История возникновения и развития компьютера. Из истории развития компьютеров. История развития компьютерной техники

Когда появились первые компьютеры? Дать ответ на этот вопрос не так просто, поскольку нет одной единственно правильной классификации электронно-вычислительных машин, а также формулировок, что можно к ним относить, а что - нет.

Первое упоминание

Само слово "компьютер" было впервые документировано в 1613 году и означало человека, который выполняет расчеты. Но в XIX веке люди поняли, что машина никогда не устает работать, и она может выполнять работу гораздо быстрее и точнее.

Чтобы начать отсчет эры вычислительных машин, чаще всего берут 1822 год. Первый компьютер изобрел английский математик Чарльз Бэббидж. Он создал концепцию и приступил к изготовлению разностной машины, которая считается первым автоматическим устройством для вычислений. Она была способна подсчитывать несколько наборов чисел и делать распечатку результатов. Но, к сожалению, из-за проблем с финансированием Бэббидж так и не смог завершить ее полноценную версию.

Но математик не сдавался, и в 1837 году он представил первый механический компьютер, названный аналитической машиной. Это был самый первый компьютер общего назначения. В это же время началось его сотрудничество с Адой Лавлейс. Она переводила и дополняла его труды, а также сделала первые программы для его изобретения.

Аналитическая машина состояла из таких частей: арифметико-логического устройство, блок интегрированной памяти и устройство для контроля движения данных. Из-за денежных трудностей она также не был завершена при жизни ученого. Но схемы и разработки Бэббиджа помогли другим ученым, которые создавали первые компьютеры.

Спустя почти 100 лет

Как ни странно, за целый век вычислительные машины почти не продвинулись в своем развитии. В 1936-1938 годах немецкий ученый Конрад Цузе создал Z1 - это первый электромеханический программируемый двоичный компьютер. Тогда же, в 1936 году, Алан Тьюринг построил машину Тьюринга.

Она стала основой для дальнейших теорий о компьютерах. Машина эмулировала действия человека, следующего списку логических указаний, и печатала результат работы на бумажной ленте. Аппараты Цузе и Тьюринга — это первые компьютеры в современном понимании, без которых не появились бы компьютеры, к которым мы привыкли сегодня.

Все для фронта

Вторая мировая война повлияла и на развитие ЭВМ. В декабре 1943 году компания Tommy Flowers представила засекреченную машину под названием «Коллос», которая помогала британским агентам взламывать шифры немецких сообщений. Это был первый полностью электрический программируемый компьютер. О его существовании широкая общественность узнала лишь в 70-х годах. С тех пор ЭВМ привлекли внимание не только ученых, но и министерств обороны, которые активно поддерживали и финансировали их разработку.

Насчет того, какой цифровой компьютер считать первым, идут споры. В 1937-1942 годах профессор Айовского университета Джон Винсент Атанасов и Клифф Берри (аспирант) разрабатывали свой компьютер ABC. А в 1943-1946 Дж. Преспер Эккерт и Д. Мокли, ученые Пенсильванского университета, построили мощнейший ENIAC весом в 50 тонн. Таким образом, Атанасов и Берри создали свою машину раньше, но поскольку она так никогда и не была полностью функционирующей, то часто звание «самый первый компьютер» достается ENIAC.

Первые коммерческие образцы

С огромными габаритами и сложностью конструкции компьютеры были доступны только военным ведомствам и крупным университетам, которые собирали их самостоятельно. Но уже в 1942 г. К. Цузе начал работу над четвертой версией своего детища - Z4, и в июле 1950 года продал его шведскому математику Эдуарду Стиефелю.

А первые компьютеры, которые начали выпускаться массово, это модели с лаконичным названием 701, произведенные IBM 7 апреля 1953 года. Всего их было продано 19701 штук. Конечно же, это все еще были машины, предназначенные только для крупных учреждений. Для того чтобы стать действительно массовыми, им нужно было еще несколько важных совершенствований.

Так, в 1955 году 8 марта заработал «Вихрь» — компьютер, который был изначально задуман во времена Второй мировой войны в качестве тренажера для пилотов, но к моменту своего создания подоспевший к началу Холодной войны. Тогда он стал основой для разработки SAGE - подсистемы противовоздушной обороны, разработанной для автоматического наведения на цель самолетов-перехватчиков. Ключевыми особенностями «Вихря» стали наличие оперативной памяти объемом 512 байт и вывод графической информации на экран в режиме реального времени.

Технику в массы

Компьютер TX-O, представленный в 1956 году в Массачусетском технологическом институте, был первым, в котором использовались транзисторы. Это позволило сильно уменьшить стоимость и габариты техники.

Затем команда ученых, которые занимались разработкой TX-O, покинула институт, основала компанию Digital Equipment Corporation и в 1960 году представила компьютер PDP-1, начавший эру миникомпьютеров. Их размер был не больше одной комнаты или даже шкафа, и они были предназначены для более широкого круга клиентов.

Ну а первые компьютеры-десктопы стала выпускать компания Hewlett Packard в 1968 году.

Немцы повернуты на технике — общепризнанный факт. Поэтому, точно так же, как в Италии обязательны для посещения музеи классического искусства, в Германии надо непременно зайти в какой-нибудь технический музей. Благо в большинстве крупных немецких городов что-то подходящее всегда найдется.

В большинстве случаев это музеи того или иного производителя автомобилей. Но в Берлине, городе с непростой историей, такового нет. Можно разве что полюбоваться на многочисленные «трабанты» в «Траби-сафари» неподалеку от Потсдамер-плац — но это удовольствие достаточно сомнительное. Русского человека убогой машиной не удивишь, пусть даже она и немецкая.

Что может быть внутри здания с самолетом на крыше? Ну разумеется, корабль — что же еще! Кстати, в соседнем зале есть подводная лодка

Один из самых первых реактивных двигателей, BMW 003, в сравнении со своим более молодым и совершенным «коллегой» производства Pratt&Whitney

Зато в Берлине есть музей более широкого профиля — Deutsches Technikmuseum, Немецкий технический музей. Любителям самобеглых повозок в нем вряд ли будет интересно — автомобилей там немного — зато всем, кто интересуется компьютерами, посетить это место непременно стоит. Дело в том, что здесь хранится модель первого в мире компьютера. Причем эта модель воссоздана именно тем человеком, который в свое время сконструировал и собственноручно создал оригинал, — Конрадом Цузе (Konrad Zuse).

Не нравятся самолеты и корабли? Пожалуйста, есть пара десятков паровозов

Или можно посмотреть на дедушкины телевизоры. Например, есть Philips образца 1953 года. Это, впрочем, не совсем обычный телевизор — это проектор

Хотя жить и работать Конраду Цузе приходилось и в других местах, родился он в Берлине, в нем же получил образование и здесь же в 1938 году сконструировал и воплотил в железе свой первый компьютер, получивший по первой букве фамилии автора незамысловатое название Z1. На самом деле изначально первые машины Zuse назывались еще проще: V1, V2 и так далее (от нем. Versuchsmodell — «экспериментальная модель»). Но впоследствии были переименованы, чтобы их не путали с ракетами: V по-немецки читается как «фау».

Транзисторов или даже электронных ламп в Z1 найти не удастся: эта вычислительная машина была создана за 6 лет до начала использования ламп в вычислительной технике. Z1 — компьютер полностью механический, разве что привод электрический. Тем не менее, эта вычислительная машина содержала практически все элементы современных компьютеров, была программируемой, работала с двоичным кодом и оперировала 22-битными числами с плавающей запятой — что давало возможность проводить вычисления как с очень большими, так и с очень маленькими величинами.

Вот такой он, первый компьютер

Процессор Z1 работал на частоте 1 Гц, машина была способна выполнять одну операцию сложения в секунду (умножение происходило значительно дольше, поскольку было реализовано как последовательное сложение), объем памяти составлял 0,17 Кбайт. Программы — у компьютера была система из 9 команд — вводились с помощью перфоленты. В модели Z1 использовалась бумажная лента, однако при разработке Z2 в качестве основы выступала уже 35-миллиметровая кинопленка.

Пленка была выбрана Цузе по той простой причине, что его дядя (иные источники говорят о дедушке, но на сопроводительной табличке в музее указан именно дядя) работал на крупнейшей германской киностудии того времени — Universum Film AG — и мог поставлять племяннику отработанную пленку в достаточных для его целей количествах. Поскольку Цузе создавал свою машину без участия государства или крупных компаний, в основном на деньги друзей и родственников, экономия была более чем уместна.

Единственным более-менее серьезным спонсором, которого Цузе удалось заполучить на ранней стадии создания своих вычислительных машин, стал Курт Панке, владелец производства калькуляторов. Забавно, но поначалу Панке несколько раз отказывал инженеру в финансовой помощи со словами: «В вычислительных устройствах, в сущности, все уже изобретено — вплоть до всех возможных подходов и самых замысловатых конструкций. В них просто уже не осталось ничего, что можно было бы изобрести». Вот бы показать этому человеку какой-нибудь, скажем, «Айпад» и посмотреть на выражение его лица…

Но денег Панке в конце концов все-таки дал. Целых 7 000 рейхсмарок — по тому времени примерно треть цены шикарного спортивного купе «Мерседес» (ремарка для заскучавших автолюбителей: с пятилитровым компрессорным двигателем, шик-модерн того времени). Этот достаточно щедрый грант позволил Цузе довести до конца работу над Z1 и начать создание улучшенной версии, Z2.

А уже к 1941 году Конрад Цузе создал модель Z3 — основанную на электромагнитных реле, избавленную от недостаточной точности механики и полноценно работающую. Помимо всего прочего, эта машина удовлетворяла условию полноты по Тьюрингу. То есть на ней можно было решить любую задачу, которую возможно выразить алгоритмически. Первые компьютеры других разработчиков, удовлетворявшие этому условию, появились только после войны.

Данную машину можно по праву считать первым полноценно рабочим компьютером в мире. Правда, создана она уже с участием государства: к этому моменту правительство Германии заинтересовалось работами Цузе и на создание Z3 выделило грант в размере 20 000 рейхсмарок.

Однако в дальнейшем финансировании создания универсальных компьютеров Цузе было отказано. Вторая мировая война приняла неожиданный для нацистского правительства оборот, Германии внезапно стало не до компьютеров. И в 1945 году во время бомбардировок Берлина машины Z1, Z2 и Z3, существовавшие в единственном экземпляре, были уничтожены вместе со зданием, в котором размещалась компания Цузе.

Основанный на реле компьютер Z11 (1956). Первый компьютер, который массово производился в Германии

Из-за несовершенства тогдашних ламп Цузе долго держался за реле — а потом почти сразу переключился на транзисторы. Единственным ламповым компьютером его разработки стал Z22 (1958)

Нельзя сказать, что все это совсем остановило инженера, — Конрад Цузе и после весьма успешно занимался созданием вычислительной техники. Однако было потеряно время, которое в те годы было особенно драгоценно в связи с лавинообразным прогрессом во множестве технических отраслей. Да и денег в послевоенной Европе было негусто. Поэтому инициатива в зарождающейся индустрии вычислительной техники была перехвачена американцами, и в дальнейшем историю компьютеров определяли уже они.

Z23 (1961) — один из первых транзисторных компьютеров

Тем не менее работы Цузе остались в этой истории в качестве одного из важных этапов. Так что будете в Берлине — обязательно сходите в этот музей. Только обязательно учтите тот факт, что экспозиция, посвященная компьютерам, занимает лишь малую часть музея. В нем есть еще уйма всего интересного — от первых телевизоров, культовых фотоаппаратов и типографских станков до кораблей и самолетов. И целых два полноценных депо, наполненных железнодорожной техникой.

