История создания вычислительной техники
История вычислительной техники началась тогда, когда сформировалось понятие числа. Во многих языках слово "цифра" происходит от слова "палец". Пальцы стали первой "вычислительной машиной". На пальцах можно складывать, вычитать и умножать довольно большие числа. Знаменитый Фибоначчи в XIII в. рекомендовал всем осваивать счет на пальцах.
Следующим изобретением был абак - счеты по пять косточек в ряду. Задача считалась решенной, только если было указано, как необходимые вычисления выполнить на абаке. Алгоритмы решения на абаке были подробно разработаны французским ученый Гербертом (950-1003), который впоследствии стал папой римским Сильвестром II.
В XVII в. появились первые механические счетные устройства и машины:
20-е годы: английский математик Вильям Оутред придумал логарифмическую линейку;
1632 г.: немецкий ученый Вильгельм Шиккард сконструировал первый в истории счетный механизм;
1642 г.: французский математик, физик и философ Блез Паскаль (1623-1662) создал счетную машину, которая могла складывать и вычитать;
1673 г.: немецкий математик и философ Готфрид Вильгельм Лейбниц (1646-1716) сконструировал арифмометр, выполнявший четыре арифметических действия. Лейбниц является одним из основоположников дифференциального и интегрального исчисления. Он мечтал полностью автоматизировать процесс вычислений, что в то время было невозможным, но он разработал двоичную систему счисления, которая и легла в основу автоматизации вычислений в современных компьютерах.
В первой половине XIX в. англичанин Чарльз Бэббидж (1791-1871) разработал конструкцию машины, которую можно было бы назвать первым компьютером. Но он не был построен, так как машина должна была быть механической, а необходимая точность изготовления деталей для этой машины в середине XIX в. была недостижима. Устройство компьютера по чертежам Бэббиджа было описано Августой Адой Лавлейс. Она же разработала теорию программирования, написала несколько программ для еще не существующей вычислительной машины. Загружать программу надо было при помощи карточек с пробитыми дырочками - перфокарт.
Основные части первого компьютера были теми же, что и в любой современной ЭВМ:
устройство для ввода данных;
запоминающее устройство, способное хранить исходные данные и промежуточные результаты (Бэббидж назвал его "складом");
арифметико-логическое устройство, выполняющее арифметические и логические операции ("мельница");
устройство управления, руководящее перемещениями со "склада" на "мельницу" и работой "мельницы" и обеспечивающее выполнение нужных действий в нужном порядке по заданной программе;
устройство для вывода результата.
Приборы, которые можно отнести к программируемым устройствам
Математик и корабел А.Н. Крылов (1863-1945) изобрел машину для решения дифференциальных уравнений; в 1915 г. немецкая фирма "Аскания" построила вычислительную машину для расчета времени приливов и отливов на северном побережье Германии, она работала до 1975 г.; в 1804 г. французский инженер Жозеф Мари Жаккард сконструировал станки, которые ткали сложные узоры, руководствуясь последовательностью перфокарт; различные музыкальные автоматы, шарманки, механические пианино.
Устройства компьютера
Любой компьютер состоит из четырех частей - устройства ввода информации, устройства обработки информации, устройства хранения и устройства вывода информации.
Устройства обработки
Процессор
Процессор - это главная микросхема компьютера, его "мозг". Он разрешает выполнять программный код, находящийся в памяти и руководит работой всех устройств компьютера. Чем выше скорость работы процессора, тем выше быстродействие компьютера. Процессор имеет специальные ячейки, которые называются регистрами. Именно в регистрах помещаются команды, которые выполняются процессором, а также данные, которыми оперируют команды. Работа процессора состоит в выборе из памяти в определенной последовательности команд и данных и их выполнении. На этом и базируется выполнение программ.
Какие параметры отличают один процессор от другого. Это прежде всего тактовая частота, разрядность, рабочее напряжение, коэффициент внутреннего умножения тактовой частоты и размер кэш памяти.
Центральный процессор (ЦП) или центральное процессорное устройство (ЦПУ) (англ. central processing unit - CPU) - процессор машинных инструкций, часть аппаратного обеспечения компьютера или программируемого логического контроллера, отвечающая за выполнение основной доли работ по обработке информации - вычислительный процесс.
