Таким образом, информатика – это наука об общих принципах обработки информации при помощи компьютерных средств. 2 страница

Идея первого автоматического вычислительного устройства принадлежит гениальному итальянцу Леонардо да Винчи (1452-1519). В его дневниках был обнаружен ряд рисунков, которые оказались эскизным наброском суммирующей вычислительной машины на зубчатых колесах, способной складывать 13-разрядные десятичные числа.

В 1641-1642 гг. французский ученый Блез Паскаль, на основе зубчатых колес создает действующую суммирующую машину («паскалину»), способную складывать шести- и восьмиразрядные десятичные числа. Было создано примерно 50 образцов машин.

В 1673 г. немецкий математик и философ Г.В. Лейбниц (1646-1717) создал первый механический калькулятор, который мог выполнять операции умножения и деления.

Чарльз Беббидж (1791-1871) в 1836-1848 годах разработал проект «аналитической машины», которая явилась механическим прототипом появившихся спустя столетие ЭВМ. В ней предполагалось иметь те же, что и в современных ЭВМ, пять основных устройств: арифметическое, памяти, управления, ввода, вывода. Для арифметического устройства Ч. Беббидж использовал зубчатые колеса. Программа выполнения вычислений записывалась на перфокартах (пробивками), на них же записывались исходные данные и результаты вычислений. В число операций, помимо четырех арифметических, была включена операция условного перехода и операции с кодами команд. Автоматическое выполнение программы вычислений обеспечивалось устройством управления.

Живший в те же годы, – Джордж Буль (1815-1864) разработал алгебру логики (алгебра Буля) нашедшую применение, когда понадобился математический аппарат для проектирования схем ЭВМ, использующих двоичную систему счисления.

В 1936 году выдающийся математик Алан Тьюринг опубликовал статью « О вычислимых числах», в которой предложил схему абстрактной математической машины (машины Тьюринга), позволяющей решать самые разнообразные теоретические вопросы информатики. Во время Второй мировой войны Тьюринг принял участие в разработке первых в мире вычислительных устройств на электронных лампах. Эти работы проводились в режиме строжайшей секретности, поэтому об их результатах стало известно значительно позже. Была построена и успешно эксплуатировалась первая в мире специализированная цифровая вычислительная машина «Колоссус» на электронных лампах (2000 ламп). Одновременно А. Тьюринг совместно с Г. Уэлчманом и Г. Кином создал дешифровочную машину «Бомба» для расшифровки секретных радиограмм немецких радиостанций.

После войны А. Тьюринг принял участие в создании универсальной ламповой ЭВМ. В память об А. Тьюринге установлена премия его имени за выдающиеся работы в области математики и информатики

В 1937г. немецкий математик (тогда еще студент) Конрад Цузе (1910-1985) ничего не знавший о машине Беббиджа, разработал механическую машину Z1 с использованием двоичной системы счисления. Через год он ее усовершенствовал, создав машину Z2, в которой вместо механического арифметического устройства было применено устройство на телефонных реле. Наконец, в 1941 г. Цузе с участием Г. Шрайера создает первую в мире полностью релейную цифровую вычислительную машину Z3, содержащую около 2000 реле. Во время Второй мировой войны К. Цузе создал две специализированные релейные машины S1 и S2 военного назначения – для расчета крыльев самолетов-снарядов и для управления этими снарядами.

В 1944г. в США ученый Гарвардского университета Говард Айкен (1900-1973) создает первую в США (тогда считалось первую в мире) релейно-механическую цифровую вычислительную машину МАРК-1. По своим характеристикам (производительность, объем памяти) она была близка к Z3. В машине использовалась десятичная система счисления. Как и в машине Беббиджа, в счетчиках и регистрах памяти использовались зубчатые колеса. Управление и связь между ними осуществлялась с помощью реле, число которых превышало 3000. Г. Айкен не скрывал, что многое в конструкции машины он заимствовал у Ч. Беббиджа.

