполнении за свои относительно малые размеры он называется — микропроцессор.
Оперативная память компьютера.
Оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) — основная память компьютера. Это тот блок, который решающим образом влияет на способность системы работать с тем или иным программным обеспечением (ПО). В процессе работы некоторым пользователям придется заниматься организацией структуры оперативной памяти компьютера. Возможно, им придется столкнуться с необходимостью выбора нужных элементов памяти, заменой одних носителей на другие, их совместимостью и кучей других проблем. По этой причине в том, что касается памяти, он должен иметь изрядное разумение (если, конечно, хочет, чтобы его машина работала с максимальной производительностью).
Постоянное запоминающее устройство (ПЗУ).
ПЗУ – память только для чтения. (ROM — Read Only Memory). Изменение содержимого ПЗУ пользователем не предусмотрено (кроме случаев применения для его организации носителей типа flash-память). Содержит программы: начальной загрузки системы — BIOS (Basic Input Output System), начального тестирования — POST (Power On-Self-Test), сохранения и изменения информации в КМОП-памяти — Setup. После отключения питания компьютера содержимое ПЗУ сохраняется.
Ее содержимое может. Меняться пользователем. Задача ОЗУ — размещение набора предназначенных для исполнения программ и обрабатываемых данных. После отключения питания компьютера содержимое ОЗУ теряется.
Микропроцессору доступны (т.е. он может их выполнить) только программы, находящиеся в ОЗУ и ПЗУ. На винчестере, гибких дискетах и других накопителях программы только сохраняются. Сначала они должны быть переписаны в ОЗУ и только после этого могут быть исполнены.
КМОП-память.
Энергонезависимая память, сохраняющая информацию и после отключения питающего напряжения. В нее помещаются данные об устройствах, входящих в состав системы, их параметрах, а также другая, необходимая при каждом запуске и в процессе работы информация. Рядом с микросхемой КМОП-памяти размещается батарейка или микроаккумулятор, обеспечивающие ей автономное питание после выключения компьютера.
Контроллеры.
Принцип «открытой архитектуры» предполагает устройство компьютера, при котором к основному блоку (материнской плате) подключаются остальные элементы. Схемы управления различными системами компьютера (видео, дисковыми накопителями и прочими) выполнены в виде отдельных элементов — контроллеров (адаптеров, карт). Это печатные платы, на которых размещены все необходимые для решения поставленных задач электронные компоненты, установочные разъемы, средства крепления к корпусу и соединения с другими блоками. Для каждой из шин (ISA, EISA, VLB, PCI) существует отдельный набор контроллеров. При подключении они вставляются в системный разъем соответствующего типа, а к ним, в свою очередь, кабелем (круглым) или шлейфом (плоским) подсоединяются управляемые устройства
Для управления винчестерами различных типов выпускались соответствующие контроллеры. Для винчестера типа IDE, кроме уже упомянутой мультйкарты, выпускалась специальная IDE-card. Для винчестеров типа MFM и RLL выпускались карты MFM-card и RLL-card (допускали подключение двух накопителей, часто на них размещали и блок управления дисководами).
Задачу формирования видеосигнала и передачи его на монитор решает специальный блок — видеокарта. Для каждого типа монитора она своя: MDA-, CGA-, Here-, EGA-, VGA-, SVGA-card. Иногда один и тот же контроллер может использоваться для управления работой мониторов двух типов. Например, для мониторов EGA и VGA это EGA/VGA-card.
Материнская (системная) плата.
Материнская плата – основной элемент в модульной структуре компьютера. На ней размещены системные разъемы, в которые вставляются платы контроллеров устройств. На системной плате расположен микропроцессор и набор обеспечивающих его работу микросхем (chipset). Кроме этого, на ней размещены память системы, контроллер клавиатуры и разъем подключения клавиатуры, разъемы подключения проводов от средств индикации и управления с передней панели компьютера
Клавиатура.
Основное средство ввода информации и подачи команд в компьютер. Первые модели клавиатур для компьютеров класса XT имели 84 клавиши. Для следующего поколения AT применялись модификации со 101 клавишей. Долгое время они выпускались в исполнении, допускающем их переключение на режим XT. (Обратной совместимости нет — клавиатура XT не может быть применена в компьютерах 286 и выше). Выпускались 102- и 104-клавишные модификации клавиатур AT — отличие в том, что на них дублируются некоторые кнопки. Для операционной системы Windows 95 фирмой Microsoft была разработана 105-клавишная модель со специальной клавишей.
