ЭВМ

ЭВМ – электронное устройство или система, способная выполнять задания чётко определённой последовательности действий.

Технологические достижения, способствовавшие появлению ЭВМ:

1)     Изобретение электронных переключателей в виде электронных плат;

2)     Разработка универсального метода кодирования информации в виде двоичной системы исчисления;

3)     Создание модулей искусственной памяти.

В 1946 году в США создана первая ЭВМ – ЭНИАК (электро-цифровой интегратор и калькулятор): вес 30 тонн, площадь 200 м2 18000 ламп.

В 1949 в Англии создана первая ЭВМ с искусственной памятью – ЭДСАК.

В СССР первая ЭВМ в 1951 году – БЭСМ.

 

ПК – ЭВМ универсального назначения на одного пользователя.

В 1976 году в США создан первый ПК – Apple

В 1984 году фирма Apple создала компьютер Macintosch (оба использовались для работы с графикой)

В 1981 году IBM создаёт IBM PC (для работы в офисах и телекоммуникаций).

 

Технический прогресс позволили значительно изменить ЭВМ:

1)     Сильное уменьшение размера;

2)     Снижение стоимости;

3)     Упрощение процедуры пользования;

4)     Увеличение быстродействия в миллионы раз и значительное увеличение объёма памяти;

5)     Усовершенствование электронных деталей.

 

Развитие ПК:

1)     40-60-е годы – компьютеры первого поколения (ламповые);

2)     60-е – 65-е года – компьютеры второго поколения (полупроводниковые (транзисторные), за счёт чего размеры сильно уменьшились);

3)     65-е – 75-е года – компьютеры третьего поколения (интегральные микросхемы (транзисторы объединятся в микросхемы), что радикально снизило габариты);

4)     75-е – 85-е года компьютеры четвёртого поколения (создаются на базе микропроцессоров и становятся доступны рядовым пользователям);

5)     С 85-х годов – компьютеры пятого поколения (на сверхбольших интегральных схемах с миллионами транзисторов).

 

Двоичная система хранения данных:

1)   Вся информация в памяти ПК хранится в двоичном коде, так как информацию в таком виде легко технически смоделировать (в виде электронных сигналов: ток идёт – 1, нет – 0):

а)         На магнитном диске, если направление магнитного поля одно – 1, другое – 0;

б)         На оптическом диске, если определённый участок поверхности диска отражает лазерный луч – 0, нет -1;

2)   Байт – минимальная адресная единица хранения дынных (в 1 байте 255 – максимальное число хранения);
Кодировка – способ компьютерного представления символов. ASCII – первая кодовая таблица (в США), по которой один символ занимает один байт: 0-127 – американская раскладка, 127-255 – дополнительные раскладки.
Кодовая таблица Unicod – 1символ – 2 байта, что позволяет закодировать более 65000 символов, вес файла удваивается.

3)   Для хранения текстов на ПК каждому символу следует поставить в соответствие целое число.

4)   Графическое изображение состоит из мельчайших точек, называемых растрами, которые образуют узор. Каждый растр можно отцифровать с помощью координат и цвета.

5)   Метод кодирования звука основан на том, что каждый сложный звук можно разложить на последовательность гармоничных сигналов, каждый из которых представляет собой правильную синусоиду и может быть описан числовыми параметрами.

 

PC = Hardware (аппаратные) +Software (программные).

Аппаратное средство – устройства и приборы, входящие в состав ПК.

Программное средство – совокупность программ, управляющих аппаратными средствами и выполняющих задачи по обработке данных.

 

С точки зрения структуры ПК в аппаратных средствах выделяют конструктивные блоки:

1)   Системный блок:

а)         Электронные схемы, управляющие работой ПК, которые состоят из электронных плат. На основной материнской плате располагаются микропроцессор и внутренняя память.

б)         К материнской плате подключаются дочерние платы (видеоплата, аудиоплата, сетевая карта), обмен данными между всеми устройствами происходит с помощью шины.

