Компьютеры

ВСТУПЛЕНИЕ.

Слово «компьютер» означает «вычислитель». Потребность в автоматизации обработки данных в том числе вычислений возникла очень давно.

В настоящее время индустрия производства компьютеров и программного обеспечения является одной из наиболее важных сфер экономики развитых и развивающихся стран. Причины стремительного роста индустрии персональных компьютеров:

невысокая стоимость;

сравнительная выгодность для многих деловых применений;

простота использования;

возможность индивидуального взаимодействия с компьютеров без посредников и ограничений;

высокие возможности по переработке хранению и выдаче информации;

высокая надежность простота ремонта и эксплуатации;

возможность расширения и адаптации к особенностям применения компьютеров;

наличие программного обеспечения охватывающего практически все сферы человеческой деятельности а также мощных систем для разработки нового программного обеспечения.

Мощность компьютеров постоянно увеличивается а область их применения постоянно расширяется. Компьютеры могут объединяться в сети что позволяет миллионам людей легко обмениваться информацией с компьютерами находящимися в любой точке земного шара.

Так что же представляет собой это уникальное человеческое изобретение? Первый признак по которому разделяют компьютеры - платформа. Можно выделить две основные платформы ПК:

Платформа IBM – совместимых компьютеров включает в себя громадный спектр самых различных компьютеров от простеньких домашних персоналок до сложных серверов. Именно с этим типом платформ обычно сталкивается пользователь. Кстати совершенно не обязательно что лучшие IBM – совместимые компьютеры изготовлены фирмой IBM – породивший этот стандарт «голубой гигант» сегодня лишь один из великого множества производителей ПК.

Платформа Apple представлена довольно популярными на Западе компьютерами Macintosh. Они используют своё особое программное обеспечение да и «начинка» их существенно отличается от IBM. Но в России большого распространения они не получили.

Обычно IBM-совместимые ПК состоят из трех частей (блоков):

системного блока;

монитора (дисплея);

клавиатуры (устройства позволяющего вводить символы в компьютер);

мышь
клавиатура
Компьютеры выпускаются и в портативном варианте – в «наколенном» (лэптоп 4-12кг) или «блокнотном» (ноутбук 2-6кг) исполнении. Здесь системный блок монитор и клавиатура заключены в один корпус:

Если снять корпус системного блока и посмотреть внутрь то можно увидеть детали соответствующее следующей схеме архитектуры ПК:

Данная схема является примером внутренней «начинки» компьютера естественно что при наличии или отсутствии тех или иных устройств схема изменится. Однако есть устройства которые в любом случае установлены на современном персональном компьютере. О них-то и пойдёт дальнейший разговор.

ВНУТРЕННИЕ УСТРОЙСТВА ПК.

Самым главным элементом в компьютере его «мозгом» является микропроцессор – электронная схема выполняющая все вычисления и обработку информации. Скорость его работы во многом определяет быстродействие компьютера. А началось всё с появлением скромной по своим возможностям микросхемы Intel 4004 – первого микропроцессора созданного в 1971г. командой во главе с талантливым изобретателем доктором Тедом Хоффом. Изначально эта микросхема предназначалась для микрокалькуляторов и была изготовлена по заказу японской фирмы. К счастью для всех нас фирма эта обанкротилась. С этого момента и началась эпоха персональных компьютеров. Прошло несколько десятилетий. Ученые выявили закономерность назвав её «законом Мура»: ЕЖЕГОДНО МОЩНОСТЬ МИКРОПРОЦЕССОРОВ УДВАИВАЕТСЯ!

На первый взгляд процессор – просто выращенный по специальной технологии кристалл кремния. Однако камешек этот содержит в себе множество отдельных элементов – транзисторов которые в совокупности и наделяют компьютер способностью «думать». Процессор состоит из нескольких важных деталей: собственно процессора – «вычислителя» и сопроцессора – специального блока для операций с «плавающей точкой» (или запятой). Применяется сопроцессор для особо точных и сложных расчётов а также для работы с рядом графических программ.

Кэш - память первого уровня – небольшая (несколько десятков килобайт) сверхбыстрая память предназначена для хранения промежуточных результатов.

Кэш-память второго уровня – память чуть помедленнее зато больше – от 128 до 512Кб. Она может быть интегрирована на самом кристалле процессора а может – отдельно в виде дополнительного кристалла (как на процессорах PentiumII).

