Сделаем немного ракурс в историю создания первых компьютеров.

Слово «компьютер» означает «вычислитель», т.е. устройство для вычислений. Потребность в автоматизации обработки данных, в том числе вычислений, возникла очень давно. Многие тысячи лет назад для счета использовали счетные палочки, камешки и т.д. Более 1500 лет тому назад (а может быть и значительно раньше) для облегчения вычислений стали использовать счеты.

В 1642 г. Блез Паскаль изобрел устройство, механически выполняющее сложение чисел, а в 1673 г. Готфрид Вильгельм Лейбниц сконструировал арифмометр, позволяющий выполнять четыре арифметических действия. Начиная с ХIХ в. арифмометры получили очень широкое применение. На них выполняли даже очень сложные расчеты, например расчеты баллистических таблиц для артиллерийских стрельб. Существовала и специальная профессия – счетчик – человек, работающий с арифмометром, быстро и точно соблюдающий определенную последовательность инструкций – программу. Но многие расчеты производились очень медленно – даже десятки счетчиков должны были работать по нескольку недель и месяцев. Причина проста – при таких расчетах выбор выполняемых действий и запись результатов производились человеком, а скорость его работы весьма ограничена.

В первой половине ХIХ в. английский математик Чарльз Бэббидж попытался построить универсальное вычислительное устройство — аналитическую машину, которая должна была выполнять вычисления без участия человека. Для этого она должна была уметь исполнять программы, вводимые с помощью перфокарт, и иметь «склад» для запоминания данных и промежуточных результатов – память. Бэббидж не смог довести до конца работу по созданию аналитической машины – она оказалась слишком сложной для техники того времени. Однако он разработал все основные идеи, и в 1943 г. Американец Говард Эйкен с помощью работ Бэббиджа на основе техники ХХ в. – электромеханических реле – смог построить на одном из предприятий фирмы IBM такую машину под названием «Марк-1». Еще раньше идеи Бэббиджа были переоткрыты немецким инженером Конрадом Цузе, который в 1941 г. построил аналогичную машину.

К этому времени потребность в автоматизации вычислений стала настолько велика, что над созданием машин типа построенных Эйкеном и Цузе, одновременно работало несколько групп исследователей. Начиная с 1943 г. группа специалистов под руководством Джона Мочли и Преспера Экерта в США начала конструировать подобную машину уже на основе электронных ламп, а не реле. Их машина, названная ENIAC , работала в тысячу раз быстрее, чем Марк-1, однако для задания ее программы приходилось в течение нескольких часов или даже нескольких дней подсоединять нужным образом провода. Чтобы упростить процесс задания программ, Мочли и Экерт стали конструировать новую машину, которая могла бы хранить программу в своей памяти. В 1945 г. к работе был привлечен знаменитый математик Джон Фон Нейман, который подготовил доклад об этой машине. Доклад был разослан многим ученым и получил широкую известность, поскольку в нем Фон Нейман ясно и просто сформулировал общие принципы функционирования универсальных вычислительных устройств, т.е. компьютеров.

Первый компьютер, в котором были воплощены принципы Фон Неймана, был построен в 1949 г. английским исследователем Морисом Уилксом. С той поры компьютеры стали гораздо мощнее, но подавляющее большинство из них сделано в соответствии с теми принципами, которые изложил в своем докладе в 1945 г. Джон Фон Нейман.

Любой компьютер должен иметь следующие устройства (рис.2.1):

· Арифметико-логическое устройство (АЛУ), выполняющее арифметические и логические операции.

· Устройство управления (УУ), которое организует процесс выполнения программ.

· Запоминающее устройство (память) для хранения программ и данных.

· Внешние устройства для ввода–вывода информации (ВУ).

Память компьютера состоит из некоторого числа пронумерованных ячеек, в каждой из которых могут находиться или обрабатываться данные или команды программ.

Рис. 2.1 Схема устройства компьютера

Одинарные линии называют управляющие связи, двойные – информационные.

