Основные этапы развития вычислительной техники

Основные этапы  развития вычислительной техники.

1. Ручной период  автоматизации вычислений начался  на заре человеческой цивилизации.  Он базировался н использовании  пальцев рук и ног. Счет с  помощью группировки и перекладывания предметов явился предшественником счета на абаке – наиболее развитом счетном приборе древности. Аналогом абака на Руси являются счеты. В начале 17 века  Дж. Непер ввел логарифмы, что оказало революционное влияние на счет. Изобретенная им логарифмическая линейка успешно использовалась еще 15 лет назад, более360 лет прослужив инженерам.

2. Развитие механики  в 17 веке стало предпосылкой  создания  вычислительных устройств  и приборов, использующих механический способ  вычислений. 1623г.- немецкий ученый В. Шиккард описывает и реализует в единственном экземпляре механическую  счетную машину, предназначенную  для выполнения 4-х арифметических операций над шестиразрядными числами. 1642г.-Б.Паскаль строит  восьмиразрядную действующую модель счетной суммирующей машины. Было создано еще 50 таких машин. 1673г.-немецкий математик  Г. Лейбниц создает первый арифмометр, позволяющий выполнять 4 арифметических операций. 1881г. – организация серийного производства арифмометров. Они использовались вплоть до 60-х годов 20 века. 1822г. 1 проект английского математика Ч. Беббиджа – разностная машина – 16-ти разрядный калькулятор, способный печатать цифровые таблицы. Эта машина имела арифметическое устройство, устройство управления, ввода и печати. работала на паровом двигателе и заносила результаты на металлическую пластину. 2 проект Беббиджа- аналитическая машина, использовавшая принцип программного управления и предназначавшаяся для вычисления любого алгоритма не был реализован, но получил широкую известность и высокую оценку ученых. Аналитическая машина состояла из 4-х основных частей: блок хранения исходных, промежуточных и результирующих данных (склад-память), блок обработки данных (мельница-арифметическое устройство), блок управления последовательностью вычислений (устройство управления), блок ввода исходных данных и печати результатов (устройство ввода-вывода). Вместе с Беббиджем  работала Ада Лавлейс – первая программистка – писала первые программы для  машины, заложила  многие идеи  и ввела ряд понятий и терминов, сохранившихся до настоящего времени.

3. Электромеханический этап развития вычислительной техники. 1887г. – создание Г. Холлеритом   в США первого  счетно-аналитического комплекса. Его использовали для обработки результатов переписи населения в нескольких странах, в том числе и в России. 30-е годы – разработка счетно-аналитических комплексов, которые состоят  из 4-х основных устройств: перфоратор, контрольник, сортировщик и табулятор. В это же время развиваются аналоговые машины. 1930г. – В. Буш разрабатывает дифференциальный анализатор, использованный в дальнейшем в военных целях. 1937г. – Дж. Атанасов и К. Бери создают электронную машину АВС. 1944г. – Г. Айкен создает управляемую вычислительную машину МАРК-1. 1957г. – последний крупнейший проект релейной вычислительной техники – в СССР создана РВМ-1, которая эксплуатировалась до 1965г.

4. Электронный  этап (создание ЭВМ) начинается  с созданием в 1945г. в США  электронной вычислительной машины ENIAK.  В истории развития ЭВМ  5 поколений, которые отличаются  в элементарной базе, логической  архитектуре и программном обеспечении, различаются по быстродействию, оперативной памяти, способам ввода и вывода информации.

Устройство  ЭВМ.

Внешнее устройство.

Базовая конфигурация ПК - минимальный комплект аппаратных средств, достаточный для начала работы с компьютером. В настоящее время для настольных ПК базовой считается конфигурация, в которую входит четыре устройства:• Системный блок;• Монитор; 
• Клавиатура;• Мышь.

Системный блок – основной блок компьютерной системы. В нем располагаются устройства, считающиеся внутренними. Устройства, подключающиеся к системному блоку снаружи, считаются внешними. В системный блок входит процессор, оперативная память, накопители на жестких и гибких магнитных дисках, на оптический дисках, блок питания и некоторые другие устройства. На лицевой панели кнопка Power – включения и кнопка Reset – перезагрузка компьютера. Несколько световых индикаторов – включения и обращения к жесткому диску. Два дисковода – для компакт-дисков и дискет.

