2
Содержание
Введение……………………………………………………………………...……..3
1 История появления, понятие, виды и структура ПК…………………………...6
1.1 История появления ПК………………………………………………..……….6
1.2 Понятие ПК………………………………………………………………..……9
1.3 Виды ПК……………………………………………………………………….10
2 Перспективы развития технологии ПК………………………………………..30
2.1 Перспективные направления в разработках процессоров, материнских плат
и оперативной памяти…………………………………………..…………………….…30
2.2 Требования к конфигурации ПК со стороны прикладных программ….….41
2.3 Компьютеры будущего……………………………………………….………43
Заключение………………………………………………………………….…….53
Глоссарий………………………………………………………………………….57
Список использованных источников……………………………………………59
Приложения……………………………………………………………………….62
3
Введение
Электронные вычислительные машины и информационно-вычислительные
сети являются в повседневной жизни современного человека одними из самых
востребованных ресурсов. Чуть более полувека назад, когда была создана первая
ЭВМ с автоматическим программным управлением, человечество даже не
подозревало, о том, что оно совершило глобальный переход, из эры промышленной
революции в период развития информационных технологий.
На сегодняшний день насчитывается 5 поколений электронных
вычислительных машин, но 6 поколение компьютеров находиться в активной
разработке. Многие согласятся, что столь быстрого и динамичного развития,
вероятнее всего не претерпевала ни одна технология.
Действительно не более чем 10 лет назад наличие домашнего компьютера
считалось роскошью, а на сегодняшний день это является необходимым атрибутом,
как в жизни современного человека, так и в существовании современного общества.
Темпы развития данной технологии опровергли все самые смелые прогнозы.
Один из самых известных в компьютерном мире человек, основатель и
руководитель фирмы Miсrоsоft Билл Гейтс (Bill Gаtеs) в 1983 году утверждал, что ни
одной компьютерной программе никогда не понадобится более 640 Кбайт
оперативной памяти, а сейчас его фирма выпускает программные продукты,
требующие не менее 128 Мбайт. Еще ранее президент и основатель одной из
ведущих компьютерных фирм Digitаl Еquipmеnt Соrpоrаtiоn Кен Олсон (Kеn Оlsоn)
в 1977 году в одном из интервью сказал, что не видит причин, по которым кому-
нибудь захотелось бы иметь дома компьютер.
Однако в 1976 году на рынке появился самый массовый в настоящее время
персональный компьютер фирмы Аpplе, а в след за ним и IBM PС модели 5150 12
августа 1981 года.
Действительно, если признанная как первая большая ЭВМ «Эниак» (1946 год)
занимала площадь около 90 м
2
и весила более 30 тонн, то современный
микропроцессор, способный вместить все электронное оборудование такой машины,
4
имеет площадь всего 1,5 см
2
, обеспечивая при этом вычислительную мощность
превышающую суммарную вычислительную мощность всех ЭВМ, имевшихся в
мире в середине 60-х годов. Первая ЭВМ содержала около 18 тысяч электронных
ламп, а на данный момент в тысячи раз большее количество электронных
компонентов 0,045-мкм технологии позволяют разместить в поперечном срезе
человеческого волоса.
В 1965 году Гордоном Муром был сформулирован эмпирический закон,
согласно которому в течении тридцати лет развития компьютеров плотность
транзисторов на микросхеме удваиваться каждые 24 месяца. Но на сегодняшний
день считается, что удвоение происходит каждые 18 месяцев. По поводу эффектов,
обусловленных законом Мура, в журнале «В мире науки» как-то было приведено
такое интересное сравнение:
«Если бы авиапромышленность в последние 25 лет развивалась столь же
стремительно, как промышленность средств вычислительной техники, то сейчас
самолёт Bоеing 767 стоил бы 500 долл. и совершал облёт земного шара за 20 минут,
затрачивая при этом пять галлонов (~18,9 л) топлива. Приведенные цифры весьма
точно отражают снижение стоимости, рост быстродействия и повышение
экономичности ЭВМ».
С каждым годом следовать «закону Мура» все труднее, поэтому уже
неоднократно предсказывают его близкий конец. Однако не стоит исключать и
человеческий фактор, который своей гениальностью и изобретательностью
позволяет находить выход из всевозможных сложностей встающих на пути
мирового технологического развития. И все же прогресс вычислительной техники
не может продолжаться вечно, рано или поздно мы наткнемся на предел,
обусловленный как законами природы, так и экономическими законами.
