Размещено на http://www.allbest.ru/

ПЕРСОНАЛЬНЫЕ ЭВМ И ИХ КЛАССИФИКАЦИЯ

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ПЭВМ И ИХ КЛАССИФИКАЦИЯ

Появление в 1975 г. в США первого серийного персонального компьютера (персональной ЭВМ -- ПЭВМ) вызвало революционный переворот во всех областях человеческой деятельности.

Первые персональные компьютеры создавались в виде электронных блоков, обеспечивающих возможность конструировать различные ЭВМ из отдельных узлов. Такие наборы пользовались большим успехом у любителей-электронщиков. Однако уже в 1981 г. стали выпускаться ПЭВМ, имеющие блочно-модульную конструкцию. Эти машины, простые в эксплуатации и сравнительно дешевые, предназначались для потребителей, не обладающих знаниями в области вычислительной техники и программирования.

Широкое распространение мини-ЭВМ в начале 70-х годов определялось необходимостью приблизить компьютер к пользователю. Мини-ЭВМ устанавливались непосредственно на предприятиях и в организациях, где использование больших ЭВМ было экономически невыгодным.

ПЭВМ относится к классу микроЭВМ и является машиной индивидуального пользования. Это общедоступный и универсальный инструмент, многократно повышающий производительность интеллектуального труда специалистов различного профиля. ПЭВМ предназначена для автономной работы в диалоговом режиме с пользователем. Общедоступность ПЭВМ определяется сравнительно низкой стоимостью, компактностью, отсутствием специальных требований как к условиям эксплуатации, так и степени подготовленности пользователя.

Основой ПЭВМ является микропроцессор (МП). Развитие техники и технологии микропроцессоров определило смену поколений ПЭВМ:

первое поколение (1975--1980 гг.) -- на базе 8-разрядного МП;

второе поколение (1981--1985 гг.) -- на базе 16-разрядного МП;

третье поколение (1986--1992 гг.) -- на базе 32-разрядного МП;

четвертое поколение (1993 г. -- по настоящее время) -- на базе 64-разрядного МП.

Большую роль в развитии ПЭВМ сыграло появление компьютера IBM PC, произведенного корпорацией IBM (США) на базе микропроцессора Intel-8086 в 1981г. Этот персональный компьютер занял ведущее место на рынке ПЭВМ. Его основное преимущество -- так называемая «открытая архитектура», благодаря которой пользователи могут расширять возможности приобретенной ПЭВМ, добавляя различные периферийные устройства и модернизируя компьютер.

В дальнейшем другие фирмы начали создавать компьютеры, совместимые с IBM PC и, таким образом, компьютер IBM PC стал как бы стандартом класса ПЭВМ. В наши дни около 85 % всех продаваемых ПЭВМ базируется на архитектуре IBM PC.

Бытовые ПЭВМ предназначены для массового потребителя, поэтому они должны быть достаточно дешевыми, надежными и иметь, как правило, простейшую базовую конфигурацию. Бытовые ПЭВМ используются в домашних условиях для развлечений (видеоигры), для обучения и тренировки, управления бытовой техникой. Однако архитектура этих машин позволяет подключать их к каналам связи, расширять набор периферийного оборудования. При некоторой модернизации эти модели могут использоваться для индивидуальной обработки текста, решения небольших научных и инженерных задач (например, отечественная ПЭВМ «Амата»). Бытовые ПЭВМ снабжаются пакетом игр, программным обеспечением локальной сети и др. Фирмы предлагают за дополнительную плату нарастить комплектность- компьютера НЖМД типа «винчестер», музыкальной картой, монитором и т.д. Модель «Амата» легко превращается в ПЭВМ общего назначения.

Классификация ПЭВМ

Персональные ЭВМ общего назначения применяются для решения задач научно-технического и экономического характера, а также для обучения и тренировки. Они размещаются на рабочих местах пользователей: на предприятиях, в учреждениях, в магазинах, на складах и т.п.

Машины этого класса обладают достаточно большой емкостью оперативной памяти, имеют внешнюю память на гибких и жестких магнитных дисках, собственный дисплей. Интерфейсы позволяют подключать большое количество периферийных устройств, средства для работы в составе вычислительных сетей.

