Персональный компьютер и его основные узлы Презентация подготовлена

Персональный компьютер и его основные узлы Презентация подготовлена Ø Студентом группы МП 22 -07 Ø Кравчуком Иваном Ø

В этом параграфе вы изучите: Ø - краткую историю ПК; Ø - области использования компьютеров; Ø - основные узлы ПК Ø

Краткая история персональных компьютеров Ø Этот и последующие параграфы посвящены наиболее яркому достижению вычислительной техники последних десятилетий – персональному компьютеру (ПК), то есть компьютеру для индивидуального пользования. Появление ПК было подготовлено всей предшествующей историей развития ЭВМ. Вначале вычислительные машины занимали огромные залы, потребляли много энергии и создавали много шума. Затем ЭВМ стали поменьше и начали работать эффективнее, но по-прежнему требовали для себя отдельных помещений. Наиболее мощные ЭВМ размещались в отдельных комплексах, которые назывались вычислительными центрами (ВЦ). В те не очень далёкие времена (70 -е годы) мало кто представлял себе компактную ЭВМ, которая может уместиться на рабочем столе. О такой машине инженеры и учёные могли только мечтать, а обычным людям трудно было бы объяснить, зачем вообще такая вычислительная машина нужна.

Первой ласточкой стал компьютер kenbak-1, сконструированный Джоном Бланкенбейкером в 1971 г. Внешне он напоминал скорее автомобильный радиоприёмник с индикаторными лампочками и переключателями, чем привычный нашему глазу персональный компьютер. Ø С 1971 г. по 1974 г. Различными фирмами создавались разные модели ПК. Однако ввиду ограниченных возможностей этих компьютеров интерес к ним был невелик. По-настоящему пользователи и производители заинтересовались персональными компьютерами в 1975 г. , когда американская фирма MITS на основе микропроцессора Intel 8080 разработала компьютер Altair. Этот персональный компьютер был значительно удобнее своих предшественников и обладал более широкими возможностями. Ø

Ø Значительно более совершенная модель персонального компьютера была разработана в 1976 г. двумя молодыми американцами Стивом Возняком и Стивом Джобсом. Свой компьютер они назвали Apple и быстро развернули его производство и продажу. Благодаря невысокой цене (примерно $500) в первый же год ими было продано около 100 компьютеров. В следующем году они выпустили модель Apple II, которая имела материнскую плату, дисплей , клавиатуру и внешне напоминала собой телевизор. Количество заказчиков на ПК стало исчисляться сотнями и тысячами.

Персональные компьютеры быстро совершенствовались. В 1976 г. для них была разработана операционная система CP/M. В 1978 г. был сконструирован гибкий магнитный диск диаметром 5. 25 дюйма (1 дюйм = 2, 54 см), предназначенный для хранения информации. Усилиями фирмы Motorola в 1979 г. был создан микропроцессор Motorola 68000, который превосходил своих конкурентов по скорости, производительности и возможностям работы с графическими программами. В 1980 г. в персональных компьютерах появился жёсткий магнитный диск, правда, он вмещал в себя всего лишь 5 Мбайт данных. Ø Первые ПК были 8 разрядными и больше походили на дорогую игрушку, чем на серьёзную ЭВМ. Так продолжалось до тех пор, пока в отрасли индивидуальных компьютеров не появился компьютерный гигант – фирма IBM, которая специализировалась на изготовлении больших ЭВМ. В 1982 г. фирма IBM выпустила очень удачную модель – 16 -разрядный компьютер. Он был построен на основе микропроцессора Intel 8088, работал с тактовой частотой 4. 77 МГц и использовал операционную систему MS-DOS. Называлась эта модель компьютера как IBM PC или просто PC (Personal Computer – персональный компьютер). Ø Далее развитие ПК происходило очень высокими темпами: фирма IBM каждый год создавала по новой модели. В 1983 г. появилась модель PC XT, а 1984 – более совершенный и производительный компьютер PC AT. Они быстро завоевали рынок ПК и стали своего рода стандартами, которым старались подражать фирмы-конкуренты. Ø

