Современное состояние электронно вычислительных машин

Содержание:

Введение

Актуальность данной работы состоит в том, что в современное время роль персонального компьютера принимает ключевое значение в жизни человека. В связи с этим необходимым представляется знание эволюции компьютеров как комплекса вычислительных средств, упрощающих ведение различных видов человеческой деятельности.

Цель работы – всесторонне проанализировать и изучить устройство персонального компьютера.

Для реализации поставленной цели необходимо выполнить ряд задач, а именно:

1. Рассмотреть этапы развития ЭВМ;
2. Изучить устройства компьютера;
3. Охарактризовать указательные (координатные) устройства;
4. Рассмотреть устройства ввода графической информации;
5. Обрисовать устройства вывода информации.

Глава 1. Современное состояние электронно вычислительных машин

Развитие ЭВМ определено несколькими этапами. Поколения ЭВМ на всякой стадии имеют различные базовые составляющие и разное математическое обеспечение.

Первое поколение ЭВМ

На данном этапе (1945-1958 гг.) ЭВМ базируются на диодах и триодах. Преимущественное число устройств первого поколения носили исследовательский характер и создавались для проверки определенных теоретических тезисов. Использование вакуумно-ламповой технологии, эксплуатация систем памяти на ртутных линиях задержки, магнитных барабанах, ЭЛТ (трубках Вильямса), лишало их функционирование стабильности. Помимо всего прочего, данные машины были тяжелыми и громоздкими. Для ввода-вывода информации применялись перфоленты и перфокарты, магнитные ленты и печатающие устройства [4, 78].

Была осуществлена концепция хранимой программы. ПО компьютеров 1-го поколения включало преимущественно стандартные подпрограммы, быстродействие составляло 10000-20000 операций в секунду.

Машины этого поколения: ENIAC (США), МЭСМ (СССР), БЭСМ-1, М-1, М-2, М-З, «Стрела», «Минск-1», «Урал-1», «Урал-2», «Урал-3», M-20, «Сетунь», БЭСМ-2, «Раздан», IBM - 701, тратили немало электроэнергии и включали много электронных ламп. Так, «Стрела» имела 6400 электронных ламп и 60000 полупроводниковых диодов. Их быстродействие было не более 2000-3000 операций в секунду, оперативная память была менее 2 Кб. Лишь у «М-2» оперативная память составляла 4 Кб, а быстродействие 20000 операций в секунду.

Второе поколение ЭВМ

ЭВМ на этом этапе были созданы в 1959-1967 гг. В роли ключевого компонента применялись уже не электронные лампы, а полупроводниковые диоды и транзисторы, а в роли средств памяти использовались магнитные сердечники и барабаны - прототипы нынешних жестких дисков. Компьютеры стали более стабильными, оперативность выполнений действий ускорилась, трата энергии и размеры ЭВМ снизились.

С созданием памяти на магнитных сердечниках период ее деятельности снизился до десятков микросекунд. Ключевой принцип структуры - централизация. Возникли эффективные средства для деятельности с магнитными лентами, устройства памяти на магнитных дисках. Помимо всего прочего, осуществлялся процесс программирования на алгоритмических языках. Появились первые языки высокого уровня - Фортран, Алгол, Кобол. Оперативность машин составляла 100-5000 тыс. операций в секунду [34].

Представители устройств на данном этапе: БЭСМ-6, БЭСМ-4, Минск-22 – созданы для реализации научно-технических и планово-экономических задач; Минск-32 (СССР), ЭВМ М-40, - 50 - для систем противоракетной обороны; Урал - 11, - 14, - 16 - ЭВМ общего назначения, направленные на реализацию инженерно-технических задач.

Третье поколение ЭВМ

В машинах этой стадии (1968-1973 гг.) применялись интегральные схемы. Создание в 60-х годах интегральных схем - устройств и узлов из множества транзисторов, реализованных на одном кристалле полупроводника позволило разработать ЭВМ 3-го поколения. Также возникает полупроводниковая память, применяющаяся и сейчас в ПК в роли оперативной. Использование вышеуказанных схем расширило способности ЭВМ.

Центральный процессор мог теперь синхронно функционировать и управлять различными периферийными устройствами. ЭВМ были способны в одно время анализировать несколько программ (принцип мультипрограммирования). По итогам осуществления данного принципа стала возможна деятельность в режиме разделения времени в диалоговом окне. Находящиеся на расстоянии от ЭВМ пользователи могли теперь, независимо друг от друга, быстро работать с машиной [7, 87].

Компьютеры разрабатывались на базе интегральных схем малой (МИС - 10-100 компонентов на кристалл) и средней степени интеграции (СИС - 10-1000 компонентов на кристалл). Был претворена в жизни идея проектирования семейства компьютеров с аналогичной архитектурой, в фундамент которой было заложено преимущественно ПО. В конце 60-х возникли мини-компьютеры. В 1971 году был разработан первый микропроцессор. Оперативность действий компьютеров на данном этапе составляла около миллиона операций в секунду.

Производство компьютеров на этом этапе носит промышленный масштаб. Начиная с ЭВМ 3-го поколения, обычным делом стало производство серийных ЭВМ. И пусть представители одной серии резко различались по функциям и производительности, они были информационно, программно и аппаратно совместимы. Самым популярным было семейство System/360 компании IBM. Странами СЭВ созданы ЭВМ общей серии «ЕС ЭВМ»: ЕС-1022, ЕС-1030, ЕС-1033, ЕС-1046, ЕС-1061, ЕС-1066 и пр. К ЭВМ данного поколения принадлежат и «IВМ-370», «Электроника-100/25», «Электроника-79», «СМ-3», «СМ-4» и др.