ПЭВМ общего назначения используются прежде всего пользователями-непрофессионалами. Поэтому они снабжаются развитым программным обеспечением, включающим операционные системы, трансляторы с алгоритмических языков, пакеты прикладных программ. В состав аппаратуры входят устройства для вывода как текстового, так и графического материала, принтеры с высоким качеством печати. Этот класс ПЭВМ получил наибольшее распространение на мировом рынке.

Профессиональные ПЭВМ используются в научной сфере, для решения сложных информационных и производственных задач, где требуются высокое быстродействие, эффективная передача больших массивов информации, достаточно большая емкость оперативной памяти. Пользователями профессиональных ПЭВМ, как правило, являются профессионалы-программисты, поэтому программное обеспечение должно быть достаточно богатым, гибким, включать инструментальные программные средства.

Благодаря подключению широкой номенклатуры периферийных устройств функциональные возможности ПЭВМ значительно расширяются. Они могут работать в многозадачном режиме, с алгоритмическими языками высокого уровня, в составе вычислительных сетей. По своим функциональным возможностям многопроцессорные профессиональные ПЭВМ не только приближаются, но и вполне могут конкурировать с большими ЭВМ предыдущего поколения.

Конструктивные решения, заложенные в первую модель IBM PC образца 1981 года, без особых изменений дошли и до наших дней. В классическом варианте исполнения PC состоит из системного блока, к которому подключается клавиатура, видеомонитор и все периферийные устройства. В системном блоке (рис.10) расположена системная плата (system board или motherboard - материнская плата) с установленными на ней центральными компонентами компьютера - процессором, оперативной памятью (рис18). Вспомогательными схемами и щелевыми разъемами-слотами, в которых можно устанавливать платы расширения. В корпусе системного блока имеются отсеки (bay) для установки дисковых накопителей и других периферийных устройств трех- и пятидюймового формата, а также блок питания. На задней стенке корпуса имеются отверстия для разъемов клавиатуры и некоторых других устройств, а также щелевые прорези, через которые из корпуса выходят внешние разъемы, установленные на платах расширения. Платы (карты) расширения имеют краевой печатный разъем, которым они соединяются со слотами шин ввода вывода, металлическую скобу для закрепления платы на корпусе. На этой скобе могут быть установлены внешние разъемы.

Рисунок 18 Компоновка традиционного системного блока: 1-системная плата; 2-карта расширения ISA; 3-карта расширения PCI; 4-органы лицевой панели; 5-динамик; 6,7-отсеки 3'' и 5''; 8-блок питания

Габаритные и присоединительные размеры плат, способ их крепления и шины ввода-вывода унифицированы, что превращает персональный компьютер в «увлекательный конструктор».

Унификация системных плат, корпусов и плат расширения обеспечивается следующими конструктивными соглашениями:

§ стандартизация размеров, количества контактов и электрического интерфейса слотов шин расширения;

§ Фиксированное расстояние от слота до задней кромки платы;

§ Фиксированный шаг между соседними слотами, а также их привязка к крепежным точкам и положению внешних разъемов (на платах ХТ и АТ - привязка только к разъему клавиатуры);

§ определение максимального габарита (длина и высота) карт расширения;

§ определение геометрии нижнего края платы расширения, формы и размеры фиксирующей скобки.

Изначально системный блок ставился на стол горизонтально. Этот тип корпуса называется desktop (настольный). Корпуса были довольно громоздкие, но со временем за счет уменьшения площади системной платы удалось сократить их длину. Так появился формат корпуса (и системной платы) baby-AT (детка), а традиционные корпуса и платы получили название full-AT (полноразмерные). В настоящее время под корпусом desktop подразумевается корпус длиной около 35 см.

