Аппаратные средства ЭВМ Структурная схема персонального компьютера

Аппаратные средства ЭВМ. Структурная схема персонального компьютера.

История развития средств вычислительной техники Абак – наиболее раннее счетное механическое устройство. Представляло собой глиняную пластину с желобами, в которых раскладывались камни, представляющие числа. Абак не обладает свойством автоматического выполнения вычислений. Реконструкция римского абака

Аба к (греч. αβαξ, abákion, лат. abacus — доска) — счётная доска, применявшаяся для арифметических вычислений приблизительно с IV века до н. э. в Древней Греции, Древнем Риме. Впервые появился, вероятно, в Древнем Вавилоне ок. 3 тыс. до н. э. В Европе абак применялся до XVIII века. В России счёты (аналог абака) появились в XVI веке и применяются до сих пор, хотя в последнее время их использование ограничено широким распространением калькуляторов. Ацтекские счёты возникли приблизительно в X веке и изготавливались из зёрен кукурузы, нанизанных на струны, установленные в деревянной раме. В странах Востока распространены китайский аналог абака — суаньпань и японский — соробан.

В 1623 году Вильгельм Шикард разработал первое в мире автоматическое устройство для сложения чисел на базе механических часов.

В 1642 году французский математик Блез Паскаль сконструировал счетное устройство. Устройство Паскаля представляло собой смонтированную в деревянном корпусе систему зубчатых колес, вращающих наборные диски с цифрами. Результат вычислений считывался в специально прорезанных в корпусе окошечках, а «умела» машина только складывать и вычитать десятичные числа.

В 1673 году немецкий математик В. Г. Лейбниц создал механический калькулятор (арифмометр), который мог выполнять четыре математических действия. Главным недостатком суммирующей машины Паскаля была невозможность выполнения с ее помощью иных операций, кроме сложения и вычитания. Машина же, изобретенная Лейбницем, позволяла легко производить не только сложение, но и умножение чисел.

Принцип работы механического калькулятора Лейбница был практически аналогичен тому, который использовался в суммирующей машине Паскаля. Однако Лейбниц включил в свою конструкцию движущуюся часть (подвижную каретку) и ручку, с помощью которой можно было крутить специальное колесо, а в более поздних вариантах машины внутри аппарата располагались даже цилиндры. Такой механизм с движущимися элементами позволил ускорить повторяющиеся операции сложения, необходимые для умножения. Само повторение также выполнялось автоматически. По сути дела, калькулятор осуществлял механическую имитацию известного алгоритма «умножение в столбик» . И этот метод использовался во всех механических калькуляторах последующих веков.

История развития средств вычислительной техники В первой половине XIX в. английский математик Чарльз Бэббидж попытался построить универсальное вычислительное устройство — Аналитическую машину, которая должна была выполнять вычисления без участия человека.

История развития средств вычислительной техники Для этого она должна была уметь исполнять программы, вводимые с помощью перфокарт (карт из плотной бумаги с информацией, наносимой с помощью отверстий, они в то время уже широко употреблялись в ткацких станках), и иметь «склад» для запоминания данных и промежуточных результатов (в современной терминологии — 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.

Часть Разностной машины Бэббиджа, собранная после его смерти сыном из частей, найденных в лаборатории.

История развития средств вычислительной техники 1943 г. американец Говард Эйкен с помощью работ Бэббиджа на основе техники XX 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.

Переключатели такого типа в количестве 420 штук использовались в первом в США программно управляемом компьютере Марк 1, который производил вычисления в десятичной системе. Этот первенец американской вычислительной техники, построенный в 1943 г. , был заключен в блестящий корпус из стекла и нержавеющей стали; растянувшись в длину на 17 м, он занимал большое лабораторное помещение в Гарвардском университете. Чтобы ввести в компьютер величины, нужные для вычисления, все эти переключатели приходилось устанавливать вручную.

Самые первые современные компьютеры к числу которых относится Марк 1 были основаны на электромеханических переключателях, которые широко применялись тогда в технике телефонной связи. Когда переключатель открыт (слева), ток в цепи отсутствует. Но если на обмотку железного сердечника (справа) подать ток низкого напряжения (красный), то в сердечнике создается магнитное поле, притягивающее один конец вращающегося на шарнире рычажка; другой его конец в этот момент сжимает контакты: цепь замыкается и по ней начинает проходить электрический ток (зеленый).

Матрос, обслуживающий машину Марк l пытается насытить это прожорливое чудовище, которое с аппетитом поглощало перфоленты, управляющие его работой. Завершив «военную службу» , на которой ему приходилось рассчитывать сложные баллистические таблицы, Марк l проработал еще 15 лет в Гарвардском университете, помогая составлять математические таблицы и решая самые разнообразные задачи, от создания экономических моделей до конструирования электронных схем компьютеров.

Сборка машины Марк-1. Фото январь 1944 г

Тестирование машины Марк-1

ENIAC 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 (ENIAC, аббревиатура от Electronic Numerical Integrator and Computer электронный цифровой интегратор и вычислитель), , 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.

Машина 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.

Программирование гигантского компьютера Эниак ENIAC осуществлялось вручную: операторы устанавливали в нужное положение около 6000 переключателей, а затем переключали кабели. На подготовку задачи, с решением которой машина справлялась за 20 с, иногда требовалось два дня.

