Этапы истории вычислительной техники. Классификация ЭВМ.

Тема 1.2 Этапы истории вычислительной техники. Классификация ЭВМ.

История

·        1642- Блез Паскаль создал механический арифмометр-первую суммирующую машину(Паскалина).

·        1943-Первая вычислительная машина, названная Mark1

·        1946- Джон Преспер Экерт, и Джон Уильям Мочли готовились впервые представить миру электронный вычислитель. Их ENIAC Electronic Numerical Integrator and Computer мог решать за одну секунду 5000 задач на сложение, гораздо больше, чем любое известное тогда устройство. Вес машины составлял 30 тонн, она требовала для размещения 170 квадратных метров площади. ENIAC содержал 18000 электронных ламп вместо тысяч механических деталей.

·        1949-В Кембридже создали первую машину с хранимой программой, которая получила название EDSAC.

·        1949- Изобретение транзисторов позволили заменить в компьютере электрические лампы.

·        1959- Р. Нойс (основатель фирмы Intel) предложил создать на одной пластине транзисторы и соединения между ними- интегральные схемы(чипы). Первый компьютер на интегральных схемах выпустила в 1968 году фирма Burrouqhs. Первый процессор был способен обрабатывать только 4 бита информации.

·       1973- выпущен 8-битовый микропроцессор (Intel 8008)

·        1975- Первое коммерческое распространение компьютера «Альтаир-8800» на основе микропроцессора Intel 8800 с оперативной памятью 256 байт.

·        1981-  фирма IBM выпустила свой первый микрокомпьютер IBM PC с открытой архитектурой, основанной на 16-ти разрядном микропроцессоре 8088 фирмы Intel. Этот компьютер был оборудован монохромным текстовым дисплеем, двумя дисководами для 5-дюймовых дискет на 160Кбайт, оперативной памятью 64Кбайта.

Классификация ЭВМ.

1) По принципу действия вычислительная техника (ВТ) делится на 3 класса:

·        Аналоговые - работают с информацией, представленной в непрерывной форме.

·        Цифровые -  работают с информацией, представленной в дискретной форме.

·        Гибридные - работают с информацией, представленной как в цифровой форме, так и в дискретной

2) По этапам создания делятся на поколения, согласно истории.

I поколение ЭВМ (середина 40-х, начало 50-х годов) – в качестве элементной базы использовались электровакуумные лампы и реле.

II поколение ЭВМ (Середина 50-х, начало 60-х годов), элементная база – дискретные полупроводниковые приборы. Снизились габариты и стоимость ЭВМ. Были созданы первые операционные системы и языки программирования, расширилась область применения.

III поколение ЭВМ (середина 60-х годов), элементная база – микросхемы малой и средней степени интеграции.

IV поколение ЭВМ (70-е годы), элементная база – микросхемы с большой степени интеграции.

В настоящее время ведется разработка ЭВМ V поколения, характерными особенностями которых будут способность к самообучению и наличию речевого ввода и вывода информации.

3) По назначению:

·        Универсальные - предназначенные для решения различных инженерно технических задач.

·        Проблемно ориентированные - служат для решения задач, связанных с управлением, регистрацией, накоплением и обработкой относительно небольших объемов данных.

·        Специализированные - для решения узкого круга задач.

4) По размерам и функциональным возможностям:

Контрольные вопросы:

1. В каком году был выпущен первый микрокомпьютер с открытой архитектурой?

2. По назначению ЭВМ делятся на…?

Раздел 2. Персональные компьютеры. Процессоры. Оперативная память.

Тема 2.1Общее устройство ПК.

ПК - универсальная техническая система. Существует понятие базовой комплектации (конфигурации). В настоящее время в базовой конфигурации рассматриваются 4 устройства - системный блок, монитор, клавиатура, мышь.

Достоинство ПК

1.Малая стоимость, находящаяся в пределах доступности для индивидуального покупателя.

2.Автономность эксплуатации.

3. «Дружественность» ОС, которая позволяет работать без подготовки.

4. Высокая надежность.

Системный блок.

Корпуса системных блоков.

В корпусе системного блока непереносного компьютера располагаются материнская плата со слотами расширения, с приводами накопителей и блок питания. Именно от типа корпуса зависят размеры и размещение используемой системной платы, минимальная мощность блока питания и максимальное количество установленных приводов накопителей.

