Обычно персональные компьютеры IBM PC состоят из следующих частей (блоков):
- системного блока (в вертикальном или горизонтальном исполнении);
- монитора (дисплея) для изображения текстовой и графической информации;
- клавиатуры , позволяющей вводить различные символы в компьютер.
В компьютере самым главным блоком является системный, в нем располагаются все главные узлы компьютера. Системный блок ПЭВМ содержит ряд основных технических устройств, главными из которых являются: микропроцессор, оперативное запоминающее устройство, постоянное запоминающее устройство, блок питания и порты ввода-вывода, накопители.
Кроме того к системному блоку ПК можно подключить следующие устройства:
- принтер для вывода на печать текстовой и графической информации;
- манипулятор типа "мышь" - устройство, управляющее графическим курсором
- джойстик , используемый в основном в компьютерных играх;
- графопостроитель или плоттер - устройство для вывода чертежей на бумагу;
- сканер - устройство для считывания графической и текстовой информации;
- CD-ROM - устройство для чтения компакт-дисков, используется для воспроизведения движущихся изображений, текста и звука;
- модем - устройство обмена информацией с другими компьютерами через телефонную сеть;
- стример - устройство для хранения данных на магнитной ленте;
- сетевой адаптер - устройство позволяющее компьютеру работать в локальной сети.
Основными узлами персонального компьютера являются следующие устройства: процессор, память (оперативная и внешняя), устройства подключения терминалов и передачи данных. Приведем описание различных устройств, входящих в компьютер или подключаемых к нему.
Микропроцессор
Микропроцессор - выполненная на одном кристалле большая интегральная схема (БИС), который является элементом для создания ЭВМ различного типа и назначения. Его можно запрограммировать на выполнение произвольной логической функции, а это означает, что меняя программы, можно заставить микропроцессор быть частью арифметического устройства или управлять вводом-выводом. К микропроцессору можно подключать память, устройства ввода-вывода.
В компьютерах типа IBM PC используются микропроцессоры фирмы Intel, а также совместимые с ними микропроцессоры других фирм.
Микропроцессоры отличаются друг от друга типом (моделью) и тактовой частотой (скоростью выполнения элементарных операций, даваемой в мегагерцах - МГц). Наиболее распространены модели фирмы Intel: 8088, 80286, 80386SX, 80386DX, 80486, Pentium и Pentium-Pro, Pentium-II, Pentium-III они приведены в порядке возрастания производительности и цены. Одинаковые модели могут иметь разную тактовую частоту - чем выше тактовая частота, тем выше производительность и цена.
Основные микропроцессоры Intel 8088, 80286, 80386, выпущенные ранее, не содержат специальных команд обработки чисел с плавающей точкой, поэтому для увеличения их быстродействия могут быть установлены, так называемые, математические сопроцессоры, увеличивающие производительность при обработке чисел с плавающей точкой.
Память
Оперативное запоминающее устройство или оперативная память (RAM - ОП), а также постоянное запоминающее устройство (ROM - ПЗУ) образуют внутреннюю память компьютера, к которой микропроцессор имеет непосредственный доступ при своей работе. Любая информация при обработке предварительно переписывается компьютером из внешней памяти (с магнитных дисков) в оперативную память. В ОП содержатся данные и программы, обрабатываемые в текущий момент работы компьютера. Информация в ОП поступает (копируется) из внешней памяти и после обработки вновь туда записывается. Информация в ОП содержится только в течение сеанса работы и при выключении ПЭВМ или аварийном сбое в электросети безвозвратно пропадает. В связи с этим, пользователь должен регулярно во время работы записывать информацию, подлежащую длительному хранению, из ОП на магнитные диски, чтобы избежать ее потери.
Чем больше объем ОП, тем выше вычислительная способность компьютера. Как известно, для определения объемов информации используется единица измерения 1 байт, которая представляет собой комбинацию из восьми битов (нулей и единиц). В этих единицах измерения объем информации, хранимой в ОП или на дискете, может быть написано как 360кб, 720кб или 1.2Мб. Здесь 1Кб = 1024 байт, а 1Мб (1 мегабайта 1 024Кб, в то время как на винчестере может размещаться 500Мб.1000Мб и более.
Для IBM PC ХТ объем ОН. как правило, составляет 640кб, для IBM PC AT - более I Мб, для старших моделей IBM PC - от 1 до 8 Мб, но бывает и 16, и 32 Мб и даже больше - память можно наращивать, добавляя микросхемы на главной плате компьютера.
В отличие от ОП, ПЗУ постоянно хранит одну и ту же информацию, и пользователь не может ее изменять, хотя имеет возможность считывать. Обычно объем ПЗУ невелик и составляет 32 - 64 Кб. В ПЗУ хранятся различные программы, которые записываются на заводе- изготовителе и предназначены в основном для инициализации компьютера при его включении.
Оперативная память емкостью в 1 Мб состоит обычно из двух частей: первые 640 Кб могут использоваться прикладной программой и операционной системой (ОС). Остальная память используется для служебных целей:
- для хранения части ОС, обеспечивающей тестирование компьютера, начальную загрузку ОС, а также выполнения основных низкоуровневых услуг ввода - вывода;
- для передачи изображений на экран;
- для хранения различных расширений ОС, которые появляются вместе с дополнительными устройствами компьютера.
Как правило, говоря об объеме памяти (ОП), имеют ввиду именно первую ее часть, и она порою бывает недостаточной для выполнения некоторых программ.
Эта проблема разрешается с помощью расширенной (extended) и дополнительной (expanded) памятей.
Микропроцессоры фирмы Intel 80286, 80386SX и 80486SX могут обращаться с ОП большего размера - 16 Мб, а 80386 и 80486 - 4Гб, однако MS DOS непосредственно не может работать с ОП более 640 Кб. Для доступа к добавочной ОП разработаны специальные программы (драйверы), позволяющие получать запрос от прикладной программы и переходящие в "защищенный режим" работы микропроцессора. Выполнив запрос, драйверы переключаются в обычный режим работы микропроцессора.
Cash
Кэш - это особая высокоскоростная память процессора. Она используется в качестве буфера для ускорения работы процессора с ОП. Кроме процессора ПК содержит:
- электронные схемы (контроллеры), управляющие работой различных устройств, входящих в компьютер (монитор, накопители, и т.д.);
- порты ввода и вывода, через которые процессор обменивается данными с внешними устройствами. Имеются специализированные порты, через которые происходит обмен данными с внутренними устройствами компьютера, и порты общего назначения, к которым могут присоединяться различные дополнительные внешние устройства (принтер, мышь и т.д.).
Порты общего назначения бывают двух видов: параллельные, обозначаемые LPT1 - LPT9 и асинхронные последовательные, обозначаемые СОM1 - СОМ4. Параллельные порты выполняют ввод и вывод быстрее, нежели последовательные, но и требуют большего числа проводов для обмена данными (порт для домена с принтером - параллельный, а порт для обмена с модемом через телефонную сеть - последовательный).
Графические адаптеры
Монитор или дисплей является обязательным периферийным устройством ПЭВМ и служит для отображения обрабатываемой информации из оперативной памяти компьютера.
