Архитектура моделей ПЭВМ

Оглавление

Глава 1. История развития компьютеров

Глава 2. Персональные ЭВМ

Глава 3. Структурная схема ПЭВМ

Глава 4. Архитектура моделей ПЭВМ

Рынок рабочих станций и ПК

Структура продаж процессоров по моделям

Алфавитный указатель

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Реферат

«Архитектура персонального компьютера

(от фон Неймановской до современной)»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Оглавление

 

 

глава I. История развития компьютеров

 

§ 1. Аналитическая машина Бэббиджа.

Еще в первой половине XIX в. английский математик Чарльз Бэббидж попытался построить универсальное вычислительное устройство, то есть компьютер (Бэббидж называл его Аналитической машиной). Именно Бэббидж впервые додумался до того, что компьютер должен содержать память и управляться с помощью программы. Бэббидж хотел построить свой компьютер как механическое устройство, а программы собирался задавать посредством перфокарт – карт из плотной бумаги с информацией, наносимой с помощью отверстий. Однако довести до конца эту работу Бэббидж не смог – она оказалась слишком сложной для техники того времени.

 

§ 2. Первые компьютеры.

В 40-х годах XX в. сразу несколько групп исследователей повторили попытку Бэббиджа на основе техники XX в. – электромеханических реле. В США в 1943 г. на одном из предприятий фирмы IBM американец Говард Эйкен создал более мощный компьютер под названием «Марк-1». Он уже позволял проводить вычисления в сотни раз быстрее, чем вручную (с помощью арифмометра), и реально использовался для военных расчетов.

Однако электромеханические реле работают весьма медленно и недостаточно надежно. Поэтому, начиная с 1943 г. в США группа специалистов под руководством Джона Мочли и Преспера Экерта начала конструировать компьютер ENIAC на основе электронных ламп. Созданный ими компьютер работал в тысячу раз быстрее, чем Марк-1. Однако обнаружилось, что большую часть времени этот компьютер простаивал – ведь для задания метода расчетов (программы) в этом компьютере приходилось в течение нескольких часов или даже дней подсоединять нужным образом провода. А сам расчет после этого мог занять всего лишь несколько минут или даже секунд.

§ 3. Компьютеры с хранимой в памяти программой.

Чтобы упростить и убыстрить процесс задания программ, Мочли и Экерт стали конструировать новый компьютер, который мог бы хранить программу в своей памяти. В 1945 г. к работе был привлечен знаменитый математик Джон фон Нейман, который подготовил доклад об этом компьютере. Доклад был разослан многим ученым и получил широкую известность, поскольку в нем фон Нейман ясно и просто сформулировал общие принципы функционирования компьютеров, т.е. универсальных вычислительных устройств. Первый компьютер, в котором были воплощены принципы фон Неймана, был построен в 1949 г. английским исследователем Морисом Уилксом.

В соответствии с указанными принципами в состав ЭВМ должны входить: арифметическое логическое устройство (АЛУ), выполняющее арифметические и логические операции; устройство управления, предназначенное для организации выполнения программ; запоминающее устройство (ЗУ); внешние устройства для ввода-вывода данных.

 

§ 4. Развитие элементной базы компьютеров.

В 40-х и 50-х годах компьютеры создавались на основе электронных ламп. Поэтому компьютеры были очень большими, дорогими и ненадежными. Но в 1948 г. были изобретены транзисторы – миниатюрные и недорогие электронные приборы, которые смогли заменить электронные лампы. Это привело к уменьшению размеров компьютеров в сотни раз и повышению их надежности. Первые компьютеры на основе транзисторов появились в конце 50-х годов, а к середине 60-х годов были созданы и значительно более компактные внешние устройства для компьютеров, что позволило фирме Digital Equipment выпустить в 1965 г. первый мини-компьютер PDP-8 размером с холодильник и стоимостью всего 20 тыс. дол. (компьютеры 40-х и 50-х годов обычно стоили миллионы дол.).