Для серий ЭВМ было увеличено ПО (ОС, языки программирования высокого уровня, прикладные программы и пр.). В 1969 году одновременно появились ОС Unix и язык программирования «С», оказавшие мощное действие на программный мир и до сих пор являясь лидерами в своей отрасли.

Четвертое поколение ЭВМ

В компьютерах данного этапа (1974-1982 гг.), применение больших интегральных схем (БИС - 1000-100000 компонентов на кристалл) и сверхбольших интегральных схем (СБИС - 100000-10000000 компонентов на кристалл), ускорило их оперативность до десятков и сотен миллионов операций в секунду.

Стартом этого этапа является 1975 год - компания Amdahl Corp. Создала 6 компьютеров AMDAHL 470 V/6, где были использованы БИС в роли основных компонентов. Применялись также быстродействующие системы памяти на интегральных схемах - МОП ЗУПВ емкостью в несколько мегабайт. В ситуации отказа работы машины информация в МОП ЗУПВ, сохраняются с помощью автоматического переноса на диск. При включении устройства запуск системы проводится благодаря располагаемой в ПЗУ программы самозагрузки, дающей выгрузку ОС и резидентного ПО в МОП ЗУПВ [9, 100].

Прогресс ЭВМ 4-го поколения идет по двум направлениям.

1-ое направление - образование суперЭВМ - систем многопроцессорных устройств. Оперативность данных устройств доходит до нескольких миллиардов операций в секунду. Они могут анализировать мощный объем данных. Сюда включены устройства ILLIAS-4, CRAY, CYBER, «Эльбрус-1», «Эльбрус-2» и пр. Многопроцессорные вычислительные комплексы (МВК) «Эльбрус-2» интенсивно применялись в СССР в сферах, где необходимые массовые расчеты, главным образом, в оборонной отрасли.

2-ое направление – последующий прогресс на основе БИС и СБИС микро-ЭВМ и персональных ЭВМ (ПЭВМ). Начальные устройства такого типа - компьютеры компании Apple, IBM - PC (XT, AT, PS /2), советские «Искра», «Электроника», «Мазовия», «Агат», «ЕС-1840», «ЕС-1841» и пр. С этого этапа ЭВМ именуются компьютерами. ПО подкрепляется базами и банками.

Пятое поколение ЭВМ

ЭВМ этой стадии - это ЭВМ будущего. Программа разработки данных ЭВМ установлена в Японии в 1982 г. Подразумевалось, что к 1991 г. будут разработаны новейшие компьютеры, направленные на реализацию задач искусственного интеллекта. Благодаря языку Prolog и нововведениям в структуре компьютеров подразумевалось постепенно приблизиться к реализации ключевого вопроса этого направления компьютерной науки - задачи хранения и обработки знаний. Другими словами, для компьютеров данной стадии не нужно было бы разрабатывать программ, а хватило было бы обосновать на доступном языке, что от них необходимо [11, 143].

Подразумевается, что их ключевыми компонентами будут являться не СБИС, а образованные на их основе средства с компонента искусственного интеллекта. Для роста памяти и оперативности действий будут применяться результаты оптоэлектроники и биопроцессоры.

Для ЭВМ данного этапа выработаны принципиально иные задачи, чем при формировании предыдущих ЭВМ. Если раньше были такие задачи, как рост производительности в сфере вычислений, получение хорошей ёмкости памяти, то ключевым вопросом при создании ЭВМ V поколения становится возникновение искусственного интеллекта машины (способность осуществлять логические выводы из текущих фактов), прогресс «интеллектуализации» компьютеров – ликвидации границ между человеком и компьютером.

К несчастью, японский проект ЭВМ пятого поколения так и не реализовался. Огромное количество денег было потрачено просто так, проект был остановлен, а созданные машины по производительности оказались не такими уж прогрессивными. Но осуществленный анализ и приобретенный опыт в ходе деятельности ускорили прогресс в разработке систем искусственного интеллекта.

На данный момент компьютеры могут считывать данные с рукописного или печатного текста, с бланков, с человеческого голоса, распознавать пользователя по голосу, переводить языки. Это дает возможность вести диалог с компьютерами любым пользователям, включая тех, у кого нет специальных знаний в данной сфере.

Большинство функций, осуществляемых искусственным интеллектом, применяют в промышленности и деловом мире. Экспертные системы и нейронные сети постоянно применяются для задач классификации (отбор спама, разбиение текста и пр.). Также повсеместно используются генетические алгоритмы, например, при формировании портфелей в инвестиционном менеджменте. Помимо этого, эффективно функционируют остальные сферы применения искусственного интеллекта, например, автоматизированная алгоритмизация знаний и реализация разнообразных задач в Интернете: с их помощью в ближайшее время наверняка произойдут революции во многих сферах людской деятельности.

Современный этап

Из-за нужды в оперативных, недорогих и универсальных процессорах производители все время увеличивает количество транзисторов в них. Но данное действие имеет определенные границы. Стабилизировать экспоненциальный рост данной характеристики, предсказанный Гордоном Муром в 1973 году, с каждым годом все сложнее [14, 66]. Исследователи говорят о том, что этот закон утратит силу, когда затворы транзисторов, контролирующие перемещение данных в чипе, будут эквивалентны длине волны электрона (в кремнии, который является основой производства, это около 10 нм). Случится это в промежутке между 2015 и 2025 годами. По мере достижения физических границ архитектура компьютеров приобретает все более сложную структуру, увеличиваются затраты проектирования, разработка и опытной эксплуатации чипов. Так или иначе этап эволюционного прогресса когда-либо сменится революционными изменениями.

