Вступ

Людське суспільство у міру свого розвитку опановувало не лише речовиною та енергією, а й інформацією. З появою та масовим поширенням комп'ютерів людина отримала потужний засіб для ефективного використання інформаційних ресурсів, для посилення своєї інтелектуальної діяльності. З цього моменту (середина ХХ століття) розпочався перехід від індустріального суспільства до суспільства інформаційного, у якому головним ресурсом стає інформація.

Можливість використання членами суспільства повної, своєчасної та достовірної інформації значною мірою залежить від рівня розвитку та освоєння нових інформаційних технологій, основою яких є комп'ютери. Розглянемо основні віхи історія їх розвитку.

Початок епохи ЕОМ

Перша ЕОМ* ENIAC була створена наприкінці 1945 р. у США.

Основні ідеї, якими довгі роки розвивалася обчислювальна техніка, було сформульовано 1946 р. американським математиком Джоном фон Нейманом. Вони отримали назву архітектури фон Неймана.

В 1949 була побудована перша ЕОМ з архітектурою фон Неймана - англійська машина EDSAC. Через рік з'явилася американська ЕОМ EDVAC.

У нашій країні перша ЕОМ була створена 1951 року. Називалася вона МЕСМ – мала електронна лічильна машина. Конструктором МЕСМ був Сергій Олексійович Лебедєв.

Серійне виробництво ЕОМ почалося 50-х роках ХХ століття.

Електронно-обчислювальну техніку прийнято поділяти на покоління, пов'язані зі зміною елементної бази. Крім того, машини різних поколінь відрізняються логічною архітектурою та програмним забезпеченням, швидкодією, оперативною пам'яттю, способом введення та виведення інформації тощо.

Перше покоління ЕОМ

Перше покоління ЕОМ – лампові машини 50-х років. Швидкість рахунку найшвидших машин першого покоління сягала 20 тисяч операцій на секунду. Для введення програм та даних використовувалися перфострічки та перфокарти. Оскільки внутрішня пам'ять цих машин була невелика (могла вмістити кілька тисяч чисел і команд програми), вони, головним чином, використовувалися для інженерних і наукових розрахунків, які пов'язані з переробкою великих обсягів даних. Це були досить громіздкі споруди, що містили в собі тисячі ламп, що іноді займали сотні квадратних метрів, споживали електроенергію в сотні кіловат. Програми для таких машин складалися мовами машинних команд, тому програмування на той час було небагато.

Друге покоління ЕОМ

У 1949 році в США було створено перший напівпровідниковий прилад, що замінює електронну лампу. Він одержав назву транзистор. У 60-х рокахтранзистори стали елементною базою для ЕОМ другого покоління. Перехід на напівпровідникові елементи покращив якість ЕОМ за всіма параметрами: вони стали компактнішими, надійнішими, менш енергоємними. Швидкодія більшості машин досягла десятків і сотень тисяч операцій на секунду. Обсяг внутрішньої пам'яті зріс у сотні разів проти ЕОМ першого покоління. Великий розвиток отримали пристрої зовнішньої (магнітної) пам'яті: магнітні барабани, накопичувачі магнітних стрічках. Завдяки цьому з'явилася можливість створювати на ЕОМ інформаційно-довідкові пошукові системи (це пов'язано з необхідністю довго зберігати на магнітних носіях великі обсяги інформації). За часів другого покоління активно стали розвиватися мови програмування високого рівня. Першими були ФОРТРАН, АЛГОЛ, КОБОЛ. Програмування як елемент грамотності стало широко поширюватися, головним чином серед людей із вищою освітою.

Перший масовий персональний комп'ютер

30 років тому, 12 серпня 1981 року, з'явився світ перший у світі персональний комп'ютер під назвою IBM PC 5150, випущений відомою і досі американською корпорацією International Business Machines. Однією з ключових фігур, що брали участь у створенні першого ПК, став науковець та провідний інженер IBM Марк Дін (Mark Dean). Зараз "комп'ютерному татові" 54 роки, і він, як і раніше, працює в рідній компанії.

Саме розробка IBM PC 5150 відкрила нову еру сучасних персональних комп'ютерів. Цей комп'ютер мав прабатька з індексом 5100 - випущений 1975 року, він, проте, призначався на вирішення наукових завдань і тому не підходив масовому користувачеві. Та й ціна "вченого" комп'ютера становила ні багато, ні мало 20 тисяч доларів, тоді як IBM PC 5150 у найдорожчій конфігурації коштував лише 3 тисячі доларів. У ті часи це була велика сума, проте масовому поширенню ПК це не завадило.

IBM PC 5150 навіть виглядав схожим на звичний для багатьох домашній комп'ютер - він складався із системного блоку, в якому розміщувалися дисководи, клавіатури та кольорового дисплея. Сама IBM, що займалася переважно розробкою "великих" обчислювальних машин, не надавала великого значення своєму новому дітищу. Однак саме в ньому було закладено багато комп'ютерних стандартів, які прожили більше десятка років і лише потім змінилися на більш досконалі та прогресивні.

Третє покоління ЕОМ

Третє покоління ЕОМ створювалося на новій елементній базі - інтегральних схемах: на невеликій пластині з напівпровідникового матеріалу, площею менше 1 см2 монтувалися складні електронні схеми. Їх назвали інтегральними схемами (ІС). Перші ІС містили у собі десятки, потім - сотні елементів (транзисторів, опорів та інших.). Коли ступінь інтеграції (кількість елементів) наблизився до тисячі, їх стали називати великими інтегральними схемами – БІС; потім з'явилися надвеликі інтегральні схеми - НВІС. ЕОМ третього покоління почали проводитися у другій половині 60-х років, коли американська фірма IBM розпочала випуск системи машин IBM-360. У Радянському Союзі у 70-х роках розпочався випуск машин

серії ЄС ЕОМ (Єдина система ЕОМ). Перехід до третього покоління пов'язані з істотними змінами архітектури ЕОМ. З'явилася можливість одночасно виконувати кілька програм на одній машині. Такий режим роботи називається мультипрограмним (багатопрограмним) режимом. Швидкість роботи найпотужніших моделей ЕОМ досягла кількох мільйонів операцій на секунду. На машинах третього покоління з'явився новий тип зовнішніх пристроїв - магнітні диски. Широко використовуються нові типи пристроїв введення-виводу: дисплеї, графобудівники. У цей час значно розширилися області застосування ЕОМ. Стали створюватися бази даних, перші системи штучного інтелекту, системи автоматизованого проектування (САПР) та управління (АСУ). У 70-ті роки отримала сильний розвиток лінія малих (міні) ЕОМ.

Четверте покоління ЕОМ

Чергова революційна подія в електроніці сталася 1971 року, коли американська фірма Intel оголосила про створення мікропроцесора. Мікропроцесор – це надвелика інтегральна схема, здатна виконувати функції основного блоку комп'ютера – процесора. Спочатку мікропроцесори стали вбудовувати у різні технічні пристрої: верстати, автомобілі, літаки. Поєднавши мікропроцесор із пристроями вводу-виводу, зовнішньої пам'яті, отримали новий тип комп'ютера: мікроЕОМ. МікроЕОМ відносяться до машин четвертого покоління. Істотною відмінністю мікроЕОМ від своїх попередників є їхні малі габарити (розміри побутового телевізора) та порівняльна дешевизна. Це перший тип комп'ютерів, що з'явився у роздрібному продажу.

Найпопулярнішим різновидом ЕОМ сьогодні є персональні комп'ютери (ПК). Перший ПК народився 1976 року у США. З 1980 року "законодавцем мод" на ринку ПК стає американська фірма IBM. Її конструкторам вдалося створити таку архітектуру, яка фактично стала міжнародним стандартом на професійні ПК. Машини цієї серії отримали назву IBM PC (Personal Computer). Поява та поширення ПК за своїм значенням для суспільного розвитку можна порівняти з появою книгодрукування. Саме ПК зробили комп'ютерну грамотність масовим явищем. З розвитком цього типу машин з'явилося поняття. інформаційні технології», без яких вже стає неможливим обійтися у більшості сфер людської діяльності.

Комп'ютер(Computer - «обчислювач»), ЕОМ(електронна обчислювальна машина) - обчислювальна машина для передачі, зберігання та обробки інформації.

Термін "комп'ютер" та абревіатура "ЕОМ" (електронна обчислювальна машина), прийнята в СРСР, є синонімами. Однак, після появи персональних комп'ютерів, термін ЕОМ був практично витіснений із застосування. Нині абревіатуру «ЕОМ» переважно використовують у історичному сенсі - для позначення комп'ютерної техніки 1940-1970-х років, особливо радянського виробництва, і навіть, як правової термін, у юридичних документах.

За допомогою обчислень комп'ютер здатний обробляти інформацію за наперед визначеним алгоритмом. Свою назву комп'ютери отримали за основною функцією - проведення обчислень. В даний час більшість комп'ютерів використовуються для обробки та управління інформацією, а також ігор, але ці завдання для комп'ютера також є послідовністю обчислень.

Фізично комп'ютер може функціонувати рахунок переміщення будь-яких механічних частин, руху електронів, фотонів, квантових частинок чи рахунок використання ефектів будь-яких інших фізичних явищ.

Архітектура комп'ютерів може безпосередньо моделювати вирішувану проблему, максимально близько (у сенсі математичного опису) відбиваючи досліджувані фізичні явища. Так, електронні потоки можуть використовуватися як моделі потоків води при моделюванні дамб або гребель. Подібним чином сконструйовані аналогові комп'ютери були звичайними у 1960-х роках, проте сьогодні стали досить рідкісним явищем.

У більшості сучасних комп'ютерів проблема спочатку описується у зрозумілому їм вигляді (при цьому вся необхідна інформація як правило подається у двійковій формі - у вигляді одиниць та нулів, хоча існували і комп'ютери на троїчній системі числення), після чого дії з її обробки зводяться до застосування простої алгебри логіки. Оскільки практично вся математика може бути зведена до виконання булевих операцій, досить швидкий електронний комп'ютер може бути застосований для вирішення більшості математичних завдань, а також більшості завдань з обробки інформації, які можуть бути зведені до математичних.

Виявили, що комп'ютери можуть вирішити не будь-яке математичне завдання. Вперше завдання, які не можуть бути вирішені за допомогою комп'ютерів, було описано англійським математиком Аланом Тюрінгом.

Результат виконаної задачі може бути представлений користувачеві за допомогою різних пристроїв введення-виведення інформації, таких, як лампові індикатори,

Для свого комп'ютера Apple II і згодом перенесений на комп'ютери IBM PC. З початку 1980-х років персональним комп'ютеромстали називати будь-яку машину, що має архітектуру IBM PC (див. IBM PC-сумісний комп'ютер). З появою таких процесорів, таких, як AMD, Cyrix (нині VIA), назва стала мати ширше трактування. Курйозним фактом стало протиставлення «персональним комп'ютерам» обчислювальних машин Amiga і Macintosh, які тривалий час використовували власну комп'ютерну архітектуру.

Найчастіше під ПК розуміють настільні ПК, ноутбуки, планшетні та кишенькові ПК. Однак персональним може вважатися будь-який повноцінний комп'ютер - навіть суперкомп'ютер, - використовуваний як персональний, тобто особистий.

Історія

Централізовані обчислення

До появи перших персональних комп'ютерів придбання та експлуатація комп'ютерів були дуже дорогими, що унеможливлювало володіння ними приватними особами. Комп'ютери можна було знайти у великих корпораціях, університетах, дослідницьких центрах, державних (зокрема військових) установах.

Конструктори та саморобні комп'ютери

Створення персональних комп'ютерів стало можливим у 1970-х роках, коли любителі стали збирати свої власні комп'ютери іноді лише для того, щоб мати можливість похвалитися таким незвичайним предметом. Ранні персональні комп'ютери майже мали практичного застосування і поширювалися дуже повільно.

