Как появился персональный компьютер

Какие бывают компьютеры

Супер-ЭВМ

Это самые мощные компьютерные системы, предназначенные для решения специфических задач. Супер-ЭВМ имеют колоссальную производительность (триллионы операций в секунду). Основная сфера их применения - моделирование сложных технических или природных процессов с целью предсказания поведения того или иного предмета или явления. Подобные системы стоят очень дорого и располагаются в научно-вычислительных центрах, крупных исследовательских институтах, учебных заведениях, оборонных ведомствах.

Суперкомпьютеры бывают следующих типов:

· векторные;

· векторно-конвейерные;

· параллельные с распределенной памятью;

· параллельные с общей памятью;

· кластерные.

Наиболее производительные системы имеют параллельную или кластерную организацию. Каждый элемент системы решает свою подзадачу, между элементами системы организована четкая структура связей.

Кластер - обрабатывающий элемент, объединяет несколько вычислителей, который решает свою конкретную задачу, причем рабочий алгоритм может меняться. Кластерная система может быть оптимизирована для решения конкретной задачи.

Например, при решении сложной задачи моделирования климата Земли, отдельные группы кластеров моделируют влияние отдельных составляющих (воздушных потоков, водных масс, степени загрязнения и проч.) на климат. Все эти составляющие находятся в сложном взаимодействии и влияют друг на друга, формируя климат Земли.

Серверы.

Это основа основ сетевого "хозяйства" (Интернета, локальных сетей и проч.). Серверы бывают следующих типов:

· файл-сервер;

· сервер приложений;

· сервер базы данных;

· принт-сервер;

· Интернет-сервер.

Основное требование, предъявляемое к серверу, - это его надежность. Сервер должен без сбоев работать круглосуточно, семь дней в неделю, 365 дней в году. Информация, находящаяся на сервере должна быть доступна в любой момент времени.

 

 

На втором месте стоит производительность сервера. Серверу приходится обрабатывать в единицу времени огромное количество запросов. Поскольку задачи являются однотипными и довольно простыми, то разумно организовать параллельное их решение. Чем больше можно организовать параллельных обрабатывающих процессов - тем лучше. Отсюда, тенденции в развитии серверов: многопроцессорность, использование многоядерных процессоров.

Мейнфреймы

Мейнфреймы (большие компьютеры) занимают промежуточное положение между супер-ЭВМ и персональными компьютерами. Как ни странно, но мейнфреймы "остались на плаву" и с конца 90-х годов их производство даже начало постепенно расти. Это можно объяснить следующими моментами.

Во-первых: новые технологии позволили значительно уменьшить размер больших компьютеров и снизить их энергопотребление, сохранив при этом высочайшую производительность.

Во-вторых: существует довольно много относительно несложных задач, которые целесообразнее решать комплексно. Для их решения мощностей ПК явно недостаточно, а использование супер-ЭВМ невыгодно в экономическом плане. Кроме того, мейнфреймам нашлось применение в сети в качестве поддержки функций нескольких серверов; мейнфреймы стали центрами интеграции неоднородного компьютерного оборудования в масштабах предприятия. Основным производителем больших ЭВМ является фирма IBM.

Персональные компьютеры

Все те задачи, которые невыгодно решать с помощью вышерассмотренных компьютерных систем, остаются для персональных компьютеров - ПК. Первоначально возможности ПК были более чем скромны: низкая производительность, малый объем памяти - все это позволяло решать довольно простые задачи. Но, электронные технологии стали развиваться настолько быстро, что производительность персоналок стала удваиваться чуть ли не ежегодно! В итоге, современный персональный компьютер - это довольно мощная (для решения повседневных текущих задач - это уж точно), гибкая система. Если требуется решить сложную специализированную задачу, ПК легко оснащается дополнительными возможностями.

Следует обратить внимание на следующий факт - ПК это не только та система, которая стоит в офисе или у вас дома. Довольно большую нишу занимают автономные встраиваемые вычислители. Они есть в промышленном оборудовании, в бытовой технике, в автомобилях, самолетах… Вокруг нас их так много, что мы даже не замечаем их.