Фирма IBM создавала свой персональный компьютер не «с нуля» , а используя узлы других с из того, как узлы компьютера должны соединяться и взаимодействовать друг с другом. В результате к созданию и совершенствованию компьютера могли подключаться другие фирмы – архитектура компьютеров IBM PC оказалось «открытой» . У компьютеров IBMпоявились многочисленные «клоны» , то есть различные семейства компьютеров, похожих на IBM PC. В дальнейшем ЭВМ, поддерживающие стандарт IBM PC, стали называться просто «персональными компьютерами» . С течением времени ПК оправдали своё название, поскольку для многих людей они стали необходимой частью досуга, инструментом для бизнеса и исследований. Ø Кроме IBM-совместимых ПК, существует ещё одно семейство персональных ЭВМ, называемых Macintosh. Эти компьютеры ведут свою родословную от уже упомянутой модели Apple, их производством занималась фирма Apple Computer. Архитектура компьютеров Macintosh, в отличии от IBM PC, не была открытой. Поэтому, несмотря на свои более продвинутые по сравнению с IBM PC графические возможности, «Маки» не смогли завоевать такой обширный рынок. Численность «Маков» в десятки раз меньше численности IBM PCсовместимых компьютеров. Ø

Области применения ПК Ø Ø Персональные компьютеры – это не просто калькуляторы для арифметического счёта (как думали использовать компьютер для многие на заре появления ПК). В персональных составления несложных программ, для компьютерах могут быть реализованы различные копирования и хранения информации, информационные процессы: поиск, ввод и обработка для работы с текстами и изображениями, информации, хранение информации и её передача. для обмена сообщениями по электронной Схема этих процессов показана на рис. 8. 2. Любая почте. Каждый пользователь ПК деятельность на компьютере начинается с ввода оборудует компьютер сообразно своим информации. Затем следует её обработка, в процессе вкусам и потребностям. которой может потребоваться дополнительный ввод. 1. Учёный с помощью компьютера может В ходе работы на компьютере возможно сохранение моделировать и изучать поведение данных на внешнем носителе. Завершается работа физических объектов (планет, океана, выводом информации. элементарных частиц и т. д. ), Возможности ПК в обработке информации очень биологических систем (популяций велики, только их перечень может занять не одну животных, роста микроорганизмов и др. ), страницу. На занятиях информатикой вы будете

химических процессов (реакций, взрывов и т. д. ). 2. Инженер проводит на ПК расчёты, выполняет моделирование механических конструкций, электронных схем, различных технологических процессов; пользуется компьютером при трудоёмких операциях черчения. 3. Художник-дизайнер создаёт на компьютере рисунки с помощью различного рода графических редакторов, выполняет компьютерную обработку изображений. 4. Музыкант готовит на компьютере аранжировку музыкальных произведений, а современный композитор сочиняет с помощью компьютера музыку. 5. Издатель обращается к компьютеру для создания электронных макетов книг и журналов, для подготовки будущих печатных материалов. 6. Бухгалтер выполняет с помощью компьютера экономические расчёты и ведёт всю бухгалтерскую документацию. 7. Пользователь Интернета получает через свой компьютер информацию из глобальной сети, причём список вопросов, на которые можно найти ответ в Интернете, ничем не ограничен. 8. Пользователи почти всех возрастов могут увлечённо играть в компьютерные игры. В общем, возможности персонального компьютера необычайно широки. Они определяются двумя основными факторами: конструкцией компьютера (аппаратным обеспечением) и программами. Которые на нём установлены (программным обеспечением).

Аппаратное обеспечение ПК Ø Ø Вряд ли вам приходилось видеть ЭВМ второго или третьего поколения. Однако вид настольного персонального компьютера (рис. 8. 3) для вас наверняка привычен. ПК состоит из следующего минимального набора отдельных компонент: системного блока, монитора, клавиатуры и мыши. К компьютеру могут подключаться и другие устройства: принтер. Акустические колонки, сканер и др. В зависимости от своего назначения и конструктивных особенностей различают следующие категории ПК: настольные или desktop (их вид наиболее привычен для большинства пользователей), переносные (portable), наколенные (laptop), блокнотные (notebook) и карманные (pocket) компьютеры. Ø Наиболее производительным являются настольные ПК. Отметим, что производительность компьютера определяется объёмом операций, которые он выполняет в единицу времени. Настольные компьютеры предназначаются, как правило, для стационарной установки в офисе, компьютерном классе или дома. Иногда настольные ПК выполняются в напольном варианте.

