Технические средства обеспечения 2014
План n n n История развития компьютеров Устройство компьютера Периферийные устройства 2
Существуют различные классификации компьютерной техники: n n n по этапам развития (по поколениям); по архитектуре; по производительности; по условиям эксплуатации; по количеству процессоров; по потребительским свойствам и т. д. 3
История развития n Около 500 г. н. э. Изобретение счётов 4
1642 г. Французский ученый Блез Паскаль приступил к созданию арифметической машины 5
1834 г. Английский ученый Чарльз Бэббидж составил проект "аналитической" машины 6
1890 г. Американский инженер Герман Холлерит создал статистический табулятор 7
1892 г. Американский инженер У. Барроуз выпустил первый коммерческий сумматор. 8
1897 г. Английский физик Дж. Томсон сконструировал электронно-лучевую трубку. 9
1901 год Г. Маркони установил радиосвязь между Европой и Америкой.
1936 год А. Тьюринг и Э. Пост разработали концепцию абстрактной вычислительной машины, чем доказали принципиальную возможность решения автоматами любой проблемы при условии возможности её алгоритмизации.
КОМПЬЮТЕРЫ ПЕРВОГО ПОКОЛЕНИЯ Первое поколение - компьютеры на электронных лампах.
Компьютеры первого поколения n n n Элементная база: электронно-вакуумные лампы, соединенные проводами. Габариты: ЭВМ выполнена в виде громоздких шкафов и занимает специальный машинный зал. Быстродействие: 10 -20 тыс. операций/с. Эксплуатация: слишком сложна из-за частого выхода из строя. Очень частый перегрев машин. Программирование: набор команд был небольшой, программы писались на языке конкретных машин. Процесс отладки был наиболее емким по времени. Программное обеспечение практически отсутствовало. Для ввода-вывода информации использовалась перфолента, перфокарта.
1938 год К. Цузе построил первый чисто механический компьютер.
1939 год Дж. Атанасофф создал прототип вычислительной машины.
1941 год К. Цузе построил первый в мире действующий релейный компьютер с программным управлением.
1943 год М. Ньюмен и Т. Флауэрс построили машину Colossus на 1500 электронных ламп.
1944 год Г. Айкен создал автоматическую вычислительную машину «Марк-1» с программным управлением.
1947 год Г. Айкен создал автоматическую вычислительную машину «Марк-2» .
1946 год Эккерт и Моучли сконструировали первый электронный цифровой компьютер «Эниак» , который имел 20 000 электронных ламп, выполнял за 1 сек. 300 умножений или 500 сложений.
1949 год Под руководством М. Уилкса построен первый в мире компьютер с хранимой в памяти программой EDSAC.
1951 год С. А. Лебедев построил первый компьютер МЭСМ, имеющий 600 электронных ламп.
1952 год Под руководством С. А. Лебедева в Москве построен компьютер БЭСМ-1 – в то время одна из лучших в мире.
КОМПЬЮТЕРЫ ВТОРОГО ПОКОЛЕНИЯ На смену электронным лампам пришли транзисторы. Размещенные на специальных печатных платах. Один транзистор способен трудиться за 40 электронных ламп и при этом работать с большей скоростью, чем они. В результате быстродействие машин второго поколения возросло в 10 раз, объём их памяти также увеличился, стали дешевле.
Компьютеры второго поколения • Элементная база: полупроводниковые элементы (транзисторы). • Габариты: ЭВМ выполнены в виде однотипных строек, чуть выше человеческого роста, размещенных в машинном зале. • Быстродействие: сотни тыс. операций/с. • Эксплуатация: упростилась. Появились первые вычислительные центры с большим штатом обслуживающего персонала, где устанавливались несколько ЭВМ (централизованная обработка информации). При выходе из строя нескольких элементов заменялась целиком вся плата. • Программирование: появились алгоритмические языки, программы для решения разнообразных математических задач, первые операционные системы. Программы писались на языках высокого уровня ( «Фортран» , «Алгол» , «Бейсик» ). Машины обрабатывали информацию под управлением программ на языке Ассемблер. • Для ввода-вывода: ввод данных и программ осуществлялся с перфокарт и перфолент. Появляются магнитные ленты.
