МИНИСТЕРСТВО  ОБРАЗОВАНИЯ   И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ   ГОСУДАРСТВЕННОЕ  БЮДЖЕТНОЕ  ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ   УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«УФИМСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ ЭКОНОМИКИ  И СЕРВИСА»

(УГАЭС) 

Кафедра  гуманитарных, естественнонаучных, математических и социально-

экономических   дисциплин 
 
 
 
 
 
 
 

КОНТРОЛЬНАЯ РОБОТА

по дисциплине «Информационные технологии»

на тему «Архитектура ЭВМ» 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

                                                                             Выполнил: студент группы    

2-БЭД=11

Силяева Нина Н.

Проверила: Шаванова Валентина Г. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

2011 

     ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ 3

1. ПОКОЛЕНИЯ ЭВМ 4

Как появились персональные компьютеры 4

Появление IBM PC 6

2. МАГИСТРАЛЬНО-МОДУЛЬНЫЙ  ПРИНЦИП ПОСТРОЕНИЯ  КОМПЬЮТЕРА 6

3.СТРУКТУРА  ПК. ОСНОВНЫЕ УСТРОЙСТВА 8

Системная плата 8

Процессор 8

Оперативная память 9

Шины 9

Контроллеры 10

Жесткий диск 10

CD –ROM 11

Периферийные  устройства 12

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 13

ЛИТЕРАТУРА 14

ВВЕДЕНИЕ

     Едва  ли сейчас можно найти человека, который никогда не слышал о персональных компьютерах или никогда их не видел. Мы встречаемся с компьютерами как в повседневной жизни (дома, в  магазинах, супермаркетах),  так и  при работе (в офисах компаний, учебных  заведениях, на предприятиях в цехах) и многих других местах.

     Благодаря компьютерам стали возможными такие  знаменательные достижения, как посадка  аппаратов на поверхность Луны и  исследование планет Солнечной системы. Компьютеры создают тысячи удобств  и услуг в нашей повседневной жизни. Компьютеры взяли на себя функции  пишущих машинок в редакциях  газет и счетных аппаратов  в банках. Они улучшают качество телевизионного изображения, управляют  телефонными станциями и определяют цену покупок в кассе универсального магазина. Иными словами, они столь  прочно вошли в современную жизнь, что обойтись без них практически  невозможно.

     В наше время, когда всё меняется ежесекундно, экономия времени, а, следовательно, и  экономия денег, – одна из самых  важнейших задач на любом предприятии, и, пожалуй, наиболее распространённым средством для данной цели является применение персональных компьютеров  – это и объясняет такую  распространённость ПК. С помощью  компьютера вы за несколько минут  можете проделать такую работу, на которую обычно требуется несколько  недель или которая вообще не может  быть выполнена без компьютера.  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1. ПОКОЛЕНИЯ ЭВМ

     Слово «компьютер» означает «вычислитель», т.е. устройство для вычислений. Потребность  в автоматизации обработки данных, в том числе вычислений, возникла очень давно. Многие тысячи лет назад  для счета использовались счетные  палочки, камешки и т.д. Более 1500 лет  тому назад  для облегчения вычислений стали использоваться счеты.

     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. Этот прогресс показан  в данной таблице (см. табл.1):

     (табл. 1)

     Как появились персональные компьютеры

     Компьютеры 40-х и 50-х годов были очень большими устройствами — огромные залы были заставлены шкафами с электронным  оборудованием. Все это стоило очень дорого, поэтому компьютеры были доступны только крупным компаниям и учреждениям.

     Первый  шаг к уменьшению размеров компьютеров  стал возможен с изобретением в 1948 г. транзисторов — миниатюрных электронных приборов, которые смогли заменить в компьютерах электронные лампы. К середине 60-х годов появились и значительно более компактные внешние устройства для компьютеров, размером с холодильник и стоимостью 20 тыс. дол. Но к тому времени был подготовлен еще один шаг к миниатюризации компьютеров — были изобретены интегральные схемы.

