Что такое персональный компьютер? Современные персональные компьютеры.
Если я вас спрошу, что такое РС, наверное, вы ответите, что это Персональный Компьютер и будете правы. Большинство считают, что РС ничто иное, как небольшая компьютерная система, используемая одним человеком. К сожалению, это определение не совсем точное. Можно согласиться, что PC - это персональный компьютер, но не все персональные компьютеры можно отнести к типу PC. Возьмем, например, систему Apple Macintosh, она разумеется, является персональным компьютером, но вы хоть раз слышали, чтобы ее называли PC, обычно его называют Мак. Гляньте такой вариант . Елка искусственная. Купить на Новый год. Чтобы разобраться в правильном определении PC, нужно «копнуть» чуть глубже.
Под PC подразумевается что-то более своеобразное, нежели примитивно сочетание слов «персональный компьютер». Естественно, это «что-то» каким-то образом связано с первым компьютером IBM, который появился в 1981 году. Оказывается, именно компания IBM придумала PC.
Однако надо понимать тот факт, что IBM не является изобретателем PC как таковым, так как первый персональный компьютер появился в 1975 году, компания MITS представила новинку Altair. Исходя из этого, правильнее определить PC, как любой персональный компьютер совместимый с IBM-системами. И уже много лет, термин PC используется для обозначения IBM совместимых компьютеров.
На самом деле, несмотря на то, что разработчики IBM в 1981 создали первый PC и занимались совершенствованием это стандарта, в настоящее время, этот стандарт она не контролирует. Контроль она потеряла в 1987 году, когда представила модель компьютеров PS/2. И вскоре IBM стала отказываться от многих стандартов, которые первоначально разработала.
По этой причине, термин «IBM совместимый» теперь не совсем подходит для определения персонального компьютера.
Чтобы в этом разобраться, придется выяснить, кто определяет стандарты в индустрии:
- программного обеспечения
- аппаратных средств
Программное обеспечение для ПК. Кто определяет стандарты?
Как вы думаете, кто задает стандарты для ПК и чья операционная система наиболее популярна в нашей стране? Уверен, что вы безошибочно скажите: «Microsoft!» И я полностью с вами соглашусь.
Бесспорно, сегодня корпорация Microsoft продолжает контролировать разработку операционных систем, используемых на ПК. Так получилось, что первоначально на большинстве персональных компьютеров были установлены и использовались продукты Microsoft: MS-DOS и Windows 3.1/95/98/NT/2000, а теперь Windows XP/Vista/7 и новая Windows 8. Контролируя разработку операционных систем, Microsoft, могла контролировать разработку других типов программного обеспечения для ПК, например утилиты, почтовый клиент и др. Поэтому, многие программы, такие как, работа с графикой, почтой, записные книжки, утилиты дефрагментации и сжатия, которые предлагались независимыми фирмами, были включены в Windows. Конкурировать с такими возможностями на «борту» операционной системы становилось практически невозможно, и это главным образом способствовало популярности Microsoft. К тому же, компания Microsoft даже встроила в операционную систему браузер Internet Explorer, текстовый редактор, блокнот, медиа проигрыватель Windows Media Player, что вызвало панику у конкурентов, создающих аналогичные программы. На этом Microsoft не остановилась. Разрабатывая программное обеспечение для работы с сетями, интегрируя их в Windows, это усилило контроль над операционными системами, по сравнению с другими компаниями.
Именно по этим причинам компания Microsoft теперь доминирует на рынке программного обеспечения для персональных компьютеров, предлагая широкий спектр программ, начиная от текстового редактора Office и заканчивая серверными операционными системами.
Когда-то IBM привлекла Microsoft для разработки программной части для своего первого компьютера. Сама же IBM занималась разработкой аппаратной части. Однако то, что произошло позже, привело к тому, что IBM потеря контроль над стандартом PC, и дорого поплатилась за это. IBM не сумела обеспечить себе исключительные права на разработанную Microsoft операционную систему DOS, предоставив последней право продавать код MS-DOS, разработанный для IBM, другим компаниям.
В результате, некоторые компании, лицензировали код операционной системы, и по сути дублировали ее архитектуру. Все это привело к тому, что конечный пользователь, покупал ту же самую MS-DOS, только под другим названием или в другой упаковке.
Именно эта ошибка, которую допустила IBM при составлении договора, превратила Microsoft, в громадную, доминирующую корпорацию на рынке программного обеспечения, и привела IBM к потере контроля над тем стандартом PC, который она сама же создала.
Главная причина, по которой IBM потеряла контроль над своим же стандартом, состоит в том, что аппаратные средства, которыми занималась IBM защитить авторским правом можно только в соответствии с патентами, а это для IBM было трудно, в силу того, что она в своих разработках опиралась на уже разработанные элементы от Intel. Для получения патента, разработанная аппаратура должна быть уникальной. По большому счету, любой радиолюбитель мог приобрести подобные элементы и заниматься разработкой аппаратной части. Первым была компания IBM, но получить авторские права она не могла, и это привело к тому, что проект первого компьютера (его аппаратная часть) могла дублировать любая компания. Нужно лишь было купить те же микросхемы, что и IBM, у тех же поставщиков и разработать новую системную плату с аналогичной схемой.
Но нашлись такие компании (Phoenix Technologies), которые взяв в команду хороших инженеров, разработали аналогичный BIOS. По функциональности такой BIOS практически ничем не отличался от BIOS IBM, так как, по сути, он его копировал, но по программному коду – это была уникальная разработка.
Система BIOS представляет собой набор управляющих программных компонентов, которые непосредственно вправляют аппаратными устройствами компьютера. Эти компоненты называются драйверами устройств, поэтому BIOS является набором основных драйверов устройств, необходимых для управления системным аппаратным обеспечением и его контроля. Операционная система (DOS или Windows) использует драйверы BIOS для взаимодействия с аппаратными и периферийными устройствами.
После того, как удалось дублировать систему ввода-вывода IBM, оставалась последняя задача – клонировать операционную систему DOS, чтобы получить работоспособную систему, совместимую с системой IBM.
Однако проектировать DOS с нуля, была непосильной задачей, в отличие от BIOS, чьи размеры были значительно меньше. Помимо этого, операционная система постоянно дорабатывалась и видоизменялась.
Чтобы заполучить DOS для IBM совместимого компьютера оставался только один путь – получить права на ее использование. Вот тут-то на сцену и вышла компания Microsoft. А как я уже говорил ранее, IBM допустила большую ошибку, когда заключала договор с Microsoft, она не потребовала от нее подписать эксклюзивное лицензионное соглашение, по которому бы Microsoft могла предоставлять право использования их программной части только IBM.
Microsoft воспользовалась этим и стала продавать DOS любому пользователю. Благодаря лицензии на копирование MS-DOS, компания IBM окончательно потеряла контроль над персональным компьютером, ибо его теперь могли производить другие компании в не зависимости от желаний IBM.
Как вы думаете, почему нет никаких аналогов системы Macintosh Apple, несмотря на то, что аппаратные средства Мак-а легко можно продублировать?
Реальная проблема заключается в том, что компания Apple владеет операционной системой MAC OS и не разрешает никакой другой компании продавать Apple совместимые системы. Более того, в системе MAC, BIOS очень сложная и большая и ее часть интегрирована в операционную систему. Поэтому продублировать ее, как это было с BIOS от IBM практически невозможно.
Заметьте! В 1996-1997 годах Apple лицензировала BIOS и операционную систему
Сейчас, когда компания Apple использует архитектуру компьютеров PC, единственным отличием между компьютерами Mac и PC остается операционная система. Теперь компьютер, на котором запущена OS X, автоматически становится Mac, а на котором Windows - PC.
Несмотря на то, что OS X включает код проверку на наличие специальной микросхемы на материнской плате, исключая запуск этой операционной системы на других компьютерах, проект OSx86 (www.osxproject.org) предоставляет информацию о том, как обойти эти ограничения для запуска OS X на стандартных компьютерах.
Индустрия аппаратных средств ПК. Кто здесь главный?
Теперь мы знаем, что Microsoft контролирует рынок программного обеспечения для ПК, поскольку у нее есть своя собственная операционная система для РС, и права на нее принадлежат только ей.
Теперь давайте пытаемся разобраться с тем, кто контролирует рынок аппаратных средств PC.
Первое время, если быть точным, до 1987 года, безусловно, это была компания IBM, со своими стандартами и разработками. Именно ей принадлежит разработка основного проекта системной платы PC, параллельных и последовательных портов, видео стандарты VGA и XGA , шина расширения, интерфейс жестких и гибких дисков, контроллеры, блоки питания, интерфейс мыши и клавиатуры. По сей день разработки IBM продолжают оказывать влияние на современные системы, хотя с того времени прошло уже боле двух десятилетий.
