Istoria creării PC-urilor este scurtă. Din istoria dezvoltării calculatoarelor. Totul pentru față

Cuvântul computer înseamnă o persoană care efectua diverse calcule matematice. Pentru a efectua calcule, acest bărbat a folosit un dispozitiv mecanic special numit „Abacus”.

La sfârșitul Evului Mediu, matematicienii și inginerii din Europa au început să primească un sprijin semnificativ și astfel s-au făcut progrese puternice în dezvoltarea dispozitivelor de calcul mecanice. Până în secolul al XVII-lea, a fost dezvoltat un sistem de ceasuri. În perioada de la începutul secolului al XIX-lea până la începutul secolului al XX-lea s-au dezvoltat tehnologii foarte importante care au avut ulterior o puternică influență asupra dezvoltării computerului digital. De exemplu, acestea sunt invenții precum cardul perforat și tubul cu vid. Charles Babbage a fost primul care a dezvoltat un computer complet programabil în 1837.
Dar, din păcate, nu a reușit niciodată să finalizeze creația sa din mai multe motive.

Calculatoarele analogice au fost utilizate în mod activ în prima jumătate a secolului al XX-lea în diferite cercetări științifice pentru a efectua calcule matematice. Cu toate acestea, imediat după apariția computerelor digitale, acestea au devenit inevitabil învechite.

Primul computer digital a fost Atanasoff Berry Computer. Pentru calcule, a folosit sistemul de numere binar, procesare paralelă, memorie separată și funcții de calcul. Sistemul de numere binare și circuitele electronice sunt folosite în calculatoarele moderne, dar au fost folosite pentru prima dată pe computerul Atanasoff Berry.

Din 1930 până în 1940, a continuat dezvoltarea unor computere și mai avansate și mai eficiente. Încetul cu încetul, calculatoarele au început să aibă capabilitățile pe care le au acum toate computerele moderne; acestea sunt circuite electronice digitale și flexibilitate de programare.

Dintre toate calculatoarele acelor ani, s-a remarcat cel mai mult americanul ENIAC „Electronic Numerical Integrator and Calculator” (integrator și calculator electronic digital). Era funcțional pentru vremea lui, dar era foarte voluminos. Ulterior, a fost dezvoltat un sistem mai avansat numit cadru de persistență. Acest sistem este baza pentru toate computerele moderne. În 1950, diode cu tub de sticlă au fost folosite în computere. Acestea au fost ulterior înlocuite cu tranzistori electronici; Calculatoarele bazate pe tranzistori, dezvoltate în 1960, au devenit mai mici, mai rapide, mai ieftine și viabile din punct de vedere comercial. În 1970, calculatoarele au început să folosească tehnologia circuitelor integrate, ceea ce a făcut posibilă producerea în masă a calculatoarelor. De atunci, computerele au devenit disponibile pentru toată lumea. Aceasta a fost nașterea computerului personal în forma în care îl avem acum.

Calculatoarele au însoțit oamenii de multe decenii. În prezent, se află la a 4-a generație, deși unii oameni susțin că aceasta este deja a 5-a generație, deoarece sistemele au trecut la arhitectura procesorului cu mai multe nuclee, dar această judecată este în prezent contestată și ne vom menține la a 4-a în acest articol x generații .

Strămoșul computerului personal modern este mașina aritmetică a lui Blaise Pascal, cu care a efectuat operații simple precum adunarea și scăderea încă din 1642. Se numește „Roata Pascal” sau „Pascalina” și oamenii de știință se referă la generația zero de computere. Spre sfârșitul secolului al XVII-lea, un alt om de știință, Gottfried Wilhelm Leibniz, și-a creat propriul computer, care putea realiza deja 4 operații: înmulțire și împărțire, scădere și adunare.

Generația zero de calculatoare s-a încheiat în secolul al XIX-lea. Unul dintre ultimele exemple de astfel de tehnologie a fost un dispozitiv inventat de Charles Babbage, care efectua calcule pe baza unui set de instrucțiuni conținute pe carduri perforate. Aceste prime prototipuri de programe pe carduri perforate au fost pregătite de primii programatori, printre care se numărau și femei. Pionierul acestei profesii printre reprezentanții sexului frumos a fost Ada Lovelace.

La sfârșitul secolului al XIX-lea, în America a apărut prima mașină de calcul, care folosea ceva asemănător cu o tastatură. Inventatorii acestui dispozitiv, numit „Comptometru”, au fost americanii Tarrant și Felt.

Cam în același timp, Herman Hollerith a creat un „tabulator statistic” pentru a accelera procesarea rezultatelor recensământului din SUA. Acest aparat folosea electricitate pentru a descifra datele scrise pe carduri perforate. Dispozitivul s-a răspândit, iar creatorul său a dezvoltat o companie bazată pe tabulator, care după 36 de ani s-a transformat în cunoscuta IBM Corporation, lider mondial în industria calculatoarelor. Până la mijlocul secolului al XX-lea, dezvoltările tehnologice ale IBM au fost folosite de majoritatea țărilor dezvoltate ale lumii.

Începând cu anii 1930, calculatoarele mecanice de birou produse de Friden, Monroe și Marchant au apărut pe piață, permițând utilizatorilor lor să efectueze 4 operații aritmetice de bază. În această perioadă a apărut termenul „computer” (tradus din engleză ca „computer”). Acesta era numele dat poziției persoanelor care efectuau calcule folosind calculatoare.

Prima mașină mecanică automată, care a fost controlată prin programe, a fost creată de inginerul german Konrad Zuse în 1938.

A doua generație de calculatoare a apărut la mijlocul secolului al XX-lea și s-a diferit de prima prin utilizarea tehnologiei lămpii, ceea ce a făcut posibilă creșterea semnificativă a vitezei acestora la 20.000 de operații/secundă. Primul computer digital electronic din istorie a apărut în Statele Unite în 1945. A fost creat de doi John: John William Mauchly și John Presper Eckert. Prietenii au numit creația „ENIAC” (Integrator și Calculator Numeric Electronic).

Au trecut doar câteva decenii, iar industria calculatoarelor a făcut din nou un pas înainte. Acest lucru s-a întâmplat după inventarea și dezvoltarea producției de tranzistori. Utilizarea lor a făcut posibil ca producătorii de computere să reducă greutatea și dimensiunile produselor lor, precum și să își mărească și mai mult viteza, care a început să atingă 1 milion de operațiuni pe secundă.

În anii 50, IBM a început să producă primele discuri magnetice concepute pentru stocarea informațiilor în format digital, care au fost numite RAMAC (Random Access Method of Accounting and Control).

În 1963, a fost dezvoltat limbajul de programare algoritmică BASIC. Ulterior, pe baza ei a fost creată o întreagă familie de limbi de nivel înalt.

A treia generație de calculatoare a fost produsă între 1965 și 1980 și s-a remarcat prin utilizarea circuitelor electronice construite pe baza de cristale de siliciu.

Studenții Paul Allen și Bill Gates au dezvoltat în 1975 un interpret de limbaj BASIC folosit pe computerul personal Altair. Ulterior au creat compania Microsoft, care astăzi este un producător de frunte pe piața produselor software.

Componentele PC, cum ar fi mouse-ul, dischetele și CD-urile au apărut în anii 80 ai secolului trecut.

Un nou impuls în istoria dezvoltării computerelor personale a fost dat de crearea sistemului de operare grafic Windows 95, care a susținut multitasking și a fost unificat cu multe dispozitive de aceeași arhitectură. În plus, acest sistem a fost primul care a folosit grafica. În Windows 95, Microsoft a fost primul care a folosit noul protocol Plug & Play, care permitea instalarea automată a dispozitivelor pe sistem.

A patra generație de computere a apărut la sfârșitul anilor 80 și este încă în producție și astăzi. Datorită faptului că dezvoltarea tehnologiei a făcut ca producția de computere personale să fie mai ieftină, acestea au devenit disponibile pentru o gamă largă de utilizatori și s-au răspândit în întreaga lume.

În 1945, omul de știință american John von Neumann a formulat fundamentele organizării și funcționării computerelor moderne pe baza principiului controlului software al computerului, conform căruia programul și datele erau stocate în memoria RAM a computerului.

În 1946, primul computer digital electronic, Eniak, a fost dezvoltat în SUA. Mașina a efectuat doar 300 de înmulțiri și 5000 de adunări într-o secundă.

În 1948, la compania americană Bell Laboratories, fizicienii W. Shockley, W. Brattain și J. Bardeen au creat un tranzistor, pentru care au fost distinși cu Premiul Nobel. Tranzistorii au avut un impact revoluționar asupra dezvoltării tehnologiei informatice, înlocuind tuburile de vid și deschizând calea spre crearea de microcircuite.

În 1951 în URSS sub conducerea S.A. Lebedev a dezvoltat primul computer din Europa continentală, numit „MESM” (Small Electronic Computing Machine). URSS a devenit una dintre țările de frunte în domeniul proiectării și dezvoltării tehnologiei informatice, ceea ce a făcut posibilă dezvoltarea unor domenii atât de importante precum energia nucleară și spațiul.