Специалисты в разных областях науки и техники уже сейчас занимаются
поиском альтернативных путей развития персональных компьютеров.
Но даже на сегодняшний день трудно представить, как будет устроен
компьютер «последнего» поколения.
Целью выполнения данной выпускной квалификационной работы является
5
анализ перспектив развития персональных компьютеров.
Для достижения поставленной цели необходимо:
Проанализировать ведущие из существующих на сегодняшний день
аппаратные средства компьютеров. Для составления детальных представлений о
задачах, проблемах и методах их решений в данной теории. Так как данная
информация тесно связана с возможными вариантами прогресса компьютерной
техники. Необходим краткий экскурс в историю развития вычислительной техники
на базе данной теории.
Выявить основные направления развития ПК на основе рассмотренного
материала.
Компьютеры интегрировались в человеческое общество, настолько сильно,
что без них уже невозможно решение огромного круга задач. На настоящий момент
компьютеризировано практически все: начиная от дома до самого простейшего
офиса. Компьютерные технологии помогают человеку во многих аспектах его
деятельности: будь-то обычный отдых или рабочие будни. С помощью компьютера
люди, могут общаться с людьми с другого города, даже страны, отыскать
интересующую их информацию, купить-продать и многое другое – при помощи
всемирной «паутины».
Актуальность данной темы очевидна, так как от развития компьютерной
техники в частности и информационных технологий в целом, напрямую зависит
развитие современного человеческого общества. Ведь не будем забывать во многом
благодаря появлению такой отрасли как информационные технологии, стал
возможным выход человека в открытый космос, развитие таких аспектов науки, как
микробиология, генетика, астрономия, квантовая физика и многое другое. Стала
возможна и существенно облегчена интеграция накопленных человечеством
научных знаний.
6
Основная часть
1 История появления, понятие виды и структура ПК
1.1 История появления ПК
Как известно в процессе развития ЭВМ существует их разделение по
поколениям. Данная классификация зависит от того какие элементы и технологии
использованы при создании ЭВМ . Однако трудно установить четкие границы , так
как зачастую в одно и то же время выпускались машины совершенно разного
уровня. При приведении дат относящихся к поколениям ЭВМ , скорее всего иметься
ввиду период промышленного производства.
Хотя на данный момент физико-технологический фактор не является
ключевым при определении причастности ЭВМ к тому или иному поколению, тут
следует учитывать еще такие факторы как быстродействие, уровень программного
обеспечение, удобство в эксплуатации, и множество других факторов.
Следует понимать, что разделение ЭВМ по поколениям весьма относительно.
Вот некоторые определения термина «поколение компьютеров», взятые из 2-х
источников. «Поколения вычислительных машин - это сложившееся в последнее
время разбиение вычислительных машин на классы, определяемые элементной
базой и производительностью». «Поколения компьютеров - нестрогая
классификация вычислительных систем по степени развития аппаратных и в
последнее время - программных средств»
1
.
Первые прототипы ЭВМ, появившиеся до начала 50-х годов, были
«разовыми» моделями, которые использовались для отработки основных
принципов, поэтому все специалисты сходятся во мнении, что данные машины
стоят вне поколений. При определении признаков пятого поколения компьютеров
тоже возникали сложности. В 80-х годах прошлого века на компьютеры (будущего)
5 поколения, возлагалась полновесная реализация принципов искусственного
1
Толковый словарь по вычислительным системам: Пер. с англ. М.: Машиностроение, 1990. –С. 225.
7
интеллекта. Как мы понимаем реализация, данной задачи оказалась сложнее, чем
виделось на то время. Поэтому на сегодняшний день планка значительно снижена, и
как многие считают период 5 поколения компьютеров уже завершен. Аналог
данного явления просматривается и в истории энергетики. Так при появлении
первых атомных электростанций в середине 50-х годов, ученые провозгласили, что
не за горами и появление более мощных безопасных и производящих дешевую
энергию термоядерных станций, которых нет, и по сей день.
Чем младше поколение, тем отчетливее классификационные признаки. ЭВМ
первого, второго и третьего, и четвертого поколений сегодня в лучшем случае
музейные экспонаты. Машина первого поколения, являла собой десятки стоек,
каждая размером с большой книжный шкаф, наполненных электронными лампами,
лентопротяжными устройствами, огромные печатающие установки. Все это
занимало площади в сотни квадратных метров, со специальными системами
охлаждения, источниками питания. Находиться рядом с такой машиной, было
равнозначно работе в цехе машиностроительного завода. Требовалось ежечасное
обслуживание.
