Устройство компьютера

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Реферат по информатике

На тему:

"Устройство компьютера"

 

 

 

 

Выполнил:

Принял:

 

 

 

 

 

 

 

 

Екатеринбург 2008

 

Содержание

 

1. История создания вычислительной техники

1.1 Приборы, которые можно отнести к программируемым устройствам

2. Архитектура фон Неймана. Кибернетика

3. Устройства компьютера

3.1 Устройства обработки

3.1.1 Процессор

3.2 Устройства ввода информации

3.2.1 Клавиатура

3.2.2 Мышь

3.2.3 Сканер

3.2.4 Плоттер

3.3 Устройства вывода информации

3.3.1 Мониторы

3.3.2 Мониторы общего и профессионального назначения

3.3.3 Сравнительные характеристики мониторов

3.3.4 Зависимость от несовершенства способов создания изображения на экране монитора

3.3.5 Принтеры

3.3.6 Плоттеры

3.3.7 Многофункциональные устройства (МФУ)

3.3.8 Синтезаторы звука

3.4 Устройства хранения информации

3.4.1 Долговременная память

3.4.2 Винчестеры (жесткие диски)

3.4.3 Кратковременная память

Список литературы

 

_{1. История создания вычислительной техники}

 

История вычислительной техники началась тогда, когда сформировалось понятие числа. Во многих языках слово "цифра" происходит от слова "палец". Пальцы стали первой "вычислительной машиной". На пальцах можно складывать, вычитать и умножать довольно большие числа. Знаменитый Фибоначчи в XIII в. рекомендовал всем осваивать счет на пальцах.

Следующим изобретением был абак - счеты по пять косточек в ряду. Задача считалась решенной, только если было указано, как необходимые вычисления выполнить на абаке. Алгоритмы решения на абаке были подробно разработаны французским ученый Гербертом (950-1003), который впоследствии стал папой римским Сильвестром II.

В XVII в. появились первые механические счетные устройства и машины:

20-е годы: английский математик Вильям Оутред придумал логарифмическую линейку;

1632 г.: немецкий ученый Вильгельм Шиккард сконструировал первый в истории счетный механизм;

1642 г.: французский математик, физик и философ Блез Паскаль (1623-1662) создал счетную машину, которая могла складывать и вычитать;

1673 г.: немецкий математик и философ Готфрид Вильгельм Лейбниц (1646-1716) сконструировал арифмометр, выполнявший четыре арифметических действия. Лейбниц является одним из основоположников дифференциального и интегрального исчисления. Он мечтал полностью автоматизировать процесс вычислений, что в то время было невозможным, но он разработал двоичную систему счисления, которая и легла в основу автоматизации вычислений в современных компьютерах.

В первой половине XIX в. англичанин Чарльз Бэббидж (1791-1871) разработал конструкцию машины, которую можно было бы назвать первым компьютером. Но он не был построен, так как машина должна была быть механической, а необходимая точность изготовления деталей для этой машины в середине XIX в. была недостижима. Устройство компьютера по чертежам Бэббиджа было описано Августой Адой Лавлейс. Она же разработала теорию программирования, написала несколько программ для еще не существующей вычислительной машины. Загружать программу надо было при помощи карточек с пробитыми дырочками - перфокарт.

Основные  части первого компьютера были теми же, что и в любой современной ЭВМ:

устройство  для ввода данных;

запоминающее  устройство, способное хранить исходные данные и промежуточные результаты (Бэббидж назвал его "складом");

арифметико-логическое устройство, выполняющее арифметические и логические операции ("мельница");

устройство  управления, руководящее перемещениями  со "склада" на "мельницу" и работой "мельницы" и обеспечивающее выполнение нужных действий в нужном порядке по заданной программе;

устройство  для вывода результата.

_{1.1 Приборы, которые можно отнести к программируемым устройствам}

 

Математик и корабел А.Н. Крылов (1863-1945) изобрел машину для решения дифференциальных уравнений; в 1915 г. немецкая фирма "Аскания" построила вычислительную машину для расчета времени приливов и отливов на северном побережье Германии, она работала до 1975 г.; в 1804 г. французский инженер Жозеф Мари Жаккард сконструировал станки, которые ткали сложные узоры, руководствуясь последовательностью перфокарт; различные музыкальные автоматы, шарманки, механические пианино.

 

_{2. Архитектура фон Неймана. Кибернетика}

 

В 40-х годах XX в. американец венгерского происхождения Джон (Янош) фон Нейман (1903-1957) включился в работу по созданию ЭВМ для управления береговой ПВО. Разрабатывался "ЭНИАК" - электронный численный интегратор и автоматический вычислитель. Но эта машина имела принципиальный недостаток: в ней отсутствовало устройство для запоминания и хранения команд.