 

Блочно-модульная компоновка

Открытая архитектура IBM-компьютеров реализована с помощью блочно-модульной компоновки. В чем ее суть?

Компьютер собирается из отдельных унифицированных блоков. Существует некий базовый состав блоков, необходимый для работы ПК, а открытая система позволяет пользователю самостоятельно дополнять и изменять блочный состав компьютера, при этом, конечно же, функциональная завершенность системы не должна быть нарушена.

Для состыковки блоков между собой имеются специальные системные разъемы, к контактам которых подводятся сигналы системной шины. Такой комплект разъемов размещается на системной (материнской) плате. Остальные элементы, подключаемые к системным разъемам материнской платы, имеют ответные части для их установки в разъемы.

Основы открытой архитектуры

В качестве центрального процессора используются микропроцессоры серии x86 фирмы Intel, их аналоги, а также программно-совместимые с ними процессоры других фирм.

Система имеет BIOS - программное средство поддержки определенного набора компонентов.

Регламентирована процедура начального запуска системы.

Память организована в виде нескольких блоков, имеющих различные свойства.

Задействован механизм конфигурирования.

ПК имеет системный реестр и КМОП - память для хранения сведений о конфигурации системы.

Реализована система прерываний и прямого доступа к памяти.

Всем устройствам компьютера выделены "свои" адреса.

Для ввода информации и вывода ее на экран монитора задействована специальная система кодировок.

Следует сказать, что параллельно были разработаны технические нормативы, описывающие конструкцию компьютера, рабочие режимы, протоколы обмена данными. Без разработки подобных норм невозможен был бы подобный успех IBM-компьютеров.

Программное обеспечение

Компьютерная архитектура имеет в своей основе две составляющие: аппаратную часть (железо) и программную часть (программное обеспечение). Все это великолепие под названием ПК (состоящее из корпуса, блока питания, системной платы, винчестера, дисководов, различных периферийных устройств) является "мертвым" хламом без соответствующего программного обеспечения, которое "оживляет" весь этот сложный механизм.

С развитием ПК развивается и соответствующее программное обеспечение. Для начала стала необходимость создания системного ПО, которое бы уже непосредственно управляло работой компьютера. Такой системой стала MS-DOS (MicroSoft Disk Operation System). На смену ей пришла Microsoft Windows, которая является и по сей день фактическим лидером операционных систем на рынке IBM-совместимых компьютеров.

 

IBM-архитектура

Процессор

В качестве процессора используются микропроцессоры фирмы Intel семейства x86, а также их аналоги от других производителей. Первые модели (PC, PC XT) использовали процессор i8088, более совершенная AT - i80286. Замечательным был тот факт, что все последующие (более совершенные) модели процессоров были полностью совместимы с предыдущими, т.е. поддерживали все функции своих предшественников.

BIOS

Это очень эффективная "придумка" от инженеров IBM, которая позволяет осуществлять поддержку основных компьютерных систем и периферийных устройств. Базовая система ввода-вывода содержит программные ресурсы, обеспечивающие надежную работу с компонентами системы и организующие связь с периферийными блоками. Подробнее смотри в соответствующем разделе - BIOS.

Конфигурирование

Еще одно инновационное решение от IBM - компьютер во время включения мог "самонастраиваться" на существующую конфигурацию. В первых моделях (PC, PC XT) сведения о составе оборудования и режимах его работы задавались при помощи специальных перемычек на материнской плате. При помощи специальных программ сигналы с этих перемычек считывались и выполнялась настройка системы на заданную конфигурацию.

Начиная с PC AT конфигурирование задавалось при помощи:

· программы Setup BIOS;

· энергонезависимой КМОП-памяти.

Подробнее смотри в соответствующем разделе - BIOS.

Начальная загрузка

После подачи питания вся компьютерная система приводится в исходное состояние при помощи специальной программной процедуры BIOS. Выполняются действия по настройке и проверке рабочих режимов базовых компонентов системы.

После выполнения этих действий управление передается операционной системе, которая управляет дальнейшей загрузкой компьютера.

