История развития средств вычислительной техники (ВТ)

Содержание:

Введение

Сегодня компьютеры есть в большинстве семей. Мы используем их для получения образования, для развлечений, для просмотра фильмов и клипов, причем для выполнения всех этих целей может быть использован один компьютер. Компьютеры являются помощниками для людей различных профессий, таких как инженер, врач, дизайнер. Некоторые из профессий полностью связаны с компьютерами. Благодаря компьютеру стало возможным создавать практически полностью автоматизированные производства, реализовывать многие проекты, ускорить и сделать более продуктивным процесс обучения и еще многое другое.

Развитие производства и увеличение объема информации привели к необходимости создания компьютера как своего рода инструмента для обработки и хранения этой информации.

Актуальность темы исследования заключается в том, что компьютеры с момента своего появления прошли путь от механического устройства до электронного, претерпев при этом огромное количество изменений и новшеств. Сегодня является невозможным представить себе эффективную организацию учебного и рабочего процесса. Компьютеры используется практически во всех сферах деятельности человека. В настоящее время круг задач, требующих для своего решения применения мощных ЭВМ, весьма расширился.

Объект исследования – персональный компьютер.

Предмет исследования – устройство современного персонального компьютера.

Цель работы – изучить особенности устройства современного персонального компьютера.

Задачи исследования:

- изучить вопрос эволюции средств вычислительной техники;

- структурировать знания по данной тематике, выделив основные составляющие ПК;

- обобщить полученные в ходе работы знания.

1. Эволюция средств вычислительной техники

История создания компьютера – это прежде всего стремление человека изобрести устройство для решения задач, непосильных для человеческого разума. И как показывает практика, задача эта исполнена на «ура».

Первыми предками современного ПК были очень примитивные, и даже язык не поворачивается назвать их «компьютерами», его история насчитывает несколько столетий, но, не пройдя всех этапов своей эволюции, он, возможно, не стал таким чудом техники.

Итак, первым созданным компьютером в истории человечества считается машина для подсчетов Блеза Паскаля, возникшая в 1642 году. Это был первый примитивный калькулятор, который помогал изобретателю слагать и вычитать. Изобретение Паскаля считается нулевым этапом в разработке компьютеров и для своего времени это было прогрессивное устройство, ведь ранее никаких попыток механизировать вычисления не было.

Придуманный Паскалем «компьютер» назвали «Паскалина» и представлял он собой ящик с многочисленными шестернями (рис. 1). С помощью колесиков прибор позволял вводить числа от 0 до 9, а в верхней части корпуса, после ввода исходных данных, показывался результат.

Рисунок 1 – Аппарат Паскаля – первый компьютер

Нулевой этап в разработке компьютера продлился достаточно длительное время, ведь история развития компьютеров была скачкообразной. Изобретение Паскаля получило свое совершенствование в 1671 году. Немецкий математик Густав Лейбниц изобрел на основе зубчатого колеса арифмометр, который «умел» выполнять не два, а четыре действия. После этого скачка в развитии компьютера наступило полуторавековое затишье, предшествующее грандиозному прорыву в развитии.

Эпоху достаточно примитивных компьютеров прерывают первые ЭВМ, создание которых началось с 30-х годов 20 века на основе электронных ламп и реле. Это были громоздкие, неудобные в использовании, но прогрессивные для своего времени, компьютеры. Цена такого изобретения кусалась, поэтому позволить себе приобрести такую «штуку» могли только крупные корпорации и правительства некоторых стран.

Кроме дороговизны, были у первых электронных компьютеров и другие недостатки. Один из главных минусов ламповых компьютеров был как раз в этих самых лампах. Так как в одном устройстве их было порядка 15-30 тысяч, то, в случае поломки и необходимости замены, требовалось много времени и усилий, чтобы найти лампу и ее заменить (рис. 2).

Рисунок 2 – Один из первых ламповых компьютеров – ENIAC.

В 60-х годах произошел очередной виток в развитии – история компьютера перешла на второе поколение ЭВМ. Послужило этому изобретение транзистора – первого полупроводника, заменяющего электронную лампу.

Габариты такого компьютера значительно уменьшились. Увеличилась производительность – от сотен тысяч до 1 млн. операций в секунду. Память компьютера составляла несколько десятков тысяч слов, оперативка достигала до 32 Кбайт. Благодаря транзисторному компьютеру начинается развитие языков программирования высокого уровня.

Изобретение транзистора поспособствовало настоящему всплеску в развитии компьютера. В различных странах – США, СССР, Англии, Франции, Японии – разрабатывают свои, все более совершенные вычислительные машины. Появляются устройства внешней памяти, устройства для ввода/вывода, многопроцессорная обработка и менее значимые структурные изменения компьютера.

Третье поколение в развитии ЭВМ пришлось на период с конца 60-х и до конца 70-х годов – эпоха интегральных схем. Их появление позволило сделать серьёзный прыжок вычислительной техники. Возможность интегрировать в одну микросхему несколько полупроводниковых приборов позволило тогдашнему компьютеру значительно приблизиться к тому ПК, который мы знаем сегодня.

