качеством печати8. Именно данный класс ПЭВМ наиболее распространен на
мировом рынке.
Наконец, третий класс ПЭВМ - профессиональные, которые
применяются в научной сфере. Они помогают в решении сложнейших
информационных и производственных вопросов, требующих высокого
быстродействия, эффективной передачи больших массивов информации,
достаточно большой емкости оперативной памяти. Именно профессиональные
программисты выступают в качестве потребителей этих ПЭВМ, а потому
нужна гибкость и богатство программного обеспечения, включающего
программные средства инструментального характера.
Можно значительно расширить функциональные возможности ПЭВМ,
если подключать различные периферийные устройства. Эти устройства могут
быть настроены на многозадачный режим, например, с алгоритмическими
языками высокого уровня, которые входят в состав вычислительных сетей.
Профессиональные многопроцессорные ПЭВМ с точки зрения
функциональных возможностей способны не только приблизиться, но и
вступать в конкуренцию с предыдущим поколением ЭВМ.
К настоящему моменту уже существует еще один признак, по которому
классифицируют ПЭВМ, связанный с конструктивным исполнением. Это
микроминиатюризация изделий. Уменьшение веса и сокращение габаритов
способствовало тому, что начали выпускать компьютеры, которые называются
LAPTOP («наколенные» компьютеры), NOTEBOOK (компьютеры-блокноты) и
HANDHELD (ручной компьютер).
LAPTOP-компьютер построен таким образом, что клавиатура и
системный блок находятся в одном корпусе. Причем он может закрываться
сверху, точно крышкой, жидкокристаллическим дисплеем, который неразъемно
соединен с электронным основанием. В корпусе скрывают соединительные
провода, которые идут от дисплея к ЭВМ. Этот компьютер очень легко
8 Нортон, П.Н. Внутренний мир персональных компьютеров [Текст] / П.Н. Нортон, Д.В. Гудмен. - Киев:
ДиаСофт, 2013. - С. 224-226
15
переносится и держится на коленях у пользователя. Но в тоже время они
немного проигрывают настольному ПЭВМ по техническим параметрам. Они
основаны на МП i80386, оборудованы встроенными НГМД и НЖМД. Именно
монохромный дисплей применен в модели LAPTOP, ведь именно он помогает
держать такие низкие цены на данный вид ЭВМ. Цветной дисплей ведет к
резкому скачку цен на компьютеры. Компьютер класса LAPTOP не весит более
3,5 кг9.
NOTEBOOK (компьютер - блокнот) размером не превышает один
стандартный лист формата А4, размером 297x210. У них, правда, неполная
клавиатура, всего около 80 клавиш. В них используются НЖМД (например,
дисковод емкостью 120 Мбайт, диаметром 2,5 дюйма) и НГМД. Одновременно
с ним можно подключать модемы и факс - модемы, которые выполнены
отдельным настольным блокнотом. Он присоединяется к компьютеру и
телефонной сети кабелем. Компьютер - блокнот NOTEBOOK может быть
использован в деловой поездке, они вообще не занимают рабочий стол и могут
храниться в ящике для бумаг, в портфеле.
ПЭВМ HANDHELD -компьютер, размер которого меньше листа бумаги
форматом А4 (например, модель HewlettPackard 95LX имеет размеры
160х86х25 мм)10. Потому они всегда готовы к работе и находятся под рукой (в
кармане).На эти модели никак не влияет электросеть.
Что касается сферы программного обеспечения, то следует отметить, что
первая ЭВМ была машиной не достаточно быстродействующей и
существующие тогда DOS операционные системы были явно далеки от
совершенства. Этот факт побудил разработчиков непосредственно обращаться
к системным ресурсам ПК. Именно поэтому все попытки выпустить на рынок
компьютер совместимый с IBM не увенчались успехом.
Основанная тремя выходцами из TexasInstruments фирма Compaq в 1983
году доказала, что на рынке есть место и для портативных (тогда это считалось
9 Соломенчук, В.Д. Железо ПК [Текст] / В.Д. Соломенчук, Н.Д. Соломенчук. - СПб.: БХВ-Петербург, 2012. - С.