Адреса памяти и устройств ввода-вывода

Компьютер имеет два адресных пространства:

· адреса памяти;

· адреса устройств ввода-вывода.

Это обусловлено особенностями архитектуры микропроцессоров семейства x86. Для обращения к этим адресам используются различные команды и различные управляющие сигналы.

 

 

Первые системы PC, PC XT имели 1 Мб (16 линий адреса) памяти. Позднее его расширили до 16 Мб (20 линий адреса), еще позже - до 4 Гб (32 адресных линии).

В пространстве памяти размещены ОЗУ и ПЗУ. Оперативная память в свою очередь разделена еще на несколько участков, имеющих различные свойства.

Адресное пространство устройств ввода-вывода равно 64 Кб (16-разрядная адресация). Но используются только 10-разрядные адреса (1 Кб - 1024 адреса). Распределение адресов устройств ввода-вывода приведено в таблице ниже.

Адресное поле	Устройство	Адресное поле	Устройство
000-00F	Контроллер DMA 1	2E0-2E7	Дополнительное поле адресов COM 4
010-01F		2E8-2EF	COM 4
020-021	Контроллер прерываний 1	2F8-2FF	COM 2
040-05F	Таймер	338-33F	Дополнительное поле адресов COM 3
	Регистр данных клавиатуры (в ХТ)	370-377	Контроллер FDD 2
	Источник NMI, управление звуком	376-377	Управление IDE 2
	Контроллер клавиатуры (в АТ)	378-37F	LPT 1
070-07F	CMOS, маска NMI	380-38F	Синхронный адаптер SDLC (BSC 2)
080-08F	Регистры страниц DMA	3A0-3AF	Синхронный адаптер BSC 1
090-097	PS/2 микроканал	3B0-3BB	Адаптер MDA
0A0-0BF	Контроллер прерываний 2	3BC-3BF	LPT на плате MDA
0C0-0DF	Контроллер DMA 2	3C0-3CF	Адаптер EGA
0F0-0FF	Сопроцессор 287	3D0-3CF	Адаптер CGA
100-1EF	PS/2 управление микроканалом	3C0-3DF	Адаптер VGA (перекрывает адреса EGA и CGA)
170-177	IDE 2	3E0-3E7	Дополнительное поле адресов COM 3
1F0-1F7	IDE 1	3E8-3EF	COM 3
200-207	Игровой адаптер	3F0-3F7	Контроллер FDD 1
238-23F	Дополнительное поле адресов COM 4	3F6-3F7	Управление IDE 1
278-27F	LPT 2	3F8-3FF	COM 1
2C0-2DF	EGA 2

 

 

Системный регистр

На входы системного регистра поступают сигналы от подключенных устройств, а на его выходе вырабатываются соответствующие управляющие сигналы.

Первоначально на системный регистр возлагались следующие задачи:

· ввод информации о конфигурации системы;

· ввод данных с клавиатуры;

· управление динамиком;

· управление процессом подачи немаскируемых прерываний (NMI).

Позднее первые две функции были сняты с системного регистра, а электронные компоненты системного регистра были интегрированы в чипсет, в результате понятие "системный регистр" утратило свою актуальность.

Аппаратные прерывания

Аппаратные прерывания позволяют определенным устройствам прерывать "нормальный ход" исполняемой программы и получать внеочередное право на программное обслуживание.

Изначально блок прерываний (микросхема i8259) имел 8 входов запроса и мог обслуживать до 8 устройств.

В системе PC AT был включен второй блок прерываний, число запросов возросло до 15 + 1 запрос для выбора блока. Контроллеры прерываний находятся в адресном пространстве устройств ввода-вывода.

Системный таймер

Предназначен для отсчета временных интервалов.

Изначально построен на основе трехканальной схемы программируемого таймера счетчика схемы i8253 (в PC AT - i8254). Находится в адресном пространстве устройств ввода-вывода.

Системная шина

Т.к. открытая архитектура IBM предполагает блочно-модульную компоновку системы, состоящую из многих компонентов, то для информационного обмена между компонентами системы была выбрана системная шина ISA (Industry Standard Architecture).