В настоящее время в компьютерах используются процессоры разработанные фирмами Intel AMD Cyrix и IBM. Процессоры отличаются друг от друга двумя характеристиками: типом (моделью) и тактовой частотой. Чем выше тактовая частота тем выше производительность и цена процессора. Тактовая частота указывает сколько элементарных операций (тактов) выполняется за одну секунду. Тактовая частота измеряется в мегагерцах (МГц). Современные процессоры фирмы Intel достигают тактовой частоты в 1900 МГц (Pentium 4). Фирма составляющая наибольшую конкуренцию им AMD выпускает процессоры до 1400 МГц (AMDThunderbird). В соответствие со стандартом PC2000 – на домашние компьютеры рекомендуется ставить процессор с тактовой частотой не ниже 500 МГц. Следует заметить что разные поколения процессоров выполняют одни и те же операции (например деление или умножение) за разное число тактов. Чем выше поколение процессора тем как правило меньше тактов требуется для выполнения одних и тех же операций. Например процессор Intel Pentium II работает раза в два быстрее чем процессор Intel CELERON с такой же тактовой частотой. За 20-ю историю массового развития компьютерного рынка сменилось семь поколений процессоров фирмы Intel: 8088 286 386 486 Pentium PentiumII PentiumIII Pentium 4. Кроме того в каждом поколении существует ещё и целая серия отличающихся друг от друга моделей. Например в поколении PentiumII их три: «обычный» PentiumII «облегчённый вариант» Celeron и сверхмощный Xeon предназначенный для больших промышленных компьютеров. Однако процессоры фирмы Intel очень дороги здесь и всплывает конкурент. При гораздо меньшей цене AMD предлагают микропроцессоры в некоторых параметрах обходящие микропроцессоры Intel. Например AMDK7 Thunderbird 1000 МГц стоит 2947руб а процессор IntelPentiumIII 1000 МГц стоит 6318руб.!

Оперативная память (RAM ОЗУ) обеспечивает работу с программным обеспечением. Из неё процессор и сопроцессор (устройство помогающее выполнять процессору сложные математические вычисления) берут программы и исходные данные для обработки. Характеристика оперативной памяти – объём измеряемый в мегабайтах (Мб). Оперативная память выпускается в виде микросхем собранных в специальные модули: SIMM DIMM или новейший модуль RIMM. Каждый модуль может вмешать от 1 до 512 Мб. Лучшие модули памяти поступающие на наш рынок украшены лейблом Kingstone Micron Samsung. Конечно «безымянные» модули собираются из таких же микросхем и стоят намного дешевле но переплата нескольких десятков долларов за фирму себя окупает.

Чтобы компьютер работал необходимо чтобы в его оперативной памяти находились программа и данные. А попадают они туда из различных устройств компьютера. Таким образом для компьютера необходим обмен информацией между оперативной памятью и внешними устройствами. Такой обмен называется вводом-выводом. Но этот обмен не происходит непосредственно: между любым внешним устройством и оперативной памятью в компьютере имеются два промежуточных звена:

1) Для каждого внешнего устройства в компьютере имеется электронная схема (контроллер или адаптер) которая им управляет. Некоторые контроллеры (например контроллер дисков) могут управлять сразу несколькими устройствами.

2) Все контроллеры и адаптеры взаимодействуют с процессором и оперативной памятью через системную магистраль передачи данных называемой шиной. Шина – системная плата обеспечивающая ввод-вывод информации. Характеристикой шины является скорость обмена. Основные типы шин (расположены в порядке улучшения характеристик): ISA EISA VESA PCI AGP. Разъёмы-«слоты» стандарта PCI. Родился он около 10 лет назад и сегодня является основным стандартом слотов для подключения дополнительных устройств. Разъёмы PCI – обычно самые короткие белого цвета разделенные своеобразной «перемычкой» на две неравные части. Ранее в слот PCI устанавливалась и видеокарта теперь для этой цели служит разъем AGP (AdvancedGraphicPort). Это специальный более быстрый с точки зрения пропускной способности слот. Остальные слоты в новые компьютеры не устанавливаются.

Для упрощения подключения устройств электронные схемы состоят из нескольких модулей – электронных плат. На основной плате компьютера – системной (материнской) – располагаются процессор сопроцессор оперативная память и шина. Схемы управляющие внешними устройствами компьютера (контроллеры или адаптеры) находятся на отдельных платах вставляющихся в унифицированные разъёмы (слоты) на материнской плате. «Гнездо» для установки процессора: для каждого форм-фактора процессора существует свой тип материнской платы как правило несовместимый с другими процессорами. Так в гнездо для процессора PentiumIII нельзя установить процессор AMDK7. И наоборот.