226-227
10 Нортон, П.Н. Внутренний мир персональных компьютеров [Текст] / П.Н. Нортон, Д.В. Гудмен. - Киев:
ДиаСофт, 2013. - С. 402-403.
16
весом не более 12 килограмм) IBM-совместимых машин. Конечно, Compaq
была не первой, кто начал выпуск подобных компьютеров, однако ее задумки
увенчались успехом.
После удачного вывода на рынок своих портативных машин, Compaq
удалось выпустить и настольную модель. IBM старалась тоже не отставать и
выпустили PCjr - модель ЭВМ именно для домашних пользователей.
Данный компьютер был построен на базе процессора 8088, был оснащен
первой беспроводной клавиатурой, должен был стоить 1300 долл. и потерпел
сокрушительный провал11. Видимо рынок тогда еще не был готов.
Вторая новинка оказалась куда более перспективной. Это была IBM PC
AT. Самая важна особенность этой машины состояла в том, что она была
первая в серии переходов на микропроцессоры более высоких уровней с
сохранением совместимости с предыдущими моделями. Этот компьютер
оказался законодателем стандартов на много лет вперед в целом ряде
отношений: здесь впервые появилась 16-разрядна шина расширений
(остающаяся стандартной и по сей день) и графические адаптеры EGA с
разрешением 640х350 при глубине представления цвета 16 бит, почти
одновременно с этим компьютером IBM и Microsoft выпустили DOS 3.0,
систему, ставшую стандартной на несколько лет. К этому же времени
относится первая попытка IBM сделать персональный компьютер
многозадачным. Пакет этой фирмы TopView позволял одновременно исполнять
несколько прикладных программ, предусматривал вывод на экран нескольких
окон, но лишь в текстовом режиме. Кроме того, программы, составленные с
отклонениями от «правил хорошего тона», т. е. обращавшиеся к
вычислительным ресурсам в обход операционной системы и BIOS, под
управлением этой оболочки работали не всегда корректно12.
Можно с уверенностью сказать, что эти события в сфере компьютерной
техники, которые произошли в 1984 году - определили весь дальнейший ход
11 Аналитические обзоры компьютеров и комплектующих, новости и цены компьютерного рынка. 15.09.2016
[Электронный ресурс] // Официальный сайт http://www.ferra.ru
12 Корнеев, В. Современные микропроцессоры [Текст] / В. Корнеев. - СПб.: БХВ - Петербург, 2013. - С.97.
17
развития компьютерной индустрии как таковой (например, выпуск в продажу
фирмой Hewlett-Packard первого лазерного принтера).
Но самым значимым событием 1984 года, кроме выхода в свет PC AT был
выпуск первых компьютеров с привычным уже нам графическим интерфейсом.
Первой выпустила такой фирма Macintosh.13 В этом компьютере был
манипулятор, известный нам как «мышь». По сути это был уже первый
прототип современного настольного персонального компьютера.
Дальнейшее развитие персональных компьютеров было обозначено
выпуском IBM нового семейства ПК под названием PS/2. Выход ее на рынок
был в апреле 1987 года. Но выпуск этой серии не увенчался особым успехом.
IBM уже отставала от своих конкурентов. В частности это выражалось в
применении ими уже не нового для пользователей процессора 386. В данном
семейства ПК была впервые использована архитектура (MCA) и графические
адаптеры VGA. 3.5 дюймовые НГМД уже сравнительно давно применялись на
компьютерах Macintosh.
Таким образом, в то время абсолютное властвование IBM на рынке
закончилось.
Нельзя не отметить тот факт, что в 1987 году была закончена работа над
новой подсистемой Windows 2.0, которая стала доступна пользователям.
Интерфейс этой подсистемы представлял собой нечто похожее на тот, который
стал нам уже привычен по последним версиям Windows. Тогда же IBM удалось
внедрить разработанную ранее архитектуру прикладных программ
SystemApplicationArchitecture (БАА). Данная оболочка работала только в
режиме совместимости с процессорами 8088-8086. Поэтому, размеры
прикладных программ были ограничены, а многозадачность по-прежнему не
была достаточно реализована.