Кто же в наши дни является лидером по изобретению и разработке новых стандартов аппаратных средств ПК? Это компания Intel со своим девизом «Процессоры нового поколения».
Вы, наверное, удивитесь если узнаете, что Intel не продает полностью собранные компьютеры. И в настоящее время нельзя заказать системный блок или планшет у Intel, как это можно сделать у Apple. Эта компания выступает как лидер по производству системных плат. Системная плата является ключевым звеном в персональном компьютере, и компания ее выпускаемая теоретически становится производителем системы в целом. IBM, в свое время, также производила системные платы и была главным поставщиком PC, несмотря на то, что остальные комплектующие заказывала у других компаний.
Сегодня, крупнейшие компании являются разработчиками своих собственных системных плат, а также микросхем и компонентов системной логики для своих плат.
Intel является как раз той компанией, которая выпускает большую часть материнских плат и больший сегмент рынка принадлежит ей. Незначительным конкурентом Intel выступает компания AMD.
Но AMD производит наборы микросхем системной логики и процессоры и не занимается комплектацией системных плат. Изготовлением системных плат для архитектуры AMD занимаются сторонние производители.
Компании, которые занимаются созданием системных плат для процессоров AMD, изготавливают также и системные платы для компьютеров, создаваемых на базе процессоров Intel, конкурируя тем самым с компанией Intel и ее системными платами.
На самом деле, Intel всегда была доминирующей компанией по поставке процессоров для PC. Это произошло благодаря тому, что IBM выбрала процессор Intel 8088 в качестве центрального в первом IBM компьютере еще в 1981 году. Контролируя рынок процессоров, Intel, естественно, контролировала и рынок микросхем, которые были необходимы для работы процессоров в персональных компьютерах. Это привело к тому, что Intel стала контролировать рынок микросхем системной логики. Первые их продаж начались в 1989 году, а уже к 1994 году она стала крупнейшим в мире производителем и поставщиком системных плат и микросхем системной логики, а также процессоров и других микросхем. С тех пор, она контролирует рынок аппаратных средств ПК.
Подводя итог, можно сказать, так: «Кто контролирует рынок операционных систем, тот управляет и рынком программного обеспечения, а тот, кто контролирует рынок системных плат и процессоров, тот главным образом влияет на рынок аппаратных средств».
И как вы уже знаете, сегодня крупнейшими игроками являются компании Microsoft и Intel, которые совместно контролируют рынок программных и аппаратных средств для ПК.
Не стоит забывать о быстро набирающих обороты компаниях Apple и Google, которые все активнее влияют на компьютерную индустрию. Возможно, в скором времени, контроль над рынком аппаратных и программных средств окажется у других компаний.
Лекция 2 . СОВРЕМЕННЫЕ ПЕРСОНАЛЬНЫЕ КОМПЬЮТЕРЫ
2.1. Общие сведения .
Современные персональные компьютеры ( PERSONAL COMPUTERS ) представляют собой универсальные технические устройства индивидуального пользования, предназначенные для обработки информации.
Для нормального функционирования современных персональных компьютеров необходимо взаимодействие двух равноправных компонентов: аппаратного ( HARPWARE ) и программного ( SOFTWARE ) обеспечения (рис. 2.1.1).
Рис. 2.1.1. Структура
современного персонального компьютера.
Аппаратное обеспечение ( HARPWARE ) – это набор технических средств (аппаратуры), из которых состоит современный персональные компьютер.
Программное обеспечение ( SOFTWARE ) – это набор программ, обеспечивающих оптимальное функционирование всех элементов современных персональных компьютеров и дружественный интерфейс с пользователями при решении конкретных задач.
Структура современных персональных компьютеров называется их конфигурацией . Обычно аппаратное и программное обеспечение современных персональных компьютеров рассматривается отдельно и, следовательно, отдельно рассматриваются их аппаратная и программная конфигурации.
Аппаратную и программную конфигурации современных персональных компьютеров можно гибко изменять, однако существуют понятия типовых базовых аппаратной и программной конфигураций.
современных персональных компьютеров включает в себя:
- системный блок,
- клавиатуру,
- монитор,
- манипулятор «мышь».
В таком комплекте современные персональные компьютеры обычно поставляются пользователям.
Системный блок представляет собой основной элемент современных персональных компьютеров, внутри которого расположены наиболее важные устройства. Эти устройства называются основными устройствами . Устройства, которые находятся вне системного блока, называются периферийными устройствами .
К основным устройствам относятся:
- материнская плата,
- дисковод жесткого диска,
- дисковод гибкого диска,
- дисковод оптического диска.
К периферийным устройствам относятся:
Клавиатура,
Монитор,
Принтер,
Сканер,
- манипулятор «мышь» и др.
включает в себя:
- базовую систему ввода-вывода BIOS (BASE INPUT OUTPUT SYSTEM ),
- операционную систему (WINDOWS-98, WINDOWS-2000)
- программы стыковки с внешними устройствами – драйверы,
- вспомогательные сервисные программы – утилиты,
- пакеты типовых прикладных программ (WORD , EXEL , ACCESS и др.).
2.2. Аппаратное обеспечение.
Аппаратным обеспечением ( HARD WARE ) называется совокупность технических средств (аппаратуры), входящих в состав современных персональных компьютеров.
Структура аппаратного обеспечения современных персональных компьютеров называется аппаратной конфигураций .
Исходя из того, что аппаратная конфигурация современных персональных компьютеров может изменяться в широких пределах, рассмотрим так называемую типовую базовую аппаратную конфигурацию. Эта типовая базовая конфигурация современных персональных компьютеров приведена на рис. 2.2.1.
Рис. 2.2.1. Структурная схема современного персонального компьютера
с базовой конфигурацией.
На приведенном рисунке сплошными линиями показаны устройства, находящиеся на материнской плате (серый цвет) и внутри системного блока. Внешние (периферийные) устройства, подключаемые к портам ввода-вывода, оказаны пунктиром.
Основным устройством современного персонального компьютера является центральный процессор (микропроцессор). Он управляет работой всех функциональных элементов персонального компьютера и выполняет все операции по обработке информации.
Для хранения наиболее часто используемой информации центральный процессор дополняется устройствами сверхоперативной памяти (КЭШ-памяти) двух уровней: первого и второго. КЭШ-память первого уровня составляет одно целое с микропроцессором, а КЭШ-память второго уровня представляет собой отдельную микросхему, которая находится в одном корпусе с микропроцессором.
Центральный процессор через КЭШ-память и системную шину взаимодействует с системным контроллером и через него со всеми другими устройствами персонального компьютера, и в первую очередь, с оперативным запоминающим устройством (ОЗУ) и шинами PCI и AGP .
Функциональный контроллер обеспечивает взаимодействие с дисководами магнитных и оптических дисков, с шинами ISA и USB , а также обслуживание последовательных (COM ) и параллельных (LPT ) портов ввода-вывода. Через эти порты к функциональному контроллеру подключаются клавиатура, принтер и манипулятор «мышь».
Функциональный контроллер через постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) и расположенную в нем базовую систему ввода-вывода (BIOS ) осуществляет также начальную? (тестирование) всех устройств персонального компьютера, начальную загрузку операционной системы, а также обеспечивает доступ к базовой системе ввода-вывода во время работы компьютера.
2.3. Основные устройства.
Основные устройства современного персонального компьютера – это устройства, расположенные внутри системного блока (на материнской плате и вне ее). К этим устройствам относятся:
- центральный процессор (микропроцессор),
- микропроцессорный комплект (чипсет),
- системная и интерфейсные шины,
- устройства внутренней памяти (микросхемы ПЗУ, ОЗУ),
- устройства внешней памяти (магнитные и оптические диски).
Центральный процессор (микропроцессор) – это специальная микросхема сверхбольшой степени интеграции (СБИС), выполняющая функции управления всеми устройствами современного персонального компьютера и обеспечивающая обработку поступающих данных.
Микропроцессоры в значительной степени определяют мощность современных персональных компьютеров, поэтому тип микропроцессора используется для их классификации.
Современные микропроцессоры характеризуются следующими основными параметрами:
Разрядностью,
- объемом адресного пространства,
- тактовой частотой,
Архитектурой.
Понятие разрядности включает в себя:
- разрядность внутренних регистров микропроцессора (ш),
- разрядность шины данных (и),
- разрядность шины адреса (к).
