Понятие и признаки персонального компьютера

ВВЕДЕНИЕ

На данный момент существует необходимость обрабатывать огромное количество информации. Для сбора, хранения, использования и распространения  такого количества информации необходимо специальное устройство. Таким устройством  является компьютер.

Первоначальный компьютер  предназначался для выполнения сложных  однообразных вычислений. История современной  вычислительной техники насчитывает  чуть более полувека, но первым механическим компьютером считают абак, упоминание о нём встречается ещё до новой  эры. Этот компьютер имел память –  костяшки на счетах, а для сложения и вычитания «использовался»  человек, он производил вычисления, двигая костяшки. Поразрядное сложение, как  сложение в столбик, на счетах выполнять  удобнее, чем в уме, поэтому они  не утратили своей вычислительной «мощи» и по сей день.

Однако по прошествии нескольких веков человечество сделало большой шаг в развитии ЭВМ. От компьютеров, которые весили тонны, до персональных настольных компьютеров.

Благодаря способностям обрабатывать большой объем информации, компьютер  существенно увеличивает свободу  мыслительной деятельности. Следовательно, важнейшей сущностной характеристикой  компьютерных технологий становится не столько ускорение процесса обработки  различной информации, сколько возможность  существенного расширения масштабов  творческой деятельности человека. Человек  впервые получил возможность, конструировать виртуальный мир, выбирая для  себя те варианты преобразования реального  мира, которые наиболее соответствуют  его реальным потребностям. Поэтому  можно говорить о том, что компьютер  характеризует переход человечества на качественно новую ступень  развития. Как известно, в наши дни  не возможно обойтись без этого устройства, поэтому данная тема является актуальной.

Актуальность также заключается  в том, что проблема классификации  ЭВМ имеет важное место в наше время. Основы классификации можно  решать по-разному, в зависимости  от того, для кого данная классификация  создается и на решение какой  задачи направлена. В связи с этим используется деление компьютеров  на большие ЭВМ, суперЭВМ, малые ЭВМ, супермини-ЭВМ, микроЭВМ, персональные компьютеры. Объектом исследования является компьютер. Предметом исследования является классификация ЭВМ.

1. Классификация компьютеров.

Компьютер (англ. computer — вычислитель) представляет собой программируемое электронное устройство, способное обрабатывать данные и производить вычисления, а также выполнять другие задачи манипулирования символами .

Термин «компьютер» является синонимом аббревиатуры «ЭВМ» (электронной  вычислительной машины). После появления  персональных компьютеров (от англ. personal computer, PC), термин ЭВМ в последствие был практически вытеснен из употребления и заменен более удобным термином – «компьютер».

Вычислительная  система (ВС) представляет собой совокупность взаимосвязанных и взаимодействующих процессоров или ЭВМ, периферийного оборудования и программного обеспечения, предназначенную для подготовки и решения задач пользователей. Отличительной особенностью ВС по отношению к ЭВМ является наличие в них нескольких вычислителей, реализующих параллельную обработку.

Программное обеспечение – совокупность программ, предназначенных для решения задач на компьютере .

Операционная  система – совокупность программных средств, обеспечивающих диалог пользователя и ПК и управление ресурсами компьютера. Операционная система – базовый набор функций, обеспечивающий управление аппаратными средствами компьютера. Она позволяет абстрагироваться от деталей реализации аппаратного обеспечения, предоставляя разработчикам программного обеспечения минимально необходимый набор функций. Операционная система делится на однопользовательские, сетевые и многопользовательские.

Операционные  оболочки – это программы-надстройки к ОС, обеспечивающие доступ пользователя к ресурсам ОС посредством более удобного интерфейса.

Существуют  различные классификации компьютерной техники:

• по этапам развития (по поколениям);

• по архитектуре;

• по производительности;

• по условиям эксплуатации;

• по количеству процессоров;

• по потребительским свойствам  и т.д.

Четких границ между классами компьютеров не существует. По мере совершенствования структур и технологии производства, появляются новые классы компьютеров, границы существующих классов существенно изменяются.

Рассмотрим  несколько классификаций:

По этапам развития (по поколениям).

