2.2.1. Історія персональних комп'ютерів
23 грудня 1947 р три вчених в лабораторіях компанії Bell Labs, Вільям Шоклі, Уолтер Братейн і Джон Бардін винайшли точковий транзисторний підсилювач, що дозволило зменшити розміри комп'ютерів, до цього використовували електронні лампи.
У вересні 1958 р Джек Кілбі з компанії Texas Instruments побудував першу електронну мікросхему, де п'ять компонентів були інтегровані на одній платі з германію розміром в 1.5 см в довжину і 1-2 мм в товщину.
У 1959 р Роберт Нойс з Fairchild Semiconductor, побудував інтегровану електронну мікросхему, де компоненти були з'єднані один з одним алюмінієвими лініями на окисленої поверхні кремнію (silicon-oxide).
У 1960 р компанія Digital Equipment представила перший міні-комп'ютер PDP-1 (ПДП - Програма, Дата, Процесор), вартість якого становила 120 000 $. Це був перший комерційний комп'ютер, оснащений клавіатурою і монітором.
У 1963 р Даглас Енгельбарт винайшов комп'ютерну мишу - пристрій введення інформації в комп'ютер методом «тику» :)
У 1964 р Джон Кемені і Томас Кюртц в коледжі Dartmouth, розробили мову програмування BASIC. BASIC - це абревіатура, яка читається як Beginners All-purpose Symbolic Instruction Code, або Багатоцільовий Мова Символьних кодів Інструкцій для Початківців (МЯСКІН? :).
У 1964 р Американська Асоціація Стандартів приймає новий 7-бітовий стандарт для обміну інформацією ASCII (American Standard Code for Information Interchange.)
У 1965 р Гордон Мур, директор підрозділу досліджень і розробок в Fairchild Semiconductor формулює висновок, заснований на спостереженнях за динамікою розвитку технологій виготовлення мікросхем. Це формулювання отримує назву закон Мура: щільність транзисторів в інтегрованих мікросхемах буде подвоюватися кожні 12 місяців протягом наступних десяти років.
У травні 1966 р Стівен Грей засновує суспільство комп'ютерних любителів (Amateur Computer Society) або ACS, і починає публікувати новини клубу.
4 червня 1966 році американський офіс патентів видає доктору Роберту Деннарду з компанії IBM патент № 3387286 на однотранзісторний осередок пам'яті (DRAM Dynamic Random Access Memory - Динамічна Пам'ять з Довільним Доступом) і на базову ідею 3-транзисторної осередки пам'яті. Такий тип пам'яті використовується для короткострокового зберігання інформації в комп'ютері.
У 1966 р Роберт Нойс і Гордон Мур засновують корпорацію Intel. Ця компанія починає з створення мікрочіпів пам'яті, але поступово перетворюється в компанію по виробництву мікропроцесорів.
У 1966 р Дуглас Енгельбарт зі дослідного інституту Стенфорда, представляє систему, що складається з буквеної клавіатури, цифровий клавіатури, мишки і програми, що підтримує висновок інформації на екран в різних «вікнах». На демонстрації показують текстовий редактор, систему, що дозволяє будувати посилання на інформацію та програму для колективної роботи.
У 1969 р компанія Honeywell випускає «Кухонний Комп'ютер» H316 - перший домашній комп'ютер (вартість 10 600 $).
У 1969 р Пентагон створює чотири вузли мережі APRAnet - прообразу сучасної Internet.
У 1984 р компанія Amiga Inc. в особі ЕрДжей Майкла і Дейва Морса влаштовує демонстрацію першого в світі персонального мультимедійного комп'ютера Amiga 1000. Демонстрація «Боїнг» (Boeing) показувала як тривимірний кулю розмальований червоними і білими квадратами літає в тривимірній же кімнаті і з гуркотом вдаряється об стіни. Історичне дію спостерігали спеціально відібрані представники американських трудящих.
Архітектура персонального комп'ютера представлена на рис.2.2.
Мал. 2.2. Архітектура персонального комп'ютера
Мікропроцесор (МП) - центральний блок ПК, призначений для управління роботою всіх блоків машини і для виконання арифметичних і логічних операцій над інформацією.
До складу мікропроцесора входять наступні пристрої.
Пристрій управління (УУ): формує і подає в усі блоки машини в потрібні моменти часу певні сигнали управління (керуючі імпульси), обумовлені специфікою виконуваної операції і результатами попередніх операцій; формує адреси осередків пам'яті, використовуваних виконуваної операцією, і передає ці адреси у відповідні блоки ЕОМ; опорну послідовність імпульсів пристрій керування одержує від генератора тактових імпульсів.
Арифметико - логічний пристрій (АЛП) призначено для виконання всіх арифметичних і логічних операцій над числовою і символьної інформацією (в деяких моделях ПК для прискорення виконання операцій до АЛП часто підключається додатковий математичний співпроцесор).