в)         Блок питания, преобразовывающий электричество сети в ток низкого напряжения;

г)         Вентилятор, системы охлаждения;

д)         Дисководы, накопители.

2)   Монитор;

3)   Клавиатура;

4)   Мышь.

Все устройства, подключаемые к ПК внешне, называются периферийными.

С точки зрения выполняемых функций выделяют функциональные узлы:

Устройства ввода (преобразуют различные виды информации в цифровую форму):

1)   Устройства ввода данных от человека:

а)         Клавиатура (104 символа), максимальная скорость набора 10-12 символов в секунду:

–                Беспроводные (инфракрасные лучи, радиоволны);

–                Виртуальные (физически не существующие):

  1. экранная (проектируется на поверхность с помощью инфракрасных лучей);
  2. воображаемая (наделяется возможностью понимать текст);

б)         Координатные манипуляторы – позволяют на расстоянии управлять графическими объектами:

–                1964 – изобретение мыши, первые мыши были механическими, затем оптомеханическими, сейчас – оптические, основанные на использовании миниатюрной фотокамеры:

  1. Беспроводные (лазерные, инфракрасные, радиоволны);
  2. Виртуальные;

–                Трекбол (перевёрнутая мышь)>> трекпоинт (миниматюрный джойстик размером 5-8мм на клавиатуре)>> тачпад (чувствительная контактная площадка, движение пальца по которой перемещает курсор).

–                Джойстик – рычажной манипулятор для ввода информации о движении руки (как правило для игр);

–                Сенсорный экран – координатное устройство, позволяющее путём прикосновения в области экрана монитора производить выбор необходимого элемента данных или вводить данные.

в)         Сканер – устройство для оптического ввода изображения в память ПК. При введении текста он воспринимается как картинка. Для преобразования в символьный формат используются программы оптического распознавания символов (Fine Reader):

–                Ручные;

–                Роликовые (похожи на факс: лист движется мимо неподвижного света);

–                Планшетные (лист фиксируется, движется луч света);

–                     Барабанные (в полиграфии);

–                Трёхмерные;

–                Сканеры штрих-кода;

г)         Дигитайзер (диджитайзер) – кодирующее устройство, позволяющее поточечно вводить в ПК сложную графику, используется для ввода чертежей, схем большого формата.

д)         Микрофон – устройство для ввода звуковой информации, подключаемое к звуковой карте, которая преобразует звук в цифровую форму.

е)         Веб-камера – устройство для ввода в память ПК видеоинформации в режиме реального времени.

ж)       Для альтернативного способа управления ПК используются:

–                Речевой интерфейс (управление ПК голосом);

–                Мыслительный интерфейс (с помощью специальных датчиков);

–                Управление жестами.

2)   Устройства ввода данных с других ПК: сетевая плата, модем;

3)   Устройства ввода данных из устройств хранения: дисководы, накопители, USB-порты.

Устройства вывода (преобразуют информацию из цифровой формы в привычные для пользователя виды:

1)   Устройства вывода пользователя:

а)         Монитор (вместе с видеокартой составляет видеоподсистему. Вся информация формируется на видеокарте, а затем переносится на экран).

–                Основные характеристики:

  1. Разрешением (количество точек, выведенных по горизонтали и вертикали в графическом режиме);
  2. Цветопередача (палитра) : SWGA – 16,7 млн цветов, AKCGA – 24 млн цветов;
  3. Частота развёртки (частота обновления);
  4. Размер по диагонали (дюйм – 2,54 см);
  5. Видеокарта имеет внутреннюю память;

–                Типы мониторов:

  1. С электронно-лучевой трубкой;
  2. ЖК –мониторы ( малые габариты, экологически чистые);
  3. Плазменные (изображение не искажается в хорошо освещённом помещении);
  4. Полимерные (OLED, LED);
  5. Проекционные (видеопроектор или экран размещаются отдельно или в одном корпусе);
  6. Лазерные (на основе лазерной панели: очень энергоэкономные, с высоким качеством изображения, вечным сроком службы, в комплекте с затворными стереоочками способны выводить 3D-изображения);
  7. Виртуальные (технология устройств вывода, формирующая изображение на сетчатке глаза);
  8. Гелеодисплей (позволяет формировать цветное трёхмерное изображение – голограмму).