В общих чертах работу компьютера можно описать следующим образом:

Вначале с помощью какого-либо ВУ в память компьютера вводится программа. УУ считывает содержимое ячейки памяти, где находится первая команда программы и организует ее выполнение. Эта команда может задавать выполнение арифметических или логических операций, чтение или запись данных из памяти, ввод или вывод данных на ВУ. Как правило, после этого, УУ начинает выполнять следующую команду, которая находится в следующей ячейке памяти и т.д. Таким образом, УУ выполняет инструкции программы автоматически, т.е. без участия человека.

В настоящее время существует очень много различных типов компьютеров, но наиболее распространенными являются IBM-совместимые.

Этот компьютер впервые был создан фирмой IBM в 1981г. Главная его особенность состоит в том, что он сделан не как единое целое, а как совокупность некоторого числа независимых частей. При этом пользователи могут время от времени сами заменять в нем ту или иную деталь на более современную. Т.е. компьютер может быть представлен в виде некоторого конструктора. На основной электронной плате компьютера IBM PC (системной или материнской) размещены только те блоки, которые осуществляют вычисления. Схемы, управляющие всеми остальными устройствами – монитором, дисками, принтером и т.д. реализованы на отдельных платах, которые вставляются в стандартные разъемы на системной плате – слоты. К этим схемам подводится электропитание от единого блока питания, и все они заключаются в один корпус – системный блок.

IBM PC состоят из трех основных частей:

1. Системного блока.

2. Клавиатуры.

3. Монитора.

В портативном компьютере – лэптопе (наколенный вариант) или ноутбуке (блокнотный вариант) все эти части находятся в одном корпусе.

В системном блоке располагаются:

1. Блок питания.

Блок питания в современном ПК – чрезвычайно важная вещь для ПК. От его качества зачастую зависит надежность функционирования всей системы. При выборе системного блока необходимо смотреть на характеристику блока питания (минимум 300 VA).

2. Системная плата (Motherboard)

Системная плата, процессор, память – основа любого ПК. Выбирая системную плату, следует иметь в виду, что она определяет тип устанавливаемого процессора, тип и объ

ем оперативной памяти и количество периферийных устройств, которые можно подключить к ПК.

Выбор материнской платы начинается с выбора чипсета:

Чипсет (chipset) – набор чипов или базовый набор микросхем, определяющий архитектуру взаимодействия всех основных подсистем компьютера. Фактически все функциональные возможности материнской платы обусловлены установленным на ней чипсетом.

3. Микропроцессор

Самым главным элементом компьютера, его «мозгом» является микропроцессор. Это небольшая (несколько сантиметров) электронная схема, выполняющая все вычисления.

Микропроцессор – это центральный блок ПК, предназначенный для управления работой всех блоков машины, а также для выполнения арифметических и логических операций над информацией.

Микропроцессор может выполнять несколько сотен различных операций со скоростью в сотни миллионов операций в секунду.

Микропроцессоры отличаются друг от друга двумя характеристиками – моделью и тактовой частотой.

Но даже и одни и те же модели могут отличаться по цене и производительности, т.к. имеют разную тактовую частоту.

Тактовая частота процессора задает скорость работы процессора. Тактовая частота указывает, сколько элементарных операций (тактов) микропроцессор выполняет в одну секунду. Тактовая частота измеряется в гигагерцах (1 ГГц = 1000 МГц = 1000 Гц = 1000 000000 оп/сек).

Следующей характеристикой можно назвать разрядность процессора. Выражается в цифровом выражении – 32,64. Данное число означает количество битов, которые поступают в каждую единицу времени для обработки микропроцессором. Чем больше разрядность, тем больший объем информации в единицу времени способен переработать микропроцессор.

Немаловажной характеристикой процессора является размер кэш–памяти второго уровня. Кэш-память второго уровня – это сверхбыстрая память, предназначенная для хранения промежуточных результатов вычислений. На сегодняшний день можно назвать ее объемы для различных моделей процессора:

4. Память

Но электронная вычислительная машина (или ЭВМ) была бы совершенно бесполезна, если бы она не могла запоминать информацию, необходимую для решения задачи. Для хранения информации и предназначено особое устройство – память.

