Устройство современного компьютера

Распространение персональных компьютеров к концу 70-х годов привело к некоторому снижению спроса на большие ЭВМ и миниЭВМ. Это стало предметом серьезного беспокойства руководства фирмы IBM (International Business Machines Corporation) – ведущей компании по производству больших ЭВМ. И в 1979 г. фирма IBM решила попробовать свои силы на рынке персональных компьютеров.

Фирма IBM сделала компьютер не единым неразъемным устройством, а обеспечила возможность его сборки из независимо изготовленных частей по принципу открытой архитектуры.

Системная плата – печатная плата, выполненная из диэлектрического материала, которая управляет внутренними связями и взаимодействует через прерывания с другими внешними устройствами.

Центральный процессор – функциональная часть компьютера, выполняющая основные операции по обработке данных и управлению работой других блоков.

Оперативная память – функциональный блок, хранящий информацию для устройства управления (команды) и для арифметико-логического устройства процессора (данные); является энергозависимым, т. е. может хранить информацию только тогда, когда компьютер включен.

Подключение внешних устройств осуществляется через порты ввода-вывода, которые могут быть последовательными и параллельными, а также через выходы шин USB или IEEE 1394.

Шина – совокупность электрических линий для обмена данными между частями компьютера, может быть локальной и системной.

Контроллер – устройство для управления периферийным оборудованием и предварительной обработки данных процессора.

Чипсет – набор интегральных схем, при подключении которых друг к другу формируется функциональный блок вычислительной системы. На интегральных платах в состав чипсета входят контроллеры основных подключаемых устройств мультимедийного компьютера.

Дисплей – внешнее устройство вывода информации, служащее для воспроизведения на экране находящейся в памяти ЭВМ информации в виде текстов и изображений. Роль контроллера выполняет видеоадаптер.

Клавиатура – внешнее устройство ручного ввода данных, представленное в виде набора клавиш, которые делятся на буквенно-цифровые, командные, функциональные и управление курсором. За командными и функциональными клавишами могут быть запрограммированы определенные операции.

К системной (магистральной) шине через контроллеры подключены внешние устройства, которые обмениваются данными с оперативной памятью. Обмен данными между устройствами компьютера обусловлен ограничениями функций, выполняемых этими устройствами, и должен быть запрограммирован. Выполняемая программа хранится в оперативной памяти компьютера и через системную шину передает в процессор команды на выполнение определенных операций. Процессор на их основе формирует свои команды управления, которые по системной шине поступают на соответствующие устройства. Для выполнения операций обработки данных процессор передает в оперативную память адреса необходимых данных и получает их. Результаты обработки направляются в оперативную память. Данные из оперативной памяти могут быть переданы на хранение во внешние запоминающие устройства для отображения на дисплее, вывод на печать, для передачи в вычислительную сеть.

Важными техническими характеристиками, влияющими на производительность компьютера, являются показатели частоты процессора, разрядность и машинное слово.

Количество разрядов, которое может быть воспринято, передано или получено за одно обращение к процессору, называется его разрядностью.

Количество информации, записываемое или извлекаемое из памяти за одно обращение, называется машинным словом.

Создание компьютера самым непосредственным образом связано со сферой образования. Первые разработки в этой сфере были быстро оценены, взяты под контроль и направлены в практическое русло. Именно в университетах была проведена колоссальная исследовательская работа по проектированию, проблемам конструирования и функционирования электронных систем. Несомненно, что такого рода теоретические исследования и в дальнейшем будут играть важную роль в разработках, направленных на создание новых программ и модернизацию уже существующих программных продуктов. На протяжении всего периода развития информационных технологий переход к более высоким уровням сопровождался созданием языков программирования более высокого уровня.

Сейчас существенная часть этих работ проводится огромным исследовательским сообществом специалистов, нанимаемых компаниями, которые производят вычислительную технику и программное обеспечение. Однако подготовкой специалистов занимаются университеты, колледжи и другие учебные заведения. Специализированная подготовка кадров по вычислительной технике стала вводиться на старших курсах некоторых учебных заведений еще в 60-е годы ХХ в., а к началу 1970-х годов она сложилась в законченный учебный предмет. Вслед за этим компьютер проник и в другие учебные дисциплины. Прошло совсем немного времени и все поняли, что обучающая форма компьютера полностью отличается от ее сервисного использования, которое получило широкое распространение практически на всех факультетах университетов. Направленность и содержание переподготовки специалистов по вычислительной технике, по сути дела, отражали процесс развития самих электронных машин.