Можно выделить 4 основные поколения  ЭВМ. Но деление компьютерной техники  на поколения — весьма условная, нестрогая классификация по степени  развития аппаратных и программных  средств, а также способов общения  с компьютером.

Идея делить машины на поколения  вызвана к жизни тем, что за время короткой истории своего развития компьютерная техника проделала  большую эволюцию, как в смысле элементной базы (лампы, транзисторы, микросхемы и др.), так и в смысле изменения  её структуры, появления новых возможностей, расширения областей применения и характера  использования.

К первому поколению (1946-1958) относят машины, построенные на электронных  лампах накаливания. В эту группу входят машины, созданные в период, начинающийся с электронной вычислительной машины «EDSAC» и заканчивающийся  примерно в конце пятидесятых  годов. Эти машины стоили очень дорого, занимали огромные площади, были не совсем надежны в работе, имели маленькую  скорость обработки информации и  могли хранить очень мало данных. Создавались они в единичных экземплярах и использовались в основном для военных и научных целей. В качестве типичных примеров машин первого поколения можно указать американские компьютеры UNIVAC, IBM-701, IBM-704, а также советские машины БЭСМ и М-20. Типичная скорость обработки данных для машин первого поколения составляла 5-30 тысяч арифметических операций в секунду.

Ко второму поколению (1958-1964) относят машины, построенные  на транзисторных элементах. У этих машин значительно уменьшились  стоимость и габариты, выросли  надежность, скорость работы и объем  хранимой информации. Типичные представители  машин второго поколения - PDP-8, IBM-7094, CDC-6600 (США), ATLAS (Великобритания), БЭСМ-4, М-220, Минск-32, БЭСМ-6 (СССР). Скорость обработки данных у машин второго поколения возросла до 1 миллиона операций в секунду.

Машины третьего поколения (1964-1972) выполнены на так называемых интегральных схемах, которые сокращенно обозначают ИС. Площадь такой схемы  порядка одного квадратного миллиметра, но по своим функциональным возможностям интегральная схема эквивалентна сотням и тысячам транзисторных элементов. Из-за очень маленьких размеров и  толщины интегральную схему иногда называют микросхемой, а также чипом (chip - тонкий кусочек). Благодаря переходу от транзисторов к интегральным схемам изменились стоимость, размер, надежность, скорость и емкость машин. Это машины семейства IBM/360. Популярность этих машин оказалась настолько велика, что во всем мире их стали копировать или выпускать похожие по функциональным возможностям и совпадающие по способам кодирования и обработки информации. Причем программы, подготовленные для выполнения на машинах IBM, с успехом выполнялись на их аналогах, так же как и программы, написанные для выполнения на аналогах, могли быть выполнены на машинах IBM. Такие модели машин принято называть программно-совместимыми. В нашей стране такой программно-совместимой с семейством IBM/360 была серия машин ЕС ЭВМ, в которую входило около двух десятков различных по мощности моделей. Начиная с третьего поколения вычислительные машины становятся повсеместно доступными и широко используются для решения самых различных задач. Характерным для этого времени является коллективное использование машин, так как они все еще достаточно дороги, занимают большие площади и требуют сложного и дорогостоящего обслуживания. Носителями исходной информации все еще являются перфокарты и перфоленты, хотя уже значительный объем информации сосредотачивается на магнитных носителях - дисках и лентах. Скорость обработки информации у машин третьего поколения достигала нескольких миллионов операций в секунду.

Четвертое поколение (1972 - настоящее  время. Происходит переход от обычных интегральных схем к большим интегральным схемам (БИС). Если обычные интегральные схемы эквивалентны тысячам транзисторных элементов, то большие интегральные схемы заменяют уже десятки и сотни тысяч таких элементов. Среди них следует упомянуть семейство машин IBM/370, а также модель IBM 196, скорость которой достигла 15 миллионов операций в секунду. Отечественными представителями машин четвертого поколения являются машины семейства «Эльбрус». Отличительная черта четвертого поколения - наличие в одной машине нескольких (обычно 2-6, иногда до нескольких сотен и даже тысяч) центральных, главных устройств обработки информации - процессоров, которые могут дублировать друг друга или независимым образом выполнять вычисления. Такая структура позволяет резко повысить надежность машин и скорость вычислений. Другая важная особенность - появление мощных средств, обеспечивающих работу компьютерных сетей. Это позволило впоследствии создавать и развивать на их основе глобальные, всемирные компьютерные сети.

