История развития ПК

История развития ПК 
 

Содержание  

1)История развития ПК 
2)Классификация ЭВМ 
3)Структура персонального компьютера 
4)Внешнее запоминающее устройство (ВЗУ) 
5)Контроллеры 
6) Внешние устройства связи человека с машиной 
7)Литература 

  Вычислительная  техника не сразу достигла высокого уровня. В её развитии отмечают предысторию  и    четыре поколения ЭВМ. Предыстория начинается в глубокой древности с различных приспособлений для счета (абак, счеты), а первая счетная машина появилась лишь в 1642г. Её изобрел французский математик Паскаль. Построенная на основе зубчатых колёс, она могла суммировать десятичные числа. Все четыре арифметические действия выполняла машина, созданная в 1673г. немецким математиком Лейбницем. Она стала прототипом арифмометров, использовавшихся с 1820г. до 60-х годов ХХ века. Впервые идея программно-управляемой счетной машины, имеющей арифметическое устройство, устройства управления, ввода и печати (хотя и использующей десятичную систему счисления), была выдвинута в 1822г. английским математиком Бэббиджем. Его проект  опережал технические возможности своего времени и не был реализован. Лишь в 40-х годах ХХ века удалось создать программируемую счетную машину, причем на основе электромеханических реле, которые могут пребывать в одном из двух устойчивых состояний: “включено” и “выключено”. Это технически проще, чем пытаться реализовать десять различных состояний, опирающихся на обработку информации на основе десятичной, а не двоичной системы счисления. Во второй половине 40-х годов появились первые электронно-вычислительные машины, элементной базой которых были  электронные лампы. Основные характеристики ЭВМ разных поколений приведены в таблице 1.

    С каждым новым поколением  ЭВМ увеличивались быстродействие  и надежность их работы при  уменьшении стоимости и размеров, совершенствовались устройства ввода и вывода информации. В соответствии с трактовкой компьютера – как технической модели информационной функции человека – устройства ввода приближаются к естественному для человека восприятию информации (зрительному, звуковому) и, следовательно, операция по её вводу в компьютер становится всё более удобной для человека.

  Современный компьютер – это универсальное, многофункциональное, электронное  автоматическое устройство для работы с информацией. Компьютеры в современном обществе взяли на себя значительную часть работ, связанных с информацией. По историческим меркам компьютерные технологии обработки информации ещё очень молоды и находятся в самом начале своего развития. Ещё ни одно государство на Земле не создало информационного общества. Ещё много потоков информации, не вовлеченных в сферу действия компьютеров. Компьютерные технологии сегодня преобразуют или вытесняют старые, докомпьютерные технологии обработки информации. Текущий этап завершится построением в индустриально развитых странах глобальных всемирных сетей для хранения и обмена информацией, доступных каждой организации и каждому члену общества. Надо только помнить, что компьютерам следует поручать то, что они могут делать лучше человека, и не употреблять во вред человеку, обществу. 

  Классификации ЭВМ. 

  Многообразие  свойств и характеристик ЭВМ  порождает многообразие классификаций  ЭВМ, отличающихся разными признаками. Часто в качестве основного признака используют размеры системы. По этому  признаку различают: сверхбольшие, большие, малые и микроЭВМ. Однако бурное развитие технологии и успехи в разработке программных средств ЭВМ приводят к сглаживанию различий между этими классами ЭВМ. Поэтому наиболее существенным признаком классификации ЭВМ является область их применения. По этому признаку различают: ЭВМ общего назначения, проблемно-ориентированные ЭВМ и специализированные ЭВМ.

  ЭВМ общего назначения отличаются большими операционными ресурсами, обладают памятью большой ёмкости и  комплектуются широкой номенклатурой ПУ. ЭВМ этого класса эксплуатируются в вычислительных центрах и предназначены для решения широкого круга задач в различных сферах деятельности человека. Поэтому такие ЭВМ часто называют универсальными. К ЭВМ данного класса относят машины единой системы (ЕС ЭВМ).