Количество клавиш на клавиатуре 101-105, поэтому формирование некоторых кодов выполняется путем нажатия комбинации клавиш. Цифровой код клавиши обрабатывается специальной программой (хранящейся в контроллере клавиатуры). В зависимости от того, какая была нажата клавиша (или их комбинация), во время исполнения какой программы, в какой момент, полученный контроллером код интерпретируется как управляющий сигнал или информационный символ (буква, цифра, знак).
Монитор.
Устройство отображения графической и текстовой информации. С системным блоком соединяется интерфейсным кабелем, подключаемым к специальному разъему на плате видеоконтроллера или на системной плате, если компьютер одноплатный.
Кроме интерфейсного кабеля к монитору подсоединяется шнур подачи питающего напряжения. Он бывает съемным или вмонтированным. Напряжение может подаваться напрямую от сети или от блока питания компьютера.
На корпусе монитора (чаще всего на передней панели) размещены средства управления и настройки: кнопка включения, индикатор подачи питания, регуляторы яркости, контрастности, размера по вертикали. Чем современнее модель монитора (в первую очередь это относится к SVGA-устройствам), тем большие возможности по настройке она предоставляет пользователю. Для него стала возможной регулировка размера по горизонтали, исправление эффекта подушкообразности, перемещение изображения по горизонтальным и вертикальным осям и некоторые другие.
Выпускаемые модели мониторов могут различаться по нескольким параметрам:
• по типу (MDA, CGA, EGA, VGA, SVGA);
• по цветности (цветные и черно-белые — монохромные);
• по размеру зерна (0,41; 0,39; 0,31; 0,28; 0,26);
• по размеру экрана (12″, 14″, 15″, 17″, 21″);
• по максимальной частоте кадровой и строчной развертки;
• поддержкой режимов энергосбережения («зеленые»);
• по соответствию стандартам, регламентирующим допустимые нормы электромагнитного излучения («Low Radiation», MPR-II, ТСО и др.).
Устройства, подключаемые к ПК.
«Мышь».
Графический манипулятор, дополнительное устройство ввода информации и управления. Частично заменяет собой клавиатуру. Очень удобна для использования в программах с графическим интерфейсом. При работе с текстом (например, в текстовых редакторах) играет вспомогательную роль.
Выпускаются мыши в исполнении с двумя или тремя кнопками. В работе используются две (средняя кнопка в трехклавишной модели не задействована). Для подачи сигналов используется одинарное или двойное нажатие правой или левой кнопки.
При работе в среде DOS для приведения мыши в рабочее состояние применяется специальный программный драйвер. После его активизации на экране появляется курсор (указатель), который будет перемещаться по экрану синхронно с перемещением мыши на столе.
В операционных системах (Windows) и других программах с графическим интерфейсом эта операция выполняется автоматически при запуске, и курсор может иметь другой вид.
Наибольшее распространение получили мыши двух видов: Microsoft и Genius. Внешне они выглядят одинаково (во внутреннем устройстве различия имеются), но для каждой из них требуется свой драйвер. Для Genius это gmouse.com, для Microsoft — pcmouse.com, mouse.com и др. Несовместимость драйверов создавала определенные неудобства, и последние модели Genius построены так, что могут быть инициализированы при помощи обычных драйверов.
Винчестер, жесткий диск, HDD (Hard Disk Drive).
Винчестер – устройство хранения информации (данных и программ, в том числе операционной системы.). Существует несколько типов винчестеров: MFM, RLL, IDE, SCSI.
Накопители MFM и RLL уже устарели и практически полностью вышли из употребления.
Винчестеры IDE шире всего распространены в персональных компьютерах. Они являются относительно недорогими устройствами.
SCSI-накопители стоят дороже, устанавливаются в серверах и системах с высокой производительностью.
Описанию накопителей на жестких дисках далее будет посвящена целая глава (гл. 5).
Дисковод, FDD (Floppy Disk Drive)
Дисковод – устройство считывания (записи) с накопителей на гибких магнитных дисках. В составе компьютера использовались накопители для работы с магнитными дисками размером 5,25″ («большие») емкостью 360 Кбайт или 1,2 Мбайт и размером 3,5” («маленькие») для дискет на 720 Кбайт или 1,44 Мбайт. В настоящее время используются в основном накопители на 1,44 Мбайт.
В компьютере может быть не более двух дисководов. Им присваиваются имена А и В. Если в системе только один дисковод, то он устанавливается как накопитель А. При наличии системной дискеты именно с накопителя А может выполняться начальная загрузка системы.
Подключение дисководов к контроллеру выполняется при помощи 34-проводного плоского кабеля. Дисковод, подсоединенный к одному из концевых разъемов (после «скрутки», если смотреть со стороны контроллера), в системе получает имя А. Второй дисковод, подключается к одному из срединных разъемов (до «скрутки») и в системе будет иметь имя В.
