Рис. 2. Структурная схема ЭВМ третьего поколения
Сильносвязанные устройства АЛУ и УУ получили название процессор, т.е. устройство, предназначенное для обработки данных. В схеме ЭВМ появились также дополнительные устройства, которые имели названия: процессоры ввода-вывода, устройства управления обменом информацией, каналы ввода-вывода (КВВ). Последнее название получило наибольшее распространение применительно к большим ЭВМ. Здесь наметилась тенденция к децентрализации управления и параллельной работе отдельных устройств, что позволило резко повысить быстродействие ЭВМ в целом.
Среди каналов ввода-вывода выделяли мультиплексные каналы, способные обслуживать большое количество медленно работающих устройств ввода-вывода (УВВ), и селекторные каналы, обслуживающие в многоканальных режимах скоростные внешние запоминающие устройства (ВЗУ).
В персональных ЭВМ, относящихся к ЭВМ четвертого поколения, произошло дальнейшее изменение структуры (рис. 3). Они унаследовали ее от мини-ЭВМ.
Рис. 3. Структурная схема ПЭВМ
Соединение всех устройств в единую машину обеспечивается с помощью общей шины, представляющей собой линии передачи данных, адресов, сигналов управления и питания. Единая система аппаратурных соединений значительно упростила структуру, сделав ее еще более децентрализованной. Все передачи данных по шине осуществляются под управлением сервисных программ.
Ядро ПЭВМ образуют процессор и основная память (ОП), состоящая из оперативной памяти и постоянного запоминающего устройства (ПЗУ). ПЗУ предназначается для записи и постоянного хранения наиболее часто используемых программ управления. Подключение всех внешних устройств (ВнУ), дисплея, клавиатуры, внешних ЗУ и других обеспечивается через соответствующие адаптеры - согласователи скоростей работы сопрягаемых устройств или контроллеры - специальные устройства управления периферийной аппаратурой. Контроллеры в ПЭВМ играют роль каналов ввода-вывода. В качестве особых устройств следует выделить таймер - устройство измерения времени и контроллер прямого доступа к памяти (КПД) - устройство, обеспечивающее доступ к ОП, минуя процессор.
Способ формирования структуры ПЭВМ является достаточно логичным и естественным стандартом для данного класса ЭВМ.
Бурное развитие микроэлектроники, появление и постоянное совершенствование микроминиатюрных интегральных электронных элементов, пришедших на смену полупроводниковым диодам и транзисторам, создали основу для развития и широкого применения персональных компьютеров.
Большую популярность ПК легко объяснить. Они компактны, не требуют специальных условий эксплуатации (двойного пола, кондиционера, необходимых для работы больших ЭВМ), дешевы, благодаря дружественному интерфейсу с пользователем не требуют специальной профессиональной подготовки при выполнении большей части работ. В то же время по своим функциональным возможностям современные ПК эквивалентны большим универсальным ЭВМ 60-х годов, мини-ЭВМ 70-х годов и даже превосходят их по многим параметрам.
Появившись в 70-х годах, персональные компьютеры за короткое время претерпели много "изменений, характеризующих их стремительное развитие. Вот несколько примечательных моментов в истории ПК.
В 1971 г. фирмой Intel (INTegratedELectronics) создан микропроцессор i4004, и с тех пор фирма лидирует на рынке производства микропроцессоров для ПК. В 1974 г. этой же фирмой выпущен микропроцессор i8080, который использовался в ПК «Альта-ир», для которого Билл Гейтс, руководитель одной из ведущих фирм по производству программного обеспечения Microsoft, написал свой первый интерпретатор языка программирования Бейсик для ПК. Классическая архитектура микропроцессора i8080 оказала большое влияние на развитие микропроцессорной техники.
В 1977 г. была основана фирма AppleComputer. Был запущен в серийное производство ПК Apple-П. В этом же году началась продажа компьютеров фирм Commodore, Tandy и др.