История развития средств вычислительной техники В 1945 (1941) г. к работе был привлечен знаменитый математик Джон фон Нейман, который подготовил доклад об этой машине. Доклад 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. С той поры компьютеры стали гораздо более мощными, но подавляющее большинство из них сделано в соответствии с теми принципами, которые изложил в своем докладе в 1945 г. Джон фон Нейман.

Архитектура будущего компьютера В своем историческом докладе, опубликованном в 1945 г. , Джон фон Нейман выделил и детально описал пять ключевых компонентов того, что ныне называют «архитектурой фон Неймана» современного компьютера. Чтобы компьютер был и эффективным, и универсальным инструментом, он должен включать следующие структуры: центральное арифметико логическое устройство (АЛУ), центральное устройство управления, «дирижирующее» операциями, запоминающее устройство, или память, а также устройство ввода вывода информации. Фон Нейман отмечал, что эта система должна работать с двоичными числами, быть электронным, а не механическим устройством и выполнять операции последовательно, одну за другой. Принципы, сформулированные фон Нейманом, стали общепринятыми только потому, что широко применялись все время; они были положены в основу как больших ЭВМ первых поколений, так и более поздних мини ЭВМ и микро ЭВМ.

Принципы фон Неймана 1. Принцип двоичного кодирования. 2. Принцип программного управления. 3. Принцип однородности памяти. 4. Принцип адресности памяти. 5. Принцип условного перехода.

Принцип двоичного кодирования ¡ Принцип использования двоичной системы счисления для представления данных и команд. Группа ученых во главе с Нейманом ( Г. Голдстайн, А. Беркс) написали статью «Предварительное рассмотрение логической конструкции ЭВ устройства» . Там обосновывается использование двоичной системы для представления данных в ЭВМ (преимущественно для технической реализации, простота выполнения арифметических и логических операций). До этого машины хранили данные в 10–ом виде.

Принцип программного управления Этот принцип обеспечивает автоматизацию процессов вычислений на ЭВМ. Программа состоит из набора команд, которые выполняются процессором автоматически друг за другом в определенной последовательности. Таким образом, процессор исполняет программу автоматически, без вмешательства человека

Принцип однородности памяти Программы и данные хранятся в одной и той же памяти. Поэтому ЭВМ не различает, что хранится в данной ячейке памяти число, текст или команда. Над командами можно выполнять такие же действия, как и над данными. Это открывает целый ряд возможностей. Например, программа в процессе своего выполнения также может подвергаться переработке, что позволяет задавать в самой программе правила получения некоторых ее частей (так в программе организуется выполнение циклов и подпрограмм). Более того, команды одной программы могут быть получены как результаты исполнения другой программы. На этом принципе основаны методы трансляции — перевода текста программы с языка программирования высокого уровня на язык конкретной машины.

Принцип адресности памяти Структурно основная память состоит из перенумерованных ячеек. Процессору в произвольный момент времени доступна любая ячейка. Отсюда следует возможность давать имена областям памяти, так, чтобы к запомненным в них значениям можно было впоследствии обращаться или менять их в процессе выполнения программ с использованием присвоенных имен.

Принцип условного перехода Сам принцип был сформулирован задолго до фон Неймана Адой Лавлейз и Чарльзом Бэббиджем, однако он добавлен в общую архитектуру. Если нужно после выполнения команды перейти не к следующей, а к какой – то другой, используются команды условного или безусловного переходов.

Магистрально-модульный принцип построения компьютера В основу архитектуры современных персональных компьютеров положен магистрально модульный принцип. Компьютер состоит из отдельных модулей (центральное арифметико логическое устройство (АЛУ), центральное устройство управления, «дирижирующее» операциями, запоминающее устройство, или память, а также устройство ввода вывода информации). Модульная организация компьютера опирается на магистральный (шинный) принцип обмена информацией между модулями.

Магистрально-модульный принцип построения компьютера Обмен информацией между основными устройствами компьютера производится по трем многоразрядным шинам (многопроводным линиям), соединяющим все модули: ¡ шине данных ¡ шине адреса ¡ шине управления

Шина данных ¡ По этой шине данные передаются между различными устройствами. Например, считанные из оперативной памяти данные могут быть переданы процессору для обработки, а затем полученные данные могут быть отправлены обратно в оперативную память для хранения. Таким образом, данные по шине данных могут передаваться от устройства к устройству в любом направлении.

Шина данных Разрядность шины данных определяется разрядностью процессора, т. е. количеством двоичных разрядов, которые могут обрабатываться или передаваться процессором одновременно. Разрядность процессоров постоянно увеличивается по мере развития компьютерной техники. (имеются 8 , 16 , 32 , 64 разрядные процессоры). К основным режимам работы процессора с использованием шины данных можно отнести следующие: запись/чтение данных из оперативной памяти, запись/чтение данных из внешней памяти, чтение данных с устройства ввода, пересылка данных на устройство вывода.

Шина адреса Выбор устройства или ячейки памяти, куда пересылаются или откуда считываются данные по шине данных, производит процессор. Каждое устройство или ячейка оперативной памяти имеет свой адрес. Адрес передается по адресной шине, причем сигналы по ней передаются в одном направлении – от процессора к оперативной памяти и устройствам (однонаправленная шина).