В 1945 г. в Пенсильванском университете в США была завершена работа по созданию первой вычислительной машины на электронных лампах для управления артиллерийскими орудиями. Руководил работами физик Джон Мочли (1907-1986). Устройство, названное ЭНИАК, содержало 20 тысяч электронных ламп, его размеры составляли 26 м в длину, 6 м в высоту, вес 35 тонн, производительность устройства в 1000 раз превышала производительность МАРК‑1.

В 1945 г. в процессе разработки на основе ЭНИАК более совершенного устройства ЭДВАК к работам в Пенсильванском университете подключился выдающийся математик Джон фон Нейман (1903-1957), который сформулировал в отчете по ЭДВАК (июнь 1946 г.) основные принципы построения электронных вычислительных машин, получившие название архитектуры фон Неймана.

Создание ЭДВАК и формулировку принципов фон Неймана в 1946 г. принято считать началом эры электронной вычислительной техники, т.к. все последующие вычислительные устройства состояли из электронных элементов и строились в соответствии с архитектурой фон Неймана. Эти устройства стали называться электронно-вычислительными машинами (ЭВМ) или компьютерами.

Первая в СССР и континентальной Европе вычислительная машина – МЭСМ (малая электронно-счетная машина) была разработана в Киеве, в Институте электротехники, под руководством и при непосредственном участии академика С. А. Лебедева в 1951 г.

МЭСМ имела скорость 50 операций в секунду, содержала 6000 электронных ламп и занимала несколько комнат.

2.1.2. Поколения ЭВМ.

После 1946г. начался процесс развития электронной вычислительной техники. Для характеристики этого процесса принято выделять поколения ЭВМ. Деление компьютерной техники на поколения весьма условно, но хорошо помогает проследить процесс ее развития.

К первому поколению обычно относят машины, созданные в с 1946 г. до середины 50-х годов 20 века. Основу их схем составляли электронные лампы. Эти компьютеры были огромными и очень дорогими машинами, приобрести их могли только крупные корпорации и правительства. Быстродействие их составляло 10-20 тысяч операций в секунду. Программу для такой машины было необходимо подготовить в виде последовательности кодов команд процессора, поэтому разработка и отладка программ были очень трудоемкими, длительными процессами, доступными только высококвалифицированным математикам. Отечественные машины первого поколения: МЭСМ, Стрела, Урал, М-20.

Второе поколение компьютерной техники – машины, сконструированные с середины 50-х до середины -60-х годов 20 века. Электронные лампы в этих машинах постепенно вытесняются полупроводниковыми элементами – транзисторами, которые значительно меньше по объему, потребляют в сотни раз меньше энергии и, следовательно, позволяют значительно увеличить вычислительную мощность, существенно уменьшив габариты и энергопотребление. Быстродействие – до сотен тысяч операций в секунду, ёмкость памяти – до нескольких килобайт. Появились так называемые языки высокого уровня, значительно облегчающие процесс составления и отладки программ. Для перевода программ, написанных на языках высокого уровня, в набор команд процессора появились специальные программы-трансляторы. Появился широкий набор библиотечных программ для решения разнообразных математических задач. Появились мониторные системы, управляющие режимом трансляции и исполнения программ. Из мониторных систем в дальнейшем выросли современные операционные системы. Пример отечественной ЭВМ второго поколения – БЭСМ-6.

Машины третьего поколения созданы с середины 60-х до середины 70-x годов. Это семейства машин с единой архитектурой, поэтому, программы, разработанные для одной из таких машин, могли запускаться и на других (программная совместимость). На смену отдельным транзисторам в этих машинах приходят интегральные схемы (микросхемы, чипы), каждая из которых включает до нескольких тысяч транзисторов. Это позволило на порядок по сравнению с ЭВМ второго поколения увеличить вычислительную мощность, уменьшив габариты и энергопотребление. Машины третьего поколения имеют развитые операционныесистемы. Они способны работать в мультизадачном режиме, т.е. одновременно выполнять нескольких программ. Многие задачи управления памятью, устройствами и ресурсами стала брать на себя операционная система. Примеры машин третьего поколения – семейства IBM-360, IBM-370, ЕС ЭВМ, СМ ЭВМ. Быстродействие машин внутри семейства изменяется от нескольких десятков тысяч до миллионов операций в секунду. Ёмкость оперативной памяти достигает нескольких мегабайт.