В 1945 г. Джон фон Нейман выступил с докладом, в котором были сформулированы основные принципы организации нового вычислительного устройства, получившие название "архитектура фон Неймана".

АЛУ - арифметико-логическое устройство для выполнения арифметических и логических операций;

ОП - оперативная память, устройство для хранения кодов выполняющейся в данный момент программы;

ВУ - внешние устройства, или периферия. Обычно их делят на два класса: внешнюю память (накопитель на гибких магнитных дисках, накопитель на жестких магнитных дисках, CD-диски, магнитооптические диски) и устройства ввода/вывода информации (устройства ввода: клавиатура, мышь, микрофон, сканер; устройства вывода: дисплей, принтер, акустические колонки, плоттер);

УУ - управляющее устройство, которое организует работу компьютера следующим образом:

помещает в ОП коды программы  из ВУ;

считывает из ячейки ОП и организует выполнение первой команды программы;

определяет очередную команду  и организует ее выполнение;

постоянно синхронизирует работу устройств, имеющих различную скорость выполнения операций, путем приостановки выполнения программы.

В 1946 г. фон Нейман начинает разработку новой машины, и в 1949 г. была построена электронная машина по обработке дискретных переменных "ЭДВАК", которая впоследствии была признана первым компьютером.

Норберт Винер (1894-1964), работая вместе с Джоном фон Нейманом, обратил внимание на то, что процессы, управляющие сложной электронной системой, аналогичны процессам нейрофизиологии, изучающей целенаправленную деятельность живых существ. Сохранение работоспособности таких систем достигается за счет обратной связи, она позволяет отслеживать и корректировать уже начатое, но еще не законченное до конца действие. Существование обратной связи позволяет рассматривать сложные системы различной природы - физической, социальной, биологической - с единой точки зрения. Это и есть основы кибернетики. В 1948 г. вышла в свет книга Н. Винера "Кибернетика, или Управление и связь в живом мире и машинах". Термин "кибернетика" в переводе с древнегреческого обозначает искусство управления кораблем.

Под кибернетикой сегодня понимают серию научных дисциплин, изучающих общие законы управления и взаимосвязей, действующие в системах различной природы.

 

_{3. Устройства компьютера}

 

Любой компьютер состоит из четырех  частей - устройства ввода информации, устройства обработки информации, устройства хранения и устройства вывода информации.

_{3.1 Устройства обработки}

_{3.1.1 Процессор}

Процессор - это главная микросхема компьютера, его "мозг". Он разрешает выполнять программный код, находящийся в памяти и руководит работой всех устройств компьютера. Чем выше скорость работы процессора, тем выше быстродействие компьютера. Процессор имеет специальные ячейки, которые называются регистрами. Именно в регистрах помещаются команды, которые выполняются процессором, а также данные, которыми оперируют команды. Работа процессора состоит в выборе из памяти в определенной последовательности команд и данных и их выполнении. На этом и базируется выполнение программ.

Какие параметры отличают один процессор  от другого. Это прежде всего тактовая частота, разрядность, рабочее напряжение, коэффициент внутреннего умножения тактовой частоты и размер кэш памяти.

Центральный процессор (ЦП) или центральное процессорное устройство (ЦПУ) (англ. central processing unit - CPU) - процессор машинных инструкций, часть аппаратного обеспечения компьютера или программируемого логического контроллера, отвечающая за выполнение основной доли работ по обработке информации - вычислительный процесс.

 

_{3.2 Устройства ввода информации}

_{3.2.1 Клавиатура}

Клавиатура компьютера напоминает клавиатуру пишущей машинки. Ее назначение аналогично - набирать текст. Однако в компьютере набираемый текст не печатается сразу на бумаге, а запоминается на диске - запоминающем устройстве, расположенном в основном блоке. Кроме набора текста клавиатура используется для управления компьютером, а также для решения других задач, о чем вы еще узнаете.

 

Рис.1. Клавиатура

_{3.2.2 Мышь}

Мышь - это небольшая коробочка, с одной, двумя или тремя кнопками на верхней крышке. Для работы с мышью ее надо передвигать по поверхности стола. Компьютер следит за перемещениями мыши и передвигает на экране монитора изображение специального указателя - курсора. Таким образом, передвигая мышь по поверхности стола вы будете передвигать курсор по экрану монитора. С помощью мыши вы можете указывать компьютеру на те элементы изображения, с которыми он должен что-либо сделать. Установив курсор на объект, следует нажать одну из кнопок. При этом компьютер узнает, что вы установили курсор на нужный объект. Для выполнения на компьютере некоторых задач (например, таких как создание графических изображений) мышь даже более нужна чем клавиатура, так как является графическим устройством ввода компьютера.

