История возникновения компьютера

С 1993 года стали выпускаться микропроцессоры Intel Pentium. Их появление, начале омрачилось ошибкой в блоке операций с плавающей точкой. Эта ошибка была быстро устранена, но недоверие к этим микропроцессорам еще некоторое время оставалось.

Pentium продолжил развитие идей параллельной обработки. В устройство декодирования и исполнения команд был добавлен второй конвейер. Теперь два конвейера (называемых u и v) вместе могли исполнять две инструкции за такт. Внутренний кэш был увеличен вдвое - до 8 Кбайт для кода и 8 Кбайт для данных. Процессор стал более интеллектуальным. В него была добавлена возможность предсказания ветвлений, в связи с чем значительно возросла эффективность исполнения нелинейных алгоритмов. Несмотря на то что архитектура системы оставалась все еще 32-разрядной, внутри микропроцессора стали использоваться 128- и 256-разрядные шины передачи данных. Внешняя шина данных была увеличена до 64 бит. Продолжили свое развитие технологии, связанные с многопроцессорной обработкой информации.

Появление микропроцессора Pentium Pro разделило рынок на два сектора - высокопроизводительных рабочих станций и дешевых домашних компьютеров. В процессоре Pentium Pro были реализованы самые передовые технологии. В частности был добавлен еще один конвейер к имевшимся двум у процессора Pentium. Тем самым за один такт работы микропроцессор стал выполнять до трех инструкций.

Более того, процессор Pentium Pro позволил осуществлять динамическое исполнение команд (Dynamic Execution). Суть его в том, что три устройства декодирования команд, работая параллельно, делят команды на более мелкие части, называемые микрооперациями. Далее эти микрооперации могут исполняться параллельно пятью устройствами (двумя целочисленными, двумя с плавающей точкой и одним устройством интерфейса с памятью). На выходе эти инструкции опять собираются в первоначальном виде и порядке. Мощь Pentium Pro дополняется усовершенствованной организацией его кэш-памяти. Как и процессор Pentium, он имеет 8 Кбайт кэш-памяти первого уровня и 256 Кбайт кэш-памяти второго уровня. Однако за счет схемных решений (использование архитектуры двойной независимой шины) кэш-память второго уровня расположили на одном кристалле с микропроцессором, что значительно повысило производительность. В Pentium Pro реализовали 36-разрядную адресную шину, что позволило адресовать до 64 Гбайт оперативной памяти.

Процесс развития семейства обычных  процессоров Pentium тоже не стоял на месте. Если в процессорах Pentium Pro параллелизм вычислений был реализован за счет архитектурных и схемотехнических решений, то при создании моделей процессора Pentium пошли по другому пути. В них включили новые команды, для поддержки которых несколько изменили программную модель микропроцессора. Эти команды, получившие название MMX-команд (MultiMedia eXtention - мультимедийное расширение системы команд), позволили одновременно обрабатывать несколько единиц однотипных данных.

Следующий выпущенный в свет процессор, названный Pentium II, объединил в себе все технологические достижения обоих направлений развития архитектуры Pentium. Кроме этого он имел новые конструктивные особенности, в частности, его корпус выполнен в соответствии с новой технологией изготовления корпусов. Не забыт и рынок портативных компьютеров, в связи, с чем процессором поддерживаются несколько режимов энергосбережения.

Процессор Pentium III. Традиционно он поддерживает все достижения своих предшественников, главное (и, возможно, единственное?!) его достоинство - наличие новых 70 команд, Эти команды дополняют группу MMX-команд, но для чисел с плавающей точкой. Для поддержки этих команд в архитектуру процессора был включен специальный блок.

2. Компьютерные технологии

2.1 Устройства - накопители информации

Накопители информации представляют собой гамму запоминающих устройств  с различным принципом действия физическими и технически – эксплуатационными  характеристиками. Основным свойством  и назначением накопителей информации является хранение и воспроизведение  информации. Запоминающие устройства принято делить на виды и категории  в связи с их принципами функционирования, эксплуатационно-техническими физическими, программными и др. характеристиками.