     В 1958 г. Джек Килби придумал, как на одной пластине полупроводника получить несколько транзисторов. В 1959 г. Роберт Нойс (будущий основатель фирмы Intel) 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. В дальнейшем количество транзисторов, которое удавалось разместить  на единицу площади интегральной схемы, увеличивалось приблизительно вдвое каждый год. В 1968 г. фирма Burroughs выпустила первый компьютер на интегральных схемах, а в 1970 г. фирма Intel начала продавать интегральные схемы памяти.

        В 1973 г. фирма Intel выпустила 8-битовый микропроцессор Intel—8008, а в 1974 г. — его усовершенствованную версию Intel—8080, которая до конца 70-х годов стала стандартом для микрокомпьютерной индустрии.

     Вначале эти микропроцессоры использовались только электронщиками-любителями и  в различных специализированных устройствах. Но в 1974 г. несколько фирм объявили о создании на основе микропроцессора Intel—8008 компьютера, т.е. устройства, выполняющего те же функции, что и большая ЭВМ. В начале 1975 г. появился первый коммерчески  распространяемый компьютер Альтаир-8800, построенный на основе микропроцессора Intel-8080. Этот компьютер, разработанный  фирмой МГГ8, продавался по цене около 500 дол. Хотя возможности его были весьма ограничены (оперативная память составляла всего 256 байт, клавиатура и  экран отсутствовали), его появление  было встречено с большим энтузиазмом. В первые же месяцы было продано  несколько тысяч комплектов машины. Покупатели этого компьютера снабжали его дополнительными устройствами: монитором для вывода информации, клавиатурой, блоками расширения памяти и т.д. Вскоре эти устройства стали  выпускаться другими фирмами. В  конце 1975 г. Пол Аллен и Билл Гейтс (будущие основатели фирмы Microsoft) создали  для компьютера «Альтаир» интерпретатор  языка Basic, что позволило пользователям  достаточно просто общаться с компьютером и легко писать для него программы. Это также способствовало популярности компьютеров.

Появление IBM PC

     Распространение персональных компьютеров к концу 70-х годов привело к некоторому снижению спроса на большие ЭВМ и  мини-ЭВМ. Это стало предметом  серьезного беспокойства фирмы IBM (International Business Machines Corporation) — ведущей компании по производству больших ЭВМ, и в 1979 г. фирма IBM решила попробовать свои силы на рынке персональных компьютеров.

     Однако  руководство фирмы недооценило  будущую важность этого рынка  и рассматривало создание компьютера всего лишь как мелкий эксперимент  — что-то вроде одной из десятков проводившихся в фирме работ  по созданию нового оборудования. Чтобы  не тратить на этот эксперимент слишком  много денег, руководство фирмы  предоставило подразделению, ответственному за данный проект, невиданную в фирме  свободу. В частности, ему было разрешено не конструировать персональный компьютер «с нуля», а использовать блоки, изготовленные другими фирмами. И это подразделение сполна использовало предоставленный шанс.

     Прежде  всего в качестве основного микропроцессора  компьютера был выбран новейший тогда 16-разрядный микропроцессор Intel—8088. Его использование позволило  значительно увеличить потенциальные  возможности компьютера, так как  новый микропроцессор позволял работать с 1 Мбайтом памяти, а все имевшиеся  тогда компьютеры были ограничены 64 Кбайтами. В компьютере были использованы и другие комплектующие различных  фирм, а его программное обеспечение  было поручено разработать небольшой  фирме Microsoft.

     В августе 1981 г. новый компьютер под названием IBM PC (читается — Ай-Би-Эм Пи-Си) был официально представлен публике и вскоре после этого он приобрел большую популярность у пользователей. Через один-два года компьютер IBM PC занял ведущее место на рынке, вытеснив модели 8-битовых компьютеров. Фактически IBM PC стал стандартом персонального компьютера. Сейчас такие компьютеры («совместимые с IBM PC») составляют около 90% всех производимых в мире персональных компьютеров.

