Реферат: Основы устройства персонального компьютера

Классификация ЭВМ по назначению

Назначение ЭВМ стало одним из первых классификационных признаков [8]. В соответствии с ним различают большие ЭВМ, микроЭВМ и персональные компьютеры.

Большие ЭВМ – это мощные компьютеры, которые применяются для обслуживания очень крупных организаций и даже целых отраслей народного хозяйства. За рубежом компьютеры этого класса называют мейнфреймами ( mainframe) . В России за ними закрепился термин большие ЭВМ. Штат обслуживания суперкомпьютеров создают вычислительные центры , включающие в себя несколько отделов или групп.

Мини-ЭВМ отличаются от больших ЭВМ уменьшенными размерами и, соответственно, меньшей производительностью и стоимостью. Такие компьютеры используются крупными предприятиями, научными учреждениями и некоторыми высшими учебными заведениями, сочетающими учебную деятельность с научной. Мини-ЭВМ может сочетать управление производством с другими задачами. Например, он может помогать экономистам в осуществлении контроля себестоимости продукции, нормировщикам – в оптимизации времени экономических операций, конструкторам - в автоматизации проектирования станочных приспособлений, бухгалтерии – в осуществлении учета первичных документов и подготовки регулярных отчетов для налоговых органов. Для организации работы с Мини-ЭВМ тоже требуется специальный вычислительный центр, хотя и не такой многочисленный, как для больших ЭВМ.

МикроЭВМ доступны многим предприятиям. Организации, использующие микроЭВМ, обычно не создают вычислительные центры. Для обслуживания такого компьютера достаточно небольшой вычислительной лаборатории в составе нескольких человек. Не смотря на относительно невысокую производительность по сравнению с большими ЭВМ, микроЭВМ находят применение и в крупных вычислительных центрах. Там им поручают вспомогательные операции, для которых нет смысла использовать дорогие суперкомпьютеры. К таким задачам, например, относится предварительная подготовка данных.

Персональные компьютеры (ПК) получили широкое распространение в течение последних двадцати лет. Из названия видно, что такой компьютер предназначен для обслуживания одного пользователя. Не смотря на свои небольшие размеры и относительно невысокую стоимость, современные персональные компьютеры обладают немалой производительностью. Многие современные персональные модели превосходят большие ЭВМ 70-х годов, мини-ЭВМ 80-х годов и микро-ЭВМ первой половины 90-х годов. Персональный компьютер ( Personal Computer, PC) вполне способен удовлетворить большинство потребностей малых предприятий и отдельных лиц.

Особенно широкую популярность персональные компьютеры получили после 1995 г. в связи с бурным развитием Интернет. Персонального компьютера вполне достаточно для использования всемирной сети в качестве источника научной, справочной, учебной, культурной и развлекательной информации. Персональные компьютеры также удобным средством автоматизации учебного процесса по любым дисциплинам, средством организации дистанционного (заочного) обучения и средством организации досуга. Они вносят большой вклад не только в производственные, но и в социальные отношения. Их нередко используют для организации надомной трудовой деятельности, что особенно важно в условиях безработицы.

В свою очередь, по размерам и функциональным возможностям большие ЭВМ, мини-ЭВМ, микроЭВМ и персональные компьютеры подразделяют на массовые, деловые, портативные, развлекательные и рабочие станции [8]. Начиная с 1999 г., в области персональных компьютеров действует международный сертификационный стандарт – спецификация PC99 , - устанавливающий следующие категории персональных компьютеров:

· Consumes PC (массовый ПК);

· Office PC (деловой ПК);

· Mobile PC (портативный ПК);

· Workstation PC (рабочая станция)

· Entertainment PC (развлекательный ПК).

