ЛЕКЦИЯ 2. Лекция 2 Аппаратное и программное обеспечение иттехнологий Аппаратное обеспечение иттехнологий Программное обеспечение ит технологий 1 Аппаратное обеспечение иттехнологий
 Скачать 0.98 Mb.
|
|
1 ЛЕКЦИЯ 2 Аппаратное и программное обеспечение ИТ-технологий 2.1. Аппаратное обеспечение ИТ-технологий 2.2. Программное обеспечение ИТ- технологий 2.1 Аппаратное обеспечение ИТ-технологий • 2.1.1. Элементная база информационных технологий • 2.1.2. INTEL — кузница микропроцессоров • 2.1.3. Аппаратная реализация компьютера • 2.1.4. Периферийное компьютерное оборудование 2.1.1. Элементная база информационных технологий Необходимым элементом создания ИС является техническое обеспе- чение (HardWare), представляющее собой комплекс технических средств. В него входят ПК, периферийное оборудование (принтеры, сканеры, плотте- ры), средства связи (модемы, сетевые платы), а также средства оргтехники (ксероксы, факсы). Органично встраиваются в систему сбора, передачи, обработки информа- ции средства оргтехники, являющиеся неотъемлемой частью современного офиса. Современная техника дает возможность объединить функции прин- 2 тера, ксерокса и сканера в одном устройстве. Выбор состава технических средств определяется задачами ИС и области деятельности организации. Основные устройства, которые должны входить в состав вычислительной машины, были определены в начале XIX в. английским ученым Чарльзом Бэббиджем: ▪ «склад» для хранения цифровой информации (в современных ЭВМ это запоминающее устройство); ▪ устройство, осуществляющее операции над числами, взятыми со «скла- да». Бэббидж называл такое устройство «мельницей» (в современных ЭВМ это арифметическое устройство); ▪ устройство для управления последовательностью выполнения операций, передачей чисел со «склада» на «мельницу» и обратно, т. е. устройство управления; ▪ устройство для ввода исходных данных и показа результатов, т. е. ус- тройство ввода-вывода. Устройства, принцип действия которых изложен почти 200 лет назад, пол- ностью реализованы в современных вычислительных машинах. Для XIX в. эти изобретения оказались преждевременными. Бэббидж сделал попытку создать машину такого типа на основе механического арифмометра, но ее конструкция оказалась очень дорогостоящей и работы по изготовлению ма- шины закончить не удалось. Только в 1906 г. его сын выполнил демонстра- ционные модели некоторых частей машины. Если бы аналитическая машина была завершена, то, по оценкам Бэббиджа, на сложение и вычитание потре- бовалось бы 2 с, а на умножение и деление — 1 мин. Нельзя представить себе прогресс в области вычислительной техники без использования сверхбольших интегральных схем. Одной из таких схем явля- ется микропроцессор — мозг ПК. Микропроцессор формируется на специальной подложке — кристалле кремния. Использование кремния вызвано тем, что он является полупровод- ником и его проводимость выше, чем у диэлектрических материалов, но ни- же, чем у металлов. С помощью специальных примесей кремний можно сде- лать как изолятором, препятствующим движению электрических зарядов, так 3 и проводником: тогда электрические заряды будут свободно проходить через него. Начиная со второго поколения прогресс ЭВМ связан с применением тран- зисторов. Транзистор появился в 1948 г. в лабораториях корпорации Bell. Прогрессивная роль транзистора заключается в его малых размерах. При- менение транзисторов позволило строить компьютер из малоразмерных электронных схем, созданных на печатных платах. Объединение большого числа таких транзисторов на текстолитовой плате дало возможность созда- вать отдельные узлы и даже целые устройства. Применение транзисторов привело к уменьшению габаритных размеров ЭВМ и увеличению их вычис- лительной мощности. Однако габаритные размеры ЭВМ на транзисторах все же оставались очень большими для их широкого применения. Следующим шагом научно- технического прогресса стало изготовление нескольких транзисторов на од- ной подложке и соединение их между собой с помощью металлических про- водников. Так появились первые интегральные микросхемы. Появление первых микропроцессоров неразрывно связано с корпораци- ей Intel, основанной для практической реализации технологий изготовления интегральных схем. Начиная с 1970-х гг. успехи этой компании в проекти- ровании и изготовлении интегральных схем позволили ей создавать все бо- лее совершенные микропроцессоры (рис. 2.1). Вычислительная мощность изделий Intel постоянно увеличивается, а стоимость уменьшается. Ис- пользование микропроцессоров дало возможность перевести процесс обра- ботки числовых данных из огромных машинных залов на рабочий стол ря- дового пользователя, установив на нем современный ПК. 4 Рис. 2.1.