Лекция 4 Видове компютърни системи. Персонален компютър pc



Дата09.09.2016
Размер118.81 Kb.

Лекция 4

Видове компютърни системи. Персонален компютър PC


В настоящия момент се произвеждат и използват милиони компютърни системи, отнасящи се към различни поколения, типове, класове. Те се различават по областта на приложение, техническите характеристики, изчислителната мощност и производителност. В зависимост от изчислителната мощност и сферата на приложение компютърните системи могат да се разделят на няколко групи.

- Супер големи компютърни системи (mainframes). Това са многопотребителски машини с централна обработка, с много големи възможности за обработка на бази данни, с различни форми на достъп. Те се използват за решаване на крупно-мащабни задачи с обработка на огромни бази данни. Предполагаше се, че с появата на персоналните компютри, големите компютърни системи изживяват своето време, но те продължават да се развиват и се използват в някои специфични области. По оценки на IBM половината от данните в информационните системи в света трябва да се съхраняват именно в големи компютърни системи. Новото поколение от този тип компютърни системи се използват в големи компютърни мрежи като главни сървъри. Началото на развитие на тези машини е положено от IBM – системите IBM/360 и IBM/370. Сега най-популярната изчислителна машина от този тип е IBM390.

- Големи компютърни системи. Това са машини с голяма производителност и са предназначени за работни станции за работа с графични обекти, UNIX-сървъри и други. Те са основен елемент на така наречените клъстерни структури – комплекси, обединяващи няколко сървъра. Типичен представител на този клас машини е RS/6000. Първоначално тези машини са разработвани за научно-изследователски задачи.

- Малки (мини) компютърни системи. Предназначени са за обработка и управление на информацията във финансови структури, бизнес центрове и други. В този тип машини се отделя основно внимание на сигурността на съхраняване на данните и безопасността на програмните средства. Използват се като сървъри в локални мрежи на големи фирми и корпорации. Типични представители на този тип компютърни системи е системата AS/400 на IBM.

- Малки (micro) компютърни системи. Персонални компютри (PC).

До появата на персоналните компютри (Personal computer - PC), всички компютърни системи (ЕИМ) са били собственост на големи компании и са разполагали с доста скъпи ресурси. Те са заемали големи пространства и са изисквали специални условия за работата си (поддържане на определен температурен и влажностен режим). По тази причина е трябвало да бъдат постоянно натоварени (за да са рентабилни) и са се обслужвали от голям персонал. Работата с тях се е осъществявала посредством специални заявки и по определен ред.



PC е компютър на ваше разположение – означава, че той е винаги под ръка и може да се използва, когато има нужда от него. Това е радикална промяна на използването на компютърните системи, а също и на мисленето и отношението към тях. При използване на РС ги няма хората с бели престилки, които обслужват ЕИМ и всичко, което се случва с компютъра, се определя от ползвателя.

По-старите представи за PC се свеждаха до определението, че PC е IBM съвместим компютър и представлява съвкупност от специални компютърни елементи и програми, разработени за решаване на определен кръг задачи. Той е инструмент за създаване и редактиране на текстови документи и електронни таблици, за съхранение и обработка на данни посредством специални програми, разработване на специфични приложения за математически и икономически задачи и други.

Сегашната представа за PC включва значително по-голям обхват от дейности. За някои сега PC е само едно от многото средства за достъп до Internet и за тях не е важно по какъв начин се свързват в мрежата, а до какви ресурси са получили достъп. Например, за композитора са необходими някои специализирани устройства към компютъра, но не му е необходимо почти никакво програмно обезпечение.

За други PC е ‘прозрачно информационно средство’, тъй като посредством него може да се получи най-разнообразна информация – какво е времето в Германия, какъв е курсът на някаква валута или как е завършил даден мач.

Още по-далеч е отишла фирмата Media Lab, която разработва идеята за ‘умните дрехи’. В обувките се вгражда компютър, в пояса – клавиатура, в рамките на очилата – малка видеокамера. Когато човек влиза в дадено помещение, компютърът анализира посредством образа във видеокамерата намиращите се лица и след справка в базата данни нашепва имената и информация за това какво се е говорило при последната среща.

Съществен е и един друг аспект. Не всеки компютър за лично ползване е PC. Известно е, че във всички модерни домакински уреди или автомобили има вградени интелигентни устройства, които всъщност представляват компютри. По нашите разбирания те не са PC. Тези полезни устройства извършват точно определени действия. Те могат да имат много сложни програми за управление, но тези програми са ‘твърди’ (непроменяеми), което отличава тези устройства от многофункционалните компютърни системи PC.