Четвёртое и последующие поколения характеризуется, в первую очередь, возрастанием степени интеграции микросхем, т.е. количества транзисторов в единице объема. Четко разделить эти компьютеры на поколения не представляется возможным, т. к. появляется огромное количество различных их типов. Это и многопроцессорные суперкомпьютеры, и универсальные персональные компьютеры, и графические станции, и сетевые серверы и т.д. Классификацию современных компьютеров мы рассмотрим в следующей теме.

Глава 2.2. Современные компьютерные системы.

Вначале сделаем несколько терминологических замечаний.

Слова «ЭВМ» и «компьютер» - синонимы. Однако в русском языке сначала появилось слово «ЭВМ» и только значительно позже (примерно в 80-х годах 20 века) слово «компьютер». В соответствии с этим компьютерами мы будем называть только современные устройства, а для более ранних машин использовать аббревиатуру «ЭВМ».

Любое устройство, способное хранить и/или обрабатывать данные будем называть информационным устройством. Основной вид информационных устройств – это, безусловно, компьютеры. Но, например, принтер, маршрутизатор, хаб, сотовый телефон, цифровой фотоаппарат или стиральная машина с программным управлением также являются информационными устройствами.

Любую систему, состоящую из связанных между собой информационных устройств и включающую хотя бы один компьютер, будем называть компьютерной системой.

2.2.1.Классификация компьютерных систем.

Основными техническими характеристиками компьютера являются его быстродействие и объем оперативной памяти. Также очень важной характеристикой является объем постоянной внешней памяти.

Объем памяти, как мы выяснили, измеряется в единицах, производных от байта (МБ, ГБ, ТБ). Быстродействие же определяется количеством элементарных операций, совершаемых компьютером в единицу времени. При этом рассматриваются наиболее трудоемкие элементарные операции, так называемые операции с плавающей точкой, - сложение или умножение чисел, имеющих дробную часть. Для характеристики быстродействия используются специальные единицы – мегафлоп (МФлп – миллион операций с плавающей точкой в секунду), гигафлоп (ГФлп – миллиард операций с плавающей точкой в секунду), терафлоп (ТФлп – триллион операций с плавающей точкой в секунду). Например, быстродействие 10 ТФлп означает, что компьютер способен сложить или перемножить 10 триллионов пар нецелых чисел за одну секунду.

Можно, конечно, проводить классификацию компьютерной техники по основным техническим характеристикам, но, из-за того, что технологии производства компьютеров развиваются с очень большой скоростью, такая классификация очень быстро устаревает. Поэтому, положим в основу классификации такие нетехнические характеристики как назначение, условия эксплуатации, характер использования и стоимость.

С точки зрения назначения и условий эксплуатации компьютерные системы можно разделить на 2 больших класса

· универсальные;

· специальные.

Специальные компьютеры и компьютерные системы служат для решения конкретного узкого класса задач или даже одной задачи. Многие из них функционируют в особых условиях эксплуатации. Специальные компьютеры управляют технологическими установками, работают в операционных или машинах скорой помощи, на ракетах, самолётах и вертолётах (бортовые компьютеры), вблизи высоковольтных линий передач или в зоне действия радаров, радиопередатчиков, под водой на глубине, в условиях пыли, грязи, вибраций, взрывоопасных газов и т.п. Проводить классификацию более подробную классификацию специальных компьютерных систем мы не будем.

Универсальные компьютеры предназначены для решения широкого класса задач при нормальных условиях эксплуатации. Типичным примером универсального компьютера является настольный персональный компьютер (ПК), с которым мы будем подробно знакомиться. Рассмотрим классификацию универсальных компьютеров на основе характера использования и стоимости. С этой точки зрения можно выделить 3 класса универсальных компьютеров.

