Этапы развития ВТ. Устройство ПК

Этапы развития ВТ. Устройство ПК
Вагин Евгений Сергеевич, ассистент
Институт кибернетики
Этапы развития Информатики как науки



«Добумажный» этап;

Этап иерографической символики;

Этап абстрактной символики;

Этап картографии, технической графики;

Этап «каменописи», «глинописи»;
«Бумажный» этап;

Книгопечатание;

Этап технической революции (19 в.);

Этап формализации знаний;
«Безбумажный» этап;

Информационно-логических этап;

Автоформализация знаний;

Информационное общество;
Этапы развития ВТ

Домеханический период – с древних времен

Механический период – с середины XVII века

Электромеханический период – с 90х годов 19 века

Электронный период – с 40х годов 20 века
Древние средства счета
Домеханический период

Кости с зарубками
(«вестоницкая кость», Чехия, 30 тыс. лет до н.э)

Узелковое письмо (Южная Америка, VII век н.э.)

узлы с вплетенными камнями

нити разного цвета (красная – число воинов, желтая – золото)

десятичная система
Абак и его «родственники»
Домеханический период

Абак (Древний Рим) – V-VI в.

Суан-пан (Китай) – VI в.

Соробан (Япония)
XV-XVI в.

Счеты (Россия) – XVII в.
Умножение решеткой
Домеханический период
Пример: умножение 456 * 97 = 44232
1. Цифры операндов записываются над таблицей и
справа от нее.
2. В каждую ячейку записывается результат
умножения чисел в колонке и строке, причем
десятки и единицы разделяются диагоналями.
3. Суммируются цифры по наклонным полоскам, при
этом идут справа на лево. Лишний разряда должен
быть произведен в полоску слева.
4. Результат слева и снизу от таблицы.
Палочки Дж. Непера
Домеханический период
Счетное устройство Леонардо Да Винчи
Механический период

Леонардо да Винчи (1452-1519) в конце XV века создал
эскиз 13-разрядного суммирующего устройства с
десятизубными кольцами. Чертежи данного устройства
были найдены среди двухтомного собрания Леонардо по
механике, известного как "Codex Madrid". В 1968 г была
построена модель счетного устройства.

Модель поддерживала постоянное отношение десяти к
одному в каждом из его 13 цифровых колес. После
полного оборота первой ручки, колесо единиц немного
поворачивалось, чтобы отметить новую цифру в пределах
от ноля до девяти.

В соответствии с пропорцией десять к одному, десятый
оборот первой ручки заставляет колесо единиц
совершить полный оборот и стать на ноль, который в
свою очередь сдвигает колесо десятков с ноля на
единицу. Каждое последующее колесо, отмечающее
сотни, тысячи и т.д., действует подобным же образом.
Машина В. Шикарда
Механический период

Машина Вильгельма Шиккарда (1623
г.) состояла из трех независимых
устройств: суммирующего,
множительного и записи чисел.

Сложение производилось
последовательным вводом слагаемых
посредством наборных дисков, а
вычитание - последовательным
вводом уменьшаемого и вычитаемого.
Для выполнения операции умножения
использовалась идея умножения
решеткой. Третья часть машины
использовалась для записи числа
длиною не более 6 разрядов.
Паскалин
Механический период

Паскалин был создан в 1644 году
Блезом Паскалем.

Представляла собой небольшой
латунный ящик размером 36х13х8 см,
содержащий внутри множество
связанных между собой шестеренок и
имеющий несколько наборных
колесиков с делениями от 0 до 9, при
помощи которых осуществлялось
управление – ввод чисел для операций
над ними и отображение результатов
операций в окошках.
Арифмометр Лейбница
Механический период

Первая счетная машина, позволявшая производить умножение и деление также
легко, как сложение и вычитание, была изобретена в Германии в 1673 году
Готфридом Вильгельмом Лейбницем (1646-1716), и называлась «Калькулятор
Лейбница».
Счетная машина Орднера
Механический период

В 1874 г. В. Орднером (Россия)
создал модель арифмометра, в
основе которой лежало
специальной конструкции
зубчатое колесо Орднера.

Положило началу
промышленному производству
арифмометров.

Позже получил название Феликс.
Аналитическая машина Бэбиджа
Механический период
В 1836 г. Бэбиджа придумал основные принципы
своей аналитической машины.
Состояла из следующих четырех основных
частей:

блок хранения исходных, промежуточных
данных и результатов вычислений.

блок обработки чисел из склада, названный
мельницей (арифметическое устройство).