În 1952, țara noastră a dezvoltat computerul BESM-1 (Big Electronic Calculating Machine), care era cel mai rapid computer din Europa și unul dintre cele mai bune din lume.

În 1964, compania americană IBM a dezvoltat o nouă familie de calculatoare de a treia generație folosind microcircuite - IBM/360.

În 1967, computerul BESM-6 a fost creat în URSS cu o productivitate de 1 milion de operațiuni/sec. A fost unul dintre cele mai rapide computere din lume la acea vreme, care a fost urmat de dezvoltarea unui nou tip de computer, Elbrus, un computer cu o capacitate de 10 milioane de operațiuni/s.

În 1979, compania americană Intel a dezvoltat microprocesorul Intel 8088, pe care IBM a început să-l folosească pentru dezvoltarea și producția de computere personale. În 1981, IBM a lansat primul computer personal, IBM PC, bazat pe acest microprocesor.

În 1982 și anii următori, Intel a lansat microprocesoarele Intel286 și Intel386, iar apoi microprocesorul Intel 486, care

a devenit primul microprocesor cu un coprocesor matematic încorporat. Acest coprocesor a crescut semnificativ viteza de procesare a datelor, a realizat funcții trigonometrice, exponențiale și alte funcții matematice în locul procesorului central.

În 1993, Intel a lansat primul microprocesor din familia Pentium, care a permis computerelor să proceseze atribute „lumea reală”: informații audio, video, fotografii etc. Și în următorii ani și până astăzi, această familie este baza pentru dezvoltarea computerelor ulterioare.

Să aruncăm o scurtă privire asupra clasificării computerelor după generații, care este destul de comună în literatură.

La prima generație Denumite de obicei mașini create în anii 50, ei foloseau tuburi vidate. Experiența utilizării calculatoarelor de prima generație a arătat că este necesar să se dezvolte instrumente de programare automată, să creeze sisteme software care să simplifice lucrul pe computere și să crească eficiența utilizării echipamentelor informatice. Toate acestea au necesitat schimbări semnificative în structura computerelor.

A doua generație Calculatoarele sunt mașini care au fost dezvoltate în 1955-65. Au fost caracterizate prin utilizarea tranzistoarelor RAM utilizate elemente magnetice. Limbajele de nivel înalt au început să fie folosite pentru programare. Programele speciale numite traducători traduc un program dintr-un limbaj de nivel înalt în limbajul computerului. Apar sisteme de monitorizare care controlează procesul de difuzare și execuție a programelor. Sistemele de monitorizare au stat la baza creării sistemelor de operare moderne. Unele computere din a doua generație foloseau deja sisteme de operare cu capacități limitate.

Calculatoare de generația a treia a apărut în practica mondială la începutul anilor '60. Calculatoarele din a treia generație erau deja o familie de calculatoare cu o singură arhitectură, erau compatibile cu software-ul. Calculatoarele din această generație aveau sisteme de operare eficiente, suportau un mod multiprogram, permițând executarea simultană a mai multor programe. Exemple de calculatoare din această generație sunt IBM/360, IBM/370, precum și ESEVM, SMEVM și multe altele dezvoltate în URSS. Performanța computerelor din aceeași familie variază semnificativ.

Calculatoare din a patra generație- Acestea sunt computere dezvoltate la sfârșitul anilor '70. În mod fundamental, aceste computere diferă de mașinile din a treia generație prin utilizarea limbajelor moderne de nivel înalt și prin procesul de dezvoltare a software-ului simplificat. În aceste computere, microcircuitele au devenit utilizate pe scară largă, iar capacitatea RAM a crescut la zeci de megaocteți. Calculatoarele din a patra generație erau complexe multiprocesoare și multi-mașină care foloseau RAM comună, precum și un grup comun de dispozitive periferice. Datele computerizate au susținut modul de prelucrare a informațiilor de telecomunicații, au fost combinate în rețele de calculatoare, au folosit sisteme de gestionare a bazelor de date și alte inovații ale vremii.

În dezvoltarea generațiilor ulterioare de calculatoare, circuitele integrate la scară mare și la scară ultra-mare sunt utilizate pe scară largă, iar principiile optoelectronice au devenit larg răspândite. Calculatoarele furnizează informații din text scris de mână sau tipărite, introducere audio, identifică utilizatorul prin voce, efectuează traduceri, există o tranziție la procesarea cunoștințelor etc.

În funcție de condițiile de funcționare, calculatoarele sunt împărțite în două tipuri principale:

· birou (universal);

· industriale (de specialitate).

Calculatoarele de birou sunt folosite pentru a funcționa în condiții normale de funcționare.

Calculatoarele industriale trebuie să îndeplinească cerințe speciale de operare clasa de sarcini care se rezolvă este orientată către probleme sau specializate.

2.2. Principii de construire a unui computer personal

Calculatoarele personale s-au dezvoltat rapid din anii 1980. Orice computer este o combinație de hardware și software. Hardware-ul computerului include dispozitive și circuite care formează configurația hardware necesară pentru a efectua sarcini, acestea pot fi asamblate din unități și blocuri gata făcute, extinse și au o arhitectură deschisă. Numeroase interfețe din arhitectura oricărui sistem de calcul pot fi împărțite în două grupuri mari: seriale și paralele. Printr-o interfață serială, datele sunt transmise secvențial, bit cu bit, și printr-o interfață paralelă - simultan în grupuri de biți. Numărul de biți implicați într-un transfer este determinat de lățimea interfeței, de exemplu, interfețele paralele de opt biți transferă un octet (8 biți) pe ciclu de ceas. Interfețele paralele au de obicei o organizare mai complexă în comparație cu cele seriale, dar oferă o viteză fundamental mai mare de transfer de informații. Performanța interfețelor paralele este măsurată în octeți pe secundă (octet/s; KB/s; MB/s).

Programele sunt secvențe ordonate de comenzi care controlează hardware-ul computerului. Chiar dacă, la prima vedere, programul nu interacționează cu hardware-ul și nu necesită intrare sau ieșire de date către dispozitivele periferice, activitatea sa se bazează în continuare pe controlul dispozitivelor hardware ale computerului pe baza principiului controlului software.

Software-ul și hardware-ul dintr-un computer funcționează în interacțiune continuă. În ciuda faptului că considerăm aceste două categorii separat, nu trebuie să uităm că între ele există o legătură dialectică, iar luarea în considerare separată a lor este, cel puțin, condiționată.

Organizarea structurală a calculatoarelor personale moderne se bazează pe principiul backbone-modular, conform căruia toate modulele computerului sunt combinate într-un singur sistem de stocare, procesare și transmitere a informațiilor (Fig. 2.1). Acest principiu permite utilizatorului să determine configurația necesară a computerului și, dacă este necesar, să modernizeze (upgrade) computerul. Autobuzul este format din trei magistrale multi-biți: magistrală de date, magistrală de adrese și magistrală de control.

Autobuz de date. Această magistrală este folosită pentru a transfera date între procesor și dispozitivele PC, iar comenzile sunt transmise și către registrul de comenzi al procesorului din RAM. Lățimea magistralei de date a computerelor moderne este de 64 de biți.

Autobuz de adrese. Busul de adrese este locul în care procesorul transferă adresa de la procesor la modulul de memorie adresabil sau la dispozitivul periferic. Lățimea magistralei de adrese determină spațiul de adrese de memorie adresat de procesor

Numărul de celule de memorie adresate în timpul adresei directe poate fi estimat folosind formula: N = 2 R, unde R este lățimea magistralei de adrese.

Autobuz de control. Busul de control transportă semnale de control care determină operațiunea care se efectuează pe dispozitivul adresat. De exemplu, la citirea datelor din memorie, este generat un semnal de citire, iar la scriere, este generat un semnal de scriere.

Fig.2.1. Structura unui computer personal

2.3. Configurație de bază pentru PC

Un computer personal este un sistem universal de procesare și stocare a informațiilor, a cărui configurație poate fi modificată în mod flexibil în funcție de clasa de sarcini rezolvată. Astfel de computere sunt numite calculatoare cu arhitectură deschisă. Configurația de bază a PC-ului include următoarele module:

· unitate de sistem;

· monitorizare;

· tastatură;

Figura 2.2 prezintă principalele module ale configurației de bază și principalele dispozitive ale unității de sistem.

2.3.1 Unitatea de sistem

Unitatea de sistem este baza computerului, în interiorul căruia sunt instalate principalele dispozitive. Dispozitivele conectate la unitatea de sistem sunt numite externe sau periferice, concepute pentru intrarea, ieșirea și stocarea pe termen lung a informațiilor.

