Анализ и оценка аппаратных средств современных ПЭВМ

Санкт – Петербургский  Университет МВД России

Факультет заочного обучения

Кафедра информационных систем

Контрольная работа

по информатике и математике

на тему: «Анализ и оценка аппаратных средств современных ПЭВМ»

                                                        Выполнил: слушатель 303 учебной группы

                                                        Вахрушев Владимир Владимирович

                                                         лейтенант юстиции,

                                                        следователь СУ при УВД

                                                       по г. Глазову и Глазовскому району УР  

Санкт – Петербург

2011

План:

Введение……………………………………………………………………...….3

1. Анализ и оценка аппаратных средств современных ПЭВМ………………5

1.1. Современные ПЭВМ и аппаратные средства……………….……………5

1.2 Микропроцессоры…………………………………………………………..8

1.3 Внутренняя память………………………...………………………………10

1.4 Внешняя память……………………………………………………………12

1.5 Видеосистема компьютера………………………………………………...16

1.6 Устройства ввода информации…………………………………………....20

1.7 Устройства вывода информации………………………………………….25

1.8 Устройства передачи информации………………………………………..27

1.9 Порты вывода-ввода……………………………………………………….28

1.10 Системная шина…………………………………………………………..29

Заключение……………………………………………………………………..30

Список литературы…………………………………………………………….31

ВВЕДЕНИЕ

С древности предпринимались попытки создания устройств, облегчающих вычисления. Наиболее известными из них остались абак, прототипы которого существовали у разных народов, и русские счёты. В 1642 – 1643 годах французский учёный Блез Паскаль создал первую машину – «Паскалина», которая выполняла сложение и вычитание в десятичной системе. В 1670-1680 годах немецкий математик Готфрид Лейбниц сконструировал счётную машину, которая выполняла все четыре арифметических действия. В 1878 году русский учёный Чебышев разработал счётную машину, выполнявшую сложение и вычитание многозначных чисел. Ещё более совершенный арифмометр «Феликс» был разработан в 30-е годы 20 века, который был вытеснен лишь пришедшими ему на смену калькуляторами. Изобретение прообраза современных компьютеров приписывают английскому математику Чарльзу Беббиджу и его сыну Генри. В 1888 году в США Генрих Холлерит создал устройство, названное табулятором. В 1896 году он основал компанию по серийному производству табуляторов – Tabulating Machine Company, которую в 1924 году директор Томас Уотсон переименовывает в IBM (International Business Machines).

XIX век и вся предыдущая история показали необходимость создания автоматического вычислителя, работающего без участия человека по заранее подготовленной программе.  Но первые компьютеры были механическими. Прошло ещё много лет, и было совершено много открытий, прежде чем создали элементную базу, на основе которой строится компьютер. В XX веке стали применять двоичное кодирование информации с помощью переключателей. В 1918 году русский учёный М. А. Бонч – Буревич и в 1919 году англичане В. Икклз и Ф. Джордан независимо друг от друга создали электронное реле, сейчас известное как триггер и ставшее основой памяти ЭВМ. С появлением электронно – вакуумных ламп появилась реальная возможность создания электронной вычислительной машины (ЭВМ). Произошло это в 1946 году в США. Назвали машину «ЭНИАК» (Electronic Numerical Intergrator and Calculator). Её создателями были Джон Экерт и Джон Моучли со своими сотрудниками. Эта веха – начало развития ЭВМ, дальнейшее совершенствование которых определялось развитием электроники: появлением новых элементов и изменением принципов их действия.

Сегодня компьютеры прочно вошли в нашу жизнь. Они используются практически во всех областях человеческой деятельности: в управлении, в образовании, в бизнесе, и т. д. Мир компьютеров очень сложен, интересен,  многообразен и требует  своего  изучения. Данная работа посвящена анализу и оценке аппаратных средств современных ПЭВМ

1. АНАЛИЗ И ОЦЕНКА АППАРАТНЫХ СРЕДСТВ СОВРЕМЕННЫХ ПЭВМ

1.1. Современные ПЭВМ и аппаратные средства

Сейчас насчитывают уже несколько поколений ЭВМ. К одному поколению относят все типы и модели машин, сконструированные на одних научно-технических принципах. Смена поколения происходит с появлением новых элементов, изготовленных по принципиально иным технологиям.