В том же 1987 году Microsoft удалось подготовить раздельные версии
Windows для микропроцессоров 286 и 386. В последнем варианте образовалась
13 Леонтьев, В.П. Новейшая энциклопедия персонального компьютера [Текст] / В.П. Леонтьев. - М: ОЛМА-
ПРЕСС, 2013. - С. 224.
18
и многозадачность, и возможность работать с памятью до 16 Мбайт. Тем самым
началось состязание между Windows и OS/2, хотя IBM и Microsoft долго
отрицали этот факт14.
Время шло, технологии развивались и, наконец, в 1995 году была
выпушена в свет Windows 95. Как бы ее не ругали пользователи, но именно она,
на взгляд Автора работы, во многом определила дальнейшее развитие
компьютерной техники. Windows 95 стала своеобразным прототипом всех
поздних операционных систем. Тактовые частоты процессоров росли год от
года, их архитектура совершенствовалось, объем оперативной памяти и
жестких дисков возрастал. В 1998 году вышла Windows 98, которая во много
учла ошибки 95ой. Далее в 2000 году была выпушена в свет новая система
WindowsME (Millennium), которая далее стала предшественницей необычайно
популярной и любимой пользователями WindowsXP, которая и сейчас
сохраняет славу, чуть ли не самой надежной системы семейства Windows.
В сегодняшние дни уже никого не удивить четырехядерным процессором
с тактовой частотой более 3 ГГц, видеоадаптером с объемом видеопамяти 1 Гб
и внушительным запасом оперативной памяти. Все это доступно по
сравнительно небольшой цене. Компьютер с подобными параметрами можно
часто встретить даже у домашних пользователей, школьников, студентов.
В наше время такого развития компьютерной техники - «железа», по
мнению Автора, еще не достаточно развито программное обеспечение, то есть
зачастую мы не всегда даже можем реализовать все возможности мощного
современного ПК.
30 января 2007 года пользователям стала доступна новая операционная
система WindowsVista (ранее известная как Longhorn).15 Ее отличал новый
уровень безопасности по сравнению с WindowsXP, более эффективная работа с
памятью, новый интерфейс Aero с трехмерными окнами и еще ряд
технологических нескольких новинок. Несмотря на довольно высокие продажи
14 Цилькер, Б.Я. Организация ЭВМ и систем: учебник для вузов [Текст] / Б.Я. Цилькер, С.А. Орлов. - СПб.:
Питер, 2011. - С. 542-543.
15Рудометов, В.В. PC. Настойка, оптимизация и разгон [Текст] / В.В. Рудометов, Е.В. Рудометов. - СПб.: БХВ -
Петербург, 2012. - С. 88.
19
данной ОС - большого успеха ей обрести не удалось. WindowsVista прослыла
довольно сырой системой, которая имеет массу несовершенств, а интерфейс
пользователям ОС Linux был уже знаком. Не заставляя долго ждать
пользователей, в ноябре 2009 года вышла в продажу новая ОС - Windows 7.
Одним из главных преимуществ Windows 7 по сравнению с ее лучшими
предшественниками является быстрота и надежность. Благодяря быстрому
переходу в спящий режим и быстрому возобновлению работы значительно
упрощается пользование компьютером. Низкое потребление ресурсов памяти и
заряда батареи при использовании Windows 7 были оценены по достоинству
пользователями нетбуков16.
ОС Windows 7 совместима с наиболее распространенными программами
и имеет высокий уровень устойчивости к ошибокам пользователей. В целом,
можно отметить, что ОС Windows 7 имеет свою четкую логику и итуитивную
доступность.