В компьютерах пятого поколения  произойдет качественный переход от обработки данных к обработке  знаний. Архитектура компьютеров  будущего поколения будет содержать  два основных блока. Один из них –  это традиционный компьютер. Но теперь он лишен связи с пользователем. Эту связь осуществляет блок, называемый термином «интеллектуальный интерфейс». Его задача – понять текст, написанный на естественном языке и содержащий условие задачи, и перевести его  в работающую программу для компьютера.

По условиям эксплуатации.

По условиям эксплуатации компьютеры делятся на два типа:

Офисные (универсальные) – предназначены для решения широкого класса задач при нормальных условиях эксплуатации.

Специальные – служат для решения более узкого класса задач или даже одной задачи, требующей многократного решения, и функционируют в особых условиях эксплуатации. Машинные ресурсы специальных компьютеров часто ограничены. Однако их узкая ориентация позволяет реализовать заданный класс задач наиболее эффективно. Специальные управляют технологическими установками, работают в операционных или машинах скорой помощи, на ракетах, самолетах и вертолетах, вблизи высоковольтных линий передач или в зоне действия радаров, радиопередатчиков, в неотапливаемых помещениях, под водой на глубине, в условиях пыли, грязи, вибраций, взрывоопасных газов и т.п.

По принципу действия.

Критерием деления вычислительных машин здесь является форма представления  информации, с которой они работают:

Аналоговые (АВМ) – вычислительные машины непрерывного действия, работают с информацией, представленной в непрерывной (аналоговой) форме, т.е. в виде непрерывного ряда значений какой-либо физической величины (чаще всего электрического напряжения).

Аналоговые вычислительные машины весьма просты и удобны в  эксплуатации; программирование задач  для решения на них, как правило, нетрудоемкое; скорость решения задач изменяется по желанию оператора и может быть сделана сколь угодно большой (больше,чем у ЦВМ), но точность решения задач очень низкая (относительная погрешность 2-5%). На АВМ наиболее эффективно решать математические задачи, содержащие дифференциальные уравнения, не требующие сложной логики.

Цифровые (ЦВМ) – вычислительные машины дискретного действия, работают с информацией, представленной в дискретной, а точнее, в цифровой форме.

Гибридные (ГВМ) – вычислительные машины комбинированного действия, работают с информацией, представленной и в цифровой, и в аналоговой форме; они совмещают в себе достоинства АВМ и ЦВМ. ГВМ целесообразно использовать для решения задач управления сложными быстродействующими техническими комплексами.

Наиболее широкое применение получили ЦВМ с электрическим  представлением дискретной информации – электронные цифровые вычислительные машины, обычно называемые просто электронными вычислительными машинами (ЭВМ), без  упоминания об их цифровом характере.

По назначению.

Универсальные (общего назначения) – предназначены для решения самых различных технических задач: экономических, математических, информационных и других задач, отличающихся сложностью алгоритмов и большим объемом обрабатываемых данных. Они широко используются в вычислительных центрах коллективного пользования и в других мощных вычислительных комплексах.

Проблемно-ориентированные – служат для решения более узкого круга задач, связанных, как правило, с управлением технологическими объектами; регистрацией, накоплением и обработкой относительно небольших объемов данных; выполнением расчетов по относительно несложным алгоритмам; они обладают ограниченными по сравнению с универсальными ЭВМ аппаратными и программными ресурсами. К проблемно-ориентированным ЭВМ можно отнести, в частности, всевозможные управляющие вычислительные комплексы

Специализированные – используются для решения узкого круга задач или реализации строго определенной группы функций. Такая узкая ориентация ЭВМ позволяет четко специализировать их структуру, существенно снизить их сложность и стоимость при сохранении высокой производительности и надежности их работы. К специализированным ЭВМ можно отнести, например, программируемые микропроцессоры специального назначения; адаптеры и контроллеры, выполняющие логические функции управления отдельными несложными техническими устройствами, агрегатами и процессами; устройства согласования и сопряжения работы узлов вычислительных систем.