В результате гонки интенсивности производительности создается немало проблем. Ключевая из них - перегрев в сверхплотной упаковке ввиду небольшой зоны теплоотдачи. Концентрация энергии в нынешних микропроцессорах крайне высока. Текущие стратегии рассеяния создающегося тепла, такие как уменьшение питающего напряжения или избирательная активация лишь необходимых компонентов в микроцепях не достаточно эффективны, если не использовать интенсивного охлаждения.

С уменьшением размеров транзисторов также стала меньше толщина изолирующих слоев, а, следовательно, снизилась и их надежность, потому что электроны способны проходить сквозь тонкие изоляторы (туннельный эффект). Такую проблему реально устранить уменьшением управляющего напряжения, но только до установленных значений.

Сейчас ключевое условие роста производительности процессоров - способы параллелизма. Микропроцессор анализирует перечень команд, формирующих определенную программу. Если осуществить синхронную реализацию инструкций, итоговая производительность значительно увеличится. Устраняется проблема параллелизма способами конвейеризации расчетов, использованием суперскалярной архитектуры и предсказанием ветвлений. Многоядерная архитектура предполагает включение некоторых простых микропроцессорных ядер на одном чипе. Каждое ядро реализует свой поток инструкций. Каждое микропроцессорное ядро намного проще, чем ядро многопотокового процессора, что облегчает проектирование и тестирование чипа. Однако вместе с тем усложняется доступ к памяти, нужна замена компиляторов [22, 45].

Многопотоковые процессоры по архитектуре похожи на трассирующие: весь чип делится на процессорные элементы, аналогичные суперскалярному микропроцессору. В отличие от трассирующего процессора, здесь всякий компонент анализирует инструкции разных потоков в ходе одного такта, чем получается параллелизм на уровне потоков. Каждый поток обладает собственным программным счетчиком и комплексом регистров.

Сторонники «плиточной» архитектуры полагают, что программное обеспечение должно собираться непосредственно в «железе», поскольку благодаря этому будет достигнут наибольший параллелизм. Такая концепция подразумевает наличие довольно сложных компиляторов, которые пока еще не созданы. Процессор здесь включает множеств «плиток», каждая из которых имеет свое ОЗУ и формирует при помощи остальных «плиток» определенную решетку, узлы которой можно включать и отключать. Алгоритм реализации инструкций заключен в ПО.

Идея создания многоэтажной архитектуры заключается в том, что чипы включают вертикальные уровни микроцепей, созданных по технологии тонкопленочных транзисторов, взятой из производства TFT-дисплеев. Идея «трехмерных» чипов уже осуществлен в форме функционирующих образцов 8-этажных микросхем памяти.

Отразим представленные поколения развития ЭВМ в табличной форме (табл. 2).

Таблица 2 – Поколения развития ЭВМ

Поколения	Представители (пример)	Элементная база	Производительность
1 поколение (1946-1958 гг.)	ENIAC (США), МЭСМ (СССР), БЭСМ-1, М-1, М-2, М-З, «Стрела», «Минск-1», «Урал-1», «Урал-2», «Урал-3», M-20, «Сетунь», БЭСМ-2, «Раздан», IBM - 701	Производились на радиолампах	Несколько десятков тысяч операций в секунду
2 поколение (1959-1967 гг.)	БЭСМ-6, БЭСМ-4, Минск-22	Транзисторно-ферриторная	До миллиона операций в секунду
3 поколение (1968-1973 гг.)	«IВМ-370», «Электроника-100/25», «Электроника-79», «СМ-3», «СМ-4»	Интегральные схемы	Сотни миллионов операций в секунду
4 поколение (1974-1982 гг.)	«Искра», «Электроника», «Мазовия», «Агат», «ЕС-1840», IBM PC	БИС, СБИС, микропроцессорная техника	Свыше миллиарда операций в секунду
5 поколение (с конца 80-х гг.)	MacBook, Apple, IBM Amro	Мультипроцессоры, микропроцессоры	Более 3 миллиардов операций в секунду
6 поколение (будущее)	-	Оптоэлектронные ЭВМ с распределенной сетью процессоров, моделирующих структуру биологических систем	-

Развитие программного обеспечения представлено в таблице 3.

Таблица 3 – Сравнительная характеристика функциональных возможностей ЭВМ

Поколение	Информационные технологии	Краткая характеристика решаемых задач
1 поколение (1946-1958 гг.)	Перфоленты и перфокарты, магнитные ленты и печатающие устройства	Носили исследовательский характер и создавались для проверки определенных теоретических тезисов
2 поколение (1959-1967 гг.)	Магнитные сердечники и барабаны, централизованные технологии	Для систем противоракетной обороны и реализации инженерно-технических задач
3 поколение (1968-1973 гг.)	Устройства и узлы из множества транзисторов, реализованных на одном кристалле полупроводника	Решение сложных трудоемких задач в различных областях, преимущественно в промышленности
4 поколение (1974-1982 гг.)	Быстродействующие системы памяти на интегральных схемах, резидентное ПО	Решение вычислительных и разноплановых задач на государственном и общемировом уровне
5 поколение (с конца 80-х гг.)	Биопроцессоры и оптоволокно	Решение экспертных задач, нейронных задач

Глава 2 Устройство компьютера

Компьютер (англ. computer - "вычислитель"), электронная вычислительная машина (ЭВМ) - вычислительная машина, созданная для передачи, хранения и обработки данных.