1957 год Американской фирмой NCR создан первый компью на транзисторах.
1958 год Джек Килби создал первую интегральную схему.
1959 год Под руководством С. А. Лебедева создана машина БЭСМ-2, производительностью 10 000 операций в секунду, с ее применением связаны расчеты запусков космических ракет и первых в мире искусственных спутников Земли.
1959 год С. А. Лебедев создал такие машины как: М-20, М-40, М-220, БЭСМ-4.
1961 год Фирма IBM DEUTSCHLAND реализовала подключение компьютера к телефонной линии с помощью модема.
КОМПЬЮТЕРЫ ТРЕТЬЕГО ПОКОЛЕНИЯ Компьютеры на микросхемах с малой степенью интеграции. Интегральная схема – полупроводниковый кристалл, содержащий несколько тысяч транзисторов и других элементов, соединенных между собой.
Компьютеры третьего поколения • Элементная база: интегральные схемы, которые вставляются в специальные гнезда на печатной плате. • Габариты: существенно уменьшились (небольшой шкаф). • Быстродействие: до 1 млн. операций/с. • Эксплуатация: изменилась, появились первые системные программисты. • Программирование: развитые операционные системы, машины программно совместим, можно выполнять одновременно несколько программ. Для управления использовались языки высокого уровня и Ассемблер. Язык программирования Си. Управление работой этих машин происходило с алфавитно-цифровых терминалов. Данные и программы вводились как с терминала, так и с перфокарт и перфолент.
1964 год Начат выпуск семейства машин третьего поколения IBM/360.
1967 год Под руководством С. А. Лебедева организован крупносерийный выпуск БЭСМ-6, самой быстродействующей машины в мире.
КОМПЬЮТЕРЫ ЧЕТВЕРТОГО ПОКОЛЕНИЯ компьютеры на микропроцессорах (большие интегральные схемы)
Компьютеры четвертого поколения • Элементная база: большие интегральные схемы (сотни тысяч элементов на одном кристалле). • Габариты: существенно уменьшились. Появились персональные компьютеры. • Быстродействие: от несколько сотен млн. до миллиарда операций/с. • Эксплуатация: очень упростилась. • Программирование: появилось разнообразное программное обеспечение. Связь с пользователем осуществлялась посредством цветного графического дисплея с использованием языков высокого уровня. • Для ввода-вывода: гибкий и лазерный диски, много новых периферийных устройств.
1971 год Фирма INTEL (основанная в 1968 г. ) разработала микропроцессор 4004.
1973 год Фирма IBM сконструировала первый жёсткий диск типа винчестер.
1974 год Э. Робертс построил на базе процессора 8080 (1974 г. ) микрокомпьютер Альтаир, широко использовавшийся для домашнего применения.
1976 год С. Возняк и С. Джобс реализовали компьютер Apple-1.
1980 год Японские компании Sharp, Sanyo, Panasonic, Casio и американская фирма Tandy вынесли на рынок первый карманный компьютер, обладающий всеми основными свойствами больших компьютеров.
1981 год Фирма IBM выпустила первый персональный компьютер IBM PC на базе микропроцессора 8088.
1983 год Корпорация Apple Computers построила персональный компьютер Lisa, управляемый манипулятором мышь.
1984 год Корпорация Apple Computer выпустила компьютер Macintosh c удобной для пользователя операционной системой, развитыми графическими возможностями.
1989 год Американская фирма Poquet Computers Corporation представила новый компьютер класса Subnotebook — Pocket PC.
1989 год Фирма Intel выпустила микропроцессор Intel 486 DX. Поколение процессоров i 486 ознаменовало переход от работы на компьютере через командную строку к режиму "укажи и щелкни".
1990 год Выпуск и ввод в эксплуатацию векторноконвейерной супер ЭВМ "Эльбрус 3. 1". Разработчики — Г. Г. Рябов, А. А. Соколов, А. Ю. Бяков.
1993 год Фирма Intel выпустила микропроцессор Pentium, который научил компьютеры работать с атрибутами "реального мира" — такими, как звук, голосовая и письменная речь, фотоизображения.
1995 г. Фирма Intel выпустила микропроцессор Pentium Pro.
