Материал: 5073

25

распоряжений, получение коммерческих данных, докладов и отчетов. Для эксплуатации на рабочем месте портативные компьютеры не очень удобны, но их можно подключать к настольным компьютерам, используемым стационарно.

Классификация по совместимости. В мире существует множество различных видов и типов компьютеров. Они выпускаются разными производителями, собираются из разных деталей, работают с разными программами. При этом очень важным вопросом становится совместимость различных компьютеров между собой. От совместимости зависит взаимозаменяемость узлов и приборов, предназначенных для разных компьютеров, возможность переноса программ с одного компьютера на другой и возможность совместной работы разных типов компьютеров с одними и теми же данными.

Аппаратная совместимость. По аппаратной совместимости различают так называемые аппаратные платформы. В области персональных компьютеров сегодня наиболее широко распространены две аппаратные платформы — IBM PC и Apple Macintosh. Кроме них существуют и другие платформы, распространенность которых ограничивается отдельными регионами или отдельными отраслями. Принадлежность компьютеров к одной аппаратной платформе повышает совместимость между ними, а принадлежность к разным платформам — понижает.

Кроме аппаратной совместимости существуют и другие виды совместимости:

совместимость на уровне операционной системы, программная совместимость, совместимость на уровне данных.

Классификация по типу используемого процессора. Процессор — основной компонент любого компьютера. В электронно-вычислительных машинах это специальный блок, а в персональных компьютерах — специальная микросхема, которая выполняет все вычисления в компьютере. Даже если компьютеры принадлежат одной аппаратной платформе, они могут различаться по типу используемого процессора. Тип используемого процессора в значительной (хотя и не в полной мере) характеризует технические свойства компьютера.

2.2.История развития универсальных ЭВМ и их характеристики

Вистории вычислительной техники существует своеобразная периодизация ЭВМ по поколениям. В ее основу первоначально был положен физикотехнологический принцип: машину относят к тому или иному поколению в зависимости от используемых в ней физических элементов или технологии их изготовления. Приведенные даты, относящиеся к поколениям, соответствуют периоду промышленного производства; проектирование велось значительно раньше. В настоящее время физико-технологический принцип не является единственным при определении принадлежности той или иной ЭВМ к поколению. Учитывается уровень программного обеспечения, быстродействие, другие факторы, основные из которых сведены в табл. 2.2.1.

Машина первого поколения – десятки стоек, каждая размером с большой книжный шкаф, наполненных электронными лампами, лентопротяжными устройствами, громоздкие печатающие агрегаты на площади сотни квадратных метров, со специальными системами охлаждения, источника-питания, постоянно

26

гудящее и вибрирующее (почти как в цехе машиностроительного завода). Обслуживание – ежечасное. Часто выходящие из строя узлы, перегорающие лампы, и вместе с тем невиданные, волшебные возможности для тех, кто, например, занят математическим моделированием. Быстродействие до 1000 оп/с и память на 1000 чисел делало доступным решение задач, к которым раньше нельзя было и подступиться.

Приход полупроводниковой техники (первый транзистор был создан в 1948 г., первая ЭВМ с их использованием – в 1956 г.) резко изменил вид машинного зала: болee нормальный температурный режим, меньший гул (лишь от внешних устройств) и, самое главное, возросшие возможности для пользователя. К машинам первых трех поколений допускали инженеров, системных программистов и операторов, а пользователь чаще всего передавал в соседнем помещении перфоленты или перфокарты, на которых были его программы и входные данные задачи.

Начиная со второго поколения, машины стали делиться на большие, средние и малые по признакам размеров, стоимости, вычислительных возможностей. Так, небольшие отечественные машины второго поколения («Наири», «Раздан», «Мир» и др.) с производительностью порядка 104 оп/с были в конце 60-х годов вполне доступны каждому вузу, однако БЭСМ – 6 имела профессиональные показатели и стоимость на 2 – 3 порядка выше.

В начале 70-х годов, с появлением интегральных технологий в электронике, были созданы микроэлектронные устройства, содержащие несколько десятков транзисторов и резисторов на одной небольшой (площадью порядка 1 см2) кремниевой подложке. Без пайки и других привычных тогда в радиотехнике действий на них «выращивались» электронные схемы, выполняющие функции основных логических узлов ЭВМ (триггеры, сумматоры, дешифраторы, счетчики и т.д.). Эти технологии позволили перейти к третьему поколению ЭВМ, техническая база которого – интегральные схемы.

При продвижении от первого к третьему поколению радикально изменились возможности программирования. Написание программ в машинном коде для машин первого поколения (и чуть более простое на Ассемблере) для большей части машин второго поколения является занятием, с которым подавляющее большинство современных программистов знакомятся при обучении в вузе, а потом забывают. Появление процедурных языков высокого уровня и трансляторов с них было первым шагом на пути радикального расширения круга программистов. Научные работники и инженеры сами стали писать программы для решения своих задач.

Уже в третьем поколении появились крупные унифицированные серии ЭВМ. Для больших и средних машин в США это прежде всего семейство IBM 360/370. В СССР 70-е и 80-е годы были временем создания унифицированных серий: ЕС ЭВМ (крупные и средние машины), СМ (система малых) ЭВМ и «Электроника» (серия микро-ЭВМ). В их основу были положены американские прототипы фирм

IBM и DEC (Digital Equipment Corporation). Были созданы и выпущены десятки моделей ЭВМ, различающихся назначением и производительностью.

28

Их выпуск был практически прекращен в начале 90-х годов, но многие из них еще используются в самых разных сферах деятельности, включая образование

(например, компьютеры ДВК (диалоговые вычислительные комплексы), БК, а

также УКНЦ - аналоги мини-ЭВМ типа PDP-11 (Program Driven Processor – про-

граммно-управляющий процессор) фирмы DEC).