Понятия «компьютер» и «ЭВМ» не являются синонимами. Так как были механические вычислительные машины, созданные без использования электроники, то ЭВМ являются подмножеством компьютеров в целом. Сейчас термин ЭВМ почти не используется. Данное сочетание преимущественно применяют как правовое определение в юридических документах, а также в историческом контексте - для идентификации компьютерной техники 1940-80-х годов.

Благодаря расчетам компьютер может анализировать данные в установленном порядке. Каждая задача для компьютера представляет собой какой-либо алгоритм расчетов.

Физически компьютер способен функционировать благодаря перемещению определенных механических частей, динамике электронов, фотонов, квантовых частиц или с помощью использования эффектов каких-либо иных ситуаций [18, 12].

Архитектура компьютеров способна моделировать текущую проблему, приближенно отражая анализируемые физические явления. Электронные потоки способны существовать в позиции моделей потоков воды при моделировании дамб или плотин. Аналогично разработанные аналоговые компьютеры были обычны в 1960-х годах, но сейчас это уже крайне редкое явление.

В преимущественной доле современных компьютеров проблема сперва анализируется в установленной форме (здесь все данные отражены в двоичной форме - в виде 1 и 0, хотя были и компьютеры на троичной системе счисления), после чего действия по её анализу приобретают характер использования простой алгебры логики. Так как почти всю математику можно свести к реализации булевых действий, оперативный электронный компьютер можно применить к реализации большинства математических задач, а также и задач по анализу данных, которые можно свести к математическим. Установлено, что компьютеры способны реализовать не каждую математическую задачу. Впервые задачи, которые нельзя было решать компьютерным путем, были исследованы британским ученым Аланом Тьюрингом [4, 7].

Итог реализованной задачи можно представить пользователю благодаря некоторым средствам ввода-вывода данных, таких, как ламповые индикаторы, мониторы, принтеры, проекторы и т.д.

Рисунок 1 – Устройство компьютера

1. Монитор, дисплей - средство для показа изображений, образуемых иными средствами (компьютерами).

Монитор – ключевой компонент компьютера, и выбирать его необходимо тщательно. Помимо размера и качества мониторы различаются и по частотным показателям (максимально возможным разрешениям и кадровым частотам). Немало известных моделей обладают качественными характеристиками, но разница в качестве изображения, несомненно, присутствует. Всемирно известные производители - это Samsung, CTX, Samtron, LG, ViewSonic, Hyundai. Мониторы более дорогого сегмента - Sony, Panasonic, NEC, Hitachi, MAG – обладают более высоким качественным уровнем, но зачастую не лучше более дешевых аналогов. Для недорогих ПК лучше всего использовать мониторы с диагональю 15 дюймов, а для мощных - 17-дюймовые модели. Выбор монитора воздействует как на качество изображения, так и на здоровье пользователя. Самое четкое и контрастное изображение показывают мониторы Sony, Trinitron, или аналогичные им LG Flatron, ViewSonic, SonicTron, Mitsubishi Diamondtron, NEC CromaClear. Но стоимость мониторов таких производителей сравнительно высокая, а разрешающая способность по горизонтали не наилучшая. Мониторы с теневой маской обладают меньшей ценой, но тоже имеют достаточно качественное изображение [22, 89]. Для дешевого компьютера чаще всего покупаются мониторы с диагональю 15". Для игрового компьютера или работы с графикой лучше 17" модель. Мониторы большого размера - 19", 20" и выше – применяются преимущественно в областях компьютерного дизайна и автоматизированного проектирования. Для того, чтобы быть уверенным в безопасности монитора, лучше всего приобретать модели, соответствующие стандарту TCO-99. Монитор чаще всего приобретается на длительное время, и от него зависит преимущественно удобство работы за компьютером. Качество изображения и технология – вот основные характеристики монитора. Размер диагонали экрана должен быть более 17 дюймов в случае монитора на основе ЭЛТ и 15 дюймов в случае ЖК-дисплея. Они чуть меньше, чем обычные ЭЛТ-мониторы, но намного безопаснее для зрения. Под деятельность, связанную с работой с мелкими деталями и рисунками (дизайн, 3D-моделирование), целесообразно приобретать монитор более 17 дюймов.

2. Системный блок. В корпусе современного ПК сосредоточено множество компонентов, выделяющих тепло. Тепло выделяют почти все составляющие, поскольку всякая функционирующая электронная схема распыляет определенную мощность. Но есть компоненты, являющиеся достаточно мощными источниками тепла. Это процессор, микросхемы на материнской плате и на видеокарте, элементы на плате жесткого диска, блока питания и пр. Процессор не может осуществлять свою работу без охлаждения. Для этого необходим кулер на видеокарте, нередко он устанавливается также на северный мост чипсета и на жесткий диск. Современный корпус чаще всего оснащен местом для установки добавочных кулеров, которые продувают весь внутренний объем корпуса ПК. Очень важен вопрос охлаждения для компьютеров, насыщенных платами расширения. Корпуса крайне редко продаются отдельно, они идут вместе с блоком питания. Ключевое его назначение - трансформировать переменный ток высокого напряжения (110-230 V) в постоянный ток низкого напряжения (+/-12 V и +/-5 V). Производятся блоки питания мощностью 200 VA, 235 VA, 250 VA, 300 VA, 350 VA и т.д.

3. Клавиатура - компьютер - интерактивное средство, это значит, что для диалога нужна циклично вводить в него информацию, в ответ на которую он будет реализовывать определенные действия. Без таких устройств, как мышь и клавиатура компьютер не имеет смысла.