блок управления последовательностью
вычислений (устройство управления);

блок ввода исходных данных и печати
результатов (устройство ввода/вывода).
Табулятор Холлерита
Электро-механический период
Табулятор — электромеханическая машина,
предназначенная для автоматической
обработки (суммирования и категоризации)
числовой и буквенной информации,
записанной на перфокартах, с выдачей
результатов на бумажную ленту или
специальные бланки.
Первый счетно-аналитический комплекс был
создан в США Г. Холлеритом в 1887 г. и
состоял из: ручного перфоратора,
сортировочной машины и табулятора.
ENIAC
Электронный период
Первой ЭВМ принято считать машину ENIAC (Electronic
Numerical Integrator And Computer), созданную в США в
конце 1945 г.
Главным консультантом проекта являлся Д. Моучли, а
главным конструктором - Д. Эккерт.
Всего комплекс включал в себя
17 468 ламп 16 различных типов,
7200 кремниевых диодов,
1500 реле, 70 000 резисторов и 10 000 конденсаторов.
Вес — 27 тонн.
Объём памяти — 20 число-слов.
Потребляемая мощность — 174 кВт.
Вычислительная мощность — 357 операций умножения
или 5000 операций сложения в секунду.
Тактовая частота — 100 кГц
I поколение ЭВМ
Электронный период

Период с 1944 по конец 1950x гг.

Логические схемы создавались на дискретных радиодеталях и
электронных вакуумных лампах с нитью накала.

Электронная лампа – это прибор, работа которого осуществляется за
счет изменения потока электронов, двигающихся в вакууме от катода к
аноду.

В оперативных запоминающих устройствах использовались магнитные
барабаны, акустические ультразвуковые ртутные и электромагнитные
линии задержки, электронно-лучевые трубки.

В качестве внешних запоминающих устройств применялись накопители
на магнитных лентах, перфокартах, перфолентах и штекерные
коммутаторы.

Программирование работы ЭВМ этого поколения выполнялось в
двоичной системе счисления на машинном языке

Представители: UNIVAC, БЭСМ-2, ЭВМ Минск, Урал
II поколение ЭВМ
Электронный период

Период с 1960-1970е гг.

Логические схемы создавались на дискретных полупроводниковых
и магнитных элементах (диоды, биполярные транзисторы,
тороидальные ферритовые микротрансформаторы).

Блочный принцип конструирования машин;

Тактовые частоты работы электронных схем повысились до сотен
килогерц;

Внешние накопители на жестких магнитных дисках и на флоппидисках;

Появился первый монитор для компьютеров;

Представители: SEAC
III поколение ЭВМ
Электронный период

Период с 1970-1980е гг.

Стали применяться кремниевые интегральные схемы;

Тактовые частоты работы электронных схем повысились до
мегагерц;

Развитие программного обеспечение;

Развитие модульности вычислительных систем;

Представители: IBM 360, PDP
IV поколение ЭВМ
Электронный период

Период с 1980-1990е гг.

Элементная база ЭВМ – большие
интегральные схемы (БИС);

Создание микропроцессора
(универсальный, на одном кристалле);

Высокая степень интеграции
способствует увеличению плотности
компоновки электронной аппаратуры,
повышению ее надежности, что ведет к
увеличению быстродействия ЭВМ и
снижению ее стоимости;

Появление персонального компьютера
(PDP-8, Altair-8800, Apple);
Поколения ЭВМ
Этапы
Этапы
I
II
III
IV
Годы применения
1946-1959
1960-1969
1970-1979
1980 настоящее
время
Основной элемент
Эл.лампа
Транзистор
ИС
БИС
Количество ЭВМ в
мире (шт.)
Десятки
Тысячи
Десятки тысяч
Миллионы
Быстродействие
(операций в сек.)
103-104
104-106
105-107
106-108
Носитель
информации
Перфокарта,
Перфолента
Магнитная
Лента
Диск
Гибкий и
лазерный диск
Размеры ЭВМ
Большие
Значительно
меньше
Мини-ЭВМ
микроЭВМ
Вычислительные машины

Вычислительная машина - это техническое устройство
выполняющее функции ввода, обработки, хранения и вывода
информации.

Электронная вычислительная машина = ЭВМ.

Общие принципы работы вычислительной машины (Джон фон
Нейман, 1946):

Любая ЭВМ должна иметь минимальный набор функциональных
блоков: АЛУ, УУ, ОЗУ, УВВ.

Информация кодируется в двоичном форме.

ЭВМ может работать только по заранее разработанной
программе. Программа представляет собой
последовательность специальных команд.