От друга страна, някои PC не могат да се нарекат в истинския смисъл на думата персонални. Тяхната изчислителна мощност е нараснала дотолкова, че те се използват не от отделни хора, а служат като мрежови сървъри в големи компютърни мрежи. В този случай те обслужват хиляди хора и доста служители с ‘бели престилки’ следят денонощно тяхната работа. Въпреки тази си функция, те са PC, тъй като могат да се ползват и персонално и не се различават хардуерно и софтуерно от другите PC.

Развитие на персоналните компютри


Началото на персоналните компютри може да се смята 1974 година, когато е създаден първият компютър MITS Altair, работещ с микропроцесор 8080. Той представлявал голям сандък, на който ползвателският интерфейс се е осъществявал с определен набор превключватели на предния панел и имал много ограничени възможности. За него е създадена и първата операционна система за малки компютри CP/M (Control Program for Microprocessors).

През 1976 година новосъздадената компания Apple Computer представя своя Apple I, първоначалната цена на който е била $666.66. Той представлявал една платка, закрепена с винтове за парче шперплат, без кутия и захранване, а цената е била произволно число избрано от един от основателите на Apple, Стив Джобс. През 1977 година е представен Apple II и той става определящ модата в областта на малките компютри (включително и на IBM компютрите). С тези компютри се решаваха редица полезни задачи, но те изискваха сериозна подготовка по отношение на разработката на програмни приложения.

През 1980 светът вече се доминираше от два типа компютърни системи. Единият беше Apple II с много бързо развиваща се софтуерна база, а другият се състоеше от множество системи, еволюирали от оригиналната система Altair и поддържащи съвместимост помежду си на основата на операционната система CP/M.

През 1981 се извършва качествен скок в развитието на малките компютърни системи. IBM решава да се включи сериозно в бързо разрастващия се пазар на евтини персонални компютри. За целта компанията създава подразделение, базирано далеч от централата за да работи напълно самостоятелно. То имало задача да създаде напълно нов персонален компютър, отговарящ на съвсем нови изисквания. Така се появява първият IBM PC компютър, който се отличава от всички разработвани дотогава компютри по две много важни особености.

На първо място, фирмата IBM обявява публично всички детайли на конструкцията на компютърната система, канейки по този начин всички желаещи да вземат участие в по-нататъшната разработка на компютрите. Конструкцията на компютърната система е разработена така, че позволявала да се доокомплектова с допълнителни устройства, произвеждани от други компании (затова е било необходимо да се обяви публично детайлното описание на системата). IBM въвежда системата с разширителни слотове, в които по стандартен начин могат да се включват различни хардуерни устройства. Това универсално решение става основа за много бързо развитие на различни допълнителни елементи към компютърната система и по този начин се разшири неимоверно много областта на приложение на компютрите.

На второ място IBM закупува от Microsoft операционната система (първите версии на DOS). По лицензионното съглашение Microsoft е могла да инсталира операционната система на компютри, произвеждани от други компании. В съвременните икономически анализи се смята, че това е най-скъпата бизнес грешка в историята, защото IBM не успява да запази изключителните права върху операционната система.

Не след дълго пазарът на PC бил наводнен от приспособления и устройства, позволяващи на компютърните системи да решава много по-голям кръг от задачи. IBM PC става много популярен и подобно на ‘народната кола’ на Volkswagen, става най-разпространеният и достъпен по цени компютър за много широк кръг потребители. Това, разбира се, било много добро за IBM, но това, което последвало не било чак толкова добро. След като IBM разкриват секрета на производство на РС, много други фирми започват да се снабдяват с микропроцесори от Intel и операционни системи от Microsoft и да комплектоват РС компютри, напълно съвместими с тези, произвеждани от IBM. Това е изгодно за потребителите на РС, тъй като започва много силна конкуренция, в резултат на която се поддържа една относително ниска цена на съоръженията. Заражда се много мощна промишленост, която се основава на негласния стандарт на РС, създаден от IBM. IBM обаче от създател на РС, постепенно се превръща във второстепенен участник в мощната надпревара за овладяване на огромния пазар на РС.

Една от причините, поради която системите Apple (Macintosh) не успяха да получат такова разпространение както РС е, че Apple контролираше изцяло софтуера за своите системи (BIOS и OS). Те не го лицензираха на други компании, които да създадат съвместими системи. Apple разбраха своята грешка и в средата на 90-те години лицензираха своя софтуер за Power Computing.


