Первое поколение - компьютеры на электронных лампах (1946 - 1956г.). За точку отсчета эры ЭВМ обычно принимают 15 февраля 1946 года, когда ученые Пенсильванского университета США ввели в строй первый в мире электронный компьютер ЭНИАК. В нем использовалось 18 тысяч электронных ламп. Машина занимала площадь 135 м3, весила 30 тонн и потребляла 150 кВт электроэнергии. Она использовалась для решения задач, связанных с созданием атомной бомбы. И хотя механические и электромеханические машины появились значительно раньше, все дальнейшие успехи ЭВМ связаны именно с электронными компьютерами. В СССР в 1952 году академиком С.А. Лебедевым была создана самая быстродействующая в Европе ЭВМ БЭСМ. Быстродействие первых машин было несколько тысяч операций в секунду.

Второе поколение - компьютеры на транзисторах (1956 - 1964 г.). Полупроводниковый прибор - транзистор был изобретен в США в 1948 году Шокли и Бардиным. Компьютеры на транзисторах резко уменьшили габариты, массу, потребляемую мощность, повысили быстродействие и надежность. Типичная отечественная машина (серий "Минск", "Урал") содержала около 25 тысяч транзисторов. Лучшая наша ЭВМ БЭСМ-6 имела быстродействие 1 млн. оп/с.

Третье поколение - компьютеры на микросхемах с малой степенью интеграции (1964 - 1971г.). Микросхема была изобретена в 1958 году Дж. Килби в США. Микросхемы позволили повысить быстродействие и надежность ЭВМ, снизить габариты, массу и потребляемую мощность. Первая ЭВМ на микросхемах IBM-360 была выпущена в США в 1965 году, как и первая мини-ЭВМ PDP-8 размером с холодильник. В СССР большие ЭВМ третьего поколения серии ЕС (ЕС-1022-ЕС-1060) выпускались вместе со странами СЭВ с 1972 года. Это были аналоги американских ЭВМ IBM-360, IBM-370.

Четвертое поколение - компьютеры на микропроцессорах (1971 - настоящее время). Микропроцессор - это арифметическое и логическое устройство, выполненное чаще всего в виде одной микросхемы с большой степенью интеграции. Применение микропроцессоров привело к резкому снижению габаритов, массы и потребляемой мощности ЭВМ, повысило их быстродействие и надежность. Первый микропроцессор Intel-4004 был выпущен в США фирмой Intel в 1971 году. Его разрядность была 4 бита. В 1973г. был выпущен 8-битовый Intel-8008, а в 1974 г. Intel-8080. В 1975 г. появился первый в мире персональный компьютер Альтаир-8800, построенный на базе Intel-8080. Началась эра персональных ЭВМ.

В 1976 г. появился персональный компьютер Apple на базе микропроцессора фирмы Motorola, который имел большой коммерческий успех. Он положил начало компьютерам серии Макинтош. Первый компьютер фирмы IBM с названием IBM PC появился в 1981 году. Он был сделан на базе 16-битового микропроцессора Intel-8088 и имел ОЗУ 1 Мб (у всех других машин было тогда ОЗУ 64 Кб). Фактически он стал стандартом персонального компьютера. Сейчас IBM-совместимые компьютеры составляют 90% всех производимых в мире персональных компьютеров. В 1983г. на базе Intel-8088 был выпущен компьютер IBM PC/ХT, имеющий жесткий диск. В 1982г. был сделан 16-битовый процессор Intel-80286, который был использован фирмой IBM в 1984г. в компьютере серии IBM PC/AT. Его быстродействие было в 3 - 4 раза выше, чем у IBM PC/ХT. В 1985г. фирма Intel разработала 32-битовый процессор Intel-80386.

Он содержал примерно 275 тысяч транзисторов и мог работать с 4 Гб дисковой памяти. Для процессоров Intel-80286 и Intel-80386 появились математические сопроцессоры соответственно Intel-80287 и Intel-80387, которые повышали быстродействие компьютеров при математических расчетах и при работе с плавающей запятой. Процессоры 80486 (1989г.), Pentium (1993г.), Pentium-Pro (1995г.), Pentium-2 (1997г.) и Pentium-3 (1999г.) уже имеют встроенный математический сопроцессор. На базе процессоров Pentium собраны многие современные персональные компьютеры.

Пятое поколение (перспективное) - это ЭВМ, использующие новые технологии и новую элементную базу, например сверхбольшие интегральные схемы, оптические и магнито-оптические элементы, работающие посредством обычного разговорного языка, оснащенные огромными базами данных. Предполагается также использовать элементы искусственного интеллекта и распознавание зрительных и звуковых образов. Такие проекты разрабатываются в ведущих промышленно развитых странах.

Жизнь человек в двадцать первом веке напрямую связана с искусственным интеллектом. Знание основных вех в создании компьютеров – показатель образованного человека. Развитие компьютеров принято делить на 5 этапов — принято говорить о пяти поколениях.

1946-1954годы — вычислительные машины первого поколения

Стоит сказать, что первое поколение ЭВМ (электронных вычислительных машин) было ламповым. Ученые университета в Пенсильвании (США) разработали ЭНИАК — так назывался первый в мире компьютер. Днем, когда он официально введен в строй является 15.02.1946. При сборке аппарата было задействовано 18 тысяч электронных ламп. ЭВМ по нынешним меркам была колоссальна площадь 135 квадратных метров, а вес 30 тонн. Потребности в электроэнергии так же были велики — 150кВт.

Общеизвестный факт — создавалась эта электронная машина непосредственно для помощи в решении сложнейших задач по созданию атомной бомбы. СССР стремительно нагоняло свое отставание и в декабре 1951 года, под руководством и при непосредственном участии академика С. А. Лебедева миру была представлена самая быстрая в Европе ЭВМ. Носила она аббревиатуру МЭСМ (Малая Электронная Счетная Машина). Данный аппарат мог выполнять от 8 до 10 тысяч операций в секунду.

1954 — 1964 годы — вычислительные машины второго поколения

Следующим шагом в развитии стала разработка компьютеров, работающих на транзисторах. Транзисторами называются приборы, созданные из полупроводниковых материалов – позволяющие управлять током, идущим в цепи. Первый известный стабильно работающий транзистор был создан в Америке в 1948 году командой физиков — исследователей Шокли и Бардиным.

По скорости работы электронно-вычислительные машины существенно отличались от предшественников — скорость доходила до сотен тысяч операций в одну секунду. Уменьшились и размеры, да и потребление электрической энергии стало меньше. Также значительно увеличилась сфера использования. Происходило это за счет стремительной разработки программного обеспечения. Наш лучший компьютер – БЭСМ-6 обладала рекордным быстродействием – 1000000 операций в секунду. Разработана в 1965 году под руководством главного конструктора С. А. Лебедева.

1964 — 1971 годы — вычислительные машины третьего поколения

Основным отличием этого периода является начало применения микросхем с малой степенью интеграции. С помощью сложнейших технологий ученые смогли поместить на небольшой полупроводниковой пластине, с площадью меньше 1 сантиметра квадратного, сложные электронные схемы. Изобретение микросхем запатентовано в 1958 году. Изобретатель — Джек Килби. Применение этого революционного изобретения позволило улучшить все параметры – габариты уменьшились примерно до размеров холодильника, быстродействие увеличилось, также как и надежность.

Этот этап в развитии вычислительных машин характеризуется применением в использовании нового запоминающего устройства – магнитного диска. Мини-ЭВМ PDP-8 впервые представлена в 1965 году.

В СССР подобные версии появились гораздо позже — в 1972 году и являлись аналогами моделей, представленных на американском рынке.

1971 год — современность — вычислительные машины четвертого поколения

Инновацией в вычислительных машинах четвертого поколения является применение и использование микропроцессоров. Микропроцессоры представляют собой АЛУ (арифметически-логические устройства), помещенные на одну микросхему и имеющие высокую степень интеграции. Это значит, что микросхемы начинают занимать еще меньше места. Иными словами, микропроцессор – это маленький мозг, выполняющий миллионы операций в секунду по заложенной в него программе. Размеры, вес и потребление мощности резко уменьшились, а быстродействие достигло рекордных высот. И именно тогда в игру включился Intel.

Первый микропроцессор назывался Intel-4004 — название первого микропроцессора, собранного в 1971 году. Он имел разрядность 4 бита, но тогда являлся гигантским технологическим прорывом. Два года спустя Intel представил миру Intel-8008, имеющий восемь бит, в 1975 году появился на свет Альтаир-8800 — это первый персональный компьютер, созданный на основе Intel-8008.

Это было началом целой эры персональных компьютеров. Машину стали использоваться повсеместно в совершенно различных целях. Через год в игру вступил Apple. Проект имел большой успех, а Стив Джобс стал одним из самых известных и богатых человек на Земле.

Непререкаемым эталоном компьютера становится IBM PC. Его выпустили в 1981 году имеющим ОЗУ 1 мегабайт.

Примечательно то, что на данный момент IBM-совместимые электронно-вычислительные машины занимают примерно девяностопроцентную долю выпускаемых компьютеров! Также, нельзя не упомянуть про Pentium. Разработка первого процессора со встроенным сопроцессором завершилась успехом в 1989 году. Сейчас эта торговая марка непререкаемый авторитет в разработках и применении микропроцессоров на рынке компьютеров.

Если говорить о перспективах — то это, безусловно, развитие и внедрение новейших технологий: сверхбольших интегральных схем, магнитно-оптических элементов, даже элементов искусственного разума.

Самообучаемые электронные системы — вот обозримое будущее, называемое пятым поколением в развитии компьютеров.

Человек стремится стереть барьер в общении с компьютером. Очень долго и, к сожалению, неудачно работала над этим Япония, но это уже тема совершенно другой статьи. На данный момент все проекты находятся только в разработке, но с современными темпами развития – это недалекое будущее. Настоящее время – время, когда вершится история!

В данной статье описаны основные этапы развития компьютеров. Описаны основные направления развития компьютерных технологий и причины их этого развития.

Основные этапы развития компьютеров

В ходе эволюции компьютерных технологий были разработаны сотни разных компьютеров. Многие из них давно забыты, в то время как влияние других на современные идеи оказалось весьма значительным. В этой статье мы дадим краткий обзор некоторых ключевых исторических моментов, чтобы лучше понять, каким образом разработчики дошли до концепции современных компьютеров. Мы рассмотрим только основные моменты развития, оставив многие подробности за скобками. Компьютеры, которые мы будем рассматривать, представлены в таблице ниже.

Основные этапы истории развития компьютеров:

Всего из истории можно выделить 6 этапов развития компьютеров: поколение механических компьютеров, компьютеры на электронных лампах (такие, как ENIAC), транзисторные компьютеры (IBM 7094), первые компьютеры на интегральных схемах (IBM 360), персональные компьютеры (линейки с ЦП Intel) и, так называемые, невидимые компьютеры.

Нулевое поколение - механические компьютеры (1642-1945)

Первым человеком, создавшим счетную машину, был французский ученый Блез Паскаль (1623-1662), в честь которого назван один из языков программирования. Паскаль сконструировал эту машину в 1642 году, когда ему было всего 19 лет, для своего отца, сборщика налогов. Это была механическая конструкция с шестеренками и ручным приводом. Счетная машина Паскаля могла выполнять только операции сложения и вычитания.

Тридцать лет спустя великий немецкий математик Готфрид Вильгельм Лейбниц (1646-1716) построил другую механическую машину, которая помимо сложения и вычитания могла выполнять операции умножения и деления. В сущности, Лейбниц три века назад создал подобие карманного калькулятора с четырьмя функциями.

Еще через 150 лет профессор математики Кембриджского Университета, Чарльз Бэббидж (1792-1871), изобретатель спидометра, разработал и сконструировал разностную машину . Эта механическая машина, которая, как и машина Паскаля, могла лишь складывать и вычитать, подсчитывала таблицы чисел для морской навигации. В машину был заложен только один алгоритм - метод конечных разностей с использованием полиномов. У этой машины был довольно интересный способ вывода информации: результаты выдавливались стальным штампом на медной дощечке, что предвосхитило более поздние средства ввода-вывода - перфокарты и компакт-диски.

Хотя его устройство работало довольно неплохо, Бэббиджу вскоре наскучила машина, выполнявшая только один алгоритм. Он потратил очень много времени, большую часть своего семейного состояния и еще 17 000 фунтов, выделенных правительством, на разработку аналитической машины. У аналитической машины было 4 компонента: запоминающее устройство (память), вычислительное устройство, устройство ввода (для считывания перфокарт), устройство вывода (перфоратор и печатающее устройство). Память состояла из 1000 слов по 50 десятичных разрядов; каждое из слов содержало переменные и результаты. Вычислительное устройство принимало операнды из памяти, затем выполняло операции сложения, вычитания, умножения или деления и возвращало полученный результат обратно в память. Как и разностная машина, это устройство было механическим.

Преимущество аналитической машины заключалось в том, что она могла выполнять разные задания. Она считывала команды с перфокарт и выполняла их. Некоторые команды приказывали машине взять 2 числа из памяти, перенести их в вычислительное устройство, выполнить над ними операцию (например, сложить) и отправить результат обратно в запоминающее устройство. Другие команды проверяли число, а иногда совершали операцию перехода в зависимости от того, положительное оно или отрицательное. Если в считывающее устройство вводились перфокарты с другой программой, то машина выполняла другой набор операций. То есть в отличие от разностной аналитическая машина могла выполнять несколько алгоритмов.