1997 год Фирма Intel выпустила микропроцессор Pentium II. Процессор дает пользователям возможность вводить в компьютер и обрабатывать цифровые фотоизображения, создавать и редактировать тексты, музыкальные произведения, сценки для домашнего кино, передавать видеоизображения по обычным телефонным линиям.
КОМПЬЮТЕРЫ ПЯТОГО ПОКОЛЕНИЯ Основной задачей разработчиков ЭВМ V поколения является создание искусственного интеллекта машины (возможность делать логические выводы из представленных фактов), развитие "интеллектуализации" компьютеров устранения барьера между человеком и компьютером. Компьютеры будут способны воспринимать информацию с рукописного или печатного текста, с бланков, с человеческого голоса, узнавать пользователя по голосу, осуществлять перевод с одного языка на другой. Это позволит общаться с ЭВМ всем пользователям, даже тем, кто не обладает специальных знаний в этой области. ЭВМ будет помощником человеку во всех областях.
Внутреннее устройство компьютера Каждая компьютерная система состоит из двух составляющих: аппаратного обеспечения и программного обеспечения. Аппаратное обеспечение – это физическая часть компьютера, т. е. то, что можно потрогать или увидеть. Однако без программного обеспечения оно вряд ли принесет какую-то пользу. Для эффективной работы вам потребуется и то, и другое. 52
Архитектура ЭВМ n Под архитектурой ЭВМ принято понимать совокупность общих принципов организации аппаратно-программных средств и их основных характеристик, определяющая функциональные возможности вычислительной машины при решении соответствующих типов задач. 53
Архитектура ЭВМ на принципах фон Неймана (1946 г) 54
Аппаратное обеспечение Ø Системный блок (та большая коробка, которая находится в основном в стоячем положении или у вас на столе, или под столом, сбоку от него и т. д. ), в нем располагаются все основные узлы компьютера. Ø Периферийные устройства (такие, как монитор, клавиатура, мышь, модем, сканер и пр. ) 55
Аппаратное обеспечение Системный блок В компьютере является «главным» . Если аккуратно открутить шурупы с его задней стенки, снять боковую панель и заглянуть внутрь, то лишь с виду его устройство покажется сложным. 56
Аппаратное обеспечение В системном блоке размещается следующие элементы: v блок питания; v накопитель на жестком магнитном диске (HDD); v накопитель на гибком магнитном диске (FDD); накопитель на компакт-диске (CD ROM); v накопитель на DVD-диске (DVD ROM); v разъемы для дополнительных устройств (порты); v системная плата (ее чаще называют материнской), которая в свою очередь содержит: ü микропроцессор; ü микросхемы памяти (ОЗУ, ПЗУ); ü звуковую, видео- и сетевую карты. 57
Аппаратное обеспечение С блоком питания все понятно – он питает энергией компьютер, чем выше его показатель мощности, тем лучше. 58
Аппаратное обеспечение Накопитель на жестком магнитном диске (HDD – hard disk drive) в простонародье называют «винчестером» . Емкость этого накопителя измеряется обычно в гигабайтах: от 10 Гб (на старых компьютерах) до 1, 5 Tб, а скорость операций зависит от частоты вращения (5400 – 10000 об/мин). В зависимости от типа соединения винчестера с материнской платой различают SATA и IDE. 59
Аппаратное обеспечение Накопители на оптических дисках: CD бывают разных диаметров (3, 5" и 5, 25") и емкостей, самые распространенные емкостью 640 -700 Мб. Бывает, что CD диски можно использовать для записи только 1 раз, тогда их называют R, а выгоднее использовать многократно перезаписываемые диски RW. 60
Аппаратное обеспечение Накопители на оптических дисках: DVD первоначально расшифровывалось как Digital Video Disk. Несмотря на название, на DVD-диски можно записывать всё что угодно, от музыки до данных, поэтому в последнее время всё чаще встречается и другая расшифровка этого названия – Digital Versatile Disk, в вольном переводе означающая «цифровой универсальный диск» . Главное отличие DVD-дисков от CDдисков это объём информации, который может быть записан на таком носителе. На DVD-диск может быть записано от 4. 7 до 13 и даже до 17 Gb. 61