Как показала практика, трех часов, проведенных автором в музее, для обхода всей территории категорически недостаточно — стоит выделить на него больше времени. Кстати, при музее есть вполне приличный бар. Так что спутников, которые не захотят составить компанию в стремительном беге по экспозиции или устанут на полдороге, вполне можно оставить наслаждаться второй после техники любимой вещью немцев.

А в качестве завершения этой статьи приведем историю компьютеров в картинках по версии Немецкого технического музея. Ее, пожалуй, не стоит воспринимать как абсолютную истину и точнейший рассказ обо всех подробностях. Скорее, это общее русло тех событий, которые в результате привели компьютерную отрасль в то состояние, которое мы имеем счастье наблюдать ежедневно. И тем не менее, с ней весьма интересно ознакомиться.

1705 год. Двоичная система

Немецкий философ и математик Готфрид Вильгельм фон Лейбниц первым публикует полное описание двоичной системы счисления, в которой все числа записываются с помощью только двух цифр — 0 и 1.

1833 год. Идея первого компьютера

Английский математик Чарльз Бэббидж начинает создание полностью автоматической программируемой вычислительной машины — как он ее назвал, «Аналитической машины». После 30 лет попыток Бэббидж сдался. Уровень развития точной механики того времени был недостаточен для создания настолько сложной машины, использующей десятичную систему счисления.

1847 год. Булева алгебра

Английский математик Джордж Буль разрабатывает «формальную логику высказываний». В ней высказывания объединяются в структуры с помощью логических операторов AND, OR, NOT. Сегодня булева алгебра является основой программирования.

1886 год. Автоматизированная обработка данных

Созданная Германом Холлеритом машина для считывания перфорированных карт использована для подсчета результатов переписи населения в США. Машина автоматически вычисляла разнообразную статистику, позволив уменьшить время на обработку результатов с семи лет, потребовавшихся для предыдущей переписи, до двух (при этом численность населения США за период между переписями увеличилась на четверть) .

1937 год. Теория универсального вычислителя

Английский математик Алан Тьюринг публикует концепцию универсального вычислителя. Он доказал, что компьютер способен решить любые математические проблемы, которые могут быть выражены алгоритмически. (На всякий случай, видимо, следует заметить, что логотип Apple представляет собой отравленное цианидом яблоко, которое послужило причиной смерти Алана Тьюринга. И радужная раскраска первоначального логотипа компании тоже неслучайна, Тьюринг был гомосексуалистом.)

1938 год. Создание первого компьютера

Берлинский инженер Конрад Цузе завершает создание Z1: первой полностью программируемой вычислительной машины. Она работает автоматически в двоичной системе счисления и оперирует числами с плавающей запятой. Функциональность машины ограничена в связи с недостаточной точностью некоторых компонентов.

1941 год. Полностью работающий компьютер

Конрад Цузе завершает создание Z3, первого в мире полностью работающего компьютера. Схема Z3 использует электромагнитные реле. В Z3 реализованы все элементы современных компьютеров, однако программы все еще хранились на внешнем носителе. (Все дело в том, что реле, использовавшиеся в качестве ячеек памяти, стоили по тем временам довольно дорого, 2 рейхсмарки за штуку, то есть за один бит; в то время как кинопленку-перфоленту для хранения программ Цузе получал бесплатно.)

1944 год. Большая вычислительная машина в США

В Гарвардском университете Говард Эйкен представляет первую в США полностью программируемую вычислительную машину. В MARK I использованы электромагнитные реле и десятичная система счисления. Длина машины составляла 17 метров, операцию сложения она производила за 0,3 секунды. (Стоит заметить, что эта машина, созданная на 3 года позже Zuse Z3, не удовлетворяла условию полноты по Тьюрингу.)

1944 год. Вычислительная машина взламывает шифры

Британские взломщики шифров запускают в работу машину COLOSSUS. Она позволяет им расшифровывать телетайп-сообщения, которыми обмениваются вооруженные силы Германии. Машина использует электронные лампы и работает в двоичной системе. Она способна обрабатывать 5 000 символов в секунду. (И эта машина также не обладала полнотой по Тьюрингу.)

1945 год. Внутреннее хранение программ

Венгерско-американский математик Джон фон Нейман (Янош Лайош Нейман) описал концепцию современного компьютера: программы должны храниться так же, как данные, — в памяти компьютера, чтобы к ним можно было получить быстрый доступ и их было легко отредактировать.

1946 год. Электронная вычислительная машина

В США создан первый компьютер с полностью электронной архитектурой. В машине ENIAC использовано около 18 000 электронных ламп и она примерно в 1 000 раз быстрее машин, основанных на электромагнитных реле. Программирование компьютера занимает несколько дней.

1948 год. Бит

Американский математик Клод Шеннон впервые использует термин «бит» (один двоичный разряд — 0 или 1) для наиболее мелкой единицы информации. Он утверждает, что любая информация может быть представлена в виде битов.

1948/1949 год. Хранение программ

В Великобритании запущены компьютеры, которые способны хранить программы и данные в электронном виде: экспериментальная машина BABY, созданная Манчестерским университетом и EDSAC, сконструированная Кембриджским университетом.

1951 год. Монитор

Первый монитор в истории компьютеров был разработан в США для мейнфрейма WHIRLWIND. Этот военный компьютер использовался для наблюдения за американским воздушным пространством. Вражеские самолеты представлялись на экране в виде графических символов.

1955 год. Компьютер на транзисторах

В США построен первый транзисторный компьютер — TRADIC (TRAnsistorised Airborne Digital Computer). Схемы, построенные на транзисторах, компактнее, быстрее и надежнее — а в недалеком будущем становятся и дешевле, — чем схемы на электронных лампах. Начинается коммерческое использование компьютеров.

1958 год. На пути к микрочипу

Американский инженер Джек Килби разрабатывает интегральную схему. Транзисторы, резисторы и другие электронные компоненты производятся из одного материала и объединены в один модуль. Таким образом компьютеры становятся значительно компактнее и эффективнее. (Следует заметить, что ИС, созданная Джеком Килби, была выполнена из дорогого германия. Кремниевый микрочип был впервые получен через полгода Робертом Нойсом, впоследствии вместе с Городоном Муром основавшим компанию Intel.)

1964 год. «Семейство компьютеров»

Американская фирма IBM представляет System/360. Благодаря модульной конструкции этого компьютера, IBM удается добиться долговременного сотрудничества со своими клиентами, которые могут компоновать свои собственные вычислительные системы, выбирая из шести различных по возможностям мейнфреймов и 40 периферийных устройств.

1965 год. Миникомпьютер

На рынке появляется первый миникомпьютер, PDP-8. Миникомпьютеры значительно дешевле мейнфреймов и могут сравнительно легко программироваться самими пользователями. Благодаря этим преимуществам компьютеры начинают появляться в небольших фирмах и научных отделах.

1968 год. Компьютерная мышь

Американский исследователь Дуглас Энгельбарт представляет свой «указатель положения X-Y для системы отображения». Этот механизм, предназначенный для работы с графическими интерфейсами, теперь известен как «мышь». (Вообще, этот человек и его коллектив заслуживают отдельной полновесной статьи. Мышь была представлена на презентации, ставшей впоследствии известной как «Мать всех демонстраций» — The Mother of All Demos. Одновременно с мышью Энгельбарт продемонстрировал концепты электронной почты, гипертекста, видеоконференций, систем обработки текста, совместного одновременного редактирования файлов, мультимедиа, графического интерфейса. А также множества других вещей, которые в то время выглядели совершенно фантастично, а много позже, спустя десятилетия, прочно вошли в жизнь людей. Стиву Джобсу тогда было всего 13 лет, и о своих пафосных презентациях мелких улучшений интерфейса и новых Радиусов Скругления он еще и не помышлял. Так-то.)

1969 год. Начало эры Интернета

Через телефонное соединение в Америке объединены компьютеры четырех исследовательских институтов. К 1973 году эта компьютерная сеть содержит 35 узлов. Некоторое время спустя во Франции построена первая европейская компьютерная сеть.

1975 год. Микрокомпьютер

Микрокомпьютер Altair 8800, сперва продававшийся исключительно в виде набора деталей «сделай сам», стал фантастически успешным. В эру микрокомпьютеров ключевым элементом становятся микрочипы: эти миниатюрные элементы содержат в себе полноценный процессор.

1975 год. Фирмы, разрабатывающие программное обеспечение

Билл Гейтс и Пол Аллен основывают компанию Microsoft. Она быстро приобретает известность благодаря языку программирования BASIC, разработанному для компьютера Altair. Теперь даже любители могут писать простые программы.

1977 год. Персональный компьютер

Компания Apple рекламирует свой Apple II как «персональный компьютер». В отличие от его предшественника, Apple I, который покупатели должны были собирать сами, Apple II — первый микрокомпьютер, который можно купить полностью собранным.

1981 год. Портативный компьютер

Первым портативным компьютером, который попал в продажу, стал Osborne 1. Компьютер, оборудованный экраном размером с кредитную карточку, весил 12 килограмм, и по контрасту с будущими ноутбуками его скорее следовало бы назвать «переносносным», а не «портативным».

1982 год. C64

Домашний компьютер Commodore 64 продается в количестве 30 миллионов экземпляров и становится самой продаваемой моделью компьютера всех времен. Благодаря своим мощным звуковому и графическому чипам, C64 становится лучшим компьютером для фанатов компьютерных игр. (В те времена было модно указывать в названии компьютера объем оперативной памяти, в данном случае 64 Кбайт.)

1991 год. Всемирная паутина

Разработанная Европейским центром ядерных исследований (CERN) Всемирная паутина открыта для общего пользования. Благодаря специальному протоколу передачи данных, унифицированным сетевым адресам и языку разметки страниц HTML, теперь можно обмениваться информацией по всему миру.

1996 год. Компьютер побеждает мирового чемпиона по шахматам

Компьютер, разработанный для игры в шахматы, впервые побеждает сильнейшего в мире игрока-человека. Компьютер IBM Deep Blue выигрывает партию в матче против многократного чемпиона мира по шахматам, Гарри Каспарова. В 1997 году компьютер выигрывает у Каспарова и весь матч.

1998 год. Google

Появляется и быстро становится лидером рынка поисковая система Google. Компания занимается интенсивными исследованиями алгоритмов сортировки, которые приводят к хорошей точности результатов поиска.

2007 год. Компьютер в кармане

Компания Apple представляет iPhone. Он и другие так называемые смартфоны демонстрируют тренд интеграции изначально отдельных устройств — таких как мобильный телефон, компьютер, цифровая камера — в одно многофункциональное устройство. (Выбор iPhone в качестве устройства, задавшего этот тренд, конечно, вызывает немало вопросов. С другой стороны, по-настоящему популярны смартфоны действительно стали именно после появления телефона Apple.)

2010 год. Суперкомпьютеры

В июне 2010 года список самых мощных суперкомпьютеров возглавляет американский Cray Jaguar, за ним с небольшим отставанием следует китайский Nebulae. Оба этих высокопроизводительных суперкомпьютера могут выполнять более триллиона вычислений в секунду. (За прошедший год китайцы успели запустить вдвое более мощный суперкомпьютер Tianhe-1. Однако всех обогнали японцы, умудрившиеся создать систему с лаконичным названием K computer. Эта система показала почти втрое более высокую производительность по сравнению с китайской Tianhe-1. Итого за год производительность самого мощного компьютера в мире выросла примерно в пять раз.)

Будущее. Вычисления с помощью квантов?