По размерам и  функциональным возможностям.

Сверхбольшие (супер ЭВМ) – к ним относятся мощные многопроцессорные вычислительные машины с быстродействием сотни миллионов – десятки миллиардов операций в секунду. Суперкомпьютеры используются для решения сложных научных задач (метеорология, гидродинамика и т.п.), в управлении, разведке, в качестве централизованных хранилищ информации и т.д.

Большие – за рубежом чаще всего их называют мэйнфреймами (Mainframe). Мейнфреймы и до сегодняшнего дня остаются наиболее мощными (не считая суперкомпьютеров) вычислительными системами общего назначения, обеспечивающими непрерывный круглосуточный режим эксплуатации. Они могут включать один или несколько процессоров. В нашем сознании мейнфреймы все еще ассоциируются с большими по габаритам машинами, требующими специально оборудованных помещений с системами водяного охлаждения и кондиционирования. Однако это не совсем так. Прогресс в области элементно-конструкторской базы позволил существенно сократить габариты основных устройств.

Малые (мини ЭВМ) – надежные, недорогие и удобные в эксплуатации компьютеры, обладающие несколько более низкими по сравнению с мэйнфреймами возможностями. Все модели мини-ЭВМ разрабатываются на основе микропроцессорных наборов интегральных микросхем, 16-, 32-, 64-разрядных микропроцессоров. Основные их особенности: широкий диапазон производительности в конкретных условиях применения, простая реализация микропроцессорных и многомашинных систем, высокая скорость обработки прерываний, возможность работы с форматами данных различной длины.

Сверхмалые (микро ЭВМ) – это компьютеры, в которых центральный процессор выполнен в виде микропроцессора. Продвинутые модели микрокомпьютеров имеют несколько микропроцессоров. Производительность компьютера определяется не только характеристиками применяемого микропроцессора, но и ёмкостью оперативной памяти, типами периферийных устройств, качеством конструктивных решений и др.

2. Понятие персонального  компьютера. Признаки ПК.

Персональный  компьютер – это автономная, микропроцессорная, интерактивная система, включающая набор аппаратных и программных средств, который может быть расширен при желании пользователя.

Отличительными признаками ПК являются:

Развитый человеко-машинный интерфейс

Большое количество готовых  прикладных программ

Наличие малогабаритных носителей  большой информации

Возможность сопряжения с  иными устройствами

Основными блоками Пк являются:

Монитор

Системный блок

Клавиатура и мышь

В системный блок входят:

Материнская плата

Накопители

Блок питания

Материнская плата в свою очередь представлена процессором  и сопроцессором, адаптерами внешних  устройств, системной шиной, слотами  и разъёмами и другим, ОЗУ и  ПЗУ.

 Озу – это набор микросхем, который предназначен для временного хранения информации при работе Пк. Характеристикой ОЗУ является объём, который измеряется в мегабайтах.

Для материнской платы  и процессора определяющим показателем  является частота системной шины.

Пзу - это постоянная микросхема, которая содержит основные характеристики ПК и зашивается на заводе изготовителе.

Персональные компьютеры (ПК) появились в результате эволюции миникомпьютеров при переходе элементной базы машин с малой и средней  степенью интеграции на большие и  сверхбольшие интегральные схемы. ПК, благодаря своей низкой стоимости, очень быстро завоевали хорошие  позиции на компьютерном рынке и  создали предпосылки для разработки новых программных средств, ориентированных  на конечного пользователя. Это прежде всего - "дружественные пользовательские интерфейсы", а также проблемно-ориентированные среды и инструментальные средства для автоматизации разработки прикладных программ.

Миникомпьютеры стали  прародителями и другого направления  развития современных систем - 32-разрядных  машин. Создание RISC-процессоров и  микросхем памяти емкостью более 1 Мбит привело к окончательному оформлению настольных систем высокой производительности, которые сегодня известны как  рабочие станции. Первоначальная ориентация рабочих станций на профессиональных пользователей (в отличие от ПК, которые в начале ориентировались на самого широкого потребителя непрофессионала) привела к тому, что рабочие станции - это хорошо сбалансированные системы, в которых высокое быстродействие сочетается с большим объемом оперативной и внешней памяти, высокопроизводительными внутренними магистралями, высококачественной и быстродействующей графической подсистемой и разнообразными устройствами ввода/вывода. Это свойство выгодно отличает рабочие станции среднего и высокого класса от ПК и сегодня. Даже наиболее мощные IBM PC совместимые ПК не в состоянии удовлетворить возрастающие потребности систем обработки из-за наличия в их архитектуре ряда "узких мест".