Народившись як жаргонізм, синоніма назви мікрокомп'ютер, найменування персональний комп'ютерпоступово змінювало своє значення. Так, перше покоління персональних комп'ютерів можна було придбати лише у вигляді комплекту деталей, інколи ж навіть звичайної інструкції для складання. Сама збірка, програмування та налагодження системи вимагали певного досвіду, навички роботи з машинними кодами або мовою асемблера. Трохи пізніше, коли подібні пристрої стали звичними і почали продаватися готовими, разом із деяким набором адаптованих програм, узвичаєно назву домашній комп'ютер.

Amiga та Macintosh

Windows 95, мультимедійні можливості ПК

У 1995 році відбулися дві ключові події в історії ПК: банкрутство корпорації Commodore і поява Microsoft Windows 95, що наблизила IBM PC-сумісні комп'ютери до тих можливостей, які існували на Commodore Amiga та Apple Macintosh. Сьогодні можливості мультимедіа доступні в кожному будинку та на будь-якій апаратній платформі.

Один комп'ютер – один господар

Як правило, одиничний персональний комп'ютер протягом одиничного сеансу роботи на ньому використовується тільки одним користувачем (тобто, наприклад, кілька користувачів (наприклад, у сім'ї) можуть користуватися одним ПК лише по черзі, тобто в режимі розділення комп'ютерного часу). Відповідно до свого призначення, він забезпечує роботу найбільш часто використовуваних додатків, таких як текстові процесори, веб-браузери, поштові програми, месенджери, мультимедійні програми, комп'ютерні ігри, графічні програми, середовища розробки програмного забезпечення і т.п. людьми подібні програми оснащуються зручним графічним інтерфейсом.

Продажі у всьому світі

За даними аналітичної компанії IDC, у 2005 році світове постачання персональних комп'ютерів склало 202,7 млн ​​штук (зростання на 15,8% порівняно з 2004 роком).

Вітчизняні персональні комп'ютери

Як дисплей використовувався телевізор, що сприймав низькочастотний відеосигнал або монітор, а пристроєм зовнішньої пам'яті служив побутовий касетний магнітофон. На екран інформація виводилася у двох режимах: у чорно-білому, 64 символи у рядку, та у кольоровому (4 кольори), 32 символи у рядку; всього інформаційних рядків було 25. Максимальна роздільна здатність комп'ютера становила 512х256 пікселів. Звук подавався на вбудований спікер тим самим способом, як і дані - на магнітофон.

Ключові зміни в архітектурі поширених персональних комп'ютерів

• Використання жорсткого диска
• Поява графічного режиму
• Перехід з 5,25-дюймових дискет на 3,5-дюймові
• Поява BIOS SETUP
• Поява стандарту ATA
• Поява extended memory (більше 1 Мб).
• Поява звукових карт
• Перехід з 16-бітних на 32-бітові процесори.
• Перехід із дискет на USB-носії
• Поява , DVD та BD-ROM-приводів.
• Поява USB
• Поява BIOS, що перезаписується
• Заміна шини ISA на шину PCI.
• Поява графічних прискорювачів
• Впровадження шини AGP.
• Поява стандарту ATX.
• Перехід з інтерфейсу ATA на SATA.
• Перехід із шини AGP (та PCI) на PCI Express .
• Використання багатоядерних процесорів.
• Перехід із 32-бітних на 64-бітні процесори.
• Поява UEFI та Secure Boot
• Використання сенсорних дисплеїв

Стаціонарні ПК

Перші персональні комп'ютери (як будь-які перші комп'ютери взагалі) не призначалися для перенесення. Тобто, перші ПК були стаціонарними. Вони складалися з окремих конструктивно завершених частин, наприклад системного блоку, монітора і клавіатури, з'єднаних інтерфейсними кабелями з системним блоком. Це приклад роздільної схеми побудови ПК. Але в даний час також широкого поширення набули ПК-моноблоки, в яких системний блок, монітор і, нерідко, інші пристрої (клавіатура, звукова підсистема, веб-камера, мікрофон) конструктивно об'єднані в один пристрій.

Роздільна схема

Роздільна схема - на противагу моноблочній - передбачає, що ПК складається з системного блоку і різноманітних зовнішніх, тобто конструктивно самостійних підключених до системного блоку ззовні через стандартні інтерфейси (наприклад: USB, D-Sub, DVI, FireWire), пристроїв (зокрема: монітори, клавіатура, миша, мікрофони, звукові стовпчики, веб-камери, принтери, сканери, різні зовнішні модеми, ігрові пристрої).

Історично така схема ПК була найпершою. Вона ж досі залишається найпоширенішою схемою стаціонарних ПК. Наприклад, професійні робітники станції практично завжди будуються за такою схемою.

Головна перевага роздільної схеми - порівняно легка масштабованість. Тобто в будь-який момент можна без особливих труднощів замінити будь-який компонент ПК (наприклад, монітор). Але зворотний бік медалі – найменша транспортабельність та порівняльна громіздкість такого ПК. Звичайно роздільна схема застосовується тоді коли головна вимога до ПК - легкість і простота масштабування.

Функціональним ядром у роздільній схемі стаціонарного ПК є системний блок.

Відомі два види конструктивного компонування системного блоку:

• desktop - горизонтальне конструктивне компонування системного блоку, з можливістю розміщення монітора на такому системному блоці;
• tower - «баштовий» системний блок у вертикальному конструктивному компонуванні.

Десктоп

Десктоп («настільний комп'ютер» у буквальному значенні слова) - стаціонарний комп'ютер, має такий форм-фактор, що зручніше розташовувати на столі (звідси і застосування терміна «десктоп», від англ. desktop- "Робоча поверхня (письмового столу)") вдома або в офісі. Раніше системні блоки такого типу зазвичай були широкими і місця на них вистачало для розміщення на ньому ЕПТ-монітора. Це своє чергу дозволяло економити місце робочому столі, де встановлювався десктоп. Звичайно, це було враховано конструкторами корпусів, що створювали корпуси для таких системних блоків, здатні витримувати вагу ЕПТ-монітора. Але в результаті десктоп виходив за ціною дорожчою за «баштовий» системний блок.

Десктопи застосовуються досі, і монітор ставлять на десктоп. Однак через зменшення габаритів і ваги комплектуючих і ще різкішого зменшення ваги і глибини моніторів (сучасні «доскоподібні» монітори – суцільно РК-моніторів – порівняно малі за вагою та глибиною), стало можливим створювати та використовувати порівняно компактні та дешеві десктопи. В результаті сучасний десктоп здатний конкурувати з «баштовим» системним блоком не лише за ергономікою, але й за ціною. А отже, за співвідношенням ціна/ергономіка десктоп в даний час може бути ще вигіднішим, ніж у «епоху ЕПТ-моніторів», придбанням. Зокрема багатьма фірмами випускаються тонкі десктопи – слім-десктопи (slim-desktop). Природно, тонкий десктоп ергономічніший ніж класичний «товстий» десктоп, так майже не впливає на висоту установки монітора, що розміщується на ньому.

Tower

«Вежений» системний блок – системний блок типу Tower («вежа») – високий і тому зазвичай розташовується під столом (часто в спеціально призначених для цього нішах або відділеннях комп'ютерних столів). Через зменшення розмірів та маси комплектуючих також стало можливим зменшення та розмірів самих «баштових» системних блоків. В результаті спочатку з'явилися системні блоки mini tower, а потім і slim tower. Mini tower потім вийшли з експлуатації, поступившись місцем системним блоком middle tower, що є в даний час найчисленнішою підгрупою «баштових» системних блоків. А slim tower домінують у категорії компактних баштових системних блоків.

Моноблок

Конструктивна схема стаціонарного ПК, в якій системний блок, монітор і в даний час мікрофон, звукова колонки, веб-камера конструктивно об'єднані в один пристрій. моноблок. Такий ПК ергономічніший (займає мінімум простору) і більш привабливий з естетичної точки зору. Також такий ПК більш транспортабельний, ніж стаціонарні ПК, побудовані за роздільною схемою. З іншого боку, такий ПК складніше масштабувати і, зокрема, утруднена самостійна технічна модернізація та обслуговування. Наприклад, якщо моноблок зламається мікрофон, то замінити його на справний нерідко можливо тільки в сервіс-центрі.

Мобільні ПК

Ноутбуки

Компактні комп'ютери, що містять всі необхідні компоненти (у тому числі монітор) в одному невеликому корпусі, як правило, складається у вигляді книжки (звідси і назва цього виду ПК). Пристосовані до роботи в дорозі, на невеликому вільному просторі. Для досягнення малих розмірів у них застосовуються спеціальні технології: спеціально розроблені спеціалізовані мікросхеми (ASIC), ОЗУ та жорсткі диски зменшених габаритів, компактна клавіатура, що не містить цифрового поля, зовнішні блоки живлення, мінімум інтерфейсних гнізд для підключення зовнішніх пристроїв.

Як правило, містять розвинені засоби підключення до дротових та бездротових мереж, вбудоване мультимедійне обладнання (динаміки, часто, також, мікрофон та веб-камеру). Останнім часом обчислювальна потужність та функціональність ноутбуків не сильно поступаються стаціонарним ПК, а іноді і перевершує їх. Дуже компактні моделі не оснащуються вбудованим CD/DVD-дисководом.

Підключаючи до ноутбука зовнішні клавіатуру, мишу, монітор, звукові колонки, модеми, ігрові пристрої та інші зовнішні пристрої ноутбук можна перетворити на настільний ПК. Це можна робити вставляючи ноутбук у спеціальний док, як це робилося раніше чи безпосередньо (сучасні ноутбуки, особливо призначені для заміни стаціонарних ПК як робочі станції, дають таку можливість).

Планшетні ПК

Планшетний ноутбук Toshiba 3500

Аналогічні ноутбукам, але містять сенсорний, тобто чутливий до натискання екран і не містять механічної клавіатури. Введення тексту та керування здійснюються через екранний інтерфейс, часто доопрацьований спеціально для зручного керування пальцями. Деякі моделі можуть розпізнавати рукописний текст на екрані.

Найчастіше корпус не розкривається як у ноутбуків, а екран розташований на зовнішній стороні верхньої поверхні. Бувають і комбіновані моделі, у яких корпус може таким чи іншим чином розкриватися (наприклад, як слайдер), надаючи доступ до розташованої всередині клавіатури.

По обчислювальної потужності планшетні ПК поступаються стаціонарним та ноутбукам, так як для тривалої роботи без зовнішнього джерела живлення доводиться використовувати енергозберігаючі комплектуючі, жертвуючи їх швидкодією.

Кишенькові ПК (PDA)

КПК Acer N10

Надпортативні ПК, що вміщуються в кишені. Управління ними, як правило, відбувається за допомогою невеликого за розмірами та роздільною здатністю екрана, чутливого до натискання пальця або спеціальної палички-указки – стілуса, а клавіатура та миша відсутні. Однак деякі моделі [ уточнити] містять мініатюрну фіксовану або клавіатуру, що висувається з корпусу.

Роздільна здатність екрану прагне наблизитися до моніторів звичайних комп'ютерів, в середньому близько 800×480 у сучасних моделях.

У таких пристроях використовуються надекономічні процесори та флеш-накопичувачі невеликого об'єму, тому їх обчислювальна потужність непорівнянна з іншими ПК (особливо стаціонарними). Тим не менш, вони містять усі ознаки персонального комп'ютера: процесор, накопичувач, оперативну пам'ять, монітор, операційну систему, прикладне програмне забезпечення і навіть ігри та орієнтованість на індивідуальне використання.

Все більш популярними стають КПК із функціями мобільного телефону ( комунікатори). Вбудований комунікаційний модуль дозволяє не тільки здійснювати дзвінки, але й підключатися до Інтернету у будь-якій точці, де є стільниковий зв'язок сумісного стандарту (GSM/GPRS/, CDMA).