Монтажные установки места (отсеки) для накопителей могут быть двух видов (с внешним или внутренним доступом).

Доступ к накопителям, смонтированный в установке места последнего типа может осуществляться только при открытой крышке корпуса системного блока. Корпуса различных фирм могут отличаться дизайном и габаритами.

Блоки (источники) питания. Блок питания смонтирован вместе с корпусом системного блока. Мощность блока питания должна полностью и даже с некоторым запасом обеспечивать энергопотребление всех подключенных к нему устройств. Чем больше устройств может быть установлено в системный блок, тем большую мощность должен иметь блок питания. В среднем мощность блоков питания от150 до 330 Вт. На корпусе типового блока, как правило, расположены один или два охлаждающих вентилятора, сетевой выключатель (соединитель для него), переключатель напряжения в сети, общий сетевой разъем для монитора, кабели питания с разъемами для системной платы и накопителей. Для подключения к системной плате обычно используется два 6-контактных разъема, для питания накопителей-4 –контактные разъемы.

Кабели и разъёмы.

С помощью кабелей все устройства присоединяются к системному блоку, а сам системный блок к розетке электропитания. Все провода могут быть заключены в металлическую оболочку, а кабель покрыт пластиковой защитной оболочкой. Любой кабель включает в себя соединители (разъемы), находящиеся на концах кабеля и изолированных друг от друга проводники, тем или иным образом соединяющие эти разъемы.

Системная плата.

Системную плату также называют главной или материнской платой. Это основная монтажная схема, внутри ПК, на которой находится процессор, память, слоты расширения и которая присоединяется к части ПК

Развитие системных плат.

Первоначально ПК имели минимум устройств, интегрированных в системную плату. Через какое- то время в системную плату было интегрировано большее количество устройств, однако многие из них обычно остаются съемными. Для высокоинтегрированных системных плат часто требуется нестандартный корпус, и для замены отдельного дефектного компонента может оказаться необходимой покупка новой системной платы.

Основные изменения в форм-факторах системной платы за эти годы рассмотрим ниже.

Две типичные платы.

·        Baby AT, где используется разъем Socket 7 для подключения процессора 1995г.

·        Проект ATX с разъемом Slot 1 для присоединения процессора Pentium 2, типичный для системных плат на рынке в конце 1998г.

BIOS

BIOS (basic input/output system) - базовая система ввода-вывода - это встроенное в компьютер программное обеспечение, которое ему доступно без обращения к диску. На PC BIOS содержит код, необходимый для управления клавиатурой, видеокартой, дисками, портами и другими устройствами. Обычно BIOS размещается в микросхеме ПЗУ (ROM), размещенной на материнской плате компьютера (поэтому этот чип часто называют ROM BIOS). Эта технология позволяет BIOS всегда быть доступным, несмотря на повреждения, например, дисковой системы. Это также позволяет компьютеру самостоятельно загружаться. Поскольку доступ к RAM (оперативной памяти) осуществляется значительно быстрее, чем к ROM, многие производители компьютеров создают системы таким образом, чтобы при включении компьютера выполнялось копирование BIOS из ROM в оперативную память.

Процессор. Основные характеристики.

Микросхема, реализующая функции центрального процессора называется микропроцессором. Обязательными компонентами являются:

-арифметико-логическое устройство

-блок управления

АЛУ отвечает за выполнение арифметических и логических операций.

Устройство управления координирует работу всех компонентов и выполнение процессов, происходящих в ПК. Физически он представляет собой микросхему, которая расположена в системном блоке и к ней подключены все основные устройства.

Тактовая частота, чем она выше, тем меньше длительность выполнения одной операции и тем выше производительность ПК.

Такт-промежуток времени, в течение которого может быть выполнена элементарная операция.

Довольно долгое время основной характеристикой, указывающей на производительность процессора, была его частота, в настоящее время тактовая частота уже перестала быть мерилом производительности. Другой характеристикой процессора является разрядность. Производительность процессора тем выше, чем больше разрядность. Используется 16-ти,32-ух,64-ех разрядные процессоры. Часто уточняют разрядность процессора и пишут16/20 (16-ти разрядная шина данных; 20-ти разрядная шина адреса). Разрядность адресной шины определяет адресное пространство, т.е. максимальный объем оперативной памяти, который может быть установлен на ПК.