Компьютер значительно уменьшился в размере – его можно было с легкостью поставить на стол. Производительность увеличена до миллионов операций в секунду. За счет создания микросхем гораздо упростилась не только эксплуатация компьютера, но и его ремонт. Машины третьего поколения были программно-совместимыми между собой, так как имели общую архитектуру. Компьютер мог выполнять несколько задач одновременно. В качестве внешних запоминающих устройств используются магнитные диски, которые работают гораздо быстрее своих предшественниц – магнитных лент.

Лидер по производству компьютеров IBM к началу 70-х выпустил более 20 различных моделей ЭВМ. В одной из последних разработок этого времени впервые появляется кэш-память. Над улучшением разработок многие страны объединяют усилия и подписывают соглашение о сотрудничестве в области вычислительной техники.

В 70-е годы компьютер, наконец, стал персональным и доступным – начался период, который история создания компьютера кратко обозначает как «четвертое поколение ЭВМ». Возникновение этой ступени развития компьютера стало возможным благодаря созданию компанией Intel первого микропроцессора. Вычислительная техника получила большое преиму-щество и начала быстро апгрейдиться – с каждым годом компьютеры становились все мощнее и компактнее.

История появления компьютера нового поколения началась с того, что японская компания Busicom заказала у американской корпорации Intel 12 микросхем для калькуляторов. Устройства были разных моделей и для каждого требовалась своя микросхема, но заморачиваться над маленьким заказом с созданием разных микросхем специалисты Intel не стали. Они просто сделали универсальный микропроцессор, который подошел бы в любое из устройств. Это стало толчком к тому, чтобы в 1972 году был создан более сложный 8-разрядный микропроцессор, который был использован уже в компьютерах.

Во второй половине 70-х годов развитие компьютеров достигло того момента, когда создание компьютера, доступного каждому, перестало быть проблемой. Но разработали его вовсе не крупные корпорации и мировые гиганты в производстве техники, а два студента – Стивен Джобс и Стив Возняк. Работали энтузиасты в гараже, создав там «Клуб самодельных компьютеров», который позже превратится в корпорацию «Apple Computer».

Это был первый компьютер, нацеленный на простых покупателей, а не на программистов – ПК не надо было собирать самому, он продавался в полностью готовом к использованию виде. Идея персонального компьютера была настолько успешной, а товар востребованным, что ее с успехом подхватили и другие производители (рис. 3).

Рисунок 3 – Один из первых серийных компьютеров – Apple II

Некоторые эксперты выделяют всего четыре поколения развития компьютеров, предпочитая считать, что последний этап продолжается и до наших дней. На самом же деле, с середины 80-х возникает пятое поколение компьютеров, которое мы можем наблюдать воочию. Перед современными разработчиками стоит чрезвычайно непростая задача – создать интеллектуальный компьютер. Внедрение в вычислительную технику искусственного интеллекта продолжается и по сей день.

Тем не менее пока далеко до создания по-настоящему интеллектуального компьютера, который мог бы не только автоматизировано решать задачи, но и самостоятельно манипулировать полученными данными и развить способность обучаться благодаря нейросетям.

История возникновения компьютера прошла долгий и тернистый путь и именно благодаря этому сегодня каждый из нас может использовать персональный компьютер с различными техническими наворотами. Но, оказывается, и тот вариант ПК, который мы используем сейчас, недостаточно совершенен и улучшается уже сегодня.

2. Архитектура и структура персонального компьютера

2.1. Структура ПК

Среди функций компьютера можно выделить две основные:

- работа с информацией (обработка, хранение);

- обмен информацией с внешними объектами.

Дополнительные функции повышают эффективность выполнения основных функций компьютера:

- обеспечивают эффективные режимы его работы,

- диалог с пользователем,

- высокую надежность и т.д.

Эти функции компьютера реализуются с помощью аппаратного и программного компонента компьютера.

Аппаратное обеспечение, или hardware – это «тело» компьютера, т.е. физическая его часть. Это системный блок с процессором и материнской платой, жесткий диск, периферийные устройства и д.

Программное обеспечение, или software – это «интеллект» компьютера, т.е. информация и программы для обработки информации и управления процессами.

При рассмотрении персонального компьютера как устройства необходимо различать понятия его архитектуры и структуры.

Под архитектурой компьютера принято считать концептуальную структуру вычислительной машины, определяющую проведение обработки информации и включающую методы преобразования информации в данные и принципы взаимодействия технических средств и программного обеспечения. Иными словами, это описание компьютера на некотором общем уровне, которое включает описание входящих в него компонент, принципы их взаимодействия, включая функции и характеристики, а также описание пользовательских возможностей.

Структура компьютера – это совокупность его функциональных элементов и связей между ними. Элементами могут быть самые различные устройства – от основных логических узлов компьютера до простейших схем. Структура компьютера графически представляется в виде структурных схем, с помощью которых можно дать описание компьютера на любом уровне детализации. Т.е. это некоторая модель, устанавливающая состав, порядок и принципы взаимодействия входящих в нее компонентов.