По числу используемых цветов при представлении информации на экране дисплеи подразделяют на монохромные и цветные, а по виду выводимой на экран информации - на символьные (выводится только символьная информация) и графические (выводится как символьная, так и графическая информация). Видео ЭВМ состоит из двух частей: монитора и адаптера. Мы же видим только монитор, адаптер спрятан в корпус машины. В самом мониторе находится только электронно-лучевая трубка. Адаптер содержит логические схемы, выдающие видеосигнал. Электронный луч пробегает экран примерно за 1/50 долю секунды, но изображение меняется довольно редко. Поэтому видеосигнал, поступающий на экран, должен снова порождать (регенерировать) одно и то же изображение. Для его хранения в адаптере имеется видеопамять.
В символьном режиме на экран дисплея, как правило, одновременно выводится 25 строк по 80 символов на строке (всего 2000 символов - число символов стандартного машинописного листа), а в графическом режиме разрешающая способность экрана определяется характеристиками платы адаптера монитора - устройством его сопряжения с системным блоком.
Качество изображения на экране монитора зависит от типа применяемого графического адаптера.
Наиболее широко распространены адаптеры следующих типов: EGA, VGA и SVGA. В настоящее время довольно широко используются VGA и SVGA (SuperVGA). SVGA имеет очень высокую разрешающую способность. Ранее использовался адаптер CGA, но он уже не применяются на современных ЭВМ.
Адаптеры различаются "разрешающей способностью " (для графических режимов). Разрешение измеряется количеством строк и числом элементов в строке ("пиксель"), проще говоря, - точек в строке. Например, монитор с разрешающей способностью 720х348 отображает вертикальных 348 строк-точек по 720 точек в строке. Для издательских систем используются мониторы с 800х600 и 1024х768 разрешающей способностью. Такие мониторы весьма дороги.
Экраны бывают стандартного размера (14 дюймов), увеличенные (15 дюймов) и большие как телевизор (17, 20 и даже 21 дюйм - т.е. 54 см по диагонали), цветные (от 16 до нескольких десятков миллионов цветов) и монохромные.
Стандарт адаптера монитора определяет и число цветов в палитре цветных мониторов: CGA в графическом режиме имеет 4 цвета, EGA- 64 цвета, VGA - до 256 цветов, а SVGA - более миллиона цветов. В текстовом режиме все перечисленные стандарты позволяют воспроизводить 16 цветов.
Выбор того или иного типа монитора зависит от вида решаемой на ПЭВМ задачи. Например, если пользователь обрабатывает только текстовую информацию, то ему будет достаточен монохромный символьный монитор, если же он решает задачи (автоматизированного проектирования, то ему необходим цветной графический монитор. Однако для большинства приложений предпочтительными являются цветные графические мониторы и адаптеры.
Накопители на дисках
Накопители информации - неотъемлемая часть любой ЭВМ - часто называются внешними носителями информации или внешней памятью компьютера. Они предназначены для долговременного хранения объемной информации, при этом их содержимое не зависит от текущего состояния ПЭВМ. На внешних носителях хранятся любые данные и программы, поэтому здесь формируется и сохраняется библиотека данных пользователя.
Накопителями информации в персональных компьютерах являются накопители на магнитных дисках (НМД), в которых организован прямой доступ к информации. В последнее время для ПЭВМ появились накопители на магнитных лентах - стримеры, которые могут содержать очень большие объемы информации, но при этом организуют только последовательный доступ к ней. Однако, стримеры не заменяют собой накопители на магнитных дисках, а только дополняют их. Существует хватила НМД: накопители на гибких магнитных дисках (НГМД) и накопители на жестких магнитных дисках (НЖМД).
Накопители на жестком диске предназначены для постоянного хранения информации. На IBM PC с микропроцессором 80286 обычно емкость жесткого диска составляет от 20 до 40 Мб, с 80386 SX, DX и 80486SX - до 300 Мб, с 804S6DX до 500-600 Мб, с PENTIUM - более 2Гб.
Жесткий диск является несъемным магнитным диском, который защищен герметически закрытым корпусом и размещается внутри системного блока. Он может состоять из нескольких дисков, имеющих две магнитные поверхности в объединенных в один пакет.
Жесткий диск, в отличие от дискеты, позволяет хранить большие объемы информации, что дает большие возможности для пользователя.
В процессе работы с НЖМД пользователь должен знать, какие объемы памяти занимают данные и программы, хранимые на дисках, сколько имеется свободной памяти, контролировать заполнение памяти и рационально размещать в ней информацию. Наиболее распространены дискеты размером 5,25 и 3,5 дюйма.
Накопители на гибких дисках (НГМД) позволяют переносить информацию с одного компьютера на другой, хранить информацию, не используемую постоянно на компьютере, делать архивные копии информации, хранящейся на жестком диске. Гибкий диск (дискета) представляет собой тонкий диск, изготовленный из специального материала с нанесенным на его поверхность магнитным покрытием. На пластмассовом корпусе дискеты имеется прямоугольная прорезь зашиты записи, отверстие для контакта магнитного диска со считывающими головками дисковода и этикетка с параметрами дискеты.
Основным параметром дискеты является ее диаметр. В настоящее время существует два основных стандарта НГМД - дискеты с диаметром 3,5 и 5,25 дюйма (89 и 133 мм соответственно). Как правило, на IBM PC ХТ и IBM PC AT в основном используются дискеты с диаметром 5,25 дюйма, а на старших моделях IBM PC - дискеты с диаметром 3,5 дюйма.
Для записи и считывания информации дискета устанавливается в гнездо дисковода, которое располагается в системном блоке. В ПЭВМ возможно наличие как одного, так и двух дисководов. Так как дискета является съемным устройством, с ее помощью осуществляется не только хранение информации, но и перенос информации с одной ПЭВМ на другую.
Дискеты размером 5,25 дюйма, в зависимости от качества изготовления, могут размещать информацию объемом 360, 720 Кб или 1,2 Мб.
Определить максимальную емкость у дискет размером 3,5 дюйма можно по внешнему виду: у дискет емкостью 1,44 Мб имеется специальная прорезь в нижнем правом углу, а на дискетах емкостью 720 Кб ее нет. Эти дискеты заключены в жесткий пластмассовый корпус, что значительно повышает их надежность и долговечность. В связи с этим, на новых ЭВМ дискеты размером 3 ,5 дюйма вытесняют дискеты размером 5,25 дюйма.
Защита дискет от записи. На дискетах размером 5,25 дюйма имеется прорезь для защиты от записи. Если эту прорезь заклеить, то на дискету нельзя будет произвести запись. На дискетах 3,5 дюйма имеете прорези защиты от записи имеется специальный переключатель - защелка, разрешающая или запрещающая запись на дискету. Режим разрешения записи - отверстие закрыто, если же отверстие открыто, то запись запрещена.
Инициализация (форматирование) дискет. Дискету перед первым использованием необходимо специальным образом инициализировать (разметить).
Кроме обычных дисководов, в современных ЭВМ бывают специальные дисководы для лазерных компакт-дисков (CD-ROM), а также для магнитно-оптических дисков и дисков Бернулли.
CD-ROM - компакт-диски, многие объемные программные I полуюты для современных компьютеров выпускаются на таких дисках Дисководы CD - ROM различаются по скорости передачи информации - обычные, с двойной, учетверенной и т.д. скоростью. Современные 24 - 36 - скоростные дисководы работают практически со скоростью винчестера.