Несколько позже появился тип корпуса tower (башня). В него можно устанавливать системные платы и карты расширения тех же форматов, что и в desktop, но конструктивно он лучше и удобнее за счет наличия жесткого скелета-шасси. Несколько лет назад был принят новый стандарт на конструктив системной платы и корпуса - АТХ. Этот конструктив появился в связи с тенденцией расположения максимального числа периферийных контроллеров на системной плате, что привело к затруднению вывода их внешних разъемов. Кроме того, формат АТХ (рис.19) наводит порядок и во внутренних соединениях системного блока, а также имеет другой интерфейс блока питания.

Рисунок 19 Системная плата АТХ

Корпуса типа tower могут иметь различные размеры, в зависимости от которых их устанавливают на стол или какой-либо подставке.

Корпус mini-tower является самой маленькой башней -- он имеет высоту около 35 см, ширину 17-18 см (чуть шире отсека 5"), глубину около 40 см и всего два отсека формата 5". Из трех-четырех отсеков 3" на лицевую панель могут выводиться всего два.

Корпус midi -tower несколько больше -- он имеет высоту около 40 см и по крайней мере три отсека формата 5".

Корпус big-tower имеет высоту около 60 см и пять-шесть отсеков формата 5". Эти корпуса обычно шире (для устойчивости и лучшего охлаждения внутренних устройств). Есть и более емкие корпуса -- super big-tower и другие, предназначенные для компьютеров-серверов.

Корпуса, иногда называемые кейсами (case), могут иметь различные конструктивные особенности и дополнительные элементы, например, запираемые или просто пылезащитные дверцы на отсеках накопителей, элементы блокировки несанкционированного доступа, средства контроля внутренней температуры и т. п. Блоки питания широко распространенных корпусов имеют унифицированный конструктив, но в зависимости от размера корпуса различную мощность и количество разъемов для питания накопителей.

Для настольного исполнения существуют различные модели корпусов с уменьшенными размерами. Главным образом стремятся снизить высоту, которая для горизонтально расположенных корпусов определяется принятой допустимой высотой плат расширения. В низкопрофильных корпусах типа slim line платы расширения располагают в плоскостях, параллельных плоскости системной платы. Они устанавливаются в специальную переходную плату -- riser card, в просторечии иногда называемую «елкой». Эта «елка» «растет» из системной платы, а ее «ветками» являются платы расширения, вставляемые в слоты переходной платы (рис.20). Так компонуются корпуса в стандарте LPX. Для них существует специальное одноименное исполнение системных плат, но иногда в эти корпуса удается установить и обычные системные платы формата baby-AT. Если все необходимые компоненты установлены на системной плате, а установка плат расширения не предвидится, то переходная плата может отсутствовать. Высоту корпуса LPX удается снизить примерно до 10 см, но расплатой за это удовольствие является очень тесная компоновка и малое число доступных отсеков. Спецификация для низкопрофильных корпусов NLX преследует примерно те же цели, что и АТХ. В ней порядок наводится с помощью переходной платы, которая в данном случае (в отличие от LPX) является обязательной даже при отсутствии карт расширения -- через эту плату к системной плате подключаются все жизненно важные цепи (рис.21). На краевой разъем системной платы выводятся сигналы шин PCI, ISA и USB, интерфейсные сигналы контроллеров НГМД и порты IDE, линии питания и подключения всех органов лицевой панели. На системной плате предусматривается место для слота AGP, в который можно установить видеокарту уменьшенной высоты.

Все вышеперечисленные типы корпусов позволяют использовать стандартные платы расширения и довольно широкий ассортимент системных плат, то есть «конструктор» является универсальным и возможности модернизаций не упираются в необходимость приобретать изделия одного производителя. Однако существуют и «фирменные» типы корпусов, в которые могут устанавливаться только «родные» им системные платы. Что касается карт расширения, то обычно они все-таки универсальны, хотя попадаются и системы, замкнутые на себя.

Рисунок 20 Компоновка в корпусе LPX

персональный компьютер микропроцессор блок

Существуют корпуса экзотических форм -- например, в виде прямоугольного сектора цилиндра, предназначенные для установки в угол (фирма Packard Bell). Есть и компьютеры-моноблоки, в которых системный блок и монитор расположены в общем корпусе. Существуют так называемые мультимедийные корпуса со встроенными стереофоническими акустическими системами. Одно время выпускались миниатюрные копии корпусов desktop размером с книгу -- book-size, и в комплекте с такими же миниатюрными мониторами и клавиатурами они смотрелись очень симпатично. Конечно, вопрос об их совместимости с распространенными обычными платами и не стоял, а цена этих «сувениров» была очень высокой.