Джон фон Нейман, выдающийся физик-математик, в середине 20-го века предложил несколько основных принципов конструирования персональных компьютеров. Концепция, разработанная фон Нейманом предполагает, соблюдение следующих принципов:

Принцип однородности памяти. Все команды, программы и данные, хранятся в одной и той же памяти.

Принцип адресности. Структурно основная память состоит из пронумерованных ячеек; процессору в произвольный момент времени доступна любая ячейка. Для доступа к ячейкам памяти используются номера ячеек, которые принято называть адресами.

Принцип программного управления. Все вычисления представлены в виде команд, которые содержат определенную операцию.

Принцип двоичного кодирования. Вся информация (данные, команды, программы) представлена в памяти компьютера в двоичном виде, т.е. в виде последовательности 0 и 1.

Джон фон Нейман предположил, что компьютер должен состоять из следующих модулей (рис. 4).

В настоящее время компьютеры проектируются на принципе открытой архитектуры. Это архитектура, допускающая сборку, усовершенствование и ремонт компьютера по его составным элементам – модулям. Принцип открытой архитектуры используется в конструкции персональных компьютеров, при производстве IBM-совместимых (или Intel-совместимых) ПК.

Рисунок 4 – Архитектура фон Неймана.

Открытые спецификации архитектуры компьютера или периферийного устройства позволяют сторонним производителям разрабатывать дополнительные устройства к системам с открытой архитектурой.

Рассмотрим ключевые компоненты современных персональных компьютеров.

2.2. Материнская плата

Материнская плата представляет собой сложную многослойную печатную плату, которая обеспечивает связь между всеми устанавливаемыми в компьютер устройствами. Кроме того, на самой материнской плате уже имеется множество различных чипов, выполняющих роль управления некоторыми разъемами материнской платы или даже представляющие собой целые устройства.

Не так давно платы такого качества и структуры могли позволить себе заказать только крупные производители оборудования, так как процесс их производства очень сложный и требует дорогостоящее точное оборудование. Сейчас любой разработчик или изобретатель может заказать себе печатную плату любой сложности. К примеру, вот ссылка на компанию, которая может сама разработать необходимую плату и подготовить всю документацию для ее серийного производства.

Ранее материнская плата выполняла роль только как связующее звено между всеми устройствами, но с развитием микропроцессорной техники и миниатюризации электронных компонентов все материнские платы для стационарных компьютеров стали сразу оснащаться интегрированной звуковой картой. Для сборки недорогих компьютеров стали выпускаться также системные платы с интегрированным графическим чипом, который в большинстве случаев не может похвастаться своей высокой производительностью, при этом память для интегрированной видеокарты берется программным способом из основной установленной памяти, уменьшая объем доступной оперативной памяти для операционной системы.

Материнские платы кроме своих названий отличаются еще и по размерам и техническим характеристикам. В основном они выпускаются в соответствии с существующими стандартами, что обеспечивает их совместимость с различными устройствами, разработанными разными фирмами.

Первая материнская плата была разработана фирмой IBM в 1981 году. Эта плата не могла без корректировки поддерживать многие устройства расширения, такие как жесткий диск.

Идея единой платы для интеграции всех элементов завоевала себе место далеко не сразу. В первые годы существования ПК были широко распространены так называемые объединительные платы, то есть платы, на которых размещались не все функциональные блоки компьютера. Эти блоки размещались на разных платах, которые вставлялись в слоты расширения объединительной платы – это могли быть и чипсеты, контроллеры дисководов, портов и даже сам процессор. Но потом от подобной схемы пришлось отказаться (и первой пример этому подала фирма IBM) в связи с удешевлением интегрированных материнских плат современного типа, на которых размещались все компоненты, а также в связи с трудностями, которые возникали при модернизации компьютеров на объединительных платах.

В первых материнских платах современного типа, однако, процессор, как и память, были несъемными. Впоследствии появились разъемы для памяти и сокеты для процессоров. Это усовершенствование значительно упростило модернизацию компьютера.

Сначала среди системных плат был распространен форм-фактор AT, ведущий начало от материнских плат компьютеров архитектуры AT. Но платы подобного размера были очень большими, и поэтому чаще использовался форм-фактор Baby-AT.

Итак, материнская плата компьютера (по-английски пишется, как «motherboard»), также называемая системной платой – основное устройство персонального компьютера. Ее главное назначение – связывать и объединять в единое целое все узлы и компоненты компьютера. Многие узлы физически размещаются на материнской плате, а другие связаны с ней при помощи кабелей (рис. 5).

Рисунок 5 – Схема материнской платы

Какие устройства размещаются на материнской плате:

- Разъем для процессора;

- Чипсет;

- Слоты расширения;

- Разъемы памяти;

- Разъемы для подключения дисководов;

- Шины;

- Порты;

- Микросхема BIOS;

- Сетевая карта (опционально);

- Видеокарта (опционально);

- Звуковая карта (опционально).

Материнская плата крепится при помощи специальных винтов в корпусе компьютера. Следует учесть, что форм-фактор, то есть стандартизированный типоразмер материнской платы привязан к форм-фактору системного блока, и материнская плата, имеющая определенный форм-фактор, вряд ли встанет в системный блок, предназначенный для другого форм-фактора.