Обычный компакт-диск имеет объем более 600 Мб или 600 миллионов символов, но он предназначен только для воспроизведения информации и не позволяет записывать. Перезаписываемые компакт диски и соответствующие им дисководы уже имеются, но они очень дороги. В настоящее время на компакт-дисках продаются наборы великолепных по качеству фотографий, диски с видео клипами и фильмами. Наборы игр с разнообразной музыкой и звуковыми эффектами, компьютерные энциклопедии, обучающие программы - все это выпускается только на CD.
Принтеры и плоттеры
Принтер (печатающее устройство) предназначен для вывода текстовой и графической информации из оперативной памяти компьютера на бумажный носитель, при этом бумага может быть как листовая, так и рулонная.
Основным достоинством принтеров является возможность использования большого количества шрифтов, что позволяет создавать достаточно сложные документы. Шрифты различаются шириной и высотой букв, их наклоном, расстояниями между буквами и строками.
Для работы на принтере пользователь должен выбрать необходимый ему шрифт и установить параметры печати, чтобы согласовать ширину выводимого документа и размеры используемой бумаги. Исходя из этого, например, матричные принтеры имеют две модификации: принтеры с узкой кареткой (в ширину стандартного машинописного листа) и принтеры с широкой кареткой (в ширину, большую стандартного машинописного листа).
Необходимо помнить, что величина "компьютерного листа" (пространства, отводимого ПЭВМ пользователю для заполнения символьной информацией) значительно превышает размер экрана монитора и составляет сотни колонок и тысячи строк, что определяется объемом свободной оперативной памяти компьютера и используемым программным обеспечением. При выводе информации на принтер распечатывается содержимое всего компьютерного листа, а не только его части, видимой на экране монитора. Поэтому предварительно необходимо подготовленный к печати текст разбить на страницы, установив необходимую ширину текста исходя из вида шрифта и ширины бумаги.
Принтеры могут выводить графическую информацию и даже в цвете. Существуют сотни моделей принтеров. Они могут быть следующих типов: матричные, струйные, литерные, лазерные.
До последнего времени наиболее употребляемыми были матричные принтеры, печатающая головка которых содержит вертикальный ряд тонких металлических стержней (иголок). Головка движется вдоль печатаемой строки, а стержни в нужный момент ударяют по бумаге через красящую ленту. Это и обеспечивает формирование на бумаге изображения. Дешевые принтеры используют головки с 9 стержнями, качество печати довольно посредственное, что можно улучшить с помощью нескольких проходов. Более качественна и достаточна скорость печати у принтеров с 24 или 48 стержнями. Скорость печати - от 10 до 60 секунд на страницу. При выборе принтера обычно интересуются возможностью печати русских и казахских букв. При этом возможно:
- шрифты казахских и русских букв могут быть встроенными в принтер. В этом случае после включения принтер сразу готов к печати текстов на казахском и русском языке. Если коды казахских и русских букв такие же как в компьютере, то тексты можно печатать командами DOS PRINT или СОРY Если же коды не совпадают, то приходится использовать драйверы перекодировки.
- шрифты казахских и русских букв отсутствуют в ПЗУ принтера. Тогда перед печатью текстов необходимо загрузить драйвер загрузки шрифтов букв. При выключении принтера они исчезают из памяти.
Матричные принтеры просты в эксплуатации, имеют наименьшую стоимость, но довольно низкую производительность и качество печати, особенно при выводе графических данных.
Струйные принтеры изображение формируют микро каплями специальных чернил. Они более дороги, чем матричные принтеры и требуют тщательного ухода. Работают они бесшумно, имеют очень много встроенных шрифтов, но при этом очень чувствительны к качеству бумаги - Качество и производительность струйных принтеров выше, чем у матричных. Одними из недостатков являются: довольно высокий расход чернил и неустойчивость к влаге печатных документов.
Лазерные принтеры обеспечивают наилучшее качество печати, используют принцип ксерографии - изображение переносится на бумагу со специального барабана, к которому электрически притягиваются частички краски. Отличие от ксерографического аппарата - печатающий барабан электризуется с помощью.-лазерного луча по командам из машины. Разрешающая способность этих принтеров от 300 до 1200 точек на дюйм. Скорость печати от 3 до 15 секунд на страницу при выводе текста. Лазерные принтеры обладают наилучшим качеством печати и производительностью, но наиболее дорогие из рассмотренных типов принтеров.
Плоттер (графопостроитель) также служит для вывода информации на бумажный носитель и, в основном, используется для вывода графической информации. Графопостроители широко применяются при автоматизации проектирования, когда необходимо получать чертежи разрабатываемых изделий. Плоттеры разделяют на одноцветные и цветные, а также - по качеству вывода информации на печать.
Устройства ввода информации в компьютер
Клавиатура - основным устройством ввода информации в компьютер пока остается клавиатура, с помощью нее можно вводить текстовую информацию, задавать команды компьютеру. Более подробно с возможностью клавиатуры мы познакомимся на следующем уроке.
Мышь вместе с клавиатурой предназначен для управления компьютером. Это отдельное небольшое устройство с двумя или тремя кнопками, которое пользователь перемещает по горизонтальной поверхности рабочего стола, нажимая при необходимости соответствующие клавиши для выполнения тех или иных операций.
Сканер позволяет вводить в компьютер с листа бумаги любой вид информации, при этом процедура ввода проста, удобна и достаточно быстра.
Дополнительные устройства
Модемы (модулятор-демодулятор) служат для передачи данных между компьютерами и они различаются в основном по скорости передачи информации. Скорости модемов сегодня меняются от 2400 бит/ сек до 25000 тыс. бит/сек. Они поддерживают определенные стандарты процедур обмена данными (протоколы). При подключении к какой-то компьютерной сети (InterNet, Relcom, FidoNet и т.п.) или для использования электронной почты модем является самым необходимым устройством.
Имеются еще факс-модемы, объединяющие в себе функции модема с аппаратом факсимильной связи. Пользуясь факс-модемом, можно посылать текстовую информацию не только на компьютер своего абонента, .но и на простой факсовый аппарат и, соответственно, получать ее. Факс-модемы несколько дороже модемов, но возможности их шире.
Сейчас часто говорят о мультимедийных возможностях ЭВМ. Мультимедиа - это современный метод отображения информации, основанный на использовании текстовых, графических и звуковых возможностей ЭВМ, т.е. это комбинированное использование изображения, звука, текста, музыки и анимации для более лучшего отображения данных на экране. Компьютер с такими возможностями должен иметь звуковую карту и дисковод CD-ROM, которые обеспечивают воспроизведение цветовых гамм, фонограмм и видеофильмов с обычного компакт-диска. Мультимедийные ЭВМ могут содержать еще и специальную видеоплату для подключения видеокамеры, видеомагнитофона и устройства приема телевизионных сигналов.

