Третье поколение ЭВМ.
Проектирование ЭВМ третьего поколения началось в 1962 г. с выпуска кремниевых интегральных схем малой, а затем средней степени интеграции. Возникло новое направление в создании принципиально новой элементной базы — микроэлектроника; была основана корпорация Intel (Integrated Electronics Technologies Incorporаted), специализирующаяся на производстве интегральных микросхем.
В период развития третьего поколения во всем мире начали выпускать в больших количествах универсальные ЭВМ для массового коммерческого применения. Этому способствовало появление новых языков программирования («Бейсик», «Паскаль»), операционных систем реального времени, совершенствование диалога пользователя с компьютером (использование графического интерфейса, манипулятора «мышь») и прикладных программ (текстовый процессор).
Четвертое поколение ЭВМ.
Возникновение ЭВМ четвертого поколения вызвано бурным развитием микроэлектроники и созданием качественно новых функциональных устройств — микропроцессоров на базе больших (БИС) и сверхбольших интегральных схем (СБИС). Первый 4-разрядный микропроцессор Intеl 4004 был создан в конце 1971 г. корпорацией Intеl. В 1972 г. была представлена 8-разрядная микросхема 8008.
Возникновение персонального компьютера непосредственно связано с появлением и совершенствованием микро-ЭВМ, поэтому эти термины в литературе иногда использовали как синонимы. В настоящее время трудно определить, когда был произведен первый полнофункциональный персональный компьютер. Некоторые считают, что первая персональная ЭВМ была разработана в 1973 г. во Франции (ее автор — Труонг Тронг Ти).
Массовое производство и внедрение в практику персональных компьютеров связано с именем Стива Джобса — руководителя и основателя американской фирмы Apple Computer, наладившей в 1977 г. выпуск персональных компьютеров Apple.
Принцип открытой архитектуры настолько повлиял на развитие ПЭВМ, что произошел стремительный рост не только производства различных комплектующих и дополнительных устройств для компьютеров IВМ РС, но и числа фирм, выпускающих совместимые с ними разнообразные вычислительные машины. В настоящее время производится такое разнообразие компьютеров, что практически невозможно отследить всю существующую номенклатуру машин четвертого поколения и тем более предсказать их развитие.
Пятое поколение ЭВМ.
К ЭВМ пятого поколения относятся обучающиеся системы с искусственным интеллектом, обеспечивающие переход от обработки информации к формализованной обработке профессиональных знаний с использованием естественных языков. Для решения задач распознавания рукописного ввода, речи и изображений с 1990-х гг. стали использовать модель биологического нейрона и искусственную нейтронную сеть на его основе.
Возможность разработки таких ЭВМ тесно связана с созданием качественно новых компонентов с использованием достижений нанотехнологий, возможно, на иных физических принципах. Компьютеры с нейронной структурой, организованной распределенной сетью большого числа параллельно работающих простых элементов — нейронов — смогут воспроизводить функционирование сложных биологических структур.
Суперкомпьютеры в настоящее время широко используют параллельные вычисления. Как показывают исследования, в среднем вычислительная мощь настольных ПЭВМ отстает от уровня производительности суперкомпьютеров на 13 лет, так как по производительности современные персональные компьютеры практически полностью соответствуют суперкомпьютерам того времени. С внедрением многоядерных процессорных архитектур параллельное программирование начинает распространяться и на ПЭВМ. Количество систем, построенных на базе многоядерных процессоров, резко возрастет, поэтому развитие суперкомпьютеров начинает влиять на перспективы формирования архитектуры персональных компьютеров следующих поколений.
2. Принцип открытой архитектуры
Принцип открытой архитектуры заключается в следующем:
● Регламентируются и стандартизируются только описание принципа действия компьютера и его конфигурация (определённая совокупность аппаратных средств и соединений между ними). Таким образом компьютер можно собирать из отдельных узлов и деталей, разработанных и изготовленных независимыми фирмами-производителями.
● Компьютер легко расширяется и модернизируется за счёт наличия внутренних расширительных гнёзд, в которые пользователь может вставлять разнообразные устройства, и, тем самым устанавливать конфигурацию своей машины в соответствии со своими личными предпочтениями.