В соответствии с данной спецификацией значительная часть ПК, выпускающихся серийно, относится к числу массовых и позволяет решать широкий круг задач. Деловые компьютеры предназначены для использования в учреждении. Поэтому для них минимизированы требования к средствам воспроизведения графики и не регламентированы требования по работе со звуковыми данными. Цель создания портативного ПК заключалась в обеспечении пользователя информационными технологиями не только стационарно оборудованном рабочем месте, но и вне его. Поэтому ПК, относящиеся к данной категории, обязательно должны иметь в своем составе средства компьютерной связи. Рабочие станции создаются для работы в сети, построенной в соответствии с архитектурой «клиент – сервер». Поэтому они должны отвечать повышенным требованием к средствам хранения данных. Развлекательные ПК оборудуются мощными средствами воспроизведения графики и звука.

Другие принципы классификации ЭВМ

На практике используются и другие принципы классификации ПК. Например, по уровню специализации. При использовании этого показателя компьютеры делят на универсальные и специализированные. Универсальные ПК предназначаются для многоцелевого использования, а специализированные – для решения конкретных задач.

Иногда можно столкнуться с классификацией персональных компьютеров по типоразмерам. Так, различаются настольные ( desktop), портативные ( notebook) и карманные ( palmtop) модели.

Особого упоминания заслуживает принцип классификации по совместимости. Это объясняется тем, что компьютеры выпускаются разными производителями, собираются из разных деталей, работают с разными программами. При этом очень важным вопросом становится совместимость различных компьютеров между собой. От совместимости зависит взаимозаменяемость узлов и приборов, предназначенных для разных компьютеров, возможность переноса программ с одного компьютера на другой и возможность совместной работы разных типов компьютеров с одними и теми же данными. Различаются несколько видов совместимости, из которых для обычного пользователя наиболее существенное значение имеет аппаратная совместимость. По этому признаку различают так называемые аппаратные платформы. Наиболее широкое распространение в наши дни получили две аппаратные платформы – IBM PC и Apple Macintosh.

Принципы «фон Неймана»

Несмотря на стремительные темпы развития вычислительной техники, фундаментальные принципы построения ЭВМ практически не изменились. Базовые идеи построения вычислительных устройств были сформулированы известным математиком Джоном фон Нейманом с группой соавторов в 1946г. и получили название «принципов фон Неймана». Сущность этих принципов:

· использование двоичной системы для представления чисел. В работе фон Неймана были убедительно продемонстрированы преимущества двоичной системы для технической реализации, удобство и простота выполнения в ней арифметических и логических операций. В дальнейшем ЭВМ стали обрабатывать и нечисловые виды информации: текстовую, графическую, звуковую и др. Но по-прежнему двоичное кодирование данных составляет информационную основу любого современного компьютера;

· принцип «хранимой программы». Согласно этому принципу программа, записанная с помощью двоичных кодов, должна храниться в той же самой памяти, что и обрабатываемые ею данные;

· принцип адресности. Команды и данные помещаются в ячейки памяти, доступ к которым осуществляется по адресу. Адресом ячейки фактически является её номер; таким образом, местонахождение информации в ОЗУ также кодируется в виде двоичных чисел.

В ЭВМ, построенной по принципам фон Неймана, происходит последовательное считывание команд из памяти и их выполнение. Номер (адрес) очередной ячейки памяти, из которой будет извлечена следующая команда программы, формируется и хранится в специальном устройстве - счетчики команд.

Фон Нейман с соавторами не только выдвинули основополагающие принципы логического устройства ЭВМ, но и предложили её структуру, которая полностью воспроизводилась в течение первых двух поколений ЭВМ. Схема устройства такой ЭВМ представлена на Рисунок 1 .

В соответствии с принципами фон Неймана компьютер должен иметь в своем составе следующие устройства:

· арифметико-логическое устройство (АЛУ) – предназначено для обработки закодированной информации и может выполнять арифметические и логические операции;

· устройство управления (УУ) – назначение данного устройства состоит в организации процесса выполнения программ;

· память или запоминающее устройство (ЗУ) – служат для хранения программ и данных. Память компьютера должна состоять из некоторого количества пронумерованных ячеек. В каждой из них могут находиться или обрабатываемые данные, или инструкции программ. Все ячейки памяти должны быть одинаково легко доступны для других устройств компьютера;