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
12
применения должны обладать следующими качествами:
-малая стоимость ПК, находящаяся в пределах доступности для
индивидуального покупателя;
-автономность эксплуатации без специальных требований к условиям
окружающей среды;
-гибкость архитектуры, обеспечивающая ее адаптируемость к разнообразным
применениям в сфере управления, науки, образования, в быту;
-дружественность операционной системы и прочего программного
обеспечения, обусловливающая возможность работы с ней пользователя без
специальной профессиональной подготовки;
-высокая надежность работы (более 5000 часов наработки на отказ).
Самым популярным в России представителем ПК является компьютер класса
IBM PС (IntеrnаtiоnаlBusinеssMасhinеs – PеrsоnаlСоmputеr).
По конструктивным особенностям ПК делятся на стационарные (настольные –
тип DеskTоp) и переносные. В свою очередь переносные ПК встречаются различных
типов, например, ноутбуки, органайзеры, карманные и т.д.
Классификация ПК по конструктивным особенностям показана на рисунке 1.
ПЕРСОНАЛЬНЫЕ
ЭВМ
Стационарны
е (настольные)
Переносные
Портат
ивные ПК
ПК -
блокноты
Карма
нные ПК
Электр
онные
секретари
Электро
нные
записные
книжки
13
Рисунок 1 - Классификация ПК по конструктивным особенностям
Структурная схема персонального компьютера представлена на рисунке1 (см.
приложение А).
Остановимся на наиболее ярких представителя класса переносных ПК.
1. Ноутбук – компактные компьютеры, содержащие все необходимые
компоненты (в том числе монитор) в одном небольшом корпусе, как правило,
складывающемся в виде книжки (рис. 1.2). Приспособлены для работы в дороге, на
небольшом свободном пространстве. Для достижения малых размеров в них
применяются специальные технологии: специально разработанные
специализированные микросхемы (АSIС), ОЗУ и жесткие диски уменьшенных
габаритов, компактная клавиатура, не содержащая цифрового поля, внешние блоки
питания, минимум гнезд расширения.
Как правило, ноутбуки содержат развитые средства подключения к
проводным и беспроводным сетям, встроенное мультимедийное оборудование
(динамики, часто микрофон и веб-камеру). Раньше считалось что вычислительная
мощность обычно раза в два уступает настольным ПК при сравнимой цене, однако,
на сегодняшний день это уже далеко не так. Очень компактные модели не содержат
СD/DVD-накопителя.
Посредством специальных доков ноутбуки могут превращаться в настольные
ПК: вставляя ноутбук в такой док, пользователь подключает к вычислительным
устройствам ноутбука внешний большой экран, полноразмерную клавиатуру, мышь,
динамики и порты подключения.
Рисунок 2 - Ноутбук
14
2. Планшетный персональный компьютер. Аналогичны ноутбукам, но
содержат чувствительный к нажатию экран и не содержат механической клавиатуры
(рисунок 3).
Ввод текста и управление осуществляются через экранный интерфейс,
доработанный специально для удобного управления пальцами. Некоторые модели
могут распознавать рукописный текст, написанный на экране. Чаще всего корпус в
планшетных персональных компьютерах не раскрывается, как у ноутбуков, а экран
расположен на внешней стороне верхней поверхности. Бывают и комбинированные
модели, у которых корпус может поворачиваться на оси и раскрываться,
предоставляя доступ к расположенной внутри клавиатуре.
Вычислительная мощь уступает настольным ПК, так как для длительной
работы без внешнего источника питания приходится использовать
энергосберегающие процессоры, накопители и экран.
Рисунок 3 - Планшетный персональный компьютер
3. Карманные персональные компьютеры (далее – КПК) – сверхпортативные
устройства, умещающиеся в кармане (рисунок 4). Управление ими, как правило,
происходит с помощью небольшого по размерам и разрешению экрана,
чувствительного к нажатию пальца или специального пера (стилуса), а клавиатура и
мышь отсутствуют. Некоторые модели, впрочем, содержат миниатюрную
фиксированную или выдвигающуюся из корпуса клавиатуру.
Разрешение экрана невелико, как правило, 320х400 (экран может
использоваться и боком, тогда разрешение становится 400х320), в некоторых
моделях – 640х480 (т. н. VGА-разрешение).
15
В таких устройствах используются сверхэкономичные процессоры и флэш-
накопители небольшого объёма, поэтому их вычислительная мощь несопоставима с
настольными ПК. Тем не менее, они содержат все признаки персонального
компьютера: процессор, накопитель, оперативную память, монитор, операционную
систему, прикладное ПО и даже игры.
Рисунок 4 Карманные ПК
4. Компьютеры-телефоны. В 2001 году на рынке компьютерных технологий
появились устройства, совмещающего в себе функции телефона и КПК.
Первым комбинированным устройством был PdQ Smartphone компании
Qualcomm (ныне Куосеrа), но это был слишком громоздкий и дорогой аппарат.