Исходя из этого, разрядность микропроцессора обозначается в виде ш/и/к. Например, разрядность микропроцессора Pentium обозначается следующим образом: 32/64/32, то есть:
- разрядность внутренних регистров – 32,
- разрядность шины данных – 64,
- разрядность шины адреса – 32.
Разрядность внутренних регистров (ш) микропроцессора определяет принадлежность его к тому или иному классу. Так, например, микропроцессоры семейства Pentium относятся к классу 32-разрядных микропроцессоров.
Разрядность шины данных (и) определяет скорость передачи данных между микропроцессором и другими устройствами. При 64-разрядной шине данных скорость передачи в два раза выше, чем у 32-разрядной шины.
Разрядность шины адреса (к) определяет объем адресного устройства, то есть максимальное количество ячеек памяти, к которым можно осуществлять непосредственный доступ по индивидуальному адресу (одна ячейка памяти обеспечивает хранение одного байта данных). Очевидно, что объем адресного пространства (N ) связан с разрядностью шины адреса (к) следующим простым соотношением: N = 2 к.
При к = 16 N = 2 16 = 65536 байт = 64 Кб.
При к = 20 N = 2 20 = 2 10 Кб = 1 Мб.
При к = 32 N = 2 32 = 2 16 Кб = 4 Гб.
Архитектура микропроцессора – это его внутренняя логическая организация, его внутренняя логическая структура.
Современные микропроцессоры типа Pentium имеют так называемую суперскалярную архитектуру , которая позволяет выполнять за один такт более одной элементарной операции. Это достигается за счет использования двух параллельно работающих 32-разрядных конвейеров, выполняющих поступающие команды.
Устройства внутренней памяти . К ним относятся:
- постоянное запоминающее устройство (ПЗУ),
- оперативное запоминающее устройство (ОЗУ).
Постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) – это микросхема, которая используется для хранения системных программ тестирования основных узлов современного персонального компьютера при его включении, а также системных программ начальной загрузки.
ПЗУ является устройством, предназначенным только для чтения, поэтому в англоязычной литературе используется обозначение ROM (Read only memory – память только для чтения). Запись информации в ПЗУ производится на специальных устройствах – программаторах . Однако в настоящее время появились специальные перепрограммируемые микросхемы ПЗУ, в которых имеется возможность изменения хранимой в них информации.
ПЗУ является энергонезависимым устройством, т.е. устройством, в котором при выключении компьютера вся информация, хранящаяся в нем, сохраняется.
В современных персональных компьютерах емкость ПЗУ составляет десятки Кб.
Оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) – это набор микросхем, который используется для кратковременного хранения программ и данных, используемых во время работы персонального компьютера.
ОЗУ является энергозависимым устройством, т.е. устройством, в котором при выключении компьютера вся информация, хранящаяся в нем, не сохраняется.
Современных персональных компьютерах емкость ОЗУ составляет 128, 256, 512 и более Мб.
2.4. Периферийные устройства.
Клавиатура,
- манипулятор «мышь»
Мониторы,
Принтеры,
- другие устройства.
Рассмотрим эти устройства более подробно.
Клавиатура – это клавишное устройство, которое служит для ввода алфавитно-цифровых данных, а также команд управления.
Клавиатура относится к стандартным средствам персонального компьютера. Ее основные функции не нуждаются в поддержке специальных программ (драйверов). Необходимое программное обеспечение для начала работы с компьютером уже имеется в микросхеме ПЗУ в составе базовой системы ввода-вывода (BIOS ) и поэтому компьютер реагирует на нажатие клавиш сразу после включения.
Стандартная клавиатура современных персональных компьютеров имеет 102 клавиши, функционально распределенных по четырем группам:
- алфавитно-цифровые клавиши
- функциональные клавиши
- служебные клавиши
- дополнительные клавиши
Манипулятор «мышь» - это устройство управления специальным указателем (указателем мыши) на экране монитора. Перемещение мыши по плоской поверхности синхронизировано с перемещением указателя мыши на экране монитора.
Монитор – это устройство визуального представления данных, Это не единственное, но главное устройство вывода. Его основными эксплуатационными параметрами являются:
Размер экрана,
- максимальная частота регенерации,
Класс защиты.
Размер экрана монитора измеряется по диагонали между противоположными углами экрана. Единицей измерения являются дюймы. Стандартными размерами экрана являются 14”, 15”, 17”, 19”, 21”. В настоящее время наиболее распространенным размером экрана является 17 дюймов. Однако для работы с графикой желательно иметь размеры 19-21 дюйм.
В настоящее время в персональных компьютерах используются в основном мониторы двух типов:
- мониторы на электронно-лучевых трубках,
- мониторы на жидких кристаллах.
- Плазменные мониторы
В мониторах на электронно-лучевых трубках изображение на экране получается в результате облучения люминофорного покрытия тремя остронаправленными пучками электронов. Для получения цветного изображения люминофорное покрытие имеет точки или полоски трех типов, светящихся красным, зеленым и синим цветом. Чтобы на экране все три луча сходились строго в одну точку, и изображение было четким, перед люминофором устанавливается маска – специальная панель с регулярно расположенными отверстиями или щелями. Шаг маски измеряется в долях миллиметра. В настоящее время наиболее распространенные мониторы имеют шаг маски 0,25-0,27 мм.
В жидкокристаллических мониторах изображение представляет собой совокупность отдельных точек – пикселов. Однако принцип действия жк-мониторов существенно отличается от принципа действия монитора на основе ЭЛТ. Различия заключаются в способах создания светящегося элемента и формирования растра.
В жк-мониторе минимальным элементом изображения является жк-ячейка. В отличие от зерна люминофора жк-ячейка не генерируе свет, а только управляет интенсивностью проходящего света. Для формирования изображения на экране жк-монитора не требуется высокое напряжение, поэтому жк-мониторы имеют очень низкое энергопотребление.
Принтер – это печатающее устройство вывода данных, позволяющее получать копии документов на бумаге или прозрачном носителе.
В современных персональных компьютерах используются различные типы принтеров, которые различаются по принципу действия. К ним относятся принтеры:
Матричные,
Струйные,
Светодиодные,
Лазерные.
Матричные принтеры – это простейшие печатающие устройства. В настоящее время практически вышли из употребления.
Струйные принтеры – это печатающие устройства, в которых изображение на бумаге формируется из пятен, образующихся при попадании капель красителя на бумагу. Выброс микрокапель красителя происходит под давлением, которое развивается в печатающей головке за счет парообразования.
К положительным сторонам струйных принтеров относится возможность получить высококачественные цветные оттиски (тексты, картинки и т.д.).
Лазерные принтеры – это печатающие устройства, в которых изображение на бумаге формируется при помощи луча лазера. Эти принтеры обладают высоким качеством печати, не уступающим, а во многих случаях превосходящим полиграфическое. Они отличаются также высокой скоростью печати, которая измеряется в страницах в минуту – ppmt (page por minute ). Как и в матричных принтерах изображение на бумаге формируется из отдельных точек. Принцип действия лазерных принтеров следующий:
2.5. Программное обеспечение.
Программным обеспечением ( SOFTWARE ) называется совокупность программ , обеспечивающих оптимальное функционирование всех аппаратных средств современных персональных компьютеров, а также дружественное взаимодействие с пользователями при решении ими конкретных задач.
Программы – это упорядоченные последовательности команд. Конечная цель любой компьютерной программы – управление аппаратными средствами. Даже если на первый взгляд программа никак не взаимодействует с оборудованием, не требует никакого ввода данных с устройств ввода и не осуществляет вывод данных на устройство вывода, все равно ее работа основана на управлении аппаратными устройствами персонального компьютера.
Программное и аппаратное обеспечение современных персональных компьютеров работают в непрерывной связи и непрерывном взаимодействии. Несмотря на то, что мы рассматриваем эти две категории отдельно, нельзя забывать, что между ними существует диалектическая связь, и раздельное их рассмотрение является условным.
По выполняемым функциям все программное обеспечение современных персональных компьютеров можно условно разделить на две большие части: системное программное обеспечение и прикладное программное обеспечение. (рис. 2.5.1).
| Программное обеспечение (ПО) |
Рис. 2.5.1. Структура программного обеспечения современных персональных компьютеров
Состав программного обеспечения современных персональных компьютеров называется программной конфигурацией .
Между отдельными программами, как и между отдельными элементами аппаратного обеспечения, существует тесная взаимосвязь – многие программы работают, опираясь на другие программы, т.е. существует определенный программный интерфейс . Возможности существования такого интерфейса основана на существовании определенных технических условий и протоколов взаимодействия, а на практике оно обеспечивается разделением всего программного обеспечения на несколько взаимосвязанных между собой уровней. Эти уровни следующие:
Базовый,
Системный,
Служебный,
Прикладной.