Клавиатуры бывают:

- мультимедийные, позволяющие управлять звуковыми характеристиками, и CD-ROM;

- с интегрированными возможностями управления браузером Интернет, дающие возможность доступа к ключевым строкам меню (Избранное, Поиск, запуск браузера);

- для поклонников игр есть клавиатуры с двухсторонним дублированием клавиш управления курсором

- беспроводные клавиатуры, дающие возможность осуществлять работу дистанционно от компьютера на расстояние до 3-4 метров [17, 132].

Главными поставщиками клавиатур на рынке являются компании MicroSoft, Chickone, Genius, BTC и Cherry, имеющие самую широкую линейку товаров.

4. Мыши - манипуляторы, которые двигают курсор на экране монитора, реализуют выделение объектов и другие разнообразные действия. Сейчас есть множество видов компьютерных мышей. Они делятся по размеру, дизайну, числу кнопок, форме, способу подключения и пр. Прежние модели мышей подключались к ПК через СОМ-порт, сейчас мыши подключаются к ПК через разъемы PS/2 или USB разъемы.

Мыши бывают:

- механические;

- оптические;

- радио-мыши.

Внутри механической мышки резиновый шарик касается поверхности стола и приводит в действие валики, тем самым предоставляя данные о перемещении курсора [19, 170]. В такой ситуации нужен коврик. В оптической мыши применяется световой излучатель. Здесь наличие коврика не обязательно, они функционируют на любой ровной поверхности. Радио-мышки подключаются к ПК с помощью радио-датчика, который присоединен к порту компьютера. Благодаря таким устройствам можно работать с ПК на определенной дистанции от него. Но главным недостатком таких устройств является постоянная смена батареек. Мышка имеет минимум 2 кнопки. Сейчас мышки имеют 3-5 кнопок, также на подобных моделях есть 1-2 колесика - скролл, благодаря которым осуществляется комфортный просмотр документов. С помощью кликов по правой или левой кнопкам мыши осуществляется широкий набор различных операций (копирование, просмотр и пр.).

5. Акустика - компьютерные колонки - отвечают за вывод звуковых сигналов.

Теперь подробно рассмотрим из чего состоит компьютер изнутри.

Составляющие системного блока применяются для обработки и хранения информации. На рис. 2 показан компьютер изнутри.

Самый главный компонент - это материнская плата 1; 2 - это вентилятор процессора. Под вентилятором виден радиатор, а уже под радиатором - сам процессор.

Рисунок 2 – Внутренняя часть ПК

Видеокарта изображена под номером 3. Номер 4 - жесткие диски, на рисунке их два. Номер 5 - это привод для чтения (записи) оптических дисков (CD, DVD). Жесткие диски и привод CD/DVD соединяются с материнской платой шлейфами 6. Слоты расширения, в которых вставлены дополнительные платы расширения, изображены под номером 7. Номер 8 - это блок питания.

Винчестер - это накопитель на жестких магнитных дисках; в нем хранятся все рабочие данные, установленные программы, документы, ОС, которая запускает компьютер. С винчестера данные идут в оперативную память, но в отличие от памяти, на винчестере информация сохраняется даже при отключении компьютера [6, 220].

Рисунок 3 – Жесткий диск

Жесткий диск (hdd, hard disk drive) - применяется для хранения постоянной информации (поскольку содержимое оперативной памяти стирается при отключении).

Рисунок 4 – Материнская плата ПК

Материнская плата (mother board) – основной компонент компьютера, к которой подключаются все другие его составляющие. Материнские платы поставляют немало производителей, главным образом - это GigaByte, Microstar, ASUS, Intel и пр.

Сокет (Socket) - это разъем под процессор. В материнскую плату может быть включен процессор с некоторыми показателями, т.е. нельзя процессор с другого ПК вставить в собственную материнскую плату, даже если марка процессора походит - проблема в том, что не подходит разъем. Под процессоры производят материнские платы, соответствующие по частотам и па. Так, материнская плата Socket 775 создана для функционирования с процессорами s775 Intel, а не с процессорами s1366 Intel, или процессорами AMD.

Каждая материнская плата имеет свои показатели - тип поддерживаемой памяти - например: DDR2 DIMM, 667 - 1066 МГц, максимальный объем оперативной памяти, вход процессора, поддержка типов процессоров, поддержка UDMA/100, Serial ATA, частота шины - например: 800/1066/1333 МГц, формат платы [8, 19].

Глава 2. Ключевые составляющие персонального компьютера

2.1.Указательные (координатные) устройства

Манипулятор мышь

Назначение: управление курсором (указателем) мыши, ввод управляющей информации.

С появлением графических оболочек мышь стала необходимой для эффективной работы на компьютере.

Рисунок 5- мышь

Принцип работы. Мышь — небольшая коробочка с кнопками. В ней — шарик, катающийся по поверхности стола. К шарику прижаты два взаимно перпендикулярных ролика, которые он вращает. Датчики поворота ролика передают сигналы в компьютер. «Хвост» из проводов, по которым идут сигналы, дал устройству имя «мышь». Курсор мыши управляется перемещением мыши по столу. Управляющая информация вводится нажатием на кнопки мыши.

Мыши бывают одно-, двух-, трёхкнопочные. Они могут соединяться с компьютером проводом или при помощи радиопередатчиков (беспроводные). Существуют оптические мыши без шарика, оснащённые фотоэлементами, и оптомеханические мыши. Разновидностью мыши можно считать трэкбол (trackball), который можно сравнить с мышью, которая лежит на спине шарообразным брюшком вверх.

Основные пользовательские характеристики:

• количество нажатий кнопки до её отказа;
• реакция на движение руки или баллистический эффект;
• разрешающий шаг (разрешение);
• дизайн и удобство в работе (эргономичность).