Контрольные вопросы

1. Перечислите основные компоненты ПК и дополнительные устройства.
2. Какие принтеры используются при работе ПК?
3. Какие видеоадаптеры вы знаете? Чем отличается дисплей от видеоадаптера?
4. Какие дискеты используются на вашем компьютере?
5. Что такое модем и для чего он предназначен?

Первый в мире микропроцессор появился в 1971 году. Это был четырехбитный микропроцессор Intel 4004. Затем, в 1973 году, был выпущен восьмибитный Intel 8080. На базе этого процессора были созданы самые первые микроЭВМ. Эти машины обладали очень маленькими возможностями и рассматривались просто как забавные, но малополезные игрушки. В 1979 году были выпущены первые шестнадцатибитные микропроцессоры Intel 8086 и Intel 8088. На базе Intel 8086 в 1981 году фирмой IBM был выпущен персональный компьютер IBM PC (PC -Personal Computer - персональный компьютер), по своим возможностям уже приблизившийся к существовавшим тогда мини-компьютерам. Очень быстро эти компьютеры завоевали огромную популярность во всем мире благодаря своей низкой стоимости и удобствам работы с ними. Чуть позже появился персональный компьютер IBM PC/XT (XT - extended Technology - расширенная технология) с максимально возможным объемом оперативной памяти до 1 Мбайт. Следующим крупным шагом в развитии микропроцессорной техники стал выпуск в 1983 году персональных компьютеров IBM PC/AT (AT - Advanced Technology - продвинутая технология) на базе микропроцессора Intel 80286 с расширенным до 16 Мбайт максимально возможным объемом оперативной памяти. А к концу 80-х годов были выпущены тридцатидвухбитные Intel 80386 с максимально возможным объемом памяти в 4 Гбайт. В начале девяностых годов появляется более мощный также тридцатидвухбитный микропроцессор Intel 80486, который на одном кристалле объединил более миллиона транзисторных элементов. Семейство Intel продолжает развиваться, и в 1994 году в продажу поступили персональные компьютеры на базе микропроцессора с названием Pentium , который в ходе разработок маркировался как Intel 80586. В настоящее время используется уже несколько моделей с маркой Pentium - Pentium II, Pentium MMX (с расширенными мультимедийными возможностями), Pentium III и Pentium IV. Каждая следующая модель отличается от предыдущей расширением системы команд, возрастающей тактовой частотой, возможными объемами оперативной памяти и жестких дисков, повышением общей эффективности. Постоянно ведутся разработки новых, более совершенных моделей.

Компьютеры семейства IBM PC оказались настолько удачными, что их стали дублировать почти во всех странах мира. При этом компьютеры оказывались одинаковыми с точки зрения способов кодировки данных и системы команд, но разными по техническим характеристикам, внешнему виду и стоимости. Такие машины называют IBM-совместимыми персональными компьютерами. Программы, написанные для выполнения на IBM PC, могут с точно таким же успехом выполняться и на IBM-совместимых компьютерах. В таких случаях говорят, что имеет место программная совместимость.