1. Суперкомпьютеры – это компьютеры максимальной вычислительной мощности стоимостью от нескольких сотен тысяч долларов до десятков миллионов долларов, предназначенные для решения эксклюзивных задач, например, моделирования и расчета сложных технических устройств, научных исследований, управления сверхбольшими базами данных, моделирования и прогноза погоды, сложного видеомонтажа и т.д. Практически все суперкомпьютеры – это многопроцессорные системы, включающие от нескольких десятков до сотен тысяч процессоров. На сегодняшний день (март 2006г.) наибольшее количество процессоров – 130 тыс. имеет суперкомпьютер Blue Gene/L фирмы IBM. Он же является и рекордсменом по быстродействию (около 300 ТФлп). Список из 500 наиболее быстродействующих компьютеров можно найти в Интернете по адресу http://www.top500.org. Суперкомпьютеры можно разделить на несколько типов.

1.1. Мэйнфреймы – большие машины, обладающие очень высокой надежностью и устойчивостью работы в многопользовательском режиме. Типичными представителями мэйнфреймов являются, машины, выпускающиеся фирмой IBM на протяжении 40 лет - IBM S/360, IBM S/390, z Series. Последний из этой линейки – компьютер z9 заявлен к выпуску весной 2006г. Количество процессоров в мэйнфреймах, как правило, не превосходит нескольких десятков. Мэйнфреймы используются в качестве многопользовательских станций, мощных и высокоэффективных серверов, или мощных вычислительных станций для решения сложных научных и технических задач. Иногда майнфреймы не относят к суперкомпьютерам, выделяя в отдельный класс. Стоимость майнфреймов колеблется от ста тысяч до 1-2 миллионов долларов.

1.2. Кластерные системы – это системы, состоящие из большого количества автономных блоков. Каждый блок кластерной системы имеет процессор, оперативную память, систему ввода и вывода данных и является, по сути, отдельным компьютером. Быстродействие кластерной системы обеспечивается за счет параллельной работы всех блоков. Кластерные системы – наиболее простой и гибкий способ построения мощных компьютерных систем из готовых стандартных узлов. По этой технологии можно построить суперкомпьютер, соединив несколько сотен стандартных узлов ПК высокопроизводительными шинами.

1.3. Распределенные многопроцессорные системы – наиболее эффективный способ построения суперкомпьютера. Как и в кластерной системе, большое количество блоков, каждый из которых включает процессор и оперативную память, соединяются между собой с целью параллельной работы. Отличие от кластерной системы заключается в том, что блоки неоднородны и неравноправны, а связи между ними построены по сложной структурной схеме. Можно сказать, что отдельные процессоры и блоки памяти такой системы являются элементами построенного из них огромного суперпроцессора, способного совершать одновременно очень много операций. Именно по такой схеме построен рекордсмен быстродействия – суперкомпьютер Blue Gene/L

2. Средние компьютеры – это компьютеры стоимостью обычно в десятки тысяч долларов. Границы стоимостного диапазона средних компьютеров – от нескольких тысяч долларов до 100-200 тысяч. Большинство компьютеров этого класса используются как сетевые или файловые серверы в компьютерных сетях. Например, Web-серверы, на которых размещена информация в Интернете, – это в большинстве именно такие машины. Средние компьютеры также используются в качестве мощных графических станций, систем оцифровки звуковой и видеоинформации, систем видеомонтажа, а также в составе вычислительных комплексов для проведения научных и технических расчетов. Средние компьютеры, как правило, также являются многопроцессорными системами с количеством процессоров от 2-х до нескольких десятков.

3. Персональные компьютеры (ПК). Это наиболее массовый тип компьютеров стоимостью от 1-2 сотен долларов до нескольких тысяч долларов. В большинстве своем персональные компьютеры однопроцессорные, но есть и двухпроцессорные. Персональные компьютеры можно разделить на 3 класса.

3.1. Настольный компьютер (desktop). Это основной тип ПК, наиболее интересный и актуальный для массового пользователя. Именно устройство настольного ПК мы далее будем подробно изучать.