Нестандартні конструкції ПК

Barebone

Комп'ютер формату barebone

Barebone - комп'ютери, що будуються користувачем виконання певних завдань (зазвичай як мультимедійної станції). У продаж надходять у вигляді так званих «скелетних» баз у складі корпусу, материнської плати та системи охолодження. Материнська плата, як правило, оснащена вбудованими звуковими та відеоконтролерами. Вибір конфігурації та відповідно комплектуючих у вигляді дискових накопичувачів, пам'яті та периферії, а також інших пристроїв (ТВ-тюнера, додаткової відеокарти тощо) залишаються на розсуд користувача. Як правило, «баребони» мають меншу висоту корпусу і, як наслідок, зменшений внутрішній об'єм, а також удосконалену систему охолодження, що відрізняється низькою шумністю.

Захищені ПК

Ряд компаній виробляє комп'ютери, що мають стійкість до агресивних середовищ: сильної вібрації, ударів, великої запиленості, вологості, вандалізму - умовам, у яких звичайні ПК швидко вийшли з ладу. Як правило, стійкі ПК випускаються у форматі ноутбуків, більш важких і більших за розмірами, ніж звичайні. Їхня вартість також значно вища. Одна із сфер застосування таких ПК – військова справа (наприклад, експлуатація в польових штабах).

Промислові ПК

Призначені на вирішення завдань промислової автоматизації. Відрізняються стійкістю до різних зовнішніх впливів, збільшеним життєвим циклом виробу, можливістю підключення до промислових мереж (PROFINET, Profibus).

Тихий ПК

Безшумний комп'ютер Zonbu

Для використання в житлових кімнатах використовуються конструкції ПК, що виробляють мінімум шуму або працюють безшумно. Такі моделі можна залишати увімкненими постійно, що дає ряд переваг: відсутній період завантаження, комп'ютер завжди готовий до роботи і може постійно відстежувати нову поштуабо миттєві повідомлення користувача. В цілому, постійно включений ПК може виконувати низку особливих завдань:

• бути мультимедійною станцією (відтворювати відео-, аудіозаписи, інтернет-радіо);
• працювати як відеомагнітофон: записувати передачі телебачення чи радіо для подальшого перегляду чи прослуховування у зручний час;
• служити P2P-клієнтом (обмінюватися файлами в автоматичному режимі з іншими комп'ютерами)
• служити домашнім або навіть інтернет-сервером;
• стежити за температурою або присутністю за допомогою відповідних датчиків або фотокамери, відеокамери (веб-камери).

Щоб зробити ПК тихим, використовується кілька технологій:

• безвентиляторні типи охолодження:
  • рідинне (з передачею рідини на великий пасивно-охолодний радіатор)
  • застосування термотруб (передача всієї енергії шляхом термотруб на поверхню корпусу, що також складається з міді або алюмінію)
  • застосування дуже великих радіаторів (часто із термотрубами)
  • занурення всієї електроніки в резервуар з некондуктивним маслом
  • фреонове (застосовується мікрохолодильник з відповідною електронікою та ізоляцією. Не завжди «тихий». Наприклад Vapo-chill)
  • рідкий азот (тільки короткочасне, не призначене для будь-якої довгої експлуатації, як правило для розгону - хоча безшумно)
• малошумні вентилятори з лопатями спеціальної форми;
• процесори, які потребують активного охолодження (через їх малопотужності, це завжди прийнятне рішення);
• малошумні жорсткі диски, а також установка їх на шумопоглинаючі кріплення;
• заміна жорстких дисків на флеш-пам'ять або видалені дискові масиви;
• установка безшумного (noiseless) блоку живлення.

Більшість сучасних персональних комп'ютерів здатні знижувати споживану потужність та рівень шуму в моменти низького навантаження, але для постійної тихої роботи не обійтися без застосування спеціальних технологій, зазначених вище.

Компактні ПК

Деякі компанії пропонують ПК значно менших розмірів, ніж стандартні. Такі моделі займають менше місця в робочій або домашній обстановці, легше вписуються в інтер'єр, найчастіше красивіше і тихіше за звичайні ПК. Зібрати компактну модель під силу більшості користувачів, якщо підібрати спеціальні моделі корпусу та материнської плати.

Одними з перших компактних комп'ютерів були моделі Macintosh у 1984 році, які являли собою моноблок: системні компонентив одному корпусі з монітором. Значно пізніше ідея була продовжена в моделях eMac та iMac. Аналогічні формату комп'ютери намагалися випускати й інші компанії (наприклад, eMachines), але без особливого успіху.

Паралельно технології мініатюризації відпрацьовувалися на тонких клієнтах, які зазвичай невеликі за розмірами та вагою, але повноцінними ПК не були. (Тонкий клієнт - це насправді «розумний» термінал, що дозволяє, наприклад, перетворити ПК на розрахований на багато користувачів комп'ютер).

Довгий час [ коли?] вершиною мініатюризації вважався [ ким?] комп'ютер Mac mini . Цей надзвичайно компактний комп'ютер (за розмірами як невелика, але товста книга) має проте адекватну обчислювальну потужність (процесор Intel Core Duo) і працює безшумно. Проте в даний час, з появою плат форм-фактора pico-ITX, з'явилися моделі, що конкурують за розмірами з Mac mini.

Існує кілька конкуруючих між собою проектів компактних і дешевих у виробництві персональних комп'ютерів, деякі з яких призначені для країн, що розвиваються: OLPC, VIA pc-1 Initiative, Classmate PC, Asus Eee PC та ін. Проте здешевлення та мініатюризація досягнуто ціною помітного відставання за обчислювальною потужністю від повнорозмірних ПК.

Технології, що зменшують габарити ПК:

• материнська плата зменшеного формату (mini-ITX та ін.);
• малогабаритний корпус;
• вбудовані CD/DVD-дисководи із щілинним завантаженням або відсутність таких дисководів;
• менше відсіків для жорстких дисків і DVD/CD-дисководів, найчастіше один;
• менше гнізда USB, аудіо і т. д.;
• зовнішні блоки живлення та пристрої (наприклад, CD/DVD-дисководи) замість вбудованих.

Хакінтош

Хакінтош (англ. hackintosh, від слів хакерабо хакі макінтош) - ПК, зібраний любителем і здатний працювати під керуванням Mac OS X, у зламаному для запуску на "неяблучному" комп'ютері варіанті званої OSx86, тобто більш дешевий аналог комп'ютера від Apple. Оскільки сучасні макінтоші розраховані на процесори Intel та інші стандартні компоненти, виникає теоретична можливість запускати Mac OS X будь-яких ПК з урахуванням цих процесорів. Насправді підтримується лише вузький набір апаратних конфігурацій, які у справжніх макінтошах, тому «хакинтош» повинен повторювати одну з цих конфігурацій. З іншого боку Mac OS X створена для макінтошу і тільки, і коректно і максимально продуктивно працюватиме тільки на макінтоші. Крім того, в легально поставляється Mac OS X присутні обмеження, що не дозволяють їй працювати на чужій апаратурі, так що в «хакінтоші» застосовують стару службову версію без цих обмежень, або зламану свіжішу версію, або спеціальні апаратні засоби, що імітують сигнатури. системою. Встановлення системи Mac OS X на комп'ютери, які не вироблені Apple, є також порушенням ліцензії на цю ОС.

Персональний сервер

Будь-який сервер, який використовується якоюсь людиною як особистий сервер і за цією ознакою відноситься до ПК. Але конструктивно такий сервер, як будь-який сервер, може бути яким завгодно. Зокрема такий сервер може бути стійким.

Персональна робоча станція

Конструктивно будь-який комп'ютер, що використовується як персональна, тобто однокористувальна, робоча станція і який, часто, ПК можна визнати лише за цією ознакою. Тобто конструктивно це може бути навіть суперкомп'ютер, але він може вважатися ПК, якщо використовується як персональна робоча станція.

Персональний суперкомп'ютер

Природно це такий самий суперкомп'ютер, що є особистим суперкомп'ютером якоїсь людини. І хоча випадків володіння персональними, тобто особистими суперкомп'ютерами ще не було, але в принципі можливе і таке. Адже багато людей володіють, наприклад, особистими літаками.

Проблеми термінології

Наприкінці 1970-х, після початку масового виробництва мікросхем дедалі більше інтеграції, вартість комп'ютерів різко впала. Це призвело до створення замість розрахованих на багато користувачів мейнфреймів комп'ютерів, які експлуатувалися однією людиною. Такі комп'ютери стали називати персональними комп'ютерами.

Персональні комп'ютери все ж таки мали досить велику вартість (кілька тисяч доларів) і в домашніх умовах практично не застосовувалися.

На початку 1980-х років фірми стали виробляти полегшені варіанти персональних комп'ютерів, які зазвичай розміщуються в клавіатурах. Ці комп'ютери мали невелику вартість, були доступні для сімей із середнім статком та орієнтовані на домашнє (зокрема ігрове) використання. Такі комп'ютери отримали назву «домашній комп'ютер».

В даний час переважна більшість комп'ютерів, що продаються, через свою функціональність і вартість можуть експлуатуватися як в офісах, так і в домашніх умовах.

Терміни «ЕОМ», «персональний комп'ютер» та «домашній комп'ютер» поступово втрачають первісний сенс і зливаються в більш короткий і звичний термін «комп'ютер», який має на увазі обчислювальну машину з клавіатурою, системним блоком та монітором.

Щоб відрізняти ПК від інших типів комп'ютерів, є уточнюючі терміни: ноутбук (лептоп), нетбук, планшетний комп'ютері т.д.

Див. також

Примітки

Література

• Скотт Мюллер.Модернізація та ремонт ПК = Upgrading and Repairing PCs. - 17-те вид. – М.: Вільямс, 2007. – 1504 с. - ISBN 0-7897-3404-4
• Ковтанюк Юрій Славович.Біблія користувача ПК. – М.: Діалектика, 2007. – 992 с. - ISBN 978-5-8459-1196-4

Посилання

Компоненти персонального комп'ютера
Системний блок
Пам'ять
Носії та дисководи
Висновок
Введення
Ігри
Інше

Класи комп'ютерів
За виконуваними завданнями
За поданням даних
За системою обчислення
По робочому середовищу
По призначенню

Головна > Лекція

лекція 4.

Пристрій ПК

Класифікація комп'ютерів.