У истории компьютеров пока нет окончания. К примеру, уже много лет проводится интенсивное изучение квантовых вычислений. Компьютер, использующий изменение квантовых состояний — так называемых «кубитов», или квантовых битов, может стать в несколько раз более быстрым, чем привычные для нас системы.

4.7 (93.53%) 337 votes

Сидел я как-то за компьютером, работал себе спокойно, и тут, вдруг, меня посетила мысль, а с чего все началось и каким был самый первый компьютер в мире? Конечно же я решил найти ответ на этот вопрос, уж сильно он меня зацепил. И ответ был найден! Естественно, он и стал темой следующего поста в блоге обо всем самом интересном в мире, что не оставляет равнодушным. Как всегда с определением первенства оказалось все не просто, но к этому уже можно привыкнуть…

Самый первый компьютер в мире был создан и построен в США математиком из Гарвардского университета Говардом Эйксном еще в 1941 году. Вместе с четырьмя специалистами из компании IBM, которая и заказала ему его, они создали компьютер на базе идей Чарльза Бэббиджа. После всех испытаний, состоялся его запуск седьмого августа 1944. Он получил название от своих создателей «Марк 1», и его поставили работать в Гарварде.

Тогда этот компьютер стоил пятьсот тысяч долларов, баснословная по тем временам сумма. Его собрали в специальный корпус, который был сделан из стекла и стали, не поддающейся коррозии. Сам корпус в длину был не менее семнадцати метров, высота была более 2.5 м. Его масса была около 5-ти тонн и занимал он пространство объемом в несколько десятков кубических метров.
«Марк 1» состоял из множества переключателей и прочих механизмов, общая численность которых составляла 765 тысяч.
Его провода составляли общую длину около восьмисот километров!

Возможности самого первого компьютера в мире сейчас нам кажутся смешными, но на тот момент мощнее не было ни одного вычислительного устройств на планете.

Машина могла:

• оперировать семьюдесятью двумя числами, которые в свою очередь состояли из двадцати трех десятичных разрядов
• компьютер мог вычитать, складывать и на каждую из операций у него уходило по три секунды.
• кроме этого, он также умножал и делил, тратя на эти операции по шесть и пятнадцать секунд.

Для ввода информации в этот аппарат, который по сути был всего лишь более быстрым арифмометром применяли специальную перфорированная ленту из бумаги. Это был первый ЭВМ, которому не нужно было вмешательство людей для своих вычислительных процессов.

Еще в 1942 разработка Джона Маучли послужила толчком к созданию первого компьютера, но в тот момент на него мало кто обратил внимание. После того, как к нему присмотрелись военные инженеры американской армии в 1943 были предприняты попытки создать аппарат, получивший тогда имя «ENIAC». Финансами занимались военные и она выделили около пятисот тысяч долларов на этот проект, так как они хотели конструировать новые типы вооружений.
«ENIAC» потреблял столько энергии, что во время его работы, рядом расположенный город все время испытывал нехватку электричества и люди сидели без света иногда по несколько часов.

Технические характеристики Eniac

Посмотрите на некоторые очень интересные характеристики самого первого компьютера в мире, по второй версии. Впечатляет не правда ли?

• Вес у него был 27 т.
• В нем было 18000 ламп и прочих деталей.
• Память была 4 КБ.
• Занимал площадь 135 кв. м. и весь был опутан множеством проводов.

Программировали его вручную, и операторы просто меняли сотни переключателей, и нужно было каждый раз его выключать и включать из-за того, что на нем не было жесткого диска. Клавиатуры не было и монитора тоже. Стоял ряд десятков шкафов с лампами, машина часто выходила из строя, так как часто перегревалась. Потом он использовался еще для проектирования водородного атомного оружия. Проработала эта машина больше десяти лет, и в 1950 году, когда создали транзистор, компьютеры стали уже меньше в размерах.

Где и когда продали самый первый ПК?

За два десятка лет в концепции компьютеров мало что изменилось. Благодаря тому, что был внедрен микропроцессор, само создание компьютера пошло более быстрыми темпами. Еще в 1974 IBM хотела выпустить на рынок первый компьютер, однако продаж почти не было. IBM5100 использовал кассеты, где хранилась информация, и стоил он по тем временам очень дорого – десять тысяч долларов. Поэтому мало кто мог себе позволить тогда купить такой аппарат.
Он мог сам исполнять программы, которые были написаны на языках BASIC и APL, созданные в недрах IBM. Монитор мог отображать шестнадцать линий по шестьдесят четыре знака, память его была шестьдесят четыре КБ. Сами кассеты были очень походи на обычные аудио кассеты. Продаж почти не было из-за высокой цены и из-за непродуманного интерфейса. Но все -таки нашлись люди, которые его приобрели и которые начали новую эру в истории мировых рынков — торговлю компьютерами

Вы думали, какие они будут через десять лет?

Не так давно IBM показала прессе суперкомпьютер «Roadrunner» с 1 квадриллионом операций. Его собрали для Министерства энергетики США. Он включает в себя 6480 двухъядерных процессоров, и 12 960 процессоров Cell 8i. Он состоит из 278 шкафов, 88 километров кабеля. Весит 226 т. Расположен на площади 1100 м², стоит такой 133 000 000 долларов.

Как видите, шкафы для суперкомпьютеров все также в моде, все дело в дизайне…

Смотрите про самый первый компьютер в мире в видеоформате:

Вот такая получилась компьютерная история. А интересно было или нет — пишите в комментариях!

В 1945 г. Американский ученый Джон фон Нейман сформулировал основы организации и функционирования современных компьютеров на основе принципа программного управления работой компьютера, в соответствии с которым программа и данные хранились в оперативной памяти компьютера.

В 1946 г. В США была разработана первая электронная цифровая ЭВМ "Эниак". Машина выполняла за одну секунду только 300 умножений и 5000 сложений.

В 1948 г. в американской фирме Bell Laboratories физики У. Шокли, У. Браттейн и Дж. Бардин создали транзистор, за что они были удостоены Нобелевской премии. Транзисторы оказали революционное влияние на развитие средств вычислительной техники, заменив электронные лампы и открыв путь к созданию микросхем.

В 1951 г. в СССР под руководством С.А. Лебедева была разработана первая в континентальной Европе ЭВМ, названная «МЭСМ» (Малая Электронная Счетная Машина). СССР вошел в лидирующие страны в области проектирования и разработки средств вычислительной техники, что позволило развивать такие важные области как ядерная энергетика и космос.

В 1952 г. в нашей стране был разработан компьютер БЭСМ-1 (Большая Электронная Счетная Машина), который являлся самым быстродействующим компьютером Европе и одним из лучших в мире.

В 1964 г. американская фирма IBM разработала новое семейство ЭВМ третьего поколения с использованием микросхем - IBM/360.

В 1967 г. В СССР была создана ЭВМ БЭСМ-6 с производительностью 1 млн.операций/сек. Это был один из самых быстродействующих компьютеров в мире в то время, за которым последовала разработка компьютера нового типа «Эльбрус»- ЭВМ производительностью 10 млн. операций/с.

В 1979 г. Американская фирма Intel разработала микропроцессор Intel 8088, который фирма IBM стала использовать для разработки и производства персональных компьютеров. В 1981 г. фирма IBM выпустила первый персональный компьютер IBM PC на базе данного микропроцессора.

В 1982 г. и последующие годы фирма Intel выпустила микропроцессоры Intel286 и Intel386, а затем и микропроцессор Intel 486, который

стал первым микропроцессором со встроенным математическим сопроцессором. Данный сопроцессор значительно повысил скорость обработку данных, он выполнял тригонометрические, экспоненциальные и другие математические функции вместо центрального процессора.

В 1993 г. Фирма Intel выпустила первый микропроцессор семейства Pentium, который позволил обрабатывать компьютерам атрибуты "реального мира" : аудио, видио информацию, фотоизображения и т.п. И в течении последующих лет и до настоящего времени данное семейство является основой для разработки последующих компьютеров.

Остановимся кратко на рассмотрении классификации компьютеров по поколениям, которая достаточно часто встречается в литературе.

К первому поколению обычно относят машины, созданные в 50-х годах, в них использовались электронные лампы. Опыт использования компьютеров первого поколения показал, что необходимо разрабатывать средства автоматизации программирования, создавать программные системы, упрощающие работу на компьютерах, повышать эффективность использования компьютерной техники. Все это потребовало существенных изменений структуры компьютеров.

Второе поколение ЭВМ - это машины, которые разрабатывались в 1955-65 годах. Для них характерным явилось использование транзисторов, оперативная память использовала магнитные элементы. Начали использоваться для программирования языки высокого уровня. Специальные программы, называемые трансляторами выполняют перевод программы с языка высокого уровня на машинный язык компьютера. Появляются мониторные системы, которые управляют процессом трансляции и выполнения программ. Мониторные системы явились основой для создания современных операционных систем. Некоторые компьютеры второго поколения использовали уже операционные системы с ограниченными возможностями.

Компьютеры третьего поколения появились в мировой практике в начале 60-x годов. Компьютеры третьего поколения уже представляли собой семейство ЭВМ с единой архитектурой, они имели программную совместимость. ЭВМ данного поколения имели эффективные операционные системы, они поддерживали мультипрограммный режим, позволяющий одновременно выполнять несколько программ. Примерами ЭВМ этого поколения являются IBM/360, IBM/370, а также разработанные в СССР ЕСЭВМ, СМЭВМ и многие другие. Быстродействие ЭВМ в рамках одного семейства значительно отличается.

Компьютеры четвёртого поколения - это ЭВМ, разработанные в конце 70-х годов. В принципиальном отношении эти компьютеры отличаются от машин третьего поколения использованием современных языков высокого уровня, упрощенным процессом разработки программного обеспечения. В данных компьютерах получило широкое использование микросхем, емкость оперативной памяти возросла до десятков мегабайт. ЭВМ четвертого поколения являлись многопроцессорными и многомашинными комплексами, использующие общую оперативную память, а также общий пул периферийных устройств. Данные ЭВМ поддерживали режим телекоммуникационной обработки информации, объединялись в компьютерные сети, использовали систем управления базами данных и другие инновации того времени.

В разработках ЭВМ последующих поколений широко используются большие и сверхбольшие интегральные схемы, получили распространение оптоэлектронные принципы. Компьютеры обеспечивают ввод информации с рукописного или печатного текста, аудио ввод, идентифицировать пользователя по голосу, выполнять перевод, происходит переход к обработке знаний и т.д.

По условиям эксплуатации компьютеры подразделяются на два основных типа:

· офисные (универсальные);

· промышленные (специализированные).

Офисные компьютеры используются для работы в нормальных условиях эксплуатации.

Промышленные компьютеры должны удовлетворять специальным требованиям эксплуатации, класс решаемых задач являются проблемно- ориентированными или специализированным.

2.2. Принципы построения персонального компьютера

Персональные компьютеры получили бурное развитие, начиная с 1980 годов. Любой компьютер представляет собой совокупность аппаратного и программного обеспечения. К аппаратному обеспечению компьютеров относятся устройства и схемы, образующие аппаратную конфигурацию, необходимую для выполнения задач, их можно собирать из готовых узлов и блоков, наращивать, они имеют открытую архитектуру. Многочисленные интерфейсы в архитектуре любой вычислительной системы, можно условно разделить на две большие группы: последовательные и параллельные. Через последовательный интерфейс данные передаются последовательно, бит за битом, а через параллельный - одновременно группами битов. Количество битов, участвующих в одной передаче, определяется разрядностью интерфейса, например, восьмиразрядные параллельные интерфейсы передают один байт (8 бит) за один такт. Параллельные интерфейсы обычно имеют более сложную организацию по сравнению с последовательными, но обеспечивают принципиально более высокую скорость передачи информации. Производительность параллельных интерфейсов измеряют байтами в секунду (байт/с; Кбайт/с; Мбайт/с).

