Лекция 10. Устройство персонального компьютера
Системная плата.
Устройство системного блока.
Поколения ЭВМ и их основные характеристики.
Рассмотрим устройство компьютера на примере самой распространенной компьютерной системы — персонального компьютера.
Персональным компьютером (ПК) называют сравнительно недорогой универсальный микрокомпьютер, рассчитанный на одного пользователя.
Современный персональный компьютер состоит из нескольких основных конструктивных компонент: системного блока; монитора; клавиатуры; манипуляторов.В системном блоке размещаются: блок питания; накопитель на жёстких магнитных дисках; накопитель на гибких магнитных дисках; системная плата; платы расширения; накопитель CD-ROM и др. Корпус системного блока может иметь горизонтальную (DeskTop) или вертикальную (Tower — башня) компоновку.
Типичный системный блок со снятой крышкой корпуса
Рис. 9. Системный блок со снятой крышкой корпуса |
1 - Системная плата. 2 - Разъём дополнительного 2 процессора. 3 - Центральный процессор с радиатором для отвода тепла. 4 - Разъёмы оперативной памяти. 5 - Накопитель на гибких магнитных дисках. 6 - Накопитель CD-ROM. 7 - Сетевая карта. 8 - Графический акселератор. 9 - Блок питания Блок питания содержит вентилятор, создающий циркулирующие потоки воздуха для охлаждения системного блока. |
Системная плата
Системная плата является основной в системном блоке и содержит компоненты, определяющие архитектуру компьютера: центральный процессор; постоянную, оперативную память, кэш-память; интерфейсные схемы шин; гнёзда расширения; системные средства ввода-вывода и др.
Системные платы исполняются на основе наборов микросхем, которые называются чипсетами. В гнёзда расширения системной платы устанавливаются платы периферийных устройств (модем, сетевая плата, видеоплата).
Рис. 10. Системная плата компьютера класса Pentium |
1 - Разъём под центральный процессор; 2 - Дополнительный кэш объёмом 256 Кбайт; 3 - Разъём под дополнительный кэш; 4 - Контроллеры внешних устройств; 5 - Разъёмы накопителей на жёстких магнитных дисках; 6 - Разъёмы под оперативную память, 4 планки; 7 - Коннектор (соединитель) клавиатуры и мыши; 8 - Микросхема, обслуживающая флоппи-дисковод, последовательные порты и параллельный порт; 9 - Разъёмы 32-битной шины; 10 - Перезаписываемая BIOS (Flash-память); 11 - Мультимедийная шина; 12 - Разъёмы 16-битной шины. |
Поколения ЭВМ и их основные характеристики
Существует своеобразная периодизация развития ЭВМ, связанная, в основном, с типом используемой элементной базы, которая определяет в свою очередь быстродействие компьютера, емкость ЗУ. Временные границы поколений сильно размыты: в одно и то же время выпускались и использовались машины различных типов. Для отдельных же машин вопрос об их принадлежности к тому или иному поколению решается достаточно просто.
С переходом к серийному производству ламповых ЭВМ с хранимой программой начинается период машин первого поколения. В качестве внешних носителей информации при вводе и выводе данных использовались перфоленты и перфокарты. Типичное быстродействие машин 1 поколения измерялось несколькими тысячами арифметических операций в секунду.
В 1948 г. был изобретен транзистор, начиная с середины 1950-х гг. на смену ламповым машинам пришли транзисторные машины второго поколения, в которых основными элементами были полупроводниковые триоды-транзисторы. Транзисторные машины обладали значительно более высокой надежностью, чем ламповые ЭВМ, меньшим потреблением энергии, более высоким быстродействием, которое достигалось не только за счет повышения скорости переключения счетных и запоминающих элементов, но и за счет изменений в структуре машин. Наиболее мощные машины второго поколения достигали быстродействия 100 000 операций в секунду.
В 1964 г. были изобретены интегральные схемы. В интегральных схемах элементы создаются по специальной технологии в самом веществе материала. Основой для таких схем служат полупроводниковые материалы. Интегральные схемы стали элементной базой для машин третьего поколения. Переход на ИС влиял на увеличение надежности работы ЭВМ, уменьшение габаритных размеров, уменьшение потребления энергии. ЭВМ третьего поколения оперируют с произвольной буквенно-цифровой информацией. Они построены по принципу независимой параллельной работы различных устройств: процессора, средств внешней памяти, благодаря чему ЭВМ одновременно могла выполнять серию операций: вводить информацию с магнитной ленты, решать задачи. Начиная с третьего поколения компьютеры работают под управлением операционных систем.
В 1970 г. были разработаны большие интегральные схемы. На одном кристалле удалось разместить все основные электронные части процессора – появился микропроцессор. Постоянное совершенствование технологии производства БИС повлекло за собой быструю смену поколений микропроцессоров, что приводит к стремительному совершенствованию электронной вычислительной техники – появлению четвертого поколения ЭВМ. Производительность машин четвертого поколения достигает нескольких миллионов операций в секунду. Объем оперативной памяти достигает нескольких мегабайт.
С микропроцессорной революцией непосредственно связано одно из важнейших событий в истории ЭВМ – создание и широкое применение персональных компьютеров. Развитие ВТ идет не только по линии изменения элементно-технологической базы. Производительность вычислительных систем повышается двумя путями: развитием элементной базы и архитектуры ЭВМ.
Однопроцессорная архитектура имеет предел производительности, определяемый скоростью распространения электрического сигнала по физическим линиям связи между устройствами компьютера. Другой подход повышения производительности вычислительных систем основан на использовании принципа параллелизма, т.е. обработка информации разбивается на несколько одновременно выполняемых последовательных процессов, каждый из которых может обмениваться информацией с другими процессами. В 1985 г. было разработано новое вычислительное устройство, получившее название транспьютер.
Транспьютер – это вычислительное устройство, выполненное в виде одной сверхбольшой интегральной схемы, содержащей процессор, запоминающее устройство и коммуникационные связи для соединения с другими компьютерами.
В настоящее время создаются микропроцессоры седьмого поколения (Intel IV, Аthlon и др.). Их быстродействие оценивается в 1,5…2 ГГц или 1,5…2 миллиарда операций в секунду. На специальных серверах используется сразу несколько процессоров, распараллеливающих процесс выполнения программ. ПК, оснащенные такого рода устройствами, можно отнести к компьютерам 5-го поколения.
ЭВМ 5 поколения – это реализованный искусственный интеллект. Основные концепции ЭВМ 5 поколения:
компьютеры на сверхсложных микропроцессорах с параллельно-векторной структурой, одновременно выполняет десятки последовательных инструкций программы.
компьютеры с многими сотнями параллельно работающих процессоров, позволяющих строить системы обработки данных, эффективны сетевые и компьютерные системы.
Контрольные вопросы
Техническая реализация информационных процессов.
Структура современной ЭВМ.
Виды памяти.
Магистрально-модульный принцип построения ПК.
Принцип открытой архитектуры.
История развития ЭВМ.
Характеристика основных поколений ЭВМ и их элементарной базы. 5-е поколение ЭВМ.