Fig.2.2. Compoziția PC-ului și a dispozitivelor unității de sistem

Dispozitivele principale ale unității de sistem (Fig. 2.2) sunt următoarele:

· placa de sistem (placa de baza)-2;

· unitate centrală de procesare - 3;

· RAM - 4;

· carduri de expansiune – 5;

· alimentare – 6;

· unitate optică – 7;

· hard disk-uri – 8;

2.3.2. Placa de sistem

Placa de sistem (systemboad), placa de bază (placa de bază) sau placa principală (placa de bază) sunt denumiri diferite pentru o placă de circuit imprimat cu un set de cipuri pe care sunt montate majoritatea componentelor unui computer personal folosind conductori imprimați și diverși conectori (sloturi). Placa de bază mai conține sloturi pentru unitatea centrală de procesare, plăci grafice și de sunet, hard disk-uri, RAM și alte componente suplimentare.

Placa de bază este o placă de circuit imprimat multistrat realizată din dielectric, pe care conductoarele conductoare electric sunt realizate din folie.

Placa conține, de asemenea, sloturi și porturi de magistrală, cum ar fi PCI Express (PCI-E), PCI, AGP (Accelerated Graphics Port), USB, SATA și controlere de disc IDE/ATA. Sloturile sunt conectori pentru conectarea cardurilor interne; sloturile separate sunt destinate cardurilor RAM. Conectorii pentru atașarea componentelor externe se numesc porturi multe dispozitive sunt acum conectate printr-un port USB. Un exemplu de placă de sistem este prezentat în Figura 2.3.

Orez. 2.3. Placa de sistem

Placa de sistem conține următoarele componente:

procesor - cipul principal care procesează datele

· interfețe de magistrală – o magistrală de sistem, inclusiv o magistrală de date, adrese și semnale de control prin care sunt transmise datele și comenzile;

· RAM este un set de cipuri, este folosit pentru stocarea datelor operative în timp ce computerul funcționează;

· memorie read-only – un cip conceput pentru stocarea datelor pe termen lung, inclusiv după oprirea computerului, în care este stocat BIOS-ul;

· chipset kit – un set de cipuri care determină caracteristicile plăcii de bază;

· un set de conectori (sloturi) și porturi - utilizate pentru a conecta dispozitive externe și interne suplimentare.

Performanța computerului depinde în mare măsură de performanța componentelor enumerate și, prin urmare, alegerea unei plăci de bază este o sarcină foarte importantă atunci când configurați un PC.

Set de cipuri. Acesta este un chipset de placă de bază format din două cipuri principale:

· „Northbridge” - asigură interacțiunea dintre CPU și memorie și adaptorul video. Noile chipset-uri folosesc o placă grafică integrată.

· „Southbridge” - oferă interacțiune între CPU și hard disk, PCI-E, sloturi USB și altele.

Southbridge implementează interacțiuni pe placa de bază între chipsetul plăcii de bază și componentele sale. Podul de sud nu este de obicei conectat direct la procesor, spre deosebire de podul de nord.

Pe plăcile de bază, se folosește un conector priză special pentru instalarea procesoarelor, care pot avea formă pătrată, cu numeroase orificii pentru pinii microcircuitului. Cu toate acestea, puteți găsi nu numai o priză pătrată, ci și un conector lung - un slot.

Autobuz de sistem. Este o magistrală de computer care transferă date, comenzi, semnale de control și putere între componentele computerului. Fiecare magistrală are propriul set de conectori (conectori) pentru conectarea fizică a dispozitivelor, cardurilor și cablurilor. Autobuzele computerizate moderne folosesc atât conexiuni paralele, cât și în serie.

Autobuzele sunt împărțite în interne (autobuz local) și externe (autobuz extern). Primele sunt folosite pentru a conecta dispozitive interne, cum ar fi adaptoare video și plăci de sunet, în timp ce cele din urmă sunt destinate să conecteze dispozitive externe, cum ar fi scanere. IDE-ul este o magistrală externă prin design, dar este aproape întotdeauna folosit intern de computer.

Recent, au fost folosite anvelope precum HyperTransport și Infiniband. Infiniband este o magistrală serială comutată de mare viteză utilizată atât pentru conexiuni intra-sistem, cât și între sisteme. Aceste magistrale fac posibilă asigurarea atât viteze mari necesare pentru memorie, plăci video și comunicații interprocesoare, cât și viteze reduse pentru lucrul cu dispozitive lente, cum ar fi unitățile de disc.

Următorii factori principali influențează performanța computerului:

· frecvența procesorului este frecvența la care funcționează procesorul central, determinată pe baza frecvenței magistralei FSB (Front Side Bus - tradusă ca „bus de sistem”) și a factorului de multiplicare. Cele mai multe procesoare moderne au un multiplicator blocat, așa că singura modalitate de a overclocka procesorul este schimbarea frecvenței FSB;

· memorie - până la un anumit punct în dezvoltarea computerelor, frecvența de funcționare a memoriei a coincis cu frecvența FSB pe computerele personale moderne, frecvențele FSB și frecvențele magistralei de memorie pot diferi;

· magistralele periferice - la calculatoarele vechi, frecvențele magistralelor ISA, PCI, AGP au fost stabilite în raport cu FSB-ul pe calculatoarele noi, frecvențele pentru fiecare magistrală sunt setate independent;

Specificatiile placii de baza. Placa de baza are urmatoarele caracteristici principale:

· factor de formă al plăcii - determină forma, dimensiunea, dispunerea componentelor pe placă și tipul carcasei computerului în care poate fi amplasată. De exemplu, o carcasă ATX oferă caracteristici suplimentare: software pornire/oprire a computerului, un conector de alimentare mai fiabil, o mai bună ventilație a carcasei.

· numarul si tipul conectorilor pentru placile de expansiune, pentru conectarea carora (placi video, placi de sunet, modemuri interne etc.) este necesar sa existe pe placa un numar suficient de conectori de expansiune de tipul corespunzator.

· un chipset este unul sau mai multe microcircuite, temporizatoare, sisteme de control special concepute pentru a „cabla” procesorul.

· prezența capacităților integrate - unele plăci de bază integrează capacități suplimentare care pot fi localizate pe plăcile de expansiune. Cu o astfel de integrare, fiabilitatea sistemului crește (mai puține contacte), placa costă mai puțin, dar este mai scump să upgradezi o astfel de placă.

2.3.3. Unitate centrală de procesare

Unitatea centrală de procesare (CPU) este cipul principal al unui computer unde se realizează prelucrarea datelor. Pe lângă procesorul central, cipurile de procesor moderne conțin și un procesor matematic numit coprocesor. Începând cu procesorul Intel486, coprocesorul în virgulă mobilă a fost integrat în cipul procesorului și numit FPU (Floating Point Unit). Principalele operații efectuate de coprocesor sunt: aritmetică, comparație, împărțire modulo, rădăcină pătrată, trigonometrice, constante de încărcare, logaritmice și alte operații speciale.

Procesorul central include o unitate aritmetico-logică pentru efectuarea de operații aritmetice și logice, registre de procesor care formează memoria procesorului pentru stocarea temporară a datelor. În plus, procesorul conține un registru de instrucțiuni, care stochează instrucțiunea de executat și un numărător de programe pentru adresarea instrucțiunilor de program stocate în memoria RAM a computerului. Cipul de procesor include și memorie cache, de exemplu două niveluri L1 și L2.

Comenzile, ca și datele, sunt prezentate ca o secvență de octeți și sunt stocate în RAM. Un set de instrucțiuni pentru procesor formează un set de instrucțiuni pentru procesor. Procesoarele aparținând aceleiași familii au sisteme de instrucțiuni compatibile. Procesoarele care aparțin unor familii diferite diferă în sistemele lor de instrucțiuni și sunt incompatibile.

Executarea comenzilor în procesor se reduce la următorii pași principali:

Procesorul emite o adresă de memorie de la contorul de programe pentru a prelua o comandă din RAM;

· memoria, după ce a primit adresa și semnalul de citit, transmite codul de comandă către registrul de comandă al procesorului prin magistrala de date;

· Procesorul decriptează comanda primită, o execută, generează adresa comenzii următoare și trece la prima etapă.

Acest ciclu este executat periodic și se numește ciclu de preluare și execuție de comandă. Această secvență de comenzi se numește program dezvoltat în conformitate cu algoritmul problemei care se rezolvă. Ordinea liniară de preluare a instrucțiunilor din memorie poate fi întreruptă atunci când instrucțiunile de salt condiționate par să efectueze ramuri sau să organizeze bucle de program.

Caracteristicile procesorului. Principalele caracteristici ale procesoarelor sunt:

· Dimensiunea procesorului- determină numărul de biți de date pe care îi poate încărca și procesa simultan (în paralel). Procesoarele moderne dezvoltate de Intel și AMD sunt pe 64 de biți.

· Frecvența ceasului. Procesorul se bazează pe principiul ceasului, conform căruia fiecare comandă necesită un anumit număr de cicluri de ceas pentru a fi executată. Într-un computer, frecvența impulsurilor de ceas care intră în procesor este setată de generatorul de impulsuri de ceas. Procesoarele moderne pot funcționa la viteze de ceas de aproximativ 4 GHz.

