Перспективы развития персональных компьютеров

При более тщательном анализе всех признаков видно, что  конечно, самыми главными являются первые два признака, определяющие характер общения человека и ЭВМ, хотя отсутствие одного из пяти перечисленных выше признаков позволяет классифицировать компьютер как не персональный.

Понимая теперь, что такое  персональный компьютер, рассмотрим историю  возникновения и развития этого  феномена.

Перечисленные признаки персонального компьютера стало  возможным обеспечить благодаря  созданию микропроцессоров, которые  позволили резко изменить внешний облик ЭВМ - уменьшить размеры и массу. Однако только одно это обстоятельство привело к появлению класса микро ЭВМ.

Совершенствование программного обеспечения, изучение математиками и  программистами задач предметной области  и разработка на их основе нужных в этой области программных средств позволили превратить микроЭВМ в персональное средство человека по обработки информации.

Персональные компьютеры можно классифицировать в соответствии с теми возможностями, которые они  предоставляют пользователю. Как бытовые и профессиональные.

Бытовые персональные компьютеры используют в домашних условиях. Их основное назначение: обеспечение несложных расчетов, выполнение функции записной книжки, ведение личной картотеки, средство обучения различным дисциплинам, инструмент доступа по телефонным каналам к общественным информационным фондам и т.д.

Широкое распространение  получил он как средство развлечения - организатор и партнер в различных  играх.

Профессиональные персональные ЭВМ используют в конкретной профессиональной сфере, все программные и технические средства ориентированы на конкретную профессию.

Однако, независимо от профессиональной направленности ЭВМ, их основное назначение - выполнение рутинной работы. Они осуществляют поиск информации в различных справочно-нормативной документации и архивах, составляют типовые формы документации, ведут дневник или лабораторный журнал, фиксируют результаты исследований, запоминают и выдают по запросу пользователя информацию по данной профессиональной деятельности и т.д.

Рассмотрим основную структуру и характеристики персонального  компьютера. В состав базового комплекта  входят; системный блок, дисплей с цветным изображением, клавиатура, печатающее устройство (принтер), накопитель на гибком магнитном диске и накопитель на винчестере. ¹

Персональные компьютеры (ПК) относятся к классу микрокомпьютеров, для удовлетворения требованиям общедоступности и универсальности применения должны обладать следующими качествами:

- малая стоимость ПК, находящаяся в пределах доступности для индивидуального покупателя;

- автономность эксплуатации без специальных требований к условиям окружающей среды;

- гибкость архитектуры, обеспечивающая ее адаптируемость к разнообразным применениям в сфере управления, науки, образования, в быту;

- дружественность операционной системы и прочего программного обеспечения, обусловливающая возможность работы с ней пользователя без специальной профессиональной подготовки;

- высокая надежность работы.

Наибольшей популярностью  в настоящее время пользуются персональные компьютеры фирмы IBM, первые модели которых появились в 1981 году, и их аналоги других фирм; существенно уступают по популярности ПК фирмы Apple (Macintosh), занимающие по распространенности 2-е место[12, С.94].

Обобщенные характеристики персональных компьютеров IBM PC приведены в Таблице 1.

Таблица 1 - Основные усредненные характеристики ПК IBM PC

Параметр	Тип микропроцессора
	80486 DX	Pentium	Pentium Celeron	Pentium II	Pentium III	Pentium 4	Core 2 Duo
Тактовая частота,МГц	50-100	75-200	330-800	220-500	500-900	1000-3600	1000-3000
Разрядность, бит	32	64	64	64	64	64	64
Объем ОЗУ, Мбайт	4,8,16	8,16,32	32,64,128	32,64,128	64,128,256	256,512, 1024	512,1024, 2048
Объем кэш L2, Кбайт	256	256,512	128,256 512,1024	256,512, 1024	256, 512, 1024	512,1024, 2048	2048,4096
Емкость НМД,Гбайт	0,8-2,0	1,0-6,4	4,3-20,0	6,4-20,0	10,0-50,0	100,0-250,0	100,0-1000,0

 

Персональные компьютеры можно классифицировать по ряду признаков.