Указанные уровни программного обеспечения представляют собой стройную пирамидальную конструкцию, в которой каждый следующий уровень опирается на программное обеспечение предшествующих уровней. Такое деление очень удобно для всех этапов работы на современных персональных компьютерах, начиная с установки программного обеспечения до практической эксплуатации и технического обслуживания. Рассмотрим кратко эти уровни.
Базовый уровень является самым низким уровнем программного обеспечения. Он отвечает за взаимодействие с базовыми аппаратными средствами . Как правило, базовое программное обеспечение непосредственно входит в состав базового аппаратного обеспечения и хранится в специальной микросхеме, называемой постоянным запоминающим устройством – ПЗУ (в англоязычной литературе используется сокращение ROM – Read only memory – память только для чтения). Программы и данные записываются в микросхему ПЗУ на этапе производства и не могут быть изменены в процессе эксплуатации.
В тех случаях, когда изменение базовых программных средств в процессе эксплуатации является технически целесообразным, то вместо микросхем ПЗУ используются микросхемы ППЗУ – перепрограммируемые постоянно запоминающие устройства (EPROM – Erasable and programmable read only memory ). Системный уровень является переходным: программы, работающие на этом уровне, обеспечивают взаимодействие прочих программ современных персональных компьютеров с программами базового уровня и непосредственно с аппаратными средствами, т.е. выполняют посреднические функции.
От программного обеспечения этого уровня во многом зависят эксплуатационные показатели всего персонального компьютера в целом.
Конкретные программы, отвечающие за взаимодействие с конкретными устройствами, называются драйверами .
Конкретные программы, отвечающие за взаимодействие с пользователями, называются программами пользовательского интерфейса . От этих программ непосредственно зависит удобство работы на персональном компьютере и производительность труда на рабочем месте.
Совокупность программного обеспечения системного уровня образует ядро операционной системы . Наличие ядра операционной системы – непременное условие для установки программ боле высокого уровня, а также для взаимодействия с пользователем.
Служебный уровень программного обеспечения является уровнем взаимодействия как с программами базового уровня, так и с программами системного уровня. Основное назначение служебных программ заключается в автоматизации работ по проверке, наладке и настройке всех систем персонального компьютера. Эти программы называются утилитами .
Прикладной уровень программного обеспечения представляет собой комплекс прикладных программ, с помощью которых конкретный пользователь современного персонального компьютера может выполнять конкретные задачи.
К прикладным программам этого уровня относятся программы Блокнот, Калькулятор, текстовый редактор WORD PAD , графический редактор PAINT .
2.6. Системное программное обеспечение.
– это совокупность системных программ, обеспечивающих оптимальное функционирование всех элементов современных персональных компьютеров, а также дружественный интерфейс с пользователями.
Системное программное обеспечение включает в себя:
Базовую систему ввода - вывода – BIOS (BIOS – BASE INPUT OUTPUT SYSTEM) ,
- операционную систему,
- вспомогательные системные программы.
Базовая система ввода-вывода ( BIOS ) обеспечивает:
- тестирование всех узлов персонального компьютера при его включении;
- загрузку операционной системы WINDOWS с магнитного диска в оперативную память;
- работу пользователя с клавиатурой.
Операционная система представляет собой комплекс системных и служебных программных средств. С одной стороны она опирается на базовую систему ввода-вывода (BIOS ), а с другой стороны она сама является основой для программного обеспечения более высоких уровней: служебных и прикладных программ.
Основная функция любой операционной системы – посредническая. Она заключается в обеспечении нескольких видов интерфейса:
- аппаратный интерфейс (согласование, взаимодействие всех видов аппаратных средств персонального компьютера),
- программный интерфейс (согласование и взаимодействие всех программных средств персональных компьютеров),
- аппаратно-программный интерфейс (согласование и взаимодействие аппаратных и программных средств персональных компьютеров),
- пользовательский интерфейс (согласование и взаимодействие операционной системы с пользователями).
Кроме того, операционная система обеспечивает следующие операции:
- автоматический запуск, организацию и обслуживание файловой системы;
- управление установкой, исполнением и удалением приложений;
- обеспечение надежности при работе с приложениями.
Рассмотрим эти вопросы более подробно.
Автоматический запуск . Все операционные системы Windows обеспечивают свой автоматический запуск. Для этого в специальной (системной) области магнитного диска, где хранится операционная система, создается запись программного кода. Обращение к этому коду выполняют программы, находящиеся в базовой системе ввода-вывода (). Завершая свою работу, они дают команду на загрузку и исполнение содержимого системной области магнитного диска.
Организация и обслуживание файловой системы . К функциям обслуживания файловой системы относятся:
- создание файлов и присвоение им имен;
- создание каталогов (папок) и присвоение им имен;
- переименование каталогов (папок);
- копирование и перемещение файлов между папками и между магнитными дисками;
- удаление файлов и каталогов папок;
- навигация по файловой системе с целью доступа к заданному файлу, каталогу (папке);
- управление атрибутами файлов (только для чтения, скрытый файл, системный файл, архивный файл).
Управление установкой, исполнением и удалением приложений . Сюда относится обеспечение следующих операций:
- возможность одновременной или последовательной работы нескольких приложений (например, одновременная работа программ Блокнот и Калькулятор);
- возможность обмена данными между приложениями;
- возможность совместного использования аппаратных и программных средств несколькими приложениями и др.
Обеспечение надежности заключается в устойчивости операционной системы при сбоях в работе недостаточно отработанных и проверенных приложений.
Обслуживание файловой системы. Несмотря на то, что данные о местоположении файлов хранятся в табличной структуре FAT 32, они представляют собой иерархические структуры – пользователям так удобнее и все преобразования осуществляются операционной системой.
К функциям обслуживания файловой системы относятся:
Создание файлов
- переименование файлов
- объединение файлов
- удаление файлов и т.д.
2.7. Прикладное программное обеспечение.
современных персональных компьютеров представляет собой комплекс программ, который используется пользователями для выполнения конкретных задач.
Прикладное программное обеспечение включает в себя:
- стандартные прикладные программы,
- текстовые процессоры WORD ,
- табличные процессоры EXCEL ,
- другие стандартные программы,
- экспертные системы, программы пользователей.
Стандартные прикладные программы являются стандартными приложениями операционной системы Windows . В силу их особой простоты их обычно принято использовать как учебные программы. Однако, знание приемов работы со стандартными приложениями позволяет ускорить освоение специализированных программных средств: текстовых и табличных процессоров, графических редакторов и др.
В состав стандартных прикладных программ входят программы:
Блокнот,
Калькулятор,
- текстовый редактор WORD PAD ,
- графический редактор PAINT .
Программа «Блокнот» - это простейший текстовый редактор, который можно использовать в качестве удобного средства просмотра текстовых файлов (в формате ТХТ и некоторых других). Для создания текстовых документов его применяют редко (только для создания небольших записок), однако данную программу можно использовать для отработки навыков работы с клавиатурой.
Программа «Калькулятор» - это прикладная программа, которая позволяет выполнять несложные расчеты. Эта программа имеет две модификации: стандартную и инженерную.
Стандартный калькулятор позволяет производить только несложные арифметические вычисления.
Инженерный калькулятор позволяет производить более сложные инженерные вычисления с использованием элементарных математических функций.
Достоинством программы «Калькулятор» является то, что она может обмениваться информацией с другими программами с использованием буфера обмена.
Текстовый процессор WORD PAD служит для создания, редактирования, формирования и просмотра текстовых документов. Под форматированием понимается оформление документов с использованием различных шрифтов, осуществление выравнивания текста, вставка в текстовые документы рисунков, графиков и т.д.
В стандартной поставке операционной системы WINDOWS текстовый процессор WORD PAD является облегченной версией более мощного текстового процессора WORD .
Графический редактор PAINT – это программа, предназначенная для создания и редактирования простейших графических изображений (рисунков). По своим возможностям эта программа уже не соответствует современным требованиям, но в силу своей простоты и доступности остается в составе приложений операционной системы WINDOWS .
Графический редактор Paint является редактором растровой графики . Так как существуют еще и графические редакторы векторной графики , то приемы работы с ними совершенно различны.
В растровой графике мельчайшим элементом изображения является точка, которой на экране монитора соответствует экранная точка (пиксел). В векторной графике элементарным элементом изображения является линия (контур), описываемая математическими выражениями.
Текстовый процессор Word является в настоящее время самой популярной программой, приложением операционной системы Windows , и является на сегодняшний день стандартом в обработке текста.