Поскольку аналитическая машина программировалась на элементарном ассемблере, ей было необходимо программное обеспечение. Чтобы создать это программное обеспечение, Бэббидж нанял молодую женщину - Аду Августу Ловлейс (Ada Augusta Lovelace), дочь знаменитого британского поэта Байрона. Ада Ловлейс была первым в мире программистом. В ее честь назван современный язык программирования - Ada.

К несчастью, подобно многим современным инженерам, Бэббидж никогда не отлаживал компьютер. Ему нужны были тысячи и тысячи шестеренок, сделанных с такой точностью, которая в XIX веке была недоступна. Но идеи Бэббиджа опередили его эпоху, и даже сегодня большинство современных компьютеров по конструкции сходны с аналитической машиной. Поэтому справедливо будет сказать, что Бэббидж был дедушкой современного цифрового компьютера.

В конце 30-х годов немец Конрад Зус (Konrad Zuse) сконструировал несколько автоматических счетных машин с использованием электромагнитных реле. Ему не удалось получить денежные средства от правительства на свои разработки, потому что началась война. Зус ничего не знал о работе Бэббиджа, его машины были уничтожены во время бомбежки Берлина в 1944 году, поэтому его работа никак не повлияла на будущее развитие компьютерной техники. Однако он был одним из пионеров в этой области.

Немного позже счетные машины были сконструированы в Америке. Машина Джона Атанасова (John Atanasoff) была чрезвычайно развитой для того времени. В ней использовалась бинарная арифметика и информационные емкости, которые периодически обновлялись, чтобы избежать уничтожения данных. Современная динамическая память (ОЗУ) работает по точно такому же принципу. К несчастью, эта машина так и не стала действующей. В каком-то смысле Атанасов был похож на Бэббиджа - мечтатель, которого не устраивали технологии своего времени.

Компьютер Джорджа Стибитса (George Stibbitz) действительно работал, хотя и был примитивнее, чем машина Атанасова. Стибитс продемонстрировал свою машину на конференции в Дартмутском колледже в 1940 году. На этой конференции присутствовал Джон Моушли (John Mauchley), ничем не примечательный на тот момент профессор физики из университета Пенсильвании. Позднее он стал очень известным в области компьютерных разработок.

Пока Зус, Стибитс и Атанасов разрабатывали автоматические счетные машины, молодой Говард Айкен (Howard Aiken) в Гарварде упорно проектировал ручные счетные машины в рамках докторской диссертации. После окончания исследования Айкен осознал важность автоматических вычислений. Он пошел в библиотеку, прочитал о работе Бэббиджа и решил создать из реле такой же компьютер, который Бэббиджу не удалось создать из зубчатых колес.

Работа над первым компьютером Айкена «Mark I» была закончена в 1944 году. Компьютер имел 72 слова по 23 десятичных разряда каждое и мог выполнить любую команду за 6 секунд. В устройствах ввода-вывода использовалась перфолента. К тому времени, как Айкен закончил работу над компьютером «Mark II», релейные компьютеры уже устарели. Началась эра электроники.

Первое поколение - электронные лампы (1945-1955)

Стимулом к созданию электронного компьютера стала Вторая мировая война. В начале войны германские подводные лодки разрушали британские корабли. Германские адмиралы посылали на подводные лодки по радио команды, и хотя англичане могли перехватывать эти команды, проблема была в том, что радиограммы были закодированы с помощью прибора под названием ENIGMA , предшественник которого был спроектирован изобретателем-дилетантом и бывшим президентом США Томасом Джефферсоном.

В начале войны англичанам удалось приобрести ENIGMA у поляков, которые, в свою очередь, украли ее у немцев. Однако, чтобы расшифровать закодированное послание, требовалось огромное количество вычислений, и их нужно было произвести сразу после перехвата радиограммы. Поэтому британское правительство основало секретную лабораторию для создания электронного компьютера под названием COLOSSUS. В создании этой машины принимал участие знаменитый британский математик Алан Тьюринг. COLOSSUS работал уже в 1943 году, но, так как британское правительство полностью контролировало этот проект и рассматривало его как военную тайну на протяжении 30 лет, COLOSSUS не стал базой для дальнейшего развития компьютеров. Мы упомянули о нем только потому, что это был первый в мире электронный цифровой компьютер.

Вторая мировая война повлияла на развитие компьютерной техники и в США. Армии нужны были таблицы, которые использовались при нацеливании тяжелой артиллерии. Сотни женщин нанимались для расчетов на ручных счетных машинах и заполнения полей этих таблиц (считалось, что женщины аккуратнее в расчетах, чем мужчины). Тем не менее этот процесс требовал много времени, и часто случались ошибки.

Джон Моушли, который был знаком с работами Атанасова и Стибблитса, понимал, что армия заинтересована в счетных машинах. Он потребовал от армии финансирования работ по созданию электронного компьютера. Требование было удовлетворено в 1943 году, и Моушли со своим студентом Дж. Преспером Экертом (J. Presper Eckert) начали конструировать электронный компьютер, который они назвали ENIAC (Electronic Numerical Integrator and Computer - электронный цифровой интегратор и калькулятор). ENIAC состоял из 18 000 электровакуумных ламп и 1500 реле, весил 30 тонн и потреблял 140 киловатт электроэнергии. У машины было 20 регистров, каждый из которых мог содержать 10-разрядное десятичное число. (Десятичный регистр - это память очень маленького объема, которая может вмещать число до какого-либо определенного максимального количества разрядов, что-то вроде одометра, запоминающего километраж пройденного автомобилем пути.) В ENIAC было установлено 6000 многоканальных переключателей и имелось множество кабелей, протянутых к разъемам.

Работа над машиной была закончена в 1946 году, когда она уже была не нужной - по крайней мере, для достижения первоначально поставленных целей.

Поскольку война закончилась, Моушли и Экерту позволили организовать школу, где они рассказывали о своей работе коллегам-ученым. В этой школе и зародился интерес к созданию больших цифровых компьютеров.

После появления школы за конструирование электронных вычислительных машин взялись другие исследователи. Первым рабочим компьютером был EDSAC (1949 год). Эту машину сконструировал Морис Уилкс в Кембриджском университете. Далее - JOHNIAC в корпорации Rand, ILLIAC в Университете Иллинойса, MANIAC в лаборатории Лос-Аламоса и WEIZAC в Институте Вайцмана в Израиле.

Экерт и Моушли вскоре начали работу над машиной EDVAC (Electronic Discrete Variable Computer - электронная дискретная параметрическая машина). К несчастью, этот проект закрылся, когда они ушли из университета, чтобы основать компьютерную корпорацию в Филадельфии (Силиконовой долины тогда еще не было). После ряда слияний эта компания превратилась в Unisys Corporation.

Экерт и Моушли хотели получить патент на изобретение цифровой вычислительной машины. После нескольких лет судебной тяжбы было вынесено решение, что патент недействителен, так как цифровую вычислительную машину изобрел Атанасов, хотя он ее и не запатентовал.

В то время как Экерт и Моушли работали над машиной EDVAC, один из участников проекта ENIAC, Джон Фон Нейман, поехал в Институт специальных исследований в Принстоне, чтобы сконструировать собственную версию EDVAC под названием IAS (Immediate Address Storage - память с прямой адресацией). Фон Нейман был гением в тех же областях, что и Леонардо да Винчи. Он знал много языков, был специалистом в физике и математике, обладал феноменальной памятью: он помнил все, что когда-либо слышал, видел или читал. Он мог дословно процитировать по памяти текст книг, которые читал несколько лет назад. Когда фон Нейман стал интересоваться вычислительными машинами, он уже был самым знаменитым математиком в мире.

Фон Нейман вскоре осознал, что создание компьютеров с большим количеством переключателей и кабелей требует длительного времени и очень утомительно. Он пришел к мысли, что программа должна быть представлена в памяти компьютера в цифровой форме, вместе с данными. Он также отметил, что десятичная арифметика, используемая в машине ENIAC, где каждый разряд представлялся десятью электронными лампами A включена и 9 выключены), должна быть заменена параллельной бинарной арифметикой. Между прочим, Атанасов пришел к аналогичному выводу лишь спустя несколько лет.

Основной проект, который фон Нейман описал вначале, известен сейчас как фон-неймановская вычислительная машина . Он был использован в EDSAC, первой машине с программой в памяти, и даже сейчас, более чем полвека спустя, является основой большинства современных цифровых компьютеров. Сам замысел и машина IAS оказали очень большое влияние на дальнейшее развитие компьютерной техники, поэтому стоит кратко описать проект фон Неймана. Стоит иметь в виду, что хоть проект и связан с именем фон Неймана, в его разработке приняли деятельное участие другие ученые - в частности, Голдстайн. Архитектуру этой машины иллюстрирует следующий рисунок:

Машина фон Неймана состояла из пяти основных частей: памяти, арифметико-логического устройства, устройства управления, а также устройств ввода-вывода. Память включала 4096 слов размером по 40 бит, бит - это 0 или 1. Каждое слово содержало или 2 команды по 20 бит, или целое число со знаком на 40 бит. 8 бит указывали на тип команды, а остальные 12 бит определяли одно из 4096 слов. Арифметический блок и блок управления составляли «мозговой центр» компьютера. В современных машинах эти блоки сочетаются в одной микросхеме, называемой центральным процессором (ЦП) .

Внутри арифметико-логического устройства находился особый внутренний регистр на 40 бит, так называемый аккумулятор. Типичная команда добавляла слово из памяти в аккумулятор или сохраняла содержимое аккумулятора в памяти. Эта машина не выполняла арифметические операции с плавающей точкой, поскольку Фон Нейман считал, что любой сведущий математик способен держать плавающую точку в голове.

Примерно в то же время, когда Фон Нейман работал над машиной IAS, исследователи МТИ разрабатывали свой компьютер Whirlwind I. В отличие от IAS, ENIAC и других машин того же типа со словами большой длины, машина Whirlwind I имела слова по 16 бит и предназначалась для работы в реальном времени. Этот проект привел к изобретению Джеем Форрестером (Jay Forrester) памяти на магнитном сердечнике, а затем и первого серийного мини-компьютера.

В то время IBM была маленькой компанией, производившей перфокарты и механические машины для сортировки перфокарт. Хотя фирма IBM частично финансировала проект Айкена, она не интересовалась компьютерами и только в 1953 году построила компьютер 701, через много лет после того, как компания Экерта и Моушли со своим компьютером UNIVAC стала номером один на компьютерном рынке.

В 701 было 2048 слов по 36 бит, каждое слово содержало две команды. 701 стал первым компьютером, лидирующим на рынке в течение десяти лет. Через три года появился компьютер 704, у которого было 4 Кбайт памяти на магнитных сердечниках, команды по 36 бит и процессор с плавающей точкой. В 1958 году компания IBM начала работу над последним компьютером на электронных лампах, 709, который по сути представлял собой усложненную версию 704.

Второе поколение - транзисторы (1955-1965)

Транзистор был изобретен сотрудниками лаборатории Bell Laboratories Джоном Бардином Oohn Bardeen), Уолтером Браттейном (Walter Brattain) и Уильямом Шокли (William Shockley), за что в 1956 году они получили Нобелевскую премию в области физики. В течение десяти лет транзисторы совершили революцию в производстве компьютеров, и к концу 50-х годов компьютеры на вакуумных лампах уже безнадежно устарели. Первый компьютер на транзисторах был построен в лаборатории МТИ (Массачусетским Техническим Институтом). Он содержал слова из 16 бит, как и Whirlwind I. Компьютер назывался ТХ-0 (Transistorized experimental computer 0 - экспериментальная транзисторная вычислительная машина 0) и предназначался только для тестирования будущей машины ТХ-2.

Машина ТХ-2 не имела большого значения, но один из инженеров этой лаборатории, Кеннет Ольсен (Kenneth Olsen), в 1957 году основал компанию DEC (Digital Equipment Corporation - корпорация по производству цифровой аппаратуры), чтобы производить серийную машину, сходную с ТХ-0. Эта машина, PDP-1, появилась только через четыре года главным образом потому, что те, кто финансировал DEC, считали производство компьютеров невыгодным. Поэтому компания DEC продавала в основном небольшие электронные платы.

Компьютер PDP-1 появился только в 1961 году. Он имел 4096 слов по 18 бит и быстродействие 200 000 команд в секунду. Этот параметр был в два раза меньше, чем у 7090, транзисторного аналога 709. PDP-1 был самым быстрым компьютером в мире в то время. PDP-1 стоил 120 000 долларов, в то время как 7090 стоил миллионы. Компания DEC продала десятки компьютеров PDP-1, и так появилась компьютерная промышленность.

Одну из первых машин модели PDP-1 отдали в МТИ, где она сразу привлекла внимание некоторых молодых исследователей, подающих большие надежды. Одним из нововведений PDP-1 был дисплей размером 512 х 512 пикселов, на котором можно было рисовать точки. Вскоре студенты МТИ составили специальную программу для PDP-1, чтобы играть в «Войну миров» - первую в мире компьютерную игру.