Программы - это упорядоченные последовательности команд, обеспечивающие управление аппаратными средствами компьютера. Даже если, на первый взгляд, программа не взаимодействует с оборудованием, не требует ввода или вывода данных в периферийные устройства, все равно ее работа основана на управлении аппаратными устройствами компьютера на основе принципа программного управления.

Программное и аппаратное обеспечение в компьютере работают в непрерывном взаимодействии. Несмотря на то, что мы рассматриваем эти две категории отдельно, нельзя забывать, что между ними существует диалектическая связь, и раздельное их рассмотрение является, по меньшей мере, условным.

В основе структурной организации современных персональных компьютеров используется магистрально-модульный принцип, в соответствии с которым все модули компьютера объединяются в единую систему хранения, обработки и передачи информации (рис.2.1). Данный принцип позволяет пользователю определять необходимую конфигурацию компьютера, осуществлять при необходимости модернизацию (апгрейд) компьютера. Магистраль состоит из трех многоразрядных шин: шина данных, шина адреса и шина управления.

Шина данных . Данная шина используется для передачи данных между процессором и устройствами ПК, а также передаются команды в регистр команд процессора из оперативной памяти. Разрядность шины данных современных ПК составляет 64 бита.

Шина адреса . По шине адреса процессор передает адрес из процессора в адресуемый модуль памяти или периферийное устройство. Разрядность шины адреса определяет адресное пространство памяти, адресуемое процессором

Количество ячеек памяти, адресуемых при прямой адресации можно оценить по формуле: N = 2 R , где R - разрядность шины адреса.

Шина управления. По шине управления передаются сигналы управления, определяющие выполняемую операцию в адресуемом устройстве. Например, при чтении данных из памяти формируется сигнал чтения, а при записи – сигнал записи.

Рис.2.1. Структура персонального компьютера

2.3. Базовая конфигурация ПК

Персональный компьютер является универсальной системой обработки и хранения информации, конфигурацию которого можно гибко изменять в соответствии с классом решаемых задач. Такие компьютеры называют компьютерами с открытой архитектурой. В базовую конфигурацию ПК входят следующие модули:

· системный блок;

· монитор;

· клавиатура;

На рис.2.2 показаны основные модули базовой конфигурации и основные устройства системного блока.

2.3.1 Системный блок

Системный блок представляет собой основу компьютера, внутри которого установлены основные устройства. Устройства, подключаемые к системному блоку, называют внешними или периферийными, предназначенными для ввода, вывода и долговременного хранения информации.

Рис.2.2. Состав ПК и устройств системного блока

Основными устройствами системного блока (рис. 2.2) являются следующие:

· системная (материнская) плата-2;

· центральное процессорное устройство - 3;

· оперативная память - 4;

· платы расширений – 5;

· блок питания – 6;

· привод оптических дисков – 7;

· накопители на жестких дисках – 8;

2.3.2. Системная плата

Системная плата (systemboad), материнская плата(motherboard) или главная плата (mainboard) - это различные названия печатной платы с набором микросхем, на которой осуществляется монтаж большинства компонентов персонального компьютера посредством печатных проводников и различных разъёмов (слотов). На материнской плате также располагаются слоты для центрального процессорного устройства, графической и звуковой плат, жёстких дисков, оперативной памяти и других дополнительных компонент.

Материнская плата представляет собой многослойную печатную плату из диэлектрика, на которой электропроводящие проводники выполнены из фольги.

Также на плате находятся слоты и порты шин, например PCI Express (PCI-E), PCI, AGP(Accelerated Graphics Port), USB, контроллеров дисков SATA и IDE/ATA. Слотами называют разъемы для подключения внутренних плат, отдельные слоты предназначены для плат оперативной памяти. Разъемы крепления внешних компонентов называют портами, сейчас многие устройства подключаются через USB-порт. Пример системной платы приведен на рис 2.3.

Рис. 2.3. Системная плата

На системной плате размещаются следующие компоненты:

· процессор – основная микросхема, выполняющая обработку данных

· шины интерфейсы – системная магистраль, включающая шину данных, адреса и управляющих сигналов, по которым происходит передача данных и команд;

· оперативная память представляет набор микросхем, она используется оперативного хранения данных во время работы компьютера;

· постоянное запоминающее устройство – микросхема, предназначенная для долговременного хранения данных, в том числе и после выключения компьютера, в которой хранится BIOS;

· комплект чипсет – набор микросхем, который определяет характеристики материнской платы;

· набор разъемов (слотов) и портов - используется для подключения дополнительных внешних и внутренних устройств.

От производительности перечисленных компонентов в значительной степени зависит производительность компьютера и поэтому выбор системной платы является очень важной задачей при конфигурировании ПК.

Чипсет (Chip Set) . Это набор микросхем материнской платы, состоящий из двух основных микросхем:

· «Северный мост» (Northbridge) - обеспечивает взаимодействие ЦПУ с памятью и видеоадаптером. В новых чипсетах используется интегрированная видеокарта.

· «Южный мост» (Southbridge) - обеспечивает взаимодействие между ЦПУ и жестким диском, слотами PCI-Е, USB и другими.

Южный мост реализует взаимодействия на материнской плате между чипсетом материнской платы и её компонентами. Южный мост обычно не подключён напрямую к процессору в отличие от северного моста.

На системных платах для установки процессоров используется специальный разъем-сокет, который может быть квадратной формы с многочисленными отверстиями под выводы микросхемы. Однако можно встретить не только квадратный сокет, а и длинный разъем – слот.

Системная шина. Это компьютерная шина, которая передает данные, команды, управляющие сигналы и питание между компонентами компьютера. Каждая шина имеет свой набор соединителей (коннекторов) для физического подключения устройств, карт и кабелей. Современные компьютерные шины используют как параллельные, так и последовательные соединения.

Шины подразделяются на внутренние (local bus) и внешние (external bus). Первые используются для подключения внутренних устройств, таких как видеоадаптеры и звуковые платы, а вторые предназначаются для подключения внешних устройств, например, сканеров. IDE является внешней шиной по своему предназначению, но почти всегда используется внутри компьютера.

В последнее время используются такие шины как HyperTransport и Infiniband. Infiniband - это высокоскоростная коммутируемая последовательная шина, применяющаяся как для внутрисистемных, так и для межсистемных соединений. Данные шины позволяют обеспечивать как большие скорости, необходимые для памяти, видеокарт и межпроцессорного взаимодействия, так и небольшие скорости для работы с медленными устройствами, например, приводами дисков.

На производительность компьютера оказывают влияние следующие основные факторы:

· частота процессора - это частота, на которой работает центральный процессор, определяется исходя из частоты шины FSB (Front Side Bus - переводится как «системная шина») и коэффициента умножения. Большинство современных процессоров имеют заблокированный коэффициент умножения, так что единственным способом разгона процессора является изменение частоты FSB;

· память - до определённого момента в развитии компьютеров частота работы памяти совпадала с частотой FSB, на современных персональных компьютерах частоты FSB и шины памяти могут различаться.

· периферийные шины - в старых компьютерах частоты шин ISA, PCI, AGP задавались в соотношении с FSB, на новых компьютерах частоты для каждой шины задаются независимо.

Характеристики системной платы . Системная плата имеет следующие основные характеристики:

· форм - фактор платы - определяет форму, размер, расположение компонентов на плате и тип корпуса компьютера, в который можно ее поместить. Например, корпус типа ATX предоставляет дополнительные возможности: программное включение/выключение компьютера, более надежный разъем питания, лучшая вентиляция корпуса.

· количество и тип разъемов для плат расширения, для подключения которых (видеокарт, звуковых карт, внутренних модемов и др.) необходимо иметь на плате достаточное количество разъемов расширения соответствующего типа.

· набор микросхем - это одна или несколько микросхем, таймеры, системы управления, специально разработанные для "обвязки" процессора.

· наличие интегрированных возможностей - на некоторых материнских платах интегрируют дополнительные возможности, которые могут находится на платах расширения. При такой интеграции повышается надежность системы (меньшее количество контактов), плата стоит дешевле, но модернизировать такую плату дороже.

2.3.3. Центральное процессорное устройство

Центральное процессорное устройство (ЦПУ) является основной микросхемой компьютера, в которой выполняется обработка данных. Современные процессорные микросхемы помимо центрального процессора содержат также математический процессор, называемый сопроцессором. Начиная с процессора Intel486, сопроцессор, выполняющий операции с плавающей запятой, был интегрирован в процессорный чип и назван FPU (Floating Point Unit). Основными операциями, выполняемыми сопроцессором, являются: арифметические, сравнение, деление по модулю, квадратный корень, тригонометрические, загрузка констант, логарифмические и некоторые другие специальные операции.

В состав центрального процессора входят арифметико-логическое устройство для выполнения арифметических и логических операций, регистры процессора, образующие сверхоперативную память процессора для временного хранения данных. Кроме того, процессор содержит регистр команд, в котором хранится выполняемая команда, и программный счетчик для адресации команд программы, хранящейся в оперативной памяти компьютера. В процессорную микросхему также включают кэш-память, например двух уровней L1 и L2.

Команды также как и данные представлены в виде последовательности байтов и хранятся в оперативной памяти. Множество команд процессора образует систему команд процессора. Процессоры, относящиеся к одному семейству, имеют совместимые системы команд. Процессоры, относящиеся к разным семействам, различаются по системе команд и являются несовместимыми.

Выполнение команд в процессоре сводится к следующим основным этапам:

· процессор выдает из программного счетчика адрес памяти для выборки команды из оперативной памяти;

· память, получив адрес и сигнал чтения, передает в регистр команд процессора код команды по шине данных;

· процессор расшифровывает полученную команду, выполняет ее, формирует адрес следующей команды и переходит к первому этапу.

Данный цикл выполняется периодически и называется циклом выборки и выполнения команд. Данную последовательность команд называют программой, разработанной в соответствии с алгоритмом решаемой задачи. Линейный порядок выборки команд из памяти может нарушаться при появлении команд условного перехода для выполнения разветвлений или организации программных циклов.

Характеристики процессоров. Основными характеристиками процессоров являются:

· Разрядность процессора - определяет количество бит данных, которое он может загрузить и обработать одновременно (параллельно). Современные процессоры, разрабатываемые фирмами Intel и AMD, являются 64-разрядными.

· Тактовая частота . В основе работы процессора положен тактовый принцип, в соответствии с которым для выполнения каждой команды требуется определенное количество тактов. В компьютере частоту тактовых импульсов, поступающих в процессор, задает генератор тактовых импульсов Чем выше частота тактовых импульсов, тем выше производительность компьютера. Современные процессоры могут работать на тактовых частотах примерно 4 ГГц.

· Кэш-память . Обмен данными внутри процессора происходит значительно быстрее, чем с оперативной памятью.

· Для уменьшения обращений оперативную память в процессор имеется буферная область памяти, называемая кэш-памятью. Процессор вначале выполняет обращение за данными в кэш-память и при их отсутствии происходит запрос в оперативную память. Получая данные из оперативной памяти, процессор загружает их и в кэш.

· Кэш-память может иметь несколько уровней. Кэш-память первого и второго уровней (L1,L2) размещается в том же кристалле, что и сам процессор и имеет объем от десятков Кбайт до нескольких мегабайт. Кэш-память третьего уровня реализуют на быстродействующих микросхемах памяти типа SRAM (статическая память с произвольным доступом) и размещают на материнской плате вблизи процессора. Емкость данной памяти составляет десятки Мбайт, работает она на частоте материнской платы.