Микропроцессор: транзисторы, резисторы, конденсаторы и соединяющие их проводники в одном кремниевом кристалле 2.1.2. INTEL — кузница микропроцессоров В начальном периоде своей деятельности сотрудники Intel разрабаты- вали микросхемы компьютерной памяти, которые должны были заменить магнитные устройства для хранения данных. Среди первых заказов, которые выполняла компания Intel, была разработка для японской компа- нии Busicom набора микросхем для высокопроизводительных домашних программируемых калькуляторов. Для выполнения всех функций в калькуляторе необходимо было разра- ботать 12 логических микросхем, но у Intel отсутствовали возможности, что- бы вовремя выполнить такой большой заказ. Тогда у сотрудников компании родилась превосходная идея: разработать одну универсальную логическую микросхему вместо 12 заказанных. Этот замысел получил поддержку как у руководства Intel, так и со стороны заказчика, в результате чего через нес- колько месяцев группа инженеров и конструкторов Intel разработала набор из четырех микросхем, включавший в себя микросхему универсального арифметико-логического устройства. Это интересно В ноябре 1971 г. в журнале «Electronics News» появилась скромная рекла- ма, которая оповестила весь мир о появлении первой в истории микро- 5 компьютерной интегральной схемы (термина «микропроцессор» тогда еще не было). Компьютерная интегральная схема (микросхема) 4004 имела быстро- действие 60 тыс. операций в секунду и содержала 2 300 транзисторов. По своей мощности она была сравнима с первым американским компьюте- ром ENIAC, собранным на 18 тыс. ламп и имевшим объем 85 м 3 . В настоящее время такие показатели выглядят весьма скромно, а тогда это был револю- ционный шаг вперед и микросхема пользовалась успехом на рынке несмотря на высокую стоимость — около 200 долл. США. В 1974 г. Intel объявила о создании микропроцессора 8080. На базе этого процессора через год появился первый потребительский настольный персональный компьютер Altair фирмы MITS. Он стоил 395 долл. США и продавался в виде набора для самостоятельной сборки. Неожиданно число энтузиастов, желающих иметь свой собственный ПК, оказалось большим, и за несколько месяцев было продано более 10 тыс. комплектов, несмотря на то что Altair не имел даже алфавитно-цифрового дисплея. Это интересно Компания MITS была первым заказчиком Microsoft, которая разработала для Altair интерпретатор языка BASIC. В 1978 г. Intel представляет 16-разрядный микропроцессор 8086, а в 1979 г. — его более экономичную версию 8088. Мощная корпо- рация IBM — лидер компьютерной индустрии всего мира — выбрала мик- ропроцессор 8088 в качестве основы для своего ПК. Благодаря это- му Intel заняла лидирующие позиции на рынке микропроцессоров. 2.1.3. Аппаратная реализация компьютера Общие сведения. Что такое настольный компьютер, объяснять никому не нужно, — это любимое молодежью устройство, чтобы красиво набирать тексты рефератов, а также любые другие тексты, бланки и договоры, чертить графики и схемы, работать с клиентской базой данных (БД), а также делать различные расчеты, рисовать, слушать музыку и смотреть суперDVD- 6 фильмы, обмениваться посланиями по электронной почте или искать ин- формацию в Интернете. Базовый комплект ПК. Обычный настольный компьютер, или как его на- зывают на американско-компьютерном сленге — десктоп, состоит из сис- темного блока, монитора, клавиатуры и мыши. Самая важная часть настольного компьютера — системный блок, содер- жащий процессор и оперативную память (memory) — сердце и мозг ПК; жес- ткий диск или винчестер (Hard Disk Drive — HDD); дисковод оптических дис- ков; CD- и DVD-ROM и несколько так называемых портов (COM-, LTP-, USB- port) — плат, снабженных разъемами для присоединения к компьютеру до- полнительных устройств: для печати — принтера, для связи с другими компьютерами — модема, для ввода изображений в компьютер — сканера и некоторых других устройств (рис. 2.2). Рис. 2.2.Настольный компьютер На практике широко используют портативные (рис. 2.3) и карманные компьютеры (рис. 2.4). 7 Рис. 2.3.Портативный компьютер Рис. 2.4.