Шина адреса Разрядность шины адреса определяется объемом адресуемой памяти (адресное пространство), т. е. количеством однобайтовых ячеек оперативной памяти, которые могут иметь уникальные адреса. Это количество можно рассчитать по формуле: N = 2 I, где I – разрядность шины адреса. В современных компьютерах разрядность шины адреса составляет 36 бит. Таким образом, максимально возможное количество адресуемых ячеек составляет: N = 236 = 68 719 476 736.

Шина управления По шине управления передаются сигналы, определяющие характер обмена информацией по магистрали. Сигналы управления показывают, какую операцию – считывание или запись информации из памяти – нужно производить, синхронизируют обмен информацией между устройствами и так далее.

Магистрально-модульный принцип построения компьютера

Внешние устройства к шинам подключаются посредством интерфейса. Под интерфейсом понимают совокупность различных характеристик какого либо периферийного устройства ПК, определяющих организацию обмена информацией между ним и центральным процессором. В случае несовместимости интерфейсов (например, интерфейс системной шины и интерфейс винчестера) используют контроллеры.

Реализация магистрально-модульного принципа построения компьютера Прежде всего, компьютер должен иметь следующие устройства: ¡ процессор (объединяет в себе арифметическологическое устройство, выполняющее арифметические и логические операции и устройство управления, которое организует процесс выполнения программ): ¡ память, ( оперативная память); ¡ диск (постоянная память) ¡ шину; ¡ каналы ввода - вывода и внешние устройства для ввода вывода информации. ¡ и другие дополнительные устройства

ОЗУ ПЗУ ВЗУ Системная шина Устройства ввода АЛУ РОН УУ КЭШ Пять базовых элементов компьютера: • Арифметико-логическое устройство (АЛУ) • Устройство управления (УУ) • Запоминающее устройство (ЗУ) • Система ввода информации • Система вывода информации Устройства вывода

Основные и дополнительные устройства компьютера Пространственно все эти элементы персональных компьютеров IBM PC скомпонованы в нескольких устройствах: Основные: ¡ системный блок; ¡ клавиатура, - устройство ввода информации (позволяет вводить символы в компьютер); ¡ монитор (или дисплей) — устройство вывода (для изображения текстовой и графической информации). ¡ мышь (стала обязательной с появлением Windows)

Основные и дополнительные устройства компьютера Дополнительные (могут отсутствовать): ¡ CD-ROM (CD — Compact Disc, компакт диск; ROM Read only Memory, память только для считывания) или DVD-ROM; ¡ модем; ¡ сканер; ¡ принтер; ¡ звуковая плата и колонки; ¡ графический планшет и т. д.

Этапы развития компьютерной техники. Когда говорят о развитии вычислительной техники, обычно вспоминают о поколениях электронно вычислительных машин (ЭВМ). Смена поколений связана с развитием элементной базы : ¡ ¡ электронные лампы (I поколение), транзисторы (II поколение), интегральные схемы (III поколение), большие интегральные схемы (IV поколение) и т. д.

I поколение – электронные лампы ¡ В 40 х и 50 х годах – компьютеры на электронных лампах огромные залы были заставлены шкафами с электронным оборудованием.

БЭСМ-1 Первая машина, разработанная в ИТМи. ВТ, БЭСМ АН СССР запущена в эксплуатацию в 1952 г.

¡ На этой ЭВМ учились программировать все советские студенты 60 х годов. Для М 20 была создана первая отечественная операционная система ИС 2.

Перфокарта и перфолента

¡ БЭСМ 6 — использовалась во всех отраслях народного хозяйства (нефтепромыслы, машиностроение, атомная энергетика и т. п. )

II поколение - транзисторы ¡ В 1948 г. – изобрели транзисторы миниатюрные электронные приборы, которые смогли заменить в компьютерах электронные лампы.

¡ В середине 50 х годов были найдены очень дешевые способы производства транзисторов. ¡ Во второй половине 50 х годов появились компьютеры, основанные на транзисторах. Они были в сотни раз меньше ламповых компьютеров такой же производительности. ¡ В 1965 г. фирма Digital Equipment выпустила первый мини компьютер PDP 8 размером с холодильник и стоимостью 20 тыс. дол.

III – поколение интегральные схемы Но к тому времени был подготовлен еще один шаг к миниатюризации компьютеров — были изобретены интегральные схемы.

¡ В 1958 г. Джек Килби придумал, как на одной пластине полупроводника получить несколько транзисторов. ¡ В 1959 г. Роберт Нойс (будущий основатель фирмы Intel) изобрел более совершенный метод, позволивший создавать на одной пластине и транзисторы, и все необходимые соединения между ними Полученные электронные схемы стали называться интегральными схемами, или чипами. В дальнейшем количество транзисторов, которое удавалось разместить на единице площади интегральной схемы, увеличивалось приблизительно вдвое каждый год. ¡ В 1968 г. был выпущен первый компьютер на интегральных схемах. ¡ В 1970 г. фирма Intel начала продавать интегральные схемы памяти.