Основное отличие текстовых процессоров от текстовых редакторов заключается в том, что они позволяют не только вводить и редактировать текст, но и форматировать его, т.е. оформлять.
Табличный процессор Excel – это пакет прикладных программ, которые являются приложениями операционной системы WINDOWS и являются на сегодняшний день стандартом в области обработки табличных данных.
Областью применения табличного процессора EXCEL являются инженерные и экономические расчеты, составление различных сводок, диаграмм, работа с большими объемами данных.
Табличный процессор EXCEL обладает большим набором сервисных функций. Это ввод текста и проверка правописания, создание графиков, диаграмм, экспорт и импорт данных.
Табличный процессор EXCEL -2000 рассчитан на использование шрифтов в новом формате кодирования UNICODE . При работе с текстами на английском языке никаких проблем не возникает, но если использовать традиционные (М E UNICODE ) русскоязычные шрифты, то вместо русских букв будут выводиться пустые квадраты, точки и просто пробелы. Решить проблему можно с помощью специальной программы, переводящей традиционные шрифты в формат UNICODE .
К другим стандартным прикладным программам относятся:
- система управления базами данных Access ,
- графические редакторы Corel Draw и Adobe Photoshop ,
Редакторы HTML (Web -редакторы) и др.
Экспертные системы – это системы обработки знаний в узкоспециализированных областях подготовки решений пользователей на уровне профессиональных экспертов.
Прикладные программы пользователей – это программы, разработанные пользователями и предназначенные для решения своих узкоспециализированных задач.
2.8. Заключение.
2.8.1 Современные персональные компьютеры представляют собой универсальные технические устройства индивидуального пользования предназначенные для обработки информации.
Для нормально функционирования современных персональных компьютеров необходимо взаимодействие двух его равноправных компонентов: аппаратного (HARDWARE ) и программного (SOFTWARE ) обеспечения.
2.8.2 Аппаратное обеспечение ( HARDWARE ) – это набор технических средств (аппаратуры) из которых состоит современный персональный компьютер. Структура аппаратного обеспечения современного персонального компьютера называется его аппаратной конфигурацией .
2.8.3 Типовая базовая аппаратная конфигурация включает в себя:
Системный блок
Клавиатуру
Манипулятор мышь
Монитор
В таком комплекте современные персональные компьютеры обычно предоставляются пользователю.
2.8.4 Системный блок представляет собой основной элемент совремённого персонального компьютера внутри которого расположено наиболее важное устройство. Эти устройства называются основными устройствами. Устройства которые находятся вне системного блока называются периферийными устройствами .
2.8.5 К основным устройствам относятся:
- материнская плата
Дисковод жесткого магнитного диска
Дисковод гибкого магнитного диска
Дисковод оптического диска.
2.8.6 К периферийным устройствам относятся:
Клавиатура
Манипулятор «мышь»
Монитор
Принтер
Сканер и др.
2.8.7 Типовая базовая программная конфигурация включает в себя:
Базовую систему ввода – вывода (BIOS )
Операционную систему
Сервисные программы – утилиты
Пакеты прикладных программ
2.8.8 Системное программное обеспечение – это совокупность системных программ обеспечивающих взаимодействие всех элементов совремённых персональных компьютеров, а также дружественный интерфейс с пользователями.
2.8.9 Прикладное программное обеспечение – это совокупность прикладных программ, обеспечивающих выполнение конкретных зада пользователей.
Компьютер стал неотъемлемой частью жизни многих людей. Но когда-то ПК был экзотикой либо устройством, совершенно недоступным в силу высокой стоимости или секретности технологий. Однако со временем нашлись инициаторы превращения персонального компьютера в массовый девайс. Благодаря кому ПК стал доступным широкому кругу любителей цифровой техники, а также рядовым гражданам, тем, кто, казалось бы, вполне может обходиться без него? Какие компьютеры принято считать первыми в числе подобных решений?
Критерии первого места
Активные дискуссии касательно того, кто именно выпустил первый массовый персональный компьютер, не утихают до сих пор. Аргументы в пользу того или иного бренда, который изготовил продукт, ставший широко тиражируемым ПК, приводятся самые разные.
Специалисты считают ключевым критерием, который способен внести ясность в вопрос, исторические факты, отражающие конкретное время вывода того или иного продукта на массовый рынок. То есть какой компьютер стал раньше других продаваться (впоследствии став массовым) - тот и должен, по этой методологии, считаться первым. Поэтому наша главная задача - исследовать соответствующие исторические данные.
Первые ПК
Когда появились, собственно, первые ПК - неважно, массовые или единичные? Касательно данного вопроса дискуссии идут едва ли не более ожесточенные, чем в случае с определением тех компьютеров, которые приобрели безоговорочный статус широко тиражируемых. Разнятся версии, отражающие то, кем был выпущен первый ПК, и даже то, в каком государстве он появился. Так, есть сведения, что в 1968 году инженер из Омска, Арсений Анатольевич Горохов, запатентовал вычислительное устройство, по структуре очень схожее с современными ПК. В нем присутствовали монитор, системный блок с носителем данных, а также электронными компонентами, по функциям соответствующими материнской плате, оперативной памяти и видеокарте. Однако изобретение не пошло в производство.
Первый ПК от Apple
Распространена точка зрения, по которой первый полноценный ПК был изобретен все же в США, а именно - стараниями Стива Джобса и Стива Возняка, которые предложили миру инновационную концепцию ПК под брендом Apple в 1976 году.
Первые компьютеры Apple требовали существенных аппаратных дополнений - корпуса, монитора, клавиатуры. Но по факту оснащения ими могли вполне функционировать. Однако уже в 1977 году на рынок был выведен компьютер Apple II, вполне укомплектованный. Данные устройства, как считают многие IT-специалисты и энтузиасты компьютерной истории, вполне соответствовали статусу массовых. Что это значит? То, что ПК Apple образца 1976 года - это, возможно, и есть первый массовый персональный компьютер. За ним вскоре статус доступного широким кругам пользователей приобрел компьютер Apple II.
Первый ПК от IBM
Но в отношении рассматриваемой точки зрения активно приводятся самые разнообразные контраргументы. Среди них можно выделить те, что направлены на оспаривание статуса первенства Apple в аспекте вывода на рынок как такового ПК, полноценно укомплектованного. Так, известно, что в 1975 году - до того как появились устройства от Apple, компания IBM успела выпустить компьютер модели 5100. Он характеризовался наличием отдельного монитора, носителя данных, а также клавиатуры, и потому вполне соответствовал, как полагают энтузиасты компьютерной истории, статусу персонального. Вместе с тем его цена - более 20 тыс. долларов за штуку - несколько десятков американских зарплат, вероятно, не способствовала тому, чтобы это был первый массовый персональный компьютер.
IBM PC и критерии «массовости»
В 1981 году компания IBM выпустила на рынок несоизмеримо более доступное, чем модель 5100, но в то же время функциональное, а что особенно важно, обладающее вполне конкурентной концепцией устройство, получившее название IBM PC. Невероятный успех девайса позволил многим специалистам и любителям электроники охарактеризовать именно его как первый массовый персональный компьютер. Какого рода аргументы приводят сторонники подобной оценки?
Прежде всего, они призывают переосмыслить как таковой критерий «массовости». Безусловно, устройство от Apple исторически опередило многие конкурентные решения в части концепции доступного ПК, предложенного рынку. Однако компьютеры IBM PC стали особенно активно распространяться благодаря открытости: пользователь, купив ПК, мог модифицировать его в аспекте замены самых разных компонентов - процессора, памяти, жестких дисков. Поставщиком мониторов и дополнительных устройств мог быть любой бренд. Компьютеры Apple, в свою очередь, представляли собой закрытую платформу. Аналогично обстояли дела и в программном аспекте. Операционная система персонального компьютера в концепции IBM PC могла быть любой. В свою очередь, на устройства Apple должна была устанавливаться в общем случае фирменная ОС.
Две концепции
Таким образом, критерий «массовости» применительно к рынку компьютерной техники может пониматься разными способами. Компьютеры от Apple соответствуют ему в силу того, что с выходом первых устройств от бренда ПК стали доступны по цене широкому кругу пользователей. Говоря о рынке США - любому жителю со средней зарплатой. Компания IBM предложила американскому, а впоследствии и мировому рынку девайсы, которые, не считая ценовой доступности, могли свободно модифицироваться, копироваться на уровне концепции. Программное обеспечение персонального компьютера, соответствующего архитектуре IBM, также могло создаваться любым желающим и умеющим человеком.