Пару слов стоит сказать о технологии изготовления материнских плат. Материалом для материнских плат обычно служит стеклотекстолит, на который нанесены проводящие дорожки из металла. Таких слоев текстолита в плате может быть несколько. Сверху плата покрыта диэлектрическим лаком, обычно зеленого цвета.

2.3. Процессор

Процессор (центральное процессорное устройство – ЦПУ) является главной микросхемой в современном компьютере, т.к. именно он координирует работу остальных частей системы и осуществляет обработку данных. Центральный процессор (рис. 6) состоит из арифметико-логического устройства (АЛУ), устройства управления и набора регистров. Арифметико-логическое устройство обеспечивает выполнение вычислительных действий. Устройство управления обеспечивает порядок выполнения операций и прерывания. Регистры играют роль памяти.

Рисунок 6 – Совеременный процессор

Первые процессоры создавались с использованием электромеханических реле, ферритовых сердечников и вакуумных ламп. В середине 1950-х годов были внедрены транзисторы. Затем, спустя десятилетие, появились первые микросхемы, которые поначалу содержали простые транзисторные и резисторные сборки, позднее появились микросхемы, содержащие функциональные блоки процессора — микропрограммное устройство, АЛУ, регистры, устройства работы с шинами данных и команд.

Сегодня процессор представлен в виде интегральной схемы или электронного блока. Процессор иногда также называют микропроцессором.

Именно переход к микропроцессорам позволил создать персональные компьютеры, которые проникли почти в каждый дом.

Процессор, как и многие другие устройства, имеет ряд характеристик, которые определяют качество его работы. Ими являются:

1. Тактовая частота (синхросигнал) – это число основных операций компьютера, производимых за одну секунду. Тактовая частота измеряется в герцах.

2. Производительность – характеристика скорости выполнения определённых операций на компьютере.

3. Энергопотребление. Наиболее производительные модели потребляют до 130 и более ватт.

Архитектура процессора. Существует несколько классификаций архитектур процессоров, например, по скорости выполнения команд, или по назначению.

Принцип открытой архитектуры ПК позволяет установить на компьютер более мощный и производительный центральный процессор.

В последнее десятилетие получили свою популярность многоядерные процессоры. Такие процессоры содержат несколько ядер в одном корпусе. Они предназначены для работы одной копии операционной системы на нескольких ядрах. Сегодня массово доступны процессоры с двумя, тремя, четырьмя, шестью, восьмью ядрами. Наиболее популярными производителями процессоров являются Intel, AMD, IBM.

2.4. Оперативная память

Для начала дадим определение: оперативная память (оперативное запоминающее устройство – ОЗУ) – это один из главных элементов компьютера, который представляет собой его временную память. А она, в свою очередь, нужна для нормального функционирования всех процессов, программ и приложений. Своё название она получила благодаря быстрой работе и способности создавать условия для мгновенного считывания процессором информации (рис. 7).

Рисунок 7 – Модуль оперативной памяти

От постоянной (к примеру, дисковой) оперативная память отличается тем, что доступ к ней осуществляется значительно быстрее, и разница может достигать сотни тысяч раз. Данные, которые в неё записаны, доступны только при включенном компьютере.

Когда же выключается или перезагружается компьютер, абсолютно все содержимое ОЗУ стирается (обнуляется). Поэтому перед выключением компьютера или перезагрузкой всю информацию, подвергнутую изменениям в процессе работы, нужно сохранять на жестком диске или на другом альтернативном запоминающем устройстве.

Само понятие «оперативная память компьютера» нередко обозначает не только микросхемы, составляющие устройства памяти в системе, но сюда также входят понятия размещения и логического отображения. Размещение – это расположение информации определенного типа по определенным адресам памяти в системе. В свою очередь, логическим отображением является способ представления этих адресов на установленных микросхемах. ОЗУ используется в различных устройствах персонального компьютера – от видеоплаты до принтера и сканера.

Типы оперативной памяти и их характеристики (рис. 8):

1) SDRAM (PC-133) – сегодня является устаревшим видом, крайне редко встречается, но стоит довольно дорого. Компьютеры с этим типом оперативной памяти модернизировать уже не получится.

Рисунок 8 – Типы оперативной памяти

2) DDR SDRAM или DDR (с частотой 200-400 МГц) – также является устаревшим видом ОЗУ, который на сегодняшний момент крайне редко используется. Этот модуль представляет собой 184-контактную плату. Стандартным напряжением для него является напряжение в 2,5 В.

3) Далее следует DDR2 – более распространенный сегодня тип, но, тем не менее, уже не являющийся современным. DDR2 (с частотой 533-1200 МГц) делает выборку 4 бита данных за один такт работы процессора, в то время как DDR только 2 бита. Это означает способность передавать при каждом такте в два раза больше информации через ячейки микросхемы. Данный модуль имеет по 120 контактов с двух сторон, а стандартным напряжением для него есть 1,8 В.