Тем не менее, быстрый рост производительности ПК на базе новейших микропроцессоров Intel в сочетании с резким снижением цен на эти изделия и развитием технологии локальных шин (VESA и PCI), позволяющей устранить многие "узкие места" в архитектуре ПК, делают современные персональные компьютеры весьма привлекательной альтернативой рабочим станциям. В свою очередь производители рабочих станций создали изделия так называемого "начального уровня", которые по стоимостным характеристикам близки к высокопроизводительным ПК, но все еще сохраняют лидерство по производительности и возможностям наращивания. Насколько успешно удаться ПК на базе процессоров и Pentium бороться против рабочих станций UNIX, покажет будущее, но уже в настоящее время появилось понятие "персональной рабочей станции", которое объединяет оба направления.

Современный рынок "персональных рабочих станций" не просто определить. По сути он представляет собой совокупность архитектурных платформ персональных компьютеров и рабочих станций, которые появились в настоящее время, поскольку поставщики компьютерного оборудования уделяют все большее внимание рынку продуктов для коммерции и бизнеса. Этот рынок традиционно считался вотчиной миникомпьютеров и мэйнфреймов, которые поддерживали работу настольных терминалов с ограниченным интеллектом. В прошлом персональные компьютеры не были достаточно мощными и не располагали достаточными функциональными возможностями, чтобы служить адекватной заменой подключенных к главной машине терминалов. С другой стороны, рабочие станции на платформе UNIX были очень сильны в научном, техническом и инженерном секторах и были почти также неудобны, как и ПК для того чтобы выполнять серьезные офисные приложения. С тех пор ситуация изменилась коренным образом. Персональные компьютеры в настоящее время имеют достаточную производительность, а рабочие станции на базе UNIX имеют программное обеспечение, способное выполнять большинство функций, которые стали ассоциироваться с понятием "персональной рабочей станции". Вероятно, оба этих направления могут серьезно рассматриваться в качестве сетевого ресурса для систем масштаба предприятия. В результате этих изменений практически ушли со сцены старомодные миникомпьютеры с их патентованной архитектурой и использованием присоединяемых к главной машине терминалов. По мере продолжения процесса разукрупнения (downsizing) и увеличения производительности платформы Intel наиболее мощные ПК (но все же чаще открытые системы на базе UNIX) стали использоваться в качестве серверов, постепенно заменяя миникомпьютеры.

Среди других факторов, способствующих этому процессу, следует выделить:

• Применение ПК стало более разнообразным. Помимо обычных для этого класса систем текстовых процессоров, даже средний пользователь ПК может теперь работать сразу с несколькими прикладными пакетами, включая электронные таблицы, базы данных и высококачественную графику.

• Адаптация графических пользовательских интерфейсов существенно увеличила требования пользователей ПК к соотношению производительность/стоимость. И хотя оболочка MS Windows может работать на моделях ПК 386SX с 2 Мбайтами оперативной памяти, реальные пользователи хотели бы использовать все преимущества подобных систем, включая возможность комбинирования и эффективного использования различных пакетов.

•  Широкое распространение систем мультимедиа прямо зависит от возможности использования высокопроизводительных ПК и рабочих станций с адекватными аудио и графическими средствами, и объемами оперативной и внешней памяти.

• Слишком высокая стоимость мэйнфреймов и даже систем среднего класса помогла сместить многие разработки в область распределенных систем и систем клиент-сервер, которые многим представляются вполне оправданной по экономическим соображениям альтернативой. Эти системы прямо базируются на высоконадежных и мощных рабочих станциях и серверах.