Рисунок 21 Компоновка плат в корпусе NLX

Промышленные компьютеры. Компьютеры для промышленного применения обобщенно называются Industrial PC. Здесь, под PC понимается не персональный (как таковой) компьютер, а компьютер, совместимый с IBM PC. Они предназначены для особых (не офисных) условий эксплуатации.

Промышленным компьютерам по роду службы приходится находиться поблизости от его подопечного объекта контроля и в той или иной степени разделять его условия существования (в противном случае его можно было бы установить и в уютном офисе с обычными условиями эксплуатации). Условия эксплуатации могут быть тяжелыми в смысле климата -- температура, влажность, пыль, осадки и т. п. Компьютер может подвергаться механическим воздействиям -- вибрация, удары, ускорения. Химическое воздействие подразумевает, например, агрессивные пары и газы. Неблагоприятное электрическое соседство (мощные контакторы, сварочные аппараты, печи, генераторы, трансформаторы) вызывает как электромагнитные наводки, так и помехи по питанию. Этих перечисленных условий достаточно для того, чтобы испугаться за «здоровье» нежного настольного компьютера, попадающего в такие условия. Добавим еще, что к промышленному компьютеру может потребоваться подключение большого числа цепей связи с объектом, для которых на задней панели PC просто не хватит места под разъемы, а на системной плате не хватит слотов для интерфейсных карт сопряжения. И, наконец, конструкция должна обеспечивать минимальное время поиска и устранения неисправностей, которые неизбежны даже при самом высоком уровне надежности. К инструментальным компьютерам, в основном предназначенным для сбора и обработки информации о каком-либо сложном объекте (например, экспериментальной установке), предъявляются похожие требования, правда внешние условия, как правило, помягче.

Для выполнения этих требований конструктив PC должен быть заметно преображен. В PC объединение модулей (интерфейсных карт) осуществляется через системную плату, на которой сейчас размещают практически все основные и жизненно важные компоненты, от процессора до большинства стандартных интерфейсных адаптеров. И эта сложнейшая плата оказывается на самом дне корпуса, «погребенная» установленными в нее интерфейсными картами и подсоединенными кабелями. Если она отказала, то для замены или ремонта компьютер придется разобрать полностью, что делается не так-то быстро. Чтобы избежать таких затруднений, в промышленных и инструментальных компьютерах функцию объединения модулей выполняет пассивная кросс-плата (passive backplane). Точный перевод названия указывает на местоположение этой платы в конструктиве -- задняя плоскость. На такой плате устанавливают только разъемы подключения функциональных модулей и блока питания. Все функциональные модули устанавливаются в блок спереди и объединяются между собой магистральной шиной кросс панели. Внешние подключения к модулям осуществляют либо со стороны лицевой панели модулей, либо с задней стороны кросс-платы через контакты разъемов, не используемых под магистральные шины.

Функциональные модули могут иметь различное назначение, но главным, конечно же, является процессорный модуль. Современные процессорные модули функционально идентичны традиционным системным платам с интегрированной периферией. На них устанавливают процессоры от 386 до Pentium II/III, «золотой серединой» являются экономичные и эффективные процессоры класса 486. Периферийные модули выполняют функции аналогового и цифрового ввода-вывода, и из широкого ассортимента выпускаемых модулей всегда можно набрать комплект, «персонально» подходящий к компьютеризируемому объекту.

Как и для традиционных (настольных) PC, в данной отрасли существуют стандарты на конструктивы и, конечно же, стандарты на объединительные шины.