Единая система ЭВМ (ЕС ЭВМ) ¡ ЕДИНАЯ СИСТЕМА ЭЛЕКТРОННЫХ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ МАШИН (ЕС ЭВМ) семейство цифровых вычислительных машин, обладающих широким диапазоном производительности и характеризующихся программной совместимостью машин семейства снизу вверх (т. е. программы, составленные для машин с меньшей производительностью, могут выполняться на машинах с большей производительностью). ¡ ЕС ЭВМ создал коллектив специалистов научно исследовательских учреждений и предприятий стран участниц СЭВ Болгарии, Венгрии, ГДР, Польши, СССР и Чехословакии. Промышленный выпуск первых машин “ЕС 1020” и “ЕС 1030” начат в 1972.

Единая система ЭВМ (ЕС ЭВМ) ¡ Семейство компьютеров, объединенное единой идеологией, предназначенное охватить практически все виды деятельности вычислительными услугами, кроме управления технологическими процессами. ¡ Компьютеры серии ЕС ЭВМ (Единая система электронных вычислительных машин) являлись аналогами компьютеров фирмы IBM серий IBM System/360/370, выпускавшихся в c 1964 года. Были программно и аппаратно совместимы со своими американскими прообразами. ¡ Выпускались машины от очень мощных ЕС 1060 до персональных ЕС 1845.

¡ 5 Э 261 — первая в СССР мобильная многопроцессорная управляющая машина, построенная по модульному принципу. Работала в составе систем ПВО.

ЭВМ ЕС-1022

Диск для ЭВМ серии ЕС. Ёмкость 6 Мбайт. Пленка для ЭВМ серии ЕС.

Электронная вычислительная машина ЭВМ ЕС-1035

Электронная вычислительная машина ЭВМ ЕС-1022

¡ Изделие 40 У 6 в работе — в кабине управления системой С 300 ПМ

Система С 300 ПМ. Пуск ракеты управляется ЭВМ 40 У 6.

¡ ¡ ¡ ¡ Роль ЕС ЭВМ в развитии отечественной информатики неоднозначна. На начальном этапе появление ЕС ЭВМ привело к унификации компьютерных систем, позволило установить начальные стандарты программирования и организовывать широкомасштабные проекты, связанные с внедрением программ. До этого программы, как правило, эксплуатировались исключительно организацией разработчиком, а внедрение было затруднительным из за разнородности компьютерной техники по стране. Без подобного рода унификации постановка глобальных задач типа АСУ была бы просто невозможна. В целом, внедрение ЕС ЭВМ позволило сократить отставание отечественной компьютерной отрасли от США по ряду позиций (проектирование архитектуры аппаратно программных комплексов, разработка программного обеспечения, системотехника, применение ЭВМ для управления данными), а по отдельным направлениям даже выйти на лидирующие позиции (разработка матричных процессоров, разработка эффективных методов интеграции нескольких ОС на одной ЭВМ). Ценой этого было повсеместное свёртывание собственных оригинальных разработок и попадание в зависимость от идей и концепций фирмы IBM. В 1980 е годы повсеместное внедрение ЕС ЭВМ превратилось в серьёзный тормоз для развития отрасли. После дорогостоящих и заранее спланированных закупок руководители предприятий были вынуждены эксплуатировать морально устаревшие компьютерные системы. Параллельно развивались системы на малых машинах и на персональных компьютерах, которые становились всё более и более популярны. В то время мало кто имел взвешенную оценку достоинств и недостатков различных архитектур, и точки зрения, как правило, сводились к двум полярным мнениям: «персоналки — это несерьёзно, солидные задачи надо решать на солидных машинах» и «большие ЭВМ — это каменный век, мы сейчас быстренько всё перепишем на персональном компьютере» . К сожалению, у части специалистов такая однобокость во взглядах не преодолена до сих пор. На позднейшем этапе, в 1990 е годы, наступил переломный момент. Отечественная промышленность, вступившая в глубокий экономический и структурный кризис, не смогла создать ни аналогов, ни заменителей ЕС ЭВМ на новой элементной базе. В итоге произошёл полный переход на импортные компьютеры и окончательное свёртывание программы по разработке отечественных компьютеров, возникли проблемы переноса технологий на современные компьютеры, модернизации технологий, трудоустройства и переквалификации сотен тысяч специалистов.

IV - поколение В том же 1970 году был сделан еще один важный шаг на пути к персональному компьютеру — Маршиан Эдвард Хофф из той же фирмы Intel сконструировал интегральную схему, аналогичную по своим функциям центральному процессору большой ЭВМ. Это был первый микропроцессор Intel— 4004, который был выпущен в продажу в конце 1970 г.

¡ В 1974 г. несколько фирм объявили о создании на основе микропроцессора Intel— 8008 компьютера, т. е. устройства, выполняющего те же функции, что и большая ЭВМ. ¡ В начале 1975 г. появился первый коммерчески распространяемый компьютер Альтаир 8800, построенный на основе микропроцессора Intel 8080. Этот компьютер, разработанный фирмой MITS, продавался по цене около 500 дол. Возможности его были весьма ограничены оперативная память составляла всего байт, клавиатура и экран отсутствовали. ¡ В конце 1975 г. Пол Аллен и Билл Гейтс (будущие основатели фирмы Microsoft) создали для компьютера «Альтаир» интерпретатор языка Basic. Многие фирмы также занялись производством персональных компьютеров. Компьютеры стали продаваться уже в полной комплектации, с клавиатурой и монитором, спрос на них составил десятки, а затем и сотни тысяч штук в год.