· Напряжение питания процессора по мере развития микропроцессорной техники постепенно понижается. В настоящее время ядро процессора питается напряжением 2,2 В и 1,8 В. Такое напряжение позволяет уменьшить потребляемую мощность блока питания и является важной тенденцией в развитии микроэлектронных технологий. Кроме того, уменьшается и тепловыделение в процессоре, что позволяет увеличить его производительность и является одним из важных факторов надежной работы компьютера в целом.

· Компьютерный блок питания . Предназначен для питания узлов компьютера и обеспечивает для платформы ПК выходные напряжения +5В, +12В, −12В, +3,3В, −5В.

Мультиядерные процессоры. Эра одноядерных процессоров фирмы Intel завершается, на замену их приходят более современные процессоры с мультипроцессорной архитектурой, содержащие 2,4, 6 и более процессоров, часто называемых «ядрами». К росту быстродействия процессоров привыкли уже все пользователи, частоты достигли нескольких гигагерц и остро встала задача охлаждения кристаллов с возможным переходом на жидкостное охлаждение. Большой интерес вызывают разработки, основанные на новой архитектуре следующего поколения от основных разработчиков процессорных кристаллов фирм Intel и AMD. Рассмотрим кратко некоторые разработки многоядерных процессоров фирмы Intel.

Процессоры Core 2 Duo используют микро - архитектуру Core. На этот раз фирме Intel удалось выиграть гонку производительности и, что важнее, процессоры Core 2 Duo обеспечивают не только высокую скорость, но и отличаются прекрасным соотношением производительности на ватт потребляемой мощности. Все процессоры архитектуры Core 2 Duo работают с тактовой частотой системной шины FSB (Front Side Bus,) 266 МГц, в то время как большинство моделей Pentium 4 используют 200-МГц шину. Поскольку за такт передаётся учетверённое количество информации (QDR), то получается эквивалентная частота FSB 1066 МГц с пропускной способностью 8,5 Гбайт/с. За исключением процессоров начального уровня, все модели оснащены 4 Мбайт кэша L2, который используют оба процессорных ядра. Все процессоры поддерживают 64-битные расширения Intel (EM64T), мультимедийные и инструкции, технологию виртуализации. Кроме этих функций, все модели поддерживают последние технологии управления энергопотреблением. Основные характеристики некоторых двухъядерных процессоров Pentium D приведены в таблице:

В 2006 году корпорация Intel начала переход на четырехъядерные процессоры, которые обеспечивают новые возможности для реализации научных исследований, ведения бизнеса и развлечений. Основные характеристики четырехъядерных процессоров Intel Xeon приведены в таблице:

Фирма Intel выпускает процессоры Dunnington, объединяющие шесть ядер в одном корпусе. Данные процессоры имеют 16 Мб кэш-памяти третьего уровня, а также 9 Мб кэш-памяти второго уровня (по 3 Мб на каждую пару ядер).

2.3.4. Шинные интерфейсы и порты системной платы

Порты компьютера. Под портами понимаются разъемы на задней стенке компьютера, предназначенные для подключения таких внешних устройств, как принтер, сканер, внешние диски, флэшки, внешние модемы, мышки и другие периферийные устройства.

ISA. Интерфейс ISA (Industry Standard Architecture) являлся долгие годы промышленным стандартом, она все еще используется в промышленных компьютерах для подключения относительно медленных периферийных устройств.

PCI. Интерфейс PCI (Peripheral Component Interconnect – стандарт подключения внешних компонентов) появился в персональных компьютерах, реализованных на основе процессоров Pentium. Данный стандарт стал поддерживать режим «plug-and-play», который обеспечивает автоматическое распознавание подключаемых устройств «на лету».

FSB . PCI в настоящее время применяется только как шина для интерфейса с периферийными устройствами, а для сопряжения процессора с оперативной памятью, используют шина, которая получила название FSB (Front Side Bus).

PCMCIA (Personal Computer Memory Card International Association – стандарт международной ассоциации производителей плат памяти для персональных компьютеров). Данный стандарт используется для подключения «плоских» карт памяти, в портативных персональных компьютерах, его используют при изготовлении плат ввода-вывлда информации, модемов.

PCI Express. PCI Express или PCI-E - компьютерная шина, использует программную модель шины PCI. В отличие от шины PCI, используемой для передачи данных по общей шине, PCI-E является пакетной сетью с топологией типа звезда. Устройства на шине PCI-E взаимодействуют между собой через среду, образованную коммутаторами, при этом каждое устройство напрямую связано соединением типа точка-точка с коммутатором. Шина PCI Express поддерживает горячую замену карт, управление энергопотреблением и контроль передаваемых данных.

Официально первая базовая спецификация PCI Express появилась в 2002 году и ориентирована на использование в качестве локальной шины. Так как программная модель PCI Express во многом унаследована от PCI, то существующие системы и контроллеры могут быть доработаны для использования шины PCI Express заменой только аппаратного уровня без доработки программного обеспечения. Высокая пиковая производительность шины PCI Express позволяет использовать её вместо шин AGP и PCI.

Hyper-Transport. Шина HyperTransport (HT) - это двунаправленная последовательно/параллельная компьютерная шина с высокой пропускной способностью и малыми задержками, она работает на частотах до 2,6 ГГц. HyperTransport поддерживает автоматическое определение ширины шины, от 2-х битных линий до 32-х битных линий. Полноразмерная, высокоскоростная 32-х битная шина в двунаправленном режиме способна обеспечить пропускную способность до 41600 МБ/с. Шина может быть использована как с устройствами с высокими требованиями к пропускной способности (оперативная память и ЦПУ), так и с устройствами с низкими требованиями (периферийные устройства).

USB (Universal Serial Bus) - универсальная последовательная шина, предназначенная для подключения периферийных устройств. Шина USB представляет собой последовательный интерфейс передачи данных для среднескоростных и низкоскоростных периферийных устройств. Для высокоскоростных устройств лучше применять FireWire. USB - кабель представляет собой две витые пары: по одной паре происходит передача данных в каждом направлении, а другая пара используется для питания периферийного устройства (+5 В).

Первые компьютеры с портами USB (USB 1.1) появились в 1996 году, скорость обмена составляла 12Мбит/сек при длине кабеля 3-5 метров.

USB 2.0 отличается от USB 1.1 большей скоростью и небольшими изменениями в протоколе передачи данных для режима Hi-speed (до 480Мбит/сек).

USB OTG (On-The-Go) - дальнейшее развитие спецификации USB 2.0, предназначенное для лёгкого соединения периферийных USB-устройств без необходимости подключения к компьютеру. Например, цифровой фотоаппарат можно подключать к фотопринтеру напрямую, если они оба поддерживают стандарт USB OTG. Этот стандарт возник из-за возросшей в последнее время необходимости надёжного соединения различных USB-устройств без использования компьютера.

USB 3.0. Находится на этапе разработки и будет передавать сигналы посредством оптоволоконного кабеля. USB 3.0 будет совместима с USB 2.0 и USB 1.1, теоретическая пропускная способность 4,8 Гбит/с.

USB wireless . Эта технология стала доступной в 2005 году и позволяет организовать беспроводную связь с высокой скоростью передачи информации (до 480 Мбит/с на расстоянии 3 метра и до 110 Мбит/с на расстоянии 10 метров).

Wi-Fi . В последние годы широкую популярность приобрелибеспроводные технологии Wi-Fi (Wireless Fidelity – беспроводная достоверность). Это семейство технологий беспроводной передачи данных, максимальная производительность канала более 50 Мбод, а радиус действия около 100 метров, что достаточно для создания беспроводных локальных сетей. Точки доступа Wi-Fi создают в общественных местах: гостиницы, кафе, вокзалы и др. Находясь в зоне действия Wi-Fi , в Интернет можно выйти с помощью ноутбука или ПКП. Мобильные устройства (КПК, ноутбуки), оснащённые клиентскими Wi-Fi приёмо-передающими устройствами, могут подключаться к локальной сети и получать доступ в Интернет.

Wi-Max . Это еще одна интенсивно развивающаяся беспроводная технология, но в России она еще практически не распространена. Производительность канала – около 75Мбод, а дальность действия измеряется уже десятками километров. Это хорошая альтернатива выделенной линии для Интернета.

GPRS (General Packet Radio Service) – это cтандарт для передачи данных всотовыхсетях. Соединение с помощью мобильного телефона может принципиально заменить обычную телефонную линию. Но обычный голосовой модем сотового телефона обеспечивает скорость передачи данных со скоростью 9.6 Кбод, что недостаточно для работы в Интернете. Поэтому для мобильной связи была создана специальная технология пакетной передачи данных GPRS, позволяющая вести обмен со скоростью около 200Кбод. Эта величина пока теоретическая, на практике большинство операторов мобильной связи обеспечивает канал со скоростью 56Кбод.

Технология BlueTooth («блютуз»). Буквально переводится как «синий зуб» и это название исторически связано с датским королем 10 века Гаральдом «Синие зубы», который собирал скандинавские земли, а данная технология как раз и предназначена для объединения мобильной электроники. Данная технология считается пригодной для беспроводной передачи данных для мобильных устройств различного назначения: мобильные телефоны, портативные компьютеры, принтеры, цифровые фотоаппараты и т.п. Необходимость в низком энергопотреблении обусловила и небольшую дальность действия – до сотни метров. Разрабатывается вариант, способный передавать данные на инфракрасные порты на расстояние до 30-40 километров. По умолчанию устройства с данной технологией соединяются друг с другом автоматически, как только они оказываются в зоне обнаружения.

IEEE 1394 (FireWire) –высокоскоростная последовательная шина, используемая для передачи данных между персональным компьютером и различными периферийными устройствами: принтерами, сканерами, жёсткими дисками, цифровыми видеокамерами. Она позволяет подключать внешние устройства и конкурирует с USB.

2.3.5. Базовая система ввода-вывода

BIOS (basic input/output system) – представляет встроенный в компьютер набор базовых программ для загрузки операционной системы, проверки устройств компьютера во время запуска, а также для поддержки обмена данными между устройствами. Eсли при загрузке возникают отказы оборудования, то на экран выдается сообщение об ошибке.

Программы базовой системы ввода-вывода, как правило, остаются недоступными для пользователей. В настоящее время материнские платы включают Flash - BIOS и программа может быть перезагружена в микросхеме.

После выполнения диагностики компьютера BIOS выводит на монитор основные параметры аппаратных средств и после этого загружается операционная система. Пользователь может предварительно нажать Del и вызвать BIOS - Setup, которая позволяет изменить различные установки в CMOS RAM.

2.3.6. Энергонезависимая память

Системная плата содержит микросхему «энергонезависимой памяти», изготовления по технологии CMOS. В отличие от оперативной памяти содержимое CMOS не стирается после выключения компьютера. В нее можно записывать данные, а также их модифицировать согласно устройствам, входящим в состав компьютера. Данная схема использует для питания автономный аккумулятор, который находится на системной плате. CMOS хранит информацию о дисках, процессоре и других устройствах системной платы.

2.4. Система памяти компьютера

Система памяти компьютера используется для хранения информации в персональных компьютерах и включает следующие устройства:

· регистры ЦПУ, представляющие самую быстродействующую память ограниченного объема (8-16 регистров) и называемую сверхоперативной памятью компьютера;

· кэш-память;

· модули оперативной памяти;

· накопители на жестких магнитных дисках;

· оптические диски (CD и DVD диски);

· внешняя память (внешние диски, флэш-память).