Состав системного блока Ø Ø Ø Ø Все основные узлы настольного ПК находятся внутри системного блока. Системный блок, как правило, вмещает в себя следующие узлы: 1. электронные схемы, управляющие работой ПК (микропроцессор, память, системная шина и др. ); 2. накопители на жёстких и гибких магнитных дисках, на оптических дисках (CD-ROM); 3. блок питания, преобразующий переменное напряжение сети в низкое постоянное напряжение, необходимое для работы электронных схем; 4. система вентиляции, обеспечивающая необходимый температурный режим для МП и других электронных узлов ПК; 5. дополнительные узлы: дисковод для компакт-дисков, звуковая карта, внутренний модем и др. Размещение перечисленных узлов внутри блока зависит от типа корпуса системного блока. Оборудование, которое расположено вне системного блока, относятся к внешним устройствам ввода-вывода. Это оборудование называют также периферийными устройствами. Однако к периферийным можно отнести и некоторые устройства внутри самого системного блока (например, все типы накопителей). Далее рассмотрим подробнее составляющие системного блока.

Ø Ø Ø Ø Ø Системная плата. Разъём дополнительного второго процессора. Центральный процессор с радиатором для отвода тепла. Разъёмы оперативной памяти. Накопитель на гибких магнитных дисках. Накопитель CD-ROM. Сетевая карта. Графический акселератор. Блок питания, преобразующий переменное напряжение электросети в постоянное напряжение различной полярности и величины, необходимое для питания системной платы и внутренних устройств. Блок питания содержит вентилятор, создающий циркулирующие потоки воздуха для охлаждения блока питания.

Корпус Ø Ø Корпус определяет не только внешний вид системного блока, он задаёт определённое размещение материнской платы и остальных узлов компьютера. Для настольных ПК промышленность выпускает корпуса с горизонтальным расположением материнской платы (desktop, footprint, slimline) и корпуса с вертикальным расположением материнской платы, то есть корпуса типа «башни» (mini-tower, miditower, big-tower). В настоящее время чаще всего используются корпуса tower, которые занимают немного места и имеют достаточно отсеков для различных устройств. Следует отметить, что тип используемых корпусов определяется, в первую очередь, типоразмером или, иначе говоря, формфактором материнской платы, например, AT или ATX.

Ø На передний панели системного блока имеются, как правило, кнопки Power (питание) и Reset (перезагрузка), а также индикаторные лампочки Power (сигнализируют о включённом питании) и HDD (сигнализирует о работе жёсткого диска). На ряде корпусов AT имеется кнопка Turbo и цифровой индикатор, указывающий тактовую частоту работы МП. На корпусах ATX может быть также кнопка Sleep (переход в спящий режим).

Материнская плата Важнейшим узлом ПК является материнская плата. На ней располагаются МП, запоминающие устройства, генератор тактовой частоты, управляющие микросхемы и др. Соединения элементов между собой осуществляются полосками фольги с обратной стороны платы. Ø Процессор устанавливается на материнскую плату с помощью специального разъёма. У большей части ПК материнские платы содержат лишь основные узлы, а схемы связи с внешними устройствами (видеоадаптеры, звуковые платы и проч. ) на них отсутствуют. Ø В этих случаях отсутствующие элементы размещаются на отдельных платах и вставляются в специальные разъёмы на материнской плате. Ø Материнская плата характеризуется форм-фактором, который определяет её размеры, тип разъёмов питания, расположения, Ø

расположение отверстий крепления и т. д. Среди настольных ПК наиболее распространены платы типоразмеров AT, ATX и mini. ATX. Платы ATимеют геометрию первых плат для компьютеров IBM PC/AT, с чем и связано их название. Платы ATX являются более «продвинутыми» и применяются в современных ПК. Форм-фактор mini. ATX отвечает уменьшенному варианту ATX.

Микропроцессор Ø Центральное устройство в компьютере – это, конечно, микропроцессор. Физически МП представляет собой самую большую по габаритам микросхему (БИС), которая установлена на материнской плате. В современных компьютерах над корпусом МП располагается небольшой вентилятор и радиатор, которые обеспечивают охлаждение МП в процессе работы. К материнской плате МП подключается с помощью специальных разъёмов ( socket 7, socket A, Slot 1 (Socket 370), Socket 423 или Socket 478). На корпусе БИС обычно указывается тип процессора, например Pentium III. По типу МП называется и сам компьютер.

Ø Какие модели микропроцессоров чаще всего применяются в ПК? В компьютерах типа IBM PC используются МП фирмы Intel, а также совместимые с ними модели МП других фирм (AMD, Cyrix, IBM и др. ). Приведём перечень МП фирмы Intel в порядке возрастания их производительности: Intel 8088, 80286, 80386 (SX и DX), 80486 (SX, SX 2, DX 2 и DX 4), Pentium, Celeron, Pentium II, MMX, Pentium III, Pentium IV. В настоящее время всё шире распространяются процессоры фирмы AMD, это: K 6, K 6 -2, Athlon XP.