В начале представлялось, что  необходимость сосредоточения высокой  мощности на каждом рабочем месте  приведет к переходу многих потребителей ПК на UNIX-станции. Это определялось частично тем, что RISC-процессоры, использовавшиеся в рабочих станциях на базе UNIX, были намного более производительными  по сравнению с CISC-процессорами, применявшимися в ПК, а частично мощностью системы UNIX по сравнению с MS-DOS и даже OS/2.

Производители рабочих станций  быстро отреагировали на потребность  в низко стоимостных моделях  для рынка коммерческих приложений. Потребность в высокой мощности на рабочем столе, объединенная с  желанием поставщиков UNIX-систем продавать  как можно больше своих изделий, привела такие компании как “Sun Microsystems” и “Hewlett Packard” на рынок рабочих станций для коммерческих приложений. И хотя значительная часть систем этих фирм все еще ориентирована на технические приложения, наблюдается беспрецедентный рост продаж продукции этих компаний для работы с коммерческими приложениями, требующими все большей и большей мощности для реализации сложных, сетевых прикладных систем, включая системы мультимедиа.

Это привело к временному отступлению производителей ПК на базе микропроцессоров Intel. Острая конкуренция со стороны производителей UNIX-систем и потребности в повышении производительности огромной уже инсталлированной базы ПК, заставили компанию Intel форсировать разработку высокопроизводительных процессоров семейства и Pentium. Процессоры и Pentium, при разработке которого были использованы многие подходы, применявшиеся ранее только в RISC-процессорах, а также использование других технологических усовершенствований, таких как архитектура локальной шины, позволили снабдить ПК достаточной мощностью, чтобы составить конкуренцию рабочим станциям во многих направлениях рынка коммерческих приложений. Правда, для многих других приложений, в частности, в области сложного графического моделирования, ПК все еще сильно отстают.

3. Дополнительные  устройства, расширяющие возможности  персонального компьютера.

Кроме центральной части  в состав компьютера входят также  различные периферийные (внешние) устройства, которые по своему значению делятся  на две группы:

- устройства внешней памяти, предназначенные для хранения  больших массивов информации;

- устройства ввода и  вывода, обеспечивающие связь компьютера  с внешней средой, в том числе  с пользователями, путём ввода  в компьютер информации, её регистрации  и отображения.

Обмен информацией между  центральной частью и периферийными  устройствами ЭВМ производится операциями ввода-вывода. В процессе ввода информация передаётся в центральную часть  компьютера из внешней среды, в том  числе от пользователя, а также  из внешней памяти . В процессе вывода информация передаётся во внешнюю среду или во внешнюю память компьютера.

Компьютер является универсальным  средство обработки информации,

представленной в дискретной форме. Принцип действия компьютера, назначение его устройств и характер их взаимодействия удобно проследить по  структурной схеме . Эта схема является классической, так как именно она легла в основу построения первых ЭВМ. Последующая эволюция внесла в неё определённые изменения, однако принципы, заложенные в данной структурной схеме, в основном сохранились до наших дней.

     Пульт управления  предназначен для пуска и остановки  машины,

задания режимов её работы, контроля и индикации состояния  отдельных устройств и ЭВМ в целом. На пульте управления располагаются необходимые органы управления - кнопки, тумблеры, клавиатура, а также сигнализационные лампочки, отражающие состояние различных устройств и узлов ЭВМ.

     Центральное  устройство управления  организует  и координирует автоматическое взаимодействие всех устройств ЭВМ в процессе решения задачи. В основе автоматизации вычислительного процесса ЭВМ лежит принцип программного управления, заключающийся в том, что ЭВМ автоматически решает поставленную задачу, если в виде программы её задана последовательностью выполнения действий. Программа указывает ЭВМ то, какие операции ей необходимо выполнить, над какими данными и в какой последовательности.

«Основной задачей Центрального устройства управления является выборка  из памяти кодов команд программ и их преобразование в необходимые последовательности синхронизирующих, разрешающих, устанавливающих, стробирующих и других сигналов». С помощью этих сигналов обеспечивается согласованное взаимодействие всех устройств компьютера  в процессе автоматического выполнения программы, в том числе выборка из памяти необходимых данных, их пересылка в арифметико-логическое устройство, выполнение в арифметико-логическом устройстве операций и т.д.