Курс лекций информатика

решения, планово-экономических задач, управления различными производственно - технологическими процессами и т. д.

Были созданы различные по назначению и возможностям полупроводниковые ЭВМ такие как БЭСМ-4, «Урал-16», «Минск-32», М- 222, «Мир», «Наири» и многие другие. Производительность этих ЭВМ не превышала 50—100 тыс. оп/с, а емкость основной памяти — 32 тысячи машинных слов.

3-е поколение (1965-1970 гг.). Смена поколений вновь была обусловлена обновлением элементной базы. Вместо транзисторов в различных узлах ЭВМ стали использоваться интегральные микросхемы.

Применение микросхем не только повысило производительность ЭВМ, но и снизило их габариты и стоимость. Появились сравнительно недорогие мини-ЭВМ. Они активно использовались для управления различными технологическими производственными процессами в системах сбора и обработки информации. В ЭВМ третьего поколения была достигнута производительность в несколько миллионов операций в секунду, а емкость основной памяти — в несколько сотен Кбайт.

Одновременно с активными разработками в области аппаратных и архитектурных решений растет удельный вес разработок в области технологий программирования. В это время активно разрабатываются теоретические основы методов программирования, компиляции, баз данных, операционных систем и т. д. Создаются прикладные программы для самых различных областей жизнедеятельности человека. В них была формализована значительная часть знаний по математике, физике, различным инженерным дисциплинам, организации производства, технологии и т.д.

Отличительной особенностью ЭВМ третьего поколения стала возможность их работы в мультипрограммном режиме, при котором за счет организации параллельной работы основных устройств ЭВМ обеспечивается одновременное выполнение программ различных пользователей, повышается эффективность использования ЭВМ и

72

уменьшаются возможные простои дорогостоящего оборудования. Начиная с ЭВМ третьего поколения в широких масштабах проводится работа по унификации и стандартизации технических и программных средств, создаются семейства (ряды) ЭВМ, представляющие собой единую систему. Для этой цели в 1969 г. нашей страной было заключено соглашение о сотрудничестве с рядом европейских стран в области вычислительной техники, которое обеспечило разработку и производство Единой системы ЭВМ (ЕС ЭВМ) и системы малых ЭВМ (СМ ЭВМ). Примерами таких семейств были серия IBM System 360 и отечественный аналог - ЕС ЭВМ.

4-е поколение (1970-1984 гг.). Очередная смена элементной базы привела к смене поколений,- при разработке ЭВМ стали использоваться большие интегральные схемы. Высокая степень интеграции, т.е. создание больших и сверхбольших интегральных схем, содержащих до миллиона компонентов на кристалл, способствовала дальнейшему увеличению плотности компоновки электронной аппаратуры, повышению ее надежности, увеличению быстродействия и снижению стоимости. Производительность ЭВМ четвертого поколения достигла десятков и сотен миллионов операций в секунду, а объем основной памяти — десятков Мбайт. При такой высокой степени интеграции элементов стало возможным создание функционально полной ЭВМ малых габаритов – персонального компьютера. Дальнейшая история компьютеров тесно связана с развитием микропроцессорной техники.

В 1975 г. на основе процессора Intel 8080 был создан первый массовый компьютер Альтаир. Одну из первых моделей ПК придумали в 1979 г. Стив Возняк и Стивен Джобс, которая послужила прототипом Аррlе. К концу 70-х гг., благодаря усилиям фирмы Intel, разработавшей микропроцессоры Intel 8086 и Intel 8088, возникли предпосылки для улучшения вычислительных и эргономических характеристик компьютеров, послуживших росту их популярности. Работа с программным обеспечением стала более дружественной, что повлекло за собой значительный рост количества пользователей.

73

С 1982 г. во многих странах ведутся работы по созданию ЭВМ пятого поколения . Их основой является ориентация не на обработку данных, а на обработку знаний. Ученые уверены в том, что обработка знаний, свойственная только человеку, может вестись и компьютером с целью решения поставленных проблем и принятия адекватных решений. Идеи, лежащие в основе этих проектов, принципиально отличаются от концепции построения ЭВМ предыдущих поколений. В состав ЭВМ пятого поколения должны войти системы решения задач логического мышления, которые обеспечат возможность самообучения машин, ассоциативной обработки информации и получения логических выводов. Вследствие этого они смогут обрабатывать и нечетко поставленные задачи. Взаимодействие человека и ЭВМ станет простым и естественным.

3.3.2. Современная классификация компьютеров

Все многообразие выпускаемых компьютеров можно классифицировать по нескольким признакам.

Во-первых, по аппаратным особенностям: а) по количеству процессоров:

-однопроцессорные;

-многопроцессорные. б) по принципу построения:

-с открытой архитектурой;

-с закрытой архитектурой.

Среди компьютеров с открытой архитектурой выделяют отдельную группу IBM-совместимых компьютеров, которые используют единую систему команд процессора и, таким образом, единое программное обеспечение.

Во-вторых, по использованию в сети:

-сетевые;

-автономные.

В-третьих, по целевому назначению:

74

-общего назначения;

-специализированные.

В-четвертых, по количеству одновременно работающих пользователей:

-персональные;

-коллективного пользования.

Персональные компьютеры позволяют работать в единицу времени только одному пользователю, а компьютеры коллективного пользования позволяют нескольким пользователям одновременно использовать его аппаратные ресурсы, например, серверы.

Персональные компьютеры в свою очередь классифицируются по типу используемого процессора.

По степени мобильности ПК подразделяют на стационарные и портативные (переносные), по месту использования – на домашние и профессиональные.

Настольные ПК общего назначения - самая большая категория, предназначенная для решения разнообразных прикладных задач большинства пользователей.

В отличие от предыдущей классификации компьютеров, существует классификация персональных компьютеров «PC 99 System Design Guide», созданная Intel и Microsoft. В соответствии с этой спецификацией современные компьютеры предложено разделять на следующие категории:

•Consumer PC (потребительский ПК);

•Office PC (ПК для использования в офисе);

•Entertainment PC (ПК развлекательного назначения);

•Mobile PC (мобильный ПК);

•Workstatom PC (рабочая станция).

Среди специализированных компьютеров в особые группы выделяют суперкомпьютеры и кластерные системы.

Высокий уровень мощности суперкомпьютеров определяется успехами быстро развивающейся микроэлектроники и принципиально

75

новыми концепциями в их архитектуре. Среди областей применения суперкомпьютеров: метеорология; аэродинамика; сейсмология; различные военные исследования; атомная и ядерная физика; физика плазмы; математическое моделирование сплошных сред. Основная причина использования суперкомпьютеров в данных областях заключается в возможности моделирования сложных процессов в реальном времени, с бесконечным числом обрабатываемых данных, за счет степени увеличения объема арифметических вычислений. Производительность суперкомпьютеров измеряется в миллионах операций с «плавающей точкой» в секунду, так называемых, «мегафлопах». Операции с плавающей точкой требуют дополнительных операций преобразования для реализации двоичных вычислений.

Кластерная система представляет собой объединение машин, являющегося единым целым для операционной системы, системного программного обеспечения, прикладных программ и пользователей. Кластерные системы в последнее время получили широкое распространение, так как обеспечивают высокую степень отказоустойчивости за счет возможности мгновенно автоматически перейти с вышедшего из строя узла на работающий. Практической областью применения кластерных систем может служить реализация технологии параллельных баз данных. При этом большое число процессоров разделяет доступ к одной базе данных, что позволяет достичь высокого уровня пропускной способности транзакций и поддерживать быструю работу большого числа одновременно работающих пользователей.

3.4.Контрольные вопросы

1.Каковы принципы построения аналоговых вычислительных машин?

2.Приведите примеры использования аналоговых вычислительны систем.

76

3.В чем принципиальное отличие цифровых вычислительных систем от аналоговых?

4.Какие принципы положены в основу машин «фон Неймана»?

5.Что такое канал ввода-вывода? В чем различие селекторного и мультиплексного каналов?

6.Какие устройства входят в состав ЭВМ? Укажите их состав и назначение.

7.Какие принципы используются в работе оперативной памяти ЭВМ?

8.Назовите основные компоненты процессора.

9.Каков алгоритм функционирования процессора?

10.Каково назначение системы прерываний?

11.Что представляет собой система управления прямым доступом?

12.В чем заключается принцип «открытой архитектуры»?

13.Укажите элементную базу ЭВМ различных поколений.

14.Дайте классификацию ЭВМ по поколениям.

15. Когда был создан первый персональный компьютер?

16.По каким признакам классифицируются ПК?

77

Глава 4. Основные сведения о персональных компьютерах

4.1.Состав персонального компьютера

Персональные компьютеры настольного исполнения конструктивно оформлены в виде системного блока к которому подключены внешние (периферийные) устройства, такие как монитор, клавиатура, мышь и др.

Состав ПК настольного исполнения

Рис. 7

В некоторых моделях персональных компьютеров системный блок и монитор объединяют в единое целое (моноблок), как, например, в персональных компьютерах фирмы Макинтош.

Внешний вид мобильных ПК

Рис. 8

78

Мобильные персональные компьютеры имеют еще большую степень интеграции устройств – здесь все устройства, входящие в его состав размещены в едином блоке.

4.2.Корпус системного блока

Вкорпусе системного блока настольного персонального компьютера располагаются:

блок (источник) питания;

приводы накопителей;

материнская (системная) плата с платами расширения.

Блок питания, обычно, поставляется вместе с корпусом системного блока, для которого он предназначен. Мощность источника питания компьютера должна полностью или, даже, с некоторым запасом обеспечивать энергопотребление всех подключенных к нему устройств. Чем больше устройств может быть установлено в системный блок, тем большую мощность должен иметь блок питания. По вырабатываемым номиналам напряжения и конструктивным особенностям выделяют блоки питания для AT-корпусов и блоки для ATX-корпусов. AT-блоки вырабатывают +5В, -5В, +12 и -12В постоянного тока и подключаются к материнской плате при помощи двух одинаковых шестиконтактных разъемов. ATX-блоки, помимо перечисленных выше номиналов, вырабатывают также напряжение 3,3В и подключаются к материнской плате через один 20-контактный разъем.

Монтажные места, или отсеки для накопителей могут быть двух типов — с внешним и внутренним доступом. Доступ к накопителям, смонтированным в установочные места с внутренним доступом, может осуществляться только при открытой крышке корпуса системного блока. Доступ к накопителям с внешним доступом осуществляется с внешней стороны корпуса. В настоящее время используются два типоразмера накопителей: 5,25 дюйма и 3,5 дюйма.

79

Рабочее положение корпуса может быть разное. В зависимости от рекомендуемого их подразделяют на горизонтальные и вертикальные.

К горизонтальным относятся корпуса типа desktop (настольный), small-footprint (низкопрофильный), slimline (тонкий) и superslimline (сверхкомпактный). Системная плата в этих корпусах также располагается горизонтально.

Корпуса с вертикальным расположением напоминают по внешнему виду башню и обычно представлены тремя разновидностями: mini-tower, midi-tower и big-tower (от английского малая, средняя, большая башня — tower), отличающимися друг от друга количеством отсеков с внешним доступом (2, 3, 4 и более), габаритами и мощностью установленного блока питания, а следовательно, возможностями установки дополнительных плат расширения и приводов накопителей.

4.3.Материнская плата

Основным узлом, определяющим состав и возможности компьютера,

является системная (материнская) плата (от англ. motherboard). На ней обычно размещаются:

процессор;

оперативная память;

ПЗУ с базовой системой ввода/вывода (BIOS);

набор управляющих микросхем (chipset);

CMOS (память для хранения данных об аппаратных настройках) и аккумулятор для ее питания;

разъемы или слоты (slot) расширения,

разъемы для подключения интерфейсных кабелей дисковых накопителей, последовательного и параллельного портов, инфракрасного порта (IrDa), универсальной последовательной шины (USB), мыши, клавиатуры;

разъемы питания.

80

4.3.1. Набор микросхем системной логики

Набор микросхем системной логики (chipset, чипсет), предназначен для организации взаимодействия всех подсистем персонального компьютера. Современные чипсеты, обладая высокой степенью интеграции, чаще всего представляют собой две микросхемы (северный и южный мосты) в которых реализованы контроллеры, обеспечивающие работу и взаимодействие основных подсистем компьютера.

Набор микросхем системной логики ПК

Рис. 9

Микросхема северного моста обеспечивает работу с наиболее скоростными подсистемами. Северный мост содержит контроллер системной шины, посредством которого происходит взаимодействие с процессором, контроллер памяти, осуществляющий работу с системной памятью, контроллер графической шины AGP, обеспечивающий взаимодействие с графической подсистемой, и, наконец, контроллер шины связи с южным мостом (PCI-шины в классическом понимании).

Южный мост обеспечивает работу с более медленными компонентами системы и периферийными устройствами и включает в себя:

81