Архитектура компьютера
Поколения разделяют по типу базового элемента:
1. Ламповые ЭВМ
на электронных лампах
быстродействие до 20 тыс. операций в секунду
каждая машина имеет свой язык
нет операционных систем
ввод и вывод: перфоленты, перфокарты, магнитные ленты
2. Транзисторные ЭВМ
полупроводниковые транзисторы изобретены в 1948 (Дж. Бардин, У. Брэттейн и У. Шокли)
быстродействие 10-200 тыс. операций в секунду
появление первых операционных систем
первые языки программирования: Фортран (1957), Алгол (1959)
средства хранения информации: магнитные барабаны, магнитные диски
3. ЭВМ на интегральных схемах
интегральные микросхемы изобретены в 1958 (Дж. Килби)
быстродействие до 1 млн. операций в секунду
оперативная память – сотни Кбайт
операционные системы – управление памятью, устройствами, временем процессора
языки программирования Бэйсик (1965), Паскаль (1970, Н. Вирт), Си (1972, Д. Ритчи)
4. ЭВМ на больших и сверхбольших интегральных схемах (СБИС)
создаются с 1980 года
более 1 млрд. операций в секунду
оперативная память – до нескольких десятков гигабайт
многопроцессорные системы, суперкомпьютеры
персональные компьютеры
появление пользователей-непрофессионалов, необходимость «дружественного» интерфейса
компьютерные сети
развитие в сторону мультимедиа (графика, анимация, звук)
Принципы архитектуры фон Неймана
С точки зрения архитектуры ЭВМ с хранимой в памяти программой, революционными были идеи американского математика, Члена Национальной АН США и американской академии искусств и наук Джона фон Неймана (1903-1957). Эти идеи были изложены в статье 1946 г. «Предварительное рассмотрение логической конструкции электронного вычислительного устройства», написанной вместе с А. Берксом и Г. Голдстайном.
Принцип двоичности.
Для представления данных и команд используется двоичная система счисления.
Принцип программного управления.
Программа состоит из набора команд, которые выполняются процессором друг за другом в определённой последовательности.
Принцип однородности памяти.
Как программы (команды), так и данные хранятся в одной и той же памяти. Над командами можно выполнять такие же действия, как и над данными.
Принцип адресуемости памяти.
Структурно основная память состоит из пронумерованных ячеек; процессору в произвольный момент времени доступна любая ячейка.
Принцип последовательного программного управления.
Все команды располагаются в памяти и выполняются последовательно, одна после завершения другой.
Принцип условного перехода.
Команды из программы не всегда выполняются одна за другой. Возможно присутствие в программе команд условного перехода, которые изменяют последовательность выполнения команд в зависимости от значений данных.
Компьютеры, построенные на этих принципах, относят к типу фоннеймановских.
Основные составные части персонального компьютера:
Монитор,
Материнская плата,
Центральный процессор,
Оперативная память,
Карты расширений,
Блок питания,
Оптический привод,
Жесткий диск,
Компьютерная мышь,
Клавиатура
Типы компьютеров по форм-фактору: desktop, laptop, netbook, nettop, tablet PC, palmtop, Rack Mount.
ПК в форм-факторах desktop, laptop и Rack Mount допускают сборку и модернизацию заменой отдельных модулей.
1971. Intel 4004
4-битные данные
2250 транзисторов
60 тыс. операций в секунду.
1974. Intel 8080
8-битные данные
деление чисел
1985. Intel 80386
275 000 транзисторов
виртуальная память (защищенный режим работы процессора)
1989. Intel 80486
1,2 млн. транзисторов
1993-1996. Pentium
частоты 50-200 МГц
1997-2000. Pentium-II, Celeron
7,5 млн. транзисторов
частоты до 500 МГц
1999-2001. Pentium-III, Celeron
28 млн. транзисторов
частоты до 1 ГГц
2000-… Pentium 4
42 млн. транзисторов
частоты до 3,4 ГГц
2006-… Intel Core 2
до 291 млн. транзисторов
частоты до 3,4 ГГц
1976. Apple-I (С. Возняк и С. Джобс)
1977. Apple-II – стандарт в школах США в 1980-х
тактовая частота 1 МГц
память 48 Кб
цветная графика
звук
встроенный язык Бейсик
первые электронные таблицы VisiCalc
1983. «Apple-IIe»
память 128 Кб
2 дисковода 5,25 дюйма с гибкими дисками
1983. «Lisa»
первый компьютер, управляемый мышью
1984. «Apple-IIc»
портативный компьютер
жидкокристаллический дисплей
1984. Macintosh
системный блок и монитор в одном корпусе
нет жесткого диска
дискеты 3,5 дюйма
1985. Excel для Macintosh
1992. PowerBook
2006. MacPro
процессор – до 8 ядер
память до 16 Гб
винчестер(ы) до 4 Тб
2006. MacBook
монитор 15’’ или 17’’
Intel Core 2 Duo
память до 4 Гб
винчестер до 300 Гб
2007. iPhone
телефон
музыка, фото, видео
Интернет
GPS
2008. MacBook Air
процессор Intel Core 2 Duo
память 2 Гб
винчестер 80 Гб
флэш-диск SSD 64 Г
1981. IBM 5150
процессор Intel 8088
частота 4,77 МГц
память 64 Кб
гибкие диски 5,25 дюйма
1983. IBM PC XT
память до 640 Кб
винчестер 10 Мб
1985. IBM PC AT
процессор Intel 80286
частота 8 МГц
винчестер 20 Мб
1985. Amiga-1000
процессор Motorolla 7 МГц
память до 8 Мб
дисплей до 4096 цветов
мышь
многозадачная ОС
4-канальный стереозвук
технология Plug and Play (autoconfig)
IBM-совместимые компьютеры построены по принципу открытой архитектуры. То есть стандартизируются и публикуются: как принципы действия компьютера, так и способы подключения новых устройств.