 

 

Изначально использовалась 8 разрядная шина, позже - 16-разрядная (16 линий адресов, 24 линии данных).

Для соединения блоков компьютера используются системные разъемы, к которым подключается шина. Технические детали системных разъемов строго регламентированы, что обеспечивает полную аппаратную и программную совместимость различных систем ПК.

Игровой порт

Название говорит само за себя. Игровой порт служит для подключения игровых устройств - джойстика, игрового руля и проч. Интерфейс порта поддерживает 4 сигнала от координатных датчиков и 4 линии от кнопок.

Видеосистема

Изначально, когда количество видеорежимов было ограниченным, компьютер использовал поддержку видеосистем типа MDA и CGA. BIOS Int 10h идентифицировал тип системы, устанавливал видеорежим, осуществлял вывод информации на экран монитора. Позже появились видеосистемы типа EGA и VGA. Специально под них был разработан блок ПЗУ, содержащий расширение BIOS. В Video BIOS включены все программные средства, осуществляющие аппаратные настройки видеоконтроллера.

Клавиатура

 

Изначально клавишная матрица включала 83/84 кнопки. Нажатие кнопки вызывало формирование скан-кода, который передавался на входной порт системного регистра, после чего формировался код нажатой клавиши и передавался для дальнейшей обработки компьютерной системой.

В более поздних системах обработку данных клавиатуры производит специализированных контроллер (микросхема i8042). Количество клавиш увеличено до 101/102, при этом полностью сохранена совместимость с предыдущей версией.

Процесс развития архитектуры персональных компьютеров показал жизнеспособность одних решений, которые получили свое развитие в дальнейшем с одной стороны, и с другой, те решения, которые утратили свою актуальность канули в небытие. Например, утратили свою актуальность:

· современные процессоры используют принципиально новую архитектуру;

· системная шина ISA больше не используется;

· устарели первоначальные версии BIOS;

· пропускная способность портов COM, LPT оказалось недостаточной.

На смену устаревшим аспектам пришли новые:

· новые процессоры значительно повысили свою производительность, сохранив при этом полную совместимость с ранними версиями;

· появились более производительные системные шины - VLB, PCI, PCI-Express;

· появились новые порты с гораздо большей пропускной способностью - USB, Fire-Wire;

· современные системы расширены поддержкой новых сервисов - аудио, 3D, поддержка сети и проч.

Но, несмотря на такое серьезное обновление и прогресс, базовые компоненты системы сохранились в первозданном виде и не претерпели переделок, обеспечив тем самым полную совместимость новых версий со старыми.

 

Закрытая архитектура Apple

Логично предположить, что раз есть "открытая" архитектура, должна быть и "закрытая" архитектура. Так оно и есть на самом деле. Закрытую архитектуру представляет фирма Apple и ее компьютеры Macintosh.

В 1975 году два Стива - Джобс и Возняк, продав все дорогие вещи, которые были у них в наличии (выручив при этом 1300 долларов) в гараже собрали первый Apple-I. Компьютер получился довольно удачным и на порядок превосходил существующие в то время аналоги. Продав порядка 100 штук компьютеров по цене $666,66, два Стива смогли сосредоточиться на развитии своей идеи. Они начали искать серьезного инвестора для своего бизнеса, который в скором времени был найден. Им стал Майк Маркулл, который инвестировал $92 000, получив 1/3 всех акций фирмы Apple, и помог начинающим бизнесменам с деньгами для развития производства и рекламной кампании.

В 1977 году была зарегистрирована фирма Apple Computer Inc., и в этом же году вышла новая версия компьютера - Apple-II, которая была полностью законченным продуктом, имела устройства ввода информации и ее отображения, на нем было размещено системное и прикладное программное обеспечение. Стоимость Apple-II составила $1300. В преддверии продаж была проведена широкомасштабная рекламная кампания, которая принесла свои плоды, продажи исчислялись десятками, а вскоре, сотнями тысяч.

Следующее поколение компьютеров фирмы Apple получило название Macintosh (apple - яблоко; Макинтош - сорт яблок).