В начале 90-го года фирма Intel предложила шину для взаимодействия периферийных устройств. Шина от англ. «однонаправленный универсальный коммутатор». Шина ПК работает с тактовой частотой 33 МГц при 32-ух битном канале. При изменении стандарта увеличили частоту с 33 до 66 МГц и удвоили разрядность до 64 бит.

Вся совокупность программ, хранящихся на всех устройствах долговременной памяти составляет программное обеспечение ПК.

Типы ПО:

·        Системное- организует процесс обработки данных.

·        Прикладное – решение определенного класса задач пользователя. Существуют пакеты прикладных программ и библиотеки стандартных программ.

·        Системы программирования(инструментальное)- позволяют разрабатывать новые программы на языках программирования.

Контрольные вопросы:

1. Что такое BIOS?

2. Перечислите достоинства ПК.

Тема 2.2 Оперативная память. Интерфейсы ПК. Организация оперативной памяти.

ОП(ОЗУ)- предназначена для приёма, хранения и выдачи информации и представляет собой быстродействующую, запоминающую систему ПК. Оперативная память обозначается как RAM.

ОП имеет существенный недостаток, заключающийся в том, что она временная, т.е. при отключении питания ОП полностью очищается (динамическая память).

Характеристики микросхем памяти

Основными характеристиками микросхем памяти являются:

·  Разрядность шины ввода/вывода микросхемы определяется числом ее линий ввода/вывода

·  Общий объем микросхемы памяти определяется произведение глубины адресного пространства на количество линий ввода/вывода. Глубиной адресного пространства называется количество бит информации, которое может храниться в ячейках памяти.

·  Быстродействие микросхемы динамической памяти определяется суммой времени последовательного выполнения элементарных действий между двумя операциями чтения, либо записи данных (рабочий цикл).

·  Временная диаграмма характеризует число тактов, которое необходимо процессору для выполнения 4 последовательных операций считывания данных.

Постоянная память ПК

В момент включения компьютера в его оперативной памяти отсутствуют любые данные, поскольку оперативная память не может сохранять данные при отключенном компьютере. Но процессору необходимы команды, в том числе и сразу после включения. Поэтому процессор обращается по специальному стартовому адресу, который ему всегда известен, за своей первой командой. Этот адрес указывает на память, которую принято называть постоянной памятью ROM или постоянным запоминающим устройством (ПЗУ). Микросхема ПЗУ способна продолжительное время сохранять информацию, даже при отключенном компьютере. Говорят, что программы, которые находятся в ПЗУ, "зашиты" в ней - они записываются туда на этапе изготовления микросхемы. Комплект программ, находящийся в ПЗУ образовывает базовую систему ввода/вывода BIOS (Basic Input Output System).

Что такое ChipSet? ChipSet-это набор микросхем. Это одна или несколько микросхем, таймеры, система управления и специально разработанных для «обвязки» микропроцессора. Они содержат в себе контроллеры прерываний прямого доступа к памяти, как и шиной- все те компоненты, которые в оригинальной IBM PC были собраны на отдельных микросхемах.

   Разъемы- слоты PCI

Как правило, их четыре (изредка - меньше). Разъемы PCI - обычно самые короткие на плате, белого цвета, разделенные своеобразной "перемычкой" на две неравные части.

Интерфейсы ПК.

Связь устройств автоматизированных систем друг с другом осуществляется с помощью средств сопряжения, которые называются интерфейсами.

В соответствии с функциональным назначением интерфейсы можно поделить на следующие основные классы:

·  Системные интерфейсы ЭВМ

·        Интерфейсы периферийного оборудования (общие и специализированные)

·        Интерфейсы программно-управляемых модульных систем и приборов

·        Интерфейсы сетей передачи данных

 Шина представляет собой набор проводников, соединяющих различные компоненты компьютера для подвода к ним питания и обмена данными. В минимальной комплектации шина имеет три типа линий: управления, адреса, данных.

Обычно системы включают два типа шин: системные и шины ввода/вывода.

Шина ISA-стандартная шина IBM PC XT (8битная) и AT (16 битная).

Шина XT имеет:

·  8-ми битную шину данных

·  20-ти битную шину адреса

·  Три канала прямого доступа к памяти

Шина EISA имеет:

·  32-ух разрядная передача данных

·  автонастройка плат расширения

·  поддержка многих активных устройств

·  Максимальная пропускная способность 33 Мб/с

Локальные шины

Шина VESA была создана специально для лучшего микропроцессора того времени 480DX /2. В зависимости от используемого центрального процессора тактовая частота шины может составлять от 20 до 66 МГц.