Монитор – устройство для визуального воспроизведения символьной и графической информации. В настольных компьютерах обычно используются мониторы на электронно-лучевой трубке (ЭЛТ). Качество изображения тем выше, чем меньше размер точки изображения (точки люминофора). Однако монитор является также источником высокого статического электрического потенциала, электромагнитного и рентгеновского излучений, которые могут оказывать неблагоприятное воздействие на здоровье человека. Современные мониторы практически безопасны, так как соответствуют жестким санитарно-гигиеническим требованиям, зафиксированным в международном стандарте безопасности ТСО'99. Мониторы на жидких кристаллах (ЖК). LCD (Liquid Crystal Display, жидкокристаллические мониторы) сделаны из вещества, которое находится в жидком состоянии, но при этом обладает некоторыми свойствами, присущими кристаллическим телам. Преимущество ЖК-мониторов перед мониторами на ЭЛТ состоит в отсутствии вредных для человека электромагнитных излучений и компактности. Но ЖК-мониторы обладают и недостатками. Наиболее важные из них – это плохая цветопередача и смазывание быстро движущейся картинки. Мониторы могут иметь различный размер экрана. Размер диагонали экрана измеряется в дюймах (1 дюйм =2,54 см) и обычно составляет 15, 17, 19 и более дюймов.

Клавиатура –  клавишное устройство, предназначенное для управления работой компьютера и ввода в него информации. Стандартная клавиатура имеет 104 клавиши и 3 информирующих о режимах работы световых индикатора в правом верхнем углу.

Мышь – устройство «графического» управления. При перемещении мыши по коврику на экране перемещается указатель мыши, при помощи которого можно указывать на объекты и/или выбирать их. Используя клавиши мыши (их может быть две или три) можно задать тот или другой тип операции с объектом. А с помощью колесика можно прокручивать вверх или вниз не умещающиеся целиком на экране изображения, текст или web-страницы. В оптико-механических мышах основным рабочим органом является массивный шар (металлический, покрытый резиной). При перемещении мыши по поверхности он вращается, вращение передается двум валам, положение которых считывается инфракрасными оптопарами (т.е. парами «светоизлучатель-фотоприемник») и затем преобразующийся в электрический сигнал, управляющий движением указателя мыши на экране монитора. Главным «врагом» такой мыши является загрязнение. В настоящее время широкое распространение получили оптические мыши, в которых нет механических частей. Источник света размещенный внутри мыши, освещает поверхность, а отраженны свет фиксируется фотоприемником и преобразуется в перемещение курсора на экране. Современные модели мышей могут быть беспроводными, т.е. подключающимися к компьютеру без помощи кабеля. 
Периферийными называют устройства, подключаемые к компьютеру извне. • Принтер; • Сканер; • Модем; • DVB-карта и спутниковая антенна; • Web-камера.

Принтер служит для вывода информации на бумажный носитель (бумагу). Существуют три типа принтеров: • матричный • струйный • лазерный.

Матричные принтеры — это принтеры ударного действия. Печатающая головка матричного принтера состоит из вертикального столбца маленьких стержней (обычно 9 или 24), которые под воздействием магнитного поля «выталкиваются» из головки и ударяют по бумаге (через красящую ленту). Перемещаясь, печатающая головка оставляет на бумаге строку символов. Недостатки матричных принтеров состоят в том, что они печатают медленно, производят много шума и качество печати оставляет желать лучшего (соответствует примерно качеству пишущей машинки).

Черно-белые  и цветные струйные принтеры. В  них используется чернильная печатающая головка, которая под давлением выбрасывает чернила из ряда мельчайших отверстий (сопла)  на бумагу. Перемещаясь вдоль бумаги, печатающая головка оставляет строку символов или полоску изображения. Струйные принтеры могут печатать достаточно быстро (до нескольких страниц в минуту) и производят мало шума. Качество печати (в том числе и цветной) определяется разрешающей способностью струйных принтеров, которая может достигать фотографического качества 2400 dpi. Это означает, что полоска изображения по горизонтали длиной в 1 дюйм формируется из 2400 точек (чернильных капель).

Лазерные принтеры обеспечивают практически бесшумную  печать. Высокую скорость печати (до 30 страниц в минуту) лазерные принтеры достигают за счет постраничной печати, при которой страница печатается сразу целиком. Высокое типографское качество печати лазерных принтеров обеспечивается за счет высокой разрешающей способности, которая может достигать 1200 dpi и более.

Плоттер. Для  вывода сложных и широкоформатных  графических объектов (плакатов, чертежей, электрических и электронных схем и пр.) используются специальные устройства вывода — плоттеры. Принцип действия плоттера такой же, как и струйного принтера.

Сканеры служат для автоматического ввода текстов  и графики в компьютер. Сканеры бывают двух типов: • ручные • планшетные.

