Совокупность устройств, предназначенных для автоматического или автоматизированного накопления, обработки и хранения данных, называют вычислительной техникой.
Автоматические вычисления не всегда производились как в настоящее время электронными устройствами. История развития средств вычислительной техники включает и механические устройства для расчетов.
Первое в мире автоматическое устройство для выполнения операции сложения было создано на основе механических часов. В 1623 г. его разработал В. Шикард, профессор университета Тьюбингена (Германия).
В 1642 г. французский механик Б. Паскаль разработал суммирующее устройство, которое было первым в мире механическим калькулятором.
В 1673 г. немецкий математик и философ Г. Лейбниц создал калькулятор, выполняющий операции умножения и деления.
Долгое время принцип механического управления математическими операциями не изменялся. Только в начале XX века были изобретены электронные устройства, которые дали новый толчок к развитию вычислительной техники:
· 1904 г. – Дж. Флеминг изобрел диод;
· 1906 г. – Л. Форест разработал триод;
· 1918 г. – М. Бонч-Бруевич создал триггер.
Этапы развития ВТ приведены на рисунке.
Рисунок – Этапы развития ВТ
Первый электронный компьютер Colossus был создан М Ньюменом и Т. Флауерсом (Великобритания) в 1943 г. и содержал более 1500 электронных ламп. Компьютеры этого этапа развития вычислительной техники можно считать компьютерами первого поколения (большие ЭВМ).
В 1949 г. разработан первый компьютер, сохраняющий программу в своей памяти и использующий для вывода информации дисплей.
Двумя годами раньше – в 1947 г. сотрудниками лаборатории Bell Дж. Бардином и У. Браттейном разработан транзистор, который стимулировал развитие в 1950-1964 гг. электронных компьютеров – компьютеров второго поколения (мини-ЭВМ).
Созданием первого 4-разрядного микропроцессора Intel-4004 ознаменован 1971 г. Микропроцессор представлял собой множество транзисторов на кремниевом кристалле, скорость его работы составляла 60 тысяч операций в секунду. Компьютеры на основе микропроцессоров – это третье поколение (микро-ЭВМ).
В 1974 г. усилиями С. Возняка и С. Джобса появляется первый компьютер серии Apple. Первый прототип персонального компьютера, оснащенный 8-разрядным процессором Intel-8080, поступил в продажу в 1975 г.
В связи с необходимостью использования компьютеров для специализированных вычислений в 1981 г. фирма Intel представляет первый сопроцессор – математический процессор для операций над числами с плавающей запятой.
Дальнейшее развитие вычислительных систем включает следующие даты:
· 1983 г. – фирма IBM представляет компьютер IBM PC XT с процессором 8088 и сопроцессором, жестким диском, дисководом для гибких дисков и 256 килобайтами оперативной памяти;
1984 г. – появление на рынке компьютера IBM PC АT на основе процессора 80286 с рабочей частотой 6-8 МГц и адресуемой (оперативной) памятью 1 Мбайт;
· 1993 г. компьютеры нового (четвертого) поколения – 32-разрядный Pentium с быстродействием от 110 млн операций в секунду;
·
По способу организации вычислительного процесса ЭВМ подразделяют:
- однопроцессорные;
- многопроцессорные.
По уровню специализации ЭВМ подразделяют:
- универсальные – для решения инженерно-технических задач, отличающихся сложностью алгоритмов и большим объемом данных;
- проблемно-ориентированные – для решения задач, связанных с регистрацией, накоплением и обработкой небольшого объема данных;
- специализированные – для решения узкого круга задач, например, для реализации функций управления техническими устройствами.
Классификация персональных компьютеров (международный сертификационный стандарт –РС-99)
- массовые ПК – стандартный набор аппаратных средств;
- деловые ПК – минимальный набор средств для воспроизведения графики и звука;
- портативные ПК – наличие средств коммуникации отдаленного доступа;
- рабочие станции – повышенные требования к объемам памяти устройств хранения данных;
- развлекательные ПК – ориентированные на высококачественное воспроизведение графики и звука.