Елементи на структурната организация на компютърните системи

Основен принцип при изграждане на компютърните системи се явяват изискванията за правилно функциониране на отделните възли, модули и устройства при изпълнение на програмите на потребителите. Следователно, структурната организация на компютърните системи трябва да е подчинена на програмното управление (структурната организация е подчинена на функционалната организация). В процеса на развитие на изчислителните машини функционалната организация не се е променяла, докато структурната организация претърпява значителни промени. Това се дължи на усъвършенстването на елементната база, разработването на нови схемни решения, установяването на нови стандарти и други. Основните логически елементи на структурната организация на компютърните системи са материален израз на най-важните принципи и стандарти, залегнали в основата на едно от най-широко разпространените технически устройства. Към основните структурни елементи на компютърните системи се отнасят: микропроцесор, памет, дънна платка, шини, периферни устройства и други.


1. Микропроцесор


Основен елемент на компютърните системи се явява централният процесор CPU (Central Processing Unit). Състои се от един или няколко интегрални схеми (чипа). Поместен е в пластмасов или метален корпус с метални крачета (връзки). Вътрешността на CPU е много сложна. Например чипът на първите микропроцесори Pentium съдържа над 3000000 структурни елемента (транзистори), а последните модели – много повече. Самият чип представлява малка тънка пластина от силициев кристал, с площ обикновено 400 600 мм2. Използва се силиций, защото е широко разпространен и е достатъчно евтин полупроводник. Освен това той може да образува големи кристали с еднакви качества в целия си обем (с много малко дефекти в структурата си). Силициевите кристали се нарязват с много фини триони на ленти с дебелина по-малка от 1 мм. Тези пластини се обработват химически (почистват се) и след това се нарязват отделни чипове.

За вграждане на електронните елементи върху силициевата пластина се използват специални технологии, които осигуряват изключително малки топологически размери на електрическите връзки в интегралната схема. В съвременните микропроцесори се използва 0.25 до 0.13 микронна технология, а усилено се работи и върху 0.08 микронна технология. За такива малки дебелини на електрическите връзки в интегралните схеми се предвижда използването на лазерна литография и замяна на алуминия като проводящ материал с мед. Медта осигурява и по-добра чистота на процесите на изработване на интегралните схеми.

Микропроцесорът управлява изпълнението на различните програми, които се стартират на компютъра. Той извършва аритметични и логически операции, прехвърля данни между различните устройства, генерира съобщения за изпълнението на програмите.

Микропроцесорът открива програмните инструкции, намиращи се в паметта на КС, дешифрира ги и извършва необходимите действия (аритметични или логически операции, прехвърляне на данни). Ако е необходимо, извлича данни от паметта на КС и след обработката записва резултатите.


2. Компютърна памет.


Компютърът съхранява данните в паметта. Има два вида памет: оперативна памет и външна памет (памет на външни запомнящи устройства).

Оперативната памет е бърза памет. Тя е съставена от чипове (интегрални схеми). Бива два вида: памет с произволен достъп – RAM (Random Access memory) и памет само за четене – ROM (Read Only Memory).



ROM паметта съдържа програми, които винаги трябва да са налице – например кодът, необходим за стартиране на компютъра. Без тези програми, компютърната система не може да работи. Тази памет се нарича енергонезависима памет.

RAM паметта може да се разглежда като памет за четене и писане – процесорът може да прочете данни или програма от паметта и също така да запише данни в нея. Този вид памет обикновено е скъпа (защото е на чипове) и работи само когато захранването на компютъра е включено. При изключване на захранването, тази памет губи информацията, която съдържа. Но тя е много бърза и се използва само за временно съхраняване на информацията. RAM е работната памет на микропроцесора.

При стартиране на някаква програма, кодът й се записва в RAM паметта и от там CPU прочита последователно инструкциите от програмата и ги изпълнява.

Паметта се измерва в байтове (B).

3. Външна памет


Чрез външната памет се осигурява евтино съхраняване на информацията. Обикновено за външна памет се използва твърд диск (Hard Disk). При външните запомнящи устройства (ВЗУ) информацията се запазва и след изключване на захранването на компютъра.

Принципът на запис при твърдите дискове е намагнитването на отделни участъци от повърхнина със специално магнитно покритие на метални (твърди дискове). Върху твърдия диск се записват програмите, които се използват от компютъра, както и данните, които се обработват. Когато се стартира дадена програма от диска, тя се прехвърля от диска в RAM паметта и се изпълнява от там.