Через несколько лет компания DEC разработала модель PDP-8, 12-разрядный компьютер. PDP-8 стоил гораздо дешевле, чем PDP-1 A6 000 долларов). Главное нововведение - единственная шина (omnibus), показанная на рис. 1.5. Шина - это набор параллельно соединенных проводов для связи компонентов компьютера. Это нововведение радикально отличало PDP-8 от IAS. Такая структура с тех пор стала использоваться во всех компьютерах. Компания DEC продала 50 000 компьютеров модели PDP-8 и стала лидером на рынке мини-компьютеров.

Как уже отмечалось, с изобретением транзисторов компания IBM построила транзисторную версию 709 - 7090, а позднее - 7094. У этой версии время цикла составляло 2 микросекунды, а память состояла из 32 536 слов по 36 бит. 7090 и 7094 были последними компьютерами типа ENIAC, но они широко использовались для научных расчетов в 60-х годах прошлого века.

Компания IBM выпускала также компьютеры 1401 для коммерческих расчетов. Эта машина могла считывать и записывать магнитные ленты и перфокарты и распечатывать результат так же быстро, как и 7094, но при этом стоила дешевле. Для научных вычислений она не подходила, но зато была очень удобна для ведения деловых записей.

У 1401 не было регистров и фиксированной длины слова. Память содержала 4000 байт по 8 бит (в более поздних моделях объем увеличился до немыслимых в то время 16 000 байт). Каждый байт содержал символ в 6 бит, административный бит и бит для указания конца слова. У команды MOVE, например, есть исходный адрес и адрес пункта назначения. Эта команда перемещает байты из первого адреса во второй, пока бит конца слова не примет значение 1.

В 1964 году компания CDC (Control Data Corporation) выпустила машину 6600, которая работала почти на порядок быстрее, чем 7094. Этот компьютер для сложных расчетов пользовался большой популярностью, и компания CDC пошла «в гору». Секрет столь высокого быстродействия заключался в том, что внутри ЦПУ (центрального процессора) находилась машина с высокой степенью параллелизма. У нее было несколько функциональных устройств для сложения, умножения и деления, и все они могли работать одновременно. Для того чтобы машина быстро работала, требовалось составить хорошую программу, а приложив некоторые усилия, можно было сделать так, чтобы машина выполняла 10 команд одновременно.

Внутри машины 6600 было встроено несколько маленьких компьютеров. Центральный процессор, таким образом, производил только подсчет чисел, а остальные функции (управление работой машины, а также ввод и вывод информации) выполняли маленькие компьютеры. Некоторые принципы работы устройства 6600 используются и в современных компьютерах.

Разработчик компьютера 6600 Сеймур Крей (Seymour Cray) был легендарной личностью, как и фон Нейман. Он посвятил всю свою жизнь созданию очень мощных компьютеров, которые сейчас называют суперкомпьютерами . Среди них можно назвать 6600, 7600 и Сгау-1. Сеймур Крей также является автором известного «алгоритма покупки автомобилей»: вы идете в магазин, ближайший к вашему дому, показываете на машину, ближайшую к двери, и говорите: «Я беру эту». Этот алгоритм позволяет тратить минимум времени на не очень важные дела (покупку автомобилей) и позволяет большую часть времени на важные (разработку суперкомпьютеров).

Следует упомянуть еще один компьютер - Burroughs B5000. Разработчики машин PDP-1, 7094 и 6600 занимались только аппаратным обеспечением, стараясь снизить его стоимость (DEC) или заставить работать быстрее (IBM и CDC). Программное обеспечение не менялось. Производители В5000 пошли другим путем. Они разработали машину с намерением программировать ее на языке Algol 60 (предшественнике языков С и Java), сконструировав аппаратное обеспечение так, чтобы упростить задачу компилятора. Так появилась идея, что при
разработке компьютера нужно также учитывать и программное обеспечение. Но вскоре эта идея была забыта.

Третье поколение - интегральные схемы (1965-1980)

Изобретение в 1958 году Робертом Нойсом (Robert Noyce) кремниевой интегральной схемы означало возможность размещения на одной небольшой микросхеме десятков транзисторов. Компьютеры на интегральных схемах были меньшего размера, работали быстрее и стоили дешевле, чем их предшественники на транзисторах.

К 1964 году компания IBM лидировала на компьютерном рынке, но существовала одна большая проблема: компьютеры 7094 и 1401, которые она выпускала, были несовместимы друг с другом. Один из них предназначался для сложных расчетов, в нем использовалась двоичная арифметика на регистрах по 36 бит, во втором применялась десятичная система счисления и слова разной длины. У многих покупателей были оба этих компьютера, и им не нравилось, что они совершенно несовместимы.

Когда пришло время заменить эти две серии компьютеров, компания IBM сделала решительный шаг. Она выпустила линейку транзисторных компьютеров System/360, которые были предназначены как для научных, так и для коммерческих расчетов. Линейка System/360 имела много нововведений. Это было целое семейство компьютеров для работы с одним языком (ассемблером). Каждая новая модель была больше по возможностям, чем предыдущая. Компания смогла заменить 1401 на 360 (модель 30), а 7094 - на 360 (модель 75). Модель 75 была больше по размеру, работала быстрее и стоила дороже, но программы, написанные для одной из них, могли использоваться в другой. На практике программы, написанные для маленькой модели, выполнялись большой моделью без особых затруднений. Но в случае переноса программного обеспечения с большой машины на маленькую могло не хватить памяти. И все же создание такой линейки компьютеров было большим достижением. Идея создания семейств компьютеров вскоре стала очень популярной, и в течение нескольких лет большинство компьютерных компаний выпустили серии сходных машин с разной стоимостью и функциями. В табл. ниже показаны некоторые параметры первых моделей из семейства 360. О других моделях этого семейства мы расскажем далее.

Первые модели серии IBM 360:

Еще одно нововведение в 360 - мультипрограммирование . В памяти компьютера могло находиться одновременно несколько программ, и пока одна программа ждала, когда закончится процесс ввода-вывода, другая выполнялась. В результате ресурсы процессора расходовались более рационально.

Компьютер 360 был первой машиной, которая могла полностью эмулировать работу других компьютеров. Маленькие модели могли эмулировать 1401, а большие - 7094, поэтому программисты могли оставлять свои старые программы без изменений и использовать их в работе с 360. Некоторые модели 360 выполняли программы, написанные для 1401, гораздо быстрее, чем сама 1401, поэтому стала бессмысленной переделка программ.

Компьютеры серии 360 могли эмулировать работу других компьютеров, потому что создавались с использованием микропрограммирования. Нужно было написать всего лишь три микропрограммы: одну - для системы команд 360, другую - для системы команд 1401, третью - для системы команд 7094. Требование гибкости стало одной из главных причин применения микропрограммирования.

Компьютеру 360 удалось разрешить дилемму между двоичной и десятичной системами счисления: у этого компьютера было 16 регистров по 32 бит для бинарной арифметики, но память состояла из байтов, как у 1401. В 360 использовались такие же команды для перемещения записей разного размера из одной части памяти в другую, как ив 1401.

Объем памяти у 360 составлял 2 24 байт (16 Мбайт). В те времена такой объем памяти казался огромным. Линейка 360 позднее сменилась линейкой 370, затем 4300, 3080, 3090. У всех этих компьютеров была сходная архитектура. К середине 80-х годов 16 Мбайт памяти стало недостаточно, и компании IBM пришлось частично отказаться от совместимости, чтобы перейти на 32-разрядную адресацию, необходимую для памяти объемом в 2 32 байт.

Можно было бы предположить, что поскольку у машин были слова в 32 бит и регистры, у них вполне могли бы быть и адреса в 32 бит. Но в то время никто не мог даже представить себе компьютер с объемом памяти в 16 Мбайт. Обвинять IBM в отсутствии предвидения все равно что обвинять современных производителей персональных компьютеров в том, что адреса в них всего по 32 бит. Возможно, через несколько лет объем памяти компьютеров будет составлять намного больше 4 Гбайт, и тогда адресов в 32 бит будет недостаточно.

Мир мини-компьютеров сделал большой шаг вперед в третьем поколении вместе с производством линейки компьютеров PDP-11, последователей PDP-8 со словами по 16 бит. Во многих отношениях компьютер PDP-11 был младшим братом 360, a PDP-1 - младшим братом 7094. И у 360, и у PDP-11 были регистры, слова, память с байтами, и в обеих линейках компьютеры имели разную стоимость и разные функции. PDP-1 широко использовался, особенно в университетах, и компания DEC продолжала лидировать среди производителей мини-компьютеров.

Четвертое поколение - сверхбольшие интегральные схемы (1980-?)

Появление сверхбольших интегральных схем (СБИС) в 80-х годах позволило помещать на одну плату сначала десятки тысяч, затем сотни тысяч и, наконец, миллионы транзисторов. Это привело к созданию компьютеров меньшего размера и более быстродействующих. До появления PDP-1 компьютеры были настолько велики и дороги, что компаниям и университетам приходилось иметь специальные отделы (вычислительные центры ). К 80-м годам цены упали так сильно, что возможность приобретать компьютеры появилась не только у организаций, но и у отдельных людей. Началась эра персональных компьютеров.

Персональные компьютеры требовались совсем для других целей, чем их предшественники. Они применялись для обработки слов, электронных таблиц, а также для выполнения приложений с высоким уровнем интерактивности (например, игр), с которыми большие компьютеры не справлялись.

Первые персональные компьютеры продавались в виде комплектов. Каждый комплект содержал печатную плату, набор интегральных схем, обычно включающий схему Intel 8080, несколько кабелей, источник питания и иногда 8-дюймовый дисковод. Сложить из этих частей компьютер покупатель должен был сам. Программное обеспечение к компьютеру не прилагалось. Покупателю приходилось писать программное обеспечение самому. Позднее появилась операционная система СР/М, написанная Гари Килдаллом (Gary Kildall) для Intel 8080. Эта действующая операционная система помещалась на дискету, она включала в себя систему управления файлами и интерпретатор для выполнения пользовательских команд, которые набирались с клавиатуры.

Еще один персональный компьютер, Apple (а позднее и Apple II), был разработан Стивом Джобсом (Steve Jobs) и Стивом Возняком (Steve Wozniak). Этот компьютер стал чрезвычайно популярным среди домашних пользователей и школ, что в мгновение ока сделало компанию Apple серьезным игроком на рынке.

Наблюдая за тем, чем занимаются другие компании, компания IBM, лидирующая тогда на компьютерном рынке, тоже решила заняться производством персональных компьютеров. Но вместо того, чтобы конструировать компьютер на основе отдельных компонентов IBM «с нуля», что заняло бы слишком много времени, компания предоставила одному из своих работников, Филипу Эстриджу (Philip Estridge), большую сумму денег, приказала ему отправиться куда-нибудь подальше от вмешивающихся во все бюрократов главного управления компании, находящегося в Армонке (шт. Нью-Йорк), и не возвращаться, пока не будет создан действующий персональный компьютер. Эстридж открыл предприятие достаточно далеко от главного управления компании (во Флориде), взял Intel 8088 в качестве центрального процессора и создал персональный компьютер из разнородных компонентов. Этот компьютер (IBM PC) появился в 1981 году и стал самым покупаемым компьютером в истории.

Однако компания IBM сделала одну вещь, о которой позже пожалела. Вместо того чтобы держать проект машины в секрете (или, по крайней мере, оградить себя патентами), как она обычно делала, компания опубликовала полные проекты, включая все электронные схемы, в книге стоимостью 49 долларов. Эта книга была опубликована для того, чтобы другие компании могли производить сменные платы для IBM PC, что повысило бы совместимость и популярность этого компьютера. К несчастью для IBM, как только проект IBM PC стал широко известен, многие компании начали делать клоны PC и часто продавали их гораздо дешевле, чем IBM (поскольку все составные части компьютера можно было легко приобрести). Так началось бурное производство персональных компьютеров.

Хотя некоторые компании (такие, как Commodore, Apple и Atari) производили персональные компьютеры с использованием своих процессоров, а не процессоров Intel, потенциал производства IBM PC был настолько велик, что другим компаниям приходилось пробиваться с трудом. Выжить удалось только некоторым из них, и то лишь потому, что они специализировались в узких областях, например, в производстве рабочих станций или суперкомпьютеров.

Первая версия IBM PC была оснащена операционной системой MS-DOS, которую выпускала тогда еще крошечная корпорация Microsoft. IBM и Microsoft совместно разработали последовавшую за MS-DOS операционную систему OS/2, характерной чертой которой был графический пользовательский интерфейс (Graphical User Interface, GUI), сходный с интерфейсом Apple Macintosh. Между тем компания Microsoft также разработала собственную операционную систему Windows, которая работала на основе MS-DOS, на случай, если OS/2 не будет иметь спроса. OS/2 действительно не пользовалась спросом, a Microsoft успешно продолжала выпускать операционную систему Windows, что послужило причиной грандиозного раздора между IBM и Microsoft. Легенда о том, как крошечная компания Intel и еще более крошечная, чем Intel, компания Microsoft умудрились свергнуть IBM, одну из самых крупных, самых богатых и самых влиятельных корпораций в мировой истории, подробно излагается в бизнес-школах всего мира.