Классификация персональных компьютеров по конструктивным особенностям:
- стационарные;
- переносимые:
· Портативные;
· Блокнотные;
· Карманные– интеллектуальные записные книжки.
Классификация персональных компьютеров по аппаратной совместимости:
- IBM PC совместимые;
- Apple Macintosh.
ХАРАКТЕРИСТИКА ПК
Персональный компьютер (ПК) с технической точки зрения можно определить как единую систему, представляющую собой набор сменных компонентов, соединенных между собой стандартными интерфейсами.
Персональный компьютер включает в себя:
- Системный блок:
- корпус с блоком питания;
- системную (материнскую) плату;
- процессор;
- оперативную память;
- видеоконтроллер (видеокарта);
- жесткий диск HDD;
- оптический дисковод CD-ROM;
- дисковод гибких дисков FDD;
- привод CD/DVD;
- звуковую карту;
- сетевую карту
- монитор;
- клавиатуру;
- мышь.
– Микропроцессор (МП) - основной элементом ПК. (см. Процессоры)
– Системная шина обеспечивает передачу И между всеми устройствами системного блока. Современные системные шины имеют разрядность 64 бита и тактовую частоту более 1 ГГц.
– Генератор тактовых импульсов (ГТИ) генерирует последовательность электрических импульсов (Промежуток времени между соседними импульсами определяет время одного такта работы машины).
– Внутренняя память предназначена для хранения и обмена информацией (см. далее Память)
– Видеоадаптеры (видеокарты) предназначены для подключения монитора к компьютеру.
– Контроллеры - устройства, обеспечивающие подключение и функционирование внешней памяти.
– Сетевой адаптер (сетевая плата) -устройство для подключения ПК к локальной компьютерной сети.
Процессоры.
Процессор – основной элемент ПК, предназначен для управления работой всего ПК, а также для выполнения арифметических и логических операций.
Современные процессоры выполняются в виде микропроцессоров. Принципы работы процессора:считывает Д из памяти, манипулирует ими и возвращает их обратно в память или передает на внешние устройства, например, монитор или принтер.
Основные характеристики процессора:
– быстродействие – количество операций, производимых в 1 секунду, измеряется в бит/сек. Каждая последующая модель имеет более высокую производительность по сравнению с предыдущей;
– тактовая частота– количество тактов, производимых процессором за 1 секунду (определяет скорость выполнения операций).
– ТЧ процессора 1,73 ГГц означает, что он может выполнять 1,73 миллиарда операций в секунду;
– разрядность – количество двоичных разрядов, которые процессор обрабатывает за один такт. Указывая разрядность процессора 64, имеют в виду, что процессор имеет 64-разрядную шину данных, т.е. за один такт он обрабатывает 64 бита.
Состав процессора:
– арифметико-логическое устройство (АЛУ) предназначено для выполнения всех арифметических и логических операций над числовой и символьной информацией (в некоторых моделях ПК для ускорения выполнения операций к АЛУ подключается дополнительный математический сопроцессор);
– устройство управления (УУ) формирует и подает во все элементы ПК в нужные моменты времени определенные сигналы управления (управляющие импульсы), обусловленные спецификой выполняемой операции и результатами предыдущих операций;
– кэш-память – блок высокоскоростной памяти, в которую копируются Д, извлеченные из оперативной памяти. (позволяет повысить производительность процессора);
– схемы управления шиной реализуют сопряжение и связь с другими устройствами ПК через системную шину;
– регистры общего назначения (РОН) – быстродействующие ячейки памяти, для хранения счетчиков и указателей на адресное пространство ПК (позволяют значительно увеличить быстродействие выполняемой программы);
– Наиболее распространенными моделями являются процессоры Pentium, Celeron фирмы Intel и Athlon фирмы AMD.
Процессоры:
– одноядерные (исчерпали резервы роста производительности за счет повышения рабочей частоты);
– мультиядерные(двухядерные 2005г.) семейства процессоров Intel Pentium D и Intel Extreme Edition, Athlon 64 X2 (1 покол. совместимость с существующими системными платами ); Intel Core 2 Duo (не совместим, со старыми материнскими платами).
Память
Память – устройство ЭВМ, которое используется для записи, хранения и выдачи по запросу информации.