1) Технические средства информатизации – это совокупность систем, машин, приборов, механизмов, устройств и прочих видов оборудования, предназначенных для автоматизации различных технологических процессов информатики, причем таких, выходным продуктом которых является информация (данные), используемые для удовлетворения информационных потребностей в разных областях деятельности общества.

Все технические средства информатизации в зависимости от выполняемых функций можно разделить на шесть групп:

1. Устройства ввода информации:

- Текста

- Местоуказания (мышь, световое перо, трекбол, графический планшет, джойстик)

- Мультимедиа (графика (сканер и цифровая фотокамера), звук (магнитофон, микрофон), видео (веб-камера, видеокамера))

2. Устройства вывода информации:

- Текста (монитор);

- Мультимедиа (графика (принтер, плоттер), звук (наушники, акустические системы), видео (видеомагнитофон, видеокамера))

3. Устройства обработки информации:

- Микропроцессор

- Сопроцессор

4. Устройства передачи и приема информации:

- Модем

- Сетевая карта

5. Многофункциональные устройства:

- Устройства копирования

- Устройства размножения

- Издательские системы

6. Устройства хранения информации

Представление данных в ЭВМ.Любая инфа представляется в ЭВМ как последовтельность байтов.В самих байтах нет ничего что позволяет трактовать их как числа или данные др типа.В любом случае инфа кодируется ввиде положит,целых,двоичных чисел(записыв с помощью 2-х чисел- 0 и 1) Их интерпретация зависит оттого какая программа и какое совершается действие с ней на данный момент.Если в программе предусмотрена раб с числами то байты интерпрет как числа,если предполаг действие с текстовми данными-то как условные числовые коды.

2) История

Подробнее по этой теме см.: История вычислительной техники.

• 3000 лет до н. э. — в Древнем Вавилоне были изобретены первые счёты — абак.

• 500 лет до н. э. — в Китае появился более «современный» вариант абака с косточками на соломинках — суаньпань.

• 87 год до н. э. — в Греции был изготовлен «антикитерский механизм» — механическое устройство на базе зубчатых передач, представляющее собой специализированный астрономический вычислитель.

• 1492 год — Леонардо да Винчи в одном из своих дневников приводит эскиз 13-разрядного суммирующего устройства с десятизубцовыми кольцами. Хотя работающее устройство на базе этих чертежей было построено только в XX веке, всё же реальность проекта Леонардо да Винчи подтвердилась.

Суммирующая машина Паскаля

• XVI век — в России появились счёты, в которых было 10 деревянных шариков на проволоке.

• 1623 год — Вильгельм Шиккард, профессор университета Тюбингена, разрабатывает устройство на основе зубчатых колес («считающие часы») для сложения и вычитания шестиразрядных десятичных чисел. Было ли устройство реализовано при жизни изобретателя, достоверно не известно, но в 1960 году оно было воссоздано и проявило себя вполне работоспособным.

• 1630 год — Ричард Деламейн создаёт круговую логарифмическую линейку.

• 1642 год — Блез Паскаль представляет «Паскалину» — первое реально осуществлённое и получившее известность механическое цифровое вычислительное устройство. Прототип устройства суммировал и вычитал пятиразрядные десятичные числа. Паскаль изготовил более десяти таких вычислителей, причём последние модели оперировали числами с восемью десятичными разрядами.

• 1673 год — известный немецкий философ и математик Готфрид Вильгельм Лейбниц построил механический калькулятор, который выполнялумножение, деление, сложение и вычитание. Позже Лейбниц описал двоичную систему счисления и обнаружил, что если записывать определенные группы двоичных чисел одно под другим, то нули и единицы в вертикальных столбцах будут регулярно повторяться, и это открытие навело его на мысль, что существуют совершенно новые законы математики. Лейбниц решил, что двоичный код оптимален для системы механики, которая может работать на основе перемежающихся активных и пассивных простых циклов. Он пытался применить двоичный код в механике и даже сделал чертёж вычислительной машины, работавшей на основе его новой математики, но вскоре понял, что технологические возможности его времени не позволяют создать такую машину.^[4]

• Примерно в это же время Исаак Ньютон закладывает основы математического анализа.

• 1723 год — немецкий математик и астроном Христиан Людвиг Герстен на основе работ Лейбница создал арифметическую машину. Машина высчитывала частное и число последовательных операций сложения при умножении чисел. Кроме того, в ней была предусмотрена возможность контроля за правильностью ввода данных.

• 1786 год — немецкий военный инженер Иоганн Мюллер в ходе работ по усовершенствованию механического калькулятора на ступенчатых валиках Лейбница, придуманного его соотечественником Филиппом Хахном^[5], выдвигает идею «разностной машины» — специализированного калькулятора для табулирования логарифмов, вычисляемых разностным методом.