· Memoria cache. Schimbul de date în cadrul procesorului are loc mult mai rapid decât în cazul memoriei RAM.

· Pentru a reduce accesul RAM la procesor, există o zonă de memorie tampon numită memorie cache. Procesorul face mai întâi o cerere de date în memoria cache și, dacă nu există date, se face o cerere către RAM. Primind date din RAM, procesorul le încarcă în cache.

· Memoria cache poate avea mai multe niveluri. Memoria cache a primului și celui de-al doilea nivel (L1, L2) este situată pe același cip cu procesorul însuși și are un volum de la zeci de kilobytes la câțiva megaocteți. Memoria cache de nivel 3 este implementată pe cipuri de memorie de mare viteză precum SRAM (memoria statică cu acces aleatoriu) și este plasată pe placa de bază lângă procesor. Capacitatea acestei memorie este de zeci de MB și funcționează la frecvența plăcii de bază.

· Tensiune de alimentare procesor, pe măsură ce tehnologia microprocesorului se dezvoltă, aceasta scade treptat. În prezent, nucleul procesorului este alimentat de tensiuni de 2,2 V și 1,8 V. Această tensiune face posibilă reducerea consumului de energie al sursei de alimentare și reprezintă o tendință importantă în dezvoltarea tehnologiilor microelectronice. În plus, disiparea căldurii în procesor este redusă, ceea ce crește performanța acestuia și este unul dintre factorii importanți în funcționarea fiabilă a computerului în ansamblu.

· Sursa de alimentare a calculatorului. Proiectat pentru alimentarea componentelor computerului și oferă tensiuni de ieșire de +5V, +12V, -12V, +3,3V, -5V pentru platforma PC.

Procesoare multi-core. Era procesoarelor cu un singur nucleu de la Intel se apropie de sfârșit; acestea sunt înlocuite de procesoare mai moderne cu arhitectură multiprocesor, care conțin 2, 4, 6 sau mai multe procesoare, numite adesea „nuclee”. Toți utilizatorii s-au obișnuit deja cu creșterea performanței procesorului, frecvențele au ajuns la câțiva gigaherți, iar problema răcirii cristalelor cu o posibilă trecere la răcirea cu lichid a devenit urgentă. Sunt de mare interes dezvoltările bazate pe noua arhitectură de ultimă generație de la principalii dezvoltatori de cipuri de procesor de la Intel și AMD. Să aruncăm o scurtă privire asupra unora dintre evoluțiile procesoarelor multi-core de la Intel.

Procesoarele Core 2 Duo folosesc arhitectura Core micro. De această dată, Intel a reușit să câștige cursa de performanță și, mai important, procesoarele Core 2 Duo nu numai că oferă viteză mare, dar au și un raport excelent de performanță pe watt. Toate procesoarele cu arhitectură Core 2 Duo funcționează la o viteză de ceas FSB (Front Side Bus) de 266 MHz, în timp ce majoritatea modelelor Pentium 4 utilizează o magistrală de 200 MHz. Deoarece se transmite de patru ori cantitatea de informații (QDR) pe ciclu de ceas, se obține o frecvență FSB echivalentă de 1066 MHz, cu un debit de 8,5 GB/s. Cu excepția procesoarelor entry-level, toate modelele sunt echipate cu 4 MB de cache L2, care este utilizat de ambele nuclee de procesor. Toate procesoarele acceptă extensii Intel pe 64 de biți (EM64T), multimedia și instrucțiuni, tehnologie de virtualizare. Pe lângă aceste caracteristici, toate modelele acceptă cele mai recente tehnologii de management al energiei. Principalele caracteristici ale unor procesoare Pentium D dual-core sunt prezentate în tabel:

În 2006, Intel a început tranziția la procesoare quad-core, care oferă noi capabilități pentru cercetarea științifică, afaceri și divertisment. Principalele caracteristici ale procesoarelor Intel Xeon quad-core sunt prezentate în tabel:

Intel produce procesoare Dunnington care combină șase nuclee într-un singur pachet. Aceste procesoare au 16 MB de cache de nivel al treilea, precum și 9 MB de cache de nivel al doilea (3 MB pentru fiecare pereche de nuclee).

2.3.4. Interfețe de magistrală și porturi pentru placa de sistem

Porturi pentru computer. Porturile se referă la conectorii de pe peretele din spate al computerului, proiectați pentru a conecta dispozitive externe, cum ar fi o imprimantă, scaner, unități externe, unități flash, modemuri externe, șoareci și alte dispozitive periferice.

ISA. Interfața ISA (Industry Standard Architecture) a fost un standard industrial de mulți ani și este încă folosită în computerele industriale pentru a conecta periferice relativ lente.

PCI. Interfața PCI (Peripheral Component Interconnect - un standard pentru conectarea componentelor externe) a apărut în computerele personale bazate pe procesoare Pentium. Acest standard a început să accepte modul „plug-and-play”, care asigură recunoașterea automată a dispozitivelor conectate „din mers”.

FSB. PCI este utilizat în prezent doar ca magistrală pentru interfața cu dispozitivele periferice, iar pentru interfața procesorului cu RAM se folosește o magistrală numită FSB (Front Side Bus).

PCMCIA(Personal Computer Memory Card International Association - standard al asociației internaționale a producătorilor de carduri de memorie pentru computere personale). Acest standard este utilizat pentru a conecta carduri de memorie „plate” în calculatoarele personale portabile;

PCI Express. PCI Express sau PCI-E este o magistrală de computer care utilizează modelul software de magistrală PCI. Spre deosebire de magistrala PCI, care este folosită pentru a transfera date printr-o magistrală comună, PCI-E este o rețea de pachete cu o topologie în stea. Dispozitivele de pe magistrala PCI-E comunică între ele printr-un mediu format din comutatoare, fiecare dispozitiv conectat direct printr-o conexiune punct la punct la comutator. Busul PCI Express acceptă carduri care pot fi schimbate la cald, gestionarea energiei și controlul datelor transferate.

Oficial, prima specificație de bază PCI Express a apărut în 2002 și se concentrează pe utilizarea ca magistrală locală. Deoarece modelul software PCI Express este în mare parte moștenit de la PCI, sistemele și controlerele existente pot fi modificate pentru a utiliza magistrala PCI Express prin înlocuirea doar a nivelului hardware fără modificarea software-ului. Performanța de vârf a magistralei PCI Express îi permite să fie utilizată în locul magistralelor AGP și PCI.

Hiper-Transport. Autobuzul HyperTransport (HT) este o magistrală serială/paralelă bidirecțională pentru computer, cu lățime de bandă mare și cu latență scăzută, care funcționează la frecvențe de până la 2,6 GHz. HyperTransport acceptă detectarea automată a lățimii magistralei, de la linii de 2 biți la linii de 32 de biți. O magistrală de dimensiune completă, de mare viteză, pe 32 de biți, în modul bidirecțional, este capabilă să ofere un debit de până la 41600 MB/s. Bus-ul poate fi utilizat atât cu dispozitive cu cerințe mari de lățime de bandă (RAM și CPU), cât și cu dispozitive cu cerințe reduse (periferice).

USB (Universal Serial Bus) - magistrală serială universală concepută pentru conectarea dispozitivelor periferice. Busul USB este o interfață serială de date pentru dispozitive periferice de viteză medie și joasă. Pentru dispozitivele de mare viteză este mai bine să utilizați FireWire. Cablul USB este format din două perechi răsucite: o pereche transmite date în fiecare direcție, iar cealaltă pereche este folosită pentru alimentarea dispozitivului periferic (+5 V).

Primele computere cu porturi USB (USB 1.1) au apărut în 1996, viteza de transfer a fost de 12 Mbit/s cu o lungime a cablului de 3-5 metri.

USB 2.0 diferă de USB 1.1 prin viteză mai mare și modificări minore în protocolul de transfer de date pentru modul Hi-speed (până la 480Mbit/s).

USB OTG(On-The-Go) este o dezvoltare ulterioară a specificației USB 2.0, concepută pentru a conecta cu ușurință dispozitive periferice USB fără a fi nevoie să se conecteze la un computer. De exemplu, o cameră digitală poate fi conectată direct la o imprimantă foto dacă ambele acceptă standardul USB OTG. Acest standard a apărut din cauza nevoii crescute recente de a conecta în mod fiabil diverse dispozitive USB fără a utiliza un computer.

USB 3.0. Este în curs de dezvoltare și va transmite semnale prin cablu de fibră optică. USB 3.0 va fi compatibil cu USB 2.0 și USB 1.1, cu un debit teoretic de 4,8 Gbps.

USB wireless. Această tehnologie a devenit disponibilă în 2005 și permite comunicarea fără fir cu rate mari de transfer de informații (până la 480 Mbit/s la o distanță de 3 metri și până la 110 Mbit/s la o distanță de 10 metri).