CD-ROM (накопитель, CD-дисковод).
CD-ROM — устройство считывания данных с лазерного диска (CD-диск, компакт-диск). CD-диск имеет диаметр 120 мм, его толщина 1,5…2 мм, информационная емкость равна 650Мбайт.
Занесение информации на диск производится на так называемом «пишущем CD-ROM». Лазерный луч выжигает на диске участки, сохраняющие единицы, и оставляет нетронутыми нулевые участки. Считывание данных выполняется при помощи лазера с длиной волны 780 нм. Контакта между головкой и рабочей поверхностью диска нет, что исключает ее механическое повреждение.
При подключении CD-ROM необходимо использовать специальные программные драйверы. При работе с ними, кроме обычной задачи инициализации аппаратных средств, приходится решать еще одну проблему. Она связана с тем, что на лазерном диске информация размещается иначе, чем на винчестере. По этому при считывании с него необходимо произвести преобразование адресов. Существует несколько предназначенных для этого программ.
Скорость считывания на односкоростном (lx-speed) CD-ROM составляет 150 Кбайт/с. В последующих моделях (2х-, 4х- и т.д.) она кратно увеличивалась и у CD-ROM 8x-speed составляет 1200 Кбайт/с. Например, у CD-ROM 24x- соответствующая этому значению скорость считывания (3600 Кбайт/с) достигается только при обращении к внешним дорожкам. На внутренних она составляет величины порядка 1200… 1800 Кбайт/с. Среднее значение получается равным 2400…2700 Кбайт/с, и оно значительно ниже величины, заявленной в маркировке.
CD-ROM может быть использован для работы с аудио компакт-дисками. В этом случае в компьютер должна быть установлена звуковая плата. Накопитель подключается к ней при помощи специального 4-жильного кабеля, а к аудио контроллеру, в свою очередь, подсоединяются колонки.
DVD (Digital Versatible Disk).
DVD — универсальный цифровой диск. Следующее поколение оптических носителей информации. Термин DVD первоначально расшифровывался как Digital Video Disk, но в связи с тем, что накопитель оказался пригодным для сохранения различных видов информации, интерпретация аббревиатуры была уточнена.
Увеличение объема сохраняемой информации привело к тому, что емкость CD-дисков оказалась недостаточной. Новый носитель разрабатывался исходя из того, что он должен обеспечить сохранение 133-минутного фильма, используя для сжатия видеоизображения алгоритм MPEG-II, и звуковые данные записываются в формате Dolby Digital. Необходимая для этого емкость составила 4,7 Гбайт и суммарный информационный поток при этом составляет 0,6 Мбайт/с. , :
DVD-диск имеет диаметр 120 мм (как и у CD-диска). Емкость одной стороны равна 4,7 Гбайт. Имеются диски, у которых запись возможна с двух сторон, что удваивает емкость. Кроме этого, разработаны модели с двумя рабочими слоями на каждой стороне. Емкость накопителя в этом случае составляет 17,4 Гбайт.
Для считывания информации используется лазер с длиной волны 635 нм и 650 нм. Она меньше, чем у CD-устройств и удобнее для работы с более плотно упакованной информацией на DVD-дисках. Контакта между считывающей головкой и рабочей поверхностью нет.
Первые модели DVD-устройств не могли считывать CD-диски. Позже появились устройства, работающие с обоими типами носителей. Они имеют два лазера с различной длиной излучения (отдельно для CD и DVD) или один, но допускающий перенастройку на нужную длину волны.
Принтеры.
Принтерами называются устройства, с помощью которых информация выводится в печатном, если это текст, или графическом виде на бумагу. Существует несколько типов печатных устройств: ромашковый, матричный, струйный и лазерный. Эпоха ромашковых и матричных принтеров прошла, сейчас используются струйные и лазерные. Ведущий производитель принтеров по всему миру это Hewlett Packard, Canon и Epson.
Модемы.
Модем – устройство связи компьютера через телефонную линию с глобальной сетью Internet или другим компьютером, подключенным так же через модем к телефонной линии. Модемы бывают внутренние, внешние.
Устройства мультимедиа.
Для расширения возможностей компьютера был разработан целый набор специализированных компонентов. Они должны были предоставить пользователю возможность работать в реальном масштабе времени с качественным динамическим изображением, сопровождаемым звуком.