Эмблемой фирмы стало надкушенное яблоко. Почему надкушенное? В Полинезии есть обычай предлагать гостю фрукты. Но, хозяин должен быть уверен в качестве предлагаемого угощения. Самым надежным способом проверки является непосредственная проба предлагаемого продукта. Поэтому, ваза надкушенных яблок для гостя - высшая форма проявления уважения.

Поместив надкушенное яблоко на лицевую панель своих изделий, фирма Apple тем самым говорит, что пользователю предлагается продукт высшего качества, который был проверен и подтвердил свое реноме.

На пике своей популярности фирма Apple держала порядка 30% компьютерного рынка. Но, в связи с тотальным наступлением IBM-совместимых компьютеров, доля Apple сократилась на порядок. Но, не смотря на столь скромный сегмент компьютерного рынка, следует отметить, что Apple является единственным конкурентом IBM-компьютерам, который сумел выжить и войти в 21 век.

Чем же хороша или плоха закрытая архитектура компьютеров фирмы Apple, каковы ее особенности?

Компьютер Apple-I был построен на базе процессора i8080. Apple-II использовал процессор фирмы Motorola, позже ему на смену пришел PowerPC.

Как правило, конструкция системы одноплатная.

 

 

Компьютеры выпускаются в довольно ограниченном количестве конфигураций, которые пользователь изменить не может. По сути дела, модернизация компьютеров невозможна. Этот факт "развязывает" руки разработчикам, которые не находятся в жестких рамках многочисленных нормативов.

Поскольку аппаратная конфигурация компьютера неизменна - нет надобности в ее инициализации при загрузке, следовательно, нет никаких проблем установки любого совместимого программного обеспечения.

Отличительной особенностью компьютеров фирмы Apple является тот факт, что все компоненты фирма производит сама - отсюда гарантия высочайшего качества продукции.

Изначально на Маках установлено все необходимое ПО, пользователям незнакома процедура установки и обновления драйверов.

Изначально производительность Маков была несколько выше PC-шных аналогов, но затем ситуация выровнялась.

Ну, и самой отличительной особенностью Маков является их элегантный дизайн. Понятия Apple и элегантность всегда стояли рядом. В компьютерном мире Macintosh - символ изящества и совершенства форм.

Фирма Apple имеет сильные позиции в области компьютерного дизайна, полиграфии и обучающих программ. В США в свое время большое количество Маков было бесплатно передано в образовательные учреждения - как известно, взрослые привычки закладываются в детском возрасте. Не удивительно, что в США количество пользователей Маков среди взрослого населения (порядка 3,5%) значительно превышает процент в других странах мира. Упор на дизайн и полиграфию также был сделан не просто так. Как известно, творческие люди, занимающиеся изящной организацией пространства, выбирают элегантные вещи. Красивый и удобный инструмент стимулирует творческий процесс, создает атмосферу гармонии.

Основными "негативными" факторами широкого распространения Маков (особенно в странах бывшего СССР), помимо невозможности изменения конфигурации компьютера, являются дороговизна Macintosh и практическая невозможность получения контрафактного (пиратского) ПО. По статистике в России доля Макинтошей находится в пределах 1% - в основном в Москве.

 

Как работает компьютер

Как уже было сказано ранее, открытая архитектура и блочно-модульный принцип организации IBM-компьютеров стали решающими факторами, позволившими им ныне безраздельно господствовать на рынке компьютерной техники. Давайте же рассмотрим, из каких блоков и модулей собирается современный компьютер и как организована его работа, которая показана схематически ниже.

Центральный процессор ("камень" в жаргонном лексиконе компьютерщиков) - "мозги" компьютера. Именно в центральном процессоре происходят основные вычисления, ради которых, собственно и придумывался компьютер, чтобы облегчить жизнь человека. Физически центральный процессор (микропроцессор) выполняется в виде большой интегральной схемы (БИС), которая устанавливается в соответствующий разъем на материнской плате. Сверху на процессор обязательно крепится радиатор и кулер (вентилятор), которые охлаждают процессор, т.к. тот в процессе работы выделяет достаточно много тепла.