Первоначальный успех процессора 8088 воодушевил компанию Intel на его дальнейшие усовершенствования. Особо примечательна версия 386, выпущенная в 1985 году, - это первый представитель линейки Pentium. Современные процессоры Pentium гораздо быстрее процессора 386, но с точки зрения архитектуры они просто представляют собой его более мощные версии.

В середине 80-х годов на смену CISC (Complex Instruction Set Computer - компьютер с полным набором команд) пришел компьютер RISC (Reduced Instruction Set Computer - компьютер с сокращенным набором команд). RISC-команды были проще и работали гораздо быстрее. В 90-х годах появились суперскалярные процессоры, которые могли выполнять много команд одновременно, часто не в том порядке, в котором они располагаются в программе.

Вплоть до 1992 года персональные компьютеры были 8-, 16- и 32-разрядными. Затем появилась революционная 64-разрядная модель Alpha производства DEC - самый что ни на есть настоящий RISC-компьютер, намного превзошедший по показателям производительности все прочие ПК. Впрочем, тогда коммерческий успех этой модели оказался весьма скромным - лишь через десятилетие 64-разрядиые машины приобрели популярность, да и то лишь в качестве профессиональных серверов.

Пятое поколение - невидимые компьютеры

В 1981 году правительство Японии объявило о намерениях выделить национальным компаниям 500 миллионов долларов на разработку компьютеров пятого поколения на основе технологий искусственного интеллекта, которые должны были потеснить «тугие на голову» машины четвертого поколения. Наблюдая за тем, как японские компании оперативно захватывают рыночные позиции в самых разных областях промышленности - от фотоаппаратов до стереосистем и телевизоров, - американские и европейские производители в панике бросились требовать у своих правительств аналогичных субсидий и прочей поддержки. Однако несмотря на большой шум, японский проект разработки компьютеров пятого поколения в конечном итоге показал свою несостоятельность и был аккуратно «задвинут в дальний ящик». В каком-то смысле эта ситуация оказалась близка той, с которой столкнулся Беббидж: идея настолько опередила свое время, что для ее реализации не нашлось адекватной технологической базы.

Тем не менее то, что можно назвать пятым поколением компьютеров, все же материализовалось, но в весьма неожиданном виде - компьютеры начали стремительно уменьшаться. Модель Apple Newton, появившаяся в 1993 году, наглядно доказала, что компьютер можно уместить в корпусе размером с кассетный плеер. Рукописный ввод, реализованный в Newton, казалось бы, усложнил дело, но впоследствии пользовательский интерфейс подобных машин, которые теперь называются персональными электронными секретарями (Personal Digital Assistants, PDA ), или просто карманными компьютерами , был усовершенствован и приобрел широкую популярность. Многие карманные компьютеры сегодня не менее мощны, чем обычные ПК двух-трехлетней давности.

Но даже карманные компьютеры не стали по-настоящему революционной разработкой. Значительно большее значение придается так называемым «невидимым» компьютерам - тем, что встраиваются в бытовую технику, часы, банковские карточки и огромное количество других устройств. Процессоры этого типа предусматривают широкие функциональные возможности и не менее широкий спектр вариантов применения за весьма умеренную цену. Вопрос о том, можно ли свести эти микросхемы в одно полноценное поколение (а существуют
они с 1970-х годов), остается дискуссионным. Факт в том, что они на порядок расширяют возможности бытовых и других устройств. Уже сейчас влияние невидимых компьютеров на развитие мировой промышленности очень велико, и с годами оно будет возрастать. Одной из особенностей такого рода компьютеров является то, что их аппаратное и программное обеспечение зачастую проектируется методом соразработки .

Заключение

Итак, к первому поколению причисляются компьютеры на электронных лампах (такие, как ENIAC ), ко второму - транзисторные машины (IBM 7094 ), к третьему - первые компьютеры на интегральных схемах (IBM 360 ), к четвертому - персональные компьютеры (линейки ЦП Intel ). Что же касается пятого поколения, то оно больше ассоциируется не с конкретной архитектурой, а со сменой парадигмы. Компьютеры будущего будут встраиваться во все мыслимые и немыслимые устройства и за счет этого действительно станут невидимыми. Они
прочно войдут в повседневную жизнь - будут открывать двери, включать лампы, распределять деньги и выполнять тысячи других обязанностей. Эта модель, разработанная Марком Вайзером (Mark Weiser) в поздний период его деятельности, первоначально получила название повсеместной компьютеризации , но в настоящее время не менее распространен термин «всепроникающая компьютеризация ». Это явление обещает изменить мир не менее радикально, чем промышленная революция.

По материалам книги Э. Танненбаума «Архитектура компьютера», 5 издание.

Введение

Персональные компьютеры (ПК) все прочнее входят в нашу жизнь и занимают в ней далеко не последнее место. Если каких-то 15 лет назад их можно было увидеть только в солидных организациях, то сегодня ПК стоит в каждом магазине, офисе, кафе, библиотеке или квартире.

На сегодняшний день компьютеры в человеческой деятельности используются во многих сферах - для ведения бухгалтерского учета и создания сложных научных моделей, разработки дизайна и создания музыки, хранения и поиска информации в базах данных, обучения, игр и прослушивания музыки. Нужно знать компьютер, уметь им пользоваться. Не каждый человек, который работает на компьютере, представляет себе полностью точный состав ПК.

Профессионалы, работающие вне компьютерной сферы, считают непременной составляющей своей компетентности знание аппаратной части персонального компьютера, хотя бы его основных технических характеристик. Особенно велик интерес к компьютерам среди молодежи, широко использующей их для своих целей.

Актуальность выбранной темы связана с тем, что современный рынок компьютерной техники столь разнообразен, что довольно не просто определить конфигурацию ПК с требуемыми характеристиками. Без специальных знаний здесь практически не обойтись.

В этой связи целью курсовой работы является изучение основных устройств современного ПК. В соответствии с целью были поставлены следующие задачи:

Ознакомиться с историей создания компьютеров

Изучить основные компоненты ПК

Освоить их основные свойства и характеристики

История создания компьютера

Слово «компьютер» означает «вычислитель» то есть устройство для вычислений. Потребность в автоматизации вычислений возникла очень давно. Многие тысячи лет назад использовались камешки, счетные палочки и подобные устройства. Более 1500 лет тому назад были изобретены так называемые счетные доски, их потомком являются всем известные счеты.

В 1642 году французский ученый, физик и философ Блез Паскаль изобрел счетную машину - механическое устройство для сложения чисел. Счетная машина Паскаля была им задумана еще в 1640 году. Работа над счетной машиной продолжалась около пяти лет, было изготовлено около пятидесяти различных моделей, и была завершена в 1645 году. В 1649 году Паскаль получил «королевскую привилегию» (патент), дающую право на изготовление и продажу машины.

Некоторое количество таких машин действительно было им изготовлено и продано. В дальнейшем было предложено множество различных конструкций механических счетных машин, однако широкое применение они получили только спустя 200 лет, в XIX веке, когда стало возможным их промышленное производство. Такие машины стали называть арифмометрами - они механизировали все четыре действия арифметики: сложение, вычитание, умножение и деление. Арифмометры и их развитие - электромеханические клавишные счетные машины применялись вплоть до 60-х годов прошлого столетия, когда им на смену пришли электронные микрокалькуляторы.

Механические вычислительные машины, о которых шла речь выше, были ручными, то есть требовали участия оператора в процессе вычислений. Для каждой операции нужно было ввести в машину исходные данные и привести в движение счетные элементы машины для выполнения операции. Время от времени нужно было считывать и записывать полученные результаты и контролировать правильность хода вычислений.

Нельзя ли создать автоматическую вычислительную машину, которая осуществляла бы требуемые вычисления без участия человека? Первым поставил такой вопрос и сделал серьезные шаги в обосновании положительного ответа на него замечательный английский ученый, инженер и изобретатель Чарльз Беббидж, который попытался построить автоматическое вычислительное устройство (он назвал его аналитической машиной), работающее без участия человека - под управлением перфокарт.

Аналитическая машина не была построена, но Беббидж сделал более 200 чертежей ее различных узлов, около 30 вариантов общей компоновки машины и изготовил за свой счет некоторые устройства.

В конце XIX и начале XX века получили распространение так называемые счетно-аналитические машины, построенные на развитии идей Паскаля и Беббиджа. Для чтения перфокарт в них стали применять электроконтактные устройства, для привода вращения счетных колес применялся электродвигатель. В дальнейшем были сконструированы машины, в которых хранение чисел осуществлялась в двоичном виде при помощи групп электрореле. Айкен в США, Цузе в Германии и другие конструировали так называемые релейные машины, которые применялись вплоть до начала 60-х годов, конкурируя с уже появившимися тогда электронными вычислительными машинами.

Первая настоящая электронная универсальная вычислительная машина была построена в конце 1945 года; машина получила название ЭНИАК (ENIAC - Electronic Numerical Integrator and Computer, электронный цифровой интегратор и вычислитель). Это сооружение содержало свыше 18 тысяч электронных ламп и потребляло мощность около 150 кВт.

Начиная с 1944 года в работе над созданием электронных вычислительных машин принял участие один из крупнейших американских математиков Джон Фон Нейман. Он в статье «Предварительное рассмотрение логической конструкции электронного вычислительного устройства», опубликованной в 1946 году совместно с Г. Голдстайном и А. Берксом высказал две идеи, которые используются в во всех электронных вычислительных машинах до настоящего времени: использование двоичной системы счисления и принцип хранимой программы. Хранение программы в памяти машины позволяет производить преобразования команд в процессе работы машины, что делает вычислительный процесс гибким.

Компьютеры 40 и 50 годов были очень большими устройствами и были очень дороги. Однако в борьбе за покупателей фирмы, производившие компьютеры стремились сделать свою продукцию компактнее и дешевле. В 1965 году фирма Digital Equipment выпустила первый мини-компьютер PDP-8 размером с холодильник и стоимостью в 20 тыс. долларов. В дальнейшем с изобретением интегральных схем - чипов - появилась возможность еще более уменьшить размеры и удешевить компьютеры. В 1975 году был выпущен первый, коммерчески распространяемый компьютер Альтаир-8800, построенный на основе микропроцессора Intel-8080. Он стоил 500 долларов. Начался рост производства персональных компьютеров.

В 1979 году фирма IBM - мировой лидер в разработке и производстве больших компьютеров решила попробовать свои силы на рынке персональных компьютеров. В 1981 году новый компьютер под названием IBM PC был представлен публике.

Через несколько лет персональные компьютеры фирмы IBM стали ведущими на рынке. Фактически IBM PC стал стандартом персонального компьютера. Сейчас такие компьютеры (совместимые с IBM PC) составляют около 90% всех производимых в мире персональных компьютеров.

Главным достоинством компьютеров IBM является так называемый принцип открытой архитектуры, то есть возможность собирать компьютер из различных блоков, присоединяя их к материнской плате при помощи стандартных разъемов - слотов. Это позволяет увеличивать объем памяти, устанавливать новые устройства для обработки изображений и т.д.

Современный персональный компьютер по своим возможностям превосходит первый, как первая электронная вычислительная машина превосходила счетную машину Паскаля. Однако есть области человеческой деятельности, где их мощности недостаточно. Это относится к обработке очень больших объемов информации в научных исследованиях, инженерных расчетах, создании видеофильмов. В этих случаях позволяют хранить и обрабатывать совершенно немыслимые объемы информации. Если персональный компьютер хранит сотен Гбайт информации и имеет скорость работы в сотни миллионов операций в секунду, то супер-эвм может хранить до тысяч Гбайт информации и обрабатывать ее со скоростью в несколько триллионов операций в секунду.

Для успешной работы на персональном компьютере необязательно знать его устройство. Однако лучше все-таки знать какие устройства входят в состав ПК, основные принципы их работы и характеристики. Это позволит сознательно использовать все технические возможности компьютера, совершенствовать его.

Глава 2. Основы организация и функционирования компьютеров

2.1. Классификация компьютеров

По мере совершенствования структур и технологий производства средств вычислительной техники появляются новые классы компьютеров, и различия для определенных моделей компьютеров постепенно изменяются. Используются разнообразные классификационные характеристики компьютерной техники:

· по поколениям;

· по архитектуре, структуре, по количеству процессоров компьютера;

· по быстродействию;

· по условиям эксплуатации;

· по назначению компьютеров и другим характеристикам.

Идея классифицировать компьютеры по поколениям определяется тем, что компьютерная техника за свою длительную историю развития проделала большой путь как с точки зрения используемой элементной базы (лампы, транзисторы, микросхемы, большие и сверхбольшие интегральные схемы), так и в смысле развития структурной организации, значительного расширения сфер применения.

В 1945 г. Американский ученый Джон фон Нейман сформулировал основы организации и функционирования современных компьютеров на основе принципа программного управления работой компьютера, в соответствии с которым программа и данные хранились в оперативной памяти компьютера.

В 1946 г. В США была разработана первая электронная цифровая ЭВМ "Эниак". Машина выполняла за одну секунду только 300 умножений и 5000 сложений.

В 1948 г. в американской фирме Bell Laboratories физики У. Шокли, У. Браттейн и Дж. Бардин создали транзистор, за что они были удостоены Нобелевской премии. Транзисторы оказали революционное влияние на развитие средств вычислительной техники, заменив электронные лампы и открыв путь к созданию микросхем.