Карманный компьютер Здесь будем говорить об IBM-совместимых компьютерах. В этих компьютерах применяется основной принцип фирмы IBM — стандарт откры- той архитектуры. Это интересно Принцип открытой архитектуры предусматривает возможность дополне- ния имеющихся аппаратных средств компьютера новыми компонентами без замены старых или устаревших компонентов более современными без за- мены всего компьютера. Эта операция называется «upgrade» (расширить, обновить). Многие фирмы в России специализируются на модернизации компьюте- ров, осуществляя сборку компьютера под заказ конкретного пользователя. Часто такая сборка оказывается дешевле, чем приобретение компьютера це- ликом. Именно для IBM-совместимых компьютеров используется ОС Windows знаменитой фирмы Microsoft. 8 Однако существует и другой стандарт — «Эппл» (от англ. apple — ябло- ко), на базе которого выпускаются компьютеры серии «Макинтош» (Macintosh). Для компьютеров этой группы существует свое «яблочное» ПО, в частности своя ОС MacOS. Это интересно Возняк Стив (родился в 1950 г. в штате Калифорния, США) — компьютер- ный дизайнер, соучредитель фирмы Apple. Учился в Калифорнийском университете в Беркли. Не закончив учебу, на- чал работать в компании Hewlett-Packard. Все свое свободное время про- водил в клубе «Самодельный компьютер» в компании таких же молодых эн- тузиастов в Пало-Альто. В 1975 г. его приятель Стив Джобс предложил Воз- няку начать работу над новым компьютером, который мог бы хорошо про- даваться. Первый опытный образец этого компьютера Apple I был создан в гараже, принадлежавшем родителям Джобса. В апреле 1976 г. Джобс и Возняк основали компанию Apple Computer. Ее продукцией стал компьютер Apple I, отличавшийся простотой и компактностью, а затем и Apple II. Затем фирма Apple развернула производство принтеров и ПО. После ухода в 1985 г. из Apple Возняк завершил образование в Беркли, получив степень бакалавра в области компьютерных наук и электротехники, и стал препода- вать. В чем состоит принципиальная разница между IBM и Apple? Первая из них выбрала тактику открытой архитектуры (с продажей патентов). Любая фирма, приобретя патент, может наладить производство компьютеров по технологии IBM. Именно это и обеспечило широкое распространение компьютеров IBM. Фирма Apple не продает свои патенты, поэтому компьютеры этой фирмы дороже и менее распространены, хотя наиболее известные компьютеры се- рии Macintosh гораздо удобнее, мощнее и надежнее, чем их аналоги IBM. Но вернемся к компьютерам. В практической деятельности важным мо- ментом работы с компьютером является сохранение информации. Для этого помимо традиционных дискет применяют записывающие диски CD-R и CD- RW. Однако однажды записанный диск CD-R перезаписать уже нельзя. Снять это ограничение призваны диски и накопители стандарта CD-RW (пе- 9 резаписываемые диски). Эти устройства для тех, кто собирается работать с большими объемами данных, такими как графика и музыка. Если же сохраняемая информация исчисляется в гигабайтах (трехмерная графика, видео), то CD-диска будет недостаточно. Стандарт DVD позволяет записать полнометражный фильм. Существуют пишущие DVD-дисководы и диски (DVD-R) и перезаписывающие (DVD-RW) (рис. 2.5). Рис. 2.5.CD- и DVD-диск В настоящее время широко используются компактные флеш-накопители (рис. 2.6) со встроенной картой памяти объемом до 2 ТБ. Рис. 2.6.Флеш-накопители Это интересно Особенностью компьютеров последних моделей является наличие осо- бых инфракрасных портов (Infra Red — IR), позволяющих подключать раз- личные устройства без проводов. Такой порт общается с устройством, как 10 телевизор со своим пультом дистанционного управления. Наличие ИК-порта привело к появлению беспроводных устройств: клавиатур, мышей. Многие эксперты считают, что ближайшее десятилетие пройдет под зна- ком стирания граней между ПК и прочими устройствами, применяемыми людьми в быту. Авторы компьютерных журналов рисуют картины, изображая дома, наполненные всевозможными цифровыми устройствами, выполня- ющими малейшую прихоть своего хозяина, а компьютерные компании с за- видной оперативностью воплощают эти смелые фантазии в жизнь. Не остался в стороне и Билл Гейтс, президент компании Microsoft. Он представил широкой публике технологию Mira — продукт деятельнос- ти eHome, подразделения Microsoft. Она специализируется на технологиях, получивших в прессе название «дом будущего», или «цифровой дом». Mira представляет собой программный комплекс на основе Windows CE.Net, объединяющий в единое целое всю электронику в доме — от системы кли- мат-контроля до микроволновой печи. Управлять всем этим будут компьюте- ры нового типа, снабженные плоскими жидкокристаллическими (ЖК) диспле- ями, которые