Появление IBM PC В 1979 г. фирма IBM решила попробовать свои силы на рынке персональных компьютеров. Для удешевления разработки было разрешено не конструировать персональный компьютер «с нуля» , а использовать блоки, изготовленные другими фирмами. ¡ В качестве основного микропроцессора компьютера был выбран новейший тогда 16 разрядный микропроцессор Intel 8088. Его использование позволило значительно увеличить потенциальные возможности компьютера, так как новый микропроцессор позволял работать с 1 Мбайтом памяти, а все имевшиеся тогда компьютеры были ограничены 64 Кбайтами. ¡ В компьютере были использованы и другие комплектующие различных фирм. ¡ Его программное обеспечение было поручено разработать небольшой фирме Microsoft. В августе 1981 г. новый компьютер под названием IBM PC был официально представлен публике. Через один два года компьютер IBM PC занял ведущее место на рынке.

IBM PC 51 -50 1981 года выпуска с монохромным экраном

Принцип открытой архитектуры В IBM PC была заложена возможность усовершенствования его отдельных частей и использования новых устройств. Фирма IBM сделала компьютер не единым неразъемным устройством, а обеспечила возможность его сборки из независимо изготовленных частей. При этом методы сопряжения устройств с компьютером IBM PC не только не держались в секрете, но и были доступны всем желающим. Этот принцип называется принципом открытой архитектуры. На основной электронной плате компьютера IBM PC (системной, или материнской, плате) размещены только те блоки, которые осуществляют обработку информации (вычисления). Схемы, управляющие всеми остальными устройствами компьютера — монитором, дисками, принтером и т. д. , реализованы на отдельных платах, которые вставляются в стандартные разъемы на системной плате — слоты. К этим электронным схемам подводится электропитание из единого блока питания, а для удобства и надежности все это заключается в общий металлический или пластмассовый корпус — системный блок.

Открытость архитектуры IBM PC позволила независимым производителям разрабатывать различные дополнительные устройства, что увеличило популярность компьютера и через один два года на рынке предлагались сотни разных устройств и комплектующих для IBM PC. Наибольшую выгоду от открытости архитектуры IBM PC получили пользователи. Они могли самостоятельно расширять возможности своих компьютеров, покупая соответствующие устройства и подсоединяя их в свободные разъемы на системной плате. При этом они не были связаны ассортиментом моделей, предлагаемых фирмой так как могли покупать дополнительные устройства, производимые другими фирмами.

Устройство современного персонального компьютера

Персональный компьютер. Персональным компьютером принято называть группу устройств, предназначенных для создания, передачи, обработки и хранения информации. Компьютеры выпускаются и в портативном варианте — «блокнотном» (ноутбук) исполнении. Системный блок монитор и клавиатура заключены в один корпус: системный блок спрятан под клавиатурой, а монитор сделан как крышка к клавиатуре.

Системный блок По внешнему виду системные блоки различаются формой корпуса. ¡ Desctop (горизонтальное исполнение) l ¡ Slim (особо плоские) Tower (вертикальное исполнение): l Big tower (полноразмерный) l Midi tower (среднеразмерный) l Mini tower (малоразмерный) Форм фактор – параметр, от которого зависят требования к размещаемым устройствам. Прежним стандартом корпуса был форм фактор АТ, в настоящее время в основном используются корпуса форм фактора АТХ. Форм фактор корпуса должен быть обязательно согласован с форм фактором главной (системной ) платы компьютера – материнской платы.

Системный блок В системном блоке располагаются все основные узлы компьютера. ¡ блок питания, преобразующий электропитание сети в постоянный ток низкого напряжения, подаваемый на электронные схемы компьютера; ¡ электронные схемы, управляющие работой компьютера (материнская плата, процессор, оперативная память, контроллеры устройств и т. д. ); ¡ накопители (или дисководы) для гибких магнитных дисков, используемые для чтения и записи на гибкие магнитные диски (дискеты); ¡ накопитель на жестком магнитном диске, предназначенный для чтения и записи на несъемный жесткий магнитный диск (винчестер); ¡ CD-ROM и/или DVD-ROM (на современных машинах это практически обязательное устройство) или CD Rewriter (пишет и читает); ¡ Mobil Rec (мобильное шасси).

Внутренние устройства системного блока. Блок питания. Компьютерный блок питания — блок питания, предназначенный для снабжения узлов компьютера электрической энергией. В его задачу входит преобразование сетевого напряжения до заданных значений, их стабилизация и защита от незначительных помех питающего напряжения.

Внутренние устройства системного блока. Блок питания. Основным параметром компьютерного блока питания является максимальная мощность, потребляемая из сети. В настоящее время существуют блоки питания с заявленной производителем мощностью от 200 до 1600 Вт.

Внутренние устройства системного блока. Блок питания АТ. Напряжения для каналов +5 В, +12 В, 5 В, 12 В Блок питания АТХ. В АТХ есть дополнительный источник напряжением 3, 3 В для питания процессора и дежурный "Standby" маломощный источник с выходом +5 В. Предназначен он для питания цепей управления энергопотреблением и, например, факсмодема, который при поступлении входящего звонка "разбудит" машину. Основные источники +5, +3, 3, +12, 5 и 12 В. Интерфейс управления питанием позволяет выполнять программное отключение питания.