Итак сегодня на рынке существует три материнских плат для установки трёх разных классов процессоров:

платы с разъёмом Slot 1 предназначены для процессоров фирмы Intel. Тип разъёма – слот (длинное щелевидное гнездо).

Платы с разъёмом Socket-370 предназначены для установки новых процессоров Celeron фирмы Intel (частота от 400 МГц). Тип разъёма – квадратное гнездо.

Платы с разъёмом SuperSocket 7 (SocketA) предназначены для «альтернативных» процессоров фирм AMD Cyrix IBM и других. Тип разъёма – квадратное гнездо.

Одним из контроллеров которые присутствуют во всех компьютерах является контроллер портов ввода-вывода. Типы портов:

параллельные (LPT1-LPT4) к ним обычно присоединяют принтеры и сканеры;

асинхронные последовательные порты (COM1-COM4) к ним подсоединяются мышь модем и т. д.;

игровой порт – для подключения джойстика;

порт USB (USB 2) – недавняя разработка - порт с наивысшей скоростью ввода-вывода к нему подключаются новые модели принтеров сканеров модемов мониторов и т.д. Одним из его достоинств является возможность подключения целой цепочки устройств. Например через один порт USB подключен принтер через принтер подключен сканер и т.д.

Некоторые устройства могут подключать и к параллельным и к последовательным портам и к порту USB (USB 2). Самый быстрый обмен осуществляется через порт USB 2 затем USB параллельные же порты выполняют ввод-вывод с большей скоростью чем последовательные (за счет использования большего числа проводов в кабеле).

Видеоадаптер (видеоконтроллер видеокарта) предназначен для работы в графическом режиме. Главной задачей современной видеокарты является поддержка объёмной трёхмерной графики (3D). Никогда не помешает и дополнительная возможность видеокарт – TV тюнер – приём телевизионного сигнала. Главной характеристикой является объём памяти. Современные графические приложения и игры требуют от видеокарты наличие как можно большего количества памяти (желательно 16 32 а ещё лучше 64 Мб). Однако не все могут позволить купить себе даже 16 Мб видеокарту поскольку цены на них остаются ещё достаточно высокими.

Жесткий диск (винчестер HDD) – предназначен для постоянного хранения информации используемой при работе компьютера: операционной системы документов игр и т.д. Основными характеристиками жесткого диска являются его емкость измеряемая в гигабайтах (Гб) скорость чтения данных среднее время доступа размер кэш-памяти. Для современного домашнего компьютера необходим жесткий диск объёмом не менее 10 Гб. Информация хранится на одной или нескольких круглых пластинках с магнитным слоем над которыми летают магнитные записывающие головки. Винчестеры подключаются к материнской плате с помощью специальных шлейфов-кабелей каждый из которых рассчитан на два устройства.

Внутренний динамик (PCSpeaker) – устройство предназначенное для вывода системных звуковых сообщений. Например в начале загрузки компьютера происходит тестирование оборудования. Ниже приведена таблица звуковых сигналов возникающих при самотестировании компьютера.

Протяжённость и количество гудков Значение сигналов
1 короткий Все блоки функционируют нормально
2 коротких Ошибка связана с монитором
Нет гудков Неисправность источника питания или системной платы
Непрерывный гудок Неисправность источника питания или системной платы
Повторяющиеся короткие гудки Неисправность источника питания или системной платы
1 длинный и 1 короткий Неисправность системной платы
1 длинный и 2 коротких Неисправность видеокарты
1 длинный и 3 коротких Неисправность видеокарты

Кроме того внутренний динамик может использоваться некоторыми DOS программами и играми.

Звуковая карта – устройство необходимое для редактирования и вывода звука посредством звуковых колонок. Существуют 8 16 и 20 разрядные (битные) карты. Для домашнего компьютера хватает 16 битной звуковой карты поскольку 20 битные – профессиональные карты для программистов занимающихся музыкой на компьютере да и стоит такая карта намного дороже других.

Устройство для чтения компакт-дисков (CD-ROM) предназначено для чтения записей на компакт-дисках. Достоинства устройства – большая емкость дисков быстрый доступ надежность универсальность низкая стоимость. Основное понятие характеризующее работу данного устройства – скорость. Самые первые CD-ROM – 1-скоростные. Сейчас появились 52-скоростные CD-ROM. Что значит 52 скоростной привод? Это значит что он читает данные в 52 раза быстрее самого первого 1 скоростного (150 Кб/с) CD-ROM. Следовательно 52 умножаем на 150… 7800 килобайт в секунду! Главный недостаток стандартных дисководов CD-ROM – не возможность записи информации. Для этого необходимы другие устройства:

CD-R – дисковод с возможностью однократной записи информации на специальный диск в России их называют «болванками». Запись на эти диски осуществляется благодаря наличию на них особого светочувствительного слоя выгорающего под воздействием высокотемпературного лазерного луча.