В 1951 г. в СССР под руководством С.А. Лебедева была разработана первая в континентальной Европе ЭВМ, названная «МЭСМ» (Малая Электронная Счетная Машина). СССР вошел в лидирующие страны в области проектирования и разработки средств вычислительной техники, что позволило развивать такие важные области как ядерная энергетика и космос.

В 1952 г. в нашей стране был разработан компьютер БЭСМ-1 (Большая Электронная Счетная Машина), который являлся самым быстродействующим компьютером Европе и одним из лучших в мире.

В 1964 г. американская фирма IBM разработала новое семейство ЭВМ третьего поколения с использованием микросхем - IBM/360.

В 1967 г. В СССР была создана ЭВМ БЭСМ-6 с производительностью 1 млн.операций/сек. Это был один из самых быстродействующих компьютеров в мире в то время, за которым последовала разработка компьютера нового типа «Эльбрус»- ЭВМ производительностью 10 млн. операций/с.

В 1979 г. Американская фирма Intel разработала микропроцессор Intel 8088, который фирма IBM стала использовать для разработки и производства персональных компьютеров. В 1981 г. фирма IBM выпустила первый персональный компьютер IBM PC на базе данного микропроцессора.

В 1982 г. и последующие годы фирма Intel выпустила микропроцессоры Intel286 и Intel386, а затем и микропроцессор Intel 486, который

стал первым микропроцессором со встроенным математическим сопроцессором. Данный сопроцессор значительно повысил скорость обработку данных, он выполнял тригонометрические, экспоненциальные и другие математические функции вместо центрального процессора.

В 1993 г. Фирма Intel выпустила первый микропроцессор семейства Pentium, который позволил обрабатывать компьютерам атрибуты "реального мира" : аудио, видио информацию, фотоизображения и т.п. И в течении последующих лет и до настоящего времени данное семейство является основой для разработки последующих компьютеров.

Остановимся кратко на рассмотрении классификации компьютеров по поколениям, которая достаточно часто встречается в литературе.

К первому поколению обычно относят машины, созданные в 50-х годах, в них использовались электронные лампы. Опыт использования компьютеров первого поколения показал, что необходимо разрабатывать средства автоматизации программирования, создавать программные системы, упрощающие работу на компьютерах, повышать эффективность использования компьютерной техники. Все это потребовало существенных изменений структуры компьютеров.

Второе поколение ЭВМ - это машины, которые разрабатывались в 1955-65 годах. Для них характерным явилось использование транзисторов, оперативная память использовала магнитные элементы. Начали использоваться для программирования языки высокого уровня. Специальные программы, называемые трансляторами выполняют перевод программы с языка высокого уровня на машинный язык компьютера. Появляются мониторные системы, которые управляют процессом трансляции и выполнения программ. Мониторные системы явились основой для создания современных операционных систем. Некоторые компьютеры второго поколения использовали уже операционные системы с ограниченными возможностями.

Компьютеры третьего поколения появились в мировой практике в начале 60-x годов. Компьютеры третьего поколения уже представляли собой семейство ЭВМ с единой архитектурой, они имели программную совместимость. ЭВМ данного поколения имели эффективные операционные системы, они поддерживали мультипрограммный режим, позволяющий одновременно выполнять несколько программ. Примерами ЭВМ этого поколения являются IBM/360, IBM/370, а также разработанные в СССР ЕСЭВМ, СМЭВМ и многие другие. Быстродействие ЭВМ в рамках одного семейства значительно отличается.

Компьютеры четвёртого поколения - это ЭВМ, разработанные в конце 70-х годов. В принципиальном отношении эти компьютеры отличаются от машин третьего поколения использованием современных языков высокого уровня, упрощенным процессом разработки программного обеспечения. В данных компьютерах получило широкое использование микросхем, емкость оперативной памяти возросла до десятков мегабайт. ЭВМ четвертого поколения являлись многопроцессорными и многомашинными комплексами, использующие общую оперативную память, а также общий пул периферийных устройств. Данные ЭВМ поддерживали режим телекоммуникационной обработки информации, объединялись в компьютерные сети, использовали систем управления базами данных и другие инновации того времени.

В разработках ЭВМ последующих поколений широко используются большие и сверхбольшие интегральные схемы, получили распространение оптоэлектронные принципы. Компьютеры обеспечивают ввод информации с рукописного или печатного текста, аудио ввод, идентифицировать пользователя по голосу, выполнять перевод, происходит переход к обработке знаний и т.д.

По условиям эксплуатации компьютеры подразделяются на два основных типа:

· офисные (универсальные);

· промышленные (специализированные).

Офисные компьютеры используются для работы в нормальных условиях эксплуатации.

Промышленные компьютеры должны удовлетворять специальным требованиям эксплуатации, класс решаемых задач являются проблемно- ориентированными или специализированным.

2.2. Принципы построения персонального компьютера

Персональные компьютеры получили бурное развитие, начиная с 1980 годов. Любой компьютер представляет собой совокупность аппаратного и программного обеспечения. К аппаратному обеспечению компьютеров относятся устройства и схемы, образующие аппаратную конфигурацию, необходимую для выполнения задач, их можно собирать из готовых узлов и блоков, наращивать, они имеют открытую архитектуру. Многочисленные интерфейсы в архитектуре любой вычислительной системы, можно условно разделить на две большие группы: последовательные и параллельные. Через последовательный интерфейс данные передаются последовательно, бит за битом, а через параллельный - одновременно группами битов. Количество битов, участвующих в одной передаче, определяется разрядностью интерфейса, например, восьмиразрядные параллельные интерфейсы передают один байт (8 бит) за один такт. Параллельные интерфейсы обычно имеют более сложную организацию по сравнению с последовательными, но обеспечивают принципиально более высокую скорость передачи информации. Производительность параллельных интерфейсов измеряют байтами в секунду (байт/с; Кбайт/с; Мбайт/с).

Программы - это упорядоченные последовательности команд, обеспечивающие управление аппаратными средствами компьютера. Даже если, на первый взгляд, программа не взаимодействует с оборудованием, не требует ввода или вывода данных в периферийные устройства, все равно ее работа основана на управлении аппаратными устройствами компьютера на основе принципа программного управления.

Программное и аппаратное обеспечение в компьютере работают в непрерывном взаимодействии. Несмотря на то, что мы рассматриваем эти две категории отдельно, нельзя забывать, что между ними существует диалектическая связь, и раздельное их рассмотрение является, по меньшей мере, условным.

В основе структурной организации современных персональных компьютеров используется магистрально-модульный принцип, в соответствии с которым все модули компьютера объединяются в единую систему хранения, обработки и передачи информации (рис.2.1). Данный принцип позволяет пользователю определять необходимую конфигурацию компьютера, осуществлять при необходимости модернизацию (апгрейд) компьютера. Магистраль состоит из трех многоразрядных шин: шина данных, шина адреса и шина управления.

Шина данных . Данная шина используется для передачи данных между процессором и устройствами ПК, а также передаются команды в регистр команд процессора из оперативной памяти. Разрядность шины данных современных ПК составляет 64 бита.

Шина адреса . По шине адреса процессор передает адрес из процессора в адресуемый модуль памяти или периферийное устройство. Разрядность шины адреса определяет адресное пространство памяти, адресуемое процессором

Количество ячеек памяти, адресуемых при прямой адресации можно оценить по формуле: N = 2 R , где R - разрядность шины адреса.

Шина управления. По шине управления передаются сигналы управления, определяющие выполняемую операцию в адресуемом устройстве. Например, при чтении данных из памяти формируется сигнал чтения, а при записи – сигнал записи.

Рис.2.1. Структура персонального компьютера

2.3. Базовая конфигурация ПК

Персональный компьютер является универсальной системой обработки и хранения информации, конфигурацию которого можно гибко изменять в соответствии с классом решаемых задач. Такие компьютеры называют компьютерами с открытой архитектурой. В базовую конфигурацию ПК входят следующие модули:

· системный блок;

· монитор;

· клавиатура;

На рис.2.2 показаны основные модули базовой конфигурации и основные устройства системного блока.

2.3.1 Системный блок

Системный блок представляет собой основу компьютера, внутри которого установлены основные устройства. Устройства, подключаемые к системному блоку, называют внешними или периферийными, предназначенными для ввода, вывода и долговременного хранения информации.

Рис.2.2. Состав ПК и устройств системного блока

Основными устройствами системного блока (рис. 2.2) являются следующие:

· системная (материнская) плата-2;

· центральное процессорное устройство - 3;

· оперативная память - 4;

· платы расширений – 5;

· блок питания – 6;

· привод оптических дисков – 7;

· накопители на жестких дисках – 8;

2.3.2. Системная плата

Системная плата (systemboad), материнская плата(motherboard) или главная плата (mainboard) - это различные названия печатной платы с набором микросхем, на которой осуществляется монтаж большинства компонентов персонального компьютера посредством печатных проводников и различных разъёмов (слотов). На материнской плате также располагаются слоты для центрального процессорного устройства, графической и звуковой плат, жёстких дисков, оперативной памяти и других дополнительных компонент.

Материнская плата представляет собой многослойную печатную плату из диэлектрика, на которой электропроводящие проводники выполнены из фольги.

Также на плате находятся слоты и порты шин, например PCI Express (PCI-E), PCI, AGP(Accelerated Graphics Port), USB, контроллеров дисков SATA и IDE/ATA. Слотами называют разъемы для подключения внутренних плат, отдельные слоты предназначены для плат оперативной памяти. Разъемы крепления внешних компонентов называют портами, сейчас многие устройства подключаются через USB-порт. Пример системной платы приведен на рис 2.3.

Рис. 2.3. Системная плата

На системной плате размещаются следующие компоненты:

· процессор – основная микросхема, выполняющая обработку данных

· шины интерфейсы – системная магистраль, включающая шину данных, адреса и управляющих сигналов, по которым происходит передача данных и команд;

· оперативная память представляет набор микросхем, она используется оперативного хранения данных во время работы компьютера;

· постоянное запоминающее устройство – микросхема, предназначенная для долговременного хранения данных, в том числе и после выключения компьютера, в которой хранится BIOS;

· комплект чипсет – набор микросхем, который определяет характеристики материнской платы;

· набор разъемов (слотов) и портов - используется для подключения дополнительных внешних и внутренних устройств.

От производительности перечисленных компонентов в значительной степени зависит производительность компьютера и поэтому выбор системной платы является очень важной задачей при конфигурировании ПК.

Чипсет (Chip Set) . Это набор микросхем материнской платы, состоящий из двух основных микросхем:

· «Северный мост» (Northbridge) - обеспечивает взаимодействие ЦПУ с памятью и видеоадаптером. В новых чипсетах используется интегрированная видеокарта.

· «Южный мост» (Southbridge) - обеспечивает взаимодействие между ЦПУ и жестким диском, слотами PCI-Е, USB и другими.

Южный мост реализует взаимодействия на материнской плате между чипсетом материнской платы и её компонентами. Южный мост обычно не подключён напрямую к процессору в отличие от северного моста.

На системных платах для установки процессоров используется специальный разъем-сокет, который может быть квадратной формы с многочисленными отверстиями под выводы микросхемы. Однако можно встретить не только квадратный сокет, а и длинный разъем – слот.

Системная шина. Это компьютерная шина, которая передает данные, команды, управляющие сигналы и питание между компонентами компьютера. Каждая шина имеет свой набор соединителей (коннекторов) для физического подключения устройств, карт и кабелей. Современные компьютерные шины используют как параллельные, так и последовательные соединения.

Шины подразделяются на внутренние (local bus) и внешние (external bus). Первые используются для подключения внутренних устройств, таких как видеоадаптеры и звуковые платы, а вторые предназначаются для подключения внешних устройств, например, сканеров. IDE является внешней шиной по своему предназначению, но почти всегда используется внутри компьютера.

В последнее время используются такие шины как HyperTransport и Infiniband. Infiniband - это высокоскоростная коммутируемая последовательная шина, применяющаяся как для внутрисистемных, так и для межсистемных соединений. Данные шины позволяют обеспечивать как большие скорости, необходимые для памяти, видеокарт и межпроцессорного взаимодействия, так и небольшие скорости для работы с медленными устройствами, например, приводами дисков.

На производительность компьютера оказывают влияние следующие основные факторы:

· частота процессора - это частота, на которой работает центральный процессор, определяется исходя из частоты шины FSB (Front Side Bus - переводится как «системная шина») и коэффициента умножения. Большинство современных процессоров имеют заблокированный коэффициент умножения, так что единственным способом разгона процессора является изменение частоты FSB;

· память - до определённого момента в развитии компьютеров частота работы памяти совпадала с частотой FSB, на современных персональных компьютерах частоты FSB и шины памяти могут различаться.

· периферийные шины - в старых компьютерах частоты шин ISA, PCI, AGP задавались в соотношении с FSB, на новых компьютерах частоты для каждой шины задаются независимо.

Характеристики системной платы . Системная плата имеет следующие основные характеристики:

· форм - фактор платы - определяет форму, размер, расположение компонентов на плате и тип корпуса компьютера, в который можно ее поместить. Например, корпус типа ATX предоставляет дополнительные возможности: программное включение/выключение компьютера, более надежный разъем питания, лучшая вентиляция корпуса.