Память - то "место", где хранится разнообразная информация (данные, программные коды), предназначенная для центрального процессора (и не только), а также результаты произведенных им вычислений. Компьютерная память бывает двух видов: ПЗУ (постоянно-запоминающее устройство) и ОЗУ (оперативно-запоминающее устройство).

ПЗУ можно только считывать. Как правило, ПЗУ применяется для начальной загрузки компьютера. В ПЗУ хранятся специальные инструкции (BIOS), которые управляют в момент включения питания работой компьютера и "рассказывают" ему, что он должен делать. Физически ПЗУ выполняется в виде микросхемы, которая впаивается в материнскую плату.

Информацию ОЗУ можно не только считывать, но и записывать. Более того, скорость работы ОЗУ напрямую влияет на производительность всей компьютерной системы в целом. Можно сказать, что в ОЗУ хранится вся информация, необходимая для работы компьютера в данный момент и с которой пока (или уже) не работает центральный процессор. Физически ОЗУ выполняется в виде отдельных модулей, которые устанавливаются в специальные разъемы (слоты) материнской платы.

Отдельные модули и блоки компьютера должны каким-то образом обмениваться между собой информацией. Для этой цели служат специальные информационные линии, которые принято называть шинами.

Шина данных - информационная линия (канал), по которой идет передача электрических сигналов в обоих направлениях.

Адресная шина - информационный канал, который передает адрес ячейки памяти, в которую (из которой) будет производиться запись (чтение) информации. Каждая ячейка памяти имеет свой уникальный адрес, по которому идет обращение к памяти.

Шина управления указывает, какое именно действие будет производиться: чтение или запись.

Такая организация работы компьютера называется трехшинной архитектурой. Физически шина - это обыкновенный "кусок" изолированного провода, который выполнен в виде ленточного жгута (шлейфа) или в виде металлических дорожек на системной плате.

Все вышеперечисленные компоненты находятся в "железном ящике", который называется системным блоком, который содержит блок питания, питающий все модули компьютера.

Для того, чтобы с компьютером можно было "общаться" нужны средства ввода и вывода информации.

Информация вводится в компьютер посредством клавиатуры (с мышью), флоппи-дисков (которые практически ушли в прошлое), компакт-дисков, флэш-памяти и других подключаемых внешних устройств.

Вывод информации производится через монитор, принтер (другие устройства).

Все внешние устройства, которые подключаются к системному блоку компьютера управляются через контроллеры - специальные аппаратные устройства, имеющие соответствующие разъемы для подключения того или иного внешнего устройства. Контроллеры работают под специальными управляющими программами - драйверами. Драйвер "рассказывает" контроллеру как компьютер должен правильно обмениваться информацией с соответствующим подключенным внешним устройством. Без правильно установленного драйвера ни принтер, ни сканер, ни монитор не будет работать. Физически контроллеры выполнены в виде специальных разъемов, установленных либо на материнской плате, либо непосредственно на системном блоке компьютера.

Отдельной важной деталью компьютера является жесткий диск ("винчестер", "винт"), который находится внутри системного блока, но подключен к общей системе также через контроллер. Винчестер имеет очень большой объем хранения данных (современные жесткие диски уже измеряются в терабайтах - миллионах мегабайтов). На жестком диске хранится вся информация, предназначенная для работы конкретного компьютера. Физически жесткий диск выполнен в виде закрытого модуля размером примерно двух-трех сигаретных пачек.

Когда вышеперечисленные модули собраны воедино, правильно подключены и корректно установленно нужное программное обеспечение - компьютер готов к работе. Опытный пользователь из работоспособных комплектующих соберет и настроит компьютер в течение 3-5 часов.

 

Блок питания компьютера

Блок питания компьютера очень важная деталь! От того насколько стабильно работает БП в условиях наших ужасных электрических цепей зависит общая стабильность работы всего компьютера. Задача БП, в общем-то, довольно проста, - надо преобразовывать входное переменное напряжение 220В в несколько низковольтных, стабилизировать их и подавать в нужные цепи компьютера. Но, есть и ряд дополнительных немаловажных требований:

1. обеспечивать требуемую мощность;

2. удерживать выходные напряжения в установленных пределах при разных уровнях нагрузки;

3. быть пожаробезопасным и электробезопасным;

4. иметь низкий уровень рабочих шумов и температур.