4) Следующий вид оперативной памяти – DDR3 (частота 800-2400 МГц) - новый тип, который дает возможность делать выборку 8 бит данных за один такт работы процессора. Он также представляет собой 240-контактную плату, но имеет на 40% меньше энергопотребления, чем у DDR2, а рабочее напряжение всего 1,5 В. Такое сравнительно невысокое энергопотребление имеет большое значение для ноутбуков и мобильных устройств. Логично отметить, что чем выше показатели частоты, тем выше скорость работы оперативки.

5) DDR4 – самый новый тип, который является следующей ступенькой эволюционного развития. Как все предыдущие ступеньки, данный тип имеет еще большую частоту (от 2133 до 4266 МГц) и меньшее энергопотребление. Также значительно повысилась надежность работы благодаря механизму контроля чётности на шинах адреса и команд. Массовое производство началось лишь во втором квартале 2014 года. Массовое распространение получила в 2016 году после выхода нового поколения процессоров Intel Skylake.

Еще одна важная характеристика оперативной памяти – ее объем. Вначале следует отметить, что он самым непосредственным образом влияет на количество единовременно запущенных программ, процессов и приложений и на их бесперебойную работу. На сегодняшний день наиболее популярными модулями являются планки с объемом: 4 Гб и 8 Гб (речь идет про стандарт DDR3). Исходя из того, какая операционная система установлена, а также, для каких целей используется компьютер, следует правильно выбирать и подбирать объем ОЗУ.

2.5. Жесткий диск (HDD)

Жесткий диск, или винчестер, является основной и очень важной частью компьютера. На нем хранится не только операционная система, которая управляет компьютером, но и вся информация. Зачастую бывает, что ценность информации во много раз превосходит не только стоимость самого жесткого диска, но и компьютера в целом. Поэтому безопасность информации во многом зависит от качества и надежности такого накопителя. Современный жесткий диск выглядит так, как показано на рисунке 9.

Рисунок 9 – Внешний вид жесткого диска

Первый жесткий диск появился в 1956 году и имел вес чуть меньше тонны. Он представлял собой большой ящик с вращающимися тонкими дисками, покрытыми чистым железом.

Первый 5,25-дюймовый жесткий диск был представлен в 1980 году и имел объем 5 Мб. Спустя 3 года был выпущен в продажу 3,5-дюймовый диск с объемом памяти 10 Мб. В 1990 году максимальная емкость достигла 320Мб, в 2000 году – 1 Гб. Сегодня в продаже имеются жесткие диски объемом 8 Тб и более.

На самом деле жесткий диск – это высокотехнологическое оборудование, которое занимается хранением цифровой информации даже в то время, когда компьютер выключен. Если говорить точнее, то винчестер состоит из нескольких магнитных дисков, на которые с помощью магнитной головки наносится и считывается информация. Эти головки вместе с магнитными дисками находятся в вакууме, что позволяет накопителю работать без влияния внешней среды на процесс записи и считывания информации.

Более подробно устройство жесткого диска можно посмотреть в приложении 1.

Теперь давайте разберемся, какие типы HDD бывают.

В первую очередь следует отметить, что винчестеры можно разделить на две категории:

1. Внешние накопители, которые могут подключаться к любому компьютеру через USB-интерфейс. Чем-то они напоминают флешку, только больших размеров. Специального программного обеспечения таким винчестерам не нужно.

2. Внутренние HDD накопители устанавливаются внутри компьютеров и имеют специфические разъемы как для питания, так и для передачи информации.

Внутренние HDD также делятся на несколько категорий. Существует несколько признаков, по которым можно классифицировать жесткий диск. Это физический размер винчестера. Существует три типоразмера:

- 5,5 дюймов. Обычно винчестеры такого типоразмера используют в стационарных компьютерах, где свободного места достаточно много.

- 3,5 дюйма применяют в основном в ноутбуках, где место ограничено, а объем памяти необходим большой.

- 2,5 дюйма используются в ультрабуках, где место очень ограничено.

Еще одним признаком, по которому классифицируют накопители, является протокол обмена данными между винчестером и компьютером. Они бывают следующими:

- IDE - старая версия протокола, которая использовалась в основном на компьютерах и ноутбуках до 2000 года.

- SCSI – современник IDE, более скоростная версия управления накопителем, которая использовалась в основном в серверных машинах. Требовала специальных драйверов для пользования такими винчестерами.

- SATA – современная версия протокола, имеющая несколько вариантов и обладающая высокой скоростью записи и считывания информации. Используется практически во всех современных компьютерных системах.

2.6. Видеоадаптер

Видеоадаптер, или видеокарта – устройство, преобразующее графический образ, хранящийся как содержимое памяти компьютера (или самого адаптера), в форму, пригодную для дальнейшего вывода на экран монитора (рис. 10).

Рисунок 10 – Современный видеоадаптер

Персональные компьютеры первых поколений не выделяли видеоадаптер в отдельный модуль. Данное аппаратное решение – один из критериев отнесения компьютера к современным поколениям. Видеокарта отвечает за обработку компьютерной графики – одного из наиболее сложных типов данных, требующих высокой производительности микросхем.