2. МАГИСТРАЛЬНО-МОДУЛЬНЫЙ ПРИНЦИП ПОСТРОЕНИЯ КОМПЬЮТЕРА

     (Рис.1) 

     В основу архитектуры современных  персональных компьютеров положен  магистрально-модульный принцип. Модульный  принцип позволяет потребителю  самому комплектовать нужную ему  конфигурацию компьютера и производить  при необходимости ее модернизацию. Модульная организация компьютера опирается на магистральный (шинный) принцип обмена информацией между  устройствами. Магистраль включает в  себя три многоразрядные шины: шину данных, шину адреса и шину управления (см. рис.1).

     Шина  данных. По этой шине данные передаются между различными устройствами. Разрядность  шины данных определяется разрядностью процессора, т.е. количеством двоичных разрядов, которые процессор обрабатывает за один такт. За 25 лет, со времени создания первого персонального компьютера (1975 г), разрядность шины данных увеличилась с 8 до 64 бит.

     Шина  адреса. Каждая ячейка оперативной  памяти имеет свой адрес. Адрес передается по адресной шине. Разрядность шины адреса определяет адресное пространство процессора, т.е. количество ячеек оперативной  памяти, которые могут иметь уникальные адреса. Количество адресуемых ячеек  памяти можно рассчитать по формуле:

     N=2^I, где I - разрядность шины адреса.

     В первых персональных компьютерах разрядность  шины адреса составляла 16 бит, а количество адресуемых ячеек памяти - В современных персональных компьютерах разрядность шины адреса составляет 32 бита, а максимально возможное количество адресуемых ячеек памяти равно N=2³²=4 294 967 296

     Шина  управления. По шине управления передаются сигналы, определяющие характер обмена информацией по магистрали. Сигналы  управления определяют, какую операцию - считывание или запись информации из памяти - нужно производить, синхронизируют обмен информацией между устройствами и т.д. 

3.СТРУКТУРА  ПК. ОСНОВНЫЕ УСТРОЙСТВА

     Наиболее  “весомой” частью любого компьютера является системный блок. Внутри него расположены блок питания, центральный  процессор(ЦП), видеоадаптер, жесткий  диск, дисководы гибких дисков, приводы CD\DVD и другие устройства ввода/вывода информации. Зачастую видеокарта(в  офисных версиях), звуковая карта, сетевая  карта и контроллеры ввода/ вывода размещены прямо на системной  плате.. Кроме того, в понятие “компьютер”  входит клавиатура, мышь и монитор.

Системная плата

     Системная плата является центральной частью ЭВМ и составлена из нескольких десятков интегральных схем разного назначения. Микропроцессор выполнен в виде одной  большой интегральной схемы. Предусмотрено  гнездо для дополнительного микропроцессора  Intel 8087-выполнения операции с плавающей запятой. При необходимости повысить производительность компьютера можно поместить его в это гнездо. Имеется несколько модулей постоянной и оперативной памяти. В зависимости от модели предусмотрены от 5 до 8 разъемов, куда вставляются платы различных адаптеров.

Процессор

     Является основным компонентом любого ПК. Осуществляет выполнение программ, работающих на компьютере, и управляет работой остальных устройств компьютера. Скорость его работы во многом определяет быстродействие компьютера. В IВМ РС используются микропроцессоры, разработанные фирмой Intel, а иногда — совместимые с ними микропроцессоры других фирм в частности AMD.

     Характеристики  микропроцессоров. Микропроцессоры отличаются друг от друга двмя характеристиками: типом (моделью) и тактовой частотой. Наиболее распространены модели Intel Celeron, Intel Pentium 4 Hyper Treyting, Intel Pentium D 4 и AMD Athlon, они приведены в порядке возрастания производительности и цены. Одинаковые модели микропроцессоров могут иметь разную тактовую частоту — чем выше тактовая частота, тем выше производительность и цена микропроцессора.

     Тактовая  частота указывает, сколько элементарных операций (тактов) микропроцессор выполняет  в одну секунду. Тактовая частота  измеряется в мегагерцах (МГц). Следует заметить, что разные модели микропроцессоров выполняют одни и те же операции (например, сложение или умножение) за разное число тактов. Чем выше модель микропроцессора, тем, как правило, меньше тактов требуется для выполнения одних и тех же операций.