Первое поколение ЭВМ относят к периоду с 1946  года до середины 50-х годов. Элементную базу которых составляли электронно- вакуумные лампы, резисторы и конденсаторы. Устройства были как громадные шкафы, которые занимали целые машинные залы. Скорость работы – 10- 20 тыс. операций в секунду. Эксплуатация очень сложная, частая замена ламп, перегрев машины. Работали непосредственно за пультом машины специалисты очень высокой классификации.

ЭВМ второго поколения (конец 50-х – конец 60-х годов) включали полупроводниковые элементы – транзисторы, диоды, более совершенствованные резисторы и конденсаторы, печатные платы для монтажа элементов. Они были чуть выше роста человека и устанавливались в специальных залах. Производительность – до 1 млн. операций в секунду. Введён принцип разделения времени для совмещения во времени работы разных устройств. Появились процессоры для управления вводом – выводом и для работы с действительными числами. Эксплуатация стала проще. Появился штат обслуживающего персонала в машинных залах. Появились алгоритмические языки. Программы вводились не вручную с пульта самим программистом, а с помощью перфокарт или перфолент операторами ЭВМ. Задачи решались в пакетном режиме: друг за другом по мере освобождения устройств обработки.

Первой ЭВМ третьего поколения (конец 60-х – конец 70-х годов) была IBM- 360 фирмы IBM. Отечественные ЭВМ разделились на два семейства: большие (ЕС ЭВМ) и малые (СМ ЭВМ – класс мини- ЭВМ). Они содержали интегральные схемы, которые вставлялись в специальные гнёзда на печатной плате. ЕС ЭВМ схожи внешне с ЭВМ второго поколения. СМ ЭВМ – две стойки и дисплей, которые не нуждались в специальном помещении. Скорость – до нескольких миллионов операций в секунду. Для эксплуатации требовался большой штат сотрудников: операторов, электронщиков, системные программисты. В структуре появился принцип модульности и магистральности – прообраз современной системной шины. Увеличился объём памяти, память разделилась на оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) и постоянное запоминающее устройство (ПЗУ), появились магнитные диски, ленты, дисплеи и графопостроители. На ряду с пакетной обработкой появился режим работы с разделением времени. Мини – ЭВМ уже работали в режиме реального времени.

Элементная база четвёртого поколения ЭВМ (от конца 70-х и по настоящее время) составляла большие и сверхбольшие интегральные схемы (БИС и СБИС), содержащие сотни тысяч элементов на одном кристалле. Появилась технология создания микропроцессоров на базе БИС. Первый микропроцессор был создан фирмой Intel в 1971 году. Появились многопроцессорные суперЭВМ и микропроцессорные персональные ЭВМ (ПЭВМ). Термин «ЭВМ» заменился словом «компьютер». Персональный компьютер занимает часть письменного стола, выполняет до миллиарда операций в секунду. Основная направленность компьютерных технологий – обеспечение удобной работы пользователя. Сюда включается дружественный интерфейс, компактность оборудования, возможность подключения дополнительных устройств, совместимость и доступность программного обеспечения. Разработаны новые языки, среды и принципы программирования. Отмечено развитие операционных систем, а также широкого класса программ прикладного характера.

Создание персонального компьютера – весьма значительное изобретение века, поскольку он изменил значение и роль компьютера в жизни человека. Слово «персональный» означает не принадлежность компьютера отдельной персоне, а возможность для человека самостоятельно, без посредника- профессионала общаться с ЭВМ. Существуют разные типы этих компьютеров, например, ноутбук – блокнотный тип, или органайзер – электронная записная книжка. И внутри одного типа они отличаются набором и видом периферийных устройств в зависимости от конкретного назначения.

С технической точки зрения любой компьютер представляет собой систему устройств и блоков разного принципа действия: механических, магнитных, оптических и прочих. Каждый элемент этой системы выполняет свою операцию по вводу, преобразованию, обработке, хранению и выводу информации.

Совокупность всех технических средств, составляющих компьютер, называют аппаратным обеспечение (англ. Hardware- аппаратные средства).

Из всего многообразия компьютеров нас интересуют персональные компьютеры (ПК). Компьютер должен иметь устройства для обработки информации (арифметической и логической), хранения, ввода и вывода, а также устройство для управления всей работой компьютера. К аппаратным средствам ПК по способу расположения устройств относительно центрального процессорного устройства (ЦПУ) различают внешние и внутренние устройства. Внешними, как правило, являются большинство устройств ввода- вывода данных и некоторые устройства, предназначенные для длительного хранения информации.

