В 1999 г. был введен в действие международный  стандарт «спецификации РС99», который определяет классификацию, а также требования к аппаратным и программным средствам персональных компьютеров. Согласно указанному стандарту, вводится пять категорий персональных компьютеров:

    - домашний пользовательский, потребительский, массовый компьютер (Consumer PC), предназначенный для работы в основном в домашних условиях;

    - офисный, деловой компьютер (Office PC) предназначен для выполнения канцелярской работы в составе компьютерных сетей предприятия, организации и т.д.;

    - мобильный, переносной, портативный компьютер (Mobile PC) предназначен для специалистов, которые используют компьютерные технологии в поездках, во время деловых встреч и т. д., когда использование стационарных машин затруднено или вообще невозможно;

            - рабочая станция  (Workstation PC) служит в качестве сервера в компьютерных сетях, а также как рабочий инструмент разработчиками программных средств, конструкторами, в издательствах, то есть там, где предъявляются повышенные требования к ресурсам компьютера;

            - игровой или развлекательный компьютер (Entertainment PC) предназначен для игр, а также для высококачественной работы со звуком и видеозаписями.

    Компьютеры  первой и второй категорий часто объединяют в одну группу настольных (desktop — настольный) компьютеров. А в категории мобильных в последние годы выделились подгруппы портативных, или «ноутбуков», размером с «дипломат», и ручных (palmtop, hand-held PC или НРС – дословно: на поверхности ладони, «наладонный», ручной), или карманных, персональных компьютеров (КПК) размером не намного больше привычных микрокалькуляторов.

    Существуют  также компьютеры, которые можно  отнести к промежуточной группе между настольными и мобильными компьютерами. Эти компьютеры иногда называют настольными мини-компьютерами (Book PC – книжный персональный компьютер или slim-deck – тонкий настольный). По размерам они в 2 - 3 раза меньше обычного настольного компьютера.

    В качестве отдельной группы настольных компьютеров можно также упомянуть  игровые и интернет-приставки, которые используются для компьютерных игр, для прослушивания аудиозаписей или просмотра видеофильмов, а также для подсоединения к всемирной сети Интернет. Приставки устроены практически так же, как и обычные персональные компьютеры, но они не оснащены дисплеем, вместо которого используются обычные телевизоры.

    Следующая группа – мини-компьютеры (не путать с настольными мини-компьютерами) – состоит из машин, используемых для работы в условиях реального производства, для управления поточной линией, цехом, для обеспечения работы научной лаборатории или относительно небольшого учреждения. Как правило, мини-компьютеры выполнялись в виде нескольких напольных стоек, содержащих все его устройства. В настоящее время мини-компьютеры практически полностью вытеснены более мощными и дешевыми персональными компьютерами.

    Группа  универсальных компьютеров характеризуется возможностью решать подавляющее большинство задач обработки информации и практически неограниченными возможностями её хранения. Универсальные машины – мэйнфреймы (mainframe – главный каркас, центральное строение) применяются как центральное звено в системах управления производственным циклом для обеспечения работы крупных НИИ, организаций и учреждений. К группе универсальных компьютеров относят машины типа ЕС ЭВМ, «Эльбрус» и другие аналогичные им. Как и группа мини-компьютеров, эта группа машин постепенно вытесняется мощными персональными компьютерами.

    Суперкомпьютеры используются для решения задач, так называемых предельных классов, для которых требуется сосредоточение колоссальных вычислительных мощностей. Это задачи метеопрогноза в планетарных масштабах, задачи расчета и проектирования современных самолетов и космических кораблей, задачи из области ядерной физики и космогонических исследований, задачи управления системами противоракетной и космической обороны, задачи обеспечения работы глобальных сетей общемирового значения и т. д. Суперкомпьютеры содержат от нескольких сотен до десятков тысяч процессоров.

2. Архитектура ЭВМ

    2.1. Магистрально-модульный  принцип ЭВМ

 

    Под архитектурой компьютера понимается совокупность сведений об основных устройствах компьютера и их назначении, о способах представления программ и данных в машине, об особенностях её организации и функционирования.

    Рассмотрим  архитектуру наиболее популярного  и широко распространённого в нашей стране семейства IBM-совместимых персональных компьютеров.

    Архитектура современных ПК основана на магистрально-модульном принципе.

    Модульный принцип позволяет потребителю  самому подобрать нужную ему конфигурацию компьютера и производить при необходимости его модернизацию. Модульная организация системы опирается на магистральный (шинный) принцип обмена информации.

    Комплекс, состоящий из пучка проводов и  электронных схем, обеспечивающих правильную передачу информации внутри компьютера, называют магистралью, системной шиной или просто шиной.

    Магистраль  связывает воедино по адресации памяти, передачи данных и служебных сигналов процессор, память и периферийные устройства.

      По каждому проводу жгута передается  только один бит информации. Контроль над правильностью передачи информации по проводам обеспечивают специальные электронные схемы.

    Число проводов в шине называется ее разрядностью. Разрядность адресной шины определяет максимально возможный для данной машины объем адресного пространства, то есть максимально возможный объем оперативной памяти. Так, например, при двадцатичетырехразрядной адресной шине объем адресного пространства равен 2²⁴ байт (16 Мбайт), а при тридцатишестиразрядной – 2³⁶ байт (64 Гбайт).