можно будет отсоединить от системного блока и использовать как переносный веб-планшет. Всю визуальную информацию от компьютера мы воспринимаем через мо- нитор. Монитор — это устройство визуального отображения информации в виде текста, таблиц, чертежей, рисунков и т. д. Монитор является универсальным устройством вывода информации и подключается к видеокарте. Изображение в компьютерном формате (в ви- де последовательности единиц и нулей) хранится в видеопамяти, размещен- ной на видеокарте. Изображение на экране монитора формируется путем считывания содержимого видеопамяти и отображения его на экран. Говоря о мониторах (дисплеях), можно подразделить их на два принципи- ально отличающихся класса: CRT-модели (Cathode Ray Tube — электронно- лучевые трубки, ЭЛТ) и плоские LCD-модели (Liquid Crystal Display — жид- кокристаллические индикаторы). Технологии развиваются так стремительно, что уже у LCD-моделей появился серьезный конкурент в виде новой техно- логии — OLED, на базе которой начинают производить мониторы на орга- нических светоизлучающих диодах. 11 ЭЛТ-мониторы. Развитие технологий привело к производству увеличива- ющихся по размеру экранов с высоким качеством изображения. Обычно ис- пользуют 15- и 17-дюймовый цветной монитор, а для работы с графически- ми приложениями применяются мониторы с диагональю 21 дюйм и более (рис. 2.7). Рис. 2.7.Цветной ЭЛТ-монитор Это интересно Немногим более 100 лет назад Карл Фердинанд Браун, искавший новый способ измерения переменного тока, собрал первую ЭЛТ с трехдюймовым круглым слюдяным экраном и люминофорным покрытием. Тогда Карл Браун вряд ли предполагал, что его прибор станет первым скромным шагом в тех- нологии, коренным образом изменившей методы восприятия и использо- вания информации человеком. Изображение на экране цветного монитора на базе ЭЛТ формируется с использованием трех электронных пушек, испускающих поток электронов. Этот поток, проходя сквозь специальную металлическую маску, или решетку, попадает на внутреннюю поверхность стеклянного экрана, покрытую триада- ми люминофорных точек из трех основных цветов: красного, синего и зе- леного. Точки светятся при попадании на них электронов от соответству- ющих пушек, отвечающих за свечение своего светового участка точки. Одной из важных характеристик ЭЛТ является разрешающая способность (число цветовых точек по вертикали и горизонтали): 80 0 × 600; 1 024 × 768; 1 280 × 1 024; 1 360 × 768; 1 600 × 900; 1 600 × 1 024; 1 600 × 1 200; 1 920 × 1 080 и т. д. 12 Обновление изображения обычно происходит с частотой 75 раз в секунду и более, что обеспечивает комфортное восприятие человеком изображения монитора без видимого эффекта мерцания. При выборе монитора особое внимание обратите на его соответствие международным стандартам безопасности. ЖК-мониторы. В настоящее время чаще всего используются дисплеи на основе ЖК-панели (рис. 2.8), которая является более перспективной альтернативой технологии ЭЛТ. Рис. 2.8.ЖК-монитор Тонкий слой вещества ЖК-панели пропускает свет или препятствует его прохождению; массив крошечных ячеек, выполненных из этого вещества, позволяет управлять каждой точкой изображения. Это интересно В настоящее время большинство ЖК-мониторов выпускается на базе ак- тивной матрицы TFT (Thin-Film Transistor — технология тонкопленочных транзисторов). В ней для каждой ячейки экрана используются отдельные усилительные элементы, компенсирующие влияние емкости ячеек и позво- ляющие значительно уменьшить время изменения их прозрачности. В отличие от ЭЛТ, ЖК-дисплеи обеспечивают изображение высокого ка- чества без мерцания и со значительно меньшими уровнями излучения в ди- апазоне очень низких частот, которые наиболее опасны для здоровья че- ловека. Они также имеют абсолютно плоский экран, и поэтому лишены большей части геометрических искажений, присущих обычным мониторам. Кроме того, они занимают гораздо меньше места и обладают значительно 13 меньшим энергопотреблением, что способствует их широкому применению в качестве дисплеев портативных компьютеров. Широко используются модели ЖК-дисплеев для настольных портативных компьютеров. Они идеально подходят для офисных помещений, так как поз- воляют рационально использовать рабочее пространство. Мониторы на базе органических светоизлучающих диодов. У ЖК-техно- логии уже появился серьезный конкурент в виде новой технологии — OLED (Organic Light Emitting Diode), или в переводе на русский язык — технология органического светоизлучающего диода. |