Устройства ввода информации
Клавиатура
Клавиатура компьютера напоминает клавиатуру пишущей машинки. Ее назначение аналогично - набирать текст. Однако в компьютере набираемый текст не печатается сразу на бумаге, а запоминается на диске - запоминающем устройстве, расположенном в основном блоке. Кроме набора текста клавиатура используется для управления компьютером, а также для решения других задач, о чем вы еще узнаете.
Рис.1. Клавиатура
Мышь
Мышь - это небольшая коробочка, с одной, двумя или тремя кнопками на верхней крышке. Для работы с мышью ее надо передвигать по поверхности стола. Компьютер следит за перемещениями мыши и передвигает на экране монитора изображение специального указателя - курсора. Таким образом, передвигая мышь по поверхности стола вы будете передвигать курсор по экрану монитора. С помощью мыши вы можете указывать компьютеру на те элементы изображения, с которыми он должен что-либо сделать. Установив курсор на объект, следует нажать одну из кнопок. При этом компьютер узнает, что вы установили курсор на нужный объект. Для выполнения на компьютере некоторых задач (например, таких как создание графических изображений) мышь даже более нужна чем клавиатура, так как является графическим устройством ввода компьютера.
рис.2. Мышь
Сканер
Сканер предназначен для ввода в компьютер графических изображений, таких как черно/белые или цветные фотографии.
С помощью сканера можно ввести в компьютер графическое изображение страницы книги с текстом.
Компьютер сможет "прочитать" это изображение и преобразовать его в обычный текст. Этот текст впоследствии можно будет отредактировать или отформатировать. Однако чаще всего сканер используется для ввода фотографий.
Рис.3. Сканер
Плоттер
С помощью плоттера компьютер может вычертить чертеж детали, географическую карту или другое подобное изображение.
Плоттер рисует специальными цветными фломастерами.
Качество обычно хуже, чем достижимое на лазерном принтере, однако есть плоттеры, способные работать с бумагой очень большого размера, например, формата А0 (33,11" x 46,81" или 841 мм х 1189 мм).
Лазерные принтеры обычно используют формат бумаги А4 (8,27" x 11,69" или 210 мм х 297 мм), и только некоторые из них - А3 (11.69" x 16,54" или 297 мм х 420 мм).
Мониторы
Главное правило при покупке персонального компьютера - не супиться, приобретая те устройства, которые служат долго, стоят дорого, а меняются редко. Компьютерные мониторы относятся как раз к таким устройствам - поэтому особенно важна информации о них, помогающая сделать правильный выбор при существующем разнообразии моделей и марок. Ведь даже средние по классу мониторы нередко равны по цене всем остальным частям персонального компьютера, вместе взятым. В случае же приобретения монитора для профессиональных целей - например, для оснащения рабочего места дизайнера или комплектации станции САПР, стоимость монитора уже в несколько раз превышает стоимость всего остального оборудования. Вообще, в отношении мониторов характеристика “больше и дороже” зачастую (правда, не всегда) означает “лучше”.
При покупке компьютера нужно серьезнейшим образом подходить к выбору монитора еще и потому, что длительная работа за некачественным монитором может самым пагубным образом влиять на здоровье, особенно на зрение.
Принтеры
Огромную роль при выводе информации играют разнообразные печатающие устройства - принтеры. Наличие дисплея на современных компьютерах позволяет, работая в интерактивном режиме, экономить огромное количество бумаги, но все равно наступает, как правило, момент, когда необходима, так называемая, “твердая копия" информации - текст, данные, рисунок на бумаге. В процессе эволюции принтеры прошли следующий путь. Первые копировали пишущую машинку, имея ударные клавиши с буквами, цифрами и т.д. Под управлением процессора та или иная клавиша наносила удар по красящей ленте, оставляющей след на бумаге. Таких принтеров давно нет; их прямые наследники - точечно-матричные принтеры ударного типа - располагают перемещающейся вдоль строки печатающей головкой, содержащей от 7 до 24 игл, каждая из которых может независимо от остальных наносить удар по ленте. Это позволяет формировать изображения как букв и цифр, так и любых других символов, а также достаточно сложные рисунки и чертежи.
