Содержание

Введение 3

1.Теоретические основы ЭВМ 5

1.1. Принципы фон Неймана 5

1.2. История создания первых ЭВМ 10

2. Устройство персонального компьютера 13

2.1. Устройства обработки информации 13

2.2 Устройства ввода информации 14

2.3. Устройства вывода информации 16

2.4 Устройства хранения информации 19

Заключение 22

Список использованной литературы 24

Введение

Персональные компьютеры все прочнее с каждым днем входят в нашу жизнь, а также занимают в ней не последнее место.

Каких-то 20 лет тому назад их можно было увидеть лишь в солидных организациях, а сегодня ПК стоит чуть ли не в каждом магазине, кафе, офисе, библиотеке.

На сегодняшний день персональные компьютеры в человеческой жизнедеятельности применяются во многих сферах – для создания научных сложных моделей, ведения бухгалтерского учета, разработки дизайна или создания музыки, поиска и хранения информации в специальных базах данных, обучения, прослушивания музыки.

Каждому человеку нужно знать сам компьютер, уметь пользоваться им. Далеко не каждый, который работает на персональном компьютере, представляет себе точный его состав.

Профессионалы, работающие вне IT-сферы, считают обязательной составляющей своей компетентности хорошие знание аппаратной части для персонального компьютера, или хотя бы его главных технических характеристик.

Также особенно велик интерес к персональным компьютерам среди молодежи, которая широко применяет их для своих личных целей.

Актуальность выбранной темы повязана с тем, что нынешний рынок компьютерной техники очень разнообразен и довольно не просто определять конфигурацию компьютера с требуемыми характеристиками. Поэтому без специальных знаний пользователям практически не обойтись.

Объектом исследования является аппаратная часть современных ПК.

Предмет исследования – устройство компьютера.

Целью курсовой работы является изучение главных устройств современного персонального компьютера.

В соответствии с рассмотренной целью поставлены следующие задачи:

– провести анализ литературы по выбранной тематике;

– рассмотреть историю создания компьютера;

– изучить главные компоненты современного ПК;

– рассмотреть классификацию некоторых составных частей системного блока;

– освоить основные свойства, характеристики компонентов ПК.

В разное время проблему аппаратной части ПК исследовали Н.Виннер, В.С. Королюк, Р.В. Малькович. Стоит отметить, что в нынешнее время составные части ПК постоянно усовершенствуются и ученые постоянно ищут новые подходы к оптимизации функционирования компонентов.

1.Теоретические основы ЭВМ

1.1. Принципы фон Неймана

В 40-х годах прошлого века американец венгерского происхождения Янош (Джон) фон Нейман включился в работу по проектированию ЭВМ для управления специальной береговой ПВО. Разрабатывалась машина "ЭНИАК" - электронный численный интегратор автоматический вычислитель (рис.1). Но проектируемая машина имела большой недостаток: в ней не было устройства для запоминания или хранения команд.

Рисунок 1 – ЭВМ «ЭНИАК»

В 1944 г. фон Нейман выступил на конференции с докладом, в котором он сформулировал основные принципы организации новейшего вычислительного устройства, которые получили название "архитектура фон Неймана" (рис.2).

Рисунок 2 – Состав типовой ЭВМ по фон Нейману

В состав стандартной ЭВМ должны были входить следующие составные части:[10]

– арифметико-логическое устройство (АЛУ) для выполнения логических и арифметических операций;

– оперативная память (ОП) – устройство для хранения кода выполняющейся программы;

– внешние устройства (ВУ), или периферийные устройства. Обычно их делят на такие классы: [6]

1) внешняя память (накопитель на гибких дисках, CD-диски, накопитель на жестких дисках, магнитооптические диски);

2) устройства ввода и вывода информации (клавиатура, микрофон, сканер, мышь, дисплей, акустические колонки, принтер, плоттер);

– управляющее устройство (УУ), что организует работу персонального компьютера:

1. помещает в ОП код программы с ВУ;[4]
2. считывает из ячеек ОП и организует реализацию первой команды программы;
3. определяет следующую команду и ее выполнение;

4) постоянно синхронизирует работу всех устройств, имеющих разную скорость выполнения операций, с помощью приостановки выполнения программы.