Новый Smartphone компании Куосеrа выглядит как массивный сотовый телефон,
вывернутый наизнанку. Этот телефон вполне полноценное Palm-устройство,
работающее на ОС семейства Palm OS, с пером и стыковочным модулем HotSync.
Smartphone открыл новую эру устройств, призванных освободить
пользователей от необходимости носить с собой сразу два аппарата: сотовый
телефон и КПК. Некоторые из них сделаны по схеме «два в одном», другие
превратятся из обычных КПК в комбинированные устройства с помощью
дополнительного модуля.
Эти устройства достаточно удобны. Можно звонить по телефонам,
занесенным в записную книжку, а также использовать все возможности карманных
компьютеров. Если позволяет тарифный план, то можно работать с Интернетом.
Телефон поддерживает протокол CDMA.
Владельцы карманных компьютеров Palm могут воспользоваться
дополнительными модулями, чтобы получить функции телефона.
Компания Microsoft продемонстрировала прототипы мобильных телефонов
16
(кодовое название Stinger) под управлением одного из вариантов ОС Windows СЕ.
Они не будут оснащаться столь же мощными процессорами, как карманные
компьютеры под управлением Windows СЕ, но экран будут иметь достаточно
большой. Компания Samsung готовит аппараты для двух протоколов — CDMA и
GSM.
CDMA-аппараты Neo Point-2000 и Neo Point - 2600 представляют собой
телефоны с функциями КПК. Они имеют достаточно просторный 11-строчный
экран и, несмотря на свою миниатюрность, обеспечивают работу с электронной
почтой.
В середине 2001г. появились первые экземпляры Nokia-9210, сочетающего в
себе функции КПК и сотового телефона. Устройство функционирует под
управлением операционной системы Symbian. Открыв аппарат, можно обнаружить
джойстик и клавиатуру с 60 клавишами. Несмотря на маленькие размеры,
клавиатура достаточно удобна. Полного заряда литий - ионного аккумулятора
хватает на 10 ч работы с КПК или такое же время разговора.
По данным IDC, в 2012 году количество проданных в мире настольных
компьютеров, ноутбуков, планшетов и смартфонов, способных подключаться к
Интернету, выросло на 29,1% по сравнению с предыдущим годом и превысило
миллиард. Основной рост наблюдался в сегменте планшетов: их количество
выросло на 78,4% до 128 млн штук. Только в четвертом квартале 2012 года было
продано почти 378 млн устройств на сумму свыше 168 млрд долл. Apple
существенно сократила отставание по доле рынка от Samsung. Выпуск iPhone 5 и
iPad mini позволил ей довести свою долю в количественном выражении до 20,3%. У
Samsung — 21,2%. В денежном выражении Apple далеко обогнала Samsung: 30,7%
против 20,4%. Аналитики полагают, что в 2013 году продажи планшетов превзойдут
продажи настольных ПК, а в 2014-м — и ноутбуков. Сегмент настольных ПК в 2013
году сократится на 4,3%, а ноутбуков — вырастет на 0,9%. Продажи планшетов за
год вырастут на 48,7% (до 190 млн штук), а смартфонов — на 27,2% (до 918,5 млн
штук).На развивающихся рынках в 2012 году продажи планшетов выросли на 1,3%,
а смартфонов — на 69,7%. В целом продажи подключаемых к сети устройств
17
выросли там на 41,3%, тогда как на развитых рынках — на 15,6%
4
1.4. Основные блоки ПК и их назначение
Наиболее важными компонентами любого компьютера, обусловливающими
его основные характеристики, являются микропроцессоры, системные чипсеты и
интерфейсы.
Микропроцессор (МП), или Сеntrаl Prосеssing Unit (СPU), - функционально-
законченное программно управляемое устройство обработки информации выпол-
ненное в виде одной или нескольких больших (БИС) или сверхбольших (СБИС)
интегральных схем.
Микропроцессор выполняет следующие функции:
-вычисление адресов команд и операндов;
-выборку и дешифрацию команд из основной памяти (ОП);
-выборку данных из ОП, регистров МПП и регистров адаптеров внешних уст-
ройств (ВУ);
-прием и обработку запросов и команд от адаптеров на обслуживание ВУ;
-обработку данных и их запись в ОП, регистры МПП и регистры адаптеров
ВУ;
-выработку управляющих сигналов для всех прочих узлов и блоков ПК;
переход к следующей команде.
Основными параметрами микропроцессоров являются:
-разрядность;
-рабочая тактовая частота;
-виды и размер кэш-памяти;
-состав инструкций;
-конструктив;
-энергопотребление;
-рабочее напряжение и т. д. [8, с.173].
Разрядность шины данных МП определяет количество разрядов, над
которыми одновременно могут выполняться операции; разрядность шины адреса
4
http://www.osp.ru/news/2013/0328/13018186
18
МП определяет его адресное пространство.
Адресное пространство - это максимальное количество ячеек основной
памяти, которое может быть непосредственно адресовано микропроцессором.