В целом весь этот набор получил название — «устройства мультимедиа» (multimedia). Из его состава чаще всего звуковые платы (Sound Blaster), звуковые колонки (динамики). Существуют еще контроллеры работы с видеомагнитофоном, видеокамерой, различные звукосинтезаторы и другое оборудование. Они пока распространены меньше, но со временем непременно войдут в повседневный обиход.
Звуковая плата, SB (Sound Blaster).
Звуковая плата — устройство для работы со звуком. Обеспечивает вывод сигнала на звуковоспроизводящие элементы (динамик, колонки) или его ввод в компьютер (с микрофона) для обработки и хранения.
Выпускаются в вариантах для подключения к 8- или 16-разрядной шине данных. В настоящее время большинство звуковых плат устанавливаются в ISA-разъемы. Для приведения в рабочее состояние требуются специальные драйверы, входящие в комплект поставки.
Звуковые колонки (динамики).
Колонки — устройства звуковоспроизведения. Бывают двух типов — пассивные и активные. Пассивные колонки не имеют внутреннего усилителя. Подключаются к SP-выходу звуковой платы. Активные — имеют внутренний блок усиления, сигнал для них чаще всего снимается с линейного выхода.
По способу организации звучания аудиосистемы различаются числом источников звука: моно имеют один динамик, стерео — два, квадро — четыре.
С точки зрения пользователя звуковые колонки характеризуются выходной мощностью и диапазоном воспроизводимых частот (диапазоном) воспроизведения.
Диапазон воспроизведения. Человеческое ухо воспринимает колебания частотой от 20 Гц до 20 кГц. В идеале звуковоспроизводящие приборы должны охватывать этот диапазон полностью, но достигается это далеко не в каждом случае.
Программы для компьютера
Для того чтобы организовать работу компьютера, необходимо применение специальных программ. В их задачу входит:
• приведение компьютера в рабочее состояние (загрузка);
• управление его внутренними ресурсами;
• организация структуры размещения данных на накопителях;
• обеспечение доступа к ним.
Эти программы решают задачи, важные для всей системы, для ее правильного функционирования, по этой причине они и были названы системными, а их набор, обеспечивающий решение всего комплекса проблем, операционной системой (ОС).
Операционная система — прослойка между аппаратной частью компьютера и пользователем, это душа в компьютерном теле. Кроме решения перечисленных задач ОС предоставляет в помощь пользователю набор стандартных инструментов (утилит) и упрощает процесс использования инструментов специальных — прикладного пользовательского ПО.
Структура операционной системы
Операционная система состоит из нескольких отдельных программных блоков (модулей). Одни из них находятся в ПЗУ на материнской плате, другие размещаются на дисковом накопителе.
Комплекс резидентных программ, хранящихся в блоке ПЗУ, носит универсальный характер и не является частью какой-либо одной операционной системы. В задачу этих программ входит выполнение функций базового ввода-вывода и инициализация аппаратных элементов, общих для всех компьютеров данного типа. Резидентные программы образуют фундамент, на котором строится любая операционная система.
Другая часть программных модулей ОС размещается на винчестере (или другом дисковом накопителе). Они образуют ее основную часть. Эти программы в понимания пользователя и есть собственно операционная система.
Для связи резидентных программ с основной частью ОС специальная программа, находящаяся в ПЗУ, обращается по фиксированному адресу к дисковому накопителю. С этого адреса на винчестере размещается программа, начинающая загрузку операционной системы.
После того, как исходный вариант набора программ, составляющих ОС, готов, начинается долгий этап выявления ошибок. Сначала фирма проводит тестирование самостоятельно. Затем рабочая версия операционной системы передается для опытной эксплуатации некоторым фирмам. Все они считают делом своего престижа найти в проверяемой системе ошибки, а это от них и требуется.
По прошествии некоторого времени информация о найденных ошибках суммируется. В рабочий вариант системы вносятся исправления и улучшения. После этого пользователям может быть предложена первая версия ОС. В ней будут обнаруживаться новые ошибки, будут выходить устраняющие их новые варианты системы. Только после нескольких лет широкой эксплуатации может быть получена стабильно работающая операционная система, да и то в ней наверняка будут еще не выявленные ошибки и недочеты, устранить которые удастся только при создании уже следующей версии ОС.
ЭВМ появились, когда возникла острейшая необходимость в очень трудоемких и точных расчетах, особенно в таких областях науки и техники, как атомная физика и теория динамик полета и управления летательными аппаратами, в исследовании аэродинамики больших скоростей. Между тем доэлектронная вычислительная техника (механическая и электромеханическая) позволяла только в ограниченной степени механизировать процессы вычислений. Требовался переход к элементам, работающим в более быстром темпе.