Рассмотрим принципы фон Неймана:

1. Принцип однородности памяти 

Принципиальное отличие принстонской архитектуры от гарвардской. Все команды и данные могут хранится в одной памяти и внешне они в памяти неразличимы.

Распознавать их можно лишь по способу применения; то есть одно и то же значение в памяти может применятся и как данные, и как команда, и как адрес лишь в зависимости от способа обращения.

Все это позволяет производить над теми командами операции и и манипуляции, что и над обычными числами, и, соответственно, может открывать ряд возможностей. [1]

Например, циклически изменяя адресную строку команды, можно обеспечивать обращение к последовательным частям массива данных. Такой метод носит название командной модификации и с позиций нынешнего программирования не приветствуется.

Полезным является следующее следствие для принципа однородности, когда все команды одной программы получаются как результат выполнения другой программы.

Такая возможность лежит в основании трансляции — перевода текста кода программы с языка высокого уровня в язык конкретно заданной вычислительной машины.

1. Принцип адресности [9]

Основная память структурно состоит из множества пронумерованных ячеек, причём самому процессору в обычный момент доступна всякая ячейка. Двоичные коды всех команд и данных подразделяются на единицы информации, которые называются словами, и хранятся с помощью ячеек памяти, а для их доступа используются номера соответствующих им ячеек – адреса.

1. Принцип программного управления 

Любые вычисления, предусмотренные алгоритмом для решения задачи, должны представляться в виде программы, что состоит из последовательности специальных управляющих слов – команд. Каждая из команд предписывает некоторую операцию по набору операций, реализуемых конкретной вычислительной машиной. [12]

Все команды программы хранятся в соседних ячейках памяти рассматриваемой вычислительной машины и реализуются в естественной последовательности, а именно в порядке их расположения в программе.

Также при необходимости, и при помощи специальных команд, эта построенная последовательность может быть измененной. Решение о изменении порядка выполнения разных команд программы принимается или на основании анализа всех результатов предшествующих вычислений, или безусловно.

1. Принцип двоичного кодирования 

Стоит отметить, что согласно этому принципу, все данные и команды, кодируются специальными двоичными цифрами 1 и 0. Каждый тип данных представляется двоичной последовательностью, а также имеет свой формат.

Все последовательность битов в форматах, имеющие определенный смысл, называется полем. [11]

В числовых данных обычно выделяют знаковое поле и поле значащих разрядов.

В форматах команд в простейшем случае выделяют два поля, а именно:

– поле кода операции;

– поле адресов.

В 1947 г. фон Нейман начал разработку новой машины, а в 1950 году была построена электронная машина для обработки дискретных переменных "ЭДВАК", что впоследствии была названа первым компьютером (рис.3).

Рисунок 3 – ЭВМ «ЭДВАК»

Норберт Винер, работая вместе с фон Нейманом, обратил свое внимание на то, что все процессы, которые управляют сложной системой, аналогичны процессам с нейрофизиологии, изучающей деятельность живых существ. Сбережение работоспособности таких систем может достигаться за счет обратной связи, которая позволяет отслеживать или корректировать уже начатое, и еще до конца не законченное действие.

Существование такой обратной связи позволяет рассмотреть сложные системы разной природы - социальной, физической, биологической - с единой точки зрения. [2]

Таким образом появилась кибернетика. В 1949 г. вышла книга Н. Винера "Кибернетика, или Управление и связь в живом мире и машинах". Сам термин "кибернетика" в переводе с греческого обозначает искусство для управления кораблем.

Под кибернетикой на сегодняшний день понимают множество научных дисциплин, изучающих законы управления, взаимосвязей, действующие в системах самой различной природы.

1.2. История создания первых ЭВМ

История вычислительной техники взяла начало тогда, когда сформировались понятия числа. Почти во всех языках слово "цифра" произошло от слова "палец". [2]

Именно пальцы стали самой первой "вычислительной машиной". На пальцах складывали, вычитали и умножали довольно большие числа между собой. Знаменитый ученный Фибоначчи в 1285 г. рекомендовал всем учить счет на пальцах.

Одним из первых изобретений был абак (рис.4).

Рисунок 4 – Абак

Задача считалась решенной, если было указано, какие необходимые вычисления можно произвести на абаке.