Wifi. Tehnologiile wireless au câștigat popularitate pe scară largă în ultimii ani. Wifi(Fidelitate fără fir). Aceasta este o familie de tehnologii de transmisie de date fără fir, performanța maximă a canalului este mai mare de 50 Mbaud, iar raza de acțiune este de aproximativ 100 de metri, ceea ce este suficient pentru a crea rețele locale fără fir. Punctele de acces Wi-Fi sunt create în locuri publice: hoteluri, cafenele, gări etc. Fiind în zona de acoperire Wifi, puteți accesa internetul folosind un laptop sau un panou de control. Dispozitivele mobile (PDA-uri, laptop-uri) echipate cu transceiver Wi-Fi client se pot conecta la o rețea locală și accesa Internetul.

Wi-Max. Aceasta este o altă tehnologie wireless în dezvoltare rapidă, dar practic nu este încă răspândită în Rusia. Capacitatea canalului este de aproximativ 75 Mbaud, iar raza de acțiune este deja măsurată în zeci de kilometri. Aceasta este o alternativă bună la o linie dedicată pentru Internet.

GPRS (Serviciul radio general de pachete) – Acesta este un standard pentru transmisia de date în rețelele celulare. O conexiune prin intermediul unui telefon mobil poate înlocui în mod fundamental o linie telefonică convențională. Dar un modem vocal tipic pentru telefonul mobil oferă viteze de transfer de date de 9,6 Kbaud, ceea ce nu este suficient de rapid pentru navigarea pe Internet. Prin urmare, a fost creată o tehnologie specială pentru transferul de date sub formă de pachete, GPRS, pentru comunicațiile mobile, permițând schimbul la o viteză de aproximativ 200 Kbaud. Această valoare este încă teoretică în practică, majoritatea operatorilor de telefonie mobilă oferă un canal cu o viteză de 56Kbaud.

Tehnologia BlueTooth ("bluetooth") Literal tradus ca „dinte albastru” și acest nume este asociat istoric cu regele danez Harald „Dinții albaștri” din secolul al X-lea, care a colectat ținuturile scandinave, iar această tehnologie este tocmai menită să unească electronicele mobile. Această tehnologie este considerată potrivită pentru transmisia wireless de date pentru dispozitive mobile în diverse scopuri: telefoane mobile, laptopuri, imprimante, camere digitale etc. Nevoia de consum redus de energie a dus și la o rază scurtă de acțiune de până la sute de metri. Se dezvoltă o variantă care poate transmite date către porturile infraroșu pe o distanță de până la 30-40 de kilometri. În mod implicit, dispozitivele cu această tehnologie se conectează între ele automat de îndată ce se află în zona de detectare.

IEEE 1394 (FireWire)– o magistrală serială de mare viteză folosită pentru a transfera date între un computer personal și diverse dispozitive periferice: imprimante, scanere, hard disk-uri, camere video digitale. Vă permite să conectați dispozitive externe și concurează cu USB.

2.3.5. Sistem I/O de bază

BIOS(sistem de intrare/ieșire de bază) - reprezintă un set de programe de bază încorporate în computer pentru încărcarea sistemului de operare, verificarea dispozitivelor computerului în timpul pornirii și, de asemenea, pentru sprijinirea schimbului de date între dispozitive. Dacă apar erori hardware în timpul încărcării, pe ecran este afișat un mesaj de eroare.

Programele de bază ale sistemului I/O rămân în general inaccesibile utilizatorilor. În zilele noastre, plăcile de bază includ Flash BIOS și programul poate fi reîncărcat în cip.

După diagnosticarea computerului, BIOS-ul afișează principalii parametri hardware pe monitor și apoi se încarcă sistemul de operare. Utilizatorul poate apăsa mai întâi Del și apela BIOS - Setup, care vă permite să schimbați diferite setări în RAM CMOS.

2.3.6. Memorie nevolatilă

Placa de bază conține un cip de „memorie nevolatilă” fabricat folosind tehnologia CMOS. Spre deosebire de RAM, conținutul CMOS nu este șters atunci când computerul este oprit. Puteți scrie date în el, precum și le puteți modifica în funcție de dispozitivele incluse în computer. Acest circuit folosește o baterie autonomă, care se află pe placa de sistem, pentru alimentare. CMOS stochează informații despre discuri, procesor și alte dispozitive de pe placa de bază.

2.4. Sistem de memorie de calculator

Sistemul de memorie al computerului este utilizat pentru a stoca informații în computerele personale și include următoarele dispozitive:

· Registrele CPU, care reprezintă cea mai rapidă memorie de capacitate limitată (8-16 registre) și sunt numite memoria cu acces ultra-aleatoriu a computerului;

· memorie cache;

· module RAM;

· hard disk-uri;

· discuri optice (discuri CD si DVD);

· memorie externă (unități externe, memorie flash).

Mai jos vom discuta mai detaliat organizarea, funcționarea și principalele caracteristici ale dispozitivelor de memorie.

2.4.1. Memoria cache

Cache - memoria (cache - literalmente „stash”) este memoria computerului cu acces rapid, în care o parte din datele de memorie cu acces mai lent, care este RAM, sunt duplicate și stocate. Memoria cache vă permite să accesați datele de care aveți nevoie frecvent mai rapid decât folosind doar RAM. Procesul de organizare a accesului prin memoria cache se numește caching.

Memoria cache din computerele personale este de obicei împărțită în mai multe niveluri: L1, L2, L3, iar memoria de nivel inferior este întotdeauna mai mică ca dimensiune și are o viteză de acces mai mare. Cea mai rapidă memorie este cache-ul de prim nivel (L1-cache) și se află pe același cip. Memoria L1 funcționează la frecvența procesorului, iar volumul acestei memorie este de obicei mic - aproximativ 128 KB. L2 - cache de nivel al doilea, care se află de obicei și pe cip sau lângă procesor, capacitatea L2 ajunge la 4 MB. Cache-ul L3 este cel mai puțin rapid și este de obicei situat în afara procesorului, poate avea o capacitate semnificativă și este mai rapid decât RAM.

2.4.2. RAM

RAM este proiectat pentru stocarea temporară a datelor și a comenzilor atunci când computerul este oprit, toate informațiile din memorie sunt șterse. Prin urmare, atunci când lucrați cu documente, trebuie să salvați periodic datele pe disc, deoarece în cazul în care are loc o repornire accidentală, înghețare a sistemului sau supratensiune, RAM va fi șters și toate datele se vor pierde. Din RAM, instrucțiunile și datele sunt transferate către procesor direct sau prin memoria cache. În computere, RAM este memorie dinamică cu acces aleatoriu (DRAM).

Conceptul de DRAM „dinamică” se referă la toate tipurile de RAM, de la cea mai veche memorie dinamică asincronă până la modulele moderne de memorie DDR2, DDR3. Acest termen este introdus în contrast cu conceptul de memorie „statică” (SRAM) și înseamnă că conținutul fiecărei celule de memorie trebuie actualizat periodic datorită particularităților designului său, dictate de considerente economice. În același timp, memoria statică, caracterizată printr-un design de celule mai complex și mai costisitor și utilizată ca memorie cache în procesoare, este lipsită de cicluri de regenerare, deoarece se bazează nu pe o capacitate (element dinamic), ci pe un declanșator (static). elementul RAM este RAM (Random Access Memory), ceea ce înseamnă că la accesarea datelor, ordinea în care acestea se află în memorie poate fi arbitrară. RAM este format din celule cu o anumită capacitate.

Sub capacitate sau volum Modulele de memorie înțeleg cantitatea maximă de informații pe care un anumit modul o poate stoca. Capacitatea memoriei este de obicei măsurată în octeți și având în vedere capacitatea modulelor de memorie moderne - în megaocteți sau gigaocteți (de exemplu, 512 MB, 1 GB). Direcția cu cea mai mare prioritate în dezvoltarea tehnologiei RAM este în prezent DDR SDRAM (Double Data Rate Synchronous Dynamic Random Access Memory - dubla rata de transfer de date a memoriei sincrone cu acces aleator). Această memorie oferă:

· creșterea în continuare a producției sale și reducerea întârzierilor;

· reducerea consumului de energie;

· creșterea capacității cipurilor individuale și a modulelor de memorie în ansamblu.

Implementarea acestei direcții este foarte importantă, deoarece există o dezvoltare constantă a tehnologiei de fabricare a modulelor de memorie.

2.4.3. Unități de hard disk

Unitățile de hard disk (HDD - Hard Disk Driver) sunt dispozitive de stocare nevolatile, reinscriptibile, pentru stocarea pe termen lung a unor cantități mari de informații. Hard disk-urile stochează informații pe o placă rotativă de metal sau sticlă acoperită cu material magnetic. Primele hard disk-uri (HDD) foloseau un singur platou, dar unitățile moderne au mai multe platouri pe o singură axă sau ax.