CD-RW – дисковод с возможностью многократной записи информации. Это устройство работает совершенно по другому принципу и совсем другими дисками чем CD-R.

В последнее время всё большее распространение получает DVD-ROM – устройство предназначенное для чтения дисков формата DVD.

Накопители на гибких дисках (дискетах флоппи-дисках) позволяют переносить документы с одного компьютера на другой хранить информацию. Основным недостатком накопителя служит его малая емкость (всего 1 44 Мб) и ненадежность хранения информации. Однако именно этот способ для многих российских пользователей является единственной возможностью перенести информацию на другой компьютер. На компьютерах последних лет выпуска устанавливаются дисководы для дискет размером 3 5 дюйма (89мм). Раньше использовались накопители размером 5 25 дюймов. Они не смотря на свои размеры обладают меньшей емкостью и менее надежны и долговечны. Оба типа дискет обладают защитой от записи (перемычка на защитном корпусе дискеты). В последнее время стали появляться альтернативные устройства: внешние дисководы с дисками емкостью до 1 5 Гб и намного большей скоростью чтения нежели дисковод флоппи-дисков однако они ещё мало распространены и весьма недёшевы.

BIOS (BasicInput - OutputSystem) – базовая система ввода-вывода – микросхема установленная на материнской плате. Именно здесь хранятся основные настройки компьютера. С помощью BIOS можно изменить скорость работы процессора параметры работы для других внутренних и некоторых внешних устройств компьютера. BIOS – это первый и самый важный из мостиков связующий между собой аппаратную и программную часть компьютера. Поэтому для современных BIOS немало важными особенностями является возможность её обновления работы со стандартом Plag&Play (включи и работай) возможность загрузки компьютера с CD-ROM сети и дисководов ZIP.

ВНЕШНИЕ УСТРОЙСТВА ПК.

Клавиатура – устройство предназначенное для ввода в компьютер информации от пользователя. Современная клавиатура состоит из 104 укреплённых в едином корпусе клавиш.

Мышь – манипулятор для ввода информации в компьютер. Он необходим для работы с графическими пакетами чертежами при разработке схем и при работе в новых операционных системах. Основной характеристикой мыши является разрешающая способность измеряемая в точках на дюйм (dpi). Неплохо иметь также специальный коврик под мышь что обеспечивает её сохранность и долговечность. Самые простые и дешевые модели – оптико-механические. Более дорогие и надёжные модели «мышек» - оптические. А самым большим шиком считаются инфракрасные беспроводные мыши. Сочетания такого зверя с инфракрасной клавиатурой – верх компьютерного шика.

Джойстик - манипулятор в виде укрепленной на шарнире ручки с кнопками употребляется в компьютерных играх.

Монитор (дисплей) - устройство предназначенное для вывода на экран текстовой и графической информации. От качества монитора зависит сохранность зрения и обще утомляемость при работе. Мониторы имеют стандартный размер диагонали в 14 15 17 19 20 и 21 дюйм. Однако в настоящее время мониторы с 14 дюймовым экраном не выпускают. Для домашнего компьютера вполне хватит монитора с 15 или 17 дюймовым экраном.

Принтер – устройство предназначенное для вывода текстовой и графической информации на бумагу. Различают матричные струйные и лазерные принтеры (расположены в порядке улучшения качества и скорости печати). Принтеры бывают цветные (струйные и лазерные) и черно-белые (матричные и лазерные).

Сканер – устройство для ввода в компьютер текстовой и графической информации. Сканеры бывают ручные настольные и даже напольные. Ручные сканеры дешевле прочих но качество и точность сканирования у них очень малы. Настольные планшетные сканеры позволяют достигать намного лучшего результата но цена таких сканеров намного выше.

Плоттер – устройство позволяющее выводить графическую информацию на бумагу или другие носители. Типовые задачи для плоттеров – выполнение различных чертежей схем рисунков графиков карт и т.п. Современные плоттеры классифицируются по формату использования бумаги и типу пишущего механизма. Цена плоттера и расходных материалов как правило достаточно высока. Но качество близко к полиграфическому и оправдывает все затраты.

Дигитайзер – приспособление для ввода графической информации в компьютер а проще – для рисования. На планшете чувствительным к нажатию специального карандаша – стилуса.

Страницы: 1 2