"Анатомия" и "физиология" персональных компьютеров

Заглянем "под капот" персонального компьютера

Все компьютеры удивительно похожи друг на друга с точки зрения своего устройства и принципа действия. Исходя из аналогии с человеком, будем под "анатомией" компьютера подразумевать его устройство, а под "физиологией" - принцип действия и особенности функционирования.

Напомним, что компьютер - это универсальная программируемая машина для автоматической обработки информации. Каждый компьютер обладает следующими основными чертами: универсальностью (способен решать не какую-то одну, а множество задач обработки информации); программируемостью (может реализовать в виде ПРОГРАММ, т. е. на понятном компьютере языке, любые МОДЕЛИ и АЛГОРИТМЫ обработки информации); автоматизмом (после включения и запуска решает задачу самостоятельно, без вмешательства человека).

Информация, которую компьютер перерабатывает, может выражаться словами, изображениями или звуками. Однако предварительно эта информация с помощью специальных устройств должна быть закодирована в цифровой форме, т. е. в виде чисел или двоичных символов. Поскольку в современных компьютерах процессы кодирования и обработки информации автоматизированы, человеку-пользователю совсем не обязательно знать, как это происходит.

Взаимодействие между компьютером и пользователем осуществляется посредством команд. Эти команды представляют собой обычные слова, с помощью которых мы сообщаем компьютеру, что именно ему нужно сделать. Для этого пользователь печатает соответствующие команды на клавиатуре компьютера, как на пишущей машинке. Компьютер же сообщает человеку информацию о ходе и результате выполнения команд в виде изображения на экране дисплея или в форме распечатки на обычной бумаге.

Первый персональный компьютер появился на рынке в 1975 г. Сегодня в мире используется более 40 млн. персональных компьютеров. Их характеристики совершенствуются, а объем производства все время увеличивается.

Что же представляет собой персональный компьютер? Как он устроен, как программируется и как работает? Ответы на эти вопросы позволят нам понять функциональные возможности и причины популярности персональных компьютеров.

Персональный компьютер - это портативная микро-ЭВМ в настольном исполнении. Однако не всегда микроЭВМ является персональным компьютером. Дело в том, что микроЭВМ обычно используются для решения сравнительно узкого круга задач. Например, это может быть управление роботом или оптимальное регулирование подачи топлива в автомобильный двигатель.

В принципе персональные компьютеры также могут решать эти и многие другие задачи. Однако они отличаются тем, что представляют в распоряжение пользователя самые разнообразные возможности.

Персональный компьютер характеризуется следующими признаками: способностью хранить информацию в объеме 64 Кбайт - 1 Мбайт (т. е. не менее 10 тыс. слов); способностью исполнять программы, записанные по крайней мере на одном из алгоритмических языков высокого уровня (БЕЙСИК, ФОРТРАН, ПАСКАЛЬ и т. п.); наличием периферийной (внешней) памяти на магнитной ленте или магнитных дисках; наличием собственной операционной системы, облегчающей взаимодействие с человеком в режиме диалога; быстрой реакцией на запросы или команды человека; высокой надежностью и сравнительно низкой стоимостью (порядка 5-10 тыс. долл.); ориентацией на решение широкого класса задач обработки информации; доступностью для пользователей, не являющихся программистами-профессионалами.

Перечисленные признаки позволяют создавать на базе персональных компьютеров автоматизированные рабочие места для разных пользователей. Поэтому они завоевали большую популярность как среди школьников и студентов, так и среди ученых, инженеров, врачей, архитекторов, менеджеров и т. п. Благодаря новейшим достижениям технологии характеристики персональных компьютеров постоянно улучшаются. Сегодня объем внутренней памяти составляет 1 Мбайт и более, а внешней - до 50 Мбайт. В состав компьютера включаются высококачественные печатные устройства (принтеры), графопостроители и т. п.

Познакомимся теперь более подробно с устройством персонального компьютера.

Главный элемент персонального компьютера, его центральный процессор (ЦП) управляет работой остальных элементов и выполняет все арифметические и логические операции, связанные с обработкой информации, хранящейся в ячейках (регистрах) внутренней памяти. В качестве ЦП используется микропроцессор, представляющий свой набор интегральных микросхем, которые обычно реализуются на кристалле кремния. Интегральные схемы монтируются на пластмассовую печатную плату, на которую нанесены проводники для передачи сигналов от источника питания и между схемами. Плата устанавливается в корпусе компьютера в отведенное для нее гнездо с помощью специальных разъемов.

Ввод и вывод информации осуществляются по каналам (шинам) данных через специальное устройство, включающее последовательный и параллельный интерфейс. Для ввода информации в ЦП служат внешнее запоминающее устройство, связанное через управляющее устройство (контролер) с накопителем информации на дисках, или клавиатура дисплея.

Результаты вычислений и обработки данных выводятся на монитор дисплея. В качестве монитора используется устройство визуализации информации на электронно-лучевой трубке либо обычный телевизионный приемник. Результаты могут выдаваться и в виде распечатки на бумаге. Для этого служит отдельное печатающее устройство, называемое принтером.

Связь персонального компьютера с другими компьютерами осуществляется через модемы. Они служат для модуляции и демодуляции электрических сигналов, необходимой для их передачи по телефонной линии связи.

Устройство персонального компьютера схематично представлено далее.