2.3. Основные устройства персонального компьютера и их назначение 2.3.1. Мониторы

Основным устройством вывода информации в ПК является монитор. Взаимодействие между ним и процессором осуществляет видеокарта. Для того чтобы операционная система могла осуществлять связь между процессором и видеоадаптером, нужен драйвер. На сегодняшний день выпускаются мониторы двух типов: с электроннолучевой трубкой и жидкокристаллические. Модели этих устройств (а их предлагается очень много) различаются своими характеристиками.

Мониторы с электронно-лучевой трубкой

Наиболее распространенными и популярными сейчас являются мониторы с элек- тронно-лучевой трубкой (ЭЛТ-мониторы). Применяемая в них технология была разработана много лет назад и первоначально предназначалась для использования в осциллографах. Со временем она была значительно усовершенствована, благодаря чему современные мониторы такого типа обеспечивают высокое качество изображения и имеют относительно невысокую стоимость.

Принцип работы ЭЛТ-монитора

Самым важным элементом ЭЛТ-монитора является электронно-лучевая трубка, или кинескоп. Она представляет собой герметичную стеклянную колбу, из которой удален воздух. Экран трубки покрыт слоем люминофора — вещества, излучающего свет при бомбардировке заряженными частицами.

Для создания изображения в ЭЛТ-мониторе применяются, как правило, три электронные пушки, которые под воздействием сильного электростатического поля «выстреливают» поток электронов. Проходя сквозь металлическую маску, или решетку, электроны попадают на внутреннюю поверхность экрана монитора, покрытую очень маленькими элементами люминофора разного цвета (такими маленькими, что человеческий глаз их не различает).

Принцип формирования цветного изображения основан на том, что любой цвет может быть получен путем смешивания красного, синего и зеленого цветов, а также на свойстве человеческого зрения, называемом пространственное усреднение цвета. Оно проявляется в следующем: несколько близко расположенных точек разного цвета человек видит не как отдельные точки, а как одно цветное пятно «усредненного» цвета.

Под воздействием отклоняющей системы поток электронов (луч) может перемещаться в вертикальной и горизонтальной плоскостях, что обеспечивает его проход по всей области экрана. Отклоняющая система состоит из четырех катушек индуктивности, одна пара катушек отклоняет луч в горизонтальной плоскости, а вторая – в вертикальной.

Луч оставляет след только во время прямого хода по строке (слева направо). Строка разбивается на определенное количество точек, яркость и цвет которых не зависят от состояния других точек. На время обратного хода по строке луч принуди-

29

тельно гасится. Следующая строка «прорисовывается» параллельно предыдущей с некоторым смещением вниз. Такое сканирование экрана производится до конца кадра, то есть до достижения лучом нижнего правого угла экрана. На время обратного хода по вертикали луч тоже гасится. Таким образом, луч с определенной частотой сканирует весь экран, образуя близко расположенные строки развертки.

Существует два вида развертки – чересстрочная и прогрессивная. В мониторах с чересстрочной разверткой каждый кадр изображения формируется за два прохода: сначала прорисовываются нечетные строки, а затем – четные. В мониторах с прогрессивной разверткой все изображение формируется за один проход.

Частота перехода луча на новую строку называется частотой горизонтальной (или строчной) развертки, а частота его перехода из нижнего правого угла в верхний левый – частотой вертикальной (или кадровой) развертки.

Мониторы являются важнейшими устройствами отображения информации. Качество экрана монитора является решающим фактором для сохранности зрения пользователя ПК. Интенсивная работа в течение многих часов является очень сильной нагрузкой для зрения.

Принцип действия монитора на базе электронно-лучевой трубки мало отли-

чается от принципа действия обычного телевизора и заключается в том, что испускаемый катодом (электронной пушкой) пучок электронов, попадая на экран, покрытый люминофором, вызывает его свечение. На пути пучка электронов обычно находятся дополнительные электроды: модулятор, регулирующий интенсивность пучка электронов и связанную с ней яркость изображения, и отклоняющая система, позволяющая изменять направление пучка.

Любое текстовое или графическое изображение на экране монитора компьютера (так же, как и телевизора) состоит из множества дискретных точек люминофора, представляющих собой минимальный элемент изображения (растра) и называемых «пикселами». Такие мониторы называют растровыми. Электронный луч в этом случае периодически сканирует весь экран, образуя на нем близко расположенные строки развертки. По мере движения луча по строкам видеосигнал, подаваемый на модулятор, изменяет яркость светового пятна и образует некоторое видимое изображение. Разрешающая способность монитора определяется числом элементов изображения, которые он способен воспроизводить по горизонтали и вертикали, например, 640x480 или 1024x768 пикселов.

Для формирования растра в мониторе используются специальные сигналы. В цикле сканирования луч движется по зигзагообразной траектории от левого верхнего угла до правого нижнего. Прямой ход луча по горизонтали осуществляется сигналом строчной (горизонтальной – Н. Sync) развертки, а по вертикали – кадровой (вертикальной – V. Sync) развертки.

Жидкокристаллические дисплеи

В конце 80-х гг. были представлены первые модели ПК типа Laptop. Основным фактором, повлекшим снижение их веса, было, в первую очередь, применение в качестве отображения информации жидкокристаллических экранов – LCD (Liquid Crystal Display – жидкокристаллический дисплей). Подобный экран состоит из двух стеклянных пластин, между которыми находится масса, содержащая жидкие кристаллы, которые могут изменять свою оптическую структуру и свойства в зависимо-