Первые видеоадаптер появился в 1981 году, но никакой графической информации кроме текста передать не мог. Этот адаптер поддерживал пять атрибутов текста: обычный, с повышенной яркостью, инверсия, с подчеркиванием, мигающий. Цвет текста определялся только возможностями монитора. Обычно это были белые буквы на черном фоне.

Спустя некоторое время появилась первая цветная видеокарта. Она поддерживала в текстовых режимах 256 атрибутов текста и 16 цветов символа и фона. В графическом режиме было доступно 4 палитры по 4 цвета каждая. Позднее появилась усовершенствованная версия этой карты с расширенной до 64 цветов палитрой.

В 1987 году было выпущено расширение VGA. Был добавлен графический режим 640*480. С 1991 года появилось новое расширение SVGA с добавлением более высоких режимов и дополнительного сервиса. Количество отображаемых цветов увеличилось до 65 536 (16 бит) и 65 777 216 (24 бита). Появились дополнительные текстовые режимы.

Дальнейшее развитие видеоадаптером было связано с появлением пользовательского графического интерфейса операционных систем. Появились видеоадаптеры, которые производят выполнение некоторых графических функций на аппаратном уровне, снимая при этом нагрузку с процессора по окончательному выводу изображения на экран.

Видеокарта обычно представлена в виде платы расширения, которая вставляется в разъем материнской платы (специальный или универсальный). Существуют также материнские платы со встроенными (интегрированными в системную плату) видеокартами.

Основными разработчиками видеокарт являются американская компания Nvidia и канадская ATI Technologies, приобретенная в 2006 году американской компанией AMD. Видеокарты от Nvidia представлены брендом GeForce. Графические платы ATI известны всем под названием Radeon.

Современная графическая карта состоит из следующих частей:

- Графический процессор (графическое ядро, GPU (Graphics processing unit – графическое процессорное устройство) – процессор, занимающийся расчётами и формированием графической информации, выводимой на монитор, является основой видеокарты и по своей сложности практически не уступает центральному процессору компьютера, а иногда и превосходит его. Во многом им определяются основные характеристики видеокарты;

- Видеопамять – выполняет роль своеобразного буфера, в который временно помещаются выводимые на монитор изображения, создаваемые и постоянно изменяемые графическим ядром. В этот буфер помещаются также элементы, необходимые процессору для формирования этих изображений;

- Видеоконтроллер – отвечает за правильное формирование и передачу нужной информации из видеопамяти на RAMDAC.

- RAMDAC (Random Access Memory Digital-to-Analog Converter) или цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП) – устройство, осуществляющее преобразование цифровых результатов работы видеокарты в аналоговый сигнал, отображаемый на мониторе;

- Видео-ПЗУ (Video ROM) – микросхема, хранящая в себе базовую систему ввода-вывода видеокарты, а иначе говоря, ее BIOS – совокупность правил и алгоритмов, определенных производителем, по которым составные части видеокарты работают и взаимодействуют между собой.

- Система охлаждения – устройство, осуществляющее отвод и рассеивание тепла от видеопроцессора, видеопамяти и других компонентов графической платы с целью обеспечения нормального температурного режима их работы.

2.7. Звуковая карта

Звуковая карта – интегрированный в материнскую плату аппаратный кодек (рис. 11).

Рисунок 11 – Звуковая карта

При создании первых компьютеров наличие звуковой карты не предусматривалось, т.к. ЭВМ не рассматривались как мультимедийные устройства. Единственным звуком, воспроизводимым компьютером, был звук встроенного динамика, который, как правило, сообщал об ошибке или неисправности.

В 1986 году появились первые звуковые платы, которые подсоединялись к компьютеру и воспроизводили монофонический звук. В 1988 году появились устройства на основе принципа частотной модуляции. Затем появились MIDI-совместимые звуковые карты с 200 различными звуками. В конце 1990-х годов появились карты для шины PCI (шина периферийных устройств). В 1998 году компания Creative установила новый стандарт для IBM-совместимых компьютеров, выпустив звуковую карту с поддержкой EAX – технологии для создания звуковых эффектов окружающей среды.

На современном этапе существования звуковая карта имеет ряд основных характеристик: тип размещения, интерфейс подключения, перечень параметров цифро-аналогового и аналого-цифрового преобразователей (ЦАП, АЦП), количество поддерживаемых стандартов обработки звука и число специальных входов и выходов.

2.8. Сетевая плата

Первые сетевые адаптеры имели низкую производительность, т.к. передача информации между компьютером и сетью происходила последовательно из-за наличия буферной памяти только на один кадр. Затем для повышения производительности стали применять метод многокадровой буферизации. Выпускаемые сегодня сетевые адаптеры имеют скорость обмена до 1 Гбит/сек и огромное количество высокоуровневых функций.

Сейчас же сетевая карта, благодаря сетевому адаптеру, создает и поддерживает функционирование локальной сети. Это происходит как на физическом, так и на программном уровне. Сетевой адаптер отвечает за передачу двоичных данных в виде электромагнитных импульсов по настроенному каналу ЛВС. Сетевая карта является разновидностью контроллера, управление над которой осуществляется при помощи драйвера, который устанавливается программным путем в операционной системе.