Другие архитектуры

Машины семейства IBM PC относятся к так называемой CISC -архитектуре компьютеров (CISC - Complete Instruction Set Computer - компьютер с полным набором команд). В системах команд процессоров, построенных по этой архитектуре, для каждого возможного действия предусмотрена отдельная команда. Например, система команд процессора Intel Pentium состоит более чем из 1000 различных команд. Чем шире система команд, тем больше требуется битов памяти для кодирования каждой отдельной команды. Если, например, система команд состоит всего из четырех действий, то для их кодирования требуется всего два бита памяти, для восьми возможных действий требуется три бита памяти, для шестнадцати - четыре и т. д. Таким образом, расширение системы команд влечет за собой увеличение количества байтов, выделяемых под одну машинную команду, а следовательно, и объема памяти, требуемой для записи всей программы в целом. Кроме того, увеличивается среднее время выполнения одной машинной команды, а стало быть, и среднее время выполнения всей программы.

В середине 80-х годов появились первые процессоры с сокращенной системой команд, построенные по так называемой RISC -архитектуре (RISC - Reduce Instruction Set Computer - компьютер с усеченной системой команд). Системы команд процессоров с такой архитектурой значительно компактнее, поэтому программы, состоящие из входящих в эту систему команд, требуют значительно меньше памяти и выполняются быстрее. Однако для многих сложных действий отдельные команды в таких системах не предусмотрены. Когда в таких действиях возникает необходимость, они эмулируются с помощью существующих команд. Вообще говоря, эмуляцией называется выполнение действий одного устройства с помощью средств другого, осуществляемое без потери функциональных возможностей. В данном случае речь идет о выполнении необходимых сложных действий, для которых команды в усеченной системе не предусмотрены, с помощью некоторой последовательности команд, имеющихся в системе. Естественно, что при этом наблюдается определенная потеря эффективности процессора.

К архитектуре RISC относятся достаточно широко известные машины компании Apple Macintosh , которые имеют систему команд, обеспечивающую им в ряде случаев более высокую производительность по сравнению с машинами семейства IBM PC. Еще одно важное отличие этих машин состоит в том, что многие возможности, которые в семействе IBM PC обеспечиваются путем приобретения, установки и настройки дополнительного оборудования, в машинах семейства Macintosh являются встроенными и не требуют никакой настройки оборудования. Правда, и стоят машины Macintosh дороже аналогичных по параметрам машин семейства IBM.

В качестве высокопроизводительных серверов достаточно часто используются машины семейств Sun Microsystems, Hewlett Packard и Compaq , которые также относятся к RISC-архитектуре. В качестве представителей других архитектур можно упомянуть еще и семейства переносных компьютеров классовNotebook (портативные) и Handheld (ручные), которые отличаются маленькими размерами, небольшим весом и автономным питанием. Эти качества позволяют использовать упомянутые машины в деловых поездках, на деловых встречах, научных конференциях и т. д., словом, в тех случаях, когда доступ к стационарно установленным компьютерам ограничен или невозможен, например, в поезде или самолете.

Контрольные вопросы

1. Дайте определение понятию «архитектура ЭВМ».

2. Назовите три основные группы устройств компьютера.

3. Что такое система счисления и какие системы счисления используются в персональных компьютерах для кодирования информации?

4. Чем отличаются и в чем сходство между битом и байтом?

5. Как в ПЭВМ кодируется текстовая информация?

6. Как в ПЭВМ кодируется графическая информация?

7. Дайте определения понятиям «пиксел», «растр», «разрешающая способность», «сканирование».

8. Что такое объем памяти, в каких единицах он измеряется?

9. Чем похожи и чем отличаются друг от друга оперативная и внешняя память?

10. Дайте определения понятиям «загрузка» и «пуск» программы.

11. Охарактеризуйте накопители на гибких магнитных дисках.

13. Опишите основные правила обращения с гибкими дисками.

14. Дайте определения понятиям «рабочая поверхность», «дорожка», «сектор», «кластер».

15. Как определить объем дискового носителя информации?

16. Для чего нужно форматирование магнитных дисков?

17. Охарактеризуйте накопители на жестких магнитных дисках.

18. Охарактеризуйте накопители на оптических и магнитооптических дисках.

19. Сравните между собой гибкие, жесткие магнитные диски, оптические и магнитооптические диски.

20. Сколько может быть дисковых устройств в персональных компьютерах? Как они обозначаются?

21. Опишите основные функции процессора.

22. Дайте определения понятиям «система команд», «машинная команда», «машинная программа».

23. Укажите основные технические характеристики процессоров.

24. Что такое и для чего нужен транслятор?

25. Для чего нужна шина? Что определяется ее разрядностью?

26. Что такое материнская плата?

27. Какие устройства компьютера находятся в системном блоке?

28. Дайте классификацию дисплеев и укажите их базовые модели.

29. Для чего нужны адаптеры?

30. Назовите основные режимы работы клавиатуры.

30. Для чего нужны функциональные клавиши?

31. Что такое сочетание клавиш?

32. Что такое текстовый курсор?

33. Объясните, как происходит прокрутка текста.

34. Что такое экранная страница текста?

35. Опишите основные способы перемещения текстового курсора.

36. Для чего нужна мышь?

37. Укажите основные параметры и разновидности принтеров.

38. Для чего нужен сканер? Какие еще аналогичные по назначению устройства вам известны?

39. Какие устройства должны входить в состав компьютера, чтобы он мог работать в мультимедийной среде?

40. Для чего нужны модемы?

41. Что такое семейство компьютеров?

42. Какие компьютеры считаются программно-совместимыми?

43. Назовите базовые модели семейства IBM PC. Чем они отличаются друг от друга?

Персональный компьютер типа IBM PC. Логическая схема

Системный блок представляет собой узел, внутри которого установлены наиболее важные компоненты. Внешние устройства предназначены для ввода, вывода и длительного хранения информации. Их называют периферийными устройствами. По внешнему виду системные блоки различаются формой корпуса, которые выпускают в горизонтальном desktop и вертикальном tower исполнении. Корпуса, имеющие вертикальное исполнение, различают по габаритам: полноразмерный bigtower, среднеразмерный middletower, малоразмерный minitower. Горизонтально исполняемые корпуса системных блоков делятся на плоские и особо плоские. Для корпусов системных блоков кроме формы важен параметр – форм-фактор. От него зависят требования к вмещаемым в корпусе устройствам. В настоящее время используются корпуса 2х типов AT и ATX. Форм-фактор корпуса должен быть обязательно согласован с форм-фактором материнской платы компьютера.