Освен твърдия диск се използват и флопи дискови устройства, работещи с гъвкави дискове (дискети). Принципът на действие е същият както при твърдите дискове, но те са с по-малък капацитет. Използват се за пренасяне на информация от един компютър на друг.

За пренасяне на по-голямо количество информация се използва CD-ROM (Compact disk Read Only Memory). Принципът на запис не е магнитен, а оптически. Информацията се чете посредством лазерна четяща глава. Информацията практически не е подложена на разрушително въздействие на електромагнитните полета и естественото стареене на материал. Дебелината на диска е 1.2 мм, а диаметърът – 120 мм. Изготвя се от прозрачен поликарбонат, покрит от едната страна с тънък металически отражателен слой (алуминий и по-рядко злато) и защитен с прозрачен лак. Информацията се записва с редуване на вдлъбнатини в повърхността на металическия слой.

За запис на голямо количество информация се използват специални лентови записващи устройства.

4. Периферни устройства


За да се осъществява комуникацията с потребителя, компютърът се нуждае и от други устройства, които се наричат периферни устройства. Компютърът предава информация на потребителя посредством екрана на монитора, тон колоните на звуковото устройство или принтера (плотера). Потребителят въвежда информация и команди към компютъра посредством клавиатура или посочващо устройство (мишка). Когато е необходимо въвеждането на графична информация, се използва скенер.

5. Часовник (тактов генератор)


Ако микропроцесорът е мозъкът на компютъра, то часовникът може да се оприличи с неговото сърце. Това е кварцов или друг тип генератор на импулси, който задава тактовите импулси за работа на микропроцесора и другите устройства. Тъй като повечето устройства работят с по-ниска честота, те регулират (синхронизират) своята честота по тази на основния часовник (Host Bus Clock).

6. Таймер


Този чип се използва като брояч на импулси и за подаване на импулси с определена честота. По него се настройва системното време на компютъра и може да се използва в процеса на програмиране за задаване на интервал с определена продължителност.

7. Шини


Процесорът, RAM паметта и електронните устройства, които управляват твърдия диск и другите периферни устройства, са свързани помежду си посредством множество електрически линии (проводници), наречени с общото наименование шини. Данните се пренасят по шините от паметта към периферните устройства или към микропроцесора и обратно.

Три вида шини осъществяват връзката между отделните устройства на компютъра: шини за данни, шини за адреси и шини за управление. Чрез шините за данни се пренасят данните от едно устройство към друго (включително към CPU и RAM паметта). Шините за данни на микропроцесор i8086 и i80286 са 16 битови (16 проводни). За съвременните компютри тези шини са 32 – битови.

Адресните шини служат за предаване на адресите от паметта, формирани от микропроцесора. Сигналите, пренасяни по тези шини, определят двоично число, което съответства на мястото в паметта, където се намират необходимите данни. Принципът на адресиране на паметта се определя от микропроцесора.

Шините за управление се използва за пренасяне на управляващи сигнали и информация за състоянието на дадено устройство.


Върху дънната платка има шини с различна скорост на пренасяната информация. Някои от компонентите на компютрите работят с огромни количества информация, докато други работят с много по-малки количества информация. Например клавиатурата изпраща само няколко байта в секунда, за разлика от оперативната памет (RAM), която може да изпраща и получава до няколко гигабайта в секунда. По тази причина не може да се свърже RAM и клавиатурата към една и съща шина.


Шини с различна скорост на предаване на данни могат да се свържат помежду си само с помощта на специално електронно устройство (контролер). Такъв контролер често се нарича мост, защото свързва системи и различен трафик.

8. Дънна платка


Шините на компютърните системи се монтират на обща платка заедно с микропроцесора и върху тази платка се намират слотовете за платките които управляват отделните устройства. Тази платка се нарича дънна платка (motherboard). Дънната платка определя типа на устройствата, които могат да се използват в дадена компютърна система. От нея се определя структурната схема на компютъра. Типична структурна схема на компютърна система е показана на фиг. 3.4.

Основен управляващ елемент на дънната платка е така нареченият схемен набор (чипсет). Това е един или няколко чипа, които управляват прехвърлянето на данни между отделните устройства. Те също така синхронизират честотата на работа на отделните шини и устройства на дънната платка и определят приоритетите при трансфера на данните.


База данных защищена авторским правом ©obuch.info 2016
отнасят до администрацията

    Начална страница