Informațiile sunt înregistrate pe ambele părți ale discului. Pe măsură ce discul se rotește, capul magnetic citește sau scrie date binare pe mediul magnetic. Capetele de înregistrare magnetice - informațiile de citire în modul de funcționare nu ating suprafața plăcilor, iar distanța dintre ele nu este mai mare de câțiva nanometri, ceea ce asigură o durată lungă de viață a dispozitivului. O unitate de disc magnetic dur este formată din următoarele componente principale: o carcasă din aliaj durabil, discuri magnetice dure (plăci) cu un strat magnetic, capete magnetice, o unitate electrică cu ax și un controler care controlează funcționarea hard disk-ului și este un microcircuit. Controlerul de disc determină metoda utilizată pentru a scrie date pe disc. Hard disk-ul este instalat în locașuri speciale de montare în interiorul unității de sistem și conectat la placa de bază cu un cablu de contact plat. Figura 2.4 prezintă un hard disk.

Datele de pe discuri magnetice sunt stocate în zone circulare concentrice numite piste, dintre care pot fi mai mult de o mie pe un hard disk de 3,5 inci. Piesele sunt mai degrabă o structură logică decât o structură fizică și sunt create în timpul formatării la nivel scăzut a unui hard disk. Numerotarea pieselor începe de la 0, care este cel mai aproape de marginea exterioară a discului. Cea mai mare pistă numerotată este cea mai apropiată de ax. Figura 2.5 prezintă pista zero, pista din mijlocul hard diskului (N) și numărul piesei 1023.

Capetele de citire-scriere sunt convertoare miniaturale care sunt poziționate deasupra pistei de disc folosind un motor pas cu pas. Există câte un cap pe fiecare parte a platoului de discuri. De obicei, toate capetele sunt montate pe un singur mecanism de mișcare a capului și toate se mișcă sincron. Toate capetele sunt întotdeauna situate pe aceeași pistă logică de fiecare parte a fiecărui platou. Capetele se deplasează pe suprafața discului în trepte mici numite pași, fiecare pas corespunzând unei piese.

Orez. 2.4. Unitate de hard disk

Orez. 2.5. Dispunerea piesei discului

Unele unități au un cap pe pistă și, prin urmare, controlerele nu pierd timpul mutând capetele pe pista dorită pentru a citi informațiile. Aceste unități sunt semnificativ mai scumpe și, de regulă, sunt instalate numai pe supercomputere.

În prezent, au fost dezvoltate hard disk-uri care nu au platouri sau capete, în locul cărora se folosește memoria nevolatilă (NVRAM). Microcodul controlerului organizează memoria simulând cilindri logici, capete, piste și sectoare, oferind o interfață cu sistemul de operare. Timpul de acces la astfel de discuri se măsoară în nanosecunde (pentru comparație, atunci când se folosesc tehnologii tradiționale se măsoară în milisecunde).

Sectoare și clustere. Fiecare piesă este împărțită în fragmente numite sectoare, iar toate piesele de pe disc au același număr de sectoare. Un sector este cea mai mică unitate fizică de stocare de pe un disc. Dimensiunea sectorului este aproape întotdeauna de 512 octeți. Fiecare piesă are același număr de sectoare, astfel încât piesele mai aproape de centrul discului au sectoare mult mai dens.

Pentru a pregăti un disc pentru lucru, trebuie să creați partiții și unități logice pe acesta, precum și să formatați discul, adică să-l partiționați. Acest lucru distruge toate informațiile de pe hard disk. O partiție de disc se referă la o parte a unui disc fizic care se comportă ca un dispozitiv separat și pentru a stoca date pe partiția creată, trebuie mai întâi să o formatați și să atribuiți un nume discului. Discul poate fi împărțit în mai multe partiții, de exemplu, într-una principală și suplimentară, iar în cadrul partițiilor puteți, la rândul său, să creați unități logice, fiecare dintre ele va avea propriul nume. Unitățile logice sunt similare cu partițiile primare, cu excepția faptului că o singură unitate poate avea maximum patru partiții primare, în timp ce unitățile logice sunt nelimitate ca număr și pot fi formatate și denumite.

Partiționarea discului în piste și sectoare este realizată de producătorul discului. Un sector de 512 de octeți reprezintă capacitatea minimă a discului fizic. Când un disc este partiționat logic, sunt create fragmente mai mari pe el, constând dintr-unul până la mai multe sectoare și numite clustere. Numărul de sectoare dintr-un cluster depinde de sistemul de fișiere utilizat și de capacitatea discului. Mai jos este un tabel cu dimensiunile clusterelor pentru sistemul de fișiere NTFS (sistemele de fișiere sunt discutate în Capitolul 3). Acest sistem formatează de obicei hard disk-ul atunci când instalează un sistem de operare, cum ar fi atunci când se instalează sistemul de operare Windows.

Principalele caracteristici ale HDD-ului sunt următoarele:

· interfata - Există un număr mare de modele diferite de hard disk de la multe companii pentru a asigura compatibilitatea unităților, au fost dezvoltate standarde pentru interfețele lor, care determină gama de conductori de conectare, plasarea acestora în conectorii adaptor, parametrii electrici ai semnalelor etc; . Interfețele comune sunt IDE (Integrated Drive Electronics) sau ATA (Advanced Technology Attachment), Serial ATA, SCSI (Small Computer System Interface), EIDE (Enhanced IDE). Caracteristicile interfețelor prin care hard disk-urile sunt conectate la placa de bază determină în mare măsură performanța hard disk-urilor moderne;

· capacitatea discului - cantitatea maximă de date stocată de unitate; capacitatea discurilor moderne ajunge la 1000 GB (1TB). De obicei, volumul optim este determinat de costul minim al unui gigaoctet de date. Pentru a o determina, trebuie să împărțiți capacitatea HDD-ului la preț. În fig. 2.6. este prezentată dependența costului de stocare a unui gigabyte pentru cele mai comune HDD-uri de până la 500 GB;

Orez. 2.6. Costul stocării unui gigabyte de informații pe disc

Baza a fost costul modelelor cu o interfață SATA și un buffer de 8 MB sau mai mult. Prețurile pentru HDD-uri de la diferiți producători au fost însumate, a fost determinată valoarea medie, care a fost împărțită la capacitatea discului. Modelele cu o capacitate de 250 GB s-au dovedit a fi cele mai profitabile din punct de vedere al costului pe gigabyte. Sunt urmați îndeaproape de HDD-urile cu o capacitate de 200 GB și 300 GB, la care utilizatorii ar trebui să acorde atenție;

· dimensiune fizică(factor de formă) - cele mai moderne unități din computerele personale și serverele au dimensiuni de 3,5 sau 2,5 inci, utilizate în principal la laptopuri. Alte formate populare sunt discuri de 1,8 inchi, 1,3 inchi și 0,85 inci;

· timp de acces aleatoriu(timp de acces aleatoriu) – timpul mediu de acces variază de la 3 la 15 ms, de regulă, discurile de server au timpul minim;

· viteza axului(viteza axului) – discurile au viteze standard diferite de rotație: 4200, 5400 și 7200 (laptop-uri), 7200 și 10.000 (PC), 10.000 și 15.000 rpm. (servere și stații de lucru performante);

· consumul de energie- un indicator important pentru dispozitivele mobile;

· nivelul de zgomot- determinat de zgomotul generat de functionarea pieselor mecanice ale actionarii. Acest parametru este determinat în decibeli. Unitățile silențioase sunt unități cu un nivel de zgomot mai mic de 25 dB;

· baud rate(Rata de transfer) – viteza medie este în intervalul (45-500) MB/s.

2.4.4. Unități optice

Discuri optice înseamnă medii de stocare realizate sub formă de discuri, înregistrarea pe care se realizează cu ajutorul radiațiilor optice. Discul este realizat din policarbonat cu grosimea de 1,2 mm, pe care se aplica un strat special care serveste la stocarea informatiilor. La citirea datelor, fasciculul laser este reflectat către capul laser de citire în mod diferit pentru „0” și „1”, prin care este transmisă informația. Diametrul discurilor poate fi de 12 cm sau 8 cm (210 MB).

CD-urile au fost create pentru prima dată pentru stocarea audio în 1979 de Philips și Sony, dar acum sunt utilizate pe scară largă ca dispozitive de stocare de uz general. CD-ROM (Compact Disc Read Only Memory) înseamnă un compact disc doar pentru citire. Pentru ștanțare, există o matrice specială (discul principal) a viitorului disc, care extrude urme pe suprafață și după ștanțare, pe suprafața discului se aplică o peliculă protectoare de lac transparent. Unitatea CD-ROM conține:

· un motor electric care rotește discul;

· un sistem optic format dintr-un emițător laser, lentile optice și senzori și conceput pentru a citi informații de pe suprafața discului;

· un microprocesor care controlează mecanica unității, sistemul optic și decodifică informațiile citite în cod binar.

