Історія обчислювальних та комп’ютерних пристроїв. Види сучасних комп’ютерів та їх застосування

Cучасний персональний комп’ютер містить такі основні частини:

• материнську плату;
• процесор;
• пристрої пам’яті;
• пристрої введення;
• пристрої виведення.

Призначення основних вузлів комп’ютера не змінюється, але з часом змінюються їх основні характристики.

Процесор є ядром комп’ютера, що опрацьовує інформацію, виконуючи арифметичні та логічні операції, керує всім обчислювальним процесом та координує роботу всіх пристроїв комп’ютера.

• арифметико-логічного пристрою (АЛП), призначеного обробляти дані за заданою програмою, розміщеною у запам’ятовувальному пристрої процесора;

• пристрою керування (ПК), що керує роботою всіх блоків комп’ютера;

• запам’ятовувального пристрою (регістрів), у якому зберігаються дані, команди та адреси (комірок пам’яті).

Технічні характеристики процесора:

• тактова частота(у Гц) — величина, що показує кількість елементарних операцій (тактів), яку процесор виконує за 1 с;

• внутрішня розрядність — кількість одиниць інформації, яку можна опрацьовувати одночасно, виконуючи арифметичні та логічні операції;

• зовнішня розрядність — кількість одиниць інформації, яку можуть одночасно приймати та передавати зовнішні пристрої;

• кількість ядер — кількість однакових за структурою процесорів, об’єднаних в одну мікросхему;

• технологія виробництва — визначає мінімально можливу відстань між електронними колами мікросхем.

Продуктивність роботи процесора визначають його частота, розрядність та особливості архітектури. Цю характеристику неможливо обчислити, її оцінюють тестуванням за швидкістю виконання процесором певних операцій у заданому програмному середовищі.

Величини технічних характеристик сучасних процесорів:

• розрядність — 32 і 64 біти;
• тактова частота — 3,8 ГГц і більше;
• швидкодія — 8 · 10⁹ операцій за секунду і більше;
• кількість ядер — від 1 до 4.

Пам’ять комп’ютера — пристрої, призначені для зберігання даних та програм.

Внутрішня пам’ять — призначена для зберігання даних та програм, з якими безпосередньо працює процесор.

• Оперативна пам’ять (оперативний запам’ятовувальний пристрій, ОЗП, ) — це швидкий запам’ятовувальний пристрій невеликого обсягу, призначений зберігати програми та дані, що їх опрацьовує процесор у поточний момент часу. Після вимкнення комп’ютера її вміст повністю очищується. Сучасні комп’ютери мають оперативну пам’ять ємністю до 32 Гб.

• Кеш-пам’ять (або надоперативна) — дуже швидкий запам’ятовувальний пристрій невеликого обсягу, який використовують для обміну даними між процесором та оперативною пам’яттю, щоб компенсувати різницю швидкостей опрацювання інформації процесором та повільнішою оперативною пам’яттю.

• Спеціальна пам’ять:

  • cтала пам’ять — енергонезалежна пам’ять для зберігання даних, які не потрібно змінювати. Наприклад, вказівки, які буде виконано безпосередньо після вмикання живлення;

  • перепрограмована стала пам’ять (Flash Memory) — енергонезалежна пам’ять, яка дає змогу багаторазово перезаписувати свій вміст. Найважливіша мікросхема — модуль BIOS (англійською Basic Input/Output System — базова система введення-виведення), встановлена на материнській платі. Як програмний модуль ОС система BIOS містить програму POST (Power On Self Test — самотестування при вмиканні живлення комп’ютера). Якщо при вмиканні живлення буде виявлено проблеми, то користувач почує повідомлення про помилку послідовнісь звукових сигналів;

  • пам’ять CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) — живиться від батарейки і зберігає інформацію про конфігурацію комп’ютера (кількість пам’яті, типах накопичувачів тощо). Саме цю інформацію використовують програмні модулі BIOS при тестуванні ПК після його запуску;

  • відеопам’ять (video RAM), що містить дані щодо зображення, — доступна на відеокарті область оперативної пам’яті (наразі понад 1Гб) або виділена область з основної оперативної пам’яті системи, що гірше.