Ниже будут более подробно рассмотрены вопросы организации, функционирования и основные характеристики устройств памяти.

2.4.1. Кэш-память

Кэш- память (cache - дословно «заначка») - память компьютера с быстрым доступом, в которой дублируется и хранится часть данных памяти с более медленным доступом, которой является оперативная память. Кэш-память позволяет обращаться к часто требуемым данным быстрее, чем это происходит при использовании только оперативной памяти. Процесс организации доступа посредством кэш-памяти называется кэшированием.

Кэш-память в персональных компьютерах обычно разделяется на несколько уровней: L1, L2, L3, причем память младшего уровня всегда меньше по размеру и имеет более высокую скорость доступа. Самой быстрой памятью является кэш-память первого уровня (L1-cache) и она размещается на одном с ним кристалле. Память уровня L1 работает на частоте процессора и объём этой памяти обычно небольшой - примерно 128 Кб. L2 - кэш второго уровня, которая обычно расположена также на кристалле или рядом с ЦПУ, объём L2 доходит до 4 Мб. Кэш-память третьего уровня наименее быстродействующая и обычно расположена вне ЦПУ, она может иметь значительную емкость и работать быстрее оперативной памяти.

2.4.2. Оперативная память

Оперативная память предназначена для временного хранения данных и команд, при отключении питания компьютера вся информация из памяти стирается. Поэтому при работе с документами нужно периодически сохранять данные на диск, так как при случайной перезагрузке, зависании системы или скачке напряжения оперативная память очистится и все данные будут потеряны. Из оперативной памяти команды и данные передаются в процессор напрямую или через кэш-память. В компьютерах оперативная память является динамической памятью с произвольным доступом (dynamic random access memory - DRAM).

Понятие «динамической» памяти DRAM относится ко всем типам оперативной памяти, начиная с самой старой асинхронной динамической памяти и заканчивая современными модулями памяти DDR2, DDR3. Этот термин вводится в противоположность понятию «статической» памяти (SRAM) и означает, что содержимое каждой ячейки памяти периодически необходимо обновлять ввиду особенности ее конструкции, продиктованной экономическими соображениями. В то же время, статическая память, характеризующаяся более сложной и дорогой конструкцией ячейки и применяемая в качестве кэш-памяти в процессорах, свободна от циклов регенерации, так как в ее основе лежит не емкость (динамический элемент), а триггер (статический элемент).Оперативная память является памятью с произвольным доступом RAM (Random Access Memory), это означает, что при обращении к данным порядок их расположения в памяти может быть произвольным. Оперативная память состоит из ячеек определенной разрядности.

Под емкостью или объемом модуля памяти понимают максимальный объем информации, которую данный модуль может хранить. Емкость памяти обычно измеряется в байтах, а учитывая емкость современных модулей памяти - в Мегабайтах или Гигабайтах, (например 512 Мб, 1Гб). Наиболее приоритетным направлением развития технологии оперативной памяти в настоящее время является DDR SDRAM (Double Data Rate Synchronous Dynamic Random Access Memory - удвоенная скорость передачи данных синхронной памяти с произвольным доступом). Данная память обеспечивает:

· дальнейшее увеличение ее пропускной способности и снижение задержек;

· уменьшение энергопотребления;

· увеличение емкости отдельных микросхем и модулей памяти в целом.

Реализация данного направления является очень важной, так как происходит постоянное развитие технологии изготовления модулей памяти.

2.4.3. Накопители на жестких магнитных дисках

Накопители на жестких магнитных дисках (HDD - Hard Disk Driver) являются энергонезависимыми, перезаписываемыми запоминающими устройствами для долговременного хранения больших объемов информации. В жестких дисках информация хранится на вращающейся металлической или стеклянной пластине, покрытой магнитным материалом. В первых накопителях на жестких магнитных дисках (НЖМД) использовалась одна пластина, а современные диски имеют несколько пластин, размещенных на одной оси или шпинделе.

Информация записывается на обеих сторонах диска. Когда диск вращается, магнитная головка считывает или записывает двоичные данные на магнитный носитель. Магнитные головки записи - чтения информации в рабочем режиме не касаются поверхности пластин, и расстояние между ними не более нескольких нанометров, что обеспечивает долгий срок службы устройства. Накопитель на жёстком магнитном диске состоит из следующих основных узлов: корпуса из прочного сплава, жестких магнитных дисков (пластин) с магнитным покрытием, магнитных головок, электропривода шпинделя и контроллера, управляющего работой жесткого диска и представляющего собой микросхему. Контроллер диска определяет используемый метод записи данных на диске. Жесткий диск устанавливается в специальные монтажные отсеки внутри системного блока и подключается к материнской плате плоским контактным кабелем. На рис 2.4 представлен накопитель на жестких дисках.

Данные на магнитных дисках хранятся на концентрических круговых участках, называемых дорожками (tracks), которых на жестком диске размером 3,5 дюйма может быть более тысячи. Дорожки представляют собой скорее логическую, чем физическую структуру и наносятся при низкоуровневом форматировании жесткого диска. Нумерация дорожек начинается с 0, которая является ближайшей к внешнему краю диска. Дорожка с самым высоким номером находится ближе всех к шпинделю. На рис.2.5 показаны нулевая дорожка, дорожка в середине жесткого диска (N) и дорожка номер 1023.

Головки чтения-записи представляют собой миниатюрные преобразователи, которые позиционируются над дорожкой диска с помощью шагового двигателя. На каждую сторону пластины диска имеется по одной головке. Как правило, все головки закреплены на едином механизме перемещения головок, и все они перемещаются синхронно. Все головки всегда располагаются над одной и той же логической дорожкой на каждой стороне каждой пластины. Головки перемещаются над поверхностью диска небольшими приращениями, которые называются шагами (steps), каждый шаг соответствует одной дорожке.

Рис. 2.4. Накопитель на жестких магнитных дисках

Рис. 2.5. Расположение дорожек на диске

Некоторые диски имеют по одной головке на каждую дорожку и, следовательно, контроллеры не тратят время на перемещение головок к нужной дорожке для считывания информации. Эти диски существенно дороже и, как правило, устанавливаются только на суперкомпьютерах.

В настоящее время разработаны твердые диски, не имеющие ни пластин, ни головок, вместо которых используется энергонезависимая память (NVRAM). Микрокод контроллера организует память, имитируя логические цилиндры, головки, дорожки и секторы, обеспечивая интерфейс с операционной сис­темой. Время доступа к таким дискам измеряется наносекундами (для сравнения - при использовании традиционных технологий оно измеряется в миллисекундах).

Секторы и кластеры. Каждая дорожка разбивается на фрагменты, называемые секторами (sectors), причем все дорожки на диске имеют одинаковое количество секторов. Сектор представляет собой минимальную физическую единицу хранения информации на диске. Размер сектора почти всегда равен 512 байт. Каждая дорожка имеет одно и то же количество секторов, поэтому на дорожках, расположенных ближе к центру диска, секторы упакованы гораздо плотнее.

Дляподготовки диска к работе необходимо на нем создать разделы и логические диски, а также выполнить форматирование диска, то есть разметить его. При этом уничтожается вся информация на жёстком диске. Под разделом диска понимается часть физического диска, которая ведет себя как отдельное устройство и для хранения данных на созданном разделе необходимо сначала отформатировать его и присвоить имя диску. Диск можно разбить на несколько разделов, например на основной и дополнительные, а в разделах можно создать, в свою очередь, логические диски, каждый из которых будет иметь собственное имя. Логические диски похожи на основные разделы за тем исключением, что на одном диске может быть не более четырех основных разделов, в то время как число логических дисков не ограничено, их можно форматировать и присваивать имена.

Разбиение диска на дорожки и сектора выполняется производителем диска. Сектор емкостью 512 байт представляет минимальный физический объем диска. При логическом разбиении диска на нем создаются более крупные фрагменты, состоящие от одного до нескольких секторов и называемые кластерами. Количество секторов в кластере зависит от используемой файловой системы и емкости диска. Ниже приведена таблица размеров кластеров для файловой системы NTFS (файловые системы обсуждаются в главе 3). В этой системе обычно форматируют жесткий диск при установке операционной системы, например при установке операционной системы Windows.

Основными характеристиками НЖМД являются следующие:

· интерфейс - существует огромное количество разных моделей жестких дисков многих фирм, для обеспечения совместимости дисков разработаны стандарты на их интерфейсы, определяющие номенклатуру соединительных проводников, их размещение в переходных разъемах, электрические параметры сигналов и т.п. Распространенными являются интерфейсы IDE (Integrated Drive Electronics) или ATA (Advanced Technology Attachment), Serial ATA, SCSI (Small Computer System Interface), EIDE (Enhanced IDE). Характеристики интерфейсов, с помощью которых винчестеры связаны с материнской платой, в значительной степени определяют производительность современных жестких дисков;

· емкость диска – максимальное количество данных, хранимых накопителем, емкость современных дисков достигает до 1000 Гб (1Тбайт). Обычно оптимальный объём определяется минимальной стоимостью одного гигабайта данных. Для её определения необходимо ёмкость HDD разделить на цену. На рис. 2.6. представлена зависимость стоимости хранения одного гигабайта для наиболее распространенных НЖМД до 500 Гбайт;

Рис. 2.6. Стоимость хранения гигабайта информации на диске

За основу бралась стоимость моделей с SATA-интерфейсом и буфером от 8 Мбайт. Цены на НЖМД от разных производителей суммировались, определялось среднее значение, которое и делилось на ёмкость диска. Наиболее выгодным по стоимости за один гигабайт оказались модели ёмкостью 250 Гбайт. С небольшим отрывом за ними следуют НЖМД ёмкостью 200 Гбайт и 300 Гбайт, именно на них и следует обратить внимание пользователям;

· физический размер (форм-фактор) - большинство современных накопителей персональных компьютеров и серверов имеют размер 3,5, или 2,5 дюйма, применяются в основном в ноутбуках. Другими популярными форматами являются диски 1,8 дюйма, 1,3 дюйма и 0,85 дюйма;

· время произвольного доступа (random access time) – среднее время доступа составляет от 3 до 15 мс, как правило, минимальным временем обладают серверные диски;

· скорость вращения шпинделя (spindle speed) – диски имеют различные стандартные скорости вращения: 4200, 5400 и 7200 (ноутбуки), 7200 и 10 000 (ПК), 10 000 и 15 000 об./мин. (серверы и высокопроизводительные рабочие станции);

· потребляемая энергия - важный показатель для мобильных устройств;

· уровень шума - определяется шумом, порождаемым работой механических частей накопителя. Данный параметр определяется в децибелах. Бесшумными накопителями являются накопители с уровнем шума менее 25 дБ;

· скорость передачи данных (Transfer Rate) – средняя скорость лежит в диапазоне (45-500) Мбайт/с.

2.4.4. Накопители на оптических дисках

Под оптическими дисками понимают носители информации, выполненные в виде дисков, запись на которые выполняется с помощью оптического излучения. Диск изготовлен из поликарбоната толщиной 1,2 мм, на который нанесен специальный слой, служащий для хранения информации. При чтении данных луч лазера отражается к читающей лазерной головке по разному для «0» и «1», посредством которых и передается информация. Диаметр дисков может быть 12см или 8см (210 Мбайт).