Для хранения и подачи ленты используют специальную пластмассовую коробочку - картридж. Принтеры стали “интеллектуальными”, т.е. имеют собственное ОЗУ и электронный блок управления для того, чтобы разгрузить основное ОЗУ и не отнимать в процессе печати время у центрального процессора.
Существуют ударные точечно-матричные принтеры цветной печати. В них используются 4-цветные ленты, и каждая точка изображения формируется четырьмя последовательными ударами иголки разной силы. Таким образом можно сформировать на бумаге точки всех основных цветов и множества оттенков. Крупнейший производитель точечно-матричных принтеров - фирма “Epson” (Япония).
Все чаще на рабочих местах пользователей персональных компьютеров появляются вместо точечно-матричных струйные или лазерные принтеры.
Струйные принтеры вместо головки с иглами имеют головку со специальной краской и микросоплом, через которую эта краска “выстреливается" струйкой на бумагу (и быстро сохнет). Для формирования изображения либо струйка краски может отклоняться специально созданным электрическим полем (так как она электризуется в момент выхода из сопла), либо (чаще) головка имеет столбец из нескольких сопел - наподобие матрицы игл точечно-матричного принтера
Струйные принтеры могут быть цветными, они смешивают на бумаге красители, порознь распыляемые разными соплами. Изображение, формируемое струйными принтерами, по качеству превосходит аналогичное, получаемое на точечно-матричных. Дополнительное достоинство - меньший уровень шума при работе.
Самые высококачественные изображения на бумаге на сегодняшний день дают лазерные принтеры. Один из основных узлов лазерного принтера - вращающийся барабан, на внешней поверхности которого нанесен специальный светочувствительный материал. Управляемый электронным блоком луч лазера оставляет на поверхности барабана наэлектризованную “картинку”, соответствующую формируемому изображению. Затем на барабан наносится специальный мелкодисперсный порошок - тонер, частички которого прилипают к наэлектризованным участкам поверхности. Вслед за этим к барабану прижимается лист бумаги, на который переходит тонер, после чего изображение на бумаге фиксируется (“прижигается”) в результате прохождения через горячие валки.
Все это происходит с огромной быстротой, благодаря чему лазерные принтеры значительно превосходят обсуждавшиеся выше по скорости работы. Лазерные принтеры - рекордсмены по части количества воспроизводимых шрифтов и качеству рисунков благодаря высочайшей разрешающей способности. Существуют как черно-белые, так и цветные лазерные принтеры. Лазерный принтер работает почти бесшумно. Единственный, но, увы, очень важный параметр, по которому они существенно уступают принтерам ранее описанных типов - стоимость; далеко не всякий может себе позволить приобрести принтер, по стоимости превосходящий точечно-матричный аналог в несколько раз.
Лидирующая фирма в производстве струйных и лазерных принтеров - “Hewlett-Packard” (HP), США, хотя в этой области действуют и другие фирмы.
Существуют и принтеры, работающие на других физических принципах, но по распространенности они значительно уступают тем, которые обсуждались выше.
Плоттеры
Плоттеры, или графопостроители, предназначены для вывода графической информации, создания схем, сложных архитектурных чертежей, художественной и иллюстративной графики, карт, объемных изображений. Плоттеры используются для производства высококачественной, цветной документации и являются незаменимыми для художников, дизайнеров, оформителей, инженеров, про-
Максимальная длина печатаемого материала ограничена, как правило, длиной рулона бумаги, а не конструкцией плоттера. Изображение на бумаге получается с помощью печатающей головки. Точка за точкой наносится изображение на бумагу (кальку, пленку), отсюда и название графопостроителя - плоттер (to plot - “вычерчивать чертеж”).
К основным характеристикам плоттеров относятся:
скорость вычерчивания изображения, измеряемая в миллиметрах в секунду;
скорость вывода, определяемая количеством листов, распечатываемых в минуту;
разрешающая способность, измеряемая, аналогично принтеру, в dpi.
Плоттеры подключаются к компьютеру через параллельный или последовательный интерфейс, либо в слот расширения встраивается плата.