По поколениям персональные компьютеры делятся следующим образом:

- 1-го поколения — используют 8-битовые микропроцессоры;

- 2-го поколения — используют 16-битовые микропроцессоры;

- 3-го поколения — используют 32-битовые микропроцессоры;

- 4-го поколения — используют 64-битовые микропроцессоры.

Классификация ПК по конструктивным особенностям показана на Рисунке 1.

ПЕРСОНАЛЬНЫЕ ЭВМ

Стационарные (настольные)

Переносные

 

 

 

Портативные ПК

ПК - блокноты

Карманные ПК

Электронные секретари

Электронные записные книжки

 

Рисунок 1 - Классификация ПК по конструктивным особенностям

 

Структурная схема персонального компьютера представлена на Рисунке 1 (Приложение А).

Наиболее важными компонентами любого компьютера, обусловливающими его основные характеристики, являются микропроцессоры, системные чипсеты и интерфейсы.

Микропроцессор (МП), или Central Processing Unit (CPU), - функционально - законченное программно управляемое устройство обработки информации, выполненное в виде одной или нескольких больших (БИС) или сверхбольших (СБИС) интегральных схем (см. Рисунок 2).

Микропроцессор выполняет следующие функции:²

- вычисление адресов команд и операндов;

- выборку и дешифрацию команд из основной памяти (ОП);

- выборку данных из ОП, регистров МПП и регистров адаптеров внешних устройств (ВУ);

- прием и обработку запросов и команд от адаптеров на обслуживание ВУ;

- обработку данных и их запись в ОП, регистры МПП и регистры адаптеров ВУ;

- выработку управляющих сигналов для всех прочих узлов и блоков ПК; 
переход к следующей команде.

Основными параметрами микропроцессоров являются:

- разрядность;

- рабочая тактовая частота;

- виды и размер кэш-памяти;

- состав инструкций;

- конструктив;

- энергопотребление;

- рабочее напряжение и т. д.[8, С.173].

Рисунок 2 – Микропроцессор

 

Разрядность шины данных МП определяет количество разрядов, над  которыми одновременно могут выполняться операции; разрядность шины адреса МП определяет его адресное пространство.

Адресное пространство - это максимальное количество ячеек основной памяти, которое может быть непосредственно адресовано микропроцессором.³

Рабочая тактовая частота МП во многом определяет его внутреннее быстродействие, поскольку каждая команда выполняется за определенное количество тактов. Быстродействие (производительность) ПК зависит также и от тактовой частоты шины системной платы, с которой работает (может работать) МП

Кэш-память, устанавливаемая на плате  МП, имеет два уровня:

- L1 - память 1-го уровня, находящаяся внутри основной микросхемы (ядра) МП и работающая всегда на полной частоте МП (впервые кэш L1 был введен в МП i486 и у МП i386SLC). 

- L2 - память 2-го уровня, кристалл, размещаемый на плате МП и связанный с ядром внутренней микропроцессорной шиной (впервые введен в МП Pentium Pro). Память L2 может работать на полной или половинной частоте МП. Эффективность этой кэш-памяти зависит и от пропускной способности микропроцессорной шины.

Состав инструкции - перечень, вид и тип команд, автоматически исполняемых МП. От типа команд зависит классификационная группа МП. Перечень и вид команд определяют непосредственно те процедуры, которые могут выполняться над данными в МП, и те категории данных, над которыми могут быть применены эти процедуры. Дополнительные инструкции в небольших количествах вводились во многих МП.

Конструктив - определяет те физические разъемные соединения, которые используются для установки МП, и которые определяют пригодность материнской платы для установки МП. Разъемы имеют разную конструкцию (Slot - щелевой разъем, Socket - разъем-гнездо), разное количество контактов, на которые подаются различные сигналы.

Все микропроцессоры можно разделить на группы:

- CISC (Complex Instruction Set Command) с набором системы полных команд;

- RISC (Reduced Instruction Set Command) с набором системы усеченных команд;

- VLIW (Very Length Instruction Word) со сверхдлинным командным словом;

- MISC (Minimum Instruction Set Command) с минимальным набором системы команд и весьма высоким быстродействием.

Основная память (ОП) предназначена для хранения и оперативного обмена информацией с прочими блоками машины. ОП содержит два вида запоминающих устройств: постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) и оперативное запоминающее устройство (ОЗУ).

- ПЗУ (ROM Read Only Memory) предназначено для хранения неизменяемой (постоянной) программной и справочной информации; позволяет оперативно только считывать информацию, хранящуюся в нем (изменить информацию в ПЗУ нельзя);

- ОЗУ (RAM Random Access Memory) предназначено для оперативной записи, хранения и считывания информации (программ и данных), непосредственно участвующей в информационно - вычислительном процессе, выполняемом ПК в текущий период времени [22, С.50].

Оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) предназначено для хранения информации (программ и данных), непосредственно участвующей в вычислительном процессе в текущий интервал времени.

ОЗУ - энергозависимая память: при отключении напряжения питания информация, хранящаяся в ней, теряется.

Как уже говорилось ранее, при выполнении сложных задач, для которых не хватает емкости оперативной памяти для размещения сразу всей информации, необходимой для их решения, увеличение объема ОЗУ приводит и к увеличению производительности ПК. Происходит это потому, что непосредственно в процессе решения приходится дополнительно обращаться к ВЗУ, и на это тратится много времени (быстродействие ВЗУ в миллионы раз меньше быстродействия ОЗУ)⁴.

Основу ОЗУ составляют микросхемы динамической памяти DRAM. Это  большие интегральные схемы, содержащие матрицы МОП - транзисторов, использующих для хранения информации либо собственные  паразитные емкости между затвором и истоком, либо дополнительные конденсаторы. Наличие заряда в конденсаторе обычно означает “1”, отсутствие заряда – “О”⁵.

Конструктивно элементы оперативной памяти выполняются  в виде отдельных модулей памяти - небольших плат с напаянными на них одной или, чаще, несколькими микросхемами. Эти модули вставляются в разъемы - слоты на системной плате.

На СП может быть несколько  групп разъемов - банков для установки  модулей памяти; в один банк можно  ставить лишь блоки одинаковой емкости, например, только по 128 Мбайт или  только по 256 Мбайт; блоки разной емкости можно устанавливать только в разных банках [2. С.99].

Модули памяти характеризуются  конструктивном, емкостью, временем обращения  и надежностью работы. Важным параметром модуля памяти является его надежность и устойчивость к возможным сбоям. Надежность работы современных модулей памяти весьма высокая - среднее время наработки на отказ составляет сотни тысяч часов, но, тем не менее, предпринимаются и дополнительные меры повышения надежности. ⁶

Контроль по четности позволяет лишь обнаружить ошибку и прервать исполнение выполняемой программы. Существуют и более дорогие модули памяти с автоматической коррекцией ошибок - ЕСС - память, использующие специальные корректирующие коды с исправлением ошибок.

Внешняя память

Внешняя память относится к внешним устройствам ПК и используется для долговременного хранения любой информации, которая может когда-либо потребоваться для решения задач. В частности, во внешней памяти хранится все программное обеспечение компьютера.

Внешняя память представлена разнообразными видами запоминающих устройств, но наиболее распространенными из них, имеющимися практически на любом компьютере, являются показанные на структурной схеме (см. Приложение А) накопители на жестких (НЖМД) и гибких (НГМД) магнитных дисках. [16. С.744].

Процессор – это главная микросхема компьютера, его 'мозг'. Он выполняет программный код, находящийся в памяти и руководит работой всех устройств компьютера. Чем выше скорость работы процессора, тем выше быстродействие компьютера. Процессор имеет специальные ячейки, которые называются регистрами. Именно в регистры помещаются команды, которые выполняются процессором, а также данные, которыми оперируют команды. Работа процессора состоит в выборе из памяти в определенной последовательности команд и данных для их последующего выполнения.

Во время процесса процессор считывает последовательность команд, содержащихся в памяти, и  исполняет их. Такая последовательность команд называется программой и представляет алгоритм полезной работы процессора. Очерёдность считывания команд изменяется в случае, если процессор считывает команду перехода — тогда адрес следующей команды может оказаться другим. Другим примером изменения процесса может служить случай получения команды останова или переключение в режим обработки аппаратного прерывания.