 

Существует две схемы построения блоков питания: линейная и импульсная.

Линейный блок питания

Схема проста и традиционна: входное напряжение подается на первичную обмотку понижающего трансформатора; с вторичной обмотки пониженное напряжение снимается и подается на выпрямитель, а затем - на стабилизатор.

Достоинства линейного блока питания:

· простота;

· стабильность;

· быстрая реакция на изменение нагрузки.

 

Недостатки:

· громоздкость силового трансформатора;

· значительное тепловыделение;

· низкий КПД;

· чувствительность к качеству входного напряжения.

Импульсный блок питания

 

 

Входное переменное напряжение сети (~220V) подается непосредственно на выпрямитель импульсного блока питания.

На выходе выпрямителя получаем постоянное напряжение 300V, которое заводится в блок ключей, построенный на мощных транзисторах. Работой транзисторов управляет генератор, работающий на частоте 60 кГц.

На выходе блока ключей получаем последовательность импульсов, которые подаются на первичную обмотку силового трансформатора. На вторичной обмотке силового трансформатора формируются базовые напряжения +5V и +12V, которые подаются на блок выпрямителей и стабилизаторов.

На выходе стабилизатора-выпрямителя имеем готовые стабилизированные напряжения для питания компьютерных узлов.

Достоинства импульсного блока питания:

· высокий КПД (транзисторы практически не греются);

· слабая чувствительность к качеству входной сети;

· малые размеры и масса.

 

Недостатки:

· сложная электросхема;

· необходимость блока электронного управления.

 

Рассмотрим более подробно работу отдельных узлов импульсного блока питания.

Входной фильтр-выпрямитель

 

Фильтр состоит из индуктивно-емкостных цепей, которые не пропускают сетевые помехи в блок и не дают "выйти" высокочастотным помехам в обратном направлении. Выпрямитель преобразует переменное напряжение сети 220V в постоянное напряжение 300V и подает его на блок управления и блок ключей.

Блок ключей

Состоит из транзисторов, которые управляются (открываются или закрываются) генератором. В результате входное постоянное напряжение преобразуется в последовательность импульсов (отсюда и название "импульсный блок питания").

Генератор

Управляющие импульсы генератора открывают транзисторы, в результате чего на первичную обмотку силового трансформатора поступает напряжение. Запитывается генератор с блока управления. По сигналу материнской платы Power On генератор может выключаться (сигналы не будут подаваться на блок ключей, и транзисторы не будут открываться), при этом компьютер переходит в спящий режим.

Генератор работает в режиме обратной связи, получая сигналы с выходного блока выпрямителей. В зависимости от этих сигналов генератор регулирует время открытого состояния транзисторов блока управления.

Силовой трансформатор

Высокочастотные импульсы с блока ключей подаются на первичную обмотку силового трансформатора, который понижает входное напряжение и имеет две вторичных обмотки с напряжениями +5 V и + 12V. Размеры силового импульсного трансформатора в несколько раз меньше низкочастотного трансформатора аналогичной мощности.

Блок управления

Блок управления (блок дежурного напряжения) находится всегда под напряжением. Обесточить блок можно только путем выключения сетевого выключателя на самом блоке питания, а при его отсутствии - вытаскиванием вилки сетевого шнура из розетки.

Блок управления вырабатывает дежурное напряжение +5 VSTB, подаваемое на материнскую плату и обеспечивает питание генератора, который (как уже отмечали ранее) включается сигналом Power On с материнской платы.

 

Что такое адаптеры

 

Модульно-блочный принцип открытой архитектуры предполагает тот факт, что в состав компьютера могут подключаться различные "дополнительные" устройства, расширяющие возможности компьютерной системы. Физически устройства для подключения дополнительного оборудования могут размещаться на материнской плате или изготавливаться в виде отдельных компонентов - адаптеров.

