Персональный компьютер и его устройство. Классификация компьютеров. Вспомогательные технические устройства.
На разных этапах развития техники и технологии были приняты следующие названия для компьютеров: арифметическо-логическое устройство (АЛУ), программируемое электронно-вычислительное устройство (ПЭВМ или ЭВМ), компьютер.
Устройство и принципы действия компьютера
Один из выдающихся математиков нашего столетия Джон фон Нейман разработал принципы построения логической системы вычислительной машины, способной использовать гибкую запоминаемую программу, которую можно было бы изменять, не перестраивая всей схемы машины. В соответствии с принципами фон Неймана для работы компьютера необходимы следующие устройства:
1) арифметическо-логическое устройство, выполняющее арифметические и логические операции (АЛУ);
2) устройство управления, которое организует процесс выполнения программ (УУ);
3) запоминающее устройство, или память, для хранения программ и данных (ЗУ);
4) внешние устройства для ввода-вывода информации (УВВ);
5) пульт управления (ПУ).
Память компьютера должна состоять из некоторого количества пронумерованных ячеек, в каждой из которых могут находиться или обрабатываемые данные, или инструкции программ. Все ячейки памяти должны быть одинаково легкодоступны для других устройств компьютера.
Рис. 18. Схема основных устройств компьютера
В общих чертах работу компьютера можно описать так. Вначале с помощью какого-либо внешнего устройства в память компьютера вводится программа. Устройство управления считывает содержимое ячейки памяти, где находится первая инструкция (команда) программы, и организует ее выполнение. Эта команда может задавать выполнение арифметических или логических операций, чтение из памяти данных для этих операций или запись их результатов в память, ввод данных из внешнего устройства в память или вывод данных из памяти на внешнее устройство.
Как правило, после выполнения одной команды устройство управления начинает выполнять команду из ячейки памяти, которая находится непосредственно за только что выполненной командой. Однако этот порядок может быть изменен с помощью команд передачи управления (перехода). Эти команды указывают устройству управления, что ему следует продолжить выполнение программы, начиная с команды, содержащейся в некоторой другой ячейке памяти. Такой «скачок», или переход, в программе может выполняться не всегда, а только при выполнении некоторых условий, например, если некоторые числа равны, если в результате предыдущей арифметической операции получился нуль и т.д. Это позволяет использовать одни и те же последовательности команд в программе много раз (организовывать циклы), выполнять различные последовательности команд в зависимости от определенных условий и т.д., т.е. создавать сложные программы.
Таким образом, управляющее устройство выполняет инструкции программы автоматически, без вмешательства человека.
Внутренняя, или основная, память - это запоминающее устройство, напрямую связанное с процессором и предназначенное для хранения выполняемых программ и данных, непосредственно участвующих в вычислениях.
Внутренняя память, в свою очередь, делится на оперативную (ОЗУ) и постоянную (ПЗУ) память.
Постоянная память обеспечивает хранение и выдачу информации.
Оперативная память, по объему составляющая большую часть внутренней памяти, служит для приема, хранения и выдачи информации. При выключении питания ЭВМ содержимое оперативной памяти в большинстве случаев теряется.
Внешняя память (ВЗУ) предназначена для размещения больших объемов информации и обмена ею с оперативной памятью.
Внешние запоминающие устройства конструктивно отделены от центральных устройств компьютера (процессора и внутренней памяти), имеют собственное управление и выполняют запросы процессора без его непосредственного вмешательства.
Рис. 19. Связи между основными устройствами компьютера
Устройства ввода-вывода служат соответственно для ввода информации в машину и вывода из нее, а также для обеспечения общения пользователя с машиной. Процессы ввода-вывода протекают с использованием внутренней памяти. Иногда устройства ввода-вывода называют периферийными, или внешними, устройствами. К ним относятся, в частности, дисплеи (мониторы), клавиатура, манипуляторы, печатающие устройства (принтеры), графопостроители, сканеры, звуковые колонки и др.
Монитор принимает изображение от системного блока. Его экран является рабочим полем. С помощью клавиатуры в компьютер вводятся любой текст, символы, подаются команды и осуществляется управление работой компьютера. Мышь - средство управления курсором на экране монитора.
Программы, работающие на компьютере, можно разделить на три категории:
1) прикладные программы, непосредственно обеспечивающие выполнение необходимых пользователям работ: редактирование текстов, рисование картинок, обработку информационных массивов и т. д.;
2) системные программы, выполняющие различные вспомогательные функции, например создание копий используемой информации, проверку работоспособности устройств компьютера и т. д.;
3) инструментальные системы (системы программирования), обеспечивающие создание новых программ для компьютера.
Классификацию вычислительных машин по таким показателям, как габариты и производительность, можно представить следующим образом:
1) сверхпроизводительные ЭВМ и системы (суперЭВМ);
2) большие ЭВМ (универсальные ЭВМ общего назначения);
3) средние ЭВМ;
4) малые, или мини-ЭВМ;
5) микроЭВМ;
6) персональные компьютеры;
7) переносные компьютеры;
8) микрокомпьютеры.
Понятия «большие», «средние» и «малые» для отечественных ЭВМ весьма условны и не соответствуют подобным категориям зарубежных ЭВМ.
Исторически первыми появились большие ЭВМ (универсальные ЭВМ общего назначения). Производительность больших ЭВМ порой оказывается недостаточной для ряда приложений.
Средние ЭВМ обладали несколько меньшими возможностями, чем большие ЭВМ, но зато им была присуща и более низкая стоимость. Они предназначались для использования всюду, где приходилось постоянно обрабатывать довольно большие объемы информации с приемлемыми временными затратами.
Малые ЭВМ, или мини-ЭВМ, составляли самый многочисленный и быстро развивающийся класс ЭВМ. Их популярность объяснялась малыми размерами, низкой стоимостью (по сравнению с большими и средними ЭВМ) и универсальными возможностями.
Изобретение микропроцессора привело к появлению еще одного класса ЭВМ - микроЭВМ. Определяющий признак микро-ЭВМ - наличие одного или нескольких микропроцессоров.