По конструкции плоттеры делятся на планшетные и барабанные. В планшетных плоттерах бумага неподвижна, а печатающая головка перемещается по двум направлениям. В барабанных по одной координате двигается головка, а по другой оси с помощью системы прижима двигается бумага. По принципу действия плоттеры делятся на перьевые, струйные, электростатические, с термопереносом, карандашные. Перьевые плоттеры используют для получения изображения обычные перья. Для получения цветного изображения используется несколько перьев различного цвета. Струйные плоттеры формируют изображение подобно струйным принтерам, разбрызгивая капли чернил на бумагу. Качество печати, превосходящее возможности перьевых плоттеров, определяет широкое распространение струйных плоттеров в различных областях человеческой деятельности, включая автоматическое проектирование, инженерный дизайн. Электростатические плоттеры создают изображение с помощью электрического заряда. Электростатические плоттеры очень дороги и используются, когда требуется высокое качество выходных документов.
Плоттеры с термопереносом создают двухцветное изображение, используя теплочувствительную бумагу и электрически нагреваемые иглы.
Карандашные плоттеры используют для получения изображения обычный грифель. Они самые дешевые и требуют дешевого расходного материала.
Рис.5. Плоттер
Синтезаторы звука
Своеобразные устройства вывода - синтезаторы звука. Простейшие из них есть в арсенале почти у всех персональных компьютеров и представляют собой обычный малогабаритный динамик, напряжение сигнала на котором с большой частотой изменяется компьютером. Таким способом удается подать простой звуковой сигнал, указывающий на наступление какого-либо события. Многие языки программирования дополняются командами типа ВЕЕР, SOUND, позволяющими программировать серии звуков. Если звукогенератор физически реализован так, что частота звучания поддается регулированию, то можно запрограммировать несложную мелодию, а если есть несколько независимых звукогенераторов, то - и звучание оркестра. Для этого в современных компьютерах устанавливается специальная плата - звуковая карта, - способная преобразовывать аналоговый звуковой сигнал в последовательность двоичных цифр и наоборот. Существуют и синтезаторы речи, назначение которых понятно из названия.
Долговременная память
Магнитные диски
В этих устройствах записывается на вращающихся дисках, покрытых магнитным материалом, напоминающем покрытие лент обычных аудио - и видеокассет. И хотя по своему составу магнитное покрытие, используемое в дисковых накопителях, отличается от покрытия обычных бытовых магнитных лент, в них используется аналогичный принцип записи информации.
Дорожки образуют на магнитных дисках концентрические круги. Блок специальных магнитных головок перемещается по радиальной оси к центру или от центра диска, прочерчивая по поверхности диска воображаемые круги. Эти круги и называются дорожками или цилиндрами
Рис.7. Магнитный диск
Винчестеры (жесткие диски)
В особом представлении не нуждаются. Выпускаются практически с начала эры компьютеров. Принцип работы - запись и считывание данных магнитными головками на поверхности пакета магнитных дисков. Исполнение - внутреннее. Подключение - IDE или SCSI.
По быстродействию, бесшумности, надежности, емкости, удобству работы и универсальности интерфейса не имеют равных среди остальных типов носителей. Максимальная емкость носителя продолжает стремительно возрастать. Жесткая конкуренция в сфере производства винчестеров и, как следствие, неизбежный дальнейший рост производительности устройств и снижение цен делают этот тип накопителей еще более перспективным для пользователей. Единственный недостаток этого типа устройств - немобильность.
Магнитный диск (гибкий).
Сменные магнитные диски называются гибкими магнитными дисками или флоппи-дисками (их также называют дискетами) и расположены в специальном картонном конверте, защищающем их от повреждения. Кстати, пусть название "гибкие диски" не вводят вас в заблуждение - с такими дисками надо обращаться осторожно и ни в коем случае не изгибать их!
В настоящее время используются флоппи-диски двух типов - диаметром 5,25" (рис.1.14) и 3,5" (рис.1.15). В зависимости от конструкции диска и материала магнитного покрытия вы можете записать на флоппи-диск от 360 Кбайт до 2,88 Мбайт данных. Больше всего распространены флоппи-диски диаметром 3,5" и емкостью 1,44 Мбайт, диаметром 5,25" и емкостью 1,2 Мбайт, а также диаметром 5,25" и емкостью 360 Кбайт.