Внутренние устройства системного блока. Блок питания стандарта ATX, снабжённый таблицей соответствия между цветом и назначением проводов. (Справа — двадцатиштырьковый разъём, служащий для подключения к материнской плате. ) Стандарт ATX v 1. x (20 -контактный) Блок питания стандарта ATX в настоящее время имеет несколько разъёмов, подключаемых к материнской плате. Основной разъём содержит 20 контактов, расположенных в 2 ряда. Стандарт ATX 12 V 2. 0 (24 -контактный) Считается, что стандарт создан для поддержки материнских плат с шиной PCI Express. Большинство материнских плат, работающих на ATX 12 V 2. 0, поддерживают также блоки питания ATX v 1. x (4 разъема остаются незадействованными).

Внутренние устройства системного блока. Материнская плата. Материнская (системная) плата – основная плата персонального компьютера. На ней размещаются: ¡ Процессор – основная микросхема, выполняющая большинство математических и логических операций; ¡ Микропроцессорный комплект (чипсет) – набор микросхем, управляющих работой внутренних устройств компьютера и определяющих основные функциональные возможности материнской платы. ¡ Шины – набор проводников, по которым происходит обмен сигналами между внутренними устройствами компьютера. ¡ Оперативная память (ОЗУ, оперативное запоминающее устройство или RAM (random access memory)) – набор микросхем, предназначенных для временного хранения данных. Она работает очень быстро, так что процессору не приходится ждать при чтении данных из памяти или записи в память. Однако содержащиеся в ней данные сохраняются только пока компьютер включен, при выключении компьютера содержимое оперативной памяти стирается.

Внутренние устройства системного блока. Материнская плата. ¡ Постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) или ROM (read only memory) хранит данные, которые не могут быть изменены. Содержимое ПЗУ называется BIOS (Basic Input Output System). BIOS это стандартная программа, которая отрабатывается, в частности, всегда при запуске компьютера. В BIOS хранятся программы для проверки оборудования компьютера, загрузки операционной системы. В BIOS содержится также программа настройки конфигурации компьютера (SETUP), позволяющая установить характеристики устройств ПК, например, тип видеоадаптера и винчестера. ¡ Полупостоянная память, обычно выполняемая по технологии (и так же называемая) CMOS (complementary metal oxide semiconductor). Используется для хранения данных о конфигурации компьютера. Содержимое CMOS памяти не изменяется при выключении ПК, поскольку для ее электропитания используется специальный аккумулятор. ¡ Слоты – разъемы для подключения дополнительных устройств.

Внутренние устройства системного блока. Материнская плата. Контроллеры и шина. Чтобы компьютер мог работать, 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 целых два промежуточных звена: 1. Для каждого внешнего устройства в компьютере имеется электронная схема, которая им управляет. Эта схема называется контроллером, или адаптером. 2. Все контроллеры и адаптеры взаимодействуют с микропроцессором и оперативной памятью через системную магистраль передачи данных, которую в просторечии обычно называют шиной. Иногда контроллеры устройств размещаются на системной плате.

Контроллеры портов ввода-вывода. Эти порты бывают следующих типов: • параллельные (обозначаемые LPT 1 LPT 4), к ним обыкновенно подключаются принтеры: • асинхронные последовательные (обозначаемые СОМ 1 СОМ 3). Через них обычно подсоединяются мышь, модем и т. д. ; Некоторые устройства могут подключаться и к параллельным, и к последовательным портам. Параллельные порты выполняют ввод и вывод с большей скоростью, чем последовательные (за счет использования большего числа проводов в кабеле)

Универсальная последовательная шина (USB) была разработана в 1996 году для расширения архитектуры персональных компьютеров. Шина позволяет обеспечить такие основные требования, как высокая скорость передачи, одновременное подключение большого количества устройств, удобство операций, надежная связь, а также возможность горячего подключения устройств и низкая цена. Устройства, подключенные к USB, могут иметь собственный источник питания или питаться непосредственно от шины. Поэтому, кроме сигнальной пары, кабель USB имеет линии напряжения питания 5 В.

Коннектор для подключения питания на материнскую плату 24 пиновый

Коннектор для подключения питания на материнскую плату и процессор 4 пиновый

Основные компоненты, установленные на материнской плате: ¡ ЦПУ ¡ набор системной логики (англ. chipset). Как правило, современные наборы системной логики строятся на базе двух СБИС: «северного» и «южного мостов» . § Северный мост ( «англ. Northbridge» ), MCH (Memory controller hub), системный контроллер — обеспечивает подключение ЦПУ к узлам, использующим высокопроизводительные шины: ОЗУ, графический контроллер. § Южный мост ( «англ. Southbridge» ), ICH (I/O controller hub), периферийный контроллер — содержит контроллеры периферийных устройств (жёсткого диска, Ethernet, аудио), контроллеры шин для подключения периферийных устройств (шины PCI, PCI Express и USB), а также контроллеры шин, к которым подключаются устройства, не требующие высокой пропускной способности: последовательного и параллельного интерфейсов, контроллера клавиатуры и мыши). ¡ ОЗУ ¡ загрузочное ПЗУ — хранит ПО, которое исполняется сразу после включения питания. Как правило, загрузочное ПЗУ содержит BIOS.