     В настоящее время  наиболее распространены процессоры фирмы Intel, хотя ЦП других фирм (AMD, Cyrix) составляют им достойную конкуренцию. В  настоящее  время выпускаются процессоры серии Pentium 4  , Pentium D и Celeron и Athlon  В то же время в России имеется огромный парк устапевших процессоров 486 и Pentium.

Оперативная память

       Следующим  очень   важным   элементом компьютера является  оперативная память.Именно из  нее процессори 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.

Шины

     С основными устройствами компьютера микропроцессор связан через так  называемую системную шину. По этой шине осуществляется не только передача информации, но и адресация устройств, а также обмен специальными служебными сигналами. Как правило, подключение  дополнительных устройств к системной  шине производится через разъемы  расширения.

       Для подключения плат расширения  на системной шине компьютеров  на базе микропроцессора i8088 (IBM РС и IBM РС/ХТ) используются 62-контактные  разъемы. В частности, эта системная  шина включает 8 линий данных и  20 адресных линий, которые ограничивают  адресное пространство компьютера  пределом в 

     1 Мбайт. В компьютерах PC/AT286 впервые  стала применяться новая системная  шина ISA (Industry Standart Architecture). Эта системная  шина отличается от предыдущей  наличием дополнительного З6-контактного  разъема для соответствующих  плат расширения. Компьютеры на  базе микропроцессоров i80386/486 стали  применять специальные шины для  памяти, что позволило максимально  использовать ее быстродействие. Тем не менее некоторые устройства, подключаемые через разъемы расширения  системной шины, не могут достичь  скорости обмена, сравнимой с  микропроцессором. В основном это  касается работы с контролерами  накопителей и видеоадаптерами.  Для решения этой проблемы, стали  использовать так называемые локальные (local) шины, которые непосредственно связывают микропроцессор с контролерами этих периферийных устройств. В недалеком прошлом использовались две стандартные локальные шины: VL-bus (VESA Local-bus) и PCI (Peripheral Component Interconnect). Сейчас практически все новые выпускаемые шины – AGP(Advanced Graphic Port) Для подключения устройств к таким шинам на системной плате компьютера имеются специальные разъемы.

     Главное отличие от PCI шины – это скорость передачи данных. Рабочая частота шины 66 Мгц. Предусмотрена несколько режимов передачи данных – 1х, 2х, 4х, 8х скоростей.

     На  сегодняшний день уже создана  новая шина PCI-Express для подключении  видеокарт, она работает на частоте свыше 66 МГц.

Контроллеры

     Все устройства на системной шине микропроцессор рассматривает либо как адресуемую память, либо как порты ввода-вывода. Вообще говоря, под портом понимают некую схему сопряжения, которая  обычно включает в себя один или  несколько регистров ввода-вывода (особых ячеек памяти).

       О совершении некоего события  микропроцессор может узнать  по сигналу, называемому прерыванием.  При этом исполнение текущей  последовательности команд приостанавливается (прерывается), а вместо нее начинает  выполняться другая последовательность, соответствующая данному прерыванию. Обычно прерывания подразделяются  на аппаратные, логические и программные.

       Аппаратные прерывания (IRQ) передаются  по специальным линиям системной  шины и связаны с запросами  от внешних устройств (например, нажатие клавиши на клавиатуре). Логические прерывания возникают  при работе самого микропроцессора  (например, деление на ноль), а  программные инициируются выполняемой  программой и обычно используются  для вызова специальных подпрограмм.

Жесткий диск

     Накопители  на жёстком диске (винчестеры) предназначены  для постоянного хранения информации, используемой при работе с компьютером: программ операционной системы, часто  используемых пакетов программ, редакторов документов, трансляторов с языков программирования и т.д.

     Ёмкость диска. Для пользователя накопители не жёстком диске отличаются друг от друга прежде всего своей ёмкостью, т.е. тем, сколько информации помещается на диске. Сейчас компьютеры в основном оснащаются винчестерами от 60 Гбайт и более.