Современные сетевые карты подразделяются на три категории: встроенные, внешние и внутренние (рис. 12).

Рисунок 12 – Интегрированная сетевая карта

К особенностям сетевых карт можно отнести перечь функций, которые они выполняют при приеме или передаче информации.

Во-первых, речь идет непосредственно о приеме и передаче данных. Информация поступает из компьютера на сетевую плату или наоборот. Происходит данная операция через запрограммированный канал ввода/вывода, линию прямого доступа или же разделяемую память.

Во-вторых, происходит формирование данных. При приеме происходит процедура соединения блоков данных, а при передаче, наоборот, разъединение данных на отдельные блоки. Это оформляется в виде кадра установленного формата.

Кадр содержит ряд полей, необходимых для передачи информации. В одном из таких служебных полей указывается адрес компьютера пользователя, а в другом поле – контрольная сумма кадра. Контрольная сумма – это необходимый показатель, который свидетельствует о корректности и подлинности доставленной по сетевому каналу информации.

В-третьих, еще одной особенностью является шифрование передаваемых данных. Электрические сигналы, которые будут передаваться по каналам связи, как правило, кодируются (популярным видом кодирования является манчестерское кодирование). При получении данных они должны быть подвержены декодированию.

Различные же модели сетевых адаптеров могут отличаться рядом параметров:

- Скоростью передачи пакетов данных.

- Типом и быстродействием шины.

- Методами доступа к среде.

- Наличием вариантов совместимости в многочисленными микропроцессорами.

- Протоколами передачи.

- Разъёмами.

3. Периферийные устройства

Все устройства, подключаемые к компьютеру, но не отвечающие за непосредственное функционирование компьютера, называются периферий-ными. Все периферийные устройства можно разделить на три группы:

1. Устройства ввода информации – мышь, клавиатура, веб-камера, микрофон, тачпад, сканер и т.д.

2. Устройства вывода информации – монитор, принтер, акустическая система.

3. Устройства ввода/вывода, или устройства хранения – жесткий диск, флэш-накопитель.

Периферийные устройства не зависят от архитектуры компьютера, они необходимы только для расширения возможностей ПК. Это вспомогательные устройства, которые делают работу за компьютером более удобной и комфортной.

Рассмотрим вкратце самые востребованные из них.

1. Монитор.

Монитор – устройство вывода, предназначенное для визуального отображения информации. Обычно монитор состоит из экрана (дисплея), блока питания, плат управления. Информация поступает на монитор в виде сигналов с видеоадаптера.

По типу экрана мониторы можно разделить на:

- мониторы на основе электронно-лучевой трубки;

- жидкокристаллические мониторы;

- плазменные;

- LED-мониторы и OLED-мониторы и др.

Современные видеоадаптеры позволяют подключить более одного монитора к ПК, или использовать телевизор в качестве монитора.

2. Клавиатура.

Клавиатура – устройство ввода информации, которое позволяет пользователю вводить информацию в компьютер путем нажатия клавиш. Клавиатура подключается к компьютеру через порты PS/2 или USB.

По своему назначению клавиши делятся на несколько групп:

- Алфавитно-цифровые;

- Клавиши-модификаторы, предназначенные для изменения действий других клавиш (Ctrl, Alt, Shift Alt Gr, Caps Lock);

- Функциональные клавиши – клавиши от F1 до F12.

- Клавиши управления курсором;

- Клавиши цифровой панели;

- Мертвые клавиши – клавиши на компьютерных клавиатурах, позволяющие изменить вид следующего вводимого символа.

- Специализированные клавиши – клавиши управления звуком, аудиопроигрывателем, сетевыми возможностями ПК, и др.

3. Мышь.

Компьютерная мышь – устройство ввода, которое служит для управления курсором и отдачи различных команд компьютеру. Перемещая мышь по поверхности стола или специального коврика, мы управляем курсором на экране монитора. Стандартная мышь содержит правую и левую программные клавиши, а также колесо прокрутки.

Компьютерная мышь получила распространение с появлением графического интерфейса операционных систем на персональных компьютерах. Среди альтернатив компьютерной мыши можно встретить такие устройства как тачпад, сенсорный экран, трекбол и др.

В настоящее время существуют не только проводные мыши, которые подключаются к компьютеру через USB и PS/2, но и беспроводные, которые используют технологию Bluetooth.

4. Принтер.

Принтер – внешнее периферийное устройство, которое служит для вывода текстовой или графической информации на бумагу, или другой твердый физический носитель. Принтер преобразует информацию из дискретного в аналоговый вид.

Первые доступные принтеры поступили в продажу в середине 1980 годов.

По количеству выдаваемых цветов принтеры можно разделить на монохромные принтеры (черно-белые) и цветные.

По принципу формирования изображения принтеры можно разделить на матричные, струйные, лазерные, сублимационные, термопринтеры, 3D-принтеры и др.