3.2. Переносной компьютер (notebook, ноутбук) значительно меньше настольного ПК по массе и размерам, имеет автономный источник питания и может всегда находиться при владельце. Вычислительная мощность ноутбука, как правило, ниже, чем у настольного ПК, а стоимость – существенно выше, чем у настольного ПК с близкими характеристиками.

3.3. Карманные компьютеры (КПК) – это самый молодой, но очень быстро развивающийся класс компьютеров стоимостью не более 1 тыс. долларов. Вычислительные ресурсы этих компьютеров невелики, но этот недостаток компенсируется возможностями Интернет-связи: при помощи КПК можно управлять любым другим компьютером, используя его ресурсы. По-видимому, в недалеком будущем КПК возьмут на себя функции сотовых телефонов и превратятся в универсальное мобильное средство связи, получения и обработки информации. После широкого распространения электронных денег КПК превратятся и в универсальное средство для платежей и управления финансами.

2.2.2 Архитектура компьютерной системы. Аппаратное и программное обеспечение.

Для общей характеристики компьютерной системы вводится понятие архитектуры.

Архитектура компьютера – это общее описание его структуры и функций, не включающее технические детали. К архитектуре компьютера относятся структура памяти, способы доступа к памяти и внешним устройствам, возможность изменения конфигурации, система команд процессора, форматы данных, организация интерфейса.

Основные принципы построения ЭВМ были сформулированы Д. фон Нейманом в 1946г. и с тех пор являются основой архитектуры всех компьютеров. Они включают следующие положения.

1. Любую ЭВМ образуют три основные компоненты: процессор, память (ОЗУ) и устройства ввода-вывода.

2. Данные, с которыми работает ЭВМ делится на два типа:

· набор команд по обработке данных (программы);

· данные подлежащие обработке.

3. И команды, и обрабатываемые данные на момент обработки находятся в ОЗУ.

4. Процессор последовательно выбирает команды из ОЗУ и выполняет эти команды, т.е. проводит необходимые арифметические и логические операции над данными.

5. Загрузка программ и данных в ОЗУ и выгрузка результатов осуществляется устройством ввода-вывода по команде процессора.

Все элементы аппаратуры, из которых состоит компьютерная система, а также способы соединения и взаимодействия этих элементов составляют аппаратную конфигурацию (аппаратное обеспечение) компьютерной системы. Можно изменить аппаратную конфигурацию, отсоединив какие-либо элементы и подключив новые. В современных компьютерах реализован принцип открытой архитектуры,позволяющий легко менять конфигурацию компьютерной системы и производить модернизацию компьютера. Суть этого принципа заключается в том, что все функционально-однотипные элементы аппаратуры должны быть взаимозаменяемыми. Реализация этого принципа в современных ПК дает возможность заменить, например, принтер, монитор, жесткий диск или любую другую часть компьютерной системы на другой аналогичный элемент.

Для того чтобы компьютерная система выполняла свою основную задачу - обработку информации – только аппаратного обеспечения недостаточно, необходимо, чтобы на компьютере были установлены соответствующие программы.

Все программы, установленные в компьютерной системе, а также способы взаимодействия этих программ с аппаратным обеспечением, друг с другом и с пользователем составляют программную конфигурацию (программное обеспечение) компьютерной системы.

Аппаратное и программное обеспечение – две неразрывные составляющие любой компьютерной системы. Любая компьютерная система покупается, конфигурируется и настраивается под решение определенных задач, именно характером этих задач определяется необходимое и аппаратное, и программное обеспечение. Как правило, в окончательно сконфигурированной под определенные задачи компьютерной системе стоимость программного обеспечения превышает стоимость аппаратного. С развитием информационных технологий эта тенденция проявляется все заметнее – доля стоимости программного обеспечения по отношению к стоимости аппаратного обеспечения неуклонно возрастает.

Далее мы будем рассматривать сначала аппаратное, а затем программное обеспечение настольного ПК.