Модульная система «Евромеханика» широко применяется для приборов промышленного назначения и инструментальных систем. Это международный стандарт на типоразмеры и конструктивы печатных плат, модулей, субблоков, блоков и 19-дюймовых шкафов и стоек. В зависимости от сложности устройств стандарт позволяет выбирать подходящий размер модулей и плат (рис.22). Модуль представляет собой плату с некоторым внешним оформлением -- передней панелью и, возможно, кожухом. Модули устанавливаются в каркасы блоков и с помощью коннекторов (разъемов), установленных на задней стороне их плат, соединяются с кросс-платой. Обычно на кросс-плате имеется шина (bus), объединяющая модули и подводящая к ним стандартные напряжения питания.

В евромодулях используются стандартизованные магистральные шины, из которых для PC-совместимых компьютеров сейчас популярна Compact PCI и ее расширение PXI. Шины Multibus и Multibus II уже уходят со сцены. Распространенная шина VME ориентирована на совсем PC -шные процессоры Motorola.

Евромеханика является мощной конструктивной базой для построения Сложных устройств, но есть варианты построения модульных компьютеров попроще (и подешевле). Самое простое решение для создания конструктива инструментальных и промышленных компьютеров заключалось в использовании стандартной шины карты ISA (половинной или полноразмерной). Все компоненты с традиционной системной платы перенесли на карту ISA, получив одноплатный компьютер, называемый микро-РС (mPC -- microPC). На такой карте содержится процессор, память, графический адаптер, контроллеры портов и дисковые интерфейсы, иногда на нее же ухитряются поместить и дополнительные контроллеры цифрового и аналогового ввода-вывода. Для подключения к модулям (картам) расширения используют пассивную кросс-плату с обычными разъемами ISA. Если требуется более высокопроизводительный канал, задействуют и шину PCI. Кросс-плата для таких систем становится неоднородной -- у нее часть слотов имеет разъемы PCI, другая часть -- ISA, расположенные на обычных местах, а место для системного контроллера оборудовано обоими разъемами. Достоинством такой конструктива является его совместимость с обычными картами расширения для PC, но оно оборачивается и недостатком -- остается все то же ненадежное крепление и мало места под внешние разъемы.

Рисунок 22 Форматы модулей «Евромеханика»

На базе плат mPC (чаще половинного формата) делают и модульные конструктивы. Верхнюю сторону платы снабжают панелью, которая становится лицевой. При этом изменяется система крепления и подвода внешних цепей -- верхняя (длинная) сторона платы стала доступной для установки внешних разъемов. Появилась вторая точка крепления, так что платы не будут при малейших внешних усилиях самопроизвольно вылезать из слота, как морковка из грядки. Конечно же, такие модули не располагают всей мощью платы Евромеханика (большой размер, надежные разъемы, подключение через заднюю панель), но вполне пригодны для устройств средних размеров.

Рисунок 23 Компьютер с шиной РС/104: а-- стопка плат; б-- расположение системных коннекторов

Для «самых маленьких» встраиваемых контроллеров существует другой конструктив с шиной РС/104. В ее названии присутствует число контактов коннектора, на который выводятся сигналы тины ISA. От обычной шины ISA PC/104 отличается только типом коннектора и нагрузочными характеристиками линий. Основой контроллера является тРС с разъемом (розеткой) PC/104 (рис.23). Если требуется подключение платы расширения, она своим разъемом PC/104 (вилкой) вставляется в плату контроллера. Кроме вилки на плате расширения имеется и розетка PC/104 (коннектор двусторонний), так что можно собирать «бутерброд» из нескольких плат. Если плат более трех, то сверху «бутерброда» устанавливают терминатор. Для фиксации плат стандартизовано расположение крепежных отверстий, и платы скрепляются несущими стоечками (длинными винтами с втулками). Конечно, такой конструктив удобен только для небольших систем с двумя-тремя платами, для которых он и предназначается. Возможна и иная компоновка -- установка нескольких модулей на одной (большой) кросс-плате. С широким использованием процессоров Pentium и старше в модуль ввели еще и шину PCI, так появился стандарт PC/104-Plus. Расположение коннекторов и габариты платы PC/104-Plus иллюстрирует рис. 24,б. Отметим особенности коннекторов: J1 -- коннектор шины ISA-8, J2 -- его расширение до ISA-16; эти коннекторы обычно имеют дюймовый шаг контактов (2,54 мм), но могут встречаться и метрические, с шагом 2,5 мм (они взаимно несовместимы). Обратим внимание и на специфическую нумерацию рядов и номеров контактов (у J2 нумерация начинается с нуля). Коннектор PCI имеет шаг контактов 2 мм.