     Скорость  работы диска. Скорость работы диска характеризуется двумя показателями:

1. Временем доступа к данным на диске.
2. Скоростью чтения и записи данных на диск.

      Эти характеристики соотносятся  друг с другом приблизительно  так же, как время разгона и  максимальная скорость автомобиля. При чтении или записи коротких  блоков данных, расположенных в  разных участках диска, скорость работы определяется временем доступа к данным - подобно тому, как при движении автомобиля по городу в час пик с постоянными разгонами и торможениями не так уж важна максимальная скорость, развиваемая автомобилем.

     Следует заметить, что время доступа и  скорость чтения - записи зависят не только от самого дисковода, но от параметров всего тракта обмена с диском: от быстродействия контроллера диска, системной шины и основного микропроцессора  компьютера.

CD –ROM

     В связи с ростом объемов и сложности  программного обеспечения, широким  внедрением приложений мультимедиа, огромную популярность приобрели CD-ROM приводы (а позднее DVD  приводы). Эти приводы и сами компакт-диски относительно недороги, очень надежны и могут хранить весьма большие объемы информации (до 700  Мб)

       Принцип работы дисковода напоминает принцип работы обычных дисководов для гибких дисков. Поверхность оптического диска (CD-ROM) перемещается относительно лазерной головки постоянной линейной скоростью,  а угловая скорость меняется в зависимости от радиального положения головки. Луч лазера направляется на дорожку, фокусируясь при этом с помощью катушки. Луч проникает сквозь защитный слой пластика и попадает на отражающий слой алюминия на поверхности диска. При попадании его на выступ, он отражается на детектор и проходит через призму, отклоняющую его на светочувствительный диод. Если луч попадает в ямку он рассеивается и лишь малая часть излучения отражается обратно и доходит до светочувствительного диода. На диоде световые импульсы преобразуются в электрические, яркое излучение преобразуется в нули слабое - в единицы. Таким образом ямки воспринимаются дисководом как логические нули, а гладкая поверхность как логические единицы

Периферийные устройства

     К периферии относятся все внешние  дополнительные устройства, подключаемые к системному блоку компьютера через  специальные стандартные разъемы.

     Это компьютерное оборудование, физически  отделенное от системного блока вычислительной системы, имеет собственное управление и действует как по командам ее центрального процессора, так и оснащается собственным процессором и даже операционной системой. Предназначено  для внешней подготовки и модификации  данных, ввода, хранения, защиты, вывода, управления и передачи данных по каналам  связи.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

     Развитие  электронной промышленности и компьютеростроения осуществляется такими быстрыми темпами, что буквально через 1-2 года, сегодняшнее  ”чудо техники" становится морально устаревшим. Однако принципы устройства компьютера остаются неизменными еще  с того момента, как знаменитый математик  Джон фон Нейман в 1945 году подготовил доклад об устройстве и функционировании универсальных вычислительных устройств, то есть компьютеров. К тому же, каждый пользователь, эксплуатирующий персональный компьютер, знает круг задач, для  решения которых он использует компьютер, а, следовательно, и 10 лет назад приобретенная  ”286-я машина” исправно работающая, удовлетворяющая запросы того или  иного специалиста является незаменимым  его помощником в повседневном труде. Поэтому рассмотренная выше тема дает наглядное представление о  том, какое ведущее место в  жизни общества занимают в настоящее  время персональные компьютеры, сфера  применения которых безгранична.

ЛИТЕРАТУРА

1. Виктор Устинов, Хранение данных на CD - и DVD-дисках: на наш век хватит?
2. Скотт Мюллер. Модернизация и ремонт ПК. - 17-е изд. - М.: Вильямс, 2007. - С.59-241. - ISBN 0-7897-3404-4
3. «Справочник необходимых знаний» / Кондрашов, Москва: 2000. - 608-613 с.
4. А.В. Могилёв, Н.И. Пак, Е.К. Хённер. Информатика: - М., 1999; 816 с.
5. П. Нортон: Персональный компьютер изнутри. М. 2006 г.