Весь спектр сучасних обчислювальних систем можна поділити на три великі класи: міні-ЕОМ (включно з персональними комп'ютерами), мейнфрейми, суперкомп'ютери. В даний час ці класи відрізняються не стільки зовнішньому вигляду, скільки за функціональними можливостями. Існування різних типів комп'ютерів визначається різницею завдань, для вирішення яких вони призначені. З часом з'являються нові типи завдань, що призводить до появи нових типів комп'ютерів. Тому наведений нижче поділ дуже умовний. ПК.Сучасні персональні комп'ютери мають практично самі характеристики, як і міні-ЕОМ вісімдесятих років: 32- і 64-разрядную архітектуру і шинну організацію системи. В даний час клас міні-ЕОМ надзвичайно різноманітний: від ноутбуків та палмтопів до потужних серверів для систем масштабу підприємства. Генетичними ознаками цього класу машин є шинна організація системи, коли всі пристрої «нанизуються» на загальну магістраль, і стандартизація апаратних і програмних засобів. Мейнфрейми- Універсальні електронно-обчислювальні машини загального призначення. Мейнфрейми активно використовуються у фінансовій сфері, оборонному комплексі та займають від 10 до 15% комп'ютерного ринку. Суперкомп'ютери-- спеціальний тип комп'ютерів, створених на вирішення гранично складних обчислювальних завдань (складання прогнозів, моделювання складних явищ, обробки надвеликих обсягів інформації). Принцип роботи суперкомп'ютера полягає в тому, що він здатний виконувати кілька операцій паралельно. Однією з провідних компаній світу у виробництві суперкомп'ютерів є Cray Research. Її засновник, людина-легенда Сеймур Крей, вже у середині 70-х років побудував комп'ютер. Cray-1Як відомо, швидкість розповсюдження будь-якого сигналу не перевищує швидкості світла у вакуумі - 300 тисяч кілометрів на секунду, або 300 мільйонів метрів на секунду. Якщо комп'ютер виконує 300 мільйонів операцій на секунду, за час виконання однієї операції сигнал встигає пройти трохи більше метра. Звідси випливає, що відстань між частинами суперкомп'ютера, що виконують одну операцію, не може перевищувати кількох десятків сантиметрів. І справді, суперкомп'ютери компанії Cray були дуже компактні і виглядали як "бублик" діаметром менше двох метрів. Цей "бублик" займався лише обчисленнями. Для спілкування з людиною і доставки даних для обчислень до "бубліка" було підключено кілька досить продуктивних звичайних комп'ютерів. Крім цього слід виділити ще два типи комп'ютерів: спеціалізовані комп'ютери-сервери; вбудовані комп'ютери-невидимки (мікропроцесори). Окрім звичних комп'ютерів із клавіатурами, моніторами, дисководами, сьогоднішній світ речей наповнений комп'ютерами-невидимками. Мікропроцесорє комп'ютер у мініатюрі. Крім обробного блоку, він містить блок управління і навіть пам'ять (внутрішні комірки пам'яті). Це означає, що процесор здатний автономно виконувати всі необхідні дії з інформацією. Багато компонентів сучасного персонального комп'ютера містять у собі мініатюрний комп'ютер. Масове поширення мікропроцесори отримали і у виробництві, там де управління може бути зведене до віддачі обмеженої послідовності команд. Мікропроцесори незамінні у сучасній техніці. Наприклад, управління сучасним двигуном - забезпечення економії витрати пального, обмеження максимальної швидкостіруху, контроль справності і т. д. - немислимо без використання мікропроцесорів. Ще однією перспективною сферою їх використання є побутова техніка - застосування мікропроцесорів надає їй нових споживчих якостей. Настільні ПК,підтримують одне робоче місце, Складають найбільш численну групу персональних комп'ютерів, або мікро-ЕОМ. До появи портативних ПК слова "настільний" та "персональний" були синонімами. Настільні ПК ще називають комп'ютерами для робочого місця або офісними комп'ютерами(хоча нині офісні ПК найчастіше називають робочими станціями). Переважна більшість домашніх комп'ютерів також є настільними. І ті, й інші мають практично однакові характеристики: 32- та 64-розрядну архітектуру та шинну організацію системи, застосовують стандартизовані апаратні та програмні засоби. Більшість настільних ПК відносяться до двох великих груп: IBM-сумісні ПК та ПК Apple Macintosh. Комп'ютери цих груп не сумісні один з одним, тобто повністю або частково не здатні використовувати апаратні засоби та програмні продукти один одного.



Настільні ПК мають системний блок, що містить джерело живлення, материнську плату із процесором, жорсткий диск, дисководи, монітор, клавіатуру, мишу. До них можуть підключатися факс, модем та інші зовнішні пристрої, наприклад, аудіоколонки. У деяких моделях домашніх ПК системний блок із монітором зібрані в єдиному корпусі (Apple iMac, Acer Aspire, Compaq Presario). У 1981 році американська фірма IBM розгорнула виробництво персональних комп'ютерів IBM PC, що працюють під управлінням операційної системи DOS, розробленої фахівцями фірми Microsoft Комп'ютери IBM PC мали комерційний успіх, і багато фірм-виробників електронної техніки налагодили випуск клонів IBM PC. Так з'явився клас IBM-сумісних комп'ютерів, які могли використовувати більшість зовнішніх пристроїв та програм, призначених для IBM PC. Принцип сумісності забезпечив значну економію коштів та часу при модернізації старих та створенні нових комп'ютерів. Всі IBM-сумісні комп'ютери можуть використовувати операційну систему Microsoft DOS (PS-DOS у IBM, MS-DOS у ПК інших виробників) або Windows та процесори Intel (або сумісні з ними). Альтернативою IBM-сумісним персональним комп'ютерам є комп'ютери Apple Macintosh. До

омп'ютери приймають, переробляють, зберігають та видають інформацію. Діями комп'ютера управляє оператор. Довгі послідовності інструкцій заздалегідь фіксуються у програмах. Обчислювальні операції здійснює центральний процесор. Відповідно до принципів роботи ЕОМ, сформульованим 1945 року американським математиком Джоном фон Нейманом, центральний процесор і двох частин. Пристрій управління приймає команди програм та організує їх виконання. Арифметико-логічне пристрій виконує обчислення. Дані зберігаються в різних пристроях, що запам'ятовують. Для довготривалого зберігання інформації використовуються постійні носії, які служать для введення даних та результатів роботи. Для зберігання програм і проміжних даних, що виконуються в даний момент, використовується оперативна пам'ять, яка працює значно швидше за постійні носії. Апаратним забезпеченням є всі внутрішні компоненти та зовнішні пристрої комп'ютера – інтегральні мікросхеми (у тому числі мікропроцесори), дисководи, системні та інтерфейсні плати, монітори, принтери, маніпулятори, модеми тощо. Програмне забезпеченняявляє собою набори інструкцій для ЕОМ, необхідні для керування роботою комп'ютера та виконання з його допомогою корисних завдань. Головною особливістю конструкції комп'ютера є програмний принципПринцип програми, що зберігається в пам'яті комп'ютера, вважається найважливішою ідеєю сучасної комп'ютерної архітектури. Суть ідеї у тому, що 1) програма обчислень вводиться на згадку про ЕОМ і зберігається у ній нарівні з вихідними числами; 2) команди, що становлять програму, представлені в числовому коді за формою, що нічим не відрізняється від чисел.

Внутрішні та зовнішні пристрої.

Під архітектурою комп'ютера розуміється його логічна організація, структура, ресурси, тобто. обчислювальної системи, які можуть бути виділені процесу обробки. Архітектура сучасних ПК заснована на магістрально-модульному принципі. Модульний принцип дозволяє споживачеві самому підібрати потрібну йому конфігурацію комп'ютера та виробляти за необхідності його модернізацію. p align="justify"> Модульна організація системи спирається на магістральний (шинний) принцип обміну інформації. Магістраль або системна шина- це набір електронних ліній, що пов'язують передачу даних і службових сигналів в процесор, пам'ять і периферійні пристрої. Обмін інформацією між окремими пристроями ЕОМ проводиться за трьома багаторозрядними шинами, що з'єднують усі модулі, -- шині даних, шині адресі шині управління. Розрядність шини даних визначається розрядністю процесора, Т. е. кількістю двійкових розрядів, які процесор обробляє за один такт. Дані по шині даних можуть передаватися як від процесора до будь-якого пристрою, так і зворотний бік, Тобто шина даних є двонаправленою. До основних режимів роботи процесора з використанням шини даних можна віднести такі: запис/читання даних з оперативної пам'ятіі з зовнішніх пристроїв, читання даних з пристроїв введення, пересилання даних на пристрої виведення. Код адреси передається за адресній шині, причому сигнали передаються в одному напрямку, від процесора до пристроїв, тобто ця шина є односпрямованою. шині управлінняпередаються сигнали, що визначають характер обміну інформацією, і сигнали, що синхронізують взаємодію пристроїв, що беруть участь в обміні інформацією. Зовнішні пристрої до шин підключаються за допомогою інтерфейсу. Під інтерфейсом розуміють сукупність різних характеристик будь-якого периферійного пристрою ПК, що визначають організацію обміну інформацією між ним і центральним процесором. У разі несумісності інтерфейсів (наприклад, інтерфейс системної шини та інтерфейс вінчестера) використовують контролери.

Щоб пристрої, що входять до складу комп'ютера, могли взаємодіяти з центральним процесором, IBM-сумісних комп'ютерах передбачена система переривань (Interrupts) . Система переривань дозволяє комп'ютеру призупинити поточну дію і перейти на інші у відповідь на запит, наприклад, натискання клавіші на клавіатурі. Адже з одного боку, бажано, щоб комп'ютер був зайнятий покладеною на нього роботою, а з іншого - необхідна його миттєва реакція на будь-який запит. Переривання забезпечують негайну реакцію системи.

До складу ЕОМ входять такі компоненти:

центральний процесор (CPU); оперативна пам'ять (memory); пристрої зберігання інформації (storage devices); пристрої введення (input devices); пристрої виведення (output devices); пристрої зв'язку (communication devices).

Системний блок персонального комп'ютера містить корпус і джерело живлення, що знаходяться в ньому, материнську (системну, або основну) плату з процесором і оперативною пам'яттю, плати розширення (відеокарту, звукову карту), різні накопичувачі (жорсткий диск, дисководи, приводи CD-ROM), додаткові пристрої. Системний блок зазвичай має кілька паралельних та послідовних портів, які використовуються для підключення пристроїв введення та виведення, таких як клавіатура, миша, монітор, принтер.


Головним вузлом, що визначає можливості комп'ютера, є системна або материнська плата. На ній зазвичай розміщуються: - базовий мікропроцесор; оперативна пам'ять; надоперативне ЗУ, зване також кеш-пам'яттю; ПЗУ із системною BIOS (базовою системою введення/виводу), набір керуючих мікросхем, або чіпсетів (chipset), допоміжних мікросхем та контролерів введення/виводу; КМОП-пам'ять з даними про апаратні налаштування та акумулятором для її живлення; рознімання розширення, або слоти (slot);