б)         Принтер (периферийное устройство ПК для перевода текста или графики на физический носитель из электронного вида). По способу печати делятся на:

–                 Матричные (печатная головка состоит из иголок (матриц), и через красящую ленту отпечатываются символы; печать только текстов, низкое качество, очень дешёвая печать, печать до 8 экземпляров с копиркой);

–                 Струйные (катриджы имеют 4 типа чернил: синий, жёлтый, красный, чёрный; печатающие головки имеют маленькие отверстия – сопла, через которые под давлением выдуваются частички чернил, смешивающиеся и образующие палитру цветов; скорость печати 10-20 страниц в минуту (текст), чернила высыхают);

–                 Лазерные (высокое качество печати, скорость -40 страниц в минуту (текст); частички порошка (тонера) под воздействием лазера (нагрева) вплавляются в лист бумаги);

–                 Сублимационные (используются в полиграфии, позволяют получить фотографическое качество печати; порошок, минуя жидкое состояние, становится газообразным и напыляется на бумагу);

–                 Существуют многофункциональные устройства – блок, выполняющий функции принтера, сканера, ксерокса и факса (All in One – AIO);

в)         Плоттер (графопостроитель) – устройство, выполняющее функции вывода графики, чертежей, схем на бумагу большого формата (А0, А1);

г)          Аудиосистема;

2)   Устройства вывода на другой ПК:

а)         Модем (мо|дем – модулятор и демодулятор) – устройство для преобразования цифровой информации в электронные сигналы и наоборот, бывают внутренними и внешними;

б)         Сетевой адаптер – устройство, обеспечивающее подключение компьютера к локальной сети:

–                 Сетевая карта – соединяет ПК через проводные линии связи;

–                 Блютуз – позволяет установить соединение между ПК и мобильным телефоном;

–                 Wi-Fi – адаптер – позволяет соединить ноутбук с подспотом, а затем с интернетом;

Устройства хранения:

1)   Внутренняя память (представлена в виде электронных схем, расположенных на материнской плате, отличается небольшим временем доступа и малым объёмом):

а)         ОЗУ (RAM) – оперативно запоминающее устройство: кратковременная, быстродействующая память, предназначенная для хранения исполняемых в данный момент программ и необходимых для этого данных. После выключения её содержимое пропадает. У первых ПК размер 16 Кб, сегодня 1-2 Гб.

б)         ПЗУ (ROM) – постоянно запоминающее устройство: в неё при сборке на заводе записывается специальный комплекс программ BIOS, который позволяет осуществлять тестирование всех устройств и начальную загрузку ОС при включении ПК, является энергонезависимой.

в)         Перспективные технологии памяти: разработчики фирм Intel и MS заявили, что BIOS является препятствием для внедрения новых технологий, поэтому сейчас ведётся работа над созданием принципиально новой энергонезависимой памяти с высоким быстродействием, которая позволит не загружать ПК в начале каждого сеанса, т.е. он будет всегда в готовности.