Разрешение измеряется в dpi (dot per inch — количество точек на дюйм). Если мышь имеет разрешение 900 dpi и её передвинули на 1 дюйм (2,53 см) вправо, то привод мыши получает через микроконтроллер информацию о смещении на 900 единиц вправо. Нормальное разрешение мыши — от 200 до 900 dpi.

Баллистическим эффектом называется зависимость точности позиционирования мыши от скорости её перемещения.

Программная поддержка. Драйвер мыши поставляется вместе с устройством. Современные операционные системы содержат драйверы для большинства манипуляторов этого типа и автоматически при включении компьютера подбирают наиболее подходящий из них.

Тачпа́д (англ. touchpad — сенсорная площадка), сенсорная панель

— указательное устройство ввода, применяемое, чаще всего, в ноутбуках.

Как и другие указательные устройства, тачпад обычно используется для управления «указателем», перемещением пальца по поверхности устройства. Тачпады имеют различные размеры, но обычно их площадь не превосходит 50 см².

Рисунок 6- тачпад

Работа тачпадов основана на измерении ёмкости пальца или измерении ёмкости между сенсорами. Ёмкостные сенсоры расположены вдоль вертикальной и горизонтальной осей тачпада, что позволяет определить положение пальца с нужной точностью.

Поскольку работа устройства основана на измерении ёмкости, тачпад не будет работать, если водить по нему каким-либо непроводящим предметом, например, основанием карандаша. В случае использования проводящих предметов тачпад будет работать только при достаточной площади соприкосновения. (Попробуйте касаться тачпада пальцем лишь чуть-чуть). Влажные пальцы затрудняют работу тачпада.

Трекбол (англ. trackball)- указательное устройство ввода информации об относительном перемещении для компьютера. Аналогично мыши по принципу действия и по функциям. Трекбол функционально представляет собой перевернутую механическую (шариковую) мышь. Шар находится сверху или сбоку и пользователь может вращать его ладонью или пальцами, при этом не перемещая корпус устройства. Несмотря на внешние различия, трекбол и мышь конструктивно похожи — при движении шар приводит во вращение пару валиков или, в боле современном варианте, его сканируют оптические датчики перемещения (как в оптической мыши).

В настоящее время трекболы достаточно редко применяются в домашних и офисных компьютерах, однако нашли применение в промышленных и военных компьютерах, где пользователю приходится работать в условиях недостатка места и наличии вибрации. Так, трекболы используются в кабинах управления ракетного комплекса С-300.

Джойстик — устройство ввода информации в электронное устройство, манипулятор, часть интерфейса пользователя. Служит для изменения позиции элемента интерфейса (в частности курсора), также для перебора элементов списков. Является одним из стандартных средств ввода для компьютеров и многих мобильных телефонов. Широкое применение получил в компьютерных играх. Представляет собой рычаг на основании, который можно перемещать в одном, двух, трёх плоскостях. На рычаге обычно располагаются кнопки и переключатели различного назначения.

По количеству степеней свободы и, соответственно, плоскостей, в которых возможно изменение положения контролируемого объекта, джойстики подразделяются на:

• одномерные (управление перемещением объекта либо вверх-вниз, либо влево-вправо)
• двухмерные (управление объектом в двух плоскостях)
• трёхмерные (управление объектом во всех трёх плоскостях)

Графи́ческий планше́т (или дигитайзер, диджитайзер, от англ. digitizer)

— это устройство для ввода рисунков от руки непосредственно в компьютер. Состоит из пера и плоского планшета, чувствительного к нажатию или близости пера. Также может прилагаться специальная мышь.

Графические планшеты применяются как для создания изображений на компьютере способом, максимально приближённым к тому, как создаются изображения на бумаге, так и для обычной работы с интерфейсами, не требующими относительного ввода (хотя ввод относительных перемещений с помощью планшета и возможен, он зачастую неудобен).

Кроме того, их удобно использовать для переноса (отрисовки) уже готовых изображений в компьютер.

2.2 Устройства ввода графической информации

Ска́нер (англ. scanner)

— устройство, которое, анализируя какой-либо объект (обычно изображение, текст), создаёт цифровую копию изображения объекта. Процесс получения этой копии называется сканированием.

Назначение. Сканер — устройство для перевода графической информации в цифровую. Функция сканера — получение электронной копии документа, созданного на бумаге.

Ввод данных в компьютер — это одна из самых утомительных и подверженных ошибкам операций, сканеры облегчают эту работу.

Принцип работы. Лампа освещает сканируемый текст, отражённые лучи попадают на фотоэлемент, состоящий из множества светочувствительных ячеек. Каждая из них под действием света приобретает электрический заряд. Аналого-цифровой преобразователь ставит в соответствие каждой ячейке числовое значение, и эти данные передаются в компьютер.

Сканеры бывают ручные, портативно-страничные, планшетно-офисные, сетевые (скоростные), широкоформатные; они могут быть чёрно-белые (до 64 оттенков серого) и цветные (256 - 16 млн. цветов).

 

Рисунок 7- сканеры

Основные пользовательские характеристики:

• разрешающая способность (оптическое разрешение), то есть количество распознаваемых точек (пикселей) на дюйм (измеряется в dpi — dots per inch). Обычно составляет 600-1200 dpi;
• скорость сканирования — показатель быстродействия, который равен времени, затрачиваемому на обработку одной строки изображения;
• размеры сканируемого листа (область сканирования);
• разрядность битового представления — определяет максимальное число цветов или оттенков серого, которые может воспринимать сканер.