Принцип открытой архитектуры заключается в том, что производителем не скрываются узлы и детали, из которых состоит компьютер, эти узлы и детали могут быть легко демонтированы и заменены другими. Это дает возможность говорить о замене конкретной детали в компьютере, не беспокоясь о том, что она может быть несовместима с конкретной моделью. Другими словами, желая модернизировать компьютер, пользователь должен найти только деталь с более высокими параметрами, но любого производителя.
Примерно 85% всего компьютерного рынка составляют компьютеры, сконструированные по принципу «открытой архитектуры». Примером компьютеров, построенному не по этому принципу, являются компьютеры фирмы Apple. Они не очень распространены в России из-за их большой стоимости и абсолютно несовместимым программным обеспечением. Однако благодаря этому достигается большой уровень безопасности, ибо очень трудно взломать «закрытую архитектуру».
3. Принципы построения компьютеров
Принцип программного управления. Из него следует, что программа состоит из набора команд, которые выполняются процессором автоматически друг за другом в определенной последовательности. Выборка программы из памяти осуществляется с помощью счетчика команд. Этот регистр процессора последовательно увеличивает хранимый в нем адрес очередной команды на длину команды. А так как команды программы расположены в памяти друг за другом, то тем самым организуется выборка цепочки команд из последовательно расположенных ячеек памяти. Если же нужно после выполнения команды перейти не к следующей, а к какой-то другой, используются команды условного или безусловного переходов, которые заносят в счетчик команд номер ячейки памяти, содержащей следующую команду. Выборка команд из памяти прекращается после достижения и выполнения команды “стоп”. Таким образом, процессор исполняет программу автоматически, без вмешательства человека.
Принцип однородности памяти. Программы и данные хранятся в одной и той же памяти. Поэтому компьютер не различает, что хранится в данной ячейке памяти — число, текст или команда. Над командами можно выполнять такие же действия, как и над данными. Это открывает целый ряд возможностей. Например, программа в процессе своего выполнения также может подвергаться переработке, что позволяет задавать в самой программе правила получения некоторых ее частей (так в программе организуется выполнение циклов и подпрограмм). Более того, команды одной программы могут быть получены как результаты исполнения другой программы. На этом принципе основаны методы трансляции — перевода текста программы с языка программирования высокого уровня на язык конкретной машины.
Принцип адресности. Структурно основная память состоит из перенумерованных ячеек; процессору в произвольный момент времени доступна любая ячейка. Отсюда следует возможность давать имена областям памяти, так, чтобы к запомненным в них значениям можно было впоследствии обращаться или менять их в процессе выполнения программ с использованием присвоенных имен.
4. Основные типы компьютеров, классификация
По назначению компьютеры подразделяются на большие ЭВМ, мини-ЭВМ, микро-ЭВМ, и персональные компьютеры, которые в свою очередь, подразделяют на массовые, деловые, портативные, развлекательные и рабочие станции.
Персональные компьютеры можно классифицировать по типоразмерам. Так, различают настольные (desktop), портативные (notebook) и карманные (palmtop) модели.
Компьютеры классифицируют также по совместимости. По аппаратной совместимости различают так называемые аппаратные платформы. В области ПК сегодня наиболее широко распространены две аппаратные платформы – IBM PC и Apple Macintosh.
Кроме аппаратной совместимости существуют и другие виды совместимости: совместимость на уровне операционной системы, программная совместимость, совместимость на уровне данных.
Компьютеры классифицируют также и по типу используемого процессора. Даже если компьютеры принадлежат одной аппаратной платформе, они могут различаться по типу используемого процессора.
5. Устройство современного компьютера
Составные части персонального компьютера:
● Системный блок;
● Монитор (дисплей);
● Клавиатура, мышь.
Основная, центральная часть ПК – это системный блок, представляющий из себя металлический или пластмассовый корпус (case) вертикального (Tower-башня) или горизонтального (desktop – настольного) расположения. На лицевой стороне системного блока находятся световой индикатор подачи на ПК электропитания; световой индикатор активности накопителя на жестком диске; сетевой выключатель (Power); кнопка Reset для перезагрузки ПК; цифровой индикатор тактовой частоты, сетевые разъемы.