роз'єми для підключення інтерфейсних кабелів жорстких дисків, дисководів, послідовного та паралельного портів, інфрачервоного порту, а також універсальної послідовної шини USB; роз'єми живлення; перетворювач напруги з 5В більш низький для живлення процесора (наприклад, процесори i486DX4, Intel Pentium, Intel Pentium Pro споживають 3,3 В, а сучасні Intel Pentium III і 4, так само як AMD Athlon і Duron споживають менше 2В); роз'єм для підключення клавіатури та ряд інших компонентів. Для підключення індикаторів, кнопок та динаміка, розташованих на корпусі системного блоку, на материнській платі є спеціальні мініатюрні роз'єми-вилки. Подібні роз'єми служать як контакти для перемичок при заданні апаратної конфігурації системи. Якщо на системній платі зосереджені всі елементи, необхідних його роботи, вона називається All-In-One. Більшість персональних комп'ютерів системні плати містять лише основні функціональні вузли, інші елементи розташовані на окремих друкованих платах (платах розширення), які встановлюються в роз'єми розширення. Наприклад, пристрій формування зображення на екрані монітора - відеоадаптер поки що найчастіше розташовується на окремій платі розширення - відеокарті. Усі компоненти материнської плати пов'язані один з одним системою провідників (ліній), якими відбувається обмін інформацією. Цю сукупність ліній називають шиною. На відміну від інших систем з'єднання, лінії шини діляться на три групи залежно від типу інформації, що передається: лінії даних, лінії адреси та лінії управління. Шини в PC різняться і за своїм функціональним призначенням. Найважливіший компонентбудь-якого персонального комп'ютера, його "мозок" - це мікропроцесор (CPU, Central Processor Unit - ЦПУ, або центральний процесорний пристрій), який керує роботою комп'ютера та виконує більшу частину обробки інформації. Мікропроцесор є надвеликою інтегральною схемою, ступінь інтеграції якої визначається розміром кристала і кількістю реалізованих у ньому транзисторів. Іноді інтегральні мікросхеми називають чіпами (chip). Базовими елементами мікропроцесора є транзисторні перемикачі, на основі яких будуються, наприклад, регістри, що являють собою сукупність пристроїв, що мають два стійкі стани і призначені для зберігання інформації та швидкого доступу до неї. Кількість і розрядність регістрів багато в чому визначають архітектуру мікропроцесора. логічні операції, передачу управління (умовну та безумовну) та переміщення даних (між регістрами, оперативною пам'яттю та портами введення/виводу). Із зовнішніми пристроями мікропроцесор може спілкуватися завдяки своїм шинам адреси, даних та управління, виведеним на спеціальні контакти корпусу мікросхеми. Процес спілкування процесора із зовнішнім світом через пристрої вводу-виводу в порівнянні з інформаційними процесами всередині нього протікає в сотні та тисячі разів повільніше. Це пов'язано з тим, що пристрої введення та виведення інформації часто мають механічний принцип дії (принтери, клавіатура, миша) та працюють повільно. Щоб звільнити процесор від простою при очікуванні закінчення роботи таких пристроїв, комп'ютер вставляються спеціалізовані мікропроцесори-контролери (від анг. controller - Керівник). Отримавши від центрального процесора комп'ютера команду виведення інформації, контролер самостійно управляє роботою зовнішнього пристрою. Закінчивши виведення інформації, контролер повідомляє процесору про завершення виконання команди та готовності до отримання наступної. Число таких контролерів відповідає числу підключених до процесора пристроїв введення та виведення. Так, для керування роботою клавіатури та миші використовується свій окремий контролер. Відомо, що навіть хороша друкарка не здатна набирати на клавіатурі більше 300 знаків за хвилину, або 5 знаків за секунду. Щоб визначити, яка зі ста клавіш натиснута, процесор, не підтриманий контролером, повинен був опитувати клавіші зі швидкістю 500 разів на секунду. Звичайно, за його мірками це не бозна-яка швидкість. Але це означає, що частину свого часу процесор витрачатиме не на обробку вже наявної інформації, а на очікування натискань клавіш клавіатури. часу та підвищує загальну продуктивність комп'ютера. Мікропроцесор, як універсальний блок обробки інформації, був розроблений в 1962 році. Американська корпорація Intel у 1971 році розпочала випуск мікропроцесорів 4004, що працювали з чотирирозрядними двійковими цифрами. Первеня Intel складалася з 2300 транзисторів. Удосконалення мікропроцесорів відбувалося прискореними темпами. У 1978 році було створено восьмирозрядний мікропроцесор 8080, а в 1981 - шістнадцятирозрядний мікропроцесор 8086 та 8088. Саме на його основі було розпочато випуск персональних комп'ютерів. У 1982 році на базі шістнадцятирозрядного мікропроцесора 80286 корпорація IBM налагодила виробництво персональних комп'ютерів IBM PC, клони якого набули найширшого поширення по всьому світу. У 1985 році було створено 32-розрядний мікропроцесор i386, що містив 275 тисяч транзисторів і забезпечував 5 мільйонів операцій на секунду. У 1989 році з'явився мікропроцесор i486, який містив 1,2 мільйона транзисторів і мав швидкодію 20 мільйонів операцій на секунду. У 1993 році був створений 32-розрядний мікропроцесор Pentium, який містив 3,1 мільйона транзисторів і мав швидкодію 90 мільйонів операцій на секунду. Мікропроцесори Pentium III забезпечують швидкодію 800 мільйонів операцій на секунду при тактовій частоті 800 МГц. Всі ці успіхи було досягнуто за рахунок мініатюризації мікросхем. В 1999 відстань між транзисторами було зменшено до 0,18 мікрон. Але незабаром розробники підійдуть до рубежу, за яким розпочинаються фундаментальні фізичні обмеження. Далі прогнозується поява молекулярних обчислювальних пристроїв. Вони для зберігання та перетворення інформації припускають використовувати замість електричних зарядівта імпульсів - хімічні стани молекул.

Пам'ять

Усі комп'ютери використовують три види пам'яті: оперативну, постійну та зовнішню. Оперативна пам'ять (ОЗУ - оперативний пристрій) призначена для зберігання інформації, до якої доводиться часто звертатися, і забезпечує режими її запису, зчитування та зберігання. Цей вид пам'яті називають пам'яттю з довільним доступом (Random Access Memory, RAM). За способом зберігання інформації оперативна пам'ять буває статичною та динамічною. Постійна пам'ять (ПЗУ- постійне запам'ятовуючий пристрій) зазвичай містить таку інформацію, яка не повинна змінюватися під час виконання мікропроцесором різних програм. Постійна пам'ять також має назву ROM (Read Only Memory), яка вказує на те, що забезпечуються тільки режими зчитування та зберігання. Постійна пам'ять енергонезалежна, тобто може зберігати інформацію при відключеному живленні. Всі мікросхеми постійної пам'яті за способом занесення в них інформації діляться на маскові, програмовані виробником (ROM), програмовані користувачем (Programmable ROM) і багаторазово програмовані користувачем (Erasable PROM). Останні, у свою чергу, поділяються на електро, що стираються, і за допомогою ультрафіолетового опромінення. До елементів EPROM з електричним стиранням інформації відносяться, наприклад, мікросхеми флеш-пам'яті (flash). Від звичайних EPROM вони відрізняються високою швидкістю доступу та швидким стиранням записаної інформації. Цей типпам'яті сьогодні широко використовується для зберігання BIOS та іншої постійної інформації. Різні типиоперативної та постійної пам'яті можна побудувати у вигляді певної ієрархії за часом доступу до даних. Оперативна пам'ять - сукупність спеціальних електронних осередків, кожна з яких може зберігати конкретну 8-значну комбінацію з нулів та одиниць – 1 байт (8 біт). Кожен такий осередок має адресу (адресу байта) і вміст (значення байта). Адреса потрібна для звернення до вмісту осередку, для запису та зчитування інформації. Оперативний пристрій (ОЗУ) зберігає інформацію лише під час роботи комп'ютера. Місткість оперативної пам'яті сучасного комп'ютера 32-128 Мбайт. При виконанні мікропроцесором обчислювальних операцій має бути у будь-який момент забезпечений доступ до будь-якого осередку оперативної пам'яті. Тому її називають пам'яттю з довільною вибіркою – RAM (Random Access Memory). Оперативна пам'ять виконана зазвичай на мікросхемах динамічного типу із довільною вибіркою (Dynamic Random Access Memory, DRAM). Кожен біт такої пам'яті представляється як наявності (або відсутності) заряду на конденсаторі, утвореному у структурі напівпровідникового кристала.

Статична пам'ять

Статична пам'ять (SRAM)у сучасних ПК зазвичай застосовується як кеш-пам'яті другого рівня для кешування основного обсягу ОЗУ. Статична пам'ять виконується зазвичай на основі ТТЛ-, КМОП- або БіКМОП-мікросхем і за способом доступу до даних може бути асинхронною, так і синхронною. Асинхронним називається доступ до даних, який можна здійснювати у довільний час. Асинхронна SRAM застосовувалася на материнських платах третього - п'ятого покоління процесорів. Час доступу до осередків такої пам'яті становив від 15 нс (33 МГц) до 8 нс (66 МГц). Синхронна пам'ять забезпечує доступ до даних не довільні моменти часу, а синхронно з тактовими імпульсами. У проміжках з-поміж них пам'ять може готувати для доступу наступну порцію даних.

Динамічна пам'ять.

Динамічна пам'ять (DRAM) у сучасних ПК використовується зазвичай як оперативна пам'ять загального призначення, а також як пам'ять для відеоадаптера. З застосовуваних у сучасних та перспективних ПК типів динамічної пам'яті найбільш відомі DRAM та FPM DRAM, EDO DRAM та BEDO DRAM, EDRAM та CDRAM, Synchronous DRAM, DDR SDRAM та SLDRAM, відеопам'ять MDRAM, VRAM, WRAM та SGRAM, RDRAM. У пам'яті динамічного типу біти представляються як відсутність і наявність заряду на конденсаторі у структурі напівпровідникового кристала. Конструктивно вона виконується як модуля SIMM (Single in line memory module). Кожен біт інформації записується в окремому осередку пам'яті, що складається з конденсатора та транзистора. Наявність заряду на конденсаторі відповідає 1 у двійковому коді, відсутність - 0. Транзистор при перемиканні дає змогу зчитувати біт інформації або записувати новий біт у порожню комірку пам'яті. Пошук осередку за адресою здійснюється спеціальними схемами, що дешифрують, які утворюють матрицю, тобто перетинають кристал пам'яті двома смугами - по горизонталі і вертикалі. Коли центральний процесор повідомляє адресу комірки, горизонтальні дешифратори вказують потрібний стовпець, а вертикальні рядок. На перетині знаходиться шуканий осередок. Після знаходження осередку відбувається вибірка їхнього байта даних. Кеш-пам'ять(cache memory) - запам'ятовуючий пристрій з малим часом доступу (у кілька разів меншим, ніж час доступу до основної оперативної пам'яті), що використовується для тимчасового зберігання проміжних результатів та вмісту осередків, що часто використовуються. Взагалі кешування даних називається розміщення даних в області пам'яті з більш швидким доступом. Як життєва аналогія можна навести бібліотеку студента, у якого потрібні щодня підручники лежать на робочому столі, зрідка читані класики стоять на книжковій полиці, а старі непотрібні зошити складені в ящиках. У разі потреби час доступу до цих джерел буде різним, однак і ймовірність того, що знадобиться підручник або старий зошит, теж різна. В