Компьютер собирается из отдельных частей как конструктор.
Есть разъемы (слоты) для подключения устройств.
Много сторонних производителей дополнительных устройств.
Каждый пользователь может собрать компьютер, соответствующий его личным требованиям.
История вычислений уходит глубокими корнями вдаль веков так же, как и развитие человечества. Накопление запасов, делёж добычи, обмен — все подобные действия связаны со счётом. Для подсчёта люди использовали собственные пальцы, камешки, палочки и узелки. Потребность в поиске решений всё более и более сложных и сложных задач и, как следствие, все более сложных и длительных вычислений, поставила человека перед необходимостью находить способы, изобретать приспособления, которые могли бы ему в этом помочь.
Одним из первых устройств (V—VI вв. до н. э.), облегчающих вычисления, можно считать специальную доску для вычислений, названную «абак».
Вычисления на ней производились перемещением камешков или костей в углубления досок из бронзы, камня или слоновой кости. Со временем эти доски стали расчерчивать на несколько полос и колонок. В Греции абак существовал уже в V веке до н. э., у японцев он назывался «серобян», у китайцев — «суанпан».
В Древней Руси при счёте применялось устройство, похожее на абак, называемое «русский шот». В XVII веке этот прибор уже обрёл вид привычных русских счёт.
Антикитерский механизм — механическое устройство, обнаруженное в 1902 году на затонувшем древнем судне недалеко от греческого острова Антикитера. Датируется приблизительно 100 годом до н. э. (возможно, до 150 года до н. э.) Хранится в Национальном археологическ ом музее в Афинах.
Вопросом создания счетной машины занимались Леонардо да Винчи (XV в.) и Вильгельм Шиккард (XVI в.), второму из которых удалось создать действующую счетную машину с шестью десятичными разрядами, выполнявшую сложение и умножение. Это была первая после антикитерского механизма действующая модель механического калькулятора. К сожалению, экземпляр машины сгорел.
В середине XVII века молодой французский математик и физик Блез Паскаль создал «суммирующую» машину, названной Паскалиной, которая кроме сложения выполняла и вычитание.
В 1670—1680 гг. немецкий математик Готфрид Лейбниц сконструировал счётную машину, которая выполняла все арифметические действия. В течение следующих двухсот лет было изобретено и построено ещё несколько подобных счётных устройств, которые, однако, из-за своих недостатков, в том числе из-за медлительности в работе, не получили широкого распространения.
Лишь в 1878 году русский ученый П. Чебышёв предложил счётную машину, выполнявшую сложение и вычитание многозначных чисел. Наибольшую популярность получил тогда арифмометр, сконструированный петербургским инженером Однером в 1874 году. Конструкция прибора оказалась весьма удачной, так как позволяла довольно быстро выполнять все четыре арифметических действия.
В 30-е годы XX столетия в нашей стране был разработан более совершенный арифмометр — «Феликс». Эти счётные устройства использовались несколько десятилетий, став основным техническим средством облегчения вычислений.
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.
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.
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 равно двум в степени l, где l - разрядность шины адреса.
В первых персональных компьютерах разрядность шины адреса составляла 16 бит, в современных персональных компьютерах разрядность шины адреса составляет 64 бита.
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.
Устройство, управляющее магистралью — центральное процессорное устройство (ЦПУ) или, проще говоря, процессор.
Запоминающие устройства
Жесткий диск (! Часто не является периферийным устройством!)
Гибкий магнитный диск (уже не используется)
Оптические диски
Флеш-память
Стримеры
Устройства ввода
Клавиатура
Мышь
Трекбол
Тачпад
Микрофон
Сканер
Графический планшет, Световое перо
Цифровой фотоаппарат
Видео- и Веб-камера
Плата видеозахвата
Джойстик, геймпад, руль, педаль, штурвал, танцевальная платформа, …
Устройства вывода
Монитор (дисплей)
Проектор
Принтер
Графопостроитель
Встроенный динамик
Колонки
Наушники
Сетевые устройства
Модем
ADSL-модем
DVB-карта + спутниковая антенна
Сетевая карта
Адаптер WiFi
При подключении устройств к системному блоку необходимо в первую очередь убедиться в совместимости разъемов и наличии соответствующих соединительных кабелей.
Также необходимо убедиться, допускает ли устройство "горячее подключение" или же для его включения ПК необходимо полностью выключить.
К устройствам "горячего подключения" относятся все USB устройства, FireWire, e-SATA, HDMI и некоторые другие.
Устройства с разъемами PS/2, COM, LPT, VGA, следует подключать только при выключенном компьютере - "на холодную". Если их подключать при включённом ПК, то можно сжечь не только само устройство, но и материнскую плату. ТВ тюнеры, а также ТВ выходы видеокарт, предназначенные для телевизионных антенн, и самих телевизоров, так же необходимо подключать при выключенном компьютере и телевизоре. Для порта VGA допускается подключение при включенном ПК, но выключенном мониторе/проекторе.
Звуковые устройства можно подключать "на горячую", но громкость динамиков при этом должна быть выкручена в ноль или, что лучше, они сами в момент подключения к ПК должны быть выключены.
.png)