Устройством, обрабатывающим информацию, является центральный процессор (ЦП). Он также обеспечивает согласование действий всей аппаратуры, входящей в состав компьютера. Располагается процессор в системном блоке. Там же расположены запоминающие устройства (память), предназначенные для хранения информации. Устройства ввода и вывода информации расположены вне системного блока. Они играют посредническую роль, обеспечивая взаимодействие человека и компьютера. Для ПК неотъемлемыми устройствами ввода являются клавиатура и мышь, за вывод отвечает монитор, отображающий на своём экране выводимую информацию.

Для хранения выполняемой команды и обрабатываемых данных в процессоре имеются специальные ячейки, так называемые регистры. Но в нём не предусмотрено место для хранения всей программы. Для этой важной цели служит основная (внутренняя) память компьютера. Наиболее существенную часть этой памяти составляет оперативное запоминающее устройство (ОЗУ). Именно в нём хранится выполняемая программа и данные, с которыми она работает. Но информация в ОЗУ храниться лишь до отключения компьютера от электропитания.

Для долговременного хранения информации предназначена другая – внешняя память, в которой информация при выключения компьютера не стирается. Из внешней памяти выбирается и загружается в ОЗУ для выполнения программа, указанная пользователем. Носителями внешней памяти являются, например, магнитные и оптические диски.

Всё дополнительное оборудование, предназначенное для ввода, вывода, передачи, долговременного хранения информации, называют периферийными устройствами. Набор периферийных устройств современного ПК широк и разнообразен. Рассмотрим подробнее каждое из аппаратных средств ПЭВМ.

1.2 Микропроцессоры

Центральный процессор и основная память – два главных узла компьютера, которые отвечают за обработку и хранение информации. Микросхемы этих устройств расположены на самой большой электронной плате, которую называют системной или материнской платой (motherboard).

Современный центральный процессор представляет собой интегральную схему, размещенную на кремниевом  кристалле и выполненную в виде микросхемы или  чипа. Называется он микропроцессором. В компьютерную систему могут входить и другие процессоры, отвечающие за обработку информации на своих участках, например, математический сопроцессор, ускоряющий некоторые виды математических операций.

В современных компьютерах весьма распространены микропроцессоры фирмы Intel, чаще известные по их товарной марке Pentium. Нередко можно услышать, как компьютеры называют по используемому типу микропроцессора: Pentium, Seleron, AMD и другие.

Обработка любой информации в процессоре связана с выполнением базовых арифметических и логических операций. Эту работу в процессоре выполняет арифметико- логическое устройство (АЛУ). Устройство управления (УУ) – второй блок процессора, формирует управляющие сигналы и координирует работу всех устройств и выполнение всех процессов в компьютере.

Характеристики микропроцессора – тактовая частота и разрядность. Тактовая частота характеризует быстродействие процессора, задаёт ритм работы компьютера и определяется количеством элементарных операций, выполняемых в секунду. Такт – это промежуток времени между импульсами, которые периодически вырабатывает генератор тактовой частоты. На выполнение каждой операции компьютера отводится определённое число тактов. Операция разбивается на элементарные действия, каждое из которых выполняется за один такт. Чем чаще следуют импульсы от генератора, тем быстрее будет выполнена операция.

Тактовая частота измеряется в единицах, производных от герца- кило-, мега- и гигагерцах (1КГц = 1000 Гц).

Сравнение быстродействия компьютеров по тактовым частотам их процессоров уместно только в том случае, если оба процессора устроены примерно одинаково (изготовлены одним производителем). В противном случае можно получить абсолютно неправильные выводы. Кроме того, производительность современной компьютерной системы определяется не только быстродействием отдельно взятого процессора, но и скоростями работы остальных узлов компьютера и способами организации всей системы в целом. Так, чрезмерно быстрый процессор будет вынужден простаивать, ожидая медленно работающую память. Часто простое увеличение объёма ОЗУ даёт гораздо больший эффект, чем замена процессора более быстрым. Например, увеличение тактовой частоты в два раза увеличивает общую производительность системы на 15 – 20% , а увеличение вдвое объёма ОЗУ ускоряет работу компьютера на 50%.

Разрядность – максимальное количество битов, которые могут обрабатываться одновременно. Разрядность процессора – длина машинного слова – определяется разрядностью регистров процессора и разрядностью шины данных. Теоретически их величины могут не совпадать, но практически их делают одинаковыми. При разработке новых микропроцессоров их разработчики стремятся к постоянному усилению характеристик микропроцессоров. Для сравнения: Intel 1971 был 4 – разрядным, и его тактовая частота составляла 750 КГц, а современный процессор той же фирмы с разрядностью 64 имеет тактовую частоту до нескольких ГГц.