Монитор – устройство визуального представления данных. Это не единственное возможное, но главноеустройство вывода информации. Его основными потребительскими параметрами явл. размер экрана и шаг маски экрана. Размер монитора измеряется по диагонали экрана. Стандартные размеры 14, 15, 17, 20, 21 дюйм. Изображение на экране монитора получается в результате облучения люминофорного покрытия остронаправленным пучком электронов, разогнанных в вакуумной трубке. Маска используется с шагом 0,2-0,25 мм. Частота регенерации изображения означает, сколько раз в течение секунды монитор может полностью сменить изображение.

Клавиатура – клавишное устройство управления ПК. Она служит для ввода алфавитно-цифровых данных, команд управления. Комбинация монитора и клавиатуры обеспечивает интерфейс пользователя, называемый командным.

Мышь это устройство управления манипуляторного типа. Перемещение мыши по плоской поверхности синхронизированно с указателем мыши на экране монитора. Монитор + мышь = наиболее современный тип интерфейса, который называется графическим. В отличие от клавиатуры, мышь не чвляется стандартным устройством управления. В связи с этим в первый момент включения компьютера она не работает, и нуждается в поддержке драйвера. Стандартная мышь имеет 2 кнопки. Хотя существуют с 3 кнопками или 2 и scroll.

Функции нестандартных органов управления определяются тем програмным обеспечением, которое поставляется вместе с устройством. Рассмотрим внутренние и внешние устройства ПК и связи между ними.

СИСТЕМНЫЙ БЛОК

Эта приблизительная схема изображает связи между устройствами компьютера. Ее можно назвать логической схемой связи между компонентами. Ввнутреннее устройство системного блока. В системном блоке размещены все основные устройства компьютера: материнская плата, адаптеры, дисководы, блок питания, динамик, органы управления.

10. Внутренние устройства ПК: микропроцессор, ОЗУ, ПЗУ, шина, микросхемы поддержки.

Микропроцессор – это основная микросхема компьютера, в которой и производятся все вычисления, конструктивно микропроцессор состоит из ячеек, похожих на ячейки оперативной памяти. Внутренние ячейки микропроцессора называются регистрами. С остальными устройствами микропроцессор связан с несколькими группами проводников, называемых шинами. Основными параметрами микропроцессора является: 1)набор выполняемых команд; 2) тактовая частота; 3) разрядность. Существуют микропроцессоры с расширенной и сокращенной системой команд. Чем шире набор команд, тем сложнее архитектура микропроцессора, длиннее формальная запись его команд и выше средняя продолжительность выполнения команд. Например, система выполнения команд Intel Pentium в настоящее время насчитывают более 1000 команд. Такие процессоры называют процессорами с расширенной системой команд (CISC).

В середине 80 годов 20 века появились микропроцессоры с сокращенной системой команд (RISC). При такой архитектуре команд намного меньше и каждая из них выполняется быстрее.

Таким образом, программы, состоящие из простейших команд, выполняются этими процессорами намного быстрее. Однако, оборотная сторона сокращенного набора команд состоит в том, что сложные операции приходится эмулировать далеко не эффективной последовательностью простейших команд. Поэтому CISC и RISC процессоры используются в разных сферах.

Тактовая частота указывает сколько элементарных операций микропроцессор выполняет за 1 секунду, измеряется в мегагерцах.

Разрядность показывает, сколько битов информации обрабатывается и передается за 1 такт, а так же, сколько битов может быть использовано в микропроцессоре для адресации в ОЗУ. Используются 16, 32 и 64 разрядные микропроцессоры.

ОЗУ (оперативно запоминающее устройство) – массив кристаллических ячеек, способный хранить данные. Существует много типов оперативной памяти, но с точки зрения физического принципа различают динамическую память DRAM и статистическую память SRAM. Ячейки динамической памяти можно представить в виде микро конденсаторов, накапливающих заряд, недостатки этого типа связаны с тем, что заряды имеют свойство рассеиваться в пространстве. Причем весьма быстро. Поэтому требуется постоянная зарядка конденсатора. Ячейки статистической памяти можно представить, как триггеры (состоит из нескольких транзисторов. В них находятся не заряд, а состояние, поэтому этот тип памяти обеспечивает более высокое быстродействие, хотя технологически он сложнее, и, соответственно, дороже. Он может быть включен или выключен. Микросхемы динамической памяти используют в качестве основной оперативной памяти. Микросхемы SRAM памяти используют как кэш памяять, предназначенную для оптимизации работы процессора.

Шины – группы проводников для передачи данных, адресов и сигналов между различными компонентами компьютера. Имеется множество стандартных шинных интерфейсов: 1) шина данных для копирования данных из оперативной памяти в регистры процессора и обратно; 2) адресная шина для копирования адресов; 3) шина команд для передачи команд в процессор.

В материнской плате так же расположены ПЗУ. Одна из них – BIOS. Там хранятся программы, реализующие функции ввода и вывода информации и тестирования компьютера.

Все мы используем персональные компьютеры и принимаем их как должное в нашей повседневной жизни. Достаточно легко забыть, что компьютеры окружают нас только последние несколько десятилетий, и первые из них были намного массивнее тех, что стоят сегодня на наших столах.

Знаете ли вы, что первый портативный компьютер весил 25 кг и стоил около $ 20 000, что первый лазерный принтер был настолько большим, что заполнял большую часть комнаты, или что покупатели первых персональных компьютеров должны были собирать их сами? Эта статья позволит вам взглянуть на одни из первых прототипов компьютерного оборудования и узнать, как они выглядели.

Первая компьютерная мышь

Первая компьютерная мышь была изобретена в 1963 году Дугласом Энгельбартом в Стэндфордском исследовательском институте. Он также является одним из изобретателей гипертекста. В первой мыши использовались два колеса, расположенных под углом 90 градусов друг к другу, для отслеживания движения по 2-м осям. Однако такая конструкция имела много недостатков, и вскоре 2 колеса были заменены на шарик. Мышь с шаровым приводом была изобретена в 1972 году, а оптическая мышь была изобретена около 1980 года, хотя такая конструкция стала популярной намного позже. Дуглас Энгельбарт не получил никакого гонорара за свое изобретение и его патент истек до того, как компьютерные мыши стали обычным явлением в эпоху персональных компьютеров.