Мікропроцесорна пам'ять (МПП) призначена для короткочасного зберігання, запису та видачі інформації, безпосередньо в найближчі такти роботи машини використовуваної в обчисленнях; МПП будується на регістрах і використовується для забезпечення високої швидкодії машини, бо основна пам'ять (ОП) не завжди забезпечує швидкість запису, пошуку і зчитування інформації, необхідну для ефективної роботи швидкодіючого мікропроцесора. Регістри - швидкодіючі комірки пам'яті різної довжини (на відміну від осередків ОП, що мають стандартну довжину 1 байт і більш низьку швидкодію).
Інтерфейсна система мікропроцесора призначена для сполучення і зв'язку з іншими пристроями ПК; включає в себе внутрішній інтерфейс МП, буферні запам'ятовувальні регістри і схеми управління портами вводу-виводу (ПВВ) і системною шиною.
Інтерфейс (interface) - сукупність засобів сполучення і зв'язку пристроїв комп'ютера, що забезпечує їхню ефективну взаємодію.
Порт введення-виведення (I / O port) - апаратура сполучення, що дозволяє підключити до мікропроцесора інший пристрій.
Генератор тактових імпульсів генерує послідовність електричних імпульсів; частота генеруючих імпульсів визначає тактову частоту машини.
Проміжок часу між сусідніми імпульсами визначає час одного такту роботи машини, або просто, такт роботи машини.
Частота генератора тактових імпульсів є однією з основних характеристик персонального комп'ютера і багато в чому визначає швидкість його роботи, бо кожна операція в машині виконується за певну кількість тактів.
Системна шина - основна інтерфейсна система комп'ютера, що забезпечує сполучення і зв'язок всіх його пристроїв між собою.
Системна шина включає в себе:
- кодову шину даних (КШД), що містить проведення й схеми сполучення для паралельної передачі всіх розрядів числового коду (машинного слова) операнда;
- кодову шину адреси (КША), що містить проведення й схеми сполучення для паралельної передачі всіх розрядів коду адреси комірки основної пам'яті або порту вводу-виводу зовнішнього пристрою;
- кодову шину інструкцій (КШИ), що містить проведення й схеми сполучення для передачі інструкцій (керуючих сигналів, імпульсів) у всі блоки машини;
- шину харчування, що містить проведення й схеми сполучення для підключення блоків ПК до системи енергоживлення.
Системна шина забезпечує три напрямки передачі інформації:
- Між мікропроцесором і основною пам'яттю;
- Між мікропроцесором і портами введення-виведення зовнішніх пристроїв;
- Між основною пам'яттю і портами введення-виведення зовнішніх пристроїв (в режимі прямого доступу до пам'яті).
Всі блоки, а точніше їх порти введення-виведення, через відповідні уніфіковані роз'єми (стики) підключаються до шини одноманітно: безпосередньо або через контролери (адаптери). Управління системною шиною здійснюється мікропроцесором або безпосередньо, або, що частіше, через додаткову мікросхему контролер шини, яка формує основні сигнали управління. Обмін інформацією між зовнішніми пристроями та системною шиною виконується з використанням ASCII-кодів.
Основна пам'ять (ОП) призначена для зберігання і оперативного обміну інформацією з іншими блоками машини. ОП містить два види запам'ятовуючих пристроїв: постійний запам'ятовуючий пристрій (ПЗУ) і оперативний пристрій (ОЗУ).
ПЗУ (ROM - Read Only Memory) призначене для зберігання незмінної (постійної) програмної та довідкової інформації; дозволяє оперативно тільки зчитувати інформацію, що зберігається в ньому (змінити інформацію в ПЗУ можна).
ОЗУ (RAM - Random Access Memory) призначений для оперативного запису, зберігання і зчитування інформації (програм і даних), безпосередньо бере участь в інформаційно-обчислювальному процесі, що виконується ПК в поточний період часу.
Головними перевагами оперативної пам'яті є її висока швидкодія і можливість звертання до кожної комірки пам'яті окремо (прямий адресний доступ до осередку). Як недолік оперативної пам'яті слід зазначити неможливість збереження інформації в ній після вимикання харчування машини (енергозалежність).
Крім основної пам'яті на системній платі ПК є і незалежна пам'ять CMOS RAM (Complementary Metall-Oxide Semiconductor RAM), постійно харчується від свого акумулятора; в ній зберігається інформація про апаратної конфігурації ПК (про всю апаратурі, наявної в комп'ютері), яка перевіряється при кожному включенні системи.