Аппаратное обеспечение К персональному компьютеру могут подключаться и другие дополнительные устройства (мышь, принтер, сканер и прочее). Подключение производится через порты – специальные разъемы на задней панели. Порты бывают параллельные (LPT), последовательные (COM) и универсальные последовательные (USB). К последовательному порту подключается модем. К параллельному порту подключается принтер и выносной винчестер. USB-порт используется для подключения широкого спектра периферийных устройств от мыши до принтера. Также возможен обмен данными между компьютерами. 62
Аппаратное обеспечение Основные устройства компьютера (процессор, ОЗУ и др. ) размещены на материнской плате. 63
Аппаратное обеспечение Микропроцессор (проще, процессор) – центральный блок ПК, предназначенный для управления работой всех блоков машины и для выполнения арифметических и логических операций над информацией. Его главные характеристики – это разрядность (чем она выше, тем выше производительность компьютера) и тактовая частота (во многом определяет скорость работы компьютера). Уважают на рынке процессоры Intel Pentium и их конкурентов AMD Athlon. Процессоры Intel характеризуются высокой надежностью в работе, низким тепловыделением и совместимостью со всем программным и аппаратным обеспечением. AMD показывают большую скорость работы с графикой и играми, но менее надежны. 64
Сведения о процессорах http: //cpuboss. com/ 65
Аппаратное обеспечение Память компьютера бывает внутренней и внешней. К устройствам внешней памяти относятся уже рассмотренные HDD, FDD, CD-ROM, DVD-ROM. К внутренней памяти относится постоянное ЗУ (ПЗУ), оперативное ЗУ (ОЗУ), КЭШ. ПЗУ предназначено для хранения постоянной программной и справочной информации. ОЗУ обладает высоким быстродействием и используется процессором для кратковременного хранения информации во время работы компьютера. 66
Аппаратное обеспечение Звуковая, видео и сетевая карты могут быть как встроенными в материнскую плату, так и внешними. Внешние платы всегда можно заменить, тогда как, если из строя выйдет встроенная видеокарта, придется менять всю материнскую плату. Чем выше объем памяти видеокарты, тем лучше. 67
Периферийные устройства n предназначены для взаимодействия с пользователями ПК, другими ПК, прочими техническими устройствами, которые могут работать под управлением ПК или совместно с ПК. (все устройства кроме процессора и оперативной памяти). 68
n Различают устройства ввода и вывода информации. 69
УСТРОЙСТВА ВВОДА ИНФОРМАЦИИ переводят информацию с языка человека на машинный язык компьютера. n Мышь n Дигитайзер n Клавиатура n Сканер n Микрофон n
Устройства вывода информации переводят информацию с машинного языка в формы, доступные для человеческого восприятия. n Принтер n Монитор n
Аппаратное обеспечение Периферийные устройства Клавиатура компьютера состоит из 6 групп клавиш: Буквенно-цифровые; Управляющие – Enter, Backspace, Ctrl, Alt, Shift, Tab, Esc, Caps Lock, Num Lock, Scroll Lock, Pause, Print Screen); Функциональные – (F 1 - F 12); Цифровая клавиатура; Управления курсором – – >, <– , Page Up, Page Down, Home, End, Delete, Insert; Световые индикаторы функций – Caps Lock, Num Lock, Scroll Lock. 72
Аппаратное обеспечение Периферийные устройства Мышь (механическая, оптическая). Большинство программ используют две из трех клавиш мыши. Левая клавиша – основная, ей управляют компьютером. Она играет роль клавиши Enter. Функции правой клавиши зависят от программы. Часто она играет роль клавиши Esc. Посередине находится колесо прокрутки, к которому быстро привыкаешь. 73
Аппаратное обеспечение Периферийные устройства Монитор предназначен для отображения информации на экране. Наиболее часто в современных ПК используются жидкокристаллические мониторы LCD с разрешающей способностью (количеством точек, размещающихся по горизонтали и по вертикали на экране монитора) 1280× 1024, 1600× 1200 при передаче до 16, 8 млн. цветов. Размер экрана монитора от 19 до 22 дюймов по диагонали. 74
Аппаратное обеспечение Принтер предназначен для распечатки текста и графических изображений. Принтеры бывают матричные, струйные и лазерные. В матричных принтерах изображение формируется из точек ударным способом. Сейчас используются редко. 75