• 1801 год — Жозеф Мари Жаккар строит ткацкий станок с программным управлением, программа работы которого задается с помощью комплекта перфокарт.

• 1820 год — первый промышленный выпуск арифмометров. Первенство принадлежит французу Тома де Кальмару.

• 1822 год — английский математик Чарльз Бэббидж изобрёл, но не смог построить, первую разностную машину (специализированный арифмометр для автоматического построения математических таблиц) (см.: Разностная машина Чарльза Бэббиджа).

• 1840 год — Томас Фаулер (англ. Great Torrington) построил деревянную троичную счётную машину с троичной симметричной системой счисления.^[6][7]

• 1855 год — братья Георг и Эдвард Шутц (англ. George & Edvard Scheutz) из Стокгольма построили первую разностную машину на основе работ Чарльза Бэббиджа.

• 1876 год — русским математиком П. Л. Чебышевым создан суммирующий аппарат с непрерывной передачей десятков. В 1881 году он же сконструировал к нему приставку для умножения и деления (арифмометр Чебышёва).

• 1884—1887 годы — Холлерит разработал электрическую табулирующую систему, которая использовалась в переписях населения США 1890 и 1900 годов и Российской империи в 1897 году.

• 1912 год — создана машина для интегрирования обыкновенных дифференциальных уравнений по проекту русского учёного А. Н. Крылова.

Зал счётных машин «Computing Division»Казначейства США. 1920-е

• 1927 год — в Массачусетском технологическом институте (MIT) Вэниваром Бушем был разработан механический аналоговый компьютер.^[8]

• 1938 год — немецкий инженер Конрад Цузе вскоре после окончания в 1935 году Берлинского политехнического института построил свою первую машину, названную Z1. (В качестве его соавтора упоминается также Гельмут Шрейер (нем. Helmut Schreyer)). Это полностью механическая программируемая цифровая машина. Модель была пробной и в практической работе не использовалась. Её восстановленная версия хранится вНемецком техническом музее в Берлине. В том же году Цузе приступил к созданию машины Z2 (Сначала эти компьютеры назывались V1 и V2. По немецки это звучит «Фау1» и «Фау2» и чтобы их не путали с ракетами, компьютеры переименовали в Z1 и Z2).

Компьютер ЭНИАК

• 1941 год — Конрад Цузе создаёт первую вычислительную машину Z3, обладающую всеми свойствами современного компьютера.

• 1942 год — в Университете штата Айова Джон Атанасов и его аспирант Клиффорд Берри (англ. Clifford Berry) создали (а точнее — разработали и начали монтировать) первый в США электронный цифровой компьютер ABC. Хотя эта машина так и не была завершена (Атанасов ушёл в действующую армию), она, как пишут историки, оказала большое влияние на Джона Мокли, создавшего двумя годами позже ЭВМ ЭНИАК.

• Начало 1943 года — успешные испытания прошла первая американская вычислительная машина Марк I, предназначенная для выполнения сложных баллистических расчётов американского ВМФ.

• Конец 1943 года — заработала британская вычислительная машина специального назначения Colossus. Машина работала над расшифровкой секретных кодов фашистской Германии.

• 1944 год — Конрад Цузе разработал ещё более быстрый компьютер Z4, а также первый язык программирования высокого уровня Планкалкюль.

• 1946 год — создана первая универсальная электронная цифровая вычислительная машина ЭНИАК.

• 1950 год — группой Лебедева в Киеве создана первая советская электронная вычислительная машина.

• 1957 год — американской фирмой NCR создан первый компьютер на транзисторах.

• 1958 год — Н. П. Брусенцов с группой единомышленников построил первую троичную ЭВМ с позиционной симметричной троичной системой счисления«Сетунь».

3) Форм-фактор материнской платы — стандарт, определяющий размеры материнской платы для ПК, места ее крепления к корпусу; расположение на ней интерфейсов шин, портов ввода/вывода, сокета центрального процессора и слотов для оперативной памяти, а также тип разъема для подключения блока питания. В последних версиях форм-фактора определяются и требования и к системе охлаждения компьютера. При выборе комплектующих для ПК необходимо помнить, что корпус компьютера должен поддерживать форм-фактор материнской платы.

Материнская плата.

Материнская плата - печатная плата, на которой располагаются основные элементы компьютера: процессор, ПЗУ, ОЗУ, контроллеры периферийных устройств.