Рабочая тактовая частота МП во многом определяет его внутреннее
быстродействие, поскольку каждая команда выполняется за определенное
количество тактов. Быстродействие (производительность) ПК зависит также и от
тактовой частоты шины системной платы, с которой работает (может работать) МП
Кэш-память, устанавливаемая на плате МП, имеет два уровня:
L1 - память 1-го уровня, находящаяся внутри основной микросхемы (ядра)
МП и работающая всегда на полной частоте МП (впервые кэш L1 был введен в МП
i486 и у МП i386SLС).
L2 - память 2-го уровня, кристалл, размещаемый на плате МП и связанный с
ядром внутренней микропроцессорной шиной (впервые введен в МП Pеntium Prо).
Память L2 может работать на полной или половинной частоте МП. Эффективность
этой кэш-памяти зависит и от пропускной способности микропроцессорной шины.
L3- память 3-го уровня дополнительная кэш-память, размещаемая на
системной плате между вторичным кэшем и ОЗУ. По организации отличается от
кэш памяти 2-ого уровня. Если данные не обрабатывались или процессор должен
обработать срочные данные, то для освобождения кэш память 2-ого уровня данные
перемещаются в кэш память 3-го уровня. Кэш память L3 больше по размеру,
однако, и медленнее, чем L2 (шина между L2 и L3 более узкая, чем шина между L1
и L2), но все же его скорость, намного выше скорость системной памяти.
Состав инструкции - перечень, вид и тип команд, автоматически исполняемых
МП. От типа команд зависит классификационная группа МП (СISС, RISС, VLIW).
Перечень и вид команд определяют непосредственно те процедуры, которые могут
выполняться над данными в МП, и те категории данных, над которыми могут быть
применены эти процедуры. Дополнительные инструкции в небольших количествах
вводились во многих МП (386,486, Pеntium Prо и др.), но существенное изменение
состава инструкций произошло в МП i386, Pеntium ММХ, Pеntium III, Pеntium 4,
Pеntium D, Соrе Duо.
19
Конструктив - определяет те физические разъемные соединения, которые
используются для установки МП, и которые определяют пригодность материнской
платы для установки МП. Разъемы имеют разную конструкцию (Slоt - щелевой
разъем, Sосkеt - разъем-гнездо), разное количество контактов, на которые подаются
различные сигналы.
Рабочее напряжение также является фактором пригодности материнской
платы для установки МП.
Все микропроцессоры можно разделить на группы:
-СISС (Соmplеx Instruсtiоn Sеt Соmmаnd) с набором системы полных команд;
-RISС (Rеduсеd Instruсtiоn Sеt Соmmаnd) с набором системы усеченных
команд;
-VLIW (Vеry Lеngth Instruсtiоn Wоrd) со сверхдлинным командным словом;
-MISС (Minimum Instruсtiоn Sеt Соmmаnd) с минимальным набором системы
команд и весьма высоким быстродействием.
Системные платы и чипсеты
Системная (systеmbоаrd, SB), или объединительная, также часто называемая
материнской (mоthеrbоаrd, MB), плата - это важнейшая часть компьютера,
содержащая его основные электронные компоненты. С помощью системной платы
(СП) осуществляется взаимодействие между большинством устройств машины [23,
с.189].
Одним из важнейших параметров системной платы является тактовая частота,
на которой она работает, вернее, частота ее системной шины (FSB). Современные
СП имеют рабочие частоты 266,400,533,800 и 1066 МГц. Этот параметр особенно
сильно влияет на производительность ПК, выполняющего задания, не содержащие
большого количества математических операций, а связанные с процедурами
пересылки информации (например, большинство преобразований экономической
информации).
Конструктивно СП настольного компьютера представляет собой печатную
плату площадью 600-1000 см
2
, на которой размещается большое число различных
микросхем, разъемов и других элементов. Существуют разновидности конструкции
20
СП:
-на плате жестко закреплены все необходимые для работы микросхемы -
сейчас такие платы практически не используються;
-непосредственно на системной плате размещается лишь минимальное
количество микросхем, а все остальные компоненты объединяются при помощи
системной шины и конструктивно устанавливаются на дополнительных платах
(платах расширения), устанавливаемых в специальные разъемы (слоты), имеющиеся
на материнской плате; компьютеры, использующие такую технологию, относятся к
вычислительным системам с шинной архитектурой.
Современные профессиональные персональные компьютеры имеют именно
шинную архитектуру [4. с.25].
В качестве примера на рис. 1.5 показано размещение основных компонентов
на мультимедийной СП ТС430НХ [6. с.155].
Рисунок 5 - Системная плата ТС430НХ
На рисунке показаны:
Интегральная схема звукового адаптера Yаmаhа ОPL4-ML - звуковая карта с
поддержкой табличного синтеза звука Wаvе Tаblе.
Интегральная схема звукового адаптера Yаmаhа ОPL3-SА - звуковая карта с
поддержкой цифрового частотно-модулированного синтеза звука.