Технические предпосылки для этого уже были созданы: развивалась электроника и счетно-аналитическая вычислительная техника. Идеи создания электронных вычислительных машин возникли в конце 30-х – начале 40-х гг. независимо друг от друга в четырех странах: СССР, США, Великобритании и Германии. Во время второй мировой войны (с 1939 по 1945г. ) были построены несколько первых электромеханических компьютеров. Первым электронным компьютером стал английский COLOSSUS-1, использующийся для расшифровки секретного кода, который применяла Германия для передачи сообщений особой важности.
Аналоговые вычислительные машины (АВМ).
В АВМ все математические величины представляются как непрерывные значения каких-либо физических величин. Главным образом, в качестве машинной переменной выступает напряжение электрической цепи. Их изменения происходят по тем же законам, что и изменения заданных функций. В этих машинах используется метод математического моделирования (создаётся модель исследуемого объекта). Результаты решения выводятся в виде зависимостей электрических напряжений в функции времени на экран осциллографа или фиксируются измерительными приборами. Основным назначением АВМ является решение линейных и дифференцированных уравнений.
Электронные вычислительные машины (ЭВМ).
В отличие от АВМ, в ЭВМ числа представляются в виде последовательности цифр. В современных ЭВМ числа представляются в виде кодов двоичных эквивалентов, то есть в виде комбинаций 1 и 0. В ЭВМ осуществляется принцип программного управления. ЭВМ можно разделить на цифровые, электрифицированные и счётно-аналитические (перфорационные) вычислительные машины.
ЭВМ разделяются на большие ЭВМ, мини-ЭВМ и микроЭВМ. Они отличаются своей архитектурой, техническими, эксплуатационными и габаритно-весовыми характеристиками, областями применения.
Аналого-цифровые вычислительные машины (АЦВМ).
АЦВМ – это такие машины, которые совмещают в себе достоинства АВМ и ЭВМ. Они имеют такие характеристики, как быстродействие, простота программирования и универсальность. Основной операцией является интегрирование, которое выполняется с помощью цифровых интеграторов.
В АЦВМ числа представляются как в ЭВМ (последовательностью цифр), а метод решения задач как в АВМ (метод математического моделирования).
Поколения ЭВМ.
Можно выделить 4 основные поколения ЭВМ. Но деление компьютерной техники на поколения — весьма условная, нестрогая классификация по степени развития аппаратных и программных средств, а также способов общения с компьютером.
Идея делить машины на поколения вызвана к жизни тем, что за время короткой истории своего развития компьютерная техника проделала большую эволюцию, как в смысле элементной базы (лампы, транзисторы, микросхемы и др. ), так и в смысле изменения её структуры, появления новых возможностей, расширения областей применения и характера использования.
Все ЭВМ I-го поколения были сделаны на основе электронных ламп, что делало их ненадежными – лампы приходилось часто менять. Эти компьютеры были огромными, неудобными и слишком дорогими машинами, которые могли приобрести только крупные корпорации и правительства. Лампы потребляли огромное количество электроэнергии и выделяли много тепла. Притом для каждой машины использовался свой язык программирования. Набор команд был небольшой, схема арифметико-логического устройства и устройства управления достаточно проста, программное обеспечение практически отсутствовало. Показатели объема оперативной памяти и быстродействия были низкими. Для ввода-вывода использовались перфоленты, перфокарты, магнитные ленты и печатающие устройства, оперативные запоминающие устройства были реализованы на основе ртутных линий задержки электроннолучевых трубок.
В 1958 г. в ЭВМ были применены полупроводниковые транзисторы, изобретённые в 1948 г. Уильямом Шокли, они были более надёжны, долговечны, малы, могли выполнить значительно более сложные вычисления, обладали большой оперативной памятью. 1 транзистор способен был заменить около 40 электронных ламп и работает с большей скоростью.
Во II-ом поколении компьютеров дискретные транзисторные логические элементы вытеснили электронные лампы. В качестве носителей информации использовались магнитные ленты (“БЭСМ-6″,”Минск-2”, “Урал-14”) и магнитные сердечники, появились высокопроизводительные устройства для работы с магнитными лентами, магнитные барабаны и первые магнитные диски.
В качестве программного обеспечения стали использовать языки программирования высокого уровня, были написаны специальные трансляторы с этих языков на язык машинных команд. Для ускорения вычислений в этих машинах было реализовано некоторое перекрытие команд: последующая команда начинала выполняться до окончания предыдущей.
Устройство ПК.
Внешне компьютер представляет собой несколько отдельных блоков, соединенных между собой кабелями.
«
1
2
3
4
5
6
»