Веб-камера (также вебкамера)

— цифровая видео или фотокамера, способная в реальном времени фиксировать изображения, предназначенные для дальнейшей передачи по сети интернет (в программах типа Instant Messenger или в любом другом видеоприложении).

Помимо очевидного применения в видеоконференцсвязи, вебкамеры быстро обрели популярность в качестве средства, позволяющего одним пользователям Интернета созерцать мир через камеры, подключённые к Интернету другими пользователями.

Рисунок 8- веб камера

Существуют камеры, транслирующие через Интернет изображения птичьих гнёзд, городских улиц, частных жилищ, сельской местности, офисов, городских панорам, извергающихся вулканов, канатных дорог, пекарен и т. п. На сегодняшний день веб-камеры есть даже в космосе (например, на Международной космической станции).

2.3.Устройства вывода информации

Монитор. Монитор является универсальным устройством вывода информации и подключается к видеокарте, установленной в компьютере.

Изображение в компьютерном формате (в виде последовательностей нулей и единиц) хранится в видеопамяти, размещенной на видеокарте. Изображение на экране монитора формируется путем считывания содержимого видеопамяти и отображения его на экран.

Частота считывания изображения влияет на стабильность изображения на экране. В современных мониторах обновление изображения происходит обычно с частотой 75 и более раз в секунду, что обеспечивает комфортность восприятия изображения пользователем компьютера (человек не замечает мерцание изображения). Для сравнения можно напомнить, что частота смены кадров в кино составляет 24 кадра в секунду.

В настольных компьютерах обычно используются мониторы на электронно-лучевой трубке (ЭЛТ) - рис. 8

Изображение на экране монитора создается пучком электронов, испускаемых электронной пушкой. Этот пучок электронов разгоняется высоким электрическим напряжением (десятки киловольт) и падает на внутреннюю поверхность экрана, покрытую люминофором (веществом, светящимся под воздействием пучка электронов).

Рисунок 8- электронно-лучевая трубка

Система управления пучком заставляет пробегать его построчно весь экран (создает растр), а также регулирует его интенсивность (соответственно яркость свечения точки люминофора). Пользователь видит изображение на экране монитора, так как люминофор излучает световые лучи в видимой части спектра. Качество изображения тем выше, чем меньше размер точки изображения (точки люминофора), в высококачественных мониторах размер точки составляет 0,22 мм.

Однако монитор является также источником высокого статического электрического потенциала, электромагнитного и рентгеновского излучений, которые могут оказывать неблагоприятное воздействие на здоровье человека. Современные мониторы практически безопасны, так как соответствуют жестким санитарно-гигиеническим требованиям, зафиксированным в международном стандарте безопасности ТСО'99.

В портативных и карманных компьютерах применяют плоские мониторы на жидких кристаллах (ЖК). В последнее время такие мониторы стали использоваться и в настольных компьютерах.

LCD (Liquid Crystal Display, жидкокристаллические мониторы - рис. 4.15) сделаны из вещества, которое находится в жидком состоянии, но при этом обладает некоторыми свойствами, присущими кристаллическим телам. Фактически это жидкости, обладающие анизотропией свойств (частности, оптических), связанных с упорядоченностью в ориентации молекул. Молекулы жидких кристаллов под воздействием электрического напряжения могут изменять свою ориентацию и вследствие этого изменять свойства светового луча, проходящего сквозь них.

Рисунок 9- монитор

Преимущество ЖК-мониторов перед мониторами на ЭЛТ состоит в отсутствии вредных для человека электромагнитных излучений и компактности.

Мониторы могут иметь различный размер экрана. Размер диагонали экрана измеряется в дюймах (1 дюйм = 2,54 см) и обычно составляет 15, 17 и более дюймов.

Принтеры. Принтеры предназначены для вывода на бумагу (создания "твердой копии") числовой, текстовой и графической информации. По своему принципу действия принтеры делятся на матричные, струйные и лазерные.

Матричные принтеры  - это принтеры ударного действия. Печатающая головка матричного принтера состоит из вертикального столбца маленьких стержней (обычно 9 или 24), которые под воздействием магнитного поля "выталкиваются" из головки и ударяют по бумаге (через красящую ленту). Перемещаясь, печатающая головка оставляет на бумаге строку символов.

Недостатки матричных принтеров состоят в том, что они печатают медленно, производят много шума и качество печати оставляет желать лучшего (соответствует примерно качеству пишущей машинки).

В последние годы широкое распространение получили черно-белые и цветные струйные принтеры (рис. 4.17). В них используется чернильная печатающая головка, которая под давлением выбрасывает чернила из ряда мельчайших отверстий на бумагу. Перемещаясь вдоль бумаги, печатающая головка оставляет строку символов или полоску изображения.

Струйные принтеры могут печатать достаточно быстро (до нескольких страниц в минуту) и производят мало шума. Качество печати (в том числе и цветной) определяется разрешающей способностью струйных принтеров, которая может достигать фотографического качества 2400 dpi. Это означает, что полоска изображения по горизонтали длиной в 1 дюйм формируется из 2400 точек (чернильных капель).

Лазерные принтеры обеспечивают практически бесшумную печать. Высокую скорость печати (до 30 страниц в минуту) лазерные принтеры достигают за счет постраничной печати, при которой страница печатается сразу целиком.

Высокое типографское качество печати лазерных принтеров обеспечивается за счет высокой разрешающей способности, которая может достигать 1200 dpi и более.