  Проблемно-ориентированные  ЭВМ используются для решения  ограниченного круга задач, имеющих  проблемное применение. Они сравнительно дешевы, просты в эксплуатации и  обслуживании и рассчитаны на массовое применение. Наиболее часто подобные ЭВМ используются в качестве управляющих в составе автоматизированных систем управления технологическими процессами (АСУ ТП), в системах автоматизированного проектированного (САПР) и т. п.

  Специализированные  ЭВМ используются для решения  узкого круга задач с фиксированными алгоритмами. Такая специализация  позволяет увеличить  их быстродействие, что весьма важно при управлении объектами в реальном масштабе времени. Обычно машины данного класса используются в качестве бортовых (на самолетах, ракетах, космических аппаратах, в автомобилях и т. п.)

Другие  классификации:

• По виду представления исходных данных

-цифровые

-аналоговые 

• По структуре и архитектуре

-однопрограммные,  однопроцессорные

-многопрограммные, многопроцессорные

• По способу решения задач

-алгоритмы

-моделирование

• По технической реализации

-ламповые (1946-1959)

-полупроводниковые  (1960-1969)

-интегральные  схемы (1970-1979)

-микропроцессоры  (1980-наст. время) 
 

Структура персонального компьютера. 

  В составе IBM PC- совместимого персонального компьютера можно выделить три основных компонента: системный блок, клавиатуру и монитор. В системном блоке находится вся электронная начинка компьютера: блок питания, системная плата и приводы накопителей со сменным или несменным носителем. Клавиатура является универсальным стандартным устройством ввода информации, позволяющим передавать компьютеру определённые символы или управляющие сигналы. Монитор (или дисплей) предназначен для отображения на своём экране монохромной или цветной, символьной, графической или видеоинформации  и относится, вообще говоря, к универсальным стандартным устройствам вывода информации. Перечисленные основные компоненты компьютера соединяются друг с другом посредством специальных кабелей с разъемами. Стоит отметить, что в некоторых моделях IBM PC- совместимых компьютеров монитор и системный блок или клавиатура и системный блок конструктивно могут составлять единое целое.

  Микропроцессоры. Важнейший компонент любого персонального компьютера – это его микропроцессор. Данный элемент в большей степени определяет возможности вычислительной системы и, образно выражаясь, является её сердцем. До настоящего времени безусловным лидером в создании современных микропроцессоров остается фирма Intel.

  Микропроцессор, как правило, представляет собой  сверхбольшую интегральную схему, реализованную в едином полупроводниковом кристалле и способную выполнять функции центрального процессора. Степень интеграции определяется размером кристалла и количеством реализованных в нем транзисторов. Часто интегральные микросхемы называют чипами (chips).

  К обязательным компонентам микропроцессора  относятся арифметико-логическое (исполнительное) устройство и блок управления. Они  характеризуются скоростью (тактовой чистотой), разрядностью или длиной слова (внутренней и внешней), архитектурой и набором команд. Архитектура микропроцессора определяет необходимые регистры, стеки, систему адресации, а также типы обрабатываемых процессором данных. Обычно используются следующие типы данных: бит (один разряд), полубайт, или nibble (4 бита), байт (8 бит), слово (16 бит), двойное слово (32 бита). Выполняемые микропроцессором команды предусматривают, как правило, арифметические действия, логические операции, передачу управления (условную и безусловную) и перемещение данных (между регистрами, памятью и портами ввода-вывода).

  Под конвейерным режимом понимают такой  вид обработки, при которой интервал времени, требуемый для выполнения процесса в функциональном узле (например, в арифметико-логическом устройстве) микропроцессора, продолжительнее, чем  интервалы, через которые данные могут вводиться в этот узел. Предполагается, что функциональный узел выполняет процесс в несколько этапов, то есть когда первый этап завершается, результаты передаются на второй этап, на котором используются другие аппаратные средства. Разумеется, что устройство, используемое на первом этапе, оказывается свободным для начала новой обработки данных. Как известно, можно выделить четыре этапа обработки команды микропроцессора: выборка, декодирование, выполнение и запись результата. Иными словами, в ряде случаев пока первая команда выполняется, вторая может декодироваться, а третья выбираться.