Компоненты классической канонической материнской платы (примерно 1989):

1. Центральный процессор

2. Математический сопроцессор (если он может быть необходим пользователю, или у центрального нет встроенного)

3. Контроллер базовой периферии (клавиатура, ISA-шина)

4. Контроллер памяти

5. Разъемы для модулей оперативной памяти

6. Базовая память

7. Микросхема ПЗУ с BIOS

8. Разъемы шины ISA

Компоненты современной материнской платы (примерно 1995. не баттхёртите: за прошедшее время мало что поменялось):

1. Центральный процессор

2. Северный мост контроллер памяти

3. Разъемы для модулей оперативной памяти

4. Южный мост контроллер периферии

5. Мультиконтроллер (Super I/O, Low Pin Count Input/Output)

6. Микросхема ПЗУ с BIOS

7. Генератор тактовых импульсов

8. Разъемы шин (PCI, AGP, SATA, USB и проч)

А теперь подробно про каждый важный элемент:

Контроллер памяти. Подключен через FSB шину к процессору, непосредственно подключен к выводам модулей ОЗУ, и к графическому адаптеру.

Типы блоков памяти (по способу "упаковки" микросхем памяти на плате и её подключения к материнской):

• никакой. Память спаяна прямо на материнской плате набором микросхем.

• SIMM (1990-е) (Single In-line Memory Module - односторонний модуль памяти). Память набрана на небольшой плате, количество контактов на которой варьируется (наиболее распространены 30 и 72). Адресация проводится по столбцам и строкам.

  • SIMM 30. 8-бит данных. 12 линий адреса.

  • SIMM 72. 32-бит шина данных. 12 линий адреса.

• DIMM (Dual In-line Memory Module - двусторонний модуль памяти). Грубо говоря — две объединенные SIMM-платы. У SIMM два ряда контактов (на лицевой и задней сторонах платы), но они объединены и передают одинаковые сигналы. У SIMM эти ряды контактов передают разные сигналы. Разливаются три стандарта, различные только скоростью работы с шиной.

  • DDR (Double Data Rate — двойная скорость данных). Работает на частотах от 100МГц до 200МГц.

  • DDR2. Отличие от DDR заключается в увеличенной вдвое частоте шины.

  • DDR3. Опять же увеличенная частота работы.

Контроллер периферии. В нем воплощены все возможные идеи коммуникации процессора с устройствами. Включает в себя:

• контроллер прерываний - прекрасная идея прерываний для быстрой обработки событий требует аппаратной поддержки - специального контроллера.

• контроллер шин

  • USB (Universal Serial Bus - универсальная последовательная шина). Последовательная шина с максимальной скоростью 33,5 Мбайт/с (рельная максимальная скорость для USB 2.0) или 600 Мбайт/с (максимальаня скорость для USB 3.0). Крайне популярная и используется для подсоединения многих переферийных устройств.

  • PCI (Peripheral component interconnect - связь периферийных компонентов). Существуют около тысячи 12 версий, различающихся не только протоколом работы, но и физически не совместимые друг с другом. Основные параметры: 66,66МГц, шина адреса и данных объединены (разделением занимается контроллер периферии). Распайка здесь.

  • I²C (или IIC - Inter-Integrated Circuit - объединение интегральных схем) - двухпроводная шина данных для коммуникации низкоскоростных устройств.

  • Super I/O (LPC) - с помощью контроллер периферии связывается с чипом Super I/O.

  • SATA (Serial AT Attachment - Последовательное подсоединение AT). Три сущетвующие версии шины в основном меняют только скорость передачи данных: до 6Гбит/с.

• контроллер ПДП (прямой доступ к памяти). Почти все шины используют ПДП для передачи своих данных процессору через память.

• часы - хранят время и дату системы.

• систему управления питанием. Во времена DOS пользователь мог в любое время отключить компьютер - эта функция напрямую обслуживалась безмозглым блоком питания. В 1992 году появилась APM (Advanced Power Management - улучшенноеуправление питания), программная часть которой находилась в BIOS и основной целью её работы было отключение жесткого диска экономия электроэнергии. В 1996 году появилась система ACPI (Advanced Configuration and Power Interface -усовершенствованный интерфейс конфигурации и управления питанием), которая позволила ОС через драйвер полностью управлять энергопотреблением.

• CMOS BIOS. ПЗУ с данными BIOS о конфигурации компьютера: количестве и параметрами приводов и проч.

• звуковой контроллер

Мультиконтроллер. Подключен к контроллеру переферии по LPC (Low Pin Count - по названию устройства) шине. Предназначен для управления периферии, работающей поустаревшими низкоскоростым шинам: LPT, COM, PS/2, PATA IDE, Floppy, IR (InfraRed - инфракрасный порт). Так же могут быть включен аналого-цифровой преобразователь для обработки данных с датчиков напряжений, тахометров (датчики, вычисляющие количество оборотов в еденицу времени) вентиляторов, тепловых датчиков.

• LPT (Line Print Terminal, Line Printer)- простейший коммуникационный порт, в котором передаются только данные и только от компьютера в переферийное устройство.

• COM (Communication - коммуникационный) двунаправленная последовательная шина. Стандартами различаются RS-232, RS-422, RS-485. Они различаются логичесими уровнями, т.е. определенными значениями напряжения, которые кодируют информацию (0 или 1).