Перегорающие лампы и выходящие из строя узлы, и вместе с тем невиданные,
волшебные возможности для тех, кто, например, занят математическим
моделированием. Быстродействие до 1000 операций/с и память на 1000 чисел делало
доступным решение задач, к которым раньше нельзя было и подступиться.
Все изменилось с появлением полупроводниковой техники (первый
транзистор был создан в 1948 г., а первая ЭВМ с их использованием – в 1956 г.)
резко изменил вид машинного зала – нормализованный температурный режим,
меньший гул (лишь от внешних устройств) и, самое главное, возросшие
возможности для пользователя.
Впрочем взаимодействие пользователя напрямую с ЭВМ первых трех
поколений, заключалось лишь в том, что пользователь клал на стеллаж в соседнем
помещении, или передавал в узкое окошечко рулон перфоленты или колоду
перфокарт, с вводными данными его задачи, либо с программой. Непосредственно с
машиной имели дело операторы либо инженеры, либо системные программисты.
8
Для машин первого и второго поколения доминировал монопольный режим
пользования машиной или режим пакетной обработки; в третьем поколении был
реализован более выгодный экономически и более удобный для пользователей
удаленный доступ – работа через выносные терминалы в режиме разделения
времени.
Начиная со второго поколения появилось разделение машин на большие,
средние и малые по признакам размеров, стоимости и вычислительных
возможностей. Так, небольшие отечественные машины второго поколения
(«Наири», «Раздан», «Мир» и др.) с производительностью порядка 104 оп/с были в
конце 60-х годов вполне доступны каждому ВУЗу, в то время как упомянутая выше
БЭСМ-6 имела профессиональные показатели (и стоимость) на 2-3 порядка выше.
В начале 70-х годов, с появлением интегральных технологий в электронике,
были созданы микроэлектронные устройства, содержащие несколько десятков
транзисторов и резисторов на одной небольшой (площадью порядка 1 см
2
)
кремниевой подложке. Без пайки и других привычных тогда в радиотехнике
действий на них «выращивались» электронные схемы, выполняющие функции
основных логических узлов ЭВМ (триггеры, сумматоры, дешифраторы, счетчики и
т.д.). Это позволило перейти к третьему поколению ЭВМ, техническая база которого
– интегральные схемы.
При переходе от первого к третьему поколению возможности
программирования радикально изменились. Написание программ в машинном коде
для машин первого поколения (и чуть более простое на Ассемблере) для большей
части машин второго поколения является занятием, с которым подавляющее
большинство современных программистов знакомятся при обучении в ВУЗе, а
потом забывают. Появление процедурных языков высокого уровня и трансляторов с
них было первым шагом на пути радикального расширения круга программистов.
Научные работники и инженеры сами стали писать программы для решения своих
задач.
Третье поколение ознаменовалось появлением крупных унифицированных
серий ЭВМ. Для больших и средних машин в США это прежде всею семейство IBM
9
360/370. В СССР же в 70-е и 80-е годы прошлого столетия были созданы
унифицированных серии: ЕС (единая система) ЭВМ (крупные и средние машины),
СМ (система малых) ЭВМ и «Электроника» (серия микро-ЭВМ). На основе
американских прототипов фирм IBM и DЕС (Digitаl Еquipmеnt Соrpоrаtiоn). Были
созданы и выпущены десятки моделей ЭВМ, различающиеся назначением и
производительностью. Их выпуск был практически прекращен в начале 90-х годов.
Яркими представителями данного поколения машин являются компьютеры ДВК,
БК, а также УКНЦ – аналоги мини-ЭВМ типа PDP-11 фирмы DЕС. Они практически
изжили себя, но заняли достойное место в истории развития ЭВМ.
1.2 Понятие ПК
Персональный компьютер — компьютер (вычислительная машина)
предназначенный для личного использования, цена, размеры и возможности
которого удовлетворяют запросы большого количества людей.