Недостатками ее являются

1.           ориентация на процессор

2.           ограничение быстродействия

3.           схематические ограничения

Шина PCI

Возможности:

·  синхронный 32 или 64-ех разрядный обмен данными

·  частота работы шины 33 ли 66 МГц

·  полная поддержка многих устройств

·  8 функций в одной карте

Шина AGP взаимодействует непосредственно с источниками информации:

·  процессором

·  оперативной памятью

·  графической картой AGP

·  PCI

AGP функционирует на скорости процессорной шины (FSB). Была выпущена AGP 2.0, которая поддерживала четырехкратную передачу данных за один такт ЦП.

Адресная шина. Данные, которые передаются по этой шине трактуются как адреса ячеек оперативной памяти. Именно из этой шины процессор считывает адреса команд, которые необходимо выполнить, а также данные, с которыми оперируют команды. В современных процессорах адресная шина 32-разрядная, то есть она состоит из 32 параллельных проводников.

Шина данных. По этой шине происходит копирование данных из оперативной памяти в регистры процессора и наоборот. В ПК на базе процессоров Intel Pentium шина данных 64-разрядная. Это означает, что за один такт на обработку поступает сразу 8 байт данных.

Командная шина. По этой шине из оперативной памяти поступают команды, выполняемые процессором. Команды представлены в виде байтов. Простые команды вкладываются в один байт, но есть и такие команды, для которых нужно два, три и больше байта. Большинство современных процессоров имеют 32-разрядную командную шину, хотя существуют 64-разрядные процессоры с командной шиной.

Защита ПК от компьютерных вирусов.

Компьютерный вирус- вредоносная программа, при проникновении на ПК заражает, удаляет или портит любые файлы, препятствует нормальной работе ПК.

Основные источники вирусов:

·  носитель с зараженными файлами, компьютерная сеть, жесткий диск

·  вирус, который остается в памяти ПК после предыдущего пользователя

Признаки появления вирусов

1.     увеличение количества файлов и их размеров

2.     изменение во времени и дате создания файлов

3.     невозможность загрузки ОС

4.     непонятные системные сообщения

5.     замедление работы ПК

6.     сбои

7.     музыкальные звуковые эффекты

8.     невозможность сохранить файлы в нужных каталогах

Основная классификация вирусов:

1.     Загрузочные - опасные, могут привести к потере всей информации, хранящейся на диске.

2.     Файловые - они заражают файлы и делятся на:

а) вирусы - заражающие программы

б) макровирусы - заражают файлы данных

      в) вирусы спутники – используют имена других файлов

      3. Ретро-вирусы – заражают антивирусную программу.

      4.Вирусы невидимки – искажают информацию, прочитанную с диска, так, что программа, которой предназначается эта информация, получает ошибочные данные.

По алгоритму вирусы подразделяются на:

·        Вирусы- черви - распространяются как отдельная программа, не прикрепляют свое тело к другим файлам или программам. Могут распространяться сами через Интернет с одного ПК на следующий.

·        Вирусы-невидимки – вирус, полностью или частично скрывающий свое присутствие в системе, путем перехвата обращений к операционной системе, осуществляющих чтение, запись дополнительной информации о зараженных объектах.

·        Вирусы-мутанты – вид вирусов, которые способны к самовоспроизведению. Однако их копия отличается от оригинала.

·        Вирус «Троянский конь» - это вирус, который не способен к размножению. Однако он самый опасный, так как маскируется под положительные программы, а попав в компьютер несут разрушительные действия.

Защита от вирусов:

1.     Использовать проверенные компьютерные антивирусы

2.     Периодически делать резервные копии

3.     Выделять отдельный диск для Windows

4.     Отключать автозагрузку с носителей

5.     Проверять все переданные файлы перед загрузкой

6.     Очень мощным средством для исправления проблем с вашей системой является использование так называемых загрузочных дисков реаниматоров, которые позволяют провести проверку системы в обход Windows.

Контрольные вопросы:

1. Дайте определение характеристикам микросхем памяти.

2. По каким признакам классифицируются компьютерные вирусы?