• PS/2 - интерфейс для подключения клавиатур и мышей (одна из вещей оставшихся от провалившейсч модели IBM PS/2). К сожалению уступает место USB.

• IDE, ATA, PATA - (Integrated Drive Electronics - электроника в приводе, AT Attachment - подсоединение AT, PATA, новое название PATA - Parallel ATA) Параллельная шина для подключения жестких дисков и оптических проводов. Основные параметры: 16 бит данных, 3 бита адреса (а больше и не надо). Распайка здесь.

• Floppy-шина. Неизвестно почему не имеет своего названия.

Генератор тактовых импульсов. Множество шин и устройств современного компьютера работают на разных частотах. С раздачей сигналов справляется маленькая микросхема генератора тактовых импульсов. К ней подключен только кварцевый кристалл на 14,3МГц.  Все остальным частоты она получает путем деления или умножения частот элементами, размещенными в микросхеме генератора.

Современные тенденции

1. Размещать контроллер памяти сразу на одном кристалле с процессором. В этом случае отпадает необходимость в тяжелой FSB, однако увеличает количество элементов на кристалле (следовательно и цену), а так же ограничивает типы используемых блоков ОЗУ.

2. Использование чипов в корпусе BGA (Ball grid array - массив шариков), когда контакты микросхемы расположены в нижней части корпуса и соединены «шариками» с дорожками платы. Это снижает размер платы, однако становится труднее уловить нарушение контакта (а уж тем более, его восстановить).

3. Называть "контроллер памяти" - "северным мостом", а "контроллер периферии" - "южным мостом". Эти названия отражают суть элементов чуть менее чем никак, зато позволяют запомнить расположение на стандартной Intel'овской блок-схеме.

4)  Шиной (Bus) называется вся совокупность линий (проводников на материнской плате), по которым обмениваются информацией компоненты и устройства ПК. Шина предназначена для обмена информацией между двумя и более устройствами. Шина, связывающая только два устройства, называется портом.

   Шина имеет места для подключения внешних устройств — слоты, которые в результате становятся частью шины и могут обмениваться информацией со всеми другими подключенными к ней устройствами.

   Шины в ПК различаются по своему функциональному назначению:

• системная шина (или шина CPU) используется микросхемами Chipset для пересылки информации к CPU и обратно;

• шина кэш-памяти предназначена для обмена информацией между CPU и кэш-памятью;

• шина памяти используется для обмена информацией между оперативной памятью RAM и CPU;

• шины ввода/вывода информации подразделяются на стандартные и локальные.

   Локальная шина ввода/вывода — это скоростная шина, предназначенная для обмена информацией между быстродействующими периферийными устройствами (видеоадаптерами, сетевыми картами, картами сканера и др.) и системной шиной под управлением CPU. В настоящее время в качестве локальной шины используется шина PCI. Для ускорения ввода/вывода видеоданных и повышения производительности ПК при обработке трехмерных изображений корпорацией Intel была разработана шина AGP (Accelerated Graphics Port).

   Стандартная шина ввода/вывода используется для подключения к перечисленным выше шинам более медленных устройств (например, мыши, клавиатуры, модемов, старых звуковых карт). До недавнего времени в качестве этой шины использовалась шина стандарта ISA. В настоящее время — шина USB.

   Шина имеет собственную архитектуру, позволяющую реализовать важнейшие ее свойства — возможность параллельного подключения практически неограниченного числа внешних устройств и обеспечение обмена информацией между ними. Архитектура любой шины имеет следующие компоненты:

• линии для обмена данными (шина данных);

• линии для адресации данных (шина адреса);

• линии управления данными (шина управления);

• контроллер шины.

   Контроллер шины осуществляет управление процессом обмена данными и служебными сигналами и обычно выполняется в виде отдельной микросхемы либо в виде совместимого набора микросхем — Chipset.

   Шина данных обеспечивает обмен данными между CPU, картами расширения, установленными в слоты, и памятью RAM. Чем выше разрядность шины, тем больше данных может быть передано за один такт и тем выше производительность ПК. Компьютеры с процессором 80286 имеют 16-разрядную шину данных, CPU 80386 и 80486 — 32-разрядную, а компьютеры с CPU семейства Pentium — 64-разрядную шину данных.

   Шина адреса служит для указания адреса к какому-либо устройству ПК, с которым CPU производит обмен данными. Каждый компонент ПК, каждый регистр ввода/вывода и ячейка RAM имеют свой адрес и входят в общее адресное пространство PC. По шине адреса передается идентификационный код (адрес) отправителя и (или) получателя данных.

   Шина управления передает ряд служебных сигналов: записи/считывания, готовности к приему/передаче данных, подтверждения приема данных, аппаратного прерывания, управления и других, чтобы обеспечить передачу данных.