Программа и данные хранятся размещается на устройстве,
которое называется памятью.
Общие принципы работы ВМ:

Минимальный набор функциональных блоков ЭВМ:

АЛУ – Арифметико-логическое устройство. Преобразует информацию,
выполняя арифметические и логические операции.

УУ – Устройство управления. Организует процесс выполнения программ.

ОЗУ – оперативное запоминающее устройство. Хранит данные, адреса
команд и обладает высокой скоростью записи и чтения.

УВВ – устройство ввода-вывода. Получает информацию извне, выводя ее
получателю.
Общие принципы работы ВМ

Компьютер может работать только по заранее разработанной
программе. Программа представляет собой последовательность
специальных команд, которые выполняются одна за другой, сначала
первая, потом вторая, третья, и т. д., пока не выполнится последняя
команда.

Для выполнения программа размещается на устройстве, которое
называется памятью, или основной, системной памятью.

Набор команд, которые может выполнить арифметическо-логическое
устройство, определяется при разработке и совершенствовании этого
устройства.

Двоичная система обусловлена техническими причинами - поскольку в
этом случае числа можно записывать и обрабатывать при помощи
наборов элементов с двумя состояниями, что намного проще
реализуется.
Базовая аппаратная конфигурация ПК

Персональный компьютер - настольная
ЭВМ, имеющая эксплуатационные
характеристики бытового прибора и
универсальные функциональные
возможности.

Базовая конфигурация ПК:

Системный блок;

Монитор;

Клавиатура;

Мышь.
Системный блок

Системный блок — физически представляет
собой шасси, которое наполнено аппаратным
обеспечением для создания компьютера.

Корпуса ПК выпускают в горизонтальном
(desktop) и вертикальном (tower) исполнении.

Отличаются по размерам:

big tower;

midi tower;

mini tower;

Блок питания (БП) — вторичный источник
электропитания, предназначенный для
снабжения узлов компьютера электрической
энергией постоянного тока, путём
преобразования сетевого напряжения до
требуемых значений.

Мощность блоков питания от 300 до 1000 Вт.
Внутренне устройство системного блока.
Определения






Процессор – электронный блок либо интегральная схема
(микропроцессор), исполняющая машинные инструкции (код
программ), главная часть аппаратного обеспечения компьютера или
программируемого логического контроллера. Иногда называют
микропроцессором.
Микропроцессорный комплект (чипсет) – набор микросхем,
спроектированных для совместной работы с целью выполнения
набором каких-либо функций.
Шины – наборы проводников, по которым происходит обмен
сигналами и данными между устройствами компьютера.
Оперативное запоминающее устройство (ОЗУ), Оперативная
память – энергозависимая часть системы компьютерной памяти, в
которой временно хранятся входные, выходные и промежуточные
данные программы процессора.
Постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) – микросхема для
длительного хранения данных (энергонезависимая память);
Слоты – разъемы для подключения дополнительных устройств.
Внутренне устройство системного блока.
Системная плата

Системная плата - сложная многослойная
печатная плата, являющаяся основой
построения вычислительной системы
(компьютера).

Непосредственно на плату устанавливаются:


Процессор;

Оперативная память;

Дополнительные устройства в слоты расширения.
Характеризуется:

Форма-фактор: EATX, ATX, mini-ATX, micro-ATX, picoATX;

Количество устанавливаемых процессоров;

Тип разъемов процессора (сокет);

Тип поддерживаемой оперативной памяти;

Количество поддерживаемой оперативной памяти;

Количество и тип разъемов расширения;
Внутренне устройство системного блока.
Системная плата. Процессор

Центральный процессор (Сentral Processing Unit, CPU)
— электронный блок либо интегральная схема,
исполняющая машинные инструкции, главная часть
аппаратного обеспечения компьютера или
программируемого логического контроллера.

Большинство современных процессоров состоит из:

одного или нескольких ядер, осуществляющих выполнение
всех инструкций;

нескольких уровней КЭШ-памяти (обычно, 2 или три
уровня), ускоряющих взаимодействие процессора с ОЗУ;

контроллера ОЗУ;

контроллера системной шины (DMI, QPI, HT и т.д.);

Ядро процессора – это его основная часть, содержащая все
функциональные блоки и осуществляющая выполнение всех
логических и арифметических операций.

Кэш микропроцессора — кэш (сверхоперативная память),
используемый микропроцессором компьютера для уменьшения
среднего времени доступа к компьютерной памяти.