Зовнішня пам’ять — засоби пам’яті на зовнішніх (відносно комп’ютера) носіях (диски, стрічки), призначені для тривалого зберігання великих масивів інформації. Складається з носіїїв, що використовують.

• Магнітний принцип:
  • стример;
  • жорсткий диск (1 Тбайт і більше);
  • гнучкий диски (1.44 Мб).
• Магнітооптичний принцип: магнітооптичний диски (від 128 Мб до 2.6 Гб).
• Оптичний принцип (R — лише зчитування, RW — з можливістю запису):
  • компакт-диск CD (до 700 Мб);
  • цифровий відео диск DVD (до 17 Гб для двошарових двосторонніх);
  • Blu-ray-диски (до 100 Гб для 12 см, двосторонніх двошарових).
• Мікротранзистори: флеш-пам’ять (до 128 Гб).

Основні характеристики пристроїв пам’яті: ємність і швидкодія, тобто об’єм запам’ятовувального пристрою швидкість читання/запису інформації.

Пристрої введення та виведення інформації
Процес взаємодії користувача з персональним комп’ютером неодмінно включає введення вхідних даних та отримання результатів опрацювання цих даних. Обов’язковою частиною типової конфігурації ПК є різноманітні пристрої введення-виведення, серед яких можна виділити стандартні, без яких сучасний процес діалогу взагалі неможливий, та периферійні, тобто додаткові. До стандартних пристроїв введення-виведення відносять монітор, клавіатуру та маніпулятор мишу.

Монітор — це стандартний пристрій виведення, призначений для наочного відображення текстових та графічних даних.Залежно від принципу дії, монітори поділяють на:

• монітори з електронно-променевою трубкою;

• дисплеї на рідких кристалах.

Основні характеристики монітора: розмір по діагоналі, роздільна здатність, частота оновлення (регенерації) та клас захисту.

Розмір монітора Екран монітора вимірюють по діагоналі у дюймах. Розміри коливаються від 9″ (дюймів) до 42″, тобто від 23 см до 106 см. Найпоширеними є розміри 14, 15, 17, 19 та 21 дюйми. Монітори великого розміру використовують для настільних видавничих систем та графічних робіт, в яких потрібно бачити всі деталі зображення. Оптимальними для масового використання є 15- та 17-дюймові монітори.

Роздільна здатність — кількість точок по горизонталі та вертикалі, які монітор здатний відтворити чітко й роздільно, називають його роздільною здатністю. Стандартними є такі режими роздільної здатності: 640×480, 800×600, 1024×768, 1152×864. Чим більша роздільна здатність, тим краща якість відтворення.

Частота оновлення (регенерації, кадрової розгортки) — показує скільки разів за секунду монітор може повністю обновити зображення на екрані. Одиниця вимірювання — герц (Гц). Чим більша частота, тим менша втома очей і тим довше часу можна працювати неперервно. Зараз мінімально допустимою вважають частоту 75 Гц, нормальною — 85 Гц, комфортною — 100 Гц і більше. Цей параметр залежить також від характеристик відеоадаптера.

Клавіатура — це стандартний клавішний пристрій введення, призначений для введення алфавітно-цифрових даних та команд керування. Комбінація монітора та клавіатури забезпечує найпростіший інтерфейс користувача: за допомогою клавіатури керують комп’ютерною системою, а за допомогою монітора отримують результат. Клавіатура стаціонарного ПК, як правило, — це самостійний конструктивний блок, а в портативних ПК вона входить до складу корпуса.

Клавіатури мають 101–104 клавіші і більше, розтащованих за стандартом QWERTY (у верхньому лівому кутку літерної частини клавіатури знаходяться клавіші Q, W, E, R, T, Y). Відрізняються вони лише незначними варіаціями розташування й форми службових клавішів, а також особливостями, зумовленими мовою, яку використовують.