Алгоритм решения на абаке подробно разрабатывался французским ученым Гербертом, который впоследствии был избран папой римским Сильвестром II.

В начале XVII века появились первые механические устройства и машины для счета:

– 20-е годы: математик Вильям Оутред создал логарифмическую линейку(рис.5);

Рисунок 5 – Логарифмическая линейка

– 1632 г.: ученый В. Шиккард сконструировал первый счетный механизм;

– 1643 г.: французский математик Блез Паскаль создал счетную машину, что могла складывать и вычитать числа;

– 1673 г.: немецкий математик Готфрид Вильгельм Лейбниц сконструировал арифмометр, который выполнял четыре арифметических действия.

В первой половине 14 века англичанин Чарльз Бэббидж разработал конструкцию машины, что можно было назвать первым компьютером. Он не был построен, поскольку машина должна быть механической, а необходимая точность при изготовлении деталей для такой машины в середине 14 века была недостижимой.

Устройство компьютера по найденным чертежам Бэббиджа было написано Августой Адой Лавлейс. Она и разработала теорию программирования, также написала несколько программ для пока не существующей вычислительной машины.

Основные части первого компьютера были такими же, что и для любой современной ЭВМ, а именно:

– устройство для ввода-вывода данных;

– запоминающее устройство, способное сохранить исходные данные и результаты;[8]

– арифметико-логическое устройство, которое выполняет арифметические и логические команды;

– устройство управления, которое руководит перемещениями со данных и работой процессора и обеспечивающее выполнение разных нужных действий по заданной программе в нужном порядке.

В первом разделе рассмотрены основные теоретические основы построения архитектуры ПК, описаны принципы фон Неймана, приведена краткая история создания первых ЭВМ.

2. Устройство персонального компьютера

2.1. Устройства обработки информации

Персональные компьютеры, что знакомы большинству людей, являются вовсе не единственным типом для вычислительных машин. Обычно компьютеры классифицируют в разрезе по производительности и по способу использования.

Рассмотрим один из наибольших классов компьютеров – персональные компьютеры.

Различают портативные (ноутбуки) и стационарные персональные компьютеры.

Для персональных компьютеров обязательным является наличие монитора, ряда иных периферийных устройств.

В системном блоке ПК находятся следующие его компоненты:

– системная плата;

– микропроцессор;

– различная память (жесткий диск, ОЗУ);

– периферийные устройства ввода-вывода данных;

– интерфейсы для периферийных устройств и прочие компоненты.

ПК хорошо расширяемы. Легко к ним подключаются различные дополнительные приспособления или модернизируются имеющиеся. На персональные компьютеры также можно устанавливать широкий перечень различного программного обеспечения.

Раздельная схема – на противоположность моноблочной — предполагает, что такие ПК состоят из системного блока, разнообразных внешних, конструктивно самостоятельных подключаемых устройств (например, мониторы, мышь, микрофоны, клавиатура, громкоговорители, принтеры, сканеры, веб-камеры, различные внешние модемы и игровые устройства).[3]

Процессор - это основная микросхема ПК, его "мозг". Он может разрешить выполнять программный код, который находится в памяти и может руководить работой всех устройств ПК (рис.6).

Чем выше быстрота работы процессора, тем более увеличивается быстродействие компьютера. [7]

Рисунок 6 – Процессор

Сам процессор имеет ячейки, которые называют регистрами. Именно в таких регистрах помещаются все команды, которые могут выполнятся процессорами, а также данные, что оперируются командами. Работа процессора состоит в том, чтобы выбрать из памяти в нужной последовательности данных и команд и их выполнить. На этом и основывается выполнение программных продуктов.

Рассмотрим параметры, которые отличают процессоры между собой:

– тактовая частота;

– рабочее напряжение;

– коэффициент внутреннего умножения;

– разрядность;

– размер кэш-памяти.

Центральный процессор или центральное процессорное устройство – это процессор машинных инструкций, а именно часть аппаратного обеспечения ПК или программируемого логического контроллера, которая отвечает за выполнение главной доли работ по обработке данных - вычислительный процесс.[3]

На рынке процессоров популярными являются Intel Pentium, их эконом-версия Celeron, AMD Athlon с экономным вариантом Duron.

Сами процессоры Intel характеризуются надежностью в работе, незначительной теплоотдачей и совместимостью со всем аппаратным и программным обеспечением. [6]

При этом AMD показывают огромную скорость в работе с графикой и разными играми, но они менее надежны.

2.2 Устройства ввода информации

Клавиатура ПК напоминает клавиатуру обычной пишущей машинки. Само ее назначение аналогично и является устройством для набора текста.

Однако в персональном компьютере набираемый текст далеко не сразу печатается на бумаге.

Кроме набора текстов клавиатура применяется для управления компьютером, для решения иных задач.

Рисунок 7 – Клавиатура

Мышь - это манипулятор, с помощью которого можно выполнять необходимые команды.

Для работы с ней ее нужно передвигать по поверхности коврика или стола. Компьютер считывает перемещения мыши и при этом передвигает на экране изображение специального указателя (курсора) (рис.8).

Рисунок 8 – Мышь

Таким образом, передвигая мышь мы будем передвигать курсор по мониторе. [9]

С помощью мыши есть возможность указывать компьютеру на все те элементы изображения, для которых он должен что-то сделать. Установив курсор над объектами, следует нажать кнопку.

При этом ПК узнает, что мы установили курсор на требуемый объект. Для выполнения на ПК некоторых задач (создание графических изображений) мышка более нужна нежели клавиатура, поскольку является графическим устройством для ввода данных.

Сканер предназначается для ввода в ПК графических изображений, черно/белых или цветных фотографий.

С помощью сканера есть возможность ввести в ПК графическое изображение книги с текстом. [4]

ПК сможет "прочитать" данное изображение и преобразовать в обычный текст.

Такой текст впоследствии можно легко будет отредактировать или форматировать. Но чаще всего сканеры используются для ввода фотографий.

Рисунок 9 – Сканер

2.3. Устройства вывода информации

С помощью плоттера ПК может вычертить чертежи детали, географическую карту, другое подобное изображение.

Сам плоттер рисует специальными фломастерами.

Качество хуже, чем достижимое, например, на лазерном принтере, но есть плоттеры, которые могут работать с бумагой большого размера, например, формата А0. [5]

Рисунок 10 – Плоттер

Главное правило для покупки персонального компьютера - не экономить, приобретая те устройства, что служат долго и стоят дорого, а меняются очень редко.

Рисунок 11 – Монитор

Компьютерные мониторы относятся к таким устройствам - поэтому важна информации, помогающая сделать правильный выбор для существующей разнообразии моделей.

Основной параметр, что характеризует монитор, - это его размер. Размеры обыкновенно определяются длиной диагоналей экрана электронно-лучевой трубки.

При выводе на дисплей любого изображения в видеопамяти формируются данные растрового типа, что содержит сведения о цветах каждого пиксела, которые задают наиболее мелкие детали изображения.

В настоящее время начался промышленный выпуск разных плазменных дисплеев. В ее основе - возможность управлять электрическими разрядами в некоторых газа, а также сопровождающим их свечением.

Такие дисплеи обладают огромным качеством изображения и могут иметь большие, чем у привычных ПК, размеры экранов при маленькой толщине.

Огромную роль для вывода информации играют разные печатающие устройства. Наличие дисплея на нынешних компьютерах позволяет экономить огромное число бумаги, но наступает все равно момент, когда необходима “твердая копия" данных - текст, данные, рисунки на бумаге (рис. 12).

Рисунок 12 – Принтер

Существуют ударные точечные матричные принтеры для цветной печати. В них применяются 4-цветные ленты, где каждая точка изображения создается четырьмя последовательными ударами иголок разной силы. [5]

Можно сформировать также на бумаге точки всех главных цветов и множеств оттенков.

Все принтера делятся по такой классификации:

– струйные;

– матричные;

– лазерные;

– сублимационные.

2.4 Устройства хранения информации

В таких устройствах записывается информация на вращающихся дисках, что покрыты магнитным материалом, которое напоминает покрытие лент для аудио - и видеокассет.

Кроме того, дорожки образуют на дисках концентрические круги.