После появления транзисторов наиболее трудоемкой операцией при производстве компьютеров было соединение и спайка транзисторов для создания электронных схем. Но в 1959 г. Роберт Нойс (будущий основатель фирмы Intel) изобрел способ, позволяющий создавать на одной пластине кремния транзисторы и все необходимые соединения между ними. Полученные электронные схемы стали называться интегральными схемами или чипами. В 1968 г. фирма Burroughs выпустила первый компьютер на интегральных схемах, а в 1970 г. фирма Intel начала продавать интегральные схемы памяти.

 

§ 5. Микропроцессоры.  В 1970 году был сделан еще один важный шаг на пути к персональному компьютеру – Маршиан Эдвард Хофф из фирмы Intel сконструировал интегральную схему, аналогичную по своим функциям центральному процессору большого компьютера. Так появился первый микропроцессор Intel-4004, который был выпущен в продажу в 1971 г. Это был настоящий прорыв, ибо микропроцессор Intel-4004 размером менее 3 см бы производительнее гигантской машины ENIAC. Он мог обрабатывать только 4 бита информации. Но в 1973 г. фирма Intel выпустила 8-битовый микропроцессор Intel-8008, а в 1974 г. – его усовершенствованную версию Intel-8080. 

Глава II. Персональные ЭВМ

 

§ 1. Появление персональных компьютеров.

Вначале микропроцессоры использовались в различных специализированных устройствах, например, в калькуляторах. Но в 1974 г. несколько фирм объявили о создании на основе микропроцессора Intel-8008 персонального компьютера, т.е. устройства, выполняющего те же функции, что и большой компьютер, но рассчитанного на одного пользователя. В начале 1975 г. появился первый коммерчески распространяемый персональный компьютер Альтаир-8800. В конце 1975 г. Пол Аллен и Билл Гейтс (будущие основатели фирмы Microsoft) создали для компьютера «Альтаир» интерпретатор языка Basic, что позволило пользователям достаточно просто общаться с компьютером и легко писать для него программы.

Успех Альтаир-8800 заставил многие фирмы также заняться производством персональных компьютеров. Персональные компьютеры стали продаваться уже в полной комплектации, с клавиатурой и монитором.

В августе 1981 г. новый компьютер под названием IBM PC (читается-Ай-Би-Эм Пи-Си) был официально представлен публике и вскоре после этого он приобрел большую популярность у пользователей.

 

§ 2. Общие сведения о персональных ЭВМ

Персональные ЭВМ (ПЭВМ) – это класс ЭВМ, обеспечивающих такой режим взаимодействия «один на один» пользователя с машиной, при котором в распоряжении пользователя предоставляются все вычислительные и другие возможности компьютера.

ПЭВМ характеризуют следующие признаки:

• развитый машинный интерфейс;
• разнообразие программных средств для различных областей применения;
• малые габаритные размеры и масса;
• большая емкость внешней памяти на малогабаритных дисках типа «Винчестер» и гибких дисках;
• низкая стоимость;
• привлекательность внешней конструкции.

 

 

§ 3. Классификация ПЭВМ

1. Бытовые ПЭВМ.
2. Персональные ЭВМ общего назначения.
3. Профессиональные ПЭВМ.
4. По конструктивному исполнению:
• LAPTOP-компьютер;
• NOTEBOOK (компьютеры-блокноты);
• ПЭВМ  HANDHELD.

 

глава III. структурная схема ПЭВМ

 

§ 1. Системный блок.

Являясь главным в ПЭВМ, этот блок включает в свой состав центральный микропроцессор, сопроцессор, модули оперативной и постоянной памяти, контролеры, накопители на магнитных дисках и другие функциональные модели. Набор модулей определяется типом ПЭВМ. Пользователи по своему желанию могут изменять конфигурацию ПЭВМ, подключая дополнительные периферийные устройства.

 

§ 2. Структура и функционирование микропроцессора.

Основой ПЭВМ является микропроцессор (МП). 