· количество и тип разъемов для плат расширения, для подключения которых (видеокарт, звуковых карт, внутренних модемов и др.) необходимо иметь на плате достаточное количество разъемов расширения соответствующего типа.

· набор микросхем - это одна или несколько микросхем, таймеры, системы управления, специально разработанные для "обвязки" процессора.

· наличие интегрированных возможностей - на некоторых материнских платах интегрируют дополнительные возможности, которые могут находится на платах расширения. При такой интеграции повышается надежность системы (меньшее количество контактов), плата стоит дешевле, но модернизировать такую плату дороже.

2.3.3. Центральное процессорное устройство

Центральное процессорное устройство (ЦПУ) является основной микросхемой компьютера, в которой выполняется обработка данных. Современные процессорные микросхемы помимо центрального процессора содержат также математический процессор, называемый сопроцессором. Начиная с процессора Intel486, сопроцессор, выполняющий операции с плавающей запятой, был интегрирован в процессорный чип и назван FPU (Floating Point Unit). Основными операциями, выполняемыми сопроцессором, являются: арифметические, сравнение, деление по модулю, квадратный корень, тригонометрические, загрузка констант, логарифмические и некоторые другие специальные операции.

В состав центрального процессора входят арифметико-логическое устройство для выполнения арифметических и логических операций, регистры процессора, образующие сверхоперативную память процессора для временного хранения данных. Кроме того, процессор содержит регистр команд, в котором хранится выполняемая команда, и программный счетчик для адресации команд программы, хранящейся в оперативной памяти компьютера. В процессорную микросхему также включают кэш-память, например двух уровней L1 и L2.

Команды также как и данные представлены в виде последовательности байтов и хранятся в оперативной памяти. Множество команд процессора образует систему команд процессора. Процессоры, относящиеся к одному семейству, имеют совместимые системы команд. Процессоры, относящиеся к разным семействам, различаются по системе команд и являются несовместимыми.

Выполнение команд в процессоре сводится к следующим основным этапам:

· процессор выдает из программного счетчика адрес памяти для выборки команды из оперативной памяти;

· память, получив адрес и сигнал чтения, передает в регистр команд процессора код команды по шине данных;

· процессор расшифровывает полученную команду, выполняет ее, формирует адрес следующей команды и переходит к первому этапу.

Данный цикл выполняется периодически и называется циклом выборки и выполнения команд. Данную последовательность команд называют программой, разработанной в соответствии с алгоритмом решаемой задачи. Линейный порядок выборки команд из памяти может нарушаться при появлении команд условного перехода для выполнения разветвлений или организации программных циклов.

Характеристики процессоров. Основными характеристиками процессоров являются:

· Разрядность процессора - определяет количество бит данных, которое он может загрузить и обработать одновременно (параллельно). Современные процессоры, разрабатываемые фирмами Intel и AMD, являются 64-разрядными.

· Тактовая частота . В основе работы процессора положен тактовый принцип, в соответствии с которым для выполнения каждой команды требуется определенное количество тактов. В компьютере частоту тактовых импульсов, поступающих в процессор, задает генератор тактовых импульсов Чем выше частота тактовых импульсов, тем выше производительность компьютера. Современные процессоры могут работать на тактовых частотах примерно 4 ГГц.

· Кэш-память . Обмен данными внутри процессора происходит значительно быстрее, чем с оперативной памятью.

· Для уменьшения обращений оперативную память в процессор имеется буферная область памяти, называемая кэш-памятью. Процессор вначале выполняет обращение за данными в кэш-память и при их отсутствии происходит запрос в оперативную память. Получая данные из оперативной памяти, процессор загружает их и в кэш.

· Кэш-память может иметь несколько уровней. Кэш-память первого и второго уровней (L1,L2) размещается в том же кристалле, что и сам процессор и имеет объем от десятков Кбайт до нескольких мегабайт. Кэш-память третьего уровня реализуют на быстродействующих микросхемах памяти типа SRAM (статическая память с произвольным доступом) и размещают на материнской плате вблизи процессора. Емкость данной памяти составляет десятки Мбайт, работает она на частоте материнской платы.

· Напряжение питания процессора по мере развития микропроцессорной техники постепенно понижается. В настоящее время ядро процессора питается напряжением 2,2 В и 1,8 В. Такое напряжение позволяет уменьшить потребляемую мощность блока питания и является важной тенденцией в развитии микроэлектронных технологий. Кроме того, уменьшается и тепловыделение в процессоре, что позволяет увеличить его производительность и является одним из важных факторов надежной работы компьютера в целом.

· Компьютерный блок питания . Предназначен для питания узлов компьютера и обеспечивает для платформы ПК выходные напряжения +5В, +12В, −12В, +3,3В, −5В.

Мультиядерные процессоры. Эра одноядерных процессоров фирмы Intel завершается, на замену их приходят более современные процессоры с мультипроцессорной архитектурой, содержащие 2,4, 6 и более процессоров, часто называемых «ядрами». К росту быстродействия процессоров привыкли уже все пользователи, частоты достигли нескольких гигагерц и остро встала задача охлаждения кристаллов с возможным переходом на жидкостное охлаждение. Большой интерес вызывают разработки, основанные на новой архитектуре следующего поколения от основных разработчиков процессорных кристаллов фирм Intel и AMD. Рассмотрим кратко некоторые разработки многоядерных процессоров фирмы Intel.

Процессоры Core 2 Duo используют микро - архитектуру Core. На этот раз фирме Intel удалось выиграть гонку производительности и, что важнее, процессоры Core 2 Duo обеспечивают не только высокую скорость, но и отличаются прекрасным соотношением производительности на ватт потребляемой мощности. Все процессоры архитектуры Core 2 Duo работают с тактовой частотой системной шины FSB (Front Side Bus,) 266 МГц, в то время как большинство моделей Pentium 4 используют 200-МГц шину. Поскольку за такт передаётся учетверённое количество информации (QDR), то получается эквивалентная частота FSB 1066 МГц с пропускной способностью 8,5 Гбайт/с. За исключением процессоров начального уровня, все модели оснащены 4 Мбайт кэша L2, который используют оба процессорных ядра. Все процессоры поддерживают 64-битные расширения Intel (EM64T), мультимедийные и инструкции, технологию виртуализации. Кроме этих функций, все модели поддерживают последние технологии управления энергопотреблением. Основные характеристики некоторых двухъядерных процессоров Pentium D приведены в таблице:

В 2006 году корпорация Intel начала переход на четырехъядерные процессоры, которые обеспечивают новые возможности для реализации научных исследований, ведения бизнеса и развлечений. Основные характеристики четырехъядерных процессоров Intel Xeon приведены в таблице:

Фирма Intel выпускает процессоры Dunnington, объединяющие шесть ядер в одном корпусе. Данные процессоры имеют 16 Мб кэш-памяти третьего уровня, а также 9 Мб кэш-памяти второго уровня (по 3 Мб на каждую пару ядер).

2.3.4. Шинные интерфейсы и порты системной платы

Порты компьютера. Под портами понимаются разъемы на задней стенке компьютера, предназначенные для подключения таких внешних устройств, как принтер, сканер, внешние диски, флэшки, внешние модемы, мышки и другие периферийные устройства.

ISA. Интерфейс ISA (Industry Standard Architecture) являлся долгие годы промышленным стандартом, она все еще используется в промышленных компьютерах для подключения относительно медленных периферийных устройств.

PCI. Интерфейс PCI (Peripheral Component Interconnect – стандарт подключения внешних компонентов) появился в персональных компьютерах, реализованных на основе процессоров Pentium. Данный стандарт стал поддерживать режим «plug-and-play», который обеспечивает автоматическое распознавание подключаемых устройств «на лету».

FSB . PCI в настоящее время применяется только как шина для интерфейса с периферийными устройствами, а для сопряжения процессора с оперативной памятью, используют шина, которая получила название FSB (Front Side Bus).

PCMCIA (Personal Computer Memory Card International Association – стандарт международной ассоциации производителей плат памяти для персональных компьютеров). Данный стандарт используется для подключения «плоских» карт памяти, в портативных персональных компьютерах, его используют при изготовлении плат ввода-вывлда информации, модемов.

PCI Express. PCI Express или PCI-E - компьютерная шина, использует программную модель шины PCI. В отличие от шины PCI, используемой для передачи данных по общей шине, PCI-E является пакетной сетью с топологией типа звезда. Устройства на шине PCI-E взаимодействуют между собой через среду, образованную коммутаторами, при этом каждое устройство напрямую связано соединением типа точка-точка с коммутатором. Шина PCI Express поддерживает горячую замену карт, управление энергопотреблением и контроль передаваемых данных.

Официально первая базовая спецификация PCI Express появилась в 2002 году и ориентирована на использование в качестве локальной шины. Так как программная модель PCI Express во многом унаследована от PCI, то существующие системы и контроллеры могут быть доработаны для использования шины PCI Express заменой только аппаратного уровня без доработки программного обеспечения. Высокая пиковая производительность шины PCI Express позволяет использовать её вместо шин AGP и PCI.

Hyper-Transport. Шина HyperTransport (HT) - это двунаправленная последовательно/параллельная компьютерная шина с высокой пропускной способностью и малыми задержками, она работает на частотах до 2,6 ГГц. HyperTransport поддерживает автоматическое определение ширины шины, от 2-х битных линий до 32-х битных линий. Полноразмерная, высокоскоростная 32-х битная шина в двунаправленном режиме способна обеспечить пропускную способность до 41600 МБ/с. Шина может быть использована как с устройствами с высокими требованиями к пропускной способности (оперативная память и ЦПУ), так и с устройствами с низкими требованиями (периферийные устройства).

USB (Universal Serial Bus) - универсальная последовательная шина, предназначенная для подключения периферийных устройств. Шина USB представляет собой последовательный интерфейс передачи данных для среднескоростных и низкоскоростных периферийных устройств. Для высокоскоростных устройств лучше применять FireWire. USB - кабель представляет собой две витые пары: по одной паре происходит передача данных в каждом направлении, а другая пара используется для питания периферийного устройства (+5 В).

Первые компьютеры с портами USB (USB 1.1) появились в 1996 году, скорость обмена составляла 12Мбит/сек при длине кабеля 3-5 метров.

USB 2.0 отличается от USB 1.1 большей скоростью и небольшими изменениями в протоколе передачи данных для режима Hi-speed (до 480Мбит/сек).

USB OTG (On-The-Go) - дальнейшее развитие спецификации USB 2.0, предназначенное для лёгкого соединения периферийных USB-устройств без необходимости подключения к компьютеру. Например, цифровой фотоаппарат можно подключать к фотопринтеру напрямую, если они оба поддерживают стандарт USB OTG. Этот стандарт возник из-за возросшей в последнее время необходимости надёжного соединения различных USB-устройств без использования компьютера.

USB 3.0. Находится на этапе разработки и будет передавать сигналы посредством оптоволоконного кабеля. USB 3.0 будет совместима с USB 2.0 и USB 1.1, теоретическая пропускная способность 4,8 Гбит/с.

USB wireless. Эта технология стала доступной в 2005 году и позволяет организовать беспроводную связь с высокой скоростью передачи информации (до 480 Мбит/с на расстоянии 3 метра и до 110 Мбит/с на расстоянии 10 метров).

Wi-Fi . В последние годы широкую популярность приобрелибеспроводные технологии Wi-Fi (Wireless Fidelity – беспроводная достоверность). Это семейство технологий беспроводной передачи данных, максимальная производительность канала более 50 Мбод, а радиус действия около 100 метров, что достаточно для создания беспроводных локальных сетей. Точки доступа Wi-Fi создают в общественных местах: гостиницы, кафе, вокзалы и др. Находясь в зоне действия Wi-Fi , в Интернет можно выйти с помощью ноутбука или ПКП. Мобильные устройства (КПК, ноутбуки), оснащённые клиентскими Wi-Fi приёмо-передающими устройствами, могут подключаться к локальной сети и получать доступ в Интернет.

Wi-Max . Это еще одна интенсивно развивающаяся беспроводная технология, но в России она еще практически не распространена. Производительность канала – около 75Мбод, а дальность действия измеряется уже десятками километров. Это хорошая альтернатива выделенной линии для Интернета.

GPRS (General Packet Radio Service) – это cтандарт для передачи данных всотовыхсетях. Соединение с помощью мобильного телефона может принципиально заменить обычную телефонную линию. Но обычный голосовой модем сотового телефона обеспечивает скорость передачи данных со скоростью 9.6 Кбод, что недостаточно для работы в Интернете. Поэтому для мобильной связи была создана специальная технология пакетной передачи данных GPRS, позволяющая вести обмен со скоростью около 200Кбод. Эта величина пока теоретическая, на практике большинство операторов мобильной связи обеспечивает канал со скоростью 56Кбод.