На сегодняшний день уровень оснащенности учебных заведений начального и среднего образования вычислительной техникой по многим показателям сопоставим с аналогичным уровнем высших учебных заведений. Колледжи имеют возможность обеспечить огромному числу студентов дневного отделения и тем, кто учится без отрыва от производства, обучение работе на компьютере в соответствии с их будущими или настоящими профессиональными интересами.

Повышение интереса к компьютерным технологиям со стороны органов образования и педагогических учреждений можно объяснить целым рядом причин и условий. Во-первых, постепенно исчезали финансовые проблемы, что превратило передовой опыт и технологию в широкодоступное средство. Во-вторых, победили педагогические аргументы в пользу разумного подхода к практике применения компьютера в обучении. В-третьих, очевидны потребности в применении компьютера в области промышленности и торговли. В настоящее время неоспоримо влияние компьютерной техники на жизнь каждого отдельного человека.

Поэтому ни у кого не возникает сомнений, что к этому надо готовиться уже в школе. В связи с этим органами образования были разработаны рекомендации и регламентирующие правила, которые распространялись на ряд аспектов компьютерного обучения. Была предложена процедура закупки оборудования, определена структура обслуживания и эксплуатации установленной техники, написаны рекомендации к использованию компьютеров в преподавании ряда предметов в учебных заведениях.

Возросшая производительность персональных компьютеров сделала возможным достаточно широкое применение технологий мультимедиа.

Под термином «мультимедиа» понимают современную компьютерную информационную технологию, позволяющую объединять в компьютерной системе текст, звук, видеоизображение, графическое изображение и анимацию (мультипликацию). Рост интереса к технологии мультимедиа обусловлен следующими причинами:

1) появлением мощных и доступных компьютеров, способных поддерживать графический интерфейс с пользователем, а также функционированием модулей захвата и воспроизведения звука и движущегося изображения;

2) наличием аппаратного и программного обеспечения для мультимедиа, реализующего определенный набор стандартов;

3) созданием авторских систем, дающих возможность пользователям изготавливать свои прикладные мультимедиапрограммы, не имея большого опыта в программировании.

Итак, мультимедиа – это бурно развивающаяся отрасль информационной технологии. Рассмотрим ее отличительные признаки.

1. Интеграция в одном программном продукте многообразных видов информации (речь, музыка, фрагменты видеофильмов, статические кадры, анимация и др.). Такая интеграция выполняется под управлением компьютера с использованием разнообразных устройств регистрации и воспроизведения информации: микрофона, аудиосистемы, проигрывателя оптических компакт-дисков, телевизора, видеомагнитофона, видеокамеры, электронных музыкальных инструментов и др.

2. Работа в «режиме реального времени», поскольку, в отличие от текста и графики, статичных по своей природе, аудио- и видеосигналы рассматриваются только в реальном масштабе времени.

3. Новый уровень интерактивного общения «человек – компьютер», когда в процессе диалога пользователь получает более обширную и разностороннюю информацию, что способствует улучшению условий обучения, работы и отдыха. Появление возможности компьютерной обработки звука и изображения к ставшей сегодня уже привычной обработке текстов и математических формул, несомненно, повлияло на всю человеческую деятельность. Для построения системы мультимедиа недостаточно вычислительной мощности компьютера. Нужна дополнительная аппаратная поддержка: аналогово-цифровые и цифроаналоговые преобразователи для перевода аналоговых аудио- и видеосигналов в цифровой эквивалент и обратно. Обычно указанные выше дополнительные аппаратные средства системы мультимедиа оформляются в виде разнообразных плат, расширяющих мультимедийные возможности компьютера.

Мультимедийные средства – интерактивные средства, позволяющие одновременно проводить операции с неподвижными изображениями, видеофильмами, анимированными графическими образами, текстом, речевым и звуковым сопровождением.

Современное общество и систему образования трудно представить без технологии мультимедиа, которая позволяет использовать текст, графику, видео и мультипликацию в режиме диалога и тем самым расширяет области применения компьютера в учебном процессе. Изобразительный ряд, включая образное мышление, помогает обучаемому целостно воспринимать предлагаемый материал. Появляется возможность совмещать теоретический и демонстрационный материалы. Тестовые задания уже не ограничиваются словесной формулировкой, но и могут представлять собой целый видеосюжет. Однако необходимо учесть, что мультимедиапрограммы – это наукоемкий и весьма дорогостоящий продукт, так как для его разработки необходимо соединить усилия не только специалистов в предметной области, педагогов, психологов и программистов, но и художников, звукооператоров, сценаристов, монтажеров и других профессионалов.