Плоттер. Для вывода сложных и широкоформатных графических объектов (плакатов, чертежей, электрических и электронных схем и пр.) используются специальные устройства вывода - плоттеры . Принцип действия плоттера такой же, как и струйного принтера.

Заключение

Все этапы развития ЭВМ принято условно делить на поколения.

Первое поколение создавалось на основе вакуумных электроламп, машина управлялась с пульта и перфокарт с использованием машинных кодов. Эти ЭВМ размещались в нескольких больших металлических шкафах, занимавших целые залы.

Втрое поколение появилось в 60-е годы 20 века. Элементы ЭВМ выполнялись на основе полупроводниковых транзисторов. Эти машины обрабатывали информацию под управлением программ на языке Ассемблер. Ввод данных и программ осуществлялся с перфокарт и перфолент.

Третье поколение выполнялось на микросхемах, содержавших на одной пластинке сотни или тысячи транзисторов. Пример машины третьего поколения - ЕС ЭВМ. Управление работой этих машин происходило с алфавитно-цифровых терминалов. Для управления использовались языки высокого уровня и Ассемблер. Данные и программы вводились как с терминала, так и с перфокарт и перфолент.

Четвертое поколение было создано на основе больших интегральных схем (БИС). Наиболее яркие представители четвертого поколения ЭВМ - персональные компьютеры (ПК). Персональной называется универсальная однопользовательская микроЭВМ. Связь с пользователем осуществлялась посредством цветного графического дисплея с использованием языков высокого уровня.

Пятое поколение создано на основе сверхбольших интегральных схем (СБИС), которые отличаются колоссальной плотностью размещения логических элементов на кристалле.

Предполагается, что в будущем широко распространится ввод информации в ЭВМ с голоса, общения с машиной на естественном языке, машинное зрение, машинное осязание, создание интеллектуальных роботов и робототехнических устройств.

Что касается российского рынка ПК, то он имеет сравнительно недолгую историю по сравнению с американским или японским рынками компьютерной техники, но активное расширение его границ и переход на новые горизонты говорит о тенденции к еще более высокому росту в течение ближайших нескольких лет. За последнее время в России наблюдается значительное увеличение процента продаж ноутбуков, что на заре развития этого рынка в России казалось нереальным. Но на самом деле, и настольный компьютер был некогда почти роскошью, а теперь встал в ряд с обычной бытовой техникой, уступая свой пьедестал престижным ноутбукам.

Таким образом, в курсовой работе был подробно рассмотрен процесс эволюции ЭВМ, определили перспективы развития вычислительных машин.

Соответственно, была реализована указанная цель работы. Она была выполнена благодаря осуществлению таких задач, как:

- рассмотрены исторические этапы развития ЭВМ;

- проанализировано современное состояние ЭВМ;

- оценена роль и перспективы развития ЭВМ.

Список использованной литературы

1. Богумирский Б.С. Руководство пользователя ПЭВМ: В 2-х ч. Санкт-Питербург: Ассоциация OILCO, 2012. Ч.1.
2. Брябрин В.М. Программное обеспечение персональных ЭВМ. - М.: Наука, 2014.
3. ГОСТ 28043-89 Персональные электронные вычислительные машины. Интерфейс накопителей на жестких несменных магнитных дисках с подвижными головками.
4. Игорь Цуканов. HP подтвердила лидерство // Ведомости, № 8 (2030), 18 января, 2014.
5. Каймин В.А. Информатика: Учебник. 5-е изд. – М.: Инфра-М, 2011.
6. Ковтанюк Ю.С. Библия пользователя ПК. — М.: «Диалектика», 2007.
7. Кузнецов Е. Ю., Осман В. М. Персональные компьютеры и программируемые микрокалькуляторы: Учеб. пособие для ВТУЗов - М.: Высш. шк. -2010.
8. Леонтьев В.П. ПК: универсальный справочник пользователя. – М., 2010.
9. Локальные вычислительные сети. /Под ред. С.В. Назарова. -В 3-х кн. - М.: Финансы и статистика, 2014-201.
10. Ляхович В. Ф., Крамаров С. О. Основы информатики: учебник. – М., 2015.
11. Пасько В. Самоучитель работы на персональном компьютере, шестое издание. – М., 2014.
12. Персональный компьютер фирмы IBM и операционная система MS DOS: Пер. с англ. - М.: Радио и связь, 2011.
13. Семененко В.А. Айдидын В.М., Липова А.Д. Электронные вычислительные машины. – М.: Высшая школа, 2011.
14. Скотт М. Модернизация и ремонт ПК. — 17-е изд. — М.: «Вильямс», 2015.
15. Смирнов АД. Архитектура вычислительных систем. - М.: Наука, 2010.
16. Современный компьютер: Сб. науч.-попул. статей; Пер. с С56 англ./Под ред. В. М. Курочкина; Предисл. Л. Н. Королева. — М.: Мир, 2014.
17. Степаненко О.С. Персональный компьютер, учебный курс, 2-е издание. – СПб.: Компьютерное изд-во "Диалектика", 2010.
18. Степурин А.В. Самоучитель работы на персональном компьютере (ПК). Краткое руководство. – Гатчина: Издательский дом "Вильямс", 2016.
19. Толковый словарь по вычислительным системам: Пер. с англ. М.: Машиностроение, 2012.
20. Уинн Л. Рош. Библия по модернизации персонального компьютера. - Мн.: ИПП "Тивали-Стиль", 2015.
21. Фигурнов В. Э. «IBM PC для пользователя», 4-е издание, переработанное и дополненное, M., 2013.
22. Фролов А., Фролов Г. Аппаратное обеспечение IBM PC. М.:Диалог-МИФИ, 2012.