Миша — це пристрій керування маніпуляторного типу. Вона має вигляд невеликої пластмасової коробочки з двома (чи трьома) клавішами. Переміщення миші по поверхні синхронізоване з переміщенням на екрані монітора графічного об’єкта, який називають вказівником миші. До числа параметрів миші, якими може керувати користувач, належать: чутливість (характеризує величину переміщення курсору миші на екрані при заданому переміщенні миші), функції лівої та правої клавіш, а також чутливість до подвійного клацання (кліку) — визначає максимальний проміжок часу, протягом якого два окремих клацання клавіші розглядають як одне подвійне клацання.

Принтер — пристрій для роздруковування текстової чи графічної інформації.

Матричний принтер має у своєму складі друкувальну голівку (каретка), яка рухається вздовж рядка. Дані виводять на папір у форму відбитку, що залишається після удару спеціальних голочок крізь фарбувальну стрічку. Найпоширеніші — 9-голкові та 24-голкові матричні принтери. Продуктивність роботи матричних принтерів визначають за кількістю надрукованих знаків за 1 с (cps – characters per second).

Струменевий принтер має у своєму складі картридж (резервуар з фарбою чи фарбам), на дні якого є сопла (невеликі отвори), тадрукувальну голівку. Роздільна здатність — 600 або 720 dpi (англійською dots per inch — точок на дюйм), в останніх моделях — до 2400. Продуктивність роботи складає 5–6 сторінок за хвилину (16–20 сторінок у швидкісному режимі). Дуже вимогливий до якості паперу.

Лазерний принтер використовує принцип ксерографії. Формуванням зображення керує лазерний промінь. Продуктивність роботи лазерних принтерів — від 3 до 50 сторінок за хвилину. Роздільна здатність — від 300 dpi.

Світлодіодний принтер є аналогом лазерного, у якому лазер замінено рядом світлодіодів. За характеристиками подібний до лазерного. Швидкість друку чорно-білих принтерів поступається лазерним аналогам, кольоровий має вищу швидкість. За якістю друку дещо поступається лазерному.

До основних характеристик принтерів можна віднести роздільну здатність (вимірюється в точках на дюйм) та продуктивність роботи (швидкодію).

І покоління ЕОМ відносять до 40–50-х років. Елементна база — електронні лампи. Першу електронно-лампову машину було запущено у 1946 році в Америці двома вченими Пенсільванського університету Джоном Моклі та Дж. Преспером Еккертом. Її називали вона ЕНІАК – електронний обчислювальний інтегратор та калькулятор. Важила вона 30 тонн, займала площу, що дорівнювала гаражу для двох автомобілів, містила 18 000 вакуумних трубок та коштувала майже 2,8 мільйона доларів за цінами того часу. Таку ж саму комп’ютерну потужність сьогодні можна «вкласти» в один чіп — невеличку мікросхему, розміром у дитячий нігтік та вартістю менше 10 доларів.

Перша вітчизняна (і в континентальній Європі) електронно-лампову обчислювальну машину було розроблено колективом київських вчених під керуванням академіка С. А. Лебєдєва. Ця машина одержала назву МЭСМ — «Малая электронно-счетная машина».

Використання електронних ламп породжувало багато проблем: виділення великої кількості тепла, що вимагало постійного охолодження приміщень потужними кондиціонерами, велика енергоємність, громіздкість, ненадійність та дорогоцінність. Ці проблеми були вирішено у 1947 році американськими інженерами Уільямом Шоклі, Джоном Бардином та Уолтером Бреттейном. Працюючи у компанії Bell, вони винайшли транзистор, який виконував ті ж самі функції, що й електронні лампи, використовуючи властивості напівпровідників.

ІІ покоління ЕОМ припадає на 50–60-ті роки ХХ століття. Це десятиліття транзисторних обчислювальних машин.

 

ІІІ покоління ЕОМ відносять до 60–70-х років ХХ століття. Воно з’явилося завдяки винаходу двох американських інженерів у кінці 50-х років – першої інтегральної мікросхеми. Працюючи незалежно, Джек Кілбі та Роберт Нойс розробили кремнієві пластини (силіконові чіпи), які містять електрично з’єднані між собою транзистори, резистори та конденсатори. Спершу інтегральні мікросхеми містили лише декілька транзисторів кожна. Але з часом сотні та більше транзисторів стали розміщувати на кремнієвій пластині.