Энергозависимая память
Применяется для долговременного хранения информации. Такая память не имеет движущихся частей и поэтому обеспечивает высокую сохранность данных при использовании в мобильных устройствах.
Кратковременная память
Оперативная память.
Представляет собой последовательность пронумерованных, начиная с нуля, ячеек. В каждой ячейке оперативной памяти может храниться двоичный код.
Оперативная память изготавливается в виде модулей памяти.
Список литературы
1. Информатика в понятиях и терминах: Кн. для учащихся ст. классов сред. шк. / Г.А. Бордовский, В.А. Извозчиков, Ю.В. Исаев, В.В. Морозов; Под ред.В.А. Извозчикова. - М.: Просвещение, 1991. - 208 с.
2. Основы информатики и вычислительной техники: Проб. учеб. пособие для сред. учеб. заведений. В 2-х ч. Ч.1 / А.П. Ершов, В.М. Монахов, С.А. Бешенков и др.; Под ред. А.П. Ершова, В.М. Монахова. - М.: Просвещение, 1985. - 96 с.
3. Основы информатики и вычислительной техники: Проб. учеб. пособие для сред. учеб. заведений. В 2-х ч. Ч.2/ А.П. Ершов, В.М. Монахов, А.А. Кузнецов и др.; Под ред. А.П. Ершова, В.М. Монахова. - М.: Просвещение, 1986. - 143 с.
4. Гук М. Аппаратные средства IBM PC. Энциклопедия. СПб.: Издательство "Питер", 2000. - 816 c.
История создания вычислительной техники
История вычислительной техники началась тогда, когда сформировалось понятие числа. Во многих языках слово "цифра" происходит от слова "палец". Пальцы стали первой "вычислительной машиной". На пальцах можно складывать, вычитать и умножать довольно большие числа. Знаменитый Фибоначчи в XIII в. рекомендовал всем осваивать счет на пальцах.
Следующим изобретением был абак - счеты по пять косточек в ряду. Задача считалась решенной, только если было указано, как необходимые вычисления выполнить на абаке. Алгоритмы решения на абаке были подробно разработаны французским ученый Гербертом (950-1003), который впоследствии стал папой римским Сильвестром II.
В XVII в. появились первые механические счетные устройства и машины:
20-е годы: английский математик Вильям Оутред придумал логарифмическую линейку;
1632 г.: немецкий ученый Вильгельм Шиккард сконструировал первый в истории счетный механизм;
1642 г.: французский математик, физик и философ Блез Паскаль (1623-1662) создал счетную машину, которая могла складывать и вычитать;
1673 г.: немецкий математик и философ Готфрид Вильгельм Лейбниц (1646-1716) сконструировал арифмометр, выполнявший четыре арифметических действия. Лейбниц является одним из основоположников дифференциального и интегрального исчисления. Он мечтал полностью автоматизировать процесс вычислений, что в то время было невозможным, но он разработал двоичную систему счисления, которая и легла в основу автоматизации вычислений в современных компьютерах.
В первой половине XIX в. англичанин Чарльз Бэббидж (1791-1871) разработал конструкцию машины, которую можно было бы назвать первым компьютером. Но он не был построен, так как машина должна была быть механической, а необходимая точность изготовления деталей для этой машины в середине XIX в. была недостижима. Устройство компьютера по чертежам Бэббиджа было описано Августой Адой Лавлейс. Она же разработала теорию программирования, написала несколько программ для еще не существующей вычислительной машины. Загружать программу надо было при помощи карточек с пробитыми дырочками - перфокарт.
Основные части первого компьютера были теми же, что и в любой современной ЭВМ:
устройство для ввода данных;
запоминающее устройство, способное хранить исходные данные и промежуточные результаты (Бэббидж назвал его "складом");
арифметико-логическое устройство, выполняющее арифметические и логические операции ("мельница");
устройство управления, руководящее перемещениями со "склада" на "мельницу" и работой "мельницы" и обеспечивающее выполнение нужных действий в нужном порядке по заданной программе;
устройство для вывода результата.
Дата: 2019-07-24, просмотров: 223.