Микропроцессор – это небольшое устройство (интегральная микросхема), которое выполняет поступающие на его вход команды и управляет работой машины. МП отличаются один от другого моделью, тактовой частотой и разрядностью. В свою очередь микропроцессоры одной модели могут иметь различную тактовую частоту.

Разрядность – это количество битов, воспринимаемое микропроцессором как единое целое (4, 8, 16, 32, 64 – целая степень числа 2). От разрядности зависят производительность и максимальный объем внутренней памяти, с которым может работать машина.

Тактовая частота, измеремая в мегагерцах (МГц), в значительной степени влиет на производительность компьютера.

Вся история IBM PC свзана с микропрцессорами фирмы Intel.

 

Модели микропроцессоров фирмы Intel:

 

№ пп	Модели МП	Тактовая частота
	8086, 8088	от 4,7 до 10 МГц
	80286	от 6 до 12 МГц
	80386	от 16 до 33 МГц
	80486	от 20 до 66 МГц
	Pentium	от 60 до 200 МГц
	Pentium Pro (Р6)	133,150,166,180 и 200 МГц
	Pentium II	233,266,300,333,350,400 и 450 МГц
	Pentium III	500,550 и 600 МГц
	Pentium IV	1,3 – 1,5 ГГц

 

 

Структурная схема ПЭВМ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

АЛУ – арифметико-логическое устройство;

УУ – устройство управления;

ПП – постоянная память;

ОП – оперативная память;

ВУ – внешнее устройство;

НГМД – накопитель на гибких магнитных дисках;

НЖМД – накопитель на жестких магнитных дисках.

 

 

Глава IV. Архитектура моделей ПЭВМ

 

§ 1. Понятие архитектуры ПЭВМ.

По отношению к ЭВМ – общий принцип построения и организации работы, включая определение функционального состава основных узлов и блоков, а также структуры управляющих и информационных связей между ними, обеспечивающих реализацию заданных целей и характеристик.

Открытая архитектура – архитектура, допускающая сборку, усовершенствование и ремонт ЭВМ по ее составным элементам – модулям. Указанный принцип построения широко используется в конструкции ПЭВМ. В частности, при производстве IBM – совместимых (или Intel-совместимых) ПК.

 

§ 2. Поколения ЭВМ.

Каждое поколение ЭВМ отличается от других архитектурой, элементной базой, степенью развитости программных средств, производительностью и другим показателям. В настоящее время различают пять поколений ЭВМ:

 

ЭВМ первого поколения	Использовали ламповую элементную базу, обладали малым быстродействием и объемом памяти, имели неразвитые операционные системы, программирование выполнялось на языках программирования низкого уровня.	(конец 40-х – 50-е гг.)
ЭВМ второго поколения	Использовали полупроводниковую элементную базу, изменяемый состав внешних устройств, языки программирования высокого уровня и принцип библиотечных программ.	(конец 50-х, 60-е и начало 70-х гг.)
ЭВМ третьего поколения	Использовали в качестве элементной базы интегральные схемы (ИС), имели развитую конфигурацию внешних устройств и стандартизированные средства сопряжения, обладали большим быстродействием и объемами основной и внешней памяти. Развитая операционная система обеспечивала работу в мультипрограммном (т.е. с использованием многих программ) режиме.	(70-е – начало 80-х гг.)
ЭВМ четвертого поколения	Используют большие и сверхбольшие интегральные схемы (БИС и СБИС), виртуальную память, многопроцессорный с параллельным выполнением операций принцип построения, развитые средства диалога.	(середина 80-х гг. по настоящее  время)
ЭВМ пятого поколения	Характеризуются наряду с использованием более мощных СБИС применением принципа «управления потоками данных» (в отличие от принципа Джона фон Неймана «управления потоками команд»), новыми решениями в архитектуре вычислительной системы и использованием принципов искусственного интеллекта. С ЭВМ пятого поколения связывают наряду с другими особенностями возможность ввода данных и команд голосом.	Начало разработки ЭВМ пятого поколения можно отнести ко второй половине 80-х гг., внедрения первых образцов – к половине 90-х гг.