Сам блок специальных магнитных головок может перемещаться по радиальной оси ближе к центру или вообще от центра диска, прочерчивая при этом по поверхности диска круги. Эти круги называются дорожками или же цилиндрами:

Рисунок 13 – Магнитный диск

Винчестеры особом представлении не нуждаются. Выпускаются они практически с начала эры компьютеров. Их принцип работы - запись и считывание информации магнитными головками на разных поверхности пакета магнитных дисков. [5]

Рисунок 14 – Винчестер

Блок питания преобразует переменное напряжение электросети в постоянное напряжение различной полярности и величины, необходимое для питания системной платы и внутренних устройств.

Основной характеристикой БП является мощность. Стандартная мощность блока питания современного компьютера составляет 300 Вт или 400 Вт.

Материнская плата – схема больших размеров с разными установленными микросхемами и разъемами для процессора, оперативной памяти, остальных компонентов компьютера.

В оперативной памяти каждая элементарная ячейка памяти представляет собой конденсатор, который способен в течение короткого времени сохранять заряд, наличие которого ассоциируется с информационным битом.

Рисунок 15 – Материнская плата

Во второй главе рассмотрены самые разные основные составные части современного ПК, описаны методы их функционирования.

Заключение

Компьютер (с англ. computer – вычислитель) – это программируемое электронное устройство, которое способно обрабатывать данные и выполнять вычисления, а также делать другие задачи по манипулированию символами.

Существует основных два класса компьютеров:

– цифровые компьютеры, что обрабатывают данные в виде числовых кодов;

– аналоговые компьютеры, которые обрабатывают непрерывно меняющиеся величины (время, электрическое напряжение и т.п.), которые являются аналогами некоторых вычисляемых величин.

Поскольку в нынешнее время подавляющее большинство персональных компьютеров являются цифровыми, слово "компьютер" употребляют в значении термина "цифровой компьютер".

Основу ПК образует аппаратная часть (HardWare), построенная с использованием электромеханических и электронных элементов и устройств. Сам принцип действия персональных компьютеров состоит в реализации программ (SoftWare) –заданных, четко заранее определённых последовательностей арифметических и других операций.

В работе выполнены следующие задачи:

– проведен анализ литературы по выбранной тематике;

– рассмотрена историю создания компьютера;

– изучены главные компоненты современного ПК;

– рассмотрена классификация некоторых составных частей системного блока;

– освоены основные свойства, характеристики компонентов ПК.

Современные компьютеры работают с высокой скоростью, составляющей триллионы - сотни триллионов операций в секунду.

Именно персональные компьютеры, более нежели какой-либо другой вид ПК, способствуют переходу к новейшим компьютерным информационным технологиям, для которых свойственны:

– дружественный информационный и программный интерфейс пользователя; 

– выполнение информационных процессов при режиме диалога с пользователем; 

– так называемая «безбумажная технология».

Список использованной литературы

1. Аногилев Н.И. Информатика, Учебник для ВУЗов – М.: Издательство Academa, 2015. - 268 с.
2. Бойс Д. Осваиваем ПК. Русская версия. М.: Издательство Academa, 2015.-320 с.
3. Денисов А. Аппаратное обеспечение ПК. – Спб: Питер, 2012. - 461 с.
4. Евдокимов В.В. и др. Состав ПК. Учебник для вузов. Под ред. д. э. н., проф. В.В. Евдокимова. СПб.: Питер паблишинг, 2016.-382 с.
5. Информатика. Базовый курс. Учебник для Вузов/под ред. С.В. Симоновича, - СПб.: Питер, 2013.-142 с.
6. Информатика: Учебник/под ред. Н.В. Макаровой. - М.: Финансы и статистика, 2014. - 768 с.
7. Основы современных компьютерных технологий. Ред. Хомченко А.Д. Симонович С. В., Евсеев Г.А., Практическая информатика, Учебное пособие. М.: АСТпресс, 2014.-400 с.
8. Симонович С.В. Специальная информатика, Учебное пособие. М.: АСТпресс, 2015.-310 с.
9. Схемотехника/ Под ред. Н.В. Макаровой. - М.: Финансы и статистика, 2013.-200 с.
10. Фигурнов В. Э. IBM PC для пользователя. М.: Инфра-М, 2013.-410 с.
11. Шкаев А.В. Руководство по работе на персональном компьютере. Справочник. М.: Радио и связь, 2014.-210 с.
12. Шпарин В.А. Устройство ЭВМ. М.: Наука, 2015.-356 с.