    Шина  связывает между собой не только процессор и оперативную память, фактически, все устройства компьютера – диски, клавиатура, дисплей и т.д. – так или иначе принимают и передают данные через шину. Для этого в шине предусмотрены стандартные разъемы, к которым подключаются те или иные устройства компьютера. Стандартный разъем шины иногда называют портом.

    В современных компьютерах предусмотрено  несколько специализированных шин, которые соединяют друг с другом оперативную память и процессор, процессор и дисплей и т. д. Такая схема обеспечивает существенное повышение мощности и эффективности работы компьютера. Специализированные шины, входящие в состав современного компьютера, отличаются друг от друга не только разрядностью, но и еще одной важнейшей характеристикой – скоростью обмена, которую у шин называют еще и пропускной способностью. От разрядности и скорости обмена зависят тип и количество устройств компьютера, которые могут быть подсоединены к той или иной шине.

    Обмен информацией между отдельными устройствами ЭВМ производится по трем многоразрядным шинам, соединяющим все модули – шине данных, шине адресов и шине управления.

    Подключение отдельных модулей компьютера к  магистрали на физическом уровне осуществляется с помощью контроллеров, а на программном обеспечивается драйверами. Контроллер принимает сигнал от процессора и дешифрует его, чтобы соответствующее устройство смогло принять этот сигнал и отреагировать на него. За реакцию устройства процессор не отвечает – что функция контроллера. Поэтому внешние устройства ЭВМ заменяемы, и набор таких модулей произволен.

    Данные  по шине данных могут передаваться как от процессора к какому-либо устройству, так и в обратную сторону, т.е. шина данных является двунаправленной. К основным режимам работы процессора с использованием шины передачи данных можно отнести следующие: запись/чтение данных из оперативной памяти и из внешних запоминающих устройств, чтение данных с устройств ввода, пересылка данных на устройства вывода.

    Выбор абонента по обмену данными производит процессор, который формирует код адреса данного устройства, а для оперативного запоминающего устройства (ОЗУ) код адреса ячейки памяти. Код адреса передается по адресной шине, причем сигналы передаются в одном направлении, от процессора к устройствам, т.е. эта шина является однонаправленной.

    По  шине управления передаются сигналы, определяющие характер обмена информацией, и сигналы, синхронизирующие взаимодействие устройств, участвующих в обмене информацией.

    Внешние устройства к шинам подключаются посредством интерфейса. Под интерфейсом понимают совокупность различных характеристик какого-либо переферийного устройства ПК, определяющих организацию обмена информацией между ним и центральным процессором. В случае несовместимости интерфейсов (например, интерфейс системной шины и интерфейс винчестера) используют контроллеры.

    Чтобы устройства, входящие в состав компьютера, могли взаимодействовать с центральным процессором, в IBM-совместимых компьютерах предусмотрена система прерываний (Interrupts). Система прерываний позволяет компьютеру приостановить текущее действие и переключиться на другие в ответ на поступивший запрос, например, на нажатие клавиши на клавиатуре. Ведь с одной стороны, желательно, чтобы компьютер был занят возложенной на него работой, а с другой – необходима его мгновенная реакция на любой требующий внимания запрос. Прерывания обеспечивают немедленную реакцию системы.

    2.2. Структура компьютера

 

    Структура компьютера – это модель, устанавливающая  состав, порядок и принципы взаимодействия входящих в неё компонентов.

    Обычно  персональный компьютер состоит из трех частей:

    - системного блока;

    - клавиатуры, позволяющей вводить символы в компьютер;

    - монитора (дисплея) – для изображения текстовой или графической информации.

    Основные  узлы компьютера располагаются в  системном блоке. К ним относятся:

    - материнская плата;

    - процессор;

    - оперативная память;

    - блок питания, преобразующий электропитание сети в постоянный ток низкого напряжения, подаваемый на электронные схемы компьютера;

    - накопители (или дисководы) для гибких магнитных дисков, используемые для чтения и записи на гибкие магнитные диски (дискеты);

    - устройства для работы с оптическими  (лазерными) дисками;

    - накопитель на жестких магнитных дисках, предназначенные для чтения и записи на несъемные жесткие магнитные диски (винчестер);

    - другие специализированные платы  (видеокарта, звуковая карта и  др.).

    Рассмотрим  основные компоненты системного блока.

    a. Материнская плата

    Основные  интегральные схемы компьютера размещены  на так называемой материнской плате (motherboard). Это основная плата компьютера, а называется она материнской, потому что предназначена для крепления всех его основных устройств – центрального процессора, модулей оперативной памяти и т.д. Именно эти устройства определяют модель и основные технические характеристики компьютера. Кроме того, на материнской плате имеется ряд стандартных разъемов, к которым можно подсоединять другие устройства компьютера (магнитные диски, дисплей, клавиатуру) и тем самым подбирать его конкретный аппаратный состав — конфигурацию, исходя из потребностей и пожеланий пользователя. Возможные конфигурации компьютера определяются материнской платой, на которой они реализуются.

    b. Оперативная память

    Важнейшей характеристикой памяти является ее объём. Объём памяти равен количеству байтов, из которых она состоит

    Байт  является основной единицей измерения  объёма памяти. Вместе с тем байт как единица объёма представляет собой слишком маленькую величину, поэтому для указания объёмов памяти различных устройств компьютера используется целый ряд кратных единиц. В вычислительных машинах основной системой счисления является двоичная, поэтому кратные единицы образуются с помощью так называемой двоичной тысячи, которая равна 2¹⁰ = 1024. Первая кратная единица называется килобайт (Кбайт). 1 Кбайт = 1024 байт.