Что ж, ответить на главный вопрос статьи мы можем двумя способами. Если говорить о том, когда и кем был разработан первый массовый персональный компьютер в принципе, то можно вполне назвать компанию Apple и одноименное устройство 1976 года пионерами рынка. Но мы знаем, что есть и иные критерии массовости, как-то открытость для любого разработчика аппаратных компонентов или ПО. Им, в свою очередь, соответствует продукт компании IBM. Таким образом, отвечая на вопрос, когда и кем был разработан первый массовый персональный компьютер, мы скажем - главную роль здесь сыграли фирма IBM и ее продукт IBM PC 1981 года.
Трактовка термина «персональный компьютер»
Есть различия в трактовке термина «персональный компьютер» и сопутствующая им разность версий, отражающих первенство того или иного бренда в части вывода ПК на рынок. Каковы точки зрения экспертов на этот счет?
Некоторые из специалистов обращают внимание на то, что сам по себе термин «персональный компьютер» существовал задолго до того, как появились рассматриваемые девайсы от Apple и IBM. По некоторым данным, впервые он был употреблен в отношении устройства Programma 101, выпущенного итальянской компанией Olivetti - опять же, к вопросу о стране происхождения первых ПК. Исходя из этого факта, первенство какому-либо из американских брендов - Apple или IBM отдавать некорректно.
Однако есть дискуссии относительно факторов, повлиявших на массовость распространения термина «персональный компьютер». Здесь версии расходятся фактически синхронно распределению мнений по поводу первенства IBM и Apple в аспекте вывода на рынок девайсов, доступных широким кругам пользователей. Сопоставлять их правомерность, вероятно, также не будет корректно.
Первые массовые компьютеры от Apple: характеристики
Однако вернемся к истории ПК. Мы определили, что по одной из трактовок термина «массовый» поставщиком первых ПК можно считать компанию Apple. Интересно изучить характеристики девайсов, которые американская корпорация вывела на рынок в 1976 и 1977 году. Первый компьютер Apple был оснащен процессором MOS 6502, который работал на частоте 1 МГц. В ПК было установлено 4 КБ оперативной памяти, которую с помощью дополнительных плат можно было увеличить до 48 КБ. Практически те же характеристики были у Apple II.
Первые ПК от Apple: возможности
Что можно было делать на первых ПК от Apple? Может показаться, что процессоры персональных компьютеров соответствующего типа имеют весьма скромный показатель частоты.
Однако отмеченной производительности было достаточно для разработки программ, а также для игр - фактически первые коммерческие приложения соответствующего типа были, как отмечают некоторые историки и специалисты, написаны именно для Apple II. Компьютерные игры, благодаря ПК от Apple, стали доступны, таким образом, широкому кругу пользователей.
IBM PC: характеристики
Характеристики IBM PC, выпущенного в 1981 году, следующие. ПК был оснащен процессором Intel 8088, работающем на частоте 4,77 МГц. На компьютере можно было устанавливать до 640 КБ оперативной памяти. Управлялся ПК операционной системой IBM BASIC или PC-DOS.
Можно отметить, что в качестве ресурса для хранения данных в IBM PC использовались, главным образом, дискеты с диаметром в 5,25 дюйма. Позже в продаже появились ПК с кассетами. Однако IBM PC вскоре решила вопрос с подключением к компьютеру жесткого диска, выпустив отдельный модуль для него, через который можно было подавать питание. Так пользователи получили возможность подключать к ПК диски объемом порядка 10 МБ.
Модель IBM PC оказалась настолько удачной, что предложенная американской компанией концепция стала активно копироваться - как любителями, так и крупными бизнесами. Соответствующие решения именовались "IBM PC Compatible", то есть совместимые с изначальной платформой. Данный термин сохранил актуальность до сих пор.
На основе концепции IBM появились самые разные классы персональных компьютеров - «десктопы», моноблоки, ноутбуки. Многие специалисты считают, что архитектура также и мобильных девайсов, в целом, соответствует данной платформе, так как в них присутствуют процессоры, память, модули обработки видео и хранения данных.
Безусловно, оба бренда - Apple и IBM, внесли важнейший вклад в развитие компьютерной индустрии. По крайней мере, на мировом рынке ПК какие-либо конкурирующие концепции заметно себя не проявили. Фундаментальность обеих платформ предопределила их влияние, которое прослеживается до сих пор - практически во всех основных сегментах компьютерной техники и цифровых девайсов.
Преемственность концепций
Обе концепции - открытая и закрытая, предложенные IBM и Apple, сохраняют, таким образом, актуальность до сих пор. При этом большей массовостью, по мнению специалистов, характеризуется как раз таки платформа от IBM - в силу отмеченной выше открытости.
На современном рынке компьютерной техники есть термин "IBM PC-совместимый компьютер". Это не значит, что его обязательно выпускает компания IBM. Однако он вполне соответствует концепции, которую она предложила в 1981 году. Безусловно, на рынке появились самые разнообразные виды персональных компьютеров, однако с точки зрения принадлежности к платформе они могут быть так или иначе классифицированы как соответствующие концепции от IBM PC.
Платформа от Apple сохраняет статус закрытой. Аналогично обстоят дела с другими сегментами рынка, на которых присутствует бренд - в частности, в сфере мобильных гаджетов. Смартфоны и планшеты от Apple - iPhone, iPad характеризуются закрытостью платформы.
Можно отметить, что их основным конкурентом считается открытая концепция, основанная на использовании операционной системы Android от Google. Таким образом, противостояние открытой и закрытой платформ фактически перенеслось с рынка ПК также и в сегмент мобильной электроники.
Все мы используем персональные компьютеры и принимаем их как должное в нашей повседневной жизни. Достаточно легко забыть, что компьютеры окружают нас только последние несколько десятилетий, и первые из них были намного массивнее тех, что стоят сегодня на наших столах.
Знаете ли вы, что первый портативный компьютер весил 25 кг и стоил около $ 20 000, что первый лазерный принтер был настолько большим, что заполнял большую часть комнаты, или что покупатели первых персональных компьютеров должны были собирать их сами? Эта статья позволит вам взглянуть на одни из первых прототипов компьютерного оборудования и узнать, как они выглядели.
Первая компьютерная мышь
Первая компьютерная мышь была изобретена в 1963 году Дугласом Энгельбартом в Стэндфордском исследовательском институте. Он также является одним из изобретателей гипертекста. В первой мыши использовались два колеса, расположенных под углом 90 градусов друг к другу, для отслеживания движения по 2-м осям. Однако такая конструкция имела много недостатков, и вскоре 2 колеса были заменены на шарик. Мышь с шаровым приводом была изобретена в 1972 году, а оптическая мышь была изобретена около 1980 года, хотя такая конструкция стала популярной намного позже. Дуглас Энгельбарт не получил никакого гонорара за свое изобретение и его патент истек до того, как компьютерные мыши стали обычным явлением в эпоху персональных компьютеров.
Первая мышь. Справа вы можете увидеть колеса, которые используются для передвижения и позиционирования.
Первый трекбол
На самом деле трекбол был сконструирован за 11 лет до изобретения первой компьютерной мыши. В 1952 году его изобрел Том Крэнстон и Фред Лонгстаф как часть автоматизированной информационной боевой системы DATAR, по инициативе канадского флота. В конструкции использовался 5-контактный шар для боулинга, который чуть меньше, чем стандартный 10-контактный шар.
Первый трекбол: шар для боулинга и все.
Первый портативный компьютер
Предполагалось, что этот компьютер должен был быть «передвижным» компьютером. IBM 5100 Portable Computer был создан в 1975 году. Он весил 25 кг, был размером с небольшой чемодан и нуждался во внешнем источнике питания. В блоке содержалось все необходимое: процессор, несколько сотен килобайт энергонезависимой памяти, 16-64 KB оперативной памяти, 5-ти дюймовый ЭЛТ-дисплей, клавиатура и ленточный накопитель. Этот компьютер был невероятным подвигом для того времени. Он так же поставлялся со встроенным BASIC и/или APL. Различные модели IBM 5100 стоили от $8 975 до $19 975.
IBM 5100 Portable Computer.
Первый ноутбук
Первым ноутбуком был Grid Compass 1100 (так называемый GRiD), спроектированный в 1979 году британским промышленным дизайнером Биллом Моггриджем. Компьютер вышел в продажу в 1982 году. Он выпускался с разрешением экрана 320 х 200, процессором 8086, 340 КБ магнит-электронной памяти (такой тип памяти в настоящее время устарел), 1.2 Кбит модемом. Весил ноутбук 5 кг и стоил $8 000 – 10 000. GRiD в основном использовался NASA и американскими военными.