Адаптер - это печатная плата с установленными на ней электронными деталями. Адаптер имеет разъем для подключения к соответствующей шине и разъем для подключения оборудования.

В начальных версиях компьютеров использовалась ISA-шина, для которой были выпущены соответствующие адаптеры: управления дисковыми накопителями, видео, подключения принтера, сканера и проч. На начальном этапе работой винчестеров и дисководов управлял адаптер HDC/FDC-card; порты COM и LPT выполнялись в виде отдельной карты - I/O-card.

На смену им пришел универсальный адаптер - система управления винчестером, параллельный и последовательный обмен информацией были размещены на одной плате, которую назвали "мультикартой". Для подсоединения винчестера использовался 40-проводный плоский шлейф; для дисководов - 34-проводный, разъемы параллельного и последовательного порта размещались на отдельном кронштейне и оказывались на задней стенке корпуса после установки мультикарты.

Отличительной особенностью мультикарты являлся тот факт, что была возможность активации (включения или отключения) любого отдельного контроллера, расположенного на мультикарте. Это было очень удобно, ведь, в случае выхода из строя какого-либо интегрированного контроллера его управление передавалось на соответствующий контроллер мультикарты.

Когда пропускной способности ISA-шины оказалось недостаточно, ей на смену пришла более производительная PCI-шина. К этому времени многие контроллеры уже прочно интегрировались в материнскую плату (LPT, COM, HDD), поэтому необходимость в производстве соответствующих адаптеров отпала. Самым "популярным" адаптером остался и, пока еще остается, - видеокарта. Основная причина - это постоянное совершенствование технологии и программного обеспечения. Современные графические приложения требуют громадного быстродействия и объема памяти. Интегрированные видеокарты не в состоянии "нормально" управляться с "крутым" компьютерным дизайном или навороченными "стрелялками" или "гонялками". В этом случае для нормальной работы компьютера требуется хорошая видеокарта, которая обеспечивает нужные параметры производительности (стоит она, кстати, очень даже недешево).

На PCI-шине были опробованы и внедрены "в жизнь" новые технологии: USB, FireWire, SerialATA, 3D. В современных материнских платах они уже интегрированы.

 

Какие бывают компьютеры

Супер-ЭВМ

Это самые мощные компьютерные системы, предназначенные для решения специфических задач. Супер-ЭВМ имеют колоссальную производительность (триллионы операций в секунду). Основная сфера их применения - моделирование сложных технических или природных процессов с целью предсказания поведения того или иного предмета или явления. Подобные системы стоят очень дорого и располагаются в научно-вычислительных центрах, крупных исследовательских институтах, учебных заведениях, оборонных ведомствах.

Суперкомпьютеры бывают следующих типов:

· векторные;

· векторно-конвейерные;

· параллельные с распределенной памятью;

· параллельные с общей памятью;

· кластерные.

Наиболее производительные системы имеют параллельную или кластерную организацию. Каждый элемент системы решает свою подзадачу, между элементами системы организована четкая структура связей.

Кластер - обрабатывающий элемент, объединяет несколько вычислителей, который решает свою конкретную задачу, причем рабочий алгоритм может меняться. Кластерная система может быть оптимизирована для решения конкретной задачи.

Например, при решении сложной задачи моделирования климата Земли, отдельные группы кластеров моделируют влияние отдельных составляющих (воздушных потоков, водных масс, степени загрязнения и проч.) на климат. Все эти составляющие находятся в сложном взаимодействии и влияют друг на друга, формируя климат Земли.

Серверы.

Это основа основ сетевого "хозяйства" (Интернета, локальных сетей и проч.). Серверы бывают следующих типов:

· файл-сервер;

· сервер приложений;

· сервер базы данных;

· принт-сервер;

· Интернет-сервер.

Основное требование, предъявляемое к серверу, - это его надежность. Сервер должен без сбоев работать круглосуточно, семь дней в неделю, 365 дней в году. Информация, находящаяся на сервере должна быть доступна в любой момент времени.