Плата ASUS P 5 E 3 Premium система охлаждения

Разъем питания

Несмотря на большее тепловыделение северного моста X 48, на него установлен достаточно скромный (по меркам ASUS) радиатор

Под северным мостом установлено четыре 240 -контактных слота DIMM для модулей памяти DDR 3. Они разбиты на две группы по два слота. Первые два слота относятся к первому каналу контроллера, последние два - ко второму каналу. Плата поддерживает память стандарта DDR 3 -1066/1333/1600; а максимальный объем памяти равен 8 Гб. Как только на плату подается напряжение - загорается зеленый светодиод, расположенный в левом нижнем углу платы.

На плате установлены три слота PCI Express x 16 (все с защелками), которые предназначены для видеокарт. На первые два слота (синие) выделяются по 16 линий шины PCI Express v 2. 0. Таким образом, при использовании двух видеокарт AMD/ATI они работают в наиболее производительном режиме Cross. Fire. На третий (черный) слот выделяется либо четыре, либо одна линия шины PCI Express v 1. 0.

Внутренние устройства системного блока. Процессор. Самым главным элементом в компьютере, его «мозгом» , является процессор — небольшая электронная схема, выполняющая все вычисления и обработку информации. Он осуществляет выполнение программ, работающих на компьютере, и управляет работой остальных устройств компьютера. Процессор умеет производить сотни различных операций и делает это со скоростью в несколько десятков или к сотен миллионов операций в секунду. Скорость его работы во многом определяет быстродействие компьютера. С остальными устройствами компьютера, и в первую очередь с оперативной памятью, процессор связан несколькими шинами (группами проводников). Основных шин три: ¡ Шина данных ¡ Адресная шина ¡ Командная шина

Внутренние устройства системного блока. Процессор.

Процессоры Pentium, Pentium MMX и Cyrix M 2

Процессорный разъем вида Socket

процессор Pentium II или Pentium III типа Слот 1

Intel Core i 7 соответствуют материнские платы: ASUS P 6 T Deluxe OC Palm Edition, ASUS P 6 T Deluxe (базовая модель) и Intel Smackover X 58.

ASUS P 6 T Deluxe ¡ Процессорное гнездо нового типа с 1366 контактами

Внутренние устройства системного блока. Процессор. Основные параметры процессоров: ¡ Рабочее напряжение – обеспечивает материнская плата, поэтому разным маркам процессоров, соответствуют разные материнские платы. ¡ Разрядность – показывает, сколько бит данных он может обработать в своих регистрах за один такт. ¡ Рабочая тактовая частота указывает, сколько элементарных операций (тактов) процессор выполняет в одну секунду. Тактовая частота измеряется в мегагерцах (МГц). Тактовые импульсы задает одна из микросхем на материнской плате. ¡ Коэффициент внутреннего умножения тактовой частоты – базовая частота материнской платы меньше, чем рабочая частота процессора. В процессоре происходит внутреннее умножение частоты. Коэффициент может достигать 10 20 и более. ¡ Размер кеш памяти – внутри процессора создается буферная зона, для того, чтобы уменьшить количество обращений к оперативной памяти.

Внутренние устройства системного блока. Оперативная память. ОЗУ

Эволюция памяти

¡ DDR 2 для ноутбуков

¡ DDR 2

DDR 3 для ноутбуков

DDR 3

Установка оперативной памяти

Под северным мостом установлено четыре 240 -контактных слота DIMM для модулей памяти DDR 3. Они разбиты на две группы по два слота. Первые два слота относятся к первому каналу контроллера, последние два - ко второму каналу. Плата поддерживает память стандарта DDR 3 -1066/1333/1600; а максимальный объем памяти равен 8 Гб. Как только на плату подается напряжение - загорается зеленый светодиод, расположенный в левом нижнем углу платы.

Внутренние устройства системного блока. ПЗУ

Видеокарта семейства Ge. Force 4, с кулером

Специальные клавиши ¡ Первая клавиша PRINT SCREEN (Print screen печатать экран) позволяет распечатывать информацию, находящуюся в данный момент на экране монитора. Но эта операция будет выполняться при двух условиях. Во первых, принтер должен быть подготовлен к работе. Во вторых, программа, в рабочей среде которой мы находимся, должна поддерживать режим распечатки экранной информации. ¡ Клавиша SCROLL LOCK (Scroll Lock прокрутка [текста] включена) предназначена для прокрутки (скроллинга) информации на экране монитора. Данная клавиша должна действовать также как и нажатие, в данной рабочей среде, комбинации клавиш CTRL+U. Но, к сожалению, в большинстве приложений эту клавишу редко используют по назначению. ¡ С помощью клавиши PAUSE/BREAK можно выполнять две операции. По команде PAUSE (Pause пауза) приостанавливается выполнение программы или просмотра текста. Возобновление работы компьютера происходит после нажатия любой другой клавиши. По команде BREAK (Break прекратить) прерывается выполнение программы. Для перехода в режим аварийного прерывания работы программы нажатие клавиши производится при удержании клавиши CTRL.

¡ TV выход ¡ Разъем DVI (можно преобразовать в аналоговый сигнал) ¡ Выход VGA ¡ Разъем питания вентилятора охлаждения ¡ Графический процессор RADEON с интегрированной DAC и теплоотводом/вентилятором ¡ Разъем AGP 8 х ¡ Модули памяти DDR (128 Мбайт) ¡ Микросхема регулировки напряжения

ASUS Extreme N 7800 GT DUAL - самая быстрая видеокарта на сегодняшний день

Жесткий диск Дискеты (Floppy-диски). Наиболее распространены дискеты формата (размера) 3, 5" (дюйма) и емкостью 1, 44 Мбайта. Уже не встречаются, дискеты формата 5, 25" и емкостью до 1, 2 Мбайта, которые считаются устаревшими, и 8".