Оперативная память служит для временного хранения данных и очищается при выключении питания ПК. От объема оперативной памяти зависит скорость работы вашего ПК.

Время доступа к оперативной памяти измеряется в наносекундах (нс).

Постоянная память (ППЗУ) – перепрограммируемое постоянное запоминающее устройство. ППЗУ находится на материнской плате в виде микросхем (1-2). Имеет название BIOS. BIOS (базовая система ввода–вывода) – это программа, которая начинает работать при включении ПК, тестирует устройства на материнской плате, и только потом загружает операционную систему. Операционная система работаем со всеми устройствами через BIOS. Изменить информацию в ППЗУ нельзя, только перепрограммировать с помощью специальной программы.

5. Звуковая карта

Нельзя не отметить еще один элемент, входящий в состав устройств системного блока и непосредственно вставляемый в слот системной платы. Это звуковая карта.

Звуковая карта предназначена для обработки и вывода звукового потока. В настоящее время существует выпуск, встроенных в системную, звуковых плат. Для получения более качественного звука допускается возможность устанавливать дополнительную звуковую карту.

6. Видеокарта

Работа на персональном компьютере будет невозможна и, наверное, совершенно бессмысленна, без вывода графической информации на монитор. Видеокарта, видеоадаптер или графическая карта – синонимы, означающие специальную карту расширения, устанавливаемую в одном из слотов материнской платы. Служит для вывода графической информации на экран монитора. Главным при выборе видеокарты является чип и объем видеопамяти. Главная характеристика видеокарты – объем памяти для хранения видеоданных. Измеряется в мегабайтах (Мб).

7. Накопитель на гибких магнитных дисках (дисковод)

На сегодняшний день вроде считается уже не актуальным, но большенстве компьютеров еще стоит.

Гибкие диски (дискеты) позволяют переносить данные с одного компьютера на другой, хранить информацию небольшого объема при выключении питания компьютера. Размер дискеты – 3’5 дюйма. Их емкость составляет 1,44 Мб. Дискета представляет собой тонкий магнитный диск, помещенный в специальный пластмассовый корпус, предотвращающий физическое повреждение магнитного диска и попадание пыли. Чтение и запись на диск осуществляется в дисководе посредством двух магнитных головок – с обеих сторон диска. Доступ к диску происходит через окно в корпусе, закрытое специальной металлической шторкой. На дискетах есть специальный переключатель-защелка, позволяющая или запрещающая запись. Запись разрешена, если отверстие закрыто и запрещена, если открыто.

8. Накопитель на жестких магнитных дисках (винчестер)

HDD (Hard Disk Drive) предназначены для постоянного хранения информации большого объема. Главные параметры – количество информации, которое способен хранить устройство HDD. Измеряется в гигабайтах и терабайтах. Кроме этого, при выборе диска нельзя забывать о такой характеристике как скорость вращения дисков и размере кэш-памяти – быстрая буферная память небольшого объема, в которую компьютер помещает наиболее часто используемые данные.

9. Накопитель на оптических дисках (CD-ROM, DVD-ROM)

Все современные ПК имеют в своем составе помимо перечисленных устройств хранения информации еще и устройство для чтения компакт-дисков CD-ROM (Compact Disk Read Only Memory), позволяющее хранить информацию на оптическом диске, который называется компакт-диск (CD), емкостью 650-700, 800 Мбайт. Более дорогие системы могут быть укомплектованы устройством перезаписи CD, позволяющие не только считывать информацию с CD-ROM, но и записывать. Однократно – на CD-R и многократно на CD-RW. В последнее время более популярным становиться устройство DVD – Digital Versatile Disc – универсальный цифровой диск.

Носителем информации на СD-диске является рельефная подложка из поликарбоната, на которую нанесен тонкий слой отражающего свет алюминия. При записи матрицы компакт-диска лазерный луч прожигает в ней крохотные ямки. После этого матрица отправляется в производственный цех, где с нее штампуют множество копий. Потом рельефная основа металлизируется, добавляется еще один, более тонкий слой лака, защищающий тонкую металлическую поверхность.