IV-го покоління ЕОМ розпочалося з 70-го року ХХ століття з використанням великих інтегральних схем. У 1969 році компанія INTEL розробила мікро­процесор (чіп), на якому містився цілий пристрій опрацювання інформації.

1976 року в гаражі невеличкого міста Лос-Альтос (Каліфорнія, США) Стівен Джобс та Стів Возняк почали працювали над складанням перших персональних комп’ютерів Apple. За п’ять років ця фірма досягла великого успіху і на сьогодні вона є однією з провідних фірм.

У 1986 році в Японії розроблено проект створення комп’ютерів V-го покоління. Стрижнем проекту є комп’ютери з асоціативною організацією пам’яті, потужними засобами введення, виведення та опрацювання інформації, побудованих на принципах самоорганізації і самоадаптації. Інакше кажучи, це комп’ютери, наділені засобами штучного інтелекту.

Опишемо види сучасних комп’ютерів та сфери їх застосування.

Калькулятор — обчислювальний пристрій для виконання операцій над числами або алгебраїчними формулами.

Сучасні калькулятори є електронними пристроями. У минулому для математичних обчислень використовувалися абак, рахівниця, математичні таблиці (особливо таблиці логарифмів), логарифмічні лінійки і механічні або електромеханічні арифмометри. Популярними сьогодні є калькулятори, вбудовані у персональні комп’ютери, стільникові телефони, КПК і навіть наручний годинник.

Кишеньковий комп’ютер (кишеньковий персональний комп’ютер, КПК, ручний комп’ютер, надолонний комп’ютер, надолонник, палмтоп) — назва класу портативних електронних обчислювальних пристроїв, спочатку запропо­нованих до використання як електронні органайзери.

Цей термін було вперше застосовано 7 січня 1992 року Джоном Скаллі (John Sculley) на виставці Consumer Electronics Show в Лас-Вегасі, стосовно Apple Newton. Застосування:

• читання книг;
• вихід в Інтернет: підключення через мобільний телефон (Bluetooth / IrDA), або бездротову мережу Wi-Fi, функціонують GPRS і EDGE;
• перегляд ресурсів інтернету, у тому числі електронної пошти;
• перегляд карт місцевості, планування маршрутів;
• щоденник і записник;
• ведення нотаток;
• програвач;
• диктофон;
• записи від руки;
• набір тексту (екранна, висувна чи повноцінна клавіатура);
• проглядання зображень і кліпів;
• ігри;
• графічний редактор;
• дистанційне керування побутовою технікою з інфрачервоним портом;
• офісні застосунки;
• фотоапарат і відеокамера;
• функція телефону з можливостями відправки SMS, MMS і дзвінками.

Персональний комп’ютер (ПК) — електронна обчислювальна машина, призначена для особистого використання. Її розміри та можливості задовольняють потреби більшості користувачів.

Ноутбук (англійською notebook — блокнот, блокнотний ПК) — портативний персональний комп’ютер, в корпусі якого об’єднано типові компоненти ПК, включаючи дисплей, клавіатуру і вказівний пристрій (сенсорна панель або тачпад), а також акумуляторні батареї. Ноутбуки відрізняються невеликими розмірами і вагою, час автономної роботи ноутбуків — в межах від 1 до 15 годин.

Планшетний комп’ютер (планшетний персональний комп’ютер, планшет, англійською tablet РС) — клас ноутбуків, обладнаних планшетним пристроєм рукописного введення, об’єднаним з екраном. Планшетний комп’ютер дозволяє працювати за допомогою спеціального пера, стилуса, або пальців, без використання клавіатури і миші.

Основна перевага планшетів полягає у можливості рукописного введення і редагування даних. З планшетним ПК можна стояти або ходити, тримаючи його в одній руці. Іншою рукою можна вводити текст або клацати по посиланнями при веб-серфінгу. З ним зручно читати електронні книги, використовуючи вертикальну орієнтацію екрану. Лежачи на столі, складений планшетний ПК дозволяє працювати, не перериваючи при цьому лінії погляду (наприклад, на діловій зустрічі).