Память На материнской плате размещаются устройства памяти (запоминающие устройства), которые предназначены для хранения информации. Ø Наиболее важными характеристиками памяти являются её объём и быстродействие. Для работы современных операционных систем и приложений требуется не менее 32 Мбайт оперативной памяти. Комфортная работа в графических пакетах и с мультимедийными приложениями возможна, когда объём памяти составляет не менее 128 ( а лучше 256) Мбайт. Ø

Блок питания Обычно системный блок ПК комплектуется блоком питания, который преобразует переменное напряжение сети в постоянное напряжение. Мощности источника питания (обычно это 200, 230 или 250 BA) должно быть достаточно, чтобы полностью и даже с небольшим запасом обеспечивать энергопотребление всех подключённых к нему устройств. Ø В корпус блока питания в большинстве случаев вмонтирован охлаждающий вентилятор, переключатель напряжения сети, разъёмы для сетевого шнура и для шнура питания мониторов. Блок питания вырабатывает выходные напряжения для электронных компонентов ПК, для двигателей приводов дисководов и вентиляторов охлаждения. Ø

Дисководы Ø Для хранения информации служат различного рода накопители на дисках. Практически все IBM PCсовместимые компьютеры имеют приводы, предназначенные для работы с жёсткими и гибкими магнитными дисками. Эти приводы размещаются в системном блоке ПК в специально отведённых для них отделениях. Двигатель привода вращает магнитный диск и магнитные головки производят запись либо считывание информации с диска. Подробнее накопители информации с диска.

Порты Подключение к ПК внешних устройств (монитора, мыши, клавиатуры, принтера, модема и т. д. ) выполняется через специальные интерфейсы, то есть устройства сопряжения. Эти интерфейсы называются также портами ввода-вывода. Соответствующие разъёмы для подключения располагаются на задней стенке системного блока. Ø Существуют последовательные и параллельные порты, которые различаются способом передачи данных. Для последовательного порта характерна последовательная во времени передача данных Ø

(бит за битом), а для параллельного – одновременная передача нескольких битов (порции по 8 битов, то есть по одному байту). Ø Через последовательные порты к системному блоку подключаются мышь, джойстик, модем и другие периферийные устройства. Обозначается последовательный порт как COM (COMmunication port). Если в компьютере имеется несколько последовательных портов, то они имеют от COM 1 до COM 4.

Системная шина-магистраль Ø Ø Ø Различные узлы компьютера связаны с микропроцессором и между собой через устройство, называемое системной шиной. Слово «шина» первоначально было введено в электротехнике и обозначало толстый медный провод для передачи больших токов. В компьютерной технике «шиной» называют устройство для связи между собой нескольких узлов компьютера. Поскольку основной обмен данными происходит через системную шину, её называют также магистралью. Магистраль включает в себя следующие три шины: 1. Шина управления, которая служит для управления со стороны МП всеми системами и процессами, происходящими в компьютере. 2. Шина адреса (адресная шина), с помощью которой осуществляется выбор нужной ячейки памяти, а также портов ввода-вывода. 3. Шина данных, по которой информация передаётся от МП к какому-либо устройству либо, наоборот, от устройства к МП. Рассмотрим схему обмена информацией между МП и оперативной памятью. Последовательность работы этой схемы очень проста. Процессор сигнализирует по шине управления в память о том, что он собирается считать данные, расположенные по определённому адресу (то есть в определённой ячейке). Из оперативной памяти поступает ответ, что эти данные доступны. Затем МП по адресной шине сообщает адрес нужных ячеек в памяти, а по шине данных считывает информацию из ячеек.

Ø Опуская детали конструкций шин, можно сказать, что каждая шина – это набор электрических соединений-проводов. Адресная шина, например, для МП Intel 8088 состоит из 20 параллельных проводов – по одному для каждого бита. То есть адресная шина для этого МП является 20 -разрядной.

Контроллеры, адаптеры Ø Итак, данные, необходимые для работы программ, заносятся в оперативную память. Туда же записываются и результаты вычислений. Для ввода и вывода данных служат внешние устройства, подключаемые к компьютеру. Однако обмен информацией между оперативной памятью и внешним устройством происходит не напрямую, а через специальную электронную схему, которая называется контроллером (или адаптером, ч в переводе означает «вспомогательное приспособление» ), Существуют контроллеры дисков, мониторов, клавиатуры и т. д. Контроллер (адаптер) – это электронная схема, которая управляет работой внешнего устройства.