світі комп'ютерної пам'яті цей принцип застосовний тому, що більш швидка пам'ять зазвичай коштує істотно дорожче повільнішої, проте застосування малого обсягу швидкої (але дорогий) кеш-пам'яті, в комплексі з великим обсягом повільної (але дешевої) пам'яті дозволяє створити прийнятне за ціною та швидкістю Рішення. Застосування кешування є особливо ефективним, коли доступ до даних здійснюється переважно в послідовному порядку. Тоді після першого запиту на читання даних, розташованих у повільній (кешується) пам'яті можна заздалегідь виконати читання наступних блоків даних у кеш-пам'ять для того, щоб при наступному запиті на читання даних майже миттєво видати їх з кеш-пам'яті. Такий прийом називається застережливим читанням. Випереджувальне читання застосовується у всіх сучасних жорстких дисках, що мають від 64 до 1024 Кбайт кеш-пам'яті, що виконана на основі динамічної RAM. Дані, що зчитуються з диска, з деяким запасом поміщаються в кеш-пам'ять диска і певний час там зберігаються. При повторному зверненні до тих самих даних вони зчитуються вже з кеш-пам'яті, що відбувається в 10-1000 разів швидше. Кешування даних застосовується також у процесорах. Всередині кристала процесора знаходиться малий об'єм (від 1 до 1024 Кбайт) дуже швидкої статичної пам'яті, що працює на частоті процесора. Ця пам'ять використовується для кешування значно повільнішої оперативної пам'яті, виконаної з урахуванням динамічної RAM. Таким чином, у різних ситуаціях та сама пам'ять може бути як кешем, так і пам'яттю, що кешується. Чіпсетом ( chipset) материнської плати називають набір мікросхем, що управляє процесором, оперативною пам'яттю та ПЗУ, кеш-пам'яттю, системними шинами та інтерфейсами передачі даних, а також поруч периферійних пристроїв. Чіпсети конструктивно прив'язані до типу використовуваного процесора, причому за час життєвого циклу процесора встигає змінитись кілька поколінь чіпсетів для нього, причому перші чіпсети дозволяють використовувати переваги нового процесора лише частково, а останні дозволяють вичавити з процесора максимальну продуктивність і використовувати широкий спектр процесорів. BIOS(Basic Input Output System - базова система вводу-виводу) - частина програмного забезпечення мікрокомп'ютерів, що підтримує управління адаптерами зовнішніх пристроїв, тестування та початкове завантаження комп'ютера. BIOS можна розглядати і як складову частину апаратних засобів, і як один із програмних модулів операційної системи. BIOS вбудована в ПК і містить програми управління клавіатурою, відеокартою, дисками, портами та іншими пристроями до завантаження будь-якої операційної системи.
BIOS також містить програму тестування при включенні живлення комп'ютера (POST, Power On Self Test) та програму початкового завантажувача. Більшість сучасних відеоадаптерів, а також багато SCSI-контролерів мають власну BIOS, яка зазвичай доповнює системну. Загалом BIOS можна розглядати як сполучну ланку між конкретними особливостями реалізації апаратури в ПК та стандартними вимогами операційної системи. Система BIOS у сучасних комп'ютерах реалізована як мікросхеми ПЗУ (ROM), встановленої на системної плати комп'ютера. Для зберігання ROM BIOS в материнських платах для п'ятого і пізніших поколінь процесорів застосовуються електрично перепрограмовані запам'ятовуючі пристрої (EEPROM або Flash EEPROM), у старіших платах або відеокартах - пристрої з ультрафіолетовим стиранням (EPROM). Такі елементи BIOS називають Flash-BIOS. Тепер користувач може оперативно оновлювати BIOS, завантажуючи найновішу версію з Інтернету або з дискети. Багато сучасних материнських плат комплектуються двома мікросхемами BIOS, що дозволяє зберігати в них різні налаштування і підвищує надійність системи. Під не зовсім точним терміном CMOS RAM (Complementary Metal-Oxide Semiconductor, CMOS або КМОП) розуміється енергонезалежна пам'ять, в якій зберігається інформація про поточну дату, показання годинника, конфігурацію комп'ютера (кількість оперативної пам'яті, типи накопичувачів). Неточність терміну в тому, що КМОП - це не назва пристрою, а лише технологія виготовлення мікросхеми (це нагадує поширену помилку:... радіостанція FM-діапазону...», в той час, як FM - це спосіб модуляції сигналу, ніяк не пов'язаний із діапазоном). Тому в документації найчастіше використовуються також терміни EEPROM або non-volatile RAM. У системі BIOS є програма Setup, яка може змінювати вміст пам'яті CMOS, тобто задавати параметри конфігурації системи. Викликається ця програма певною комбінацією клавіш: Del – для AWARD BIOS та Ins або F2 – для деяких версій AMI BIOS. Взагалі, при початковому завантаженні на екрані зазвичай пишеться назва клавіші, яку слід натиснути для запуску програми Setup. Під час завантаження та контролю обладнання BIOS подає на динамік комп'ютера звуки, за якими можна діагностувати проблему. Якщо все гаразд, то подається довгий гудок; якщо несправна відеокарта - то 1 довгий і 2 короткі гудки; якщо несправна пам'ять - то короткі гудки, що повторюються. Докладніше ці коди розписані у посібнику материнської плати. Якщо процесор несправний, то жодних гудків не буде, оскільки програма POSTYLE="виконується саме процесором. Системну шинуможна спрощено уявити як сукупність сигнальних ліній, об'єднаних за їх призначенням (дані, адреси, управління), які також мають цілком певні електричні характеристики та протоколи передачі. Основним обов'язком системної шини є передача інформації між процесором (або процесорами) та іншими електронними компонентамикомп'ютера. По цій шині здійснюється як передача інформації, а й адресація пристроїв, і навіть відбувається обмін спеціальними службовими сигналами. Шини, що використовуються в даний час, відрізняються за розрядністю, способом передачі сигналу (послідовні або паралельні), пропускною здатністю, кількістю і типом підтримуваних пристроїв, а також протоколом роботи. Як правило, шини ПК можна у вигляді якоїсь ієрархічної структури - шинної архітектури. Особливістю сучасних ПК є наявність шини ISA, успадкованої від перших моделей IBM PC. Крім неї, у ПК застосовуються шини EISA, MCA, VLB, PCI, PCMCIA (CardBus) та AGP. Шини можуть бути синхронними (що здійснюють передачу даних тільки за тактовими імпульсами) та асинхронними (що здійснюють передачу даних у довільні моменти часу), а також використовувати різні схеми арбітражу (тобто способу спільного використання шини декількома пристроями). Е

Якщо обмін інформацією ведеться між периферійним пристроєм і контролером, то з'єднує їх лінія передачі даних називається інтерфейсом передачі даних, або просто інтерфейсом. Серед застосовуваних у сучасних та перспективних ПК інтерфейсів можна відзначити EIDE, SCSI, SSA та Fibre Channel, USB, FireWire (IEEE 1394) та DeviceBay. Серед інтерфейсів передачі даних окремо стоять порти вводу/виводу, що використовуються для підключення низькошвидкісних периферійних пристроїв: послідовний порт (COM), паралельний порт (LPT), ігровий порт/MIDI порт та інфрачервоний порт (IrDA).

Паралельний порт (LPT) в IBM PC-сумісному комп'ютері найчастіше використовується для підключення принтера, тому його називають портом принтера. Персональний комп'ютер працює максимум із трьома паралельними портами, які мають логічні імена LPT1, LPT2 та LPT3. Підключення кабелю до адаптера паралельного інтерфейсу здійснюється через 25-контактний роз'єм типу DB-Shell (DB-25), а з боку принтера використовується спеціальний 36-контактний роз'єм типу Centronics. Оскільки частота сигналів, що передаються, може досягати десятків кГц, довжина таких кабелів зазвичай не перевищує трьох метрів. Відомо кілька модифікацій паралельних швидкісних інтерфейсів, наприклад EPP (Enhanced Parallel Port) та ECP (Extended Capabilities Port). Ці інтерфейси забезпечують швидкість до 2-5 Мбайт/с та підтримують двосторонню передачу даних. В даний час обидві модифікації об'єднані в одному стандарті IEEE 1284. Послідовний інтерфейс використовується для більшості периферійних пристроїв, таких як плоттер, принтер, миша, зовнішній модем. До цього часу для послідовного зв'язку IBM PC-сумісних комп'ютерів використовують адаптери з інтерфейсом RS-232С (нова назва EIA-232D). У сучасному IBM PC-сумісному комп'ютері можна використовувати до чотирьох послідовних портів, мають логічні імена відповідно COM1, COM2, COM3 і COM4. Основою послідовного адаптера є мікросхема UART (Universal Asynchronous Receiver/Transmitter) – універсальний асинхронний приймач. Зазвичай використовується мікросхема UART 16550A. Вона має 16-символьний буфер на прийом і передачу і, крім того, може використовувати кілька каналів прямого доступу в пам'ять DMA. При передачі мікросхема UART перетворює паралельний код у послідовний і передає його бітно в лінію, обрамляючи вихідну послідовність бітами старту, зупинки та контролю. При прийомі даних UART перетворює послідовний код паралельний (зрозуміло, опускаючи службові символи). Неодмінною умовою правильної передачі (прийому) є однакова швидкість роботи приймального та передавального UART, що забезпечується стабільною частотою кварцового резонатора. Основною перевагою послідовної передачі є можливість пересилання даних на великі відстані, як правило, не менше ніж 30 метрів. У IBM PC-сумісних персональних комп'ютерах з 25 сигналів, передбачених стандартом RS-232, використовуються відповідно до EIA лише 9; таким чином, в даному інтерфейсі застосовуються як 25-, так і 9-контактні роз'єм типу DB-Shell. У специфікації PC99 (див. Настільний ПК) підкреслюється, що єдиним пристроєм, що використовує послідовний та паралельний порти, у нових ПК може бути лише принтер. Інші пристрої повинні використовувати шини FireWire або USB. Універсальна послідовна USB шина(Universal Serial Bus) за специфікацією PC97 є обов'язковим елементом сучасного ПК. Вона повинна поступово замінити всі раніше існуючі інтерфейси для підключення перефірійних пристроїв (паралельний і послідовний

орти, роз'єми PS/2 для миші та клавіатури, інтерфейс SCSI). Стандарт USB був розроблений в 1995 році консорціусом компаній Compaq, DEC, IBM, Microsoft, NEC, Northern Telecom, і влітку 1996 року на ринку з'явилися перші комп'ютери. портами USB. Шина USB є послідовним інтерфейсом передачі даних для середньо- і низькошвидкісних периферійних пристроїв (для пристроїв, що вимагають вищої швидкості обміну, пропонується шина FireWire). Шина USB розрахована на підключення до 127 пристроїв, при цьому підтримується їхнє визначення Plug-n-play, а також так зване «гаряче» підключення, тобто підключення до працюючого комп'ютера без його перезавантаження. Швидкість передачі даних по USB становить 12 Мбіт/с (тобто не більше 1,5 Мбайт/с), причому для повільних пристроїв виділено підканал на 1,5 Мбіт/с. Як кабель використовується кручена пара. Довжина сегмента USB може досягати 5 метрів. Пристрої USB бувають двох видів: концентратор (hub) для підключення інших пристроїв та звичайний пристрій. Концентратори можуть бути окремими пристроями або (що частіше) частиною інших пристроїв з автономним живленням, наприклад, моніторів. З інтерфейсом USB випускаються модеми, клавіатури, миші, CD-ROM, джойстики, стрічкові та дискові накопичувачі, сканери та принтери, цифрові камери, монітори (не для передачі сигналу, а для керування настройками монітора) та інші пристрої. У комп'ютері Apple iMac, наприклад, USB шина є єдиним інтерфейсом для підключення повільних периферійних пристроїв. Підтримка USB на рівні материнських плат реалізована у всіх сучасних ПК на базі п'ятого та шостого покоління процесорів x86, проте підтримка з боку BIOS та операційної системи в повному обсязі реалізована лише у Windows 98 та Windows NT 5.0. У жовтні 1999 був узгоджений попередній варіант стандарту USB 2.0, що передбачає швидкість обміну даних 360-480 Мбіт/с. Для зв'язку портативних комп'ютерів з настільними, а також підключення до них лазерних принтерів використовується бездротовий інтерфейс, що працює в інфрачервоному діапазоні. Принцип роботи інфрачервоного порту досить простий: світлодіод (LED), що працює в інфрачервоному діапазоні, випромінює послідовність імпульсів, яку приймає відповідний фотодіод і потім перетворює на електричні сигнали. Подібний зв'язок має ряд переваг: низьку ціну, невисоке енергоспоживання та відсутність шкідливих високочастотних випромінювань. Інтерфейс SCSI було розроблено наприкінці 1970-х років організацією Shugart Associates. Спочатку відомий під назвою SASI (Shugart Associates System Interface), він після стандартизації в 1986 вже під ім'ям SCSI (читається «скази») став одним з промислових стандартів для підключення периферійних пристроїв - вінчестерів, стримерів, змінних жорстких і магнітооптичних дисків, сканерів, CD-ROM та CD-R, DVD-ROM тощо. Інтерфейс SCSI є паралельним. До шини може бути одночасно підключено до восьми пристроїв, включаючи основний контролер SCSI (або хост-адаптер). Контролер SCSI є по суті самостійним процесором і має власну BIOS (яка іноді може розміщуватися в BIOS материнської плати). Він виконує всі операції з обслуговування та керування шиною SCSI, звільняючи від цього центральний процесор. Фізично інтерфейс SCSI є плоским кабелем з 25- або 50-контактними роз'ємами для підключення периферійних пристроїв. Шина SCSI містить вісім ліній даних, що супроводжуються лінією контролю парності, та дев'ять керуючих ліній. Стандарт SCSI визначає два способи передачі сигналів - однополярний або асиметричний (Single ended) і диференціальний (Differential). У першому випадку є один провід з нульовим потенціалом («земля»), щодо якого передаються сигнали лініями даних з рівнями сигналів, відповідним ТТЛ-логіці. При диференціальній передачі сигналу для кожної лінії даних виділено два дроти, і сигнал на цій лінії виходить відніманням потенціалів на їх виходах. При цьому досягається набагато краща завада, що дозволяє збільшити довжину кабелю. Для інтерфейсу SCSI потрібна наявність термінаторів - узгоджувальних опорів, які поглинають сигнали на кінцях кабелю і перешкоджають утворенню відлуння. Для інтерфейсу SCSI взагалі характерна висока чутливість до якості виготовлення кабелів та їх довжини, яка може бути різною залежно від версії інтерфейсу. Програмне забезпечення для інтерфейсу SCSI не оперує фізичними характеристиками накопичувача (тобто числом циліндрів, головок тощо), а має справу тільки з логічними блоками даних, тому в одному SCSI-ланцюжку з легкістю вживаються, наприклад, сканер, жорсткий диск і накопичувач CD-R. Опитування пристроїв проводиться контролером SCSI одразу після включення живлення. При цьому для пристроїв SCSI реалізовано автоконфігурування пристроїв (Plug-n-play) за протоколом SCAM (SCSI Configured AutoMagically), де значення SCSI ID виділяються автоматично. Для стандартизованого управління SCSI-пристроями найширше застосовується програмний інтерфейс ASPI (Advanced SCSI Programming Interface). Існує понад десяток різних версій інтерфейсу SCSI. Найбільш суттєві з них – SCSI-1, Fast SCSI, Fast Wide SCSI, Ultra SCSI, Ultra 2 SCSI. Специфікація шини PCI(Revision 1.0) була представлена ​​компанією Intel у червні 1992 як процесорно-незалежна шина. Враховуючи досвід експлуатації шини VL-bus (див. шина VESA), розробники PCI відмовилися від використання шини процесора і ввели ще одну «мезаніну» (mezzanine) шину. Завдяки цьому шина може працювати паралельно з шиною процесора (наприклад, процесор працює оперативною пам'яттю, а в цей час по шині PCI відбувається обмін даними з відеоадаптером або жорстким диском). Важливим фактором, що сприяло поширенню PCI, стало те, що компанія Intel оголосила стандарт шини PCI відкритим і передала його некомерційній організації PCI SIG (PCI Special Interest Group), яка почала вести всі роботи з його підтримки та подальшого розвитку.