Принтеры могут подключаться к ПК как по проводным каналам (через последовательные и параллельные порты, по шине USB, через локальную сеть), так и по беспроводной связи (через ИК-порт, Bluetooth, Wi-Fi).

Заключение

В современном мире компьютер занял определенную нишу в жизни человека. Кто-то использует компьютер, чтобы дистанционного получать образование, кто-то связал с ПК свою работу, некоторым компьютер нужен только для игр и общения в сети Интернет. Но все эти компьютеры имеют общую архитектуру и принципы функционирования, следовательно, и историю развития

С момента создания первого компьютера было произведено большое число открытий, которые внесли немаловажные изменения в строение ПК. Компьютер прошел пусть от механической машины, выполнявшей только одно действие до высокотехнологичного мультизадачного и универсального устройства с массой возможностей.

В настоящее время невозможно представить мир без компьютеров. Компьютер – универсальный прибор, который служит нам для обработки и хранения информации, хотя, по сути, он является просто ящиком с набором микросхем.

С развитием технологий и в ходе промышленной революции, человечество сделало огромный шаг вперед во всех сферах жизни и научных изысканиях. Все это, в конечном итоге, привело к появлению техники, способной эффективно заменить некоторые возможности человеческого разума.

Число персональных компьютеров как в мире, так и, в частности, в России стремительно растет; рынок ПК – самый перспективный и доходный среди остальных рынков вычислительной техники, а ведь когда-то компьютер считался роскошью.

Сегодня, когда человечество вступает на путь информационного общества, уметь работать с компьютером важно и необходимо. В школах уже более десяти лет проводятся уроки информатики, где детей учат работать с персональным компьютером.

В данной работе было рассмотрено устройство современного персонального компьютера. Выделены основные этапы развития компьютера. Рассмотрены основные компоненты и модули персонального компьютера и периферийные устройства.

Таким образом, подводя итог хочется сказать следующее, – компьютер прошел долгий путь, прежде чем пришел к нам в мощном и компактном виде. Но его развитие не заканчивается и, вполне возможно, что уже завтра это устройство изменится до неузнаваемости и также кардинально изменит жизнь каждого из нас.

Список использованной литературы

1. Антоненко В.И., Панявин А.В. Искусственный интеллект как социальный феномен / Социально-гуманитарные технологии. – 2018, № 4 (8). – с. 3-9.
2. Бигнов Р.Р. Важность микропроцессоров в современных персональных компьютерах / Российская наука в современном мире, 2018. – с. 65-66.
3. Бобылева О.А., Рындина О.В. Эволюция персональных компьютеров / Математические методы и модели в управлении, экономике и социологии Сборник научных трудов. Тюмень, 2015. – с. 34-37.
4. Вишницкая А.Ю., Скибина Я.В. Эволюция средств вычислительной техники / Информационное общество: современное состояние и перспективы развития, 2017. – с. 291-293.
5. Войтенко К.И., Михайлова Т.Л. История вычислительной техники в контексте исследования становления кибернетики: российский сценарий / Международный студенческий научный вестник. – 2018, № 3-6. – с. 946-951.
6. Ганжур М.А., Турчанинов А.С. Интерфейсы внутренних хранителей данных / Проблемы современного педагогического образования. – 2018, № 59-4. – с. 15-18.
7. Горнец Н.Н., Рощин, А.Г.. ЭВМ и периферийные устройства. Компьютеры и вычислительные системы. – М.: Академия, 2012. – 240 с.
8. Ищенко А.М. К вопросу становления и развития отечественной вычислительной техники / Всеобщая история. – 2012, № 4. – с. 15-24.
9. Коваленко А.Г., Скибина Я.В. История создания персонального компьютера / Информационное общество: современное состояние и перспективы развития, 2017. – с. 304-306.
10. Максимов Н.В., Попов, И.И., Партыка, Т.Л.. Архитектура ЭВМ и вычислительных систем. – М.: Форум, 2017. – 512 с.
11. Максимов Н.В., Попов, И.И., Партыка, Т.Л... Современные информационные технологии. – М.: Форум, 2018. – 512 с.
12. Лубочникова В.А. Историю и эволюцию компьютера (ЭВМ) / Научный диалог: Молодой ученый, 2018. – с. 11-14.
13. Сугаль Е.А., Жульковский О.А. Развитие операционных систем microsoft в свете совершенствования архитектуры ЭВМ / Актуальные научные исследования в современном мире. – 2018, № 10-1 (42). – с. 124-130.
14. Частиков А.П. История компьютера. – М.: Информатика и образование, 1996. – 126 с.
15. Шишов О.В. Современные технологии и технические средства информатизации. Учебник / Шишов О.В. – М.:НИЦ ИНФРА-М, 2016. – 462 с.
16. Все, что вы хотели узнать о жестких дисках. – [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://www.seagate.com/ru/ru/do-more/everything-you-wanted-to-know-about-hard-drives-master-dm (Дата посещения 10.06.19).
17. Сетевая карта: назначение, классификация, основные параметры. – [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://2hpc.ru (Дата посещения 10.06.19).

Приложение 1

Устройство жесткого диска