Глава 2.3. ПК как пример компьютерной системы.
Аппаратная конфигурация ПК. Аппаратные интерфейсы.

Аппаратную конфигурацию настольного ПК можно рассмотреть с двух точек зрения.

1) Внешняя конфигурация. Элементом компьютерной системы считается устройство, выполненное в отдельном корпусе.

2) Функциональная конфигурация. Элементом компьютерной системы считается устройство, выполняющее определенную функцию, независимо от его конструктивного выполнения.

Рассмотрим сначала внешнюю конфигурацию настольного ПК (рис. 2.1).

Базовую конфигурацию составляют 4 основных элемента: системный блок, монитор, клавиатура и мышь. Все остальные элементы относятся к расширенной конфигурации. Многоточие на рис.2.3.1 означает любые другие допустимые устройства, например, плоттер, дигитайзер, MIDI-клавиатуру, модем и т.д.

Рассмотрим теперь функциональную конфигурацию (рис. 2.2). Основу функциональной конфигурации ПК составляет материнская плата, которую будем обозначать MB (main board, motherboard). Материнская плата устанавливается в системном блоке, все остальные устройства ПК подключаются к ней.

Основными устройствами, которые обязательно должны быть подключены к материнской плате являются процессор (CPU – Central Processing Unit) и оперативная память (RAM – Random Access Memory). Все остальные устройства подключаются к материнской плате через соответствующие адаптеры. Например, адаптером монитора является видеокарта, адаптером аудиосистемы – звуковая карта. Большинство адаптеров включают в себя контроллеры, управляющие работой устройств. Контроллер способен осуществлять некоторые операции по управлению устройством и по передачи данных без обращения к CPU, в этом смысле каждый контроллер можно считать дополнительным к CPU узкоспециализированным процессором. При необходимости контроллер может записывать/считывать данные из RAM. Процедура прямого (минуя CPU) обмена данными между устройством и RAM называется прямым доступом к памяти или DMA (Direct Memory Access). Если устройству требуется DMA, ему выделяется для этого специальная область памяти (диапазон адресов).

Для подключения адаптеров устройств на материнской плате установлены специальные разъемы (слоты). Часто используется термин «порт» - это более широкое понятие, включающее, кроме типа разъема, еще и тип аппаратного интерфейса - набор соглашений о передаче сигналов. Видеокарта подключается к специальным высокоскоростным портам AGP (Accelerated Graphic Port) или PCIE, звуковая карта, сетевая карта и многие другие устройства – к порту PCI (Peripheral Component Interconnect).

Адаптеры некоторых устройств входят в состав материнской платы (так называемые интегрированные адаптеры) – в этом случае на материнской плате есть разъем для подключения самого устройства. Так, например, жесткий диск можно подключить непосредственно к порту IDE, а клавиатуру и мышь – к портам PS/2.

В настоящее время для подключения периферийных устройств разработаны универсальные адаптеры USB (Universal Serial Bus) и FireWire (IEEE 1394, i-Link). Через порт USB можно подключать самые разные устройства – клавиатуру, мышь, принтер, сканер, сотовый телефон, цифровой фотоаппарат, а также внешние носители данных – флэш-накопители и переносные жесткие диски (такие устройства желательно подключать через высокоскоростной порт USB 2.0). Порт FireWire обычно используется для подключения цифровых телекамер, работающих в режиме реального времени.

В последнее время все чаще используется беспроводное подключение устройств к материнской плате – обмен сигналами при этом происходит при помощи электромагнитных волн. Для такого подключения существуют специальные адаптеры Blue Tooth, которые подсоединяются к USB порту. При помощи такого адаптера можно, например, установить беспроводную связь компьютера с сотовым телефоном, подключить компьютер к Интернету, связать настольный компьютер с ноутбуком и т.д. Более подробно особенности подключения различных устройств мы рассмотрим в следующей Главе.