CD-ul este rotit de un motor electric. Un fascicul de la un emițător laser este focalizat pe suprafața discului folosind o unitate de sistem optic. Fasciculul este reflectat de pe suprafața discului și alimentat printr-o prismă la senzor. Fluxul luminos este transformat într-un semnal electric, care intră în microprocesor, unde este analizat și convertit în cod binar.

discuri DVD. Discul DVD a fost anunțat oficial în 1995 și la început această abreviere însemna Digital Video Disk (disc video digital), iar apoi această abreviere a început să corespundă denumirii Digital Versatile Disk (Versatile - universal). DVD-ul are o densitate de înregistrare mai mare datorită utilizării unui laser cu o lungime de undă mai mică. În plus, DVD-urile pot fi cu două straturi, ceea ce permite ca datele să fie înregistrate pe o parte a discului în două straturi. Datele pot fi scrise și pe două părți ale discului, ceea ce dublează capacitatea.

HD DVD (DVD de înaltă definiție) este HD DVD , folosind discuri de aceeași dimensiune standard (12 cm) și un laser albastru cu o lungime de undă de 405 nanometri. HD DVD cu un singur strat are o capacitate de 15 GB, cu două straturi - 30 GB. Toshiba a anunțat și o unitate cu trei straturi care va stoca 45 GB de date. Aceasta este mai mică decât capacitatea principalului său competitor Blu-ray, care acceptă 25 GB pe strat și 100 GB pe patru straturi. Ambele formate sunt compatibile cu DVD-ul și folosesc aceleași tehnici de compresie video.

BD DVD (disc Blu-Ray)- Acesta este standardul de disc DVD - Disc Blu-Ray (Blue Ray) al următoarei generații. Înregistrarea și citirea datelor se realizează cu un laser albastru-violet cu o lungime de undă de 0,4 microni. Acest lucru face posibilă plasarea a 27 GB de informații pe o parte a discului, iar pentru un disc cu două straturi - aproximativ 50 GB de informații. Blu-ray Disc, abreviat ca BD, este următoarea generație de discuri optice de înaltă densitate.

2.5. Periferice

Dispozitivele periferice sau externe sunt dispozitive situate în afara unității de sistem și utilizate pentru a face schimb de informații cu computerul. Acestea includ dispozitive de ieșire (monitoare, imprimante, plotere etc.) și dispozitive de introducere a datelor (tastaturi, scanere etc.).

2.5.1. Monitorizați

Acesta este un dispozitiv de ieșire standard conceput pentru afișarea vizuală a textului și a informațiilor grafice. În funcție de principiul de funcționare, monitoarele sunt împărțite în:

· monitoare bazate pe un tub catodic (CRT sau CRT-Cathod Ray Tube);

· Monitoare LCD.

Un monitor cu tub catodic este un dispozitiv de vid de electroni sub forma unui balon de sticlă, în gâtul căruia se află un tub de electroni cu un ecran cu un strat de fosfor. Când este încălzit, tunul de electroni emite un flux de electroni care se deplasează cu viteză mare spre ecran. Imaginea de pe monitor se formează folosind un fascicul de electroni, trecând foarte rapid secvenţial de-a lungul liniilor de la stânga la dreapta, de sus în jos. Dacă fasciculul ar trece foarte încet întreaga zonă a ecranului, atunci am vedea un punct care trece în mod constant peste întreaga zonă a ecranului. Dar, deoarece fasciculul trece prin întregul ecran cu o viteză foarte mare, vedem imaginea cu o ușoară pâlpâire. Cu cât fasciculul trece mai repede pe ecran, cu atât pâlpâirea imaginii este mai puțin vizibilă. Se crede că pâlpâirea imaginii va fi inobservabilă dacă fasciculul trece complet de ecran de 75 de ori pe secundă (adică cu o frecvență de 75 Hz). Desigur, cu cât acest parametru este mai mare, cu atât este mai bine pentru ochii utilizatorului, iar valoarea recomandată este de 85 Hz și mai mare.

Atunci când alegeți un monitor, ar trebui să luați în considerare și rezoluția ecranului (rezoluția). De regulă, producătorul indică în pașaportul monitorului rezoluția maximă (de exemplu, max. - 2048x1536, 60 Hz) și optimă (de exemplu, optimă - 1280x1024, 85 Hz).

Următorul criteriu de selecție este dimensiunea diagonală a ecranului în inci. Principalele dimensiuni standard ale ecranului sunt 15"; 17", 19"; 20"; 21", 22", 24".

Dacă aveți de gând să lucrați doar cu informații text și grafică simplă, un monitor de 17 inchi, 1024x768, 85Hz, este destul de potrivit pentru dvs. Pentru jocuri, ar trebui să luați un monitor cu cea mai mare rezoluție și frecvență a ecranului, iar pentru lucrul profesional cu video și grafică, este recomandat un monitor cu diagonala ecranului de cel puțin 19 inchi. Avantajele monitoarelor bazate pe CRT sunt:

· vedere excelentă a ecranului din orice unghi;

· redare destul de precisă a culorilor;

· Ideal pentru afișarea videoclipurilor și animațiilor.

Dezavantajele monitoarelor de acest tip includ:

· ocupă mult spațiu pe desktop;

· radiația electromagnetică este întotdeauna prezentă;

· Pâlpâirea este dăunătoare pentru ochi, te simți obosit după câteva ore de muncă.

Acest tip de monitor este potrivit dacă sunteți angajat în muncă profesională cu grafică și video, în alte cazuri, se recomandă să acordați atenție monitoarelor LCD.

Afișaje cu cristale lichide (LCD sau afișaj cu cristale lichide)) – monitoare plate pasive , Acest tip de monitor a fost dezvoltat în 1963. Puritatea și tipul polimerului cu proprietăți de cristale lichide utilizate în monitor sunt de mare importanță. Monitoarele de acest tip se bazează pe o substanță care se află în stare lichidă (cristale lichide), datorită căreia se formează imaginea. Ecranul monitorului LCD este o matrice de pixeli cu cristale lichide (matrice) care sunt utilizate pentru a afișa informații. Monitoarele LCD nu au pâlpâire, nu au defecte de convergență, nu au interferențe din câmpurile magnetice, focalizare perfectă, geometrie a imaginii și rezoluție fixă. Consumul de energie al monitoarelor LCD este de câteva ori mai mic decât al ecranelor CRT și cu plasmă de dimensiuni comparabile. Atunci când alegeți un monitor LCD, ar trebui să acordați atenție următoarelor caracteristici principale:

· luminozitate - e Unitatea de măsurare a luminozității este „candela” (candela latină - lumânare) pe metru pătrat (cd/m2). Unele documente folosesc o unitate de măsură a luminozității - nit, care este egală cu 1 cd/m2, luminozitatea standard este de 300 cd/m2;

· contrast - determinat de raportul dintre punctul cel mai luminos și cel mai întunecat al ecranului. Această valoare este adimensională și este desemnată, de exemplu, după cum urmează: 1600:1;

· unghi de vizualizare- poate fi atat orizontala cat si verticala. Unghiul de vizualizare orizontal vă permite să vedeți imaginea pe monitor (dacă unghiul de vizualizare vă permite), dacă stați nu vizavi de monitor, ci ușor în lateral (la dreapta sau la stânga - acestea sunt punctele laterale cele mai exterioare și formează acest unghi - unghiul orizontal standard este de 160 de grade) . Unghiul de vizualizare vertical este unghiul dintre punctul superior din fața monitorului și partea de jos (unghiul standard este de 60 de grade, dar cu cât mai mare, cu atât mai bine). Spre deosebire de monitoarele CRT, în care imaginea este vizibilă din orice unghi de vizualizare, conținutul cristalin nu permite monitoarelor LCD să se laude cu acest lucru. Cel mai mare unghi de vizualizare pentru un LCD astăzi este de 178 de grade atât pe orizontală, cât și pe verticală;

· rezolutie maxima - De acest indicator depinde densitatea sau, ca să spunem așa, cel mai mare detaliu al imaginii. Rezoluția standard este 1280:1024, dar cu cât rezoluția este mai mare, cu atât imaginea este mai bună, de exemplu, calitatea bună corespunde unei rezoluții de 1920x1200;

· frecvența și timpul de răspuns - timpul de răspuns caracterizează timpul total necesar unui pixel cu matrice LCD pentru a trece de la starea neagră la starea de lumină și înapoi;

· consum de energie - Un indicator important la alegerea unui monitor, consumul de energie este de aproximativ 30 W, iar în modul economic monitorul consumă 1-2 W.