На задней стороне расположены разъёмы для подключения периферийных устройств.
Внутри системного блока находятся:
● Материнская плата. Фактически материнская плата – это коллекция разъёмов, предназначенных для установки комплектующих: процессора, сопроцессора, постоянной памяти (ROM), оперативной памяти (DRAM), КЭШ-памяти (SRAM), интерфейсной схемы, графического адаптера и т.д.
● Процессор осуществляет выполнение программ, управляет работой всех других устройств компьютера. Применительно к персональному компьютеру чаще используется термин микропроцессор, представляющий собой микросхему, содержащую арифметическо-логическое устройство, устройство управления и другие элементы. Процессоры отличаются друг от друга типом (моделью), тактовой частотой, архитектурой и т.д. Косвенной характеристикой быстродействия процессора является тактовая частота, измеряемая в мегагерцах и определяющая сколько элементарных операций выполняется в 1 секунду.
● Сопроцессор – это устройство, ускоряющее работу процессора. При обработке математических вычислений он необязателен, но для некоторых программ (например, графических) необходим. Часто встраивается в процессор, поэтому сейчас не используется как отдельное устройство.
● Оперативная память (ОЗУ) предназначена для временного хранения информации. Это энергозависимая память, имеющая высокое быстродействие (т.е. при выключении компьютера или перезагрузке операционной системы информация из памяти стирается).
● Постоянная память (ПЗУ) – предназначена для хранения ряда коротких универсальных программ, необходимых для функционирования ПК. Они образуют базовую систему ввода-вывода (BIOS). Это энергонезависимая память.
● КЭШ - память, являющаяся промежуточным буфером между ОЗУ и процессором, служит для увеличения быстродействия. Представляет собой небольшую память с очень малым временем выборки.
Обмен сигналами между внутренними устройствами компьютера происходит через наборы проводников, которые называются шинами. Через разъёмы (слоты) к системной плате могут подключаться следующие устройства:
● Жесткий магнитный диск (винчестер), представляющий собой несъёмный пакет дисков на одной оси, покрытых с двух сторон слоем ферромагнитного материала, объединённых с накопителем (дисководом) в общем герметично закрытом корпусе. Предназначен для хранения значительных объёмов информации. Основные характеристики жёсткого магнитного диска: ёмкость, диска, время доступа к данным на диске, скорость чтения и записи данных на диске.
● Видеоплата для преобразования видеосигнала из цифровой формы в аналоговую.
● Звуковая плата для преобразования звукового сигнала из аналоговой формы в цифровую и наоборот.
● Сетевая плата для подсоединения к локальной вычислительной сети.
● Модем (факс-модем) для подключения компьютера к телефонной линии связи.
● Накопители на сменных носителях информации.
6. Сменные носители информации
Сменные носители информации служат для хранения и переноса информации. Они вставляются в карманы накопителей. Наиболее распространены:
● Гибкие магнитные диски (дискеты). Стандарт дискеты размером 3,5 дюйма, имеющие ёмкость 1,44 Мбайт.
● Дисковые носители ZIP объёмом свыше 100 Мбайт.
● Компакт-диски, предназначенные только для чтения (CD-ROOM), однократной (CD-R) и многократной (CD-RW) записи. Стандартная ёмкость – 650 Мбайт.
● Магнитная лента. Накопители (стриммеры) имеют низкое быстродействие, последовательный доступ к данным. Ёмкость – до нескольких сот Мбайт.
● Флэш-память. Достигает нескольких Гбайт, скорость записи и считывания – десятки Мбайт/сек.
7. Периферийные устройства
Периферийные устройства предназначены для ввода, вывода информации и обмена данными. Они подразделяются на основные (клавиатура, монитор, принтер, мышь) и дополнительные (сканер, цифровая фотокамера, графопостроитель, джойстик, микрофон, колонки, модем и т.д.).