Регистры – сверхбыстрая оперативная память небольшого объема
(несколько сотен байт), входящая в состав процессора.
Внутренне устройство системного блока.
Системная плата. Процессор

Характеризуется следующими параметрами:

типом микроархитектуры;

тактовой частотой (ГГц);

количеством уровней КЭШ-памяти и их
объемом (Мб);

типом поддерживаемой оперативной памяти;

энергопотреблением (Вт).
Внутренне устройство системного блока.
Системная плата. ОЗУ

Оперативная память (Random Access Memory,
RAM) - энергозависимая часть системы
компьютерной памяти, в которой временно
хранятся входные, выходные и промежуточные
данные программы процессора.

Различают динамическую память и
статическую память.

Оперативная память в компьютере размещается
модулями.

Характеристики:

Тип памяти: DIMM, DDR1-4;

Частота памяти (Гц);

Время доступа (нс);

Объем модуля памяти: 1-16 Гб;
Внутренне устройство системного блока.
Жесткий диск

HDD (Hard Disk Drive) - устройство хранения
данных, имеющее очень высокую емкость и
характеризующееся фиксированным жестким
основанием. Основой для жестких дисков
обычно является алюминий или керамика.
Является основным накопителем данных
практически во всех компьютерах.

Характеристики:

Объем хранимой информации (Тб);

Скорость вращения диска (4200-15000 Об/c);

Скорость чтения/записи (Мб/c);

Среднее время доступа (мс);

Размер: 3.5”/2.5”;

Поддерживаемый интерфейс: IDE, SATA 1-3;
Внутренне устройство системного блока.
Дисковод гибких дисков

FDD (Floppy Disk Drive) - портативный сменный носитель
информации, используемый для многократной записи и хранения
данных. Представляет собой помещённый в защитный
пластиковый корпус диск, покрытый ферромагнитным слоем. Для
считывания дискет используется дисковод.

Характеристики:

Формат дискет;

Объем хранимой информации (Килобайт);
Формат
Год возникновения
Объём в килобайтах
8″
1971
80
8″ двойной плотности
1975
1000
5¼″
1976
110
5¼″ высокой плотности
1984
1200
3″
1982
360
2″
1985
720
3½″ высокой плотности
1987
1440
3½″ расширенной
плотности
1991
2880
Внутренне устройство системного блока
Оптический привод
CD-ROM (DVD-ROM) - устройство, имеющее механическую
составляющую, управляемую электронной схемой и
предназначенное для считывания и (в большинстве
современных моделей) записи информации с оптических
носителей информации в виде пластикового диска с
отверстием в центре (компакт-диск, DVD и т. д.); процесс
считывания/записи информации с диска осуществляется
при помощи лазера.
Характеристики

Формат дисков;

Объем хранимой информации;
Формат
Год возникновения
Объём
CD
1982
650 – 879 Мб
DVD
1996
1.4 – 17 Гб
BD
2006
24 - 50 Гб
HD-DVD
2005
10 – 30 Гб
Внутренне устройство системного блока
Видеокарта
Видеоадаптер - электронное устройство, преобразующее
графический образ, хранящийся как содержимое памяти
компьютера (или самого адаптера), в форму, пригодную
для дальнейшего вывода на экран монитора.
Совместно с монитором видеокарта образует
видеоподсистему ПК. Все операции, связанные с
управлением экраном, выделены в отдельный блок –
видеоадаптер. Физически видеоадаптер выполнен в виде
отдельной дочерней платы, которая вставляется в один из
слотов материнской платы и называется видеокартой.
Характеристики:

Графический процессор;

Объем видеопамяти;

Ширина шины памяти;

Поддерживаемые стандарты графики (DirectX,
OpenGL);
Внутренне устройство системного блока
Звуковая карта
Звуковая карта - дополнительное оборудование
персонального компьютера, позволяющее обрабатывать
звук (выводить на акустические системы и/или
записывать). На момент появления звуковые платы
представляли собой отдельные карты расширения,
устанавливаемые в соответствующий слот. В
современных материнских платах представлены в виде
интегрированного в материнскую плату аппаратного
кодека.
Характеристики:

Поддерживаемые стандарты кодеков (AC97, HD
Audio);

Поддерживаемые стандарт количества каналов
(2.0/5.1/7.1);
Периферийные устройства
Периферийные устройства ПК подключаются к его
интерфейсам и предназначены для выполнения
вспомогательных операций и функций.
По назначению периферийные устройства можно подразделить
на:

устройства ввода данных;

устройства вывода данных;

устройства хранения данных;

устройства обмена данными.
Периферийные устройства
Устройства ввода данных

Клавиатура - клавишное устройство для ввода алфавитноцифровых данных и команд управления.