Windows 8 - это один из последних дистрибутивов операционной
системы от компании Microsoft на сегодняшний день. Она уже успела завоевать
как массу сторонников, так и немалую долю противников, так как в данном
дистрибутиве действительно есть как хорошие стороны, так и плохие. Доля
операционной системы Windows 8 среди используемых в мире для доступа к
сети Интернет на январь 2014 года составила от 10,58 % до 13,4 %. Windows 8
использует новый интерфейс под названием Metro. Этот интерфейс появляется
первым после запуска системы; он схож по функциональности с рабочим
столом — стартовый экран имеет плитки приложений (сродни ярлыкам и
иконкам), по нажатию на которые запускается приложение, открывается сайт
или папка (в зависимости от того, к какому элементу или приложению
привязана плитка)17.
Также в системе присутствует и «классический» рабочий стол, в виде
отдельного приложения. Вместо меню «Пуск» в интерфейсе используется
16 Прохоров, Н.Л. Управляющие вычислительные комплексы. Учеб.пособие [Текст] / Н.Л. Прохоров, Г.А.
Егоров, В.Е. Красовский. - М.: Финансы и статистика, 2013. - С. 167-169.
17 Новиков, Ю.В. Основы микропроцессорной техники [Текст] / Ю.В. Новиков, П.К. Скоробогатов.- М.:
Интернет-университет информационных технологий, 2012. - С. 127-128.
20
«активный угол», нажатие на который открывает стартовый экран. Прокрутка в
Metro-интерфейсе идет горизонтально. В зависимости от разрешения экрана
система автоматически определяет количество строк для плиток — на
стандартных планшетных компьютерах три ряда плиток. Цвет стартового
экрана меняется в новой панели управления, также меняется и орнамент на
заднем фоне.
Сравнительные характеристики операционных систем представлены в
приложении А.
1.2. Архитектура персонального компьютера
Архитектура компьютера - это совокупность аппаратных и программных
средств, а также система их взаимодействия, обеспечивающая
функционирование компьютера.
В основном архитектуры почти всех компьютеров сделана на базе IBM
PC. Такая архитектура обладает следующими свойствами:
- Открытость;
- Модульность18.
Открытость означает возможность замены отдельных компонентов
компьютера их более совершенными версиями, а также возможность
подключения к компьютеры новых устройств с целью расширения его
возможностей.
Главное - указанные операции выполняются чрезвычайно просто в этом
заслуга модульного принципа, в соответствии с которым все компоненты
машины выполнены виде законченных конструкций, модулей, имеющие
стандартные размеры и средства соединения с компьютером. Они не связаны
жестко в единое неразъемное устройство, а предусмотрена для них
возможность быстрого подключения и отсоединения от ЭВМ.
18 Хаммел, Р.Л. Последовательная передача данных. Руководство для программиста [Текст] / Р.Л. Хаммел. - М.:
Мир, 2012. - С. 523-524.
21
Все устройства компьютера размещены по магистрально модульному
принципу19. Схематично магистрально модульный принцип компьютера
представлен в приложении Б.
ПЭВМ состоит из трех основных устройств: системного блока,
клавиатуры и дисплея (монитора).
В тоже время к ПЭВМ подключают дополнительные периферийные
устройства для еще большего расширения функциональных возможностей. Это,
например, принтер или печатающее устройство, накопитель на магнитной
ленте (стриммер), манипулятор (мышь, джойстик, трекбол, световое перо),
сканер или устройство оптического считывания изображений,
графопостроитель (плоттер). Кабелем через специальные разъемы (гнезда) эти
устройства соединяются с системным блоком, причем они, как правило,
размещены на его задней стенке.
Когда есть свободные гнезда, то в некоторых моделях ПЭВМ эти
устройства вставляют в сам системный блок. Например, модем, который
служит для обмена информацией с другими ПЭВМ через телефонную связь.
ПЭВМ оснащен модульной структурой. Все модули связаны с системной
магистралью (шиной).
Системная магистраль состоит из совокупности шин, которые
используются с целью передачи данных, адресов и управляющих сигналов.
Разрядность кода адреса и данных определяет количество линий, которые идут
в адресно-информационной шине. Число же управляющих сигналов в ПЭВМ
определяет количество линий в шине управления.