 

рис.2. Мышь

_{3.2.3 Сканер}

Сканер предназначен для ввода  в компьютер графических изображений, таких как черно/белые или цветные фотографии.

С помощью сканера можно ввести в компьютер графическое изображение  страницы книги с текстом.

Компьютер сможет "прочитать" это изображение и преобразовать его в обычный текст. Этот текст впоследствии можно будет отредактировать или отформатировать. Однако чаще всего сканер используется для ввода фотографий.

 

Рис.3. Сканер

_{3.2.4 Плоттер}

С помощью плоттера компьютер может  вычертить чертеж детали, географическую карту или другое подобное изображение.

Плоттер рисует специальными цветными фломастерами.

Качество обычно хуже, чем достижимое на лазерном принтере, однако есть плоттеры, способные работать с бумагой  очень большого размера, например, формата  А0 (33,11" x 46,81" или 841 мм х 1189 мм).

Лазерные принтеры обычно используют формат бумаги А4 (8,27" x 11,69" или 210 мм х 297 мм), и только некоторые из них - А3 (11.69" x 16,54" или 297 мм х 420 мм).

_{3.3 Устройства вывода информации}

_{3.3.1 Мониторы}

Главное правило при покупке  персонального компьютера - не супиться, приобретая те устройства, которые служат долго, стоят дорого, а меняются редко. Компьютерные мониторы относятся как раз к таким устройствам - поэтому особенно важна информации о них, помогающая сделать правильный выбор при существующем разнообразии моделей и марок. Ведь даже средние по классу мониторы нередко равны по цене всем остальным частям персонального компьютера, вместе взятым. В случае же приобретения монитора для профессиональных целей - например, для оснащения рабочего места дизайнера или комплектации станции САПР, стоимость монитора уже в несколько раз превышает стоимость всего остального оборудования. Вообще, в отношении мониторов характеристика “больше и дороже” зачастую (правда, не всегда) означает “лучше”.

При покупке компьютера нужно серьезнейшим образом подходить к выбору монитора еще и потому, что длительная работа за некачественным монитором может самым пагубным образом влиять на здоровье, особенно на зрение.

_{3.3.2 Мониторы общего и профессионального назначения}

Основной параметр, характеризующий  монитор, - его размер. Размеры монитора обыкновенно определяются длиной диагонали экрана электронно-лучевой трубки. Для популярных приложений, работающих в графической среде Windows, наиболее подходящими являются мониторы размером 15-17 дюймов (14-дюймовые мониторы уходят в прошлое). Следует отметить, что действительный размер изображения, как правило, меньше размера ЭЛТ приблизительно на один дюйм (то есть для 15-дюймового монитора видимая область экрана соответствует примерно 14-ти дюймам по диагонали), хотя у разных производителей эта величина может слегка варьироваться.

Другой важный параметр, характеризующий  работу в графической среде  - разрешение. Для количественного описания разрешения используют пиксел (pixel - от picture element, по-русски - элемент изображения). Режимы разрешения различаются количественно произведением пикселов, укладывающихся по горизонтали и вертикали экрана. На мониторах общего назначения обычно устанавливают режимы: 640x480, 800x600, 1024x768 пикселов. Те, кому приходится интенсивно работать с офисными приложениями (Word, Excel, Power Point, Publisher), предпочли бы сесть за 17-дюймовый монитор, позволяющий установить разрешение 1024x768 или 1280x1024 пикселов. Действительно, удобно, когда текстовый документ формата А4 помещается на экране в натуральную величину - при высоком разрешении не так часто приходится менять масштаб и прокручивать изображение.

С мониторами профессионального назначения (размер экрана - 17, 20, 21 дюйм и более, разрешение - до 1600x1200) работают дизайнеры, использующие специальные приложения - настольные издательские системы и мощные графические редакторы. (Это Adobe PageMaker, Corel Draw, Adobe Photoshop и другие)

Подобные мониторы в ходу и у  специалистов в области автоматизированного  проектирования в сферах архитектуры  и интерьеров, картографии и ландшафтов, машиностроения и электроники.

По физическим принципам, лежащим  в основе конструкций дисплеев, подавляющее  большинство их относится к дисплеям на базе электронно-лучевых трубок и к жидкокристаллическим дисплеям (последние особенно часто встречаются у портативных компьютеров). У первых формирование изображения производится на внутренней поверхности экрана, покрытого слоем люминофора - вещества, светящегося под воздействием электронного луча, генерируемого специальной “электронной пушкой” и управляемого системами горизонтальной и вертикальной развертки. Жидкокристаллический экран состоит из крошечных сегментов, заполненных специальным веществом, способным менять отражательную способность под воздействием очень слабого электрического поля, создаваемого электродами, подходящими к каждому сегменту.