Технология BlueTooth («блютуз»). Буквально переводится как «синий зуб» и это название исторически связано с датским королем 10 века Гаральдом «Синие зубы», который собирал скандинавские земли, а данная технология как раз и предназначена для объединения мобильной электроники. Данная технология считается пригодной для беспроводной передачи данных для мобильных устройств различного назначения: мобильные телефоны, портативные компьютеры, принтеры, цифровые фотоаппараты и т.п. Необходимость в низком энергопотреблении обусловила и небольшую дальность действия – до сотни метров. Разрабатывается вариант, способный передавать данные на инфракрасные порты на расстояние до 30-40 километров. По умолчанию устройства с данной технологией соединяются друг с другом автоматически, как только они оказываются в зоне обнаружения.

IEEE 1394 (FireWire) –высокоскоростная последовательная шина, используемая для передачи данных между персональным компьютером и различными периферийными устройствами: принтерами, сканерами, жёсткими дисками, цифровыми видеокамерами. Она позволяет подключать внешние устройства и конкурирует с USB.

2.3.5. Базовая система ввода-вывода

BIOS (basic input/output system) – представляет встроенный в компьютер набор базовых программ для загрузки операционной системы, проверки устройств компьютера во время запуска, а также для поддержки обмена данными между устройствами. Eсли при загрузке возникают отказы оборудования, то на экран выдается сообщение об ошибке.

Программы базовой системы ввода-вывода, как правило, остаются недоступными для пользователей. В настоящее время материнские платы включают Flash - BIOS и программа может быть перезагружена в микросхеме.

После выполнения диагностики компьютера BIOS выводит на монитор основные параметры аппаратных средств и после этого загружается операционная система. Пользователь может предварительно нажать Del и вызвать BIOS - Setup, которая позволяет изменить различные установки в CMOS RAM.

2.3.6. Энергонезависимая память

Системная плата содержит микросхему «энергонезависимой памяти», изготовления по технологии CMOS. В отличие от оперативной памяти содержимое CMOS не стирается после выключения компьютера. В нее можно записывать данные, а также их модифицировать согласно устройствам, входящим в состав компьютера. Данная схема использует для питания автономный аккумулятор, который находится на системной плате. CMOS хранит информацию о дисках, процессоре и других устройствах системной платы.

2.4. Система памяти компьютера

Система памяти компьютера используется для хранения информации в персональных компьютерах и включает следующие устройства:

· регистры ЦПУ, представляющие самую быстродействующую память ограниченного объема (8-16 регистров) и называемую сверхоперативной памятью компьютера;

· кэш-память;

· модули оперативной памяти;

· накопители на жестких магнитных дисках;

· оптические диски (CD и DVD диски);

· внешняя память (внешние диски, флэш-память).

Ниже будут более подробно рассмотрены вопросы организации, функционирования и основные характеристики устройств памяти.

2.4.1. Кэш-память

Кэш- память (cache - дословно «заначка») - память компьютера с быстрым доступом, в которой дублируется и хранится часть данных памяти с более медленным доступом, которой является оперативная память. Кэш-память позволяет обращаться к часто требуемым данным быстрее, чем это происходит при использовании только оперативной памяти. Процесс организации доступа посредством кэш-памяти называется кэшированием.

Кэш-память в персональных компьютерах обычно разделяется на несколько уровней: L1, L2, L3, причем память младшего уровня всегда меньше по размеру и имеет более высокую скорость доступа. Самой быстрой памятью является кэш-память первого уровня (L1-cache) и она размещается на одном с ним кристалле. Память уровня L1 работает на частоте процессора и объём этой памяти обычно небольшой - примерно 128 Кб. L2 - кэш второго уровня, которая обычно расположена также на кристалле или рядом с ЦПУ, объём L2 доходит до 4 Мб. Кэш-память третьего уровня наименее быстродействующая и обычно расположена вне ЦПУ, она может иметь значительную емкость и работать быстрее оперативной памяти.

2.4.2. Оперативная память

Оперативная память предназначена для временного хранения данных и команд, при отключении питания компьютера вся информация из памяти стирается. Поэтому при работе с документами нужно периодически сохранять данные на диск, так как при случайной перезагрузке, зависании системы или скачке напряжения оперативная память очистится и все данные будут потеряны. Из оперативной памяти команды и данные передаются в процессор напрямую или через кэш-память. В компьютерах оперативная память является динамической памятью с произвольным доступом (dynamic random access memory - DRAM).

Понятие «динамической» памяти DRAM относится ко всем типам оперативной памяти, начиная с самой старой асинхронной динамической памяти и заканчивая современными модулями памяти DDR2, DDR3. Этот термин вводится в противоположность понятию «статической» памяти (SRAM) и означает, что содержимое каждой ячейки памяти периодически необходимо обновлять ввиду особенности ее конструкции, продиктованной экономическими соображениями. В то же время, статическая память, характеризующаяся более сложной и дорогой конструкцией ячейки и применяемая в качестве кэш-памяти в процессорах, свободна от циклов регенерации, так как в ее основе лежит не емкость (динамический элемент), а триггер (статический элемент).Оперативная память является памятью с произвольным доступом RAM (Random Access Memory), это означает, что при обращении к данным порядок их расположения в памяти может быть произвольным. Оперативная память состоит из ячеек определенной разрядности.

Под емкостью или объемом модуля памяти понимают максимальный объем информации, которую данный модуль может хранить. Емкость памяти обычно измеряется в байтах, а учитывая емкость современных модулей памяти - в Мегабайтах или Гигабайтах, (например 512 Мб, 1Гб). Наиболее приоритетным направлением развития технологии оперативной памяти в настоящее время является DDR SDRAM (Double Data Rate Synchronous Dynamic Random Access Memory - удвоенная скорость передачи данных синхронной памяти с произвольным доступом). Данная память обеспечивает:

· дальнейшее увеличение ее пропускной способности и снижение задержек;

· уменьшение энергопотребления;

· увеличение емкости отдельных микросхем и модулей памяти в целом.

Реализация данного направления является очень важной, так как происходит постоянное развитие технологии изготовления модулей памяти.

2.4.3. Накопители на жестких магнитных дисках

Накопители на жестких магнитных дисках (HDD - Hard Disk Driver) являются энергонезависимыми, перезаписываемыми запоминающими устройствами для долговременного хранения больших объемов информации. В жестких дисках информация хранится на вращающейся металлической или стеклянной пластине, покрытой магнитным материалом. В первых накопителях на жестких магнитных дисках (НЖМД) использовалась одна пластина, а современные диски имеют несколько пластин, размещенных на одной оси или шпинделе.

Информация записывается на обеих сторонах диска. Когда диск вращается, магнитная головка считывает или записывает двоичные данные на магнитный носитель. Магнитные головки записи - чтения информации в рабочем режиме не касаются поверхности пластин, и расстояние между ними не более нескольких нанометров, что обеспечивает долгий срок службы устройства. Накопитель на жёстком магнитном диске состоит из следующих основных узлов: корпуса из прочного сплава, жестких магнитных дисков (пластин) с магнитным покрытием, магнитных головок, электропривода шпинделя и контроллера, управляющего работой жесткого диска и представляющего собой микросхему. Контроллер диска определяет используемый метод записи данных на диске. Жесткий диск устанавливается в специальные монтажные отсеки внутри системного блока и подключается к материнской плате плоским контактным кабелем. На рис 2.4 представлен накопитель на жестких дисках.

Данные на магнитных дисках хранятся на концентрических круговых участках, называемых дорожками (tracks), которых на жестком диске размером 3,5 дюйма может быть более тысячи. Дорожки представляют собой скорее логическую, чем физическую структуру и наносятся при низкоуровневом форматировании жесткого диска. Нумерация дорожек начинается с 0, которая является ближайшей к внешнему краю диска. Дорожка с самым высоким номером находится ближе всех к шпинделю. На рис.2.5 показаны нулевая дорожка, дорожка в середине жесткого диска (N) и дорожка номер 1023.

Головки чтения-записи представляют собой миниатюрные преобразователи, которые позиционируются над дорожкой диска с помощью шагового двигателя. На каждую сторону пластины диска имеется по одной головке. Как правило, все головки закреплены на едином механизме перемещения головок, и все они перемещаются синхронно. Все головки всегда располагаются над одной и той же логической дорожкой на каждой стороне каждой пластины. Головки перемещаются над поверхностью диска небольшими приращениями, которые называются шагами (steps), каждый шаг соответствует одной дорожке.

Рис. 2.4. Накопитель на жестких магнитных дисках

Рис. 2.5. Расположение дорожек на диске

Некоторые диски имеют по одной головке на каждую дорожку и, следовательно, контроллеры не тратят время на перемещение головок к нужной дорожке для считывания информации. Эти диски существенно дороже и, как правило, устанавливаются только на суперкомпьютерах.

В настоящее время разработаны твердые диски, не имеющие ни пластин, ни головок, вместо которых используется энергонезависимая память (NVRAM). Микрокод контроллера организует память, имитируя логические цилиндры, головки, дорожки и секторы, обеспечивая интерфейс с операционной сис­темой. Время доступа к таким дискам измеряется наносекундами (для сравнения - при использовании традиционных технологий оно измеряется в миллисекундах).

Секторы и кластеры. Каждая дорожка разбивается на фрагменты, называемые секторами (sectors), причем все дорожки на диске имеют одинаковое количество секторов. Сектор представляет собой минимальную физическую единицу хранения информации на диске. Размер сектора почти всегда равен 512 байт. Каждая дорожка имеет одно и то же количество секторов, поэтому на дорожках, расположенных ближе к центру диска, секторы упакованы гораздо плотнее.

Дляподготовки диска к работе необходимо на нем создать разделы и логические диски, а также выполнить форматирование диска, то есть разметить его. При этом уничтожается вся информация на жёстком диске. Под разделом диска понимается часть физического диска, которая ведет себя как отдельное устройство и для хранения данных на созданном разделе необходимо сначала отформатировать его и присвоить имя диску. Диск можно разбить на несколько разделов, например на основной и дополнительные, а в разделах можно создать, в свою очередь, логические диски, каждый из которых будет иметь собственное имя. Логические диски похожи на основные разделы за тем исключением, что на одном диске может быть не более четырех основных разделов, в то время как число логических дисков не ограничено, их можно форматировать и присваивать имена.

Разбиение диска на дорожки и сектора выполняется производителем диска. Сектор емкостью 512 байт представляет минимальный физический объем диска. При логическом разбиении диска на нем создаются более крупные фрагменты, состоящие от одного до нескольких секторов и называемые кластерами. Количество секторов в кластере зависит от используемой файловой системы и емкости диска. Ниже приведена таблица размеров кластеров для файловой системы NTFS (файловые системы обсуждаются в главе 3). В этой системе обычно форматируют жесткий диск при установке операционной системы, например при установке операционной системы Windows.

Основными характеристиками НЖМД являются следующие:

· интерфейс - существует огромное количество разных моделей жестких дисков многих фирм, для обеспечения совместимости дисков разработаны стандарты на их интерфейсы, определяющие номенклатуру соединительных проводников, их размещение в переходных разъемах, электрические параметры сигналов и т.п. Распространенными являются интерфейсы IDE (Integrated Drive Electronics) или ATA (Advanced Technology Attachment), Serial ATA, SCSI (Small Computer System Interface), EIDE (Enhanced IDE). Характеристики интерфейсов, с помощью которых винчестеры связаны с материнской платой, в значительной степени определяют производительность современных жестких дисков;

· емкость диска – максимальное количество данных, хранимых накопителем, емкость современных дисков достигает до 1000 Гб (1Тбайт). Обычно оптимальный объём определяется минимальной стоимостью одного гигабайта данных. Для её определения необходимо ёмкость HDD разделить на цену. На рис. 2.6. представлена зависимость стоимости хранения одного гигабайта для наиболее распространенных НЖМД до 500 Гбайт;

За основу бралась стоимость моделей с SATA-интерфейсом и буфером от 8 Мбайт. Цены на НЖМД от разных производителей суммировались, определялось среднее значение, которое и делилось на ёмкость диска. Наиболее выгодным по стоимости за один гигабайт оказались модели ёмкостью 250 Гбайт. С небольшим отрывом за ними следуют НЖМД ёмкостью 200 Гбайт и 300 Гбайт, именно на них и следует обратить внимание пользователям;

· физический размер (форм-фактор) - большинство современных накопителей персональных компьютеров и серверов имеют размер 3,5, или 2,5 дюйма, применяются в основном в ноутбуках. Другими популярными форматами являются диски 1,8 дюйма, 1,3 дюйма и 0,85 дюйма;

· время произвольного доступа (random access time) – среднее время доступа составляет от 3 до 15 мс, как правило, минимальным временем обладают серверные диски;

· скорость вращения шпинделя (spindle speed) – диски имеют различные стандартные скорости вращения: 4200, 5400 и 7200 (ноутбуки), 7200 и 10 000 (ПК), 10 000 и 15 000 об./мин. (серверы и высокопроизводительные рабочие станции);

· потребляемая энергия - важный показатель для мобильных устройств;

· уровень шума - определяется шумом, порождаемым работой механических частей накопителя. Данный параметр определяется в децибелах. Бесшумными накопителями являются накопители с уровнем шума менее 25 дБ;

· скорость передачи данных (Transfer Rate) – средняя скорость лежит в диапазоне (45-500) Мбайт/с.