Grid Compass 1100 крупным планом.
Первый персональный компьютер IBM
Первый персональный компьютер IBM был введен в эксплуатацию в 1981 году, это была модель IBM 5150. Платформа стала настолько широко распространена в 80-е годы, что под термином «персональный компьютер» предполагался персональный компьютер IBM.
Проект по разработке IBM 5150 назывался «Проект Шахматы» и над ним работала команда из 12 человек во главе с Доном Эстриджем и Ларри Поттером. Для ускорения разработки и сокращения расходов IBM решила использовать готовые части, а не конструировать новые, как делала обычно.
Первый IBM PC имел на борту процессор Intel 8088, 64 КБ оперативной памяти (расширяемой до 256 КБ), floppy-дисковод (с которого можно было загрузить MS-DOS) и наконец CGA или монохромный видеоадаптер. Машина также содержала в себе Microsoft BASIC в ПЗУ. На первом IBM PC мог быть опционально установлен жесткий диск на 10 МБ, но только в том случае, если оригинальный блок питания был заменен на более мощный.
Первый персональный компьютер IBM PC 5160.
Первый компьютер Apple
Первые персональные компьютеры Apple были разработаны и собраны вручную Стивом Возняком. Apple I поступил в продажу в 1976 по цене $ 666.66. Всего было произведено 200 экземпляров. В Apple I была в основном только материнская плата с процессором, 8 Кбайт оперативной памяти, интерфейс дисплея и некоторые дополнительные функции. Чтобы получить полностью рабочий компьютер, покупатель должен добавить источник питания, клавиатуру и дисплей (ну и конечно же все это смонтировать).
Компьютер Apple I. Слева уже собранный пользователем, а справа то, в каком виде можно было купить.
Первая оперативная память
Первой перезаписываемой памятью с произвольным доступом была память на магнитных сердечниках (также называемая ферритовой памятью). Она была изобретена в 1951 году в результате работы, проделанной Ань Ваном в Вычислительной лаборатории Гарвардского Университета и Джеем Форрестером из Массачусетского Технологического Института.
В те времена оперативная память использовала магнитные свойства материалов, чтобы придать им ту функциональность, которой обладали транзисторы. Хранение информации осуществлялось при помощи полярности крошечных магнитных керамических колец, через которые проходили провода. В отличие от современной памяти, эта оперативная память могла хранить информацию даже после отключения питания.
Эта технология была стандартной, пока ее не заменили на кремниевые интегральные микросхемы в 1970-х.
Память на магнитных сердечниках.
Первый жесткий диск
IBM 350 Disk File стал первым жестким диском, который был в составе компьютера IBM 305 RAMAC, поставки которого начались в 1956 году (компьютер предназначался для бухгалтерского учета). Жесткий диск имел пятьдесят 24-дюймовых диска, которые вместе могли хранить 4,4 МБ данных. Модель 350 имела скорость вращения в 1200 оборотов в минуту, скорость передачи данных 8800 знаков в секунду и время доступа около 1 секунды.
Первый жесткий диск IBM 350 Disk File.
Первый лазерный принтер
Лазерный принтер был изобретен Гарри Старквитэром в компании XEROX в 1969 г. Первый прототип был модифицированным копировальным устройством, где он убрал систему формирования изображения и внедрил вращающийся барабан с 8 зеркальными гранями. Первая коммерческая реализация лазерного принтера не произошла, пока IBM не выпустила модель лазерного принтера IBM 3800 в 1976 году. Принтер был настолько велик, что мог занимать большую часть комнаты.
IBM 3800, первый коммерческий лазерный принтер.
Первый web-сервер
Так как Интернет является неотъемлемой частью современного мира, нельзя не рассказать о первом веб-сервере. Первым веб-сервером стала рабочая станция NeXT, которую Тим Бернерс-Ли использовал, когда он изобрел Всемирную паутину в ЦЕРНе. Первая web-страница стала доступна online 6 августа 1991 года.
На компьютере была надпись, которая гласила: «Эта машина – сервер. НЕ ВЫКЛЮЧАТЬ!!». Выключив его, можно было выключить весь Интернет.
Первый web-сервер и знаменитая надпись.
Удивительно, как много всего произошло в компьютерной индустрии в течение нескольких десятилетий. А теперь только представьте, что будет через 30-40 лет…
История персонального компьютера
2014.04.05. |
Сегодня персональный компьютер составляет неотъемлемую часть нашей жизни. Трудно себе представить, как можно обойтись без ежедневного использования компьютера. Мы печатаем тесты на нем, разрабатываем программы, общаемся, смотрим фильмы и играем в игры, покупаем и продаем, зарабатываем деньги с помощью нашего верного спутника. Однако дела не всегда обстояли так.
Прежде, чем стать незаменимым инструментом и верным помощником, компьютер прошел долгий и тернистый путь развития. Первые шаги которого я описывал в цикле статей посвященных истории развития вычислительной техники, начиная с механических вычислительных устройств и заканчивая ЭВМ третьего поколения, которые начали появляться с 1964 года. Теперь давайте рассмотрим путь становления персонального компьютера.
Это был четырехразрядный процессор с тактовой частотой – 740 КГц, и быстродействием – 92000 операций в секунду, состоящий из 2250 транзисторов.
Изначально процессор предназначался для замены набора узкоспециализированных микросхем, используемых в калькуляторах и других примитивных вычислительных машинах. Так как микросхемы были узкоспециализированными, то для каждого нового устройства приходилось либо дорабатывать их, либо выпускать новые типы микросхем. В частности, для калькуляторов в среднем использовалось 12 таких микросхем. Тед Хофф предложил заменить часть микросхем универсальной микросхемой – процессором, который мог использоваться в различных устройствах без доработок.
Путь от идеи к созданию устройства занял почти два года, и в результате появился первый процессор компании Intel – Intel 4004. Однако это был не самый первый процессор. Незадолго до этого, в 1970 году, военными был разработан процессор F14 CADC, но он был долгое время засекречен. Поэтому процессор компании Intel считается первым коммерчески доступным однокристальным процессором.
Со временем процессоры совершенствовались. В 1972 году была выпущена линейка процессоров Intel 4040 с увеличенным объемом памяти и поддержкой прерываний. В этом же году, несколько месяцев спустя, была создана серия восьмиразрядных процессоров Intel 8008. Но самое главное событие произошло в 1974 году. Был выпущен процессор (линейка модификаций процессоров) Intel 8080.
Эти процессоры были разработаны Федерико Фаггини (Federico Faggin) и Масатоши Шима (Masatoshi Shima). Существовало множество клонов этой линейки от других фирм (AMD, Eastern Bloc, Mitsubishi, NEC, Texas Instruments и многих других), в том числе клоны, производимые в СССР (580VM80).
Процессоры производились по технологии – 6 мкм, содержали 6000 транзисторов, размещенных в 40-контактном керамическом корпусе. Они имели 16-разрядную шину адреса и 8-разрядную шину данных, адресуемую память – 64 Кб, количество инструкций – 80, тактовую частоту – 2 МГц, производительность – до 500 000 операций в секунду. Помимо самого процессора, компания Intel разработала целый набор микросхем (арифметический сопроцессор, тактовый генератор, формирователи шин, таймера, контроллеры периферийных устройств и т.д.), облегчающих использование процессора.
Именно на базе этого процессора в 1975 году был создан первый, коммерчески распространяемый компьютер Альтаир 8800. Если не считать тех «персональных компьютеров» которые были описаны в разделах статьи «Программируемые калькуляторы» и «Микро-ЭВМ».
2. Первые персональные компьютеры.
Первым персональным компьютером принято считать Альтаир 8800, созданный в 1975 году, хотя это утверждение и не незыблемо. Ведущим разработчиком Альтаир 8800 был американский инженер Генри Эдвард Робертс основатель фирмы MITS (Micro Instrumentation and Telemetry Systems) расположенной в городе Альбукeрк, штат Нью-Мексико.
Внешне Альтаир 8800 сильно отличался от современных персональных компьютеров. К нему не прилагалась не клавиатура, не мышка, не монитор. Да и возможности его были очень ограничены. Обладая всего 256 байтами оперативной памяти, он не мог решать мало-мальски серьезные задачи. Но все же Альтаир 8800 пользовался огромной популярностью, и, несмотря на свои ограниченные возможности, он вдохновил множество энтузиастов, которые самостоятельно, из купленных комплектующих, собирали компьютер, вооружившись отверткой и паяльником. И разрабатывали небольшие программы, которые затем скрупулезно, в двоичном виде байт за байтом водили в память компьютера с помощью переключателей и наблюдали результат выполнения работы своих программ в виде загорающихся лампочек на переднем табло компьютера.