Ручной сканер для компьютера похож на сканер, используемый в супермаркетах для  считывания штрих-кода. Такой сканер перемещается по листу с информацией построчно вручную, и информация заносится в компьютер для дальнейшего редактирования. Планшетный сканер выглядит и работает примерно так же, как и ксерокс - приподнимается крышка, текст или рисунок помещается на рабочее поле, и информация считывается. Планшетные сканеры в наше время обычно все цветные. Системы распознавания текстовой информации позволяют преобразовать отсканированный текст из графического формата в текстовый. Разрешающая способность сканеров составляет 600 dpi и выше.

Модем или модемная плата служит для связи удалённых  компьютеров по телефонной сети. Модем бывает внутренний (установлен внутри системного блока) и внешний (располагается рядом с системным блоком и соединяется с ним при помощи кабеля.

Для организации  на бескрайних Интернета видеоконференций (или просто болтовни) пригодится Веб-камера. С помощью этих устройств (и, естественно, быстрых локальных сетей), можно в любой момент устроить совещание со своими сотрудниками, не отрывая оных от насиженных рабочих мест. А это, как показывает практика, дает весьма ощутимую практическую пользу.

Чаще всего  периферийные устройства делят на группы: устройства ввода, вывода и ввода-вывода.  Устройства ввода: клавиатура, мышь, сканер. Устройства вывода: принтер, монитор, плоттер. Устройства ввода-вывода: модем.

Внутренними считаются устройства, располагающиеся в системном блоке. Доступ к некоторым из них имеется на лицевой панели, что удобно для быстрой смены информационных носителей. Разъемы некоторых устройств выведены на заднюю стенку – они служат для подключения периферийного оборудования. К некоторым устройствам системного блока доступ не предусмотрен – для обычной работы он не требуется.

Материнская плата  – самая большая плата ПК. На ней располагаются магистрали, связывающие  процессор с оперативной памятью, - так называемые шины. К шинам материнской платы подключаются также все прочие внутренние устройства компьютера с помощью слотов (разъемов). Управляет работой материнской платы микропроцессорный набор микросхем – так называемый чипсет.

Процессор. Микропроцессор – основная микросхема ПК. Все вычисления выполняются в ней. Процессор аппаратно реализуется на большой интегральной схеме (БИС). Большая интегральная схема на самом деле не является большой по размеру и представляет собой, наоборот, маленькую плоскую полупроводниковую пластину размером примерно 20х20 мм, заключенную в плоский корпус с рядами металлических штырьков (контактов). БИС является большой по количеству элементов. Использование современных высоких технологий позволяет разместить на БИС процессора огромное количество функциональных элементов, размеры которых составляют всего около 0.13 микрон (1 микрон = 10-6 м). Например, в процессоре Pentium 4 их около 42 миллионов. 
 

Основная характеристика процессора – тактовая частота (количество операций в секунду)(измеряется в  мегагерцах (МГц) и гигагерцах (ГГц)). Чем выше тактовая частота, тем выше производительность компьютера. Так, например, при тактовой частоте 2000 МГц процессор может за одну секунду изменить свое состояние 2000 миллионов раз. Для большинства операций одного такта недостаточно, поэтому количество операций, которые процессор может выполнить в секунду, зависит не только от тактовой частоты, но и от сложности операций. Другая характеристика- разрядность. Производительность выше, чем выше разрядность. Существуют процессоры 8, 16, 32, 64 и тд-разрядные.

Есть еще несколько  важных характеристик процессора –  тип ядра и технология производства, частота системной шины. Единственное устройство, о существовании которого процессор «знает от рождения» – оперативная память – с нею он работает совместно. Данные копируются в ячейки процессора (регистры), а затем преобразуются в соответствии с командами (программой).

Оперативная память (ОЗУ или RAM), предназначена для  хранения информации, изготавливается  в виде модулей памяти. Оперативную память можно представить как обширный массив ячеек, в которых хранятся данные и команды в то время, когда компьютер включен. Процессор может обратится к любой ячейки памяти. Важнейшей характеристикой модулей памяти является быстродействие. Модули памяти могут различаться между собой по размеру и количеству контактов, быстродействию, информационной емкостью и т.д. 
Может возникнуть вопрос - почему бы не использовать для хранения промежуточных данных жесткий диск, ведь его объем во много раз больше? Это делать нельзя, так как скорость доступа к оперативной памяти у процессора в сотни тысяч раз больше, чем к дисковой. Для длительного хранения данных и программ широко применяются жесткие диски (винчестеры). Выключение питания компьютера не приводит к очистке внешней памяти. К оперативной памяти относят также кэш- память, которая хранит промежуточные данные работы процессора, что увеличивает его производительность.