В системный блок, который является главным в ПЭВМ, включают:
• центральный микропроцессор,
• сопроцессор,
• модули оперативной и постоянной памяти,
• контроллеры,
19 Семененко, В.А. Арифметико-логические основы компьютерной схемотехники [Текст] / В.А. Семененко, Э.к.
Скуратович. - М.: Академический проект, 2012. - С. 85-86.
22
• накопители на магнитных дисках и др20.
Количество и качество модулей определяет тип ПЭВМ. Конфигурация
может изменяться от желания пользователя, который может подключать или
отключать различные периферийные устройства. Системный блок может иметь
и встроенное звуковое устройство, которое позволяет вовремя обратить
внимание на возникшую проблему в каком - либо устройстве или на
необычную ситуацию во время решения задачи на ПЭВМ.
Очень часто к любому звуковому устройству подключен таймер, который
дает возможность вести счет времени работы компьютера, давать сигнал, если
время закончилось во время выполнения задачи.
Контроллеры (К). Контроллеры предназначены для управления
внешними устройствами. Каждому внешнему устройству должен
соответствовать отдельный контроллер. Контроллеры изготавливаются на
отдельных печатных платах или микросхемах, которые вставляются внутрь
системного блока. Эти платы ещё называют адаптерами ВУ (от адаптировать -
приспосабливать). После получения команды от микропроцессора начинает
автономную работу, освобождая микропроцессор от выполнения
специфических функций, которые требуются для управления внешним
устройством (ВУ). В состав контроллера входят также регистры двух типов -
регистр состояния (управления) и регистр данных, которые часто называют
портами ввода-вывода. За каждым портом закрепляется определенный номер -
адрес порта. Эти порты предназначены для того, чтобы пользователь мог
управлять ВУ, используя команды ввода-вывода. Программа, выполняющая
операции ввода-вывода для конкретного устройства или группы устройств
ПЭВМ, входит в состав ядра операционной системы ПЭВМ. В качестве мер для
ускорения обмена информацией между микропроцессором и внешними
устройствами в ПЭВМ используется прямой доступ к памяти (ПДП).
У ПДП в свою очередь имеется также свой контроллер, который, получив
20 Гинзбург, А. Периферийные устройства [Текст] / А. Гинзбург, М. Милчев, Ю. Солоницын. - СПб.: Питер,
2011. - С. 172-173.
23
сигнал запроса от внешнего устройства, принимает на себя управление
обменом данных с оперативной памятью, минуя центральный микропроцессор,
что позволяет микропроцессору продолжать без прерывания выполнять
текущую программу. Прямой доступ к памяти освобождает микропроцессор от
непосредственного обмена между памятью и внешними устройствами и
позволяет значительно быстрее по сравнению с режимом прерываний
удовлетворять запросы на обмен21.
Микропроцессор. Ядром любой ПЭВМ является центральный
микропроцессор, который отвечает за обработку информации и управление
работой всех блоков ПЭВМ. Микропроцессор обычно выполнен на одном
кристалле (на одной СБИС). В его состав входят:
• центральное устройство управления;
• арифметико-логическое устройство;
• внутренняя регистровая память;
• КЭШ-память;
• схема формирования действительных адресов операндов для обращения
к оперативной памяти;
• схемы управления системной шиной и др.
Рассмотрим структуру и функционирование микропроцессора на примере
Intel 486.
Арифметическо-логическое устройство (АЛУ) осуществляет логические
операции, а также арифметические в двоичной системе счисления и в двоично
десятичном коде. При этом арифметическую операцию над числами, которые
представлены в форме с плавающей точкой, реализуют в специальном блоке.
Иногда в конфигурации компьютера применяют для этих целей сопроцессор.
Чаще всего у него собственные регистры данных и управления, при этом он
может работать параллельно с центральным микропроцессором, путем
обработки данных с плавающей точкой. Микропроцессор в качестве устройства
21 Бигелоу, С.А. Устройство и ремонт персонального компьютера. Аппаратная платформа и основные
компоненты [Текст] / С.А. Бигелоу. - М.: Бином, 2010. - С. 211-212.
24