Альтаир 8800 продавался не толков в виде набора деталей за 439 долларов, но и уже собранном виде, правда, несколько дороже – за 621 доллар.
В обоих случаях цены на Альтаир 8800 были смешные. Только один процессор Intel 8080 в розничной торговле стоил 360 долларов. Так что заказы на комплектующие и уже готовые компьютеры посыпались как из рога изобилия и во много раз превысили возможности фирмы MITS. Так за первые несколько месяцев накопилось более 4000 заявок, при том, что фирма MITS за год могла удовлетворить не более 800. Этим не замедлили воспользоваться конкурирующие компании, которые стали производить и продавать Альтаир 8800, и очень быстро появилась целая сеть магазинов, специализирующаяся на продаже Альтаир 8800 и различных запчастей и комплектующих к ним.
Популярность компьютера все время росла. Через несколько месяцев Пол Аллен и Билл Гейтс создали интерпретатор Бейсик для Альтаир 8800. Однако тут не обошлось без проблем. Для полноценного функционирования интерпретатору требовалось минимум 4 кб оперативной памяти, в то время как базовая комплектация Альтаир 8800 содержала всего 256 байт памяти. Но Альтаир 8800 содержал дополнительные слоты для плат расширения, например в выпущенной в 1976 году модификации компьютера (Альтаир 8800bt) было аж 18 портов расширения. Поэтому в экстренном порядке была разработана карта памяти на 4 кб.
Но не менее важной проблемой Альтаир 8800 – было отсутствие постоянного запоминающего устройство. С таким трудом вводимые программы и результаты их работы невозможно было сохранять. По этому следующим глобальным усовершенствованием первого персонального компьютера был ввод системы хранения данных. Опять-таки Пол Аллен и Билл Гейтс смогли оборудовать Альтаир 8800 дисководом с гибким магнитным диском. Это хоть был и дорогой способ хранения данных, но по сравнению с другими существующими методами – надежный и удобный.
Все это значительно расширило возможности Альтаир 8800 и еще больше повысило его популярность.
Однако, из-за сильной спешки при создании карт памяти они работали со сбоями и не позволяли подключать одновременно несколько карт памяти. Это дало возможность конкурирующим фирмам, таким как Processor Technology, приступить к созданию своих карт памяти и других плат расширения для Альтаир 8800 и несколько подвинуть позиции MITS на рынке персональных компьютеров.
Со временем все больше компаний стали производить комплектующие для Альтаир 8800 и разрабатывать программное обеспечение для пользователей компьютера.
Фирма MITS все больше выпускала из своих рук ситуацию и теряла прибыли из-за конкурентов. Она неоднократно предпринимала различные попытки вернуть себе лидирующие позиции на уже сложившемся рынке персональных компьютеров, но все они не имели успеха. Так, например, была выпущена новая модификация персонального компьютера Altair 680 на базе процессора Motorola / AMS 6800.
Дела компании MITS шли все хуже и хуже. Ведя сразу большое количество направлений в разработке, компания не могла должным образом контролировать качество своей продукции и несла большие издержки. Продукция MITS теряла популярность. В конце концов, Эдвард Робертс продал MITS компании Pertec, что означало конец для бренда Альтаир 8800. Через два года после продажи MITS была закрыта, а Эдвард Робертс полностью порвал все связи с миром вычислительной техники, закончил медицинскую школу и стал врачом. Но Альтаир 8800 свое дело уже сделал, ознаменовав эру персонального компьютера.
Вскоре после появления Альтаир 8800 мир увидели такие персональные компьютеры как: SWTPC 6800, KIM-1, Apple I, TRS-80, Commodore PET и многие другие.
3. Эра персонального компьютера или IBM PC.
К концу 70-х годов персональные компьютеры набрали популярность настолько, что уже стали заметно влиять на спрос на большие ЭВМ и мини ЭВМ. Это не могло не обеспокоить таких гигантов по разработке и производству больших ЭВМ, как IBM. В результате, в 1979 году, в компании IBM было принято решение попробовать свои силы на рынке персональных компьютеров.
Отнеслись к этой работе как к небольшому эксперименту, все еще не веря в огромные перспективы персональных компьютеров. Таких работ, по созданию нового оборудования в IBM ежегодно проводились чуть ли не десятки, по этому руководство IBM не уделяло особого внимании разработке ПК и предоставило подразделению занимавшемуся этой работой невиданную свободу. В частности, для экономии средств, разрешила использовать в первом персональном компьютере узлы и блоки уже разработанные другими фирмами.
Воспользовавшись свободой действия, подразделение сполна использовала свой шанс. Новый компьютер, впервые в истории, решили разрабатывать на базе нового 16-ти разрядного процессора Intel 8088 и делать не единым целым, как делали все предшественники, а состоящим из отдельных легко заменяемых модулей, собираемых вместе аналогично детскому конструктору. Причем способ соединения отдельных блоков в единое целое не держались в секрете и был доступен всем желающим.
Впоследствии этот принцип лег в основу так называемой открытой архитектуре, которой сейчас следуют подавляющее большинство производители комплектующих к персональным компьютерам.
Это был гениальный шаг со стороны разработчиков IBM. Ведь какой бы современный и технологический компьютеры они не создали бы, держа в секрете его архитектуру, он бы через 1-2 года устарел и был бы забыт среди сотни схожих с ним конкурентов.
Использование открытой архитектуры сподвигло огромное число небольших фирм включиться в работы по созданию узлов для нового компьютера, получившего название IBM PC и увидевшем свет в августе 1981 года.
Очень немногие производители в одиночку смогли что-либо противопоставить компьютеру, набирающему семимильными шагами популярность, а точнее сказать принципу организации персональных компьютеров, начало которому положила компания IBM PC. Сейчас такие компьютеры ("совместимые с IBM PC") составляют около 90% всех производимых в мире персональных компьютеров (не считая рынка мобильных устройств).
Но новый принцип организации сыграл злую шутку и с самой компанией IBM. Небольшие фирмы, пользуясь наработками IBM, стали производить свои комплектующие для IBM PC и зачастую они были дешевле и появлялись раньше чем разработки от IBM, из-за того, что компании приходилось нести большие накладные расходы на содержание огромного штата и мощностей по производству.
Очень скоро другие фирмы перестали довольствоваться ролью производителей комплектующих и начали сами собирать компьютеры, совместимые с IBM PC.
Но не только аппаратный принцип построения сделал популярным компьютер IBM PC. Заметную веху в истории оставила и операционная система, разработанная для этого компьютера.
Чтобы люди охотнее покупали компьютеры, требовалось сделать управление им как можно более простым. Эта задача была поручена небольшой фирме Microsoft. Ныне Microsoft стала повсеместно известной, крупнейшей фирмой по производству программного обеспечения.
Популярнейшей операционной системой для 8-разрядных персональных компьютеров в то время была CP/M-80 (Control Program for Microcomputers) фирмы Digital Research, но 16-разрядному компьютеру требовалась новая операционная система.
Фирма Digital Research была не готова предложить IBM 16-разрядную операционную систему. А фирма Microsoft, тем временем, успела приобрести права на 16-разрядную систему 86-DOS у компании Seattle Computers Products. 86-DOS представляла собой клон CP/M от Digital Research, портированный для использования на процессоре 8086 и содержащий всего два отличия от оригинала: улучшенную логику буферизации дисковых секторов и новую файловую систему FAT12.
Microsoft переработала 86-DOS, и под маркой MS-DOS предложила фирме IBM.
В августе 1981 года MS-DOS 1.10/1.14, лицензированная корпорацией IBM под наименованием PC DOS 1.0, начала поставляться с новыми персональными компьютерами IBM PC. Для сторонних производителей Microsoft предлагала версию DOS под именем MS-DOS.
Программы, разработанные для CP/M-80 оказалось достаточно легко модифицировать для работы под MS-DOS.
В результате MS-DOS очень быстро стала популярной и на протяжении десятка лет модернизировалась и была самая используемая среди IBM PC совместимых компьютеров.
И так, новый принцип построения персонального компьютера – открытая архитектура, простая и удобная в использовании операционная система и быстро расширяющейся набор программного обеспечения, совершили настоящий прорыв в становлении персонального компьютера и ознаменовали новую эру в вычислительной технике, эру персонального компьютера.
На этом я закончу рассказ об истории развития персонального компьютера, кому будет интересно хронологию появления новых моделей компьютеров, их краткое описание и фотографии можно будет посмотреть в новом разделе «Музей».