Компьютерная мышь — механический манипулятор,
преобразующий движение в управляющий сигнал.

Трекбол - указательное устройство ввода информации об
относительном перемещении для компьютера.

Тачпады – сенсорные пластины, реагирующие на
движение пальца пользователя по поверхности. Удар по
поверхности – аналог щелчка.

Джойстики – манипуляторы рычажно-нажимного типа,
применяются в компьютерных играх.

Сенсорный экран — устройство ввода информации,
представляющее собой экран, реагирующий на
прикосновения к нему.
Периферийные устройства
Устройства ввода данных

Планшетные сканеры вводят информацию с
прозрачного или непрозрачного листового
материала. Луч света, отраженный от поверхности
материала (или прошедший сквозь прозрачный
материал), фиксируется приборами с зарядовой
связью (ПЗС).

Штрих-сканеры используются для ввода данных,
закодированных в виде штрих-кода.

Графические планшеты (дигитайзеры) устройство для ввода графической информации
(рисунков) от руки непосредственно в компьютер.

Цифровые фотокамеры – устройство записи
оптического изображения вместо
светочувствительного материала используется
полупроводниковая фотоматрица и цифровое
запоминающее устройство.
Периферийные устройства
Устройства вывода данных
Монитор – устройство, предназначенное для визуального
отображения информации.
По виду выводимой информации:

алфавитно-цифровые - дисплеи, отображающие только
символьную информацию;

графические, для вывода текстовой и графической (в том
числе видео) информации;
По типу экрана:

ЭЛТ (CRT) — монитор на основе электронно-лучевой трубки;

ЖК (LCD) — жидкокристаллические мониторы;

LED-монитор;
Характеристики:

Размер видимой области (15-30”);

Максимальное разрешение (1920x1200);

Частота обновления экрана (75-100 Гц);

Глубина цвета, Время отклика (мс), Размер пикселя, Угол
обзора;
Периферийные устройства
Устройства вывода данных
Принтеры - периферийное устройство компьютера,
предназначенное для перевода текста или графики
на физический носитель из электронного вида
малыми тиражами (от единиц до сотен) без
создания печатной формы.

Матричные принтеры. Данные выводятся на
бумагу в виде оттиска, образующегося при ударе
цилиндрических стержней (иголок) через
красящую ленту.

Лазерные принтеры обеспечивают высокое
качество и быстродействие. Изображение
формируется путем закрепления красящего
порошка (тонера) на участках
светочувствительного барабана, имеющих
статический заряд.

Струйные принтеры. Изображение
формируется из пятен, образующихся при
попадающих капель красителя на бумагу.
Периферийные устройства
Устройства вывода данных
Графопостроитель (плоттер) — устройство для автоматического вычерчивания с
большой точностью рисунков, схем, сложных чертежей, карт и другой графической
информации на бумаге размером до A0 или кальке.
Периферийные устройства
Устройства хранения данных
Накопители на съемных магнитных дисках семейство накопителей на гибких магнитных дисках,
аналоги дискет, имеющие большую ёмкость.
Ленточные накопители (Стримеры) - запоминающее
устройство на принципе магнитной записи на ленточном
носителе, с последовательным доступом к данным, по
принципу действия аналогичен бытовому магнитофону.
Магнитооптические накопители - носители
информации, сочетающий свойства оптических и
магнитных накопителей. Для чтения информации
используется оптическая система, для записи —
одновременно оптическая и магнитная.
Периферийные устройства
Устройства хранения данных
Накопители на flash-памяти - современные устройства на
основе энергонезависимой флэш-памяти. Устройство имеет
минимальные размеры и допускает «горячее» подключение в
разъем USB, после чего распознается как жесткий диск. Объем
может составлять от 32 Мбайт до 64 Гбайт.
Портативные жесткие диски – Жесткие диски в портативном
корпусе. Объем до 4 Тб.
Периферийные устройства
Устройства обмена данными
Модем – устройство, применяющееся в системах связи для
физического сопряжения информационного сигнала со средой
его распространения, где он не может существовать без
адаптации.
Модулятор в модеме осуществляет модуляцию несущего
сигнала при передаче данных, то есть изменяет его
характеристики в соответствии с изменениями входного
информационного сигнала, демодулятор осуществляет
обратный процесс при приёме данных из канала связи. Модем
выполняет функцию оконечного оборудования линии связи.
Делаться на: радиомодемы, кабельные модемы и пр.
Характеристики:

Тип связи (3G, LTE, Коаксиальный кабель);

Скорость передачи данных (бит/c);

Поддерживаемые проколы и стандарты;
СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ!