Принцип какой архитектуры был заложен в персональный компьютер ibm pc
Обновлено: 04.07.2024
12 августа IBM представила первый в мире, персональный, как его уже можно было называть, компьютер - IBM 5150.
Когда в 1981 году был представлен ПК, он первоначально назывался IBM 5150, что относило его к серии «5100», хотя его архитектура не была прямым наследником IBM 5100.
Компьютер был создан примерно за год, командой из 12 инженеров и дизайнеров IBM, под руководством Дона Эстриджа, из подразделения IBM Entry Systems в Бока-Ратон, Флорида.
После колебаний в выборе процессора, между Intel 8086 и Motorola MC68000 (16-битные процессоры), они решили использовать процессор Intel 8088 (8/16 бит), так как два других были сочтены слишком мощными.
Затем они попросили Digital Research (создатели CP/M) создать операционную систему для своего нового компьютера, но компания не была не очень заинтересована в этом запросе. Тогда они попросили небольшую компанию (известную своим языком программирования BASIC, впервые использованным в Altair 8800) написать операционную систему - Microsoft.
Microsoft не смогла сделать это в указанные сроки, поэтому ее владелец Билл Гейтс купил права на небольшую взломанную ОС, написанную небольшой компанией Seattle Computer Products: QDOS (которая в узких кругах расшифровывалась как «Быстрая и грязная операционная система»), в будущем стала именоваться PC-DOS, а затем MS-DOS.
Фактически, когда был запущен IBM PC, на нем могли работать три операционные системы - PC-DOS, CPM-86, а также система UCSD D-PASCAL.
Модель 5150 (IBM 5150) была представлена в августе 1981 г.
На иллюстрации самый популярный вариант модели, где системный блок представлял собой коробку размером 50,8 (Ш) x 40,6 (Г) x 14 (В) см, со встроенным импульсным блоком питания мощностью 63,5 Вт.
Он был оснащен процессором Intel 8008, работающим на частоте 4,77 МГц, и дополнительным математическим сопроцессором 8087. Объем оперативной памяти составлял 64 КБ (у самых первых было всего 16 КБ), максимум 256 КБ. (затем максимум 640 КБ). ПЗУ было 64 КБ, включая встроенный язык IBM BASIC (специальная версия Microsoft BASIC-80).
Клавиатура состояла из 83 «щелчков» с полным ходом, 10 функциональных клавиш и цифровой клавиатуры. Дисплей был монохромным, работал в текстовом режиме: (40 или 80 знаков x 25 строк) или в двух графических режимах CGA: (320 x 200 и 640 x 200).
Несмотря на то, в 1983 году был выпущен IBM PC XT - первый ПК IBM PC со стандартным внутренним жестким диском, а в 1984 году IBM AT - с новым процессором Intel 80286, компания продолжала производство оригинального ПК в различных конфигурациях, в течение нескольких лет.
За типами моделей следовал номер версии xx, то есть 5150-xx, где xx означал включенные опции (объем ОЗУ, одинарный или двойной дисковод гибких дисков и т.д.)
IBM PC 5150 стал действительно успешным благодаря имени и известности IBM, высокому качеству конструкции (особенно клавиатуры и монитора), большой расширяемости и решению IBM опубликовать полные технические характеристики.
Техническое руководство IBM PC включало принципиальные схемы и полный исходный код BIOS. Хотя исходная технология IBM PC в значительной степени устарела по сегодняшним стандартам, многие из них все еще используются.
По состоянию на июнь 2006 года модели IBM PC и XT все еще использовались на большинстве аэрологических наблюдательных пунктов Национальной метеорологической службы США. Компьютеры использовались для обработки данных, возвращаемых восходящим радиозондом, прикрепленным к метеозонду.
Факторами, способствовавшими долговечности ПК 5150, являются его гибкая модульная конструкция, открытый технический стандарт, делающий информацию, необходимую для его адаптации, модификации и ремонта, легкодоступной, использование нескольких специальных нестандартных деталей и надежное производство IBM с высокими стандартами, последнее и обеспечило исключительную долгосрочную надежность и долговечность.
Напротив, в большинстве новых ПК используются микросхемы специального назначения (ASIC), реализующие ориентированную на тенденции технологию, которая устаревает через несколько лет, после чего детали становятся недоступными.
В IBM PC была заложена возможность усовершенствования отдельных частей компьютера и использования новых устройств. Фирма IBM обеспечила возможность сборки компьютера из независимо изготовленных частей.
Принцип, при котором методы сопряжения различных устройств с IBM PC был стандартизован и известен и доступен всем желающим, был назван Принципом открытой архитектуры.
Реализация этого принципа такова:
На основной электронной плате компьютера (системной, или материнской) размещены только те блоки, которые осуществляют обработку информации. Схемы, управляющие всеми другими устройствами компьютера - монитором, дисками и т.д., реализованы на отдельных платах, которые вставляются в стандартные разъемы на системной плате.
При таком подходе фирмы IBM к разработке компьютеров другие фирмы получили возможность разрабатывать различные дополнительные устройства, а пользователи - самостоятельно модернизировать и расширять возможности компьютеров по своему усмотрению.
 вариант1 одной из таких плат |  вариант2 одной из таких плат |
Сейчас многие фирмы производят IBM- совместимые компьютеры и комплектующие к ним.
Материнская плата (MotherBoard) – главная плата, на которой располагают-
ся основные компоненты компьютера, определяющие его архитектуру. Она связы-
вает все устройства компьютера между собой. Большинство материнских плат вы-
полняются в так называемом «офисном» варианте, и платы связи с внешними
устройствами (адаптеры, контроллеры) уже встроены (интегрированы) в неё. Бо-
лее продвинутые материнские платы содержат лишь основные узлы и разъёмы для
подключения контроллеров и адаптеров, выполненных в виде отдельных печатных
плат и имеющих лучшие характеристики, чем в офисном исполнении.3
Конструктивные особенности материнских плат характеризуются форм-
фактором, который определяет размеры материнской платы, тип разъёма питания,
расположение элементов крепления, размещение разъёмов и т.д. На материнской
Микропроцессор – основная микросхема компьютера, которая осуществляет
все арифметико-логические операции, заданные программой, управляет вычисли-
тельным процессом и координирует работу всех устройств компьютера.
Начиная с микропроцессоров Intel 486 центральный процессор и математиче-
ский сопроцессор стали собирать в одном корпусе. Математический сопроцессор
предназначен для выполнения операций над числами с плавающей запятой.
Микропроцессоры отличаются друг от друга типом и тактовой частотой.
Тип микропроцессора определяет его архитектуру. Наиболее распространён-
ные типы – это INTEL и AMD.
Микропроцессоры фирмы Intel Микропроцессоры фирмы AMD
Тактовая частота показывает количество элементарных операций, которое
совершает микропроцессор за единицу времени, измеряется в мегагерцах (МГц).
Современные микропроцессоры работают с тактовыми частотами в 2 ГГц и выше.
Микропроцессоры выпускаются двух классов:
набором инструкций (команд).
По мере совершенствования технологии производства микропроцессоров по-
вышалась их разрядность, т.е. максимальное количество бит информации которое
обрабатывалось и передавалось микропроцессором одновременно. Разрядность
микропроцессора Intel 8086 составляла 8 бит, разрядность современных микропро-
цессоров составляет 64 бит.
Современные микропроцессоры имеют дополнительную кэш-память. Это
очень быстрая память малого объёма. Она используется при обмене данными между
микропроцессором и оперативной памятью.
Для разных типов устройств выпускаются разные микропроцессоры. Начиная 4
с 2005 – 2006 годов появились двухъядерные микропроцессоры, а затем микропро-
цессоры, имеющие большее количество ядер на одном кристалле.
От типа микропроцессора и его характеристик во многом зависит производи-
тельность самого компьютера.
Для дома, работы
(Intel): Pentium IV, Celeron (AMD): Duron, Sempron
(Intel): Xeon (AMD): Opteron
(Intel): Pentium M (AMD): Turion
(Intel): Pentium Core2Duo (AMD): Athlon 64X2
Микропроцессорный комплект (чипсет) в наибольшей степени определяет
свойства и функции материнской платы. Это набор микросхем для обеспечения ра-
боты процессора с памятью и внешними устройствами. Чипсет также служит для
согласования тактовой частоты и разрядности устройств, входящих в состав мате-
ринской платы. В настоящее время большинство микропроцессорных комплектов
выпускаются на базе двух микросхем:
«Северный мост» (North Bridge) – контроллер памяти, обеспечивающий вза-
имодействие микропроцессора с оперативной памятью и видеосистемой;
«Южный мост» (South Bridge) – контроллер ввода-вывода, обеспечивающий
взаимодействие микропроцессора с внешними устройствами.
Современные чипсеты поддерживают работу процессоров с несколькими яд-
рами и память типа DDR3, помимо традиционных DDR2 и DDR.
Микропроцессорный комплект Постоянное запоминающее устр
Платы расширения и шины
Многие дополнительные устройства компьютера (сетевые карты, звуковая карта, видеокарта и др.) подключаются через разъем на материнской плате, часто называемый слотом расширения или просто слотом для расширения функционаьных возможностей персонального компьютера. Эти устройства называются картами расширения, также называемые адаптерами или интерфейсными картами. При этом на ней имеются разъемы для подключения информационных кабелей, которые выводятся на заднюю панель системного блока.
Это могут быть разные устройства: звуковая карта, видеоплата, модем, сканер и пр. Характеристики таких устройств описаны в соответствующих разделах этой главы. Далее описаны основные, характерные для всех этих устройств принципы установки и виды слотов (разъемов), в которые они устанавливаются.
Карты расширения характеризуются унифицированными размерами, фиксированным расстоянием до задней кромки системного блока, определенным расстоянием между слотами, геометрией и расположением фиксирующей скобки, привязкой к крепежным точкам. Размеры карт могут быть различными, а максимальная длина составляет 335 мм и платы ее не превышают. Как правило, платы имеют меньший размер, а указанную длину имеют только очень старые платы.
Плата расширения имеет на одном своем крае контакты, которые вставляются в разъем, а на другой, перпендикулярной к ней - крепежную скобу, которая после установки крепится к задней стенке системного блока. Если ее не укрепить, то плата будет шататься, что приведет к плохому контакту на материнской плате и возникновению сбоев в работе компьютера. Плата может выскочить из разъема и повредиться, а при включенном электропитании повредится сама материнская плата.
Существуют карты, которые компьютер сам определяет и конфигурирует при загрузке. Они называются Plug & Play (вставляй и работай). В поле карты PnP хранится два 32-битных поля, первое является идентификатором производителя, а второе назначается производителем устройства, что позволяет однозначно идентифицировать устройство.
Из-за того, что данные передавались через шину ISA при увеличении скорости работы процессора, производительность канала ISA стала намного меньше по сравнению со скоростью внутренней шины и канал DMA стал работать медленнее, хотя и быстрее, чем в первых моделях компьютеров. Однако уже в последних моделях 486-процессора и для серии Pentium была установлена новая шина PCI, через которую данные стали поступать значительно быстрее и канал DMA позволял увеличить скорость по сравнению с передачей через связку память-порт.
Виды разъемов для плат расширения
(2хPCI, 2xEISA, VLB).
Пример разъемов для установки плат расширения
Данных устройств на сегодняшний день становится все меньше, но так как еще многие пользователи используют ISA-16 (16-разрядная) или EISA (32-разрядная), то они еще выпускались некоторое время. Разъем EISA имеет такой же внешний вид, как и ISA-16, но содержит внутри разъема два ряда контактов, где нижний содержит дополнительно 90 выводов. В разъем EISA можно вставлять карты ISA - 16 (16-разрядная), но не наоборот. Следующий разъем VLB (Vesa Local Bus) или VESA (Video Electronic Standard Association) состоит из трех частей, где первые две эквивалентны ISA-16 и в них можно вставлять эти карты, третья часть - дополнительная, только для данных, в то время как первая содержит каналы для управляющих символов и данных. VLB - 32-разрядная карта. Чем больше разрядность, тем быстрее будет работать карта, так как имеет больше линий для передачи данных (один разряд - одна линия).
Не все разъемы можно установить сразу, так как внутри имеется достаточно мало места, тем более что часто разъемы устанавливаются близко друг к другу.
При установке платы необходимо:
- отключить электропитание и снять защитный кожух системного блока;
- если происходит замена платы, то снять провода, