Особенности конструктивного исполнения и функционального применения персональных ЭВМ

  Содержание

 

 

Введение ........................................................................................... стр. 2

 

История создания персонального  компьютера .................... стр. 3 Основные блоки в составе персонального компьютера ......  стр. 4

Логическое устройство компьютера ..................................... стр. 5

Внешние устройства компьютера ......................................... стр. 7

Особенности применения персональных компьютеров ....... стр. 8

 

Список использованной литературы ............................................. стр. 10

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение  

 

Современное  общество  живет  в период  огромного  роста  объемов  информационных  потоков  во  всех  сферах  человеческой  деятельности.  Требования  к  своевременности,  достоверности и  полноте  информации  постоянно повышаются. Только на основе  своевременного  пополнения,  накопления,  переработки  информации  возможно рациональное управление и обоснованное  принятие решений. С созданием Электронно-Вычислительных Машин  появилась  реальная  возможность  переложить  на  них  трудоемкие  операции,  что  коренным  образом  изменило  технологию  производства, повысило  производительность  и  условия  труда.  Сейчас  трудно  представить  какую-либо  область,  где   не использовался бы  компьютер.  Но  для того,  чтобы уметь эффективно его использовать, необходимы  элементарные  знания  об  его устройстве.  Поэтому в данной  курсовой  работе  излагаются  сведения  об  устройствах,  входящих  в персональный  компьютер.  В  практической  части  курсовой  работы  показаны  примеры  применения  ПЭВМ  для  простейших  расчетов. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Слово “компьютер” означает “вычислитель”, т.е. устройство для  вычислений. Потребность в автоматизации  обработки данных, в т.ч. вычислений, возникла очень давно. В 1642г. Блез Паскаль изобрел устройство, механически выполняющее сложение чисел, а в 1673г. Готфрид Вильгейм Лейбниц сконструировал арифмометр, позволяющий механически выполнять 4 арифметических действия. Начиная с XIX в. арифмометры получили довольно широкое применение. Но многие расчеты производились очень медленно, так как выбор выполняемых действий и запись результатов производились человеком, а скорость его работы весьма ограничена. Но в первой половине XIX в. английский математик Чарльз Бэббидж попытался построить универсальное вычислительное устройство - аналитическую машину, которая должна была выполнять вычисления без участия человека. Бэббидж разработал основные идеи, и в 1943г. на основе его работ американец Говард Эйкен смог построить  на одном из предприятий фирмы IBM такую машину под названием “Марк-1”. Примерно в это же время, в 1941г., немецкий инженер Конрад Цузе построил аналогичную машину. И т.к. потребность в автоматизации вычислений постоянно росла, к созданию машин типа построенных Эйкеном и Цузе одновременно подключилось несколько групп исследователей. А в 1945г. 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 1949г. английским исследователем Морисом Уилксом. С той поры компьютеры стали гораздо более мощными. И хотя схема их устройства несколько отличается (в частности, арифметическо-логическое устройство и устройство управления, как правило, объединены  в единое устройство - центральный процессор; также процесс выполнения программ  может прерываться для выполнения неотложных действий, связанных с поступившими сигналами от внешних устройств компьютера - прерываний), но подавляющее большинство современных компьютеров сделано в соответствии с теми принципами, которые изложил в своем докладе Джон фон Нейман.

В борьбе за покупателей  фирмы, производившие компьютеры и  электронное оборудование для них, стремились сделать свою продукцию  быстрее, компактнее и дешевле. Благодаря  достижениям современной технологии на этом пути были достигнуты поистине впечатляющие результаты.

Первый шаг к уменьшению размеров компьютеров стал возможен с изобретением в 1948г. транзисторов - миниатюрных электронных приборов, которые смогли заменить в компьютерах электронные лампы. Единственная часть компьютера, где транзисторы не смогли заменить электронные лампы, - это блоки памяти, но там вместо ламп стали использовать изобретенные к тому времени схемы памяти на магнитных сердечниках. Также был подготовлен еще один шаг к миниатюризации компьютеров - были изобретены интегральные схемы. В 1958г. Джек Килби придумал, как на одной пластине полупроводника получить несколько транзисторов. В 1959г. Роберт Нойс 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. И в 1968г. фирма Burroughs выпустила первый компьютер на интегральных схемах, а в 1970г. фирма Intel начала продавать интегральные схемы памяти. В том же году был сделан еще один важный шаг на пути к персональному компьютеру - Маршиан Эдвард Хофф сконструировал интегральную схему, аналогичную по своим функциям центральному процессору большой ЭВМ. Так появился первый микропроцессор.

Распространение персональных компьютеров к концу 70-х годов  привело к некоторому снижению спроса  на большие ЭВМ и мини-ЭВМ. В  августе 1981г. новый компьютер под  названием IBM PC был официально представлен  публике и вскоре после этого он приобрел большую популярность у пользователей.  Фактически IBM PC стал стандартом персонального компьютера. Сейчас такие компьютеры (совместимые с IBM PC) составляют около 90% всех производимых в мире персональных компьютеров. Огромным преимуществом этих компьютеров было то, что 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, называемый принципом открытой архитектуры, наряду с другими достоинствами обеспечил потрясающий успех компьютеру IBM PC.

На основной электронной  плате компьютера IBM PC (системной, или  материнской, плате) размещены только те блоки, которые осуществляют обработку  информации. 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.

 

Обычно персональные компьютеры состоят из трех блоков: системного блока; клавиатуры, позволяющей  вводить символы в компьютер; монитора (или дисплея) - для изображения  текстовой и графической информации. Компьютеры выпускаются также в портативном варианте - в “наколенном” (лэптор) или “блокнотном” (ноутбук) исполнении. Хотя из этих частей компьютера системный блок выглядит  наименее эффектно, именно он является в компьютере “главным”. В нем располагаются все основные узлы компьютера:

- электронные схемы,  управляющие работой компьютера (микропроцессор, оперативная память, контроллеры устройств и т.д.);

- блок питания, преобразующий  электропитание сети в постоянный  ток низкого напряжения, подаваемый на электронные схемы компьютера;

- 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).

К системному блоку компьютера можно подключать различные устройства ввода-вывода информации, расширяя тем  самым его функциональные возможности. Многие устройства подсоединяются через  специальные гнезда (разъемы), находящиеся обычно на задней стенке системного блока компьютера. Кроме монитора и клавиатуры, такими устройствами являются:

- принтер - для вывода  на печать текстовой и графической  информации;

- мышь - устройство, облегчающее ввод  информации в компьютер;

- джойстик - манипулятор в виде укрепленной на шарнире ручки с кнопкой, употребляющийся в основном для компьютерных игр;

а также другие устройства.

Подключение этих устройств выполняется  с помощью специальных проводов (кабелей). Для защиты от ошибок разъемы  для вставки этих кабелей сделаны разными, так что кабель просто не воткнется в неподходящее гнездо. Некоторые кабели (например, для подсоединения монитора или принтера) закрепляются помощью винтов.

Отдельные устройства могут вставляться  внутрь системного блока компьютера, например:

- модем - для обмена информацией  с другими компьютерами через  телефонную сеть;

- факс-модем - сочетает возможности  модема и телефакса;

- стример - для хранения данных  на магнитной ленте.

Другие устройства, например, многие разновидности сканеров (приборов для ввода рисунков и текстов в компьютер), используют смешанный способ подключения: в системный блок компьютера вставляется только электронная  плата (контроллер), управляющая работой устройства, а само устройство подсоединяется к этой плате кабелем.

 

Логическое устройство компьютера

Микропроцессор.