Monitoarele LCD nu au doar caracteristicile de mai sus, unele modele au capacitatea de a roti ecranul în diferite unghiuri, atât pe orizontală, cât și pe verticală, și în alte planuri. Atunci când alegeți un monitor LCD, ar trebui să cereți să vedeți un test al suprafeței monitorului pentru „pixeli morți” - puncte de pe ecran care, atunci când un fascicul de lumină trece prin ei, și-au pierdut capacitatea de a schimba culoarea. Cert este că prezența a până la 5 „pixeli morți” nu este o situație de garanție, ceea ce înseamnă că nimeni nu va înlocui un astfel de monitor pentru tine. De asemenea, ar trebui să fiți atenți la „pătuirea” textului atunci când derulați o pagină cu informații text. Dacă textul lasă în urmă o „urmă” pentru un anumit moment la derulare, nu merită să cumpărați un astfel de monitor. Avantajele monitoarelor LCD sunt:

· consum redus de energie;

· capacitatea de a roti ecranul;

· ocupa destul de putin spatiu;

· suficient de sigur pentru vedere;

· ideal pentru lucrul cu informații text și grafică simplă, precum și pentru jocuri.

Piața monitoarelor LCD se îndreaptă din ce în ce mai mult către formatul larg. Lansarea Windows Vista accelerează și mai mult acest proces. Interfața Vista este „ajustată” pentru formatul de ecran 16:10, iar majoritatea produselor noi vor fi acum lansate cu acest raport de aspect. Parametrii continuă să se îmbunătățească: noile produse au crescut contrastul la 3000:1. Iubitorii de jocuri, ca de obicei, nu sunt lipsiți de atenție: un timp de răspuns de 5 ms nu mai surprinde pe nimeni în familia de modele de la principalii producători există monitoare de două milisecunde concepute special pentru „gamers”. Pentru lucrul profesional cu grafica, există monitoare, de exemplu NEC LCD2690WUXi cu ecran cu diagonala de 26 de inchi.

2.5.2. Placa video

O placă video, cunoscută și ca placă grafică, placă video sau adaptor video, face parte din sistemul video al computerului și convertește imaginile stocate în memoria computerului într-un semnal video de monitor. O placă video este o placă de expansiune care este încorporată într-un slot special pentru plăcile video de pe placa de bază sau poate fi un microcircuit încorporat în placa de bază. Plăcile video moderne au un microprocesor specializat care realizează cea mai mare parte a procesării imaginii, scutind aceste sarcini de la procesorul central al computerului.

Placa video standard include:

· GPU(Graphic Processor Unit) - este baza plăcii grafice și determină în mare măsură performanța acesteia. Prin urmare, este utilizat conceptul de „accelerator grafic”, care asigură că anumite funcții grafice sunt îndeplinite de hardware. Procesorul grafic procesează imaginea de ieșire și procesează comenzile grafice 3D. GPU-urile sunt dispozitive destul de complexe care corespund procesorului central. Arhitectura unui GPU modern include de obicei unități de procesare grafică 2D și 3D;

· memorie video- actioneaza ca o memorie tampon in care imaginea este stocata, generata si procesata de procesorul grafic si afisata pe ecranul monitorului. Scopul principal al memoriei video este stocarea temporară a informațiilor afișate pe ecranul monitorului. Fiecare imagine are un anumit volum, care se măsoară în octeți, astfel încât o cantitate mai mare de memorie video oferă o rezoluție mai bună, precum și adâncimea culorii imaginii. Porțiunea de memorie video folosită pentru a stoca imaginea de ieșire se numește frame buffer. De exemplu, dacă rezoluția este de 1024x768 pixeli, atunci vor fi 786.432 pixeli pe ecran și atunci când utilizați culoarea pe 32 de biți, codificarea unui pixel va necesita: (1024x768x32)/8 = 3145728 octeți, adică mai mult de 3 MB de este nevoie de memorie. Astfel, capacitatea memoriei tampon a cadrelor video în octeți poate fi determinată în general după cum urmează: M=(r*c*b)/8, unde:

M– capacitatea de memorie tampon a plăcii video;

r- numărul de puncte (pixeli) pe orizontală pe ecran;

Cu- numărul de puncte (pixeli) pe verticală pe ecran;

b– numărul de biți pentru codificarea culorilor;

8 – numărul de biți într-un octet.

· convertor digital-analogic(DAC) este folosit pentru a genera imagini generate de un controler video special. Formează o imagine în memoria video și produce semnale de scanare a monitorului.

Principalele caracteristici ale adaptorului video sunt următoarele:

· lățimea magistralei de date, adică numărul de biți de informație transmis pe ciclu de ceas și determinat de performanța adaptorului video;

· performanța memoriei video, determină cât de repede procesorul video va primi datele pentru procesare. Majoritatea plăcilor video moderne au astăzi procesoare video rapide;

· capacitate memorie video pe placă;

· frecvența de funcționare a plăcii video, care determină viteza de procesare video și se măsoară în megaherți;

· tipul de interfață folosit, care este acum PCI Express, care este o interfață serială, debitul acesteia poate ajunge la 8 Gb/s. În prezent, există o abandonare aproape completă a magistralei AGP (Accelerated Graphics Port) în favoarea PCI Express.

2.5.3. Placa de sunet

Plăcile de sunet (plăci) sunt folosite pentru înregistrarea și redarea semnalelor sonore: vorbire, muzică, diverse efecte sonore. Plăcile de sunet moderne oferă capabilități excelente de procesare a semnalelor sonore și transformă un computer obișnuit într-un sistem audio decent. O placă de sunet, numită și o placă de sunet, poate fi un cip încorporat pe placa de bază, o placă de expansiune separată sau o placă de sunet externă conectată la computer printr-un port USB.

Orice placă de sunet este, de fapt, un circuit de convertoare digital-analogic și analog-digital (DAC și ADC).

O structură simplificată a căii audio este prezentată în Fig. 2.7. O consolă de mixare este un dispozitiv conceput pentru a rezuma semnalele sonore din mai multe surse într-una sau mai multe și, de asemenea, să folosească consola de mixare pentru a direcționa semnalele sonore.

Odată cu reprezentarea digitală a unui semnal analogic, modificarea amplitudinii acestuia are loc discret și este, parcă, fixă în anumite momente de timp în care sunt efectuate măsurătorile. Valorile măsurate definesc un semnal analog (continuu), reprezentând starea acestuia în momente discrete de timp. Astfel, sunetul după conversia analog-digitală este reprezentat de o secvență de coduri digitale. Evident, cu cât intervalele de timp dintre măsurătorile individuale sunt mai scurte, adică cu cât este mai mare rata de eșantionare (Sampling Rate), cu atât semnalul sonor este descris și apoi reprodus mai precis. Frecvența necesară de măsurare (eșantionare) depinde de domeniul de frecvență al semnalului care este convertit.

De obicei, frecvența utilizată este de 44,1 KHz, ceea ce corespunde standardului Audio CD și oferă reproducerea frecvențelor de până la aproximativ 22,05 KHz. Să ne amintim că o persoană percepe vibrații sonore în intervalul de aproximativ 20 până la 20.000 Hz. Precizia sau rezoluția se referă la cea mai mică modificare a unui semnal analogic care va duce la o modificare a codului digital. Acest lucru este determinat de adâncimea de biți a ADC și DAC la reproducerea sunetului, cu o creștere în care intervalul lor dinamic crește. Plăcile de sunet pot avea 16, 20 și uneori 24 de biți, deși acestea din urmă practic nu duce la o îmbunătățire vizibilă a calității.

Orez. 2.7. Structura căii audio

În principiu, toate procesările necesare pot fi efectuate de procesorul central, dar este mult mai bine dacă procesarea este efectuată de un procesor de sunet specializat situat pe placă, numit DSP (Digital Signal Processor). Calitatea și acuratețea sunetului depind direct de capacitățile și performanța acestuia.

Sfârșitul lucrării -

Acest subiect aparține secțiunii:

Informatica

Universitatea de Stat de Servicii și... Departamentul de Informatică din Sankt Petersburg..

Dacă aveți nevoie de material suplimentar pe această temă, sau nu ați găsit ceea ce căutați, vă recomandăm să utilizați căutarea în baza noastră de date de lucrări:

Ce vom face cu materialul primit:

Dacă acest material ți-a fost util, îl poți salva pe pagina ta de pe rețelele sociale:

Capitolul 2. Bazele organizării și funcționării calculatoarelor

2.1. Clasificarea calculatoarelor

Pe măsură ce structurile și tehnologiile de fabricație ale hardware-ului computerului se îmbunătățesc, apar noi clase de computere, iar distincțiile pentru anumite modele de computere se schimbă treptat. Sunt utilizate o varietate de caracteristici de clasificare ale echipamentelor informatice:

· după generație;

· după arhitectură, structură, număr de procesoare de calculator;

· din punct de vedere al vitezei;

· conform conditiilor de functionare;

· în funcție de scopul computerelor și alte caracteristici.

Ideea clasificării calculatoarelor după generații este determinată de faptul că tehnologia informatică a parcurs mult de-a lungul istoriei sale îndelungate de dezvoltare, atât în ceea ce privește baza de elemente utilizate (lămpi, tranzistori, microcircuite, la scară largă și ultra- circuite integrate la scară largă), iar în sensul dezvoltării organizării structurale, domenii semnificative de extindere de aplicare.