Обмен данными между различными устройствами компьютера происходит при помощи электрических сигналов. Для того чтобы обмен электрическими сигналами действительно приводил к обмену данными, необходимо, чтобы взаимодействующие устройства одинаковым образом интерпретировали эти сигналы. Способы интерпретации электрических сигналов в качестве данных составляют основу аппаратных интерфейсов, в соответствии с которыми устройства взаимодействуют друг с другом.

Различают последовательные интерфейсы и параллельные интерфейсы.

В соответствии с последовательныминтерфейсом данные передаются, как последовательная цепочка бит, каждый последующий передаваемый бит следует по времени после предыдущего. Передающая шина при этом может состоять из двух проводников. Примеры последовательных интерфейсов: COM, USB, FireWire, SATA.

Параллельныйинтерфейс передает несколько бит одновременно. Количество одновременно передаваемых бит называется разрядностью интерфейса (употребляются также термины «разрядность шины» или «ширина шины», обозначающие то же самое). Число проводников в передающей шине должно превышать разрядность шины как минимум на 1 (обычно проводников в шине еще больше для обеспечения коррекции, синхронизации и других служебных функций). Примеры параллельных интерфейсов: ISA, PCI, SCSI, IDE (ATA).

Реализованные в компьютерной системе аппаратные интерфейсы являются логической основой компьютерной системы, связывающей аппаратное и программное обеспечение в единое целое. Аппаратные интерфейсы принимаются в виде стандартов и остаются постоянными в течение 10-20 лет для широкого класса выпускаемых компьютерных компонент (т.е. очень долго по сравнению со всеми остальными характеристиками компьютерной аппаратуры).

Эволюцию аппаратного обеспечения современных компьютерных систем можно проследить с точки зрения изменения базовых аппаратных интерфейсов. Так, для подключения периферийных устройств к настольным ПК за последние 20 лет сменилось 3 поколения интерфейсов

1. ISA, EISA, COM, LPT

2. PCI, AGP, IDE

3. PCIE, USB, FireWire, SATA..

В настоящее время преобладает тенденция перехода от параллельных интерфейсов к последовательным многоканальным интерфейсам, таким как USB, FireWire, SATA.

-

Глава 2.4. Материнская плата, процессор и оперативная память
- основные компоненты ПК.

2.4.1. Материнская плата.

Материнская плата, является основным устройством ПК, обеспечивающим подключение и взаимодействие всех других устройств друг с другом. Именно материнская плата обеспечивает реализацию аппаратных интерфейсов. В составе материнской платы можно выделить следующие элементы.

1. Микропроцессорный набор (чипсет, chipset);

2. Энергонезависимую память, называемую также ПЗУ (постоянное запоминающее устройство) или ROM (Read Only Memory);

3. Интегрированные устройства;

4. Генератор тактовой частоты;

5. Системные шины;

6. Слоты (разъемы) для подключения устройств;

7. Автономный источник питания.

Рассмотрим назначение этих элементов.

Чипсет – это набор микросхем, из которых собственно и построена материнская плата. Именно чипсет реализует необходимые аппаратные интерфейсы, на основе которых работает компьютер. Все остальные устройства материнской платы можно считать дополнением к чипсету. Однако необходимо иметь в виду, что на основе одного и того же чипсета разными производителями разрабатываются различные материнские платы, поэтому типов материнских плат значительно больше, чем базовых чипсетов.

Энергонезависимая память является необходимым дополнением к чипсету. Она содержит набор базовых программ (BIOS – Basic Input and Output System), поддерживающих аппаратные интерфейсы, выполняющих проверку работоспособности компьютера при его включении, загружающих операционную систему и т.д. Основное содержимое энергонезависимой памяти записывается при изготовлении материнской платы и не изменяется в процессе эксплуатации компьютера, однако часть этого содержимого (настройки BIOS) можно изменить через специальную программу BIOS Setup, которая также записана в энергонезависимую память. Современные материнские платы поддерживают и процедуру перезаписи всего содержимого энергонезависимой памяти (перезапись BIOS, прошивка BIOS), но это очень критичная процедура – при неудаче компьютер окажется полностью неработоспособным.