  С внешними устройствами микропроцессор может «общаться» благодаря шинам  адреса, данных и управления, выведенным на специальные контакты корпуса микросхемы. Стоит отметить, что разрядность внутренних регистров микропроцессора может не совпадать с количеством внешних выводов для линий данных. Иначе говоря, микропроцессор с 32-разрядными регистрами может иметь, например, только 16 внешних линий данных. Объем физически адресуемой микропроцессором памяти однозначно определяется разрядностью внешней шины адреса как 2 в степени N, где N-количество адресных линий.

  Память. Практически все компьютеры используют три вида памяти: оперативную, постоянную и внешнюю.

  Оперативная память предназначена для хранения переменной информации, так как допускает изменение своего содержимого в ходе выполнения микропроцессором вычислительных операций. Таким образом, этот вид памяти обеспечивает режимы записи, считывания и хранения информации. Поскольку в любой момент времени доступ может осуществляться к произвольно выбранной ячейке,  то этот вид памяти называют также памятью с произвольной выборкой – RAM (Random Access Memory). Для построения запоминающих устройств типа RAM используют микросхемы статической и динамической памяти.

  Постоянная  память, где храниться такая информация, которая не должна меняться в ходе выполнения микропроцессором программы, имеет собственное название – ROM (Read Only Memory), которое указывает на то, что обеспечиваются только режимы считывания и хранения. Постоянная память обладает тем преимуществом, что может сохранять информацию и при отключенном питании. Это свойство получило название энергонезависимости. Все микросхемы постоянной памяти по способу занесения в них информации (программированию) делятся на масочные (ROM), программируемые изготовителем, однократно программируемые пользователем (Programmable ROM) и многократно программируемые пользователем (Erasable PROM). Последние в свою очередь подразделяются на стираемые электрически и с помощью ультрафиолетового облучения. К элементам EPROM с электрическим стиранием информации относятся и микросхемы флэш-памяти (flash). От обычных EPROM они отличаются высокой скоростью доступа и быстрым стиранием записанной информации.

  Внешняя память реализована обычно на магнитных или оптических носителях.

  Кодирование в машине. Компьютеры могут обрабатывать только информацию, представленную в числовой форме. При вводе документов, текстов программ вводимые символы кодируются определенными числами, а при выводе их для чтения человеком по каждому числу строится изображение символа. Соответствие между набором символов и их кодами называется кодировкой символов.

  Как правило, код символа храниться  в одном байте, поэтому коды символов могут принимать значения от 0 до 255. Такие кодировки называются однобайтными, они позволяют использовать до 256 различных символов. Впрочем, в настоящее время все большее распространение приобретает двухбайтовая кодировка Unicode, в ней коды символов могут принимать значения от 0 до 65535. В этой кодировке имеются номера для практически всех применяемых символов.

  При разработке IBM PC фирма IBM заложила в эти компьютеры (точнее, в знакогенераторы видеоконтроллеров) кодировку символов, показанную в таблице 2. Так при выводе на экран символа с кодом 74 на экране изображалась буква  j, при выводе символа с кодом 171 – дробь и  т. д. Разумеется, производители принтеров и других устройств также стали следовать предложенной фирмой IBM кодировке, так что она стала фактически стандартом.

  В кодировке IBM символы с кодами 32-127 соответствовали общеупотребительной кодировке ASCII, содержащей латинские буквы, знаки препинания, скобки, специальные знаки и пробел. А на позициях 128-255 и 0-31 фирма IBM поместила символы западноевропейских алфавитов, символы псевдографики, позволяющие рисовать на экране рамке и диаграммы, некоторые греческие буквы и специальные символы.

  Поскольку в кодировке IBM отсутствуют символы кириллицы, в нашей стране были созданы различные модификации таблицы кодов IBM, содержащие символы кириллицы. Некоторое время применялось несколько разных таблиц кодировок, что создавало значительные неудобства. Однако очень скоро подавляющим большинством пользователей стала применяться кодировка, показанная в таблице 3 -  так называемая «модифицированная альтернативная кодировка ГОСТа». В этой кодировке русские буквы расположены на тех позициях, где в кодировке IBM находятся относительно редко используемые символы национальных алфавитов и греческие буквы. А остальные символы имеют те же коды, что в кодировке символов IBM, что обеспечивает возможность использования зарубежных DOS-программ без изменений.