Первая мышь. Справа вы можете увидеть колеса, которые используются для передвижения и позиционирования.

Первый трекбол

На самом деле трекбол был сконструирован за 11 лет до изобретения первой компьютерной мыши. В 1952 году его изобрел Том Крэнстон и Фред Лонгстаф как часть автоматизированной информационной боевой системы DATAR, по инициативе канадского флота. В конструкции использовался 5-контактный шар для боулинга, который чуть меньше, чем стандартный 10-контактный шар.

Первый трекбол: шар для боулинга и все.

Первый портативный компьютер

Предполагалось, что этот компьютер должен был быть «передвижным» компьютером. IBM 5100 Portable Computer был создан в 1975 году. Он весил 25 кг, был размером с небольшой чемодан и нуждался во внешнем источнике питания. В блоке содержалось все необходимое: процессор, несколько сотен килобайт энергонезависимой памяти, 16-64 KB оперативной памяти, 5-ти дюймовый ЭЛТ-дисплей, клавиатура и ленточный накопитель. Этот компьютер был невероятным подвигом для того времени. Он так же поставлялся со встроенным BASIC и/или APL. Различные модели IBM 5100 стоили от $8 975 до $19 975.

IBM 5100 Portable Computer.

Первый ноутбук

Первым ноутбуком был Grid Compass 1100 (так называемый GRiD), спроектированный в 1979 году британским промышленным дизайнером Биллом Моггриджем. Компьютер вышел в продажу в 1982 году. Он выпускался с разрешением экрана 320 х 200, процессором 8086, 340 КБ магнит-электронной памяти (такой тип памяти в настоящее время устарел), 1.2 Кбит модемом. Весил ноутбук 5 кг и стоил $8 000 – 10 000. GRiD в основном использовался NASA и американскими военными.

Grid Compass 1100 крупным планом.

Первый персональный компьютер IBM

Первый персональный компьютер IBM был введен в эксплуатацию в 1981 году, это была модель IBM 5150. Платформа стала настолько широко распространена в 80-е годы, что под термином «персональный компьютер» предполагался персональный компьютер IBM.

Проект по разработке IBM 5150 назывался «Проект Шахматы» и над ним работала команда из 12 человек во главе с Доном Эстриджем и Ларри Поттером. Для ускорения разработки и сокращения расходов IBM решила использовать готовые части, а не конструировать новые, как делала обычно.

Первый IBM PC имел на борту процессор Intel 8088, 64 КБ оперативной памяти (расширяемой до 256 КБ), floppy-дисковод (с которого можно было загрузить MS-DOS) и наконец CGA или монохромный видеоадаптер. Машина также содержала в себе Microsoft BASIC в ПЗУ. На первом IBM PC мог быть опционально установлен жесткий диск на 10 МБ, но только в том случае, если оригинальный блок питания был заменен на более мощный.

Первый персональный компьютер IBM PC 5160.

Первый компьютер Apple

Первые персональные компьютеры Apple были разработаны и собраны вручную Стивом Возняком. Apple I поступил в продажу в 1976 по цене $ 666.66. Всего было произведено 200 экземпляров. В Apple I была в основном только материнская плата с процессором, 8 Кбайт оперативной памяти, интерфейс дисплея и некоторые дополнительные функции. Чтобы получить полностью рабочий компьютер, покупатель должен добавить источник питания, клавиатуру и дисплей (ну и конечно же все это смонтировать).

Компьютер Apple I. Слева уже собранный пользователем, а справа то, в каком виде можно было купить.

Первая оперативная память

Первой перезаписываемой памятью с произвольным доступом была память на магнитных сердечниках (также называемая ферритовой памятью). Она была изобретена в 1951 году в результате работы, проделанной Ань Ваном в Вычислительной лаборатории Гарвардского Университета и Джеем Форрестером из Массачусетского Технологического Института.

В те времена оперативная память использовала магнитные свойства материалов, чтобы придать им ту функциональность, которой обладали транзисторы. Хранение информации осуществлялось при помощи полярности крошечных магнитных керамических колец, через которые проходили провода. В отличие от современной памяти, эта оперативная память могла хранить информацию даже после отключения питания.

Эта технология была стандартной, пока ее не заменили на кремниевые интегральные микросхемы в 1970-х.

Память на магнитных сердечниках.

Первый жесткий диск

IBM 350 Disk File стал первым жестким диском, который был в составе компьютера IBM 305 RAMAC, поставки которого начались в 1956 году (компьютер предназначался для бухгалтерского учета). Жесткий диск имел пятьдесят 24-дюймовых диска, которые вместе могли хранить 4,4 МБ данных. Модель 350 имела скорость вращения в 1200 оборотов в минуту, скорость передачи данных 8800 знаков в секунду и время доступа около 1 секунды.

Первый жесткий диск IBM 350 Disk File.

Первый лазерный принтер

Лазерный принтер был изобретен Гарри Старквитэром в компании XEROX в 1969 г. Первый прототип был модифицированным копировальным устройством, где он убрал систему формирования изображения и внедрил вращающийся барабан с 8 зеркальными гранями. Первая коммерческая реализация лазерного принтера не произошла, пока IBM не выпустила модель лазерного принтера IBM 3800 в 1976 году. Принтер был настолько велик, что мог занимать большую часть комнаты.

IBM 3800, первый коммерческий лазерный принтер.

Первый web-сервер

Так как Интернет является неотъемлемой частью современного мира, нельзя не рассказать о первом веб-сервере. Первым веб-сервером стала рабочая станция NeXT, которую Тим Бернерс-Ли использовал, когда он изобрел Всемирную паутину в ЦЕРНе. Первая web-страница стала доступна online 6 августа 1991 года.

На компьютере была надпись, которая гласила: «Эта машина – сервер. НЕ ВЫКЛЮЧАТЬ!!». Выключив его, можно было выключить весь Интернет.

Первый web-сервер и знаменитая надпись.