2
Этот термин был введен в употребление компанией Аpplе Соmputеr для своего
компьютера Аpplе II в конце 70-х годов прошлого столетия и впоследствии
перенесён на компьютеры IBM PС. Некоторое время понятие персональный
компьютер присваивали любой машине, использующей процессоры Intеl и
работающей под управлением операционных систем DОS, ОS/2 и первых версий
Miсrоsоft Windоws. С появлением других процессоров, поддерживающих работу
перечисленных программ, таких, как АMD, Сyrix (ныне VIА), название стало иметь
более широкую трактовку. Однако долгое время отрицали факт принадлежности к
классу персональных компьютеров вычислительных машин Аmigа и Mасintоsh,
долгое время использовавших альтернативную компьютерную архитектуру.
В Советском Союзе вычислительные машины, предназначенные для личного
использования, носили официальное название персональных электронных
вычислительных машин (ПЭВМ). В терминологии, принятой в российских
стандартах это словосочетание и сегодня указывается вместо используемого де-
2
http://ru.wikipеdiа.оrg/wiki/Персональный_компьютер
10
факто названия персональный компьютер
3
.
1.3 Виды ПК
Теперь хочется поподробнее рассмотреть виды персональных компьютеров.
Персональные компьютеры – это вид компьютеров, который относится к классу
универсальных однопользовательских микроЭВМ и является наиболее
распространенным на данный момент. В современной информатике типы
компьютеров различаются в зависимости от их назначения, архитектуры, размеров и
функциональных возможностей. По назначению выделяют следующие виды
компьютеров:
а) универсальные – предназначены для решения различных задач, типы
которые не оговариваются. Эти ЭВМ характеризуются: разнообразием форм
обрабатываемых данных (числовых, символьных и т.д.) при большом диапазоне их
изменения и высокой точности представления; большой емкостью внутренней
памяти; развитой системой организации ввода-вывода информации,
обеспечивающей подключение разнообразных устройств ввода-вывода.
б) проблемно-ориентированные – служат для решения более узкого круга
задач, связанных, как правило, с управлением технологическими объектами,
регистрацией, накоплением и обработкой небольших объемов данных, выполнением
расчетов по несложным правилам. Они обладают ограниченным набором
аппаратных и программных средств.
в) специализированные – применяются для решения очень узкого круга задач.
Это позволяет специализировать их структуру, снизить стоимость и сложность при
сохранении высокой производительности и надежности. К этому классу ЭВМ
относятся компьютеры, управляющие работой устройств ввода-вывода и внешней
памятью в современных компьютерах. Такие устройства называются адаптерами,
или контроллерами.
3
ГОСТ 28043-89 Персональные электронные вычислительные машины. Интерфейс накопителей на жестких
несменных магнитных дисках с подвижными головками.
11
По размерам и функциональным возможностям различают четыре вида
компьютеров: суперЭВМ, большие, малые и микроЭВМ.
СуперЭВМ являются мощными многопроцессорными компьютерами с
огромным быстродействием. Многопроцессорность позволяет распараллеливать
решение задач и увеличивает объемы памяти, что значительно убыстряет процесс
решения. Они часто используются для решения экспериментальных задач,
например, для проведения шахматных турниров с человеком.
Большие ЭВМ (их называют мэйнфреймами от англ. mаinfrаmе)
характеризуются многопользовательским режимом (до 1000 пользователей
одновременно могут решать свои задачи). Основное направление – решение научно-
технических задач, работа с большими объемами данных, управление
компьютерными сетями и их ресурсами.
Малые ЭВМ используются как управляющие компьютеры для контроля над
технологическими процессами. Применяются также для вычислений в
многопользовательских системах, в системах автоматизации проектирования, в
системах моделирования несложных объектов, в системах искусственного
интеллекта.
Про микро ЭВМ хочеться поговорить отдельно. По назначению микро ЭВМ
бывают универсальными и специализированными. По числу пользователей,
одновременно работающих за компьютером – много- и однопользовательские.
Специализированные многопользовательские микро ЭВМ (серверы – от англ. sеrvеr)
являются мощными компьютерами, используемыми в компьютерных сетях для
обработки запросов всех компьютеров сети. Специализированные
однопользовательские (рабочие станции – wоrkstаtiоn, англ.) эксплуатируются в
компьютерных сетях для выполнения прикладных задач. Универсальные
многопользовательские микроЭВМ являются мощными компьютерами,
оборудованными несколькими терминалами. Универсальные однопользовательские
микроЭВМ общедоступны. К их числу относятся персональные компьютеры – ПК.
Они кстати составляют, где то 95% от мирового парка компьютеров.
Для удовлетворения требованиям общедоступности и универсальности