Шина PCI є синхронною 32- або 64-розрядною шиною, що працює на частоті 33 або 66 МГц. У сучасних ПК поки що використовується 32-розрядна 33 МГц шина PCI, хоча є й винятки: набори мікросхем для ПК Micron Samurai та Intel 450NX AGPSet підтримують 64-розрядну шину, у робочих станціях Digital та Sun також використовується 64-розрядна шина PCI. Для зменшення числа контактів у PCI застосовано мультиплексування (передача адреси та даних по одних і тих же лініях у різні моменти часу). PCI дозволяє використовувати плати з напругою живлення 5 та 3,3 В. Шина підтримує кілька арбітрів шини (multiply bus master). Під час передачі даних підтримується кешування та блокова передача. Шина PCI підтримує автоматичне визначення та конфігурування плат розширення (Plug-n-play). Специфікація PCI дозволяє створювати на одній платі багатофункціональні пристрої з числом функцій до восьми (наприклад, модем, звук, інтерфейс мережі тощо). Шина PCI в настільному конструктиві має 4 124/188-контактні роз'єми (32/64-розрядна версія) або 8 роз'ємів у конструктиві CompactPCI, що застосовується в промислових та військових комп'ютерах. Якщо необхідно більше роз'ємів, то застосовуються мікросхеми мосту PCI-PCI (при цьому пропускна здатність шини зменшується). Максимально можлива швидкість передачі даних по шині PCI становить від 132 Мбайт/с для 32-біт/33 МГц до 528 Мбайт/с для 64-біт/66 МГц реалізацій шини. Відеоадаптер (синонім – відеокарта)призначений для зберігання відеоінформації та її відображення на екрані монітора. Він безпосередньо управляє монітором, а також процесом виведення інформації на екран за допомогою зміни сигналів малої та кадрової розгортки ЕПТ монітора, яскравості елементів зображення та параметрів змішування кольорів. Основними вузлами сучасного відеоадаптера є відеоконтролер, відео BIOS, відеопам'ять, спеціальний цифроаналоговий перетворювач RAMDAC (Random Access Memory Digital to Analog Converter), кварцовий генератор (один або кілька) і мікросхеми інтерфейсу із системною шиною (ISA, VLB, PCI, AGP або інший ). Важливим елементом відеопідсистеми є пам'ять. Для цієї мети використовується пам'ять відеоадаптера, яка часто також називається відеопам'яттю, або фрейм-буфером, або частина оперативної пам'яті ПК (в архітектурі з пам'яттю UMA, що розділяється). Всі сучасні відеопідсистеми можуть працювати в одному з двох основних відеорежимів: текстовий або графічний. У текстовому режимі екран монітора розбивається окремі символьні позиції, у кожному з яких одночасно може виводитися лише одне символ. Для перетворення кодів символів, що зберігаються у відеопам'яті адаптера, у точкові зображення на екрані служить так званий знакогенератор, який зазвичай є ПЗУ, де зберігаються зображення символів, «розкладені» по рядках. При отриманні коду символу знакогенератор формує на своєму виході відповідний двійковий код, який потім перетворюється на відеосигнал. Текстовий режим у сучасних операційних системах використовується лише на етапі початкового завантаження.


У графічному режимі кожної точки зображення, званої пікселем, відводиться від одного (монохромний режим) до 32-бит (кольоровий). Графічний режим часто називають режимом з адресацією всіх точок (All Points Addresable), оскільки в цьому випадку є доступ до кожної точки зображення. Максимальна роздільна здатність та кількість відтворюваних кольорів конкретної відеопідсистеми в першу чергу залежать від загального обсягу відеопам'яті та кількості бітів, що припадають на один елемент зображення. Існує кілька стандартів відеокарт. За час існування IBM PC-сумісних персональних комп'ютерів змінилося кілька поколінь відеоадаптерів та пов'язаних із ними стандартів представлення зображення. Основним параметром у цих стандартах є роздільна здатність (кількість символів, або пікселів по горизонталі та вертикалі), кількість кольорів, що одночасно відображаються на екрані, і частота кадрової розгортки (яка є частотою перемальовування зображення на екрані монітора, що виконується пристроєм розгортки).

Накопичувачі.

Для зберігання програм і даних у персональних комп'ютерах використовують різноманітних накопичувачі, загальна ємність яких, зазвичай, у сотні разів перевищує ємність оперативної пам'яті. По відношенню до комп'ютера накопичувачі можуть бути зовнішніми та вбудовуваними (внутрішніми). Зовнішні накопичувачі мають власний корпус та джерело живлення, що заощаджує простір усередині корпусу комп'ютера та зменшує навантаження на його блок живлення. Накопичувачі, що вбудовуються, кріпляться в спеціальних монтажних відсіках (drive bays), що дозволяє створювати компактні системи, які поєднують у системному блоці всі необхідні пристрої. Сам накопичувач можна розглядати як сукупність носія та відповідного приводу. Розрізняють накопичувачі зі змінними та незмінними носіями. Нижче перераховані найбільш поширені пристрої зберігання інформації. Вінчестери (hard discs)Жорсткі диски - найшвидші із зовнішніх пристроїв зберігання інформації. Крім того, інформація, що зберігається на вінчестері, може бути зчитана з нього в довільному порядку (диск - пристрій з довільним доступом). Ємність диска сучасного персонального комп'ютера становить десятки гігабайт. В одній ЕОМ може бути встановлено кілька вінчестерів. Оптичні диски (cdroms)Лазерні диски, як їх ще називають, мають ємність до 750 мегабайт і забезпечують лише зчитування записаної на них інформації в режимі довільного доступу. Швидкість зчитування інформації визначається пристроєм, який вставляється компакт-диск (cdrom drive). Магніто-оптичні дискиНа відміну від оптичних дисків, магніто-оптичні диски дозволяють не тільки читати, але й записувати інформацію. Флоппі диски (floppy discs)В основі цих пристроїв лежить гнучкий магнітний диск, поміщений у тверду оболонку. Щоб прочитати інформацію, що зберігається на дискеті, її необхідно вставити в дисковод (floppy disc drive) комп'ютера. Місткість сучасних дискет всього 1.44 мегабайта. За способом доступу дискета подібна до вінчестера. Zip and Jaz Iomega discsЦе відносно нові носії інформації, які мають замінити гнучкі магнітні диски. Їх можна розглядати, як швидкі та великі за ємністю (100 мегабайт – Zip, 1 гігабайт – Jaz) дискети. Магнітні стрічки (magnetic tapes)Сучасні магнітні стрічки, що зберігають великі обсяги інформації (до декількох гігабайт), зовні нагадують звичайні магнітофонні касети і характеризуються суворо послідовним доступом до інформації, що на них міститься.

Жорсткий диск.

Жорсткий диск (вінчестер), пристрій постійного зберігання інформації, що використовується під час роботи з комп'ютером. Свою назву "жорсткий" отримав на відміну від носіїв інформації на гнучких магнітних стрічках та дисках. Принципи сучасної технології виготовлення жорсткого диска були розроблені в 1973 році американською фірмою Ай-Бі-Ем (IBM). Новий пристрій, який міг зберігати до 16 кілобайт інформації, мав 30 циліндрів (доріжок) для запису, кожен з яких був розбитий на 30 секторів. Тому воно отримало назву 30/30. Відомі гвинтівки вінчестер мають калібр 30/30, тому жорсткі диски теж стали називатися вінчестерами. Крім того, розроблявся жорсткий диск у американському місті Вінчестері. Як правило, жорсткий диск незнімний, але існують моделі знімних (removable) вінчестерів. Жорсткий диск змонтований на осі-шпинделі, який рухається спеціальним двигуном. Він містить від одного до 10 дисків (platters). Швидкість обертання двигуна для звичайних моделей може становити 3600, 4500, 5400, 7200, 10000, 12000 об/хв. Самі диски є оброблені з високою точністю керамічні або алюмінієві пластини з магнітним покриттям - тонким шаром окису заліза (у більш ранніх моделях) або окису хрому (у пізніших моделях). Кожен диск (platter) розбитий на послідовно розташовані доріжки-сектори, що відповідають зон залишкової намагніченості, створеної головками. Об'єм пам'яті сектора дорівнює 512 байтам.

Головки зчитування-запису разом з їхньою конструкцією, що несе, і дисками спочатку були укладені в герметично закритий корпус, званий модулем даних. При встановленні цього модуля на дисковод він автоматично з'єднувався з системою, що подає чисте повітря. У сучасних вінчестерах пакет дисків постійно кріпиться на дисководі, система не герметична, а примусова вентиляція відсутня. Товщина повітряної подушки, створюваної аеродинамікою диска, що обертається, і формою головки, набагато тонше людського волосся. Найважливішою частиною вінчестера є головки читання та запису (read-write head). Як правило, вони знаходяться на спеціальному позиціонері (head actuator). Для переміщення позиціонера використовуються переважно лінійні двигуни (типу voice coil – «звукова котушка»). У вінчестерах застосовується кілька типів головок: монолітні, композитні, тонкоплівкові, магніторезистивні (MR, Magneto-Resistive), а також головки із сильним магніторезистивним ефектом (GMR, Giant Magneto-Resistive). Магніторезистивна голівка, розроблена IBM на початку 1990-х років, є комбінацією з двох головок: тонкоплівкової для запису і магніторезистивної для читання. Подібні голівки дозволяють майже в півтора рази збільшити густину запису. Ще більше дозволяють підвищити густину запису GMR-головки. Головки не стосуються поверхонь дисків, а переміщуються над ними на відстані часток мікрона. Усередині будь-якого вінчестера обов'язково знаходиться електронна плата, яка розшифровує команди контролера жорсткогодиска, що стабілізує швидкість обертання двигуна, генерує сигнали для головок запису та посилює їх від головок читання. Під пакетом дисків із шпинделем розміщується двигун. У ранніх моделях вінчестерів для приводу позиціонерів застосовувався кроковий двигун, тому відстань між доріжками визначалося величиною його кроку. У сучасних моделях використовується лінійний двигун, який не має дискретності, характерної для крокового двигуна. Тому наведення магнітних головок на доріжку виконується точніше, що забезпечує більшу щільність запису на дисках. У ході виконання процедури так званого низькорівневого форматування (low-level formatting) на жорсткий диск записується інформація, що визначає розмітку вінчестера на циліндри та сектори. Структура формату включає різну службову інформацію: байти синхронізації, ідентифікаційні заголовки, байти контролю парності. У сучасних вінчестерах така інформація записується одноразово під час виготовлення вінчестера. Ушкодження цієї інформації при самостійному низькорівневому форматуванні може призвести до повної непрацездатності диска і необхідності відновлення цієї інформації в заводських умовах. Місткість вінчестера вимірюється в мегабайтах. До кінця 1990-х років середня ємність жорстких дисків для настільних систем досягла 15 гігабайт, а в серверах та робочих станціях з інтерфейсом SCSI застосовуються вінчестери ємністю понад 50 гігабайт. У більшості сучасних персональних комп'ютерів використовуються жорсткі диски ємністю від 10 до 100 гігабайт. Фірма IBM освоїла випуск найменшого у світі жорсткого диска, призначеного для ручних комп'ютерів та цифрових фотоапаратів. Його діаметр 25 мм, а об'єм пам'яті 340 Мбайт.