Что такое компьютер Аппаратное обеспечение Периферийные устройства Струйные принтеры в печатающей головке вместо иголок имеют тонкие трубочки – сопла, через которые на бумагу выбрасываются мельчайшие капельки чернил. Струйные принтеры выполняют и цветную печать смешением базовых цветов. Достоинство – высокое качество печати, недостаток – опасность засыхания чернил, высокая стоимость расходных материалов. 76
Что такое компьютер Аппаратное обеспечение Периферийные устройства В лазерных принтерах применяется электрографический способ формирования изображений. Лазерные принтеры обеспечивают наиболее высококачественную печать с высоким быстродействием. Широко используются цветные лазерные принтеры. 77
Аппаратное обеспечение Периферийные устройства Звуковые колонки выводят звук. Качество звучания зависит опять таки от мощности динамиков, материала, из которого изготовлены корпуса (предпочтительно дерево) и его объема, от наличия фазоинвертора (отверстие на передней панели) и количества полос воспроизводимых частот (высокие, средние и низкие динамики на каждой колонке). 78
Аппаратное обеспечение Периферийные устройства USB-накопители на флэш-памяти, стали самым универсальным средством переноса информации. Это миниатюрное устройство размером и весом меньше зажигалки. Оно имеет высокую механическую прочность, не боится электромагнитных излучений, жары и холода, пыли и грязи. Самая чувствительная часть накопителя – разъем, прикрыт колпачком. Благодаря интерфейсу USB накопитель можно подключить к любому современному компьютеру. 79
Аппаратное обеспечение Периферийные устройства Веб-камера нужна для ввода в компьютер динамического изображения и звука, чтобы, например, общаться нам с вами, создавать телеконференции. 80
Программное обеспечение – это «мозг» вашего компьютера, который определяет принципы работы аппаратного обеспечения. Без программного обеспечения аппаратное оказывается совершенно беспомощным. Чтобы обеспечить нормальную работоспособность компьютера, без программного обеспечения вам просто не обойтись. Именно программное обеспечение определяет «индивидуальные особенности» компьютера. Вам следует запомнить следующие положения: Ø Программное обеспечение – это инструкции, предписывающие компьютеру, что и как делать. Ø Программное обеспечение распространяется на дисках (дискетах или компакт-дисках), которые сами по себе программным обеспечением не являются. Программное обеспечение хранится на них, как музыка или видеофильмы. 81
Вопросы 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. 16. 17. 18. 19. 20. 21. По каким признакам можно разделять компьютеры на классы и виды? Как эволюционировала элементная база компьютеров от поколения к поколению? В какой последовательности возникали известные Вам языки программирования? Когда микрокомпьютеры стали доступны для широкого домашнего применения? Можете ли Вы связать понятия "яблоко", "гараж" и "компьютер"? На основе каких технических элементов создавались компьютеры первого поколения? Какую основную проблему перед разработчиками и пользователями выдвинул опыт эксплуатации компьютеров первого поколения? Какая элементная база характерна для второго поколения компьютеров? Какую функцию выполняет операционная система в процессе работы компьютера? На какой элементной базе конструируются машины третьего поколения? Из каких основных этапов состоит процесс изготовления микросхем? Для каких поколений компьютеров характерно широкое использование интегральных схем? Какое быстродействие характерно для машин четвёртого поколения? Что подразумевают под "интеллектуальностью" компьютеров? Какую задачу должен решать "интеллектуальный интерфейс" в машинах пятого поколения? Какими особенностями должны обладать промышленные компьютеры? Что такое операторский компьютерный интерфейс? По каким основным признакам можно отличить мэйнфреймы от других современных компьютеров? На какое количество пользователей рассчитаны мэйнфреймы? Какие идеи лежат в основе архитектуры суперкомпьютеров? 82 На каких типах задач максимально реализуются возможности суперкомпьютеров?
Скачать презентацию Технические средства обеспечения 2014 План n n
Аппаратное обеспечение компьютера.ppt