В настоящее время появился новый признак классификации ПЭВМ по конструктивному исполнению, связанному с микроминиатюризацией изделий. Снижение веса и уменьшение габаритов привело к выпуску компьютеров, называемых LAPTOP («наколенные» компьютеры), NOTEBOOK (рис.24) (компьютеры-блокноты) и HANDHELD (ручной компьютер) (рис.25).

Рисунок 24 Общий вид компьютера типа NOTEBOOK

Рисунок 25 Общий вид компьютера типа HANDHELD

В LAPTOP-компьютере клавиатура и системный блок выполнены в одном корпусе, который сверху, как крышкой, закрывается жидкокристаллическим дисплеем, неразъемно соединенным со своим электронным основанием. Соединительные провода между дисплеем и ЭВМ скрыты в корпусе. Компьютер можно легко переносить и держать на коленях пользователя. Эти модели немного уступают по своим техническим параметрам настольным ПЭВМ. Они построены на МП i80386, имеют встроенные НГМД и НЖМД. В большинстве моделей LAPTOP используются монохромные дисплеи, так как применение цветных дисплеев приводит к резкому удорожанию компьютера. Компьютеры класса LAPTOP не должны весить более 3,5 кг.

NOTEBOOK (компьютеры-блокноты) имеют размеры одного листа бумаги стандарта А4 (297х210), обладают неполной клавиатурой (около 80 клавиш). В них используются НЖМД (например, дисковод емкостью 120 Мбайт, диаметром 2,5 дюйма) и НГМД. В комплекте с NOTEBOOK можно применять модем или 4)акс-модем, выполненные в виде отдельного настольного блока, присоединенного кабелем к компьютеру и телефонной сети. Однако существуют блоки модемов и факс-модемов, вставляемые в корпус NOTEBOOK и работающие, как правило, только на передачу сообщений. Компьютеры NOTEBOOK могут использоваться в деловых поездках, не требуют места на рабочем столе, могут храниться в ящике для бумаг, в портфеле.

ПЭВМ HANDHELD -- ПЭВМ, размер которой меньше одного листа бумаги стандарта А4 (например, модель Hewlett Packard 95 LX имеет размеры 160х86х25 мм), поэтому они всегда под рукой (в кармане) в готовом к работе состоянии. Эти модели могут работать независимо от электросети. Программы при автономной работе вводятся с помощью твердой карточки (ROM CARD), на которых записаны программы емкостью 32, 64 или 128 Кбайт. Карточки можно перепрограммировать. Для хранения результатов расчетов, введенного текста, составленных электронных таблиц и других результатов работы пользователь применяет ROM CARD со встроенной в них батарейкой. Это карточки очень небольшого размера (2х5мм). что позволяет вставлять их в специальные отверстия в корпусе персонального компьютера для чтения с них программ, данных или записи результатов работы пользователя. По мере надобности результаты работы могут быть по кабелю перенесены на настольный компьютер. В конструкциях этих моделей ПЭВМ предусматривается гораздо больший объем постоянной памяти, чем в конструкциях настольных ПЭВМ.

По прогнозам специалистов, миниатюрные компьютеры в ближайшем будущем смогут включаться в вычислительные сети без проводов (с помощью радиоволн), что потребует минимальных затрат. Такая технология получила название «полевая компьютеризация» (Field Computing). К концу 90-х годов ее внедрение вызовет новый революционный скачок в информатизации общества.

Контрольные вопросы

1. Расскажите о смене поколений ПК.

2. Классификация ПЭВМ.

3. Бытовые ПЭВМ.

4. ПЭВМ общего назначения.

5. Профессиональные компьютеры.

6. Промышленные компьютеры.

7. Компьютеры-блокноты.

8. Устройство персонального компьютера (типы корпусов).

Размещено на Allbest.ru