При чтении диска, читающий луч лазера отражается от ямок и чистых участков по разному. Ямки рассеивают луч, он не возвращается, сигнал – 0, а чистые участки дают сигнал – 1. Из 0 и 1 получается информация.

Периферия

Аналогия с человеком наверняка подсказывает вам, что ЭВМ должна иметь нечто, заменяющее ей органы чувств (чтобы, например, воспринимать указания человека) и позволяющее ей связываться с внешним миром. И действительно, каждая ЭВМ снабжена такими устройствами. Это устройства ввода-вывода, или периферийные устройства.

С помощью клавиатуры или манипулятора «мышь» человек дает ЭВМ задания.

Клавиатура предназначена для ввода информации в ПК. Различают в основном два варианта реализации клавиатуры – стандартная и эргономичная (отличается более удобным расположением клавиш и необычной формой для повышения комфорта при работе с ней). Количество клавиш на обычной клавиатуре составляет 101-102, но в стандарт уже вошли дополнительные клавиши для работы с ОС Windows и расширяющие управление питанием компьютера.

Расположение латинских букв на клавиатуре IBM PC, как правило, такое же, как на английской пишущей машинке, а букв кириллицы — так на русской пишущей машинке. Клавиатура бывает проводная и безприводная, работающая на батарейках. Устройство для манипулирования при работе – мышь. Бывают оптические, безпроводные (с шариком и без шарика).

Итоги своей работы ЭВМ выводит на экран монитора.

Монитор работает в двух режимах – текстовом и графическом. При работе в текстовом режиме экран монитора разбивается на отдельные участки – знакоместа. Чаще всего на 25 строк по 80 символов. В каждое из знакомест может быть выведен один из 256 символов. В число символов входят большие и малые буквы, цифры, спецсимволы, а также псевдографические символы, используемые для вывода на экран таблиц, диаграмм и графиков.

В графическом режиме экран монитора состоит из точек, каждая из которых может иметь свой цвет. Количество точек по горизонтали и вертикали называется разрешающей способностью монитора (640х480, 800х600, 1024х768…).

Мониторы имеют два вида модели: с электронно-лучевая трубкой (ЭЛТ) – CRT и жидкокристаллический (ЖК) – LCD.

Устройство для вывода информации на бумагу – принтер (или печатающее устройство). Все принтеры могут выводить текстовую информацию, многие из них могут выводить также рисунки и графики, а некоторые принтеры могут выводить и цветные изображения.

Существует несколько тысяч моделей принтеров, которые могут использоваться с IBM PC. Как правило, применяются принтеры следующих типов: матричные, струйные и лазерные, однако встречаются и другие (светодиодные, термопринтеры и т.д.).

Существуют и другие периферийные устройства, позволяющие компьютерам обмениваться информацией. По телефонной или выделенной линии с помощью модема можно передавать различные данные, а также голосовые сообщения. При этом компьютер должен быть оснащен звуковой картой.

ПК можно использовать и для обработки видеоинформации, тогда вам потребуются устройства для сканирования изображений (цифровой фотоаппарат, сканер: ручные, планшетные, рулонные) или платы ввода-вывода изображения, различные тюнеры или дешифраторы спутникового сигнала.

Сканер – устройство для автоматического считывания информации с бумажного носителя, и ввода в ПК. Самая распространенная модель сканеров – планшетный.

При подготовке печатной продукции различного качества, в том числе и чертежей, применяют специальные офсетные машины, ризографы, а также плоттеры.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1.       Что такое компьютер?

2.       Что входит в схему устройств компьютера?

3.       Как Windows использует оперативную память компьютера? Постоянно или временно?

4.       Почему ППЗУ можно перепрограммировать?

5.       Центральный блок ПК, предназначенный для управления работой всех блоков ПК и для выполнения арифметических и логических операций над информацией – это …?

6.       Что относится к основным характеристикам микропроцессора?

7.       В чем измеряется тактовая частота микропроцессора?

8.       Сканер является устройством ввода или вывода?

9.       Как называется устройство для длительного и постоянного хранения информации?

10.     Какие виды принтеров бывают? В чем их различие?