Винчестер 100 Гб

Информация считывается с пластин и записывается на них с помощью магнитных головок. Каждая головка описывает окружность над поверхностью диска – дорожку (трек). Дорожка же в свою очередь делится на секторы. Позиционирующее устройство устанавливает все головки таким образом, что вместе они описывают цилиндр. ¡ Номер цилиндра, магнитной головки (дорожки) и номер сектора однозначно идентифицируют данные. Этот блок данных и называется сектором. Размер сектора составляет 512 байт. ¡ Комбинация двух или более секторов на одной дорожке образуют кластер. Число байтов в кластере зависит от размера диска и программы, с помощью которой форматируется диск. Каждый кластер имеет свой уникальный адрес. Головка чтения записи при поиске адреса нужного кластера движется над вращающимся диском и читает магнитные метки, чтобы определить свое местоположение на магнитной поверхности.

Перед первым использованием диска или дискеты они должны быть отформатированы. Для этого на поверхность диска записывается последовательность 1 и 0 в каче стве магнитных указательных меток. В результате диск делится на секторы и кон центрические дорожки. При форматировании диска командой FORMAT (форматирование верхнего уровня (логическое)) (для DOS) создаются Boot, FAT, Root и пометка в FAT дефектных кластеров. ¡ Master Boot Record (MBR) – сектор 1 цилиндр 0 головка 0 хранит информацию о структуре диска и исполняется при попытке начальной загрузки с винчестера. ¡ Первый сектор диска – Boot Record – содержит описание структуры диска и программу загрузки системы. Структура последующих секторов зависит от типа ОС. DOS диски содержат: ¡ Несколько копий FAT (Fail Allocation Table) – таблиц размещения файлов; ¡ Корневой каталог Root; ¡ Собственно область данных. При повторном форматировании все данные на диске уничтожаются.

Подключение разъемов питания жесткого диска

подключение шлейфа IDE

подключение шлейфа FDD

CD-ROM и DVD-ROM CD — Compact Disc, компакт диск; ROM Read only Memory, память только для считывания.

компания Pioneer выпустила прототип Blu-ray-диска, объем которого составляет нескромные 400 ГБ.

подключение разъемов питания дисковода

Электронная память Оперативная память, жесткий диск, дискеты (Floppy диски), СD, DVD – представляют электронную память. Электронная память представляет собой совокупность ячеек (либо зон магнитной поверхности диска), каждая из которых может хранить комбинацию из 0 и 1 (ненамагничено намагничено, неполяризовано) и имеет свой уникальный адрес.

Внешние устройства компьютера. Клавиатура персонального компьютера предназначена для ввода данных и команд в центральный процессор с одновременным дублированием вводимой информации на экране монитора. Внешне стандартная клавиатура выглядит весьма просто и представляет собой набор из 101 клавиши. Однако, она по своей сути представляет собой небольшой микрокомпьютер со своим личным процессором задача которого следить за состоянием клавиш и в случае нажатия на них, производить передачу информации о происшедших изменениях центральному процессору.

Внешние устройства компьютера. Клавиатура. Всю клавиатуру можно разбить на две части, одна из которых носит название основной клавиатуры, а вторая малой цифровой клавиатуры Всю клавиатуру можно разделить на несколько зон, в соответствии с функциями отдельных групп клавиш. Вначале разобьем все клавиши клавиатуры на две большие группы: ¡ символьные клавиши, символы которых выводятся на экран монитора. В основном это светлые клавиши на клавиатуре компьютера; ¡ вспомогательные клавиши, т. е. те клавиши, которые предназначены для изменения выводимых на экран символов, при нажатии клавиш первой группы (клавиши серого цвета). Вспомогательные клавиши также помогают выполнять некоторые дополнительные операции по вводу выводу и обработке информации.

Символьные клавиши Их, в свою очередь, разобьем на две подгруппы: ¡ алфавитно-символьные клавиши; ¡ знако-цифровые клавиши. Алфавитно символьные клавиши К алфавитно-символьным клавишам относятся клавиши с символами латиницы и кириллицы. Знако цифровые клавиши занимают верхний горизонтальный ряд и несколько правых вертикальных рядов светлых клавиш.

Вспомогательные клавиши также разбиваются на ряд подгрупп: ¡ функциональные клавиши; ¡ управляющие клавиши; ¡ клавиши редактирования; ¡ регистровые клавиши; ¡ специальные клавиши. Функциональные клавиши

Управляющие клавиши, изменяющие положение курсора на экране монитора. Клавиши редактирования клавиши, с помощью которых производится корректировка вводимой в компьютер информации.

Регистровые клавиши Клавиши CTRL (Control управление) и ALT (Alternative альтернатива) предназначены для перевода алфавитно символьных клавиш в режим выполнения вспомогательных операций. Малая цифровая клавиатура может работать в двух режимах: цифровом (включена индикация клавиши NUMLOCK на блоке световой индикация режимов); управления курсором (отключена индикация клавиши NUMLOCK).