Первое поколение ПК создавалось на базе 8-разрядных микропроцессоров. Одним из первых производителей ПК с 16-разрядным микропроцессором является фирма IBM (InternationalBusinessMachines), которая до 80-х годов специализировалась на производстве больших ЭВМ. В 1981 г. появился первый ПК фирмы IBM , названный IBMPC (PersonalComputer), который стал фактически стандартом этого класса машин. В IBMPC впервые был заложен принцип открытой архитектуры, позволяющий изменять конфигурацию компьютера, модернизировать его. Дальнейшее развитие ПК пошло по пути, во многом определенном компьютерами фирмы IBM. На сегодняшний день ПК IBMPC и совместимые с ними компьютеры занимают более половины мирового парка ПК.
С 80-х годов практически все крупные фирмы США, Японии и других стран стали выпускать ПК на базе 16-разрядных микропроцессоров. С этого времени производство ПК становится наиболее динамичным сектором на рынке вычислительной техники.
В 1981 г. создан первый портативный компьютер OSBORNI (фирма OsbornComputer). В 1983 г. фирма Compag выпустила в продажу свой первый ПК и достигла за год объема продаж в 111 млн долл. - наибольший объем за первый год продаж в истории американского бизнеса на тот период. В 1984 г. создан ПК Macintosh фирмы APPLE , пытавшейся бороться за лидерство на рынке ПК с фирмой IBM. В 1987 г. фирма APPLE выделила свой бизнес, связанный с разработкой программного обеспечения, в отдельную компанию, названную Claris. В 1988 г. созданы первые персональные суперкомпьютеры фирм Apollo, Ardent, Stellar. В середине 80-х годов появились ПК, работающие на базе 32-разрядных микропроцессоров, а в настоящее время созданы 64-разрядные системы.
Поскольку в настоящее время разными фирмами-производителями выпускаются разнообразные средства вычислительной техники, для ориентации пользователя в этом море машин необходима их классификация. Как любое сложное изделие, их можно классифицировать по многим критериям. В связи с этим любая их классификация будет достаточно условной. Поэтому, не претендуя на полноту, выделим следующие группы средств вычислительной техники в зависимости от совокупности значений основных параметров и с учетом областей применения:
•суперЭВМ- уникальная сверхпроизводительная система, используемая для решения сложнейших задач, требующих гигантских объемов вычислений;
•сервер - компьютер, предоставляющий свои ресурсы другим пользователям; различаются файловые серверы, серверы печати, серверы баз данных и др.;
•профессиональная рабочая станция - высокопроизводительный компьютер, ориентированный на профессиональную деятельность в определенной области, как правило, оснащенный дополнительным оборудованием и специализированным программным обеспечением;
•персональный компьютер - компьютер, предназначенный для работы в условиях предприятия или дома; настройка, обслуживание и установка программного обеспечения компьютеров такого класса могут выполняться самим пользователем с минимальным привлечением специалистов;
•ноутбук -переносной компьютер, обладающий вычислительной мощностью персонального компьютера, способный в течение определенного времени работать без подключения к электрической сети;
•карманный ПК, называемый нередко электронным органайзером, по размерам приближающийся к калькулятору, клавиатурный или бесклавиатурный, по .своим функциональным возможностям напоминающий ноутбук;
•сетевой ПК (NetPC) - персональный компьютер делового применения с минимальным набором внешних устройств, при использовании которого настройка, техническая поддержка и установка программного обеспечения осуществляются не конечным пользователем, а централизованно, предназначен для работы в вычислительной сети, но способен также функционировать в автономном режиме;
• терминал - устройство, которое не предназначено для работы в автономном режиме, обычно не имеющее процессора для выполнения команд, а выполняющее лишь операции по вводу и передаче команд пользователя более мощному компьютеру и выдаче пользователю результата.
Объем производства компьютеров разных групп определяется потребностями рынка. Если ежегодный мировой выпуск машин первой и второй групп не превышает несколько тысяч, то количество изготавливаемых профессиональных рабочих станций исчисляется десятками тысяч, а персональных компьютеров - несколькими миллионами в год.
Элементная база ПК совершенствуется столь быстрыми темпами, что при знакомстве с аппаратными средствами ПК нет смысла изучать устройство конкретных моделей ПК. Важно рассмотреть функционально-структурную организацию ПК, их архитектуру» а также функции и эксплуатационные характеристики основных устройств ПК.