Зовнішня пам'ять відноситься до зовнішніх пристроїв ПК і використовується для довготривалого зберігання будь-якої інформації, яка може коли-небудь знадобитися для вирішення завдань. Зокрема, у зовнішній пам'яті зберігається все програмне забезпечення комп'ютера. Зовнішня пам'ять містить різно-образні види запам'ятовуючих пристроїв, але найбільш поширеними з них, які є практично на будь-якому комп'ютері, є показання на структурній схемі накопичувачі на жорстких (НЖМД) і гнучких (НГМД) магнітних дисках.
Призначення цих накопичувачів: зберігання великих обсягів інформації, запис і видача інформації, що зберігається за запитом в оперативний пристрій. Розрізняються НЖМД і НГМД лише конструктивно, обсягами інформації, що зберігається і часом пошуку, запису та зчитування інформації.
Як пристрої зовнішньої пам'яті часто використовуються також накопичувачі на оптичних дисках (CD-ROM - Compact Disk Read Only Memory) і рідше - пристрої, що запам'ятовують на касетної магнітній стрічці (стримери).
Джерело живлення - блок, що містить системи автономного та мережевого енергоживлення ПК.
Таймер - Внутримашинное електронний годинник реального часу, щоб забезпечити, при необхідності, автоматичний з'їм поточного моменту часу (рік, місяць, години, хвилини, секунди і долі секунд). Таймер підключається до автономного джерела живлення - акумулятора і при відключенні машини від мережі продовжує працювати.
До системної шини і до МП ПК поряд з типовими зовнішніми уст-ройствамі можуть бути підключені і деякі додаткові інтег-ральних мікросхеми, що розширюють і поліпшують функціональні можливості мікропроцесора: математичний співпроцесор, контролер прямого доступу до пам'яті, співпроцесор введення-виведення, контролер переривань та ін .
Математичний співпроцесор широко використовується для прискореного виконання операцій над двійковими числами з фіксованою і плаваючою комою, над двійковій-кодованими десятковими числами, для обчислення деяких трансцендентних, в тому числі тригонометричних функцій. Мате-тичних співпроцесор має свою систему команд і працює паралельно (сумісно в часі) з основним МП, але під керуванням останнього. Прискорення операцій відбувається в десятки разів. Останні моделі МП, починаючи з МП 80486 DX, включають співпроцесор в свою структуру.
Контролер прямого доступу до пам'яті звільняє МП від прямого управління накопичувачами на магнітних дисках, що істотно підвищує ефективну швидкодію ПК. Без цього контролера обмін даними між ВЗП і ОЗУ здійснюється через регістр МП за два кроки, а при його наявності за один крок - дані безпосередньо передаються між ВЗП і ОЗУ, минаючи МП.
Співпроцесор введення-виведення - за рахунок паралельної роботи з МП істотно прискорює виконання процедур введення-виведення при обслуговуванні декількох зовнішніх пристроїв (дисплея, принтера, НМД, НГМД та ін.); звільняє МП від обробки процедур введення-виведення, в тому числі реалізує і режим прямого доступу до пам'яті.
Найважливішу роль відіграє в ПК контролер переривань.
Переривання - тимчасовий На утриманні виконання однієї програми з метою оперативного виконання іншої, в даний момент більш важливою (пріоритетної) програми.
Переривання виникають при роботі комп'ютера постійно, досить сказати, що всі процедури введення-виведення інформації виконуються по перериваннях, наприклад, переривання від таймера виникають і обслуговуються контролером переривань 18 разів в секунду (природно, користувач їх не помічає).
Переривання діляться на:
- переривання від базової системи введення-виведення або переривання нижнього рівня;
- переривання від операційної системи або переривання верхнього рівня.
Контролер переривань обслуговує процедури переривання, приймає запит на переривання від зовнішніх пристроїв, визначає рівень пріоритету цього запиту і видає сигнал переривання в МП. МП, отримавши цей сигнал, припиняє виконання поточної програми і переходить до виконання спеціальної програми обслуговування того переривання, яке запросило зовнішній пристрій. Після завершення програми обслуговування відновлюється виконання перерваної програми. Контролер переривань є програмованим.
Елементи конструкції ПК. Конструктивно ПК виконані у вигляді центрального системного блоку, до якого через роз'єми - стики підключаються зовнішні пристрої: додаткові блоки пам'яті, клавіатура, дисплей, принтер і ін.
Системний блок зазвичай включає в себе системну плату, блок живлення, накопичувачі на дисках, роз'єми для додаткових пристроїв і плати розширення з контролерами - адаптерами зовнішніх пристроїв.
На системній платі (часто її називають материнською платою - motherboard), в свою чергу, розміщуються: мікропроцесор; математичний співпроцесор; тактовий генератор; модулі (мікросхеми) ОЗУ і ПЗУ; мікросхема CMOS-пам'яті; адаптери клавіатури, НМД і НГМД; контролер переривань; таймер і ін.
Всі вони приєднуються до материнської плати за допомогою роз'ємів (слотів).
2.2.1.1. Функціональні характеристики персонального комп'ютера
МЯСКІН?