По принципам функционирования различают следующие виды устройств: электронные, магнитные, оптические и  смешанные – магнитооптические. В связи с видом и техническим исполнением носителя информации различают: электронные, дисковые (магнитные, оптические), ленточные, и другие устройства.

Электронно-запоминающие устройства.

Устройство электронных запоминающих устройств основано на принципах  хранения и использования информации посредством электрических зарядов. К электронным запоминающим устройствам  относятся различные виды микросхем  памяти. Микросхемы памяти представляют устройства, выполненные, по технологии микро-схемных производств и делятся на микросхемы способные хранить информацию: пока имеется в наличии питающее напряжение и без дополнительной поддержки питающим напряжением. Также, различают устройства, дающие возможность считывать и записывать информацию в динамическом режиме – динамическая память (из них формируется оперативная память компьютера – ОЗУ – Оперативное Запоминающие устройство) и, позволяющее без специальной аппаратуры лишь считывать записанную информацию. ОЗУ также называют оперативной памятью или просто памятью компьютера.

Как правило, электронные запоминающие устройства оформляются в виде мироустройства, микросхем и их наборов. Более крупные интегрированные блоки электронных накопителей информации организуются в виде наборов микросхем памяти, расположенных на одной печатной монтажной плате или в виде расширенных устройств, состоящих из наборов плат с микросхемами памяти и схем управления и регенерации.

К важным функциональным характеристикам  микросхем памяти, также относят  объем запоминаемой информации отделенной микросхемой или набором микросхем, скорость чтения/записи и возможность  параллельного, сквозного, чтения/записи.

Отдельную группу микросхем памяти составляют микросхемы кеш-памяти, используемые для организации памяти для внешних Кешей центральных процессоров и процессоров.

Технологии производства электронных  запоминающих устройств постоянно  совершенствуются и развиваются.

Магнитные запоминающие устройства

Принцип магнитных запоминающих устройств  основан на способах хранения информации с использованием магнитных свойств  материалов. Как правило, магнитные  запоминающие устройства состоят из собственно устройств чтения/записи информации и магнитного носителя, на который, непосредственно, осуществляется запись и с которого считывается информация. Магнитные запоминающие устройства принято делить на виды в связи с исполнением, физико-техническим характеристиками носителя информации и т.д. Наиболее часто различают: дисковые устройства и ленточные устройства. Общая технология магнитных запоминающих устройств состоит в намагничивании переменным магнитным полем участков носителя и считывания информации, закодированной как области переменной намагниченности. Дисковые носители, как правило намагничиваются вдоль концентрических полей – дорожек, расположенных по всей плоскости круглого носителя. Ленточные носители имеют продольно расположенные поля – дорожки. Запись производится, как правило в цифровом коде.

Для записи информации, как правило используют различные методы кодирования, но все они предполагают использование в качестве информационного источника не само направление магнитной индукции элементарной намагниченной точки носителя, а изменение их направления в процессе продвижения по носителю вдоль концентрической дорожки с течением времени. Такой принцип требует жесткой синхронизации потока бит, что достигается методами кодирования.

Магнитные запоминающие устройства широко используются в персональных компьютерах  в качестве средств хранения информации.

Дисковые устройства

Дисковые устройства делят на гибкие и жесткие накопители и носители. Основным свойством дисковых магнитных  устройств является запись информации на носитель на концентрические замкнутые дорожки с использованием физического и логического цифрового кодирования информации. Плоский дисковый носитель вращается в процессе чтения/записи, чем и обеспечивается обслуживание всей концентрической дорожки, чтение и запись осуществляется при помощи магнитных головок чтения/записи, которые позиционируют по радиусу носителя с одной дорожки на другую.

Дисковые устройства как накопители информации принято делить в связи  с их техническими свойствами и характером исполнения, а также принципами записи:

• Магнитные дисковые накопители
• Оптические дисковые накопители
• Магнитооптические дисковые накопители

В настоящее время, дисковые устройства являются основным видом устройств хранения информации персональных компьютеров.

Магнитные дисковые накопители – гибкие диски

Гибкие диски – гибкие дисковые устройства состоят из устройства чтения/записи – дисковода и непосредственного  носителя дискеты.

Дискета - представляет собой слой магнито-мягкого материала, нанесенный на специально подложку, выполненную из полимерного немагнитного пластического материала, степень жесткости которого может быть различна в зависимости от реализации. Носитель помещается в бумажный, пластмассовый или другой корпус. В настоящее время, используются только двусторонние носители, следовательно покрытие нанесено с обеих сторон дискеты и чтение/запись производится с обеих сторон. Дискеты различного диаметра, как правило, имеют разные оформления корпуса.

Для обычных гибких дисковых носителей  и устройств, как правило, применяется  метод кодирования информации. Каждый сменный дисковый магнитный носитель перед использованием в какой-либо операционной системе необходимо подготовить  к приему данных. Такая операция называется форматированием. Форматирование дискет производится при помощи специального программного обеспечения – программ форматирования дисков и, как правило, специфично для каждой операционной системы.

В зависимости от типа носителя, в  соответствии с качеством магнитного покрытия, возможностями операционной системы и устройств дискеты  можно форматировать для записи на них информации различного объема, что достигается заданием таких  параметров форматирования как число  дорожек и секторов. Дисковод представляет собой устройство чтения/записи с/на носитель – дискету. Каждый вид носителя (дискет), как правило, требует соответственного устройства – для чтения 5.25 и 3.14 дюймовых диске, хотя выпускаются и смешанные дисководы, соединяющие в себе устройства для чтения 3.14 и 5.25 дюймовых дискет. Дисководы, как правило располагаются внутри системного блока, однако, выпускаются и внешние варианты.

Дисководы подключаются к другим схемам компьютера посредством интерфейсного  кабеля – шлейфа. Дисковод также  нуждается в подключении питающего  напряжения при помощи кабеля питания.

В настоящей момент, технологии хранения и чтения/записи информации на обычную  дискету дают невысокие скорости обмена и позволяют добиться плотности  записи для объема информации до 2 мегабайт. Такой объем считается малым и поэтому дискеты используют лишь как средство транспортировки и архивного хранения небольших объемов информации. Надежность дискет, также оставляет желать лучшего.

Магнитные дисковые накопители – жесткие диски

Жесткие диски – отличаются от гибких прежде всего тем, что объединяют в одном корпусе носитель и устройство чтения/записи, а также, нередко, и интерфейсную часть, называемую собственно контроллером жесткого диска. Герметичная камера предохраняет носители не только от проникновения механических частиц пыли, но и от воздействия электромагнитных полей. Носители вращаются постоянно. Скорость вращения носителей высокая 3600 об/мин и более, что обеспечивает высокую скорость чтения/записи. На диаметр носителей несменных жестких дисков не накладывается никакого ограничения со стороны совместимости и переносимости носителя, поэтому производители выбирают его согласно собственным соображениям.

Многие производители создают  устройства, которые записывают различный  объем информации на внутренние и  внешние дорожки за счет размещения на них разного числа секторов.

В накопителях на жестких дисках используются метод кодирования  информации. Он наиболее эффективен. В  отличие от дискет, носители жестких  дисков имеют постоянное число дорожек  и секторов. Эти числа определяются типом и производителем устройства, и, в большинстве случаев не могут  быть изменены пользователем. Поэтому  физический объем жестких дисков определен изначально и состоит  из объема занятого служебной информацией  и объема доступного пользовательским данным.

Физический объем жесткого диска, также, зависит от типа интерфейса, метода кодирования данных, используемого  физического формата и др. Одним  из возможных, но не желательных способов повышения физической емкости, является увеличение емкости сектора. В настоящее  время стандартной емкостью сектора  для IBM – совместных компьютеров  является 512 байт полезной информации.

Физические параметры устройства современных накопителей на жестких  магнитных дисках скрыты от пользователя их интерфейсной частью. Реально, все  устройства имеют разное количество головок, дисков, поверхностей, дорожек, цилиндров и секторов на дорожках, однако, для совместимости с операционными  системами и базовой системой ввода/вывода компьютера, эти числа  могут корректироваться и даже меняться пользователем или программным  обеспечением в определенных соотношениях.