Мониторы отображают вводимую и выводимую информацию. В совокупности с видеоадаптером монитор образует видеосистему. Основные потребительские параметры мониторов: размер диагонали экрана и зерна, максимальная частота регенерации изображения, класс защиты, определяемый стандартом
Принтеры предназначены для вывода информации на твердый носитель. Основные типы: матричные, струйные, лазерные, сублимационные. Потребительские параметры: разрешающая способность, скорость печати, цветность, шум.
Клавиатура предназначена для ввода информации в компьютер через нажатие клавиш. Типы клавиш: алфавитно-цифровые, функциональные, специальные. Имеется малая цифровая клавиатура, которая может работать в двух режимах: ввода чисел и управления курсором. 
Мышь — устройство управления манипуляторного типа. Мыши различаются по числу кнопок, используемой технологии и типу соединения устройства с системным блоком.
8. Общая схема аппаратного обеспечения компьютера
9. Программное обеспечение ПК
Программное обеспечение (ПО) — это совокупность разработанных для компьютера программ для решения различных задач.
Программа — это точная последовательность инструкций (команд) для решения задачи на понятном компьютеру языке, приводящая к результату.
Все ПО можно разделить на системное и прикладное.
Системное ПО. Это необходимое дополнение к аппаратным средствам компьютера, предоставляющее услуги пользователю и средства для разработки и выполнения программных продуктов.
В состав его входят: операционная система (ОС), сервисные системы (интерфейсные оболочки и системы, утилиты), инструментальные системы, системы технического обслуживания.
Файловые менеджеры:
● Norton Commander – надстройка операционной системы MS DOS.
● Проводник (наиболее простой).
● FAR MANAGER – графический интерфейс этого менеджера совпадает с Norton Commander. Особенности: этот менеджер предоставляет пользователю возможность отображения информации на панелях в десяти видах: краткий, средний, полный, просмотр связей (указывает количество связей), отображение описаний и т.д. FAR MANAGER даёт возможность раскрашивать файлы по их типу. Основная особенность – возможность выбора языка.
● Windows Commander – его особенность в том, что на панелях рядом с именами файлов отображаются значки.
Утилиты – программы, предназначенные для улучшения работы компьютера (проверка, лечение, пример: Norton Disk Doctor).
Системы программирования: Basic, Паскаль, Си, Java.
Прикладное ПО. Это средства для решения задач определенных классов: (текстовые редакторы и процессоры, графические редакторы, табличные процессоры, системы управления базами данных, системы автоматизированного проектирования, интегрированные системы, презентационные программы, планировщики, системы верстки, банки данных, инструментарии мультимедиа, инструментарии искусственного интеллекта, обучающие системы, системы машинного перевода текстов, Web-редакторы, броузеры, бухгалтерские системы, программные средства специального назначения, игры и др.).
10. Конфигурация компьютера
Конфигурацией (или спецификацией) компьютера называют характеристики устройств, которые в этот компьютер включены.
Например, в прайс-листе компьютерной фирмы указана такая конфигурация:
Intel Pentium 4 – 3,0 GHz / 512Mb / 120Gb / 128Mb GeForce PCX 6600 / CD-R/RW 52x32 х 52x / FDD / LAN / kbd / M&P / 17" Samsung 710V (LCD, 1280x1024)
Это следует читать так:
● процессор Intel Pentium 4 с тактовой частотой 3,0 гигагерца;
● емкость оперативной памяти - 512 мегабайт;
● жесткий диск (винчестер) емкостью 120 гигабайт;
● графическая плата GeForce PCX 6600 со 128 мегабайтами видеопамяти;
● привод дисков CD, который записывает/перезаписывает/читает диски со скоростью до 52x/32x/52x.
● дисковод для гибких дисков (FDD);
● сетевая плата (LAN);
● клавиатура (kbd - keyboard);
● манипулятор мышь и коврик для мыши (M&P – mouse and pad);
● жидкокристаллический 17-ти дюймовый монитор Samsung 710V с “родным” разрешением 1280x1024.
11. ЗАКРЕПЛЕНИЕ ПОЛУЧЕННЫХ ЗНАНИЙ