Гнучкий диск.

У приводі флоппі-диска (гнучкого диска або просто дискети) є два двигуни: один забезпечує стабільну швидкість обертання вставленої в накопичувач дискети, а другий переміщає головки запису-читання. Швидкість обертання першого двигуна залежить від типу дискети і становить від 300 до 360 об/хв. Двигун для переміщення головок у цих приводах завжди є кроковим. З його допомогою головки переміщуються по радіусу від краю диска до центру дискретними інтервалами. На відміну від приводу вінчестера головки в даному пристрої не «парять» над поверхнею флоппі-диска, а торкаються її. Роботою всіх вузлів приводу управляє відповідний контролер.

З
тандартним інтерфейсом для всіх приводів в IBM-сумісних комп'ютерах є SA-400 (Shugart Associates), контролер якого з'єднаний з накопичувачами за допомогою 34-контактного кабелю. На приводі дисків з форм-фактором 5,25 дюйма використовується «ножовий» (друкований) роз'єм, а на приводі дисків 3,5 дюйма – звичайний штирковий роз'єм-вилка. Для підключення різних типів дисководів призначені комбіновані кабелі з чотирма роз'ємами, включеними попарно. На звичайному інтерфейсному кабелі для крайнього роз'єму провідники на контактах з 10 по 16 перекручені. При використанні прямого кабелю треба обов'язково змінити установку перемичок на приводі, що визначають його номер (DS1-DS4). Деякі BIOS комп'ютерів дозволяють програмно змінювати призначення фізичної адреси: "перший" (A:) та "другий" (B:) привод. На відміну від вінчестерів, для флоппі-дисководів порядок накопичувача (A: або B:) визначається саме положення пристрою на кабелі. Для кожного з типорозмірів дискет (5,25 або 3,5 дюйма) існують спеціальні приводи відповідного форм-фактора. Перший зразок дискети було створено IBM у 1967 році. Вона була діаметром 8 дюймів, мала ємність 100 Кбайт та отримала назву Flexible disk, тобто гнучкий диск. Назву флоппі-диск вона отримала пізніше від англійського слова flop, що означає «плескати крилами». Перший зразок дискети був круглою пластиною з центральним, посиленим по краях отвором. Конверт дискети мав отвори для шпинделя, який обертав носій, проріз для головок та оптопари для зчитування індексу. У 1976 році розмір гнучкого диска зменшили до 5,25 дюйма, і тоді з'явилася назва зменшувальна назва diskette - дискета. Спочатку її обсяг становив 180 Кбайт, потім він виріс до 360 Кбайт та 1,2 Мбайт. Недоліком гнучкого диска був слабкий захист від механічних пошкоджень. У 1980 році Sony розробила дискету та дисковод на 3,5 дюйма. Носій у ній був поміщений у суцільний корпус із твердого пластику. Єдиний отвір для доступу головок до носія було прикрито металевою шторкою зі зворотною пружиною. З того часу дискета перестала бути гнучкою. В даний час дискети використовуються як найдешевший засіб резервного копіювання (обсягом інформації не більше 10 Мбайт), а також для перенесення даних з одного ПК на інші, у тому числі з портативних на стаціонарні ПК. Дискети кожного типорозміру (5,25 та 3,5 дюйма) бувають зазвичай двосторонніми (Double Sided, DS), односторонні давно стали анахронізмом. Щільність запису може бути різною: одинарною (Single Density, SD), подвійною (Double Density, DD) та високою (High Density, HD). Оскільки про одинарну щільність вже мало хто згадує, таку класифікацію зазвичай спрощують, говорячи тільки про двосторонні дискети подвійної щільності (DS/DD, ємність 360 або 720 Кбайт) і двосторонні дискети високої щільності (DS/HD, ємність 1,2, 1,44) або 2,88 Мбайт). Дискети бувають форматовані та неформатовані. Хоча форматовані в заводських умовах дискети трохи дорожчі за неформатовані, користувачеві не доведеться витрачати час на їх форматування, а крім того, вони пройшли додаткове тестування. Найбільш поширені 3,5-дюймові дискети. Їхній магнітний диск поміщений у міцний пластмасовий корпус. Зона контакту магнітних головок із поверхнею диска закрита спеціальною шторкою (засувкою), що відсувається лише всередині накопичувача. Швидкість читання/запису для 3,5-дюймового дисководу становить близько 63 Кбайт/с, середній час пошуку – близько 80 мс. На диску знаходиться 80 доріжок (хоча деякі програми форматування дозволяють використовувати технологічні доріжки 80, 81 і 82 для підвищення ємності диска). Наприкінці 1980-х років фірма Toshiba за рахунок покращення технології виробництва та способів запису зуміла підвищити ємність дискети до 2,88 Мбайт. Однак цей формат не прижився, і аж до кінця 20 століття, переважна більшість дискет мали ємність 1,44 Мбайт. Як і будь-який інший магнітний дисковий носій, гнучкий диск дискети розбитий на розташовані доріжки, які, у свою чергу, роз'єднані на сектори. Переміщення головки для доступу до різних доріжок здійснюється за допомогою спеціального приводу позиціонування головки, який переміщує в радіальному напрямку блок магнітних головок від однієї доріжки до іншої. Нумерація доріжок починається з 0, а секторів із 1. Ця система згодом перейшла на жорсткі диски. Принцип запису інформації на дискету - такий, як і в магнітофоні, при безпосередньому механічному контакті головки з магнітним шаром, нанесеним на штучну плівку. Однак, на відміну від магнітофона, запис тут здійснюється без високочастотного підмагнічування, а шляхом перемагнічування матеріалу носія до насичення. Загальні принципипринципи конструкції блоку головок для зчитування та запису інформації з часом майже не змінилися. Їхня особливість полягає в наявності двох головок стирання, розташованих з боків ззаду від головки запису/відтворення (так зване тунельне стирання).

Компакт диск.

Компакт-диск – носій інформації у числовому вигляді, записаній на оптичний (лазерний) диск. Найбільшого поширення набули компакт-диски для запису звуку (аудіодиски) та комп'ютерні компакт-диски (CD-ROM, Compact Disk Read Only Memory – пам'ять на компакт-диску тільки для читання). Технологія оптичного диска була розроблена та продемонстрована фірмою Philips у 1979 році. Оптичний компакт-диск складається з міцної, прозорої основи (полікарбонатної або поліхлорвінілової), що відображає та захисних шарів. Як відбиває поверхні зазвичай використовується шар напиленого алюмінію. Цифрова інформація представляється на поверхні, що відображає чергуванням западин (не відбивають плям) і відбивають світло ділянок. Компакт-диск має лише одну фізичну доріжку у формі безперервної спіралі, що йде від зовнішнього діаметра диска до внутрішнього. Зчитування інформації з компакт-диска відбувається за допомогою лазерного променя, який, потрапляючи на ділянку, що відображає світло, відхиляється на фотодетектор, що інтерпретує сигнал як двійкову одиницю. Промінь лазера, що у западину, не відбивається і фотодетектор фіксує двійковий нуль. Комп'ютерні компакт-диски містять до 640 мегабайт інформації, що достатньо для запису великих програмних комплексів, ігор, мультимедіа програм. Більшість комп'ютерних компакт-дисків, як і всі аудіо-диски, призначені тільки для читання інформації. Запис даних на компакт-диски здійснюється за їх виготовлення у заводських умовах. Але існують спеціальні компакт-диски, на яких можна записати (CD-R) і перезаписати інформацію (CD-RW). Інформацію з комп'ютерних компакт-дисків читає дисковод компакт-дисків. Сучасні персональні комп'ютери обов'язково мають привод компакт-дисків і за наявності звукової карти можуть програвати аудіодиски. Материнські платинового покоління підтримують завантаження комп'ютера з CD-ROM, що буває зручно під час встановлення нової операційної системи або під час перевірки комп'ютера наявність вірусів. Наприкінці 1990-х років з'явилися компакт-диски нового покоління – DVD (Digital Versatile Disc – цифровий багатоцільовий диск) з великою ємністю, які застосовуються для запису повнометражних фільмів, звуку надвисокої якості та мультимедійних комп'ютерних програм. Існують кілька варіантів DVD, що відрізняються за ємністю: односторонні, двосторонні, одношарові та двошарові. Односторонні одношарові DVD-диски мають ємність 4,7 Гбайт інформації, двошарові – 8,5 Гбайт, двосторонні одношарові вміщують 9,4 Гбайт, двосторонні двошарові – 17 Гбайт. Промінь лазера у звичайному приводі CD-ROM має довжину хвилі 780 нм, а пристрої DVD - від 635-до 650 нм, завдяки чому щільність запису істотно зросла.

CD-RW

В даний час масовому користувачеві стали доступні приводи CD-ROM з можливістю запису (CD-R) та перезапису (CD-RW) інформації. Завдяки невисокій ціні приводу і чистих носіїв для одноразового запису, ці пристрої стали широко застосовуватися для архівування даних, резервного копіювання, зберігання великих обсягів інформації тощо. створити (або скопіювати) аудіодиск, який можна буде відтворювати на будь-якій побутовій аудіоапаратурі. Це дозволяє, наприклад, самостійно створювати диски зі збірками композицій улюблених виконавців без втрати якості під час перепису, оскільки запис здійснюється в цифровому вигляді. Носії на CD з одноразовим записом мають дуже високу надійність. Термін зберігання чистого диска до запису становить від 5 до 10 років, а записаний диск може зберігатися за різними оцінками від 70 до 200 років. Стандартний об'єм диска складає 74 хвилини (при записі аудіоданих) або 650 Мбайт. Існують диски діаметром 120 мм та ємністю 63 та 74 хвилини, і з діаметром 80 мм та ємністю 18 та 21 хвилина. Важливою перевагою CD-R дисків є можливість читання на будь-якому приводі CD-ROM.

Лекція 1 Історія розвитку обчислювальної техніки. Ціль

Лекція

Логічні схеми створювалися на дискретних радіодеталях та електронних вакуумних лампах з ниткою розжарення. В оперативних запам'ятовуючих пристроях використовувалися магнітні барабани, акустичні ультразвукові ртутні та електромагнітні

Лекції з інформатики Введення в інформатику Термін "інформатика" (франц informatique)

Лекції

Термін "інформатика" (франц. informatique) походить від французьких слів information (інформація) та automatique (автоматика) і буквально означає "інформаційна автоматика".

Планшети