2.4.4. Накопители на оптических дисках

Под оптическими дисками понимают носители информации, выполненные в виде дисков, запись на которые выполняется с помощью оптического излучения. Диск изготовлен из поликарбоната толщиной 1,2 мм, на который нанесен специальный слой, служащий для хранения информации. При чтении данных луч лазера отражается к читающей лазерной головке по разному для «0» и «1», посредством которых и передается информация. Диаметр дисков может быть 12см или 8см (210 Мбайт).

Первые компакт-диски были созданы для хранения аудио информации в 1979 году компаниями Philips и Sony, однако в настоящее время широко используются как устройства хранения данных широкого назначения. CD-ROM (Compact Disc Read Only Memory) означает компакт-диск с возможностью только чтения. Для штамповки существует специальная матрица (мастер-диск) будущего диска, которая выдавливает дорожки на поверхности и после штамповки на поверхность диска наносят защитную пленку из прозрачного лака. Накопитель CD-ROM содержит:

· электродвигатель, который вращает диск;

· оптическую систему, состоящую из лазерного излучателя, оптических линз и датчиков и предназначенную для считывания информации с поверхности диска;

· микропроцессор, который руководит механикой привода, оптической системой и декодирует прочитанную информацию в двоичный код.

Компакт-диск раскручивается электродвигателем. На поверхность диска с помощью привода оптической системы фокусируется луч из лазерного излучателя. Луч отражается от поверхности диска и сквозь призму подается на датчик. Световой поток превращается в электрический сигнал, который поступает в микропроцессор, где он анализируется и превращается в двоичный код.

DVD – диски. Официально DVD диск был объявлен в 1995 году и вначале под данной аббревиатурой понимался Digital Video Disk (цифровой видео диск), а затем данное сокращение стало соответствовать названию Digital Versatile Disk (Versatile – универсальный). DVD имеет более высокую плотность записи за счет использования лазера с меньшей длинной волны. Кроме того, DVD могут быть двухслойными, это позволяет записывать данные на одной стороне диска в два слоя. Данные могут записываться также на две стороны диска, что обеспечивает удвоение ёмкости.

HD DVD (High Definition DVD) - это DVD высокой чёткости, использующие такие же диски стандартного размера (12см) и синий лазер с длиной волны 405 нанометров. Однослойный HD DVD имеет ёмкость 15 GB, двухслойный - 30 GB. Фирма Toshiba также анонсировала трёхслойный диск, который будет хранить 45 GB данных. Это меньше, чем ёмкость основного конкурента Blu-ray, который поддерживает 25 GB на один слой и 100 GB на четыре слоя. Оба формата совместимы с DVD и используют одни и те же методики сжатия видео.

BD DVD (Blu-RayDisc) - это стандарт DVD дисков - Blu-Ray Disc (Голубой луч) следующего поколения. Запись и чтение данных выполняется "сине-фиолетовым" лазером длиной волны 0,4 мкм. Это обеспечивает возможность размещать на одной стороне диска 27 Гбайт, а для двухслойного диска – порядка 50 Гбайт информации. Blu-ray Disc, сокращённо BD - это следующее поколение оптических дисков с высокой плотностью.

2.5. Периферийные устройства

Периферийными или внешними устройствами называют устройства, размещенные вне системного блока и используемые для обмена информацией с компьютером. К ним относятся устройства вывода результатов (мониторы, принтеры, плоттеры и другие) и устройства ввода данных (клавиатура, сканеры и т.п.).

2.5.1. Монитор

Это стандартное устройство вывода, предназначенное для визуального отображения текстовой и графической информации. В зависимости от принципа действия, мониторы подразделяются на:

· мониторы на основе электронно-лучевой трубки (ЭЛТ или CRT- Cathod Ray Tube);

· жидкокристаллические мониторы.

Монитор с электронно-лучевой трубкой представляет собой электронно-вакуумное устройство в виде стеклянной колбы, в горловине которой находится электронная трубка с экраном со слоем люминофора. При нагревании электронная пушка излучает поток электронов, которые с высокой скоростью двигаются к экрану. Изображение на мониторе формируется при помощи электронного луча, очень быстро проходящего последовательно по строкам слева- направо, сверху- вниз. Если бы луч проходил всю область экрана очень медленно, то мы бы увидели точку, последовательно проходящую по всей области экрана. Но, так как луч проходит весь экран с очень большой скоростью, мы видим изображение с небольшим мерцанием. Чем быстрее луч проходит по экрану, тем менее заметно мерцание картинки. Считается, что мерцание картинки будет незаметно, если луч полностью пройдет экран 75 раз за секунду (то есть с частотой 75Гц). Естественно, чем больше этот параметр, тем лучше для глаз пользователя и рекомендуемая величина - это 85Гц и выше.

При выборе монитора следует учитывать и разрешающую способность экрана (разрешение). Как правило, производитель указывает в паспорте к монитору максимальное разрешение (например макс. - 2048x1536, 60 Гц) и оптимальное (например оптим. - 1280x1024, 85 Гц).

Следующий критерий выбора - размер экрана по диагонали в дюймах. Основными стандартными размерами экрана являются 15"; 17",19"; 20"; 21", 22”,24”.

Если вы собираетесь работать только с текстовой информацией и простой графикой, вам вполне подойдет монитор 17"", 1024x768, 85Гц. Для игр следует брать монитор с наиболее большим разрешением экрана и частотой, а для профессиональной работы с видео и графикой рекомендуется монитор с диагональю экрана не менее 19"". Достоинствами мониторов на основе ЭЛТ являются:

· отличный обзор экрана под любым углом;

· достаточно точная цветопередача;

· идеально подходит для отображения видео и анимации.

К недостаткам мониторов данного типа можно отнести:

· занимают много места на рабочем столе;

· всегда присутствует электромагнитное излучение;

· мерцание вредно для глаз, чувствуется усталость после нескольких часов работы.

Монитор этого типа подойдет, если вы занимаетесь профессиональной работой с графикой и видео, в других случаях рекомендуется обратить внимание на ЖК-мониторы.

Жидкокристаллические мониторы (ЖК или LCD - Liquid Crystal Display ) – пассивные плоские мониторы, данный тип мониторов был разработан в 1963 году. Большое значение имеют чистота и тип полимера со свойствами жидких кристаллов, примененный в мониторе. В основе мониторов этого типа лежит вещество, находящееся в жидком состоянии (жидкие кристаллы), благодаря которому и формируется изображение. Экран ЖК-монитора представляет собой массив пикселей из жидких кристаллов (матрица), которые используются для отображения информации. У ЖК-мониторов нет мерцаний, дефектов сведения, помех от магнитных полей, идеальны фокусировка, геометрия изображения и фиксированное разрешение. Энергопотребление ЖК-мониторов в несколько раз меньше, чем у ЭЛТ и плазменных экранов сравнимых размеров Энергопотребление ЖК мониторов на 95% определяется мощностью ламп подсветки или светодиодной матрицы подсветки пассивного ЖК экрана. При выборе ЖК монитора следует обратить внимание на следующие основные характеристики:

· яркость - е диницей измерения яркости является «кандела» (лат. candela- свеча) на квадратный метр (кд/м 2). В некоторых документах применяется единица измерения яркости - нит, который равен 1 кд/м 2 , стандартная яркость равна 300 кд/м 2 ;

· контрастность - определяется отношением самой яркой и самой темной точки экрана. Данная величина является безразмерной и обозначается, например так: 1600:1;

· угол обзора - он бывает как горизонтальный, так и вертикальный. Горизонтальный угол обзора позволяет вам видеть изображение на мониторе (если вам позволит угол самого обзора), если вы сидите не напротив монитора, а чуть сбоку (справа или слева – вот самые крайние боковые точки и формирует данный угол – стандартный горизонтальный угол равен 160 градусам). Вертикальный угол обзора – это угол между верхней точкой перед монитором и нижней (стандартный угол составляет 60 градусов, но чем больше, тем лучше). В отличие от ЭЛТ-мониторов, в которых картинка видима под любым углом обзора, кристаллическое содержание не позволяет ЖК-мониторам похвастать этим. Наибольший угол обзора для ЖК на сегодняшний день составляет 178 градусов и по горизонтали и по вертикали;

· максимальное разрешение - от этого показателя зависит плотность или, так сказать, наибольшая детализация изображения. Стандартное разрешение составляет 1280:1024, но чем больше, тем качественнее изображение, например хорошее качество соответствует разрешение - 1920х1200;

· частота и время отклика - время отклика характеризует суммарное время переключения пиксела LCD-матрицы из черного в светлое состояние и обратно;

· потребление энергии - важный показатель при выборе монитора, потребление эпергии примерно от 30 Вт, а в режиме экономии монитор потребляет 1-2 Вт.

ЖК-мониторы имеют не только вышеперечисленные характеристики, некоторые модели имеют возможность поворота экрана на разные углы, как по горизонтали и вертикали, так и в других плоскостях. При выборе ЖК монитора следует попросить показать тест поверхности монитора на "битые пиксели" - точки на экране, которые при прохождении через них светового луча утратили свою способность изменять цвет. Дело в том, что наличие до 5 "битых пикселей" не является гарантийной ситуацией, а это значит, что никто такой монитор вам заменять не будет. Так же следует обратить внимание на "смазывание" текста при прокрутке станицы с текстовой информацией. Если текст при прокрутке оставляет за собой на некоторый момент "шлейф", приобретать такой монитор не стоит. Достоинствами ЖК мониторов являются:

· низкая потребляемая мощность электроэнергии;

· возможность поворота экрана;

· занимают достаточно мало места;

· достаточно безопасны для зрения;

· идеально подходят для работы с текстовой информацией и простой графикой, а так же для игр.

Рынок ЖК-мониторов движется все больше в сторону широкого формата. Выход Windows Vista еще больше подстегивает этот процесс. Интерфейс Vista «настроен» под формат экрана 16:10, соответственно, и большинство новинок будет теперь выходить с таким соотношением сторон. Параметры продолжают улучшаться: у новинок выросла контрастность до 3000:1. Любители игр, как обычно, не обделены вниманием: время отклика 5 мс уже никого не удивляет, в семействе моделей основных производителей имеются разработанные специально для «геймеров» двухмиллисекундные мониторы. Для профессиональной работы с графикой имеются мониторы, например NEC LCD2690WUXi с экраном 26 дюймов по диагонали.

2.5.2. Видеоплата

Видеоплата, известная также под названием графическая карта, видеокарта или видеоадаптер, является частью видиосистемы компьютера и выполняет преобразование изображения, хранящегося в памяти компьютера, в видеосигнал монитора. Видеокарта представляет собой плату расширения, встраиваемую в специальный разъём для видеокарт на материнской плате или бывает встроенной в материнскую плату микросхемой. Современные видеокарты имеют специализированный микропроцессор, выполняющий большую часть обработки изображений, освобождая от этих задач центральный процессор компьютера.

Стандартная видеоплата плата включает:

· графический процессор (Graphic Processor Unit) - является основой графической платы и в значительной степени определяет ее быстродействие. Поэтому используется понятие «графический ускоритель» (graphics accelerator), который обеспечивает выполнение определенных графических функций аппаратными средствами. Графический процессор выполняет обработку выводимого изображения, производит обработку команд трёхмерной графики. Графические процессоры являются достаточно сложными устройствами, соответствующими центральному процессору. Архитектура современного графического процессора обычно предполагает наличие блоков обработки 2D- и 3D-графики;

· видеопамять - выполняет роль буферной памяти, в которой хранится изображение, формируемое и обрабатываемое графическим процессором и выводимое на экран монитора. Основное назначение видеопамяти - временное хранение выводимой на экран монитора информации. Каждая картинка имеет определенный объём, который измеряется в байтах, поэтому больший объем видиопамяти обеспечивает лучшее разрешение, а также глубину цвета изображения. Часть видеопамяти, используемая для хранения выводимого изображения, называют кадровым буфером (фрейм- буфером). Например, если разрешение 1024х768 точек, то на экране будет 786 432 точек и при использовании 32-битного цвета для кодирования одной точки потребуется: (1024х768х32)/8 = 3145728 байт, то есть нужно более 3 Мбайт памяти. Таким образом, емкость буфера кадра видеопамяти в байтах можно в общем случае определить следующим образом: М=(r*c*b)/8, где:

М – емкость буфера памяти видеоплаты;

r - количество точек (пикселов) по горизонтали экрана;

с - количество точек (пикселов) по вертикали экрана;

b – количество бит для кодирования цвета;

8 – количество бит в байте.

· цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП) используется для формирования изображений, формируемых специальным видеоконтроллером. Он формирует изображение в видеопамяти и вырабатывает сигналы развёртки монитора.

Основными характеристиками видеоадаптера являются следующие:

· разрядность шины данных, то есть количество бит информации, передаваемых за один такт и определяемых производительность видеоадаптера;

· производительность видеопамяти, от нее зависит, как быстро видеопроцессор будет получать данные для обработки. Большинство современных видеокарт сегодня имеют быстрые видеопроцессоры;

· емкость видеопамяти на плате;

· частота работы видеокарты, определяющая скорость обработки видеоинформации и измеряемая в мегагерцах;

· тип используемого интерфейса, в качестве которого сейчас применяется PCI Express, являющийся последовательным интерфейсом, его пропускная способность может достигать 8 Гб/с. В настоящее время имеет место практически полный отказ от шины AGP (Accelerated Graphics Port - ускоренный графический порт) в пользу PCI Express.