Самым главным элементом в компьютере, его “мозгом”, является микропроцессор - небольшая (в несколько сантиметров) электронная схема, выполняющая  все вычисления и обработку информации. Микропроцессор умеет производить сотни различных операций и делает это со скоростью в несколько десятков или даже сотен миллионов операций в секунду, которая во многом определяет быстродействие компьютера. Он осуществляет выполнение программ, работающих на компьютере, и управляет работой остальных устройств компьютера. Микропроцессоры отличаются друг от друга и типом (моделью) и тактовой частотой. Одинаковые модели микропроцессоров могут иметь разную тактовую частоту - чем она выше, тем выше производительность компьютера.

Тактовая частота указывает, сколько  элементарных операций (тактов)  микропроцессор выполняет в одну секунду, и измеряется в мегагерцах (Мгц). (Разные модели микропроцессоров выполняют одни и те же операции за разное число тактов. Чем выше модель микропроцессора, тем, как правило, меньше тактов требуется для их выполнения.)

Сопроцессор.

В тех случаях, когда на компьютере приходится выполнять много математических вычислений, к основному микропроцессору  добавляют математический сопроцессор. Если микропроцессор не содержит специальных команд для работы с числами с плавающей точкой, то при проведении расчетов с вещественными числами каждая операция над ними моделируется с помощью нескольких десятков операций микропроцессора. Это сильно снижает эффективность применения компьютера для научных вычислений, при использовании машинной графики и для других применений с интенсивным использованием чисел с плавающей точкой. Поэтому в этих случаях следует использовать компьютеры с установленным математическим сопроцессором. Наличие сопроцессора может увеличить скорость выполнения операций с плавающей точкой в 5-15 раз. (Микропроцессоры Intel-80486DX и Pentium сами поддерживают операции с плавающей точкой, поэтому при их использовании математический сопроцессор не требуется.)

Оперативная память.

Следующим очень важным элементом  компьютера является оперативная память. Именно из нее процессор и сопроцессор  берут программы и исходные данные для обработки, в нее они записывают полученные результаты. Название “оперативная” эта память получила потому, что 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 (за некоторыми исключениями). Емкость оперативной памяти в ПЭВМ измеряется в Килобайтах и Мегабайтах. Иногда адресное пространство увеличивается до Гигабайта. В наиболее распространенных конфигурациях ПЭВМ емкость оперативной памяти составляет 1-16 Мбайт. В оперативной памяти обычно выделяется область, называемая стеком. Обращение к стековой памяти возможно только в той ячейке, которая адресуется указателем стека. Стек удобен при организации прерываний и обращении к подпрограммам.

Для достаточно быстрых компьютеров  необходимо обеспечить быстрый доступ к оперативной памяти, иначе микропроцессор будет простаивать  и быстродействие компьютера уменьшится. Для этого  такие компьютеры могут оснащаться кэш-памятью, т.е. “сверхоперативной” памятью относительно небольшого объема (обычно от 64 до 256 Кбайт), в которой хранятся наиболее часто используемые участки оперативной памяти. Кэш-память располагается “между” микропроцессором и оперативной памятью, и при обращении микропроцессора к памяти сначала производится поиск нужных данных в кэш-памяти. Поскольку время доступа к кэш-памяти в несколько раз меньше, чем к обычной памяти, а в большинстве случаев необходимые микропроцессору данные содержатся в кэш-памяти, среднее время доступа к памяти уменьшается.

Постоянная память является энергонезависимой и используется для хранения системных программ, в частности, базовой системы  ввода-вывода, вспомогательных программ и т.п. Программы, хранящиеся в постоянной памяти, предназначены для постоянного использования микропроцессором.

Контроллеры и шина.

Чтобы компьютер мог  работать, необходимо, чтобы в его  оперативной памяти находились программа  и данные, которые попадают туда из различных устройств компьютера - клавиатуры, дисководов для магнитных дисков и т.д. Обычно эти устройства называют внешними, хотя некоторые из них могут находиться не снаружи компьютера, а встраиваться внутрь системного блока. Результаты выполнения программ также выводятся на внешние устройства - монитор, диски, принтер и т.д.