2)   Внешняя память (представлена накопителями информации, имеет большой объём и более длительное время доступа, чем внутренняя память):

а)         Винчестер (первый был создан в середине 50-х годов):

–                Объём (200-300 Гб);

–                Скорость вращения магнитных пластин (максимально 150000 оборотов в минуту);

–                Время доступа (6-10 миллисекунд)

–                Плотность записи данных на дюйм;

–                Существуют съёмные жёсткие диски, которые устанавливаются отдельно;

б)         Твёрдотелый накопитель (SSD – Solid State Drive): запоминающее устройство с функциями жёсткого диска, но без движущихся механических частей, накопителем информации являются микросхемы памяти, используется в компактных устройствах) – 600 гигов;

в)         Съёмные носители информации:

–                Дискета (размер 3,5 дюйма по диагонали, объём 1, 4 Мб);

–                Стриммеры (кассеты, внутри которых находится магнитная лента шириной 4-8 мм, ёмкость – 200 Гб, служат для хранения архивов или создания большой резервной копии информации);

–                Флеш-память (в виде карточной периферии разных форматов, которые используются в карманных ПК, мобильных телефонах, цифровых фотоаппаратах, объём 4-6 Гб) макс – 2терабайт, флеш диск – до 64 гигов;

–                Оптические носители (информация считывается и записывается с помощью лазера):

–                CD (первые в 1979 году, диаметр 120 мм, запись только с одной стороны, объём 650 Мб)

  1. CD-ROM (Read Only Memory) – возможность многократной перезаписи данных;
  2. CD-R (Record able) – однократная запись;
  3. CD-RW (Re Writable) ) – возможность многократной перезаписи данных;

–                DVD (Digital Versatible Disk) (первые в 1996 году, информация может быть записана с двух сторон). Бывают:

  1. DVD-ROM
  2. DVD-R
  3. DVD-RW

–                По технологии записи различают:

  1. Односторонние однослойные (объём 4,7 Гб);
  2. Односторонние двуслойные (8,5 Гб);
  3. Двусторонние однослойные (9,4 Гб);
  4. Двусторонние двуслойные (17 Гб);

–                Новые технологии:

  1. Blu-Ray disk – ультрафиолетовый накопитель, в котором повышение плотности происходит за счёт уменьшения длины волны лазера, сегодня объём 25-50 Гб;
  2. Трёхслойные диски, в 2006 году позволяли записывать до 300 Гб;
  3. Голографические носители: объёмная запись по всей толщине записываемого слоя, объём 1 Терабайт.

 

Устройства обработки (микропроцессор) – осуществляет обработку всей информации и управляет работой остальных устройств, состоит из

1)   АЛУ (арифметическое и логическое устройство, где обрабатывается инфа.) – ядро микропроцессора;

2)   Сопроцессор (устройство, ускоряющее работу процессора при выполнении математических вычислений);

3)   КЭШ-память (высокоскоростная память, используемая процессором для временного хранения информации):

а)         1 уровня – небольшая, сверхбыстрая, нужная для хранения наиболее часто используемых команд и данных;

б)         2 уровня – более 24 Мб, так как обработка данных микропроцессором происходит быстрее, чем обмен данными между микропроцессором и ОЗУ; чтобы не простаивать, микропроцессор выбирает из ОЗУ новую порцию информации и заносит её в эту память;

4)   УУ (устройство управления) – выполняет управление прочими компонентами.

5)   Основные характеристики микропроцессора:

а)         Тактовая частота (количество импульсов (тактов), вырабатываемых тактовым генератором процессора за 1с (2-5 ГГц);

б)         Разрядность (количество бит информации, обрабатываемых за один такт (32-64 бита);

в)         Тип микропроцессора (количество ядер (2-4));

г)         Быстродействие (количество операций в секунду) 10-100миллиардов в сек;

д)         Первый был создан фирмой Intel в 1971 году, тогда же был сформулирован закон Гордона Мура: «Число транзисторов на кристалле кремния будет удваиваться каждые 1,5 года», данный закон будет действовать до 2020 года.

6)   Мощность ПК может увеличиваться:

а)         За счёт изменения технологии (2,4 ядра, что позволяет параллельно обрабатывать данные);

б)         За счёт увеличения числа транзисторов;

7)   Технологии на замену кремния:

а)         Молекулярные транзисторы;

б)         ПК на базе молекул ДНК;

в)         Квантовые ПК.

 

КОММЕНТАРИИ