Первые компакт-диски были созданы для хранения аудио информации в 1979 году компаниями Philips и Sony, однако в настоящее время широко используются как устройства хранения данных широкого назначения. CD-ROM (Compact Disc Read Only Memory) означает компакт-диск с возможностью только чтения. Для штамповки существует специальная матрица (мастер-диск) будущего диска, которая выдавливает дорожки на поверхности и после штамповки на поверхность диска наносят защитную пленку из прозрачного лака. Накопитель CD-ROM содержит:

· электродвигатель, который вращает диск;

· оптическую систему, состоящую из лазерного излучателя, оптических линз и датчиков и предназначенную для считывания информации с поверхности диска;

· микропроцессор, который руководит механикой привода, оптической системой и декодирует прочитанную информацию в двоичный код.

Компакт-диск раскручивается электродвигателем. На поверхность диска с помощью привода оптической системы фокусируется луч из лазерного излучателя. Луч отражается от поверхности диска и сквозь призму подается на датчик. Световой поток превращается в электрический сигнал, который поступает в микропроцессор, где он анализируется и превращается в двоичный код.

DVD – диски. Официально DVD диск был объявлен в 1995 году и вначале под данной аббревиатурой понимался Digital Video Disk (цифровой видео диск), а затем данное сокращение стало соответствовать названию Digital Versatile Disk (Versatile – универсальный). DVD имеет более высокую плотность записи за счет использования лазера с меньшей длинной волны. Кроме того, DVD могут быть двухслойными, это позволяет записывать данные на одной стороне диска в два слоя. Данные могут записываться также на две стороны диска, что обеспечивает удвоение ёмкости.

HD DVD (High Definition DVD) - это DVD высокой чёткости, использующие такие же диски стандартного размера (12см) и синий лазер с длиной волны 405 нанометров. Однослойный HD DVD имеет ёмкость 15 GB, двухслойный - 30 GB. Фирма Toshiba также анонсировала трёхслойный диск, который будет хранить 45 GB данных. Это меньше, чем ёмкость основного конкурента Blu-ray, который поддерживает 25 GB на один слой и 100 GB на четыре слоя. Оба формата совместимы с DVD и используют одни и те же методики сжатия видео.

BD DVD (Blu-Ray Disc) - это стандарт DVD дисков - Blu-Ray Disc (Голубой луч) следующего поколения. Запись и чтение данных выполняется "сине-фиолетовым" лазером длиной волны 0,4 мкм. Это обеспечивает возможность размещать на одной стороне диска 27 Гбайт, а для двухслойного диска – порядка 50 Гбайт информации. Blu-ray Disc, сокращённо BD - это следующее поколение оптических дисков с высокой плотностью.

2.5. Периферийные устройства

Периферийными или внешними устройствами называют устройства, размещенные вне системного блока и используемые для обмена информацией с компьютером. К ним относятся устройства вывода результатов (мониторы, принтеры, плоттеры и другие) и устройства ввода данных (клавиатура, сканеры и т.п.).

2.5.1. Монитор

Это стандартное устройство вывода, предназначенное для визуального отображения текстовой и графической информации. В зависимости от принципа действия, мониторы подразделяются на:

· мониторы на основе электронно-лучевой трубки (ЭЛТ или CRT- Cathod Ray Tube);

· жидкокристаллические мониторы.

Монитор с электронно-лучевой трубкой представляет собой электронно-вакуумное устройство в виде стеклянной колбы, в горловине которой находится электронная трубка с экраном со слоем люминофора. При нагревании электронная пушка излучает поток электронов, которые с высокой скоростью двигаются к экрану. Изображение на мониторе формируется при помощи электронного луча, очень быстро проходящего последовательно по строкам слева- направо, сверху- вниз. Если бы луч проходил всю область экрана очень медленно, то мы бы увидели точку, последовательно проходящую по всей области экрана. Но, так как луч проходит весь экран с очень большой скоростью, мы видим изображение с небольшим мерцанием. Чем быстрее луч проходит по экрану, тем менее заметно мерцание картинки. Считается, что мерцание картинки будет незаметно, если луч полностью пройдет экран 75 раз за секунду (то есть с частотой 75Гц). Естественно, чем больше этот параметр, тем лучше для глаз пользователя и рекомендуемая величина - это 85Гц и выше.

При выборе монитора следует учитывать и разрешающую способность экрана (разрешение). Как правило, производитель указывает в паспорте к монитору максимальное разрешение (например макс. - 2048x1536, 60 Гц) и оптимальное (например оптим. - 1280x1024, 85 Гц).

Следующий критерий выбора - размер экрана по диагонали в дюймах. Основными стандартными размерами экрана являются 15"; 17",19"; 20"; 21", 22”,24”.

Если вы собираетесь работать только с текстовой информацией и простой графикой, вам вполне подойдет монитор 17"", 1024x768, 85Гц. Для игр следует брать монитор с наиболее большим разрешением экрана и частотой, а для профессиональной работы с видео и графикой рекомендуется монитор с диагональю экрана не менее 19"". Достоинствами мониторов на основе ЭЛТ являются:

· отличный обзор экрана под любым углом;

· достаточно точная цветопередача;

· идеально подходит для отображения видео и анимации.

К недостаткам мониторов данного типа можно отнести:

· занимают много места на рабочем столе;

· всегда присутствует электромагнитное излучение;

· мерцание вредно для глаз, чувствуется усталость после нескольких часов работы.

Монитор этого типа подойдет, если вы занимаетесь профессиональной работой с графикой и видео, в других случаях рекомендуется обратить внимание на ЖК-мониторы.

Жидкокристаллические мониторы (ЖК или LCD - Liquid Crystal Display ) – пассивные плоские мониторы, данный тип мониторов был разработан в 1963 году. Большое значение имеют чистота и тип полимера со свойствами жидких кристаллов, примененный в мониторе. В основе мониторов этого типа лежит вещество, находящееся в жидком состоянии (жидкие кристаллы), благодаря которому и формируется изображение. Экран ЖК-монитора представляет собой массив пикселей из жидких кристаллов (матрица), которые используются для отображения информации. У ЖК-мониторов нет мерцаний, дефектов сведения, помех от магнитных полей, идеальны фокусировка, геометрия изображения и фиксированное разрешение. Энергопотребление ЖК-мониторов в несколько раз меньше, чем у ЭЛТ и плазменных экранов сравнимых размеров Энергопотребление ЖК мониторов на 95% определяется мощностью ламп подсветки или светодиодной матрицы подсветки пассивного ЖК экрана. При выборе ЖК монитора следует обратить внимание на следующие основные характеристики:

· яркость - е диницей измерения яркости является «кандела» (лат. candela- свеча) на квадратный метр (кд/м 2). В некоторых документах применяется единица измерения яркости - нит, который равен 1 кд/м 2 , стандартная яркость равна 300 кд/м 2 ;

· контрастность - определяется отношением самой яркой и самой темной точки экрана. Данная величина является безразмерной и обозначается, например так: 1600:1;

· угол обзора - он бывает как горизонтальный, так и вертикальный. Горизонтальный угол обзора позволяет вам видеть изображение на мониторе (если вам позволит угол самого обзора), если вы сидите не напротив монитора, а чуть сбоку (справа или слева – вот самые крайние боковые точки и формирует данный угол – стандартный горизонтальный угол равен 160 градусам). Вертикальный угол обзора – это угол между верхней точкой перед монитором и нижней (стандартный угол составляет 60 градусов, но чем больше, тем лучше). В отличие от ЭЛТ-мониторов, в которых картинка видима под любым углом обзора, кристаллическое содержание не позволяет ЖК-мониторам похвастать этим. Наибольший угол обзора для ЖК на сегодняшний день составляет 178 градусов и по горизонтали и по вертикали;

· максимальное разрешение - от этого показателя зависит плотность или, так сказать, наибольшая детализация изображения. Стандартное разрешение составляет 1280:1024, но чем больше, тем качественнее изображение, например хорошее качество соответствует разрешение - 1920х1200;

· частота и время отклика - время отклика характеризует суммарное время переключения пиксела LCD-матрицы из черного в светлое состояние и обратно;

· потребление энергии - важный показатель при выборе монитора, потребление эпергии примерно от 30 Вт, а в режиме экономии монитор потребляет 1-2 Вт.

ЖК-мониторы имеют не только вышеперечисленные характеристики, некоторые модели имеют возможность поворота экрана на разные углы, как по горизонтали и вертикали, так и в других плоскостях. При выборе ЖК монитора следует попросить показать тест поверхности монитора на "битые пиксели" - точки на экране, которые при прохождении через них светового луча утратили свою способность изменять цвет. Дело в том, что наличие до 5 "битых пикселей" не является гарантийной ситуацией, а это значит, что никто такой монитор вам заменять не будет. Так же следует обратить внимание на "смазывание" текста при прокрутке станицы с текстовой информацией. Если текст при прокрутке оставляет за собой на некоторый момент "шлейф", приобретать такой монитор не стоит. Достоинствами ЖК мониторов являются:

· низкая потребляемая мощность электроэнергии;

· возможность поворота экрана;

· занимают достаточно мало места;

· достаточно безопасны для зрения;

· идеально подходят для работы с текстовой информацией и простой графикой, а так же для игр.

Рынок ЖК-мониторов движется все больше в сторону широкого формата. Выход Windows Vista еще больше подстегивает этот процесс. Интерфейс Vista «настроен» под формат экрана 16:10, соответственно, и большинство новинок будет теперь выходить с таким соотношением сторон. Параметры продолжают улучшаться: у новинок выросла контрастность до 3000:1. Любители игр, как обычно, не обделены вниманием: время отклика 5 мс уже никого не удивляет, в семействе моделей основных производителей имеются разработанные специально для «геймеров» двухмиллисекундные мониторы. Для профессиональной работы с графикой имеются мониторы, например NEC LCD2690WUXi с экраном 26 дюймов по диагонали.

2.5.2. Видеоплата

Видеоплата, известная также под названием графическая карта, видеокарта или видеоадаптер, является частью видиосистемы компьютера и выполняет преобразование изображения, хранящегося в памяти компьютера, в видеосигнал монитора. Видеокарта представляет собой плату расширения, встраиваемую в специальный разъём для видеокарт на материнской плате или бывает встроенной в материнскую плату микросхемой. Современные видеокарты имеют специализированный микропроцессор, выполняющий большую часть обработки изображений, освобождая от этих задач центральный процессор компьютера.

Стандартная видеоплата плата включает:

· графический процессор (Graphic Processor Unit) - является основой графической платы и в значительной степени определяет ее быстродействие. Поэтому используется понятие «графический ускоритель» (graphics accelerator), который обеспечивает выполнение определенных графических функций аппаратными средствами. Графический процессор выполняет обработку выводимого изображения, производит обработку команд трёхмерной графики. Графические процессоры являются достаточно сложными устройствами, соответствующими центральному процессору. Архитектура современного графического процессора обычно предполагает наличие блоков обработки 2D- и 3D-графики;

· видеопамять - выполняет роль буферной памяти, в которой хранится изображение, формируемое и обрабатываемое графическим процессором и выводимое на экран монитора. Основное назначение видеопамяти - временное хранение выводимой на экран монитора информации. Каждая картинка имеет определенный объём, который измеряется в байтах, поэтому больший объем видиопамяти обеспечивает лучшее разрешение, а также глубину цвета изображения. Часть видеопамяти, используемая для хранения выводимого изображения, называют кадровым буфером (фрейм- буфером). Например, если разрешение 1024х768 точек, то на экране будет 786 432 точек и при использовании 32-битного цвета для кодирования одной точки потребуется: (1024х768х32)/8 = 3145728 байт, то есть нужно более 3 Мбайт памяти. Таким образом, емкость буфера кадра видеопамяти в байтах можно в общем случае определить следующим образом: М=(r*c*b)/8, где:

М – емкость буфера памяти видеоплаты;

r - количество точек (пикселов) по горизонтали экрана;

с - количество точек (пикселов) по вертикали экрана;

b – количество бит для кодирования цвета;

8 – количество бит в байте.

· цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП) используется для формирования изображений, формируемых специальным видеоконтроллером. Он формирует изображение в видеопамяти и вырабатывает сигналы развёртки монитора.

Основными характеристиками видеоадаптера являются следующие:

· разрядность шины данных, то есть количество бит информации, передаваемых за один такт и определяемых производительность видеоадаптера;

· производительность видеопамяти, от нее зависит, как быстро видеопроцессор будет получать данные для обработки. Большинство современных видеокарт сегодня имеют быстрые видеопроцессоры;

· емкость видеопамяти на плате;

· частота работы видеокарты, определяющая скорость обработки видеоинформации и измеряемая в мегагерцах;

· тип используемого интерфейса, в качестве которого сейчас применяется PCI Express, являющийся последовательным интерфейсом, его пропускная способность может достигать 8 Гб/с. В настоящее время имеет место практически полный отказ от шины AGP (Accelerated Graphics Port - ускоренный графический порт) в пользу PCI Express.

2.5.3. Звуковая карта

Звуковые карты (платы) используются для записи и воспроизведения звуковых сигналов: речи, музыки, различных звуковых эффектов. Современные звуковые платы предоставляют большие возможности для обработки звуковых сигналов и превращают обычный компьютер в достойную аудиосистему. Звуковая плата (sound card), также называемая звуковой картой, музыкальной платой бывает встроенной микросхемой в материнскую плату, отдельной платой расширения или внешней звуковой картой, соединяемой с компьютером через порт USB.

Любая звуковая плата представляет собой, по сути, схему цифро-аналогового и аналого-цифрового преобразователей (ЦАП и АЦП).

Упрощенная структура аудио тракта показана на рис. 2.7. Микшерный пульт - это устройство, предназначенное для суммирования звуковых сигналов от нескольких источников в один или несколько, также при помощи микшерного пульта осуществляется маршрутизация звуковых сигналов.

При цифровом представлении аналогового сигнала изменение его амплитуды происходит дискретно и как бы фиксируется в течение некоторых моментов времени, в которые осуществляются измерения. Измеренные значения определяют аналоговый (непрерывный) сигнал, представляя его состояние в дискретные моменты времени. Таким образом, звук после аналого-цифрового преобразования представляется последовательностью цифровых кодов. Очевидно, что чем короче временные промежутки между отдельными измерениями, то есть чем выше частота дискретизации (Sampling Rate), тем точнее описывается и затем воспроизводится звуковой сигнал. Необходимая частота измерений (выборки) зависит от частотного диапазона преобразуемого сигнала.

Обычно применяется частота 44.1 KHz, что соответствует стандарту Audio CD и обеспечивает воспроизведение частот приблизительно до 22.05 KHz. Напомним, что человек воспринимает звуковые колебания в диапазоне примерно от 20 до 20000 Гц. Под точностью или разрешающей способностью понимают наименьшее изменение аналогового сигнала, которое приведет к изменению цифрового кода. Это определяется разрядностью АЦП и ЦАП при воспроизведении звука, с увеличением которой увеличивается их динамический диапазон. Звуковые карты могут иметь разрядность 16, 20, а иногда и 24 бита, хотя последняя уже практически не приводит к заметному улучшению качества.

Рис. 2.7. Структура аудио тракта

В принципе вся необходимая обработка может выполнятся центральным процессором, но гораздо лучше, если обработку выполняет расположенный на плате специализированный звуковой процессор, называемый DSP (Digital Signal Processor). От его возможностей и производительности напрямую зависит качество и точность звуковы

Конец работы -

Эта тема принадлежит разделу:

Информатика

Санкт петербургский государственный университет сервиса и.. кафедра информатика..

Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ:

Что будем делать с полученным материалом:

Если этот материал оказался полезным ля Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:

Приветствую Вас и в этом посте я попытался как возможно кратко описать тернистый и долгий путь зарождения и возникновения вычислительной техники. Надеюсь многие найдут для себя, что то интересное.

Значение слова компьютер – «вычислитель». Потребность обработки данных и вычислений возникла несколько тысяч лет назад, для этого использовались счетные камешки палочки и тому подобное, а примерно 1500 лет начали использовать счеты. В 1642 году Блез Паскаль изобрел механическую машину выполняющую сложение чисел. В1673 Готфрид Вильгельм Лейбниц сконструировал первый арифмометр выполняющий уже четыре действия. Арифмометры начали широко применяться в 19-го века, на них делали довольно сложные расчеты и уже появился первый прототип человека работающего на компьютере – «счетчик» – тот кто работает с арифмометром. При своей работе счетчик точно соблюдал определенную последовательность действий и инструкций, которую в последствии начали называть программой. Так как выполняемые действия и запись результатов выполнял человек, то скорость вычислений была сильно ограничена, из-за чего расчеты производились медленно – даже несколько счетчиков могли выполнять программу неделями или месяцами.

Математик из Англии Чарльз Бэббидж в начале девятнадцатого века попытался сделать вычислительное приспособление – аналитическую машинку, которая как и современная компьютерная техника, должна была производить вычислительные операции без участия людей. Машина должна была выполнять программы, которые вводились в нее с помощью перфокарт (отрезок или лента плотной бумаги, где информация наносилась с помощь большого количества маленьких отверстий), которые на то время уже использовались в ткацкой промышленности. При этом нужен был склад для запоминания данных вычислений и фиксации промежуточных результатов (на сегодняшнем языке это – память). Но все таки этой задумке не суждено было свершиться - аналитическая машина была слишком сложная для техники того времени и к сожалению Бэббидж не смог завершить этот проект. Однако он заложил основные идеи и механизмы и создал прототип будущего компьютера. А уже в 1943 году американский ученый Говард Эйкен, используя работы того Чарлза Бэббиджа, на новых технологиях того времени, электрическом реле создал такую машину под названием «МАРК-1″ на одном из предприятий уже нам известной фирмы «IBM». Аналогичную машину построил немецкий инженер Конрад Цузе в 1941 г.

Тем времен потребность в автоматизации вычислений резко выросла и уже несколько исследовательских групп работали над этим. Группа под руководством Джона Молчи и Преспера Экерта в США разработала машину «ENIAC» на основе электронных ламп, которая в тысячу раз быстрее работала чем Марк-1, но время для задания программы тратилось очень много – от нескольких часов до нескольких дней. Чтобы решить эту проблему, ученые начали делать новую машину, которая смогла бы программу хранить в своей памяти. Вскоре в 1945 году к разработке подключился известный математик Джон фон Нейман, который в докладе просто и популярно объяснил и сформулировал принципы работы вычислительных устройств то биш компьютеров (были выделены 4-е основных устройства: арефметическо-логическое, устройство управления, запоминающее устр-во и внешнее устройство ввода-вывода информации) . В 1949 английским исследователем Морисом Уилксом был построен первый компьютер работающий по принципам фон Неймана.

Все числа в компьютере представляются в виде 0 и 1, а единицей информации является бит, который может принимать значение нуля и единицы, а команды машин работают с восемью битами сразу. Восемь битов составляют 1 байт, и в нем возможно закодировать значение одного символа из 256 возможных – то есть 2 в восьмой степени. Следующий уровень килобайт – «Кб» равный 1024 байтам (2 в десятой степени), мегабайт сокращенно обозначается «Мб» и равен 1024 «Кб» килобайтам и гигабайт «Гб» равен 1024 «Мб» мегабайтам, дальше терабайты и так далее.

Программы раньше приходилось писать на машинном языке в кодах которые непосредственно воспринимал компьютер. Так как это было очень тяжело и очень малопроизводительной работой в начале 50-х были разработаны системы позволяющие писать программы на машинном языке с использованием мнемонических обозначений этих команд и назывался он языком автокодом или ассемблер. Программы на ассемблере быстро переводятся в машинные команды и используются в тех случаях когда требуется достичь максимального быстродействия и минимального размера программ. Однако написания таких программ все еще очень трудоемко и требует знаний системы команд соответствующего компьютера. Поэтому многие исследователи пошли дальше научив компьютеры понимать удобные для человека языки составления программ, которые носили название - языки программирования высокого уровня, а языки подобные ассемблеру – языки низкого уровня (который не раз мне приходилось «грызть» в начале своей учебы:)). Первый коммерческий язык высокого уровня Фортран был разработан фирмой IBM в 1958 году под руководством Джона Бэкуса, и использовался для научной деятельности и до сих пор там применяется. Также для других целей было разработано немало разных языков высокого уровня, но применение получили лишь некоторые из них – СИ, СИ++, Паскаль, Бейсик и т.д. (сейчас этот перечень намного больше).

В 40-50-х годах компьютеры были громадными устройствами это – были залы заставленные шкафами с оборудованием стоило естественно очень больших денег и себе это позволить могло естественно только крупные компании. В 1948 г. были изобретены транзисторы, которые смогли заменить электронные лампы. И после того как были найдены дешевые способы изобретения транзисторов удалось создать компьютеры в сотни раз меньше ламповых. и в 1965 г. был выпущен первый мни-компьютер PDP-8 фирмой «Digital Equipment» размером примерно как холодильник, стоимость его составляла $ 20 000. Незадолго до этого будущим основателем фирмы «Intel» Роберт Нойс изобрел метод, благодаря которому на одной пластине размещалось несколько транзисторов и стали называться интегральными схемами. И уже в 1968 г. фирмой Burrooughs был выпущен первый компьтер на интегральных схемах, и в 1970 году фирмой все той же Intel были выпущены на рынок интегральные схемы памяти. В том же 1970 году та же фирма Intel, а частности Эдвард Хофф сконструировал первое подобие центрального процессора большой ЭВМ (Intel-4004). В 1974 г. был выпущен усовершенствоанный процессор Intel-8080, который стал стандартом для компьютерной индустрии. В 1975 года фирмой MITS был выпущен первый коммерческий компьютер Альтаир-8800 стоимостью $500 (оперативная память составляла 256 байт) . В первые месяцы было продано несколько тысяч образцов, покупатели сами снабжали его монитором клавиатурой и т.д. В 1975 Пол Аллен и Билл Гейтс (в будущем создатели Microsoft) создали интерпретатор языка Basic для компьютера Альтаир.

В середине 1981 был представлен первый персональный компьютер под названием IBM PC на базе нового 16-разрядного процессора Intel-8088, который приобрел большую популярность и через несколько лет вытеснил 8-битовые компьютеры и фактически стал стандартом персонального компьютера. Но секрет успеха компании IBM заключается в том, что фирма заложила возможность в компьютеры IBM усовершенствования его отдельных частей и устройств, она сделала компьютер состоящих из несколько отдельных блоков в отличии от своих конкурентов, которые не смогли развить свой успех. При этом всем желающим были доступны методы сопряжения устройств и это в дальнейшем называлось принципом открытой архитектуры, что обеспечило успех компьютеру IBM PC, но при этом лишив фирму единолично пользоваться плодами разных технических разработок и усовершенствований. Расчет был правильным, что позволило независимым производителям разрабатывать различные дополнительные устройства и комплектующие, которых за пару последующих лет уже насчитывалось сотни. А самый большой выигрыш от этого получил конечно же пользователь!

На этом я думаю можно остановиться так как поколение IBM PC на процессорах 80-286 и 386 многие из вас уже застали, которые к нам завозились через третьи страны Индия и другие, так как великий и могучий СССР, не смотря на потребность в машинах такого класса, не мог и не хотел признать отставание в этой области.