Субноутбук (англійською subnotebook) або ультрапортативний комп’ютер (англійською ultraportable computer) — легкий мобільний ПК малого розміру з більшістю функцій стандартних ноутбуків.

Нетбук (англійською netbook) — невеликий мобільний комп’ютер (ноутбук), основне призначення котрого полягає в доступі до Інтернету та роботі з офісними програмами. Нетбуки відрізняються компактними розмірами (діагональ екрану 7—10 дюймів, тобто 17,7—25,8 см), невеликою вагою, низьким рівнем споживання електроенергії та відносно невисокою вартістю. Щоб уможливити щонайменші габарити та вагу, нетбуки зазвичай не обладнані дисководами для оптичних дисків.

Ультрабук (англійською ultrabook) — ультратонкий і легкий субноутбук, що має ще компактніші габарити та низьку вагу у порівнянні зі звичайними субноутбуками, але при цьому — більшістю характерних рис повноцінного ноутбука.

Ультрабуки менші за звичайні ноутбуки, але дещо більші за нетбуки. У цих пристроях намагатимуться поєднати портативність, невелику масу, велику автономність роботи та інші переваги планшетів, використовуючи при цьому корпус лептопу (великий екран + клавіатура). Їх оснащуються невеликим рідиннокристалічним дисплеєм від 11 до 13,3 дюймів. Вони мають компактні розміри — товщина до 20 мм і масу до 1,4 кг. Внаслідок цього ультрабуки мають малу кількість зовнішніх портів і не мають DVD-приводу.

Смартбук (англійською smartbook) — тип мініатюрного комп’ютера, що є чимось середнім між традиційним смартфоном і нетбуком.

Лептоп (англійською lap — коліна, top — на верху) — ноутбук нового покоління, призначений для бізнесменів: його вага мінімальна, а функції — максимальні.

Велокомп’ютер — електронний прилад завбільшки з наручний годинник, який інформує велосипедиста про моментальну, середню швидкість, кілометраж пробігу загальний, даної поїздки, час, час поїздки, частоту пульсу, тощо. Винайдено у 1983 році. Кріпиться зазвичай до керма. На ринку є багато різних варіантів, деякі визначають час, що залишився до мети, та мають всілякі інші, іноді навіть дещо дивні опції.

Карп’ютер (англійською carputer) — спеціально спроектований для експлуатації в автомобілі комп’ютер. Зазвичай вбудований у передню панель приладів. Використовують для навігації, прослуховування музики, перегляду відео тощо. Під’єднаний до глобальної мережі Інтернет. Можливості карп’ютера об’єднують функціональність традиційних пристроїв вузького призначення (автомагнітол, навігаторів, DVD-плеєрів) з можливостями персонального комп’ютера.

Бортовий комп’ютер (маршрутний комп’ютер, МК) — розташований на транспортному засобі, допомагає зробити поїздку комфортнішою і безпечнішою. Має велику кількість функцій і налаштувань, що дозволяє реалізувати запити будь-якого користувача, можливість самостійно групувати параметри на дисплеї, велику кількість різних попереджень, у тому числі і в голосовій формі, можливість підключення паркувальних радарів. Все це робить роботу з МК комфортною, забезпечує додаткову безпеку поїздки, і дає додаткову можливість економії в експлуатації і обслуговуванні автомобіля. Можливості маршрутних бортових комп’ютерів такі:

• за рахунок вбудованої функції діагностики — негайне голосове попередження про несправності з зазначенням несправного вузла, що заощадить витрати на діагностику;

• дозволяє налаштувати до 15 різних голосових попереджень з одночасним веденням журналу попереджень, що підвищить безпеку поїздки і збереже машину;

• унікальні функції контролю за якістю палива дозволять уникнути позапланових ремонтів і вибрати якісну заправку;

• контроль витрати палива, з використанням функції «Економетрія» дозволить дотримуватися економічний стиль водіння або вести поїздку суворо по ліміту часу;

• перегляд статистики поїздок (швидкість, пройдена відстань, кількість витраченого палива і т. д.) дозволить планувати витрати на автомобіль, економити власний час, проведений за кермом автомобіля.