Удивительно, как много всего произошло в компьютерной индустрии в течение нескольких десятилетий. А теперь только представьте, что будет через 30-40 лет…

12 августа 1981 г. корпорация IBM объявила о выпуске нового аппаратно-программного комплекса - персонального компьютера IBM 5150
12 августа 1981 г. корпорация IBM объявила о выпуске нового аппаратно-программного комплекса - персонального компьютера IBM 5150 (позднее он получил название IBM PC). Никто тогда не знал, что именно эта дата станет точкой отсчета нового этапа в развитии вычислительной техники - эпохи персональных компьютеров, и данная модель будет отраслевым стандартом на многие годы.
Надо сказать, что IBM 5150 был отнюдь не первым компьютером для индивидуального применения. Уже несколько лет на рынке продавалась техника Apple, Altair и ряда других производителей. Да и сама IBM предпринимала попытки создания подобных устройств. Один из ее проектов по «перемещению вычислений в руки одного пользователя» под названием «SCAMP» (Special Computer, APL Machine Portable) стартовал еще в 1973 г., и его результат в виде IBM 5100 Portable Computer появился два года спустя. Двенадцать модификаций этого компьютера (с ОЗУ объемом от 16 до 64 Кбайт) продавались по цене от 9 до 20 тыс. долл.
ПК IBM 5150 был гораздо доступнее - в варианте с памятью 16 Кбайт (с возможностью расширения до 256 Кбайт) он стоил (в комплекте с принтером) всего 1565 долл.

Правда, у него не было жесткого диска, но можно было работать с 5-дюймовыми дискетами. Устройство было разработано в рекордно короткие сроки - в течение одного года командой из двенадцати человек во главе с Доном Эстриджем, который с тех пор известен как «отец IBM PC».
Почему же именно выпуск IBM 5150 стал точкой отсчета «эпохи ПК»? Примерно по той же причине, почему Христофор Колумб считается «первооткрывателем Америки». Ведь есть сведения, что некоторые мореплаватели из Европы раньше пересекали Атлантику. Но все они открывали Америку «для себя», а Колумб открыл ее для всего Старого Света.
Среди причин успеха IBM 5150 нужно назвать два основных момента.
Первый - фактор времени. В начале 80-х рынок созрел для широкого применения индивидуальных компьютеров (во многом благодаря пионерам, тем же Apple и Altair), а IBM удалось найти оптимальное сочетание «цена - функциональность», при которой ПК был одновременно и полезным для работы и вполне доступным по стоимости.
Второй - качественно новая бизнес-модель по созданию и продвижению нового устройства на рынок. Для того чтобы ускорить его проектирование, IBM впервые широко использовала принцип «аутсорсинга» для разработки отдельных элементов ПК. О двух таких компонентах IBM 5150 знают все - это 16-разрядный процессор Intel 8088 с тактовой частотой 4,77 МГц (модифицированная версия процессора 8086) и операционная система PC-DOS, которая представляла собой слегка доработанный вариант MicroSoft Disk Operating System 1.0, созданной молодой компанией из Сиэтла*. Но еще важнее было то, что машину построили на принципах «открытой архитектуры». Это означало, что другие фирмы могут производить совместимые ПК. Вот как это описывается в книге Ю. Л. Полунова «От абака до компьютера», изданной «Русской Редакцией» в 2004 г. (том II, с. 327):
«На презентации Эстридж сделал заявление, удивившее (если не сказать пострясшее) компьютерный мир. Вопреки своей традиционной «закрытости» корпорация объявила о намерении опубликовать техническое руководство с электрическими схемами и спецификациями ПК, а также исходные коды BIOS и диагностических программ: “Мы снабдим информацией существующую «коттеджную» индустрию, чтобы дать ей возможность разработки плат расширения, мы будем рады любым предложениям софтверных компаний”».
Так что IBM вполне можно считать идеологическим родоначальником концепции Open Source. Правда, поначалу сторонние производители могли это делать, приобретая у IBM лицензию на использование BIOS, но довольно скоро появились независимые разработки совместимых BIOS, и производство клонов ПК можно было выполнять без отчислений «Голубому гиганту».
Результатом сочетания этих двух моментов (удачное время выпуска и новая бизнес-модель) стал эффект цепной реакции (конкуренция производителей ведет к снижению цен - повышается спрос - расширяется число поставщиков - и т. д.), и IBM PC-совместимые компьютеры за несколько лет заполонили весь мир.
Главный же феномен ПК заключается в том, что впервые сложное техническое решение вышло из-под контроля компании-автора и стало развиваться под управлением никак не организованного ИТ-сообщества, состоящего из десятков тысяч больших и малых ИТ-компаний: производителей электронных компонентов, сборщиков компьютеров, разработчиков ПО. Поэтому, когда мы говорим, что ПК открыл новый этап развития вычислительной техники, речь идет не о каких-то технических решениях, а о реализации качественно новой бизнес-модели развития рынка высоких технологий, которую спустя 10-15 лет мы смогли наблюдать уже на других примерах - Интернет, Open Source.
Впрочем, у любого сообщества, даже самого вольного, должны быть лидеры. IBM продержалась в этой роли в отношении ПК недолго: уже к концу 80-х на ведущие позиции вышли два других участника проекта - Intel и Microsoft. Любопытно, что в 1981 г. Microsoft не имела статуса даже «младшего» партнера IBM, а Билла Гейтса не пригласили на официальную презентацию первого ПК. Ведь MS-DOS - это была лишь мизерная часть проекта, выполненная за смешную сумму в 80 тыс. долл. Правда, ее разработчики оставили себе права на развитие и продажу своей ОС другим производителям компьютеров.
Одна из легенд, связанных с историей создания IBM PC, гласит, что при выборе звучного имени для нового компьютера разработчики, подражая Apple, перебрали названия всех фруктов Флориды (здесь находилась лаборатория, выполнявшая проект). Но все же было решено назвать его просто PC, что лучше соответствовало строгому стилю IBM - ветерана и безусловного лидера ИТ-рынка. И они оказались правы: с тех пор термин ПК является не просто обозначением любого компьютера индивидуального назначения, а именем собственным вполне конкретного семейства, родоначальником которого был тот самый IBM 5150. Так что с технической точки зрения к категории ПК относятся, в том числе, и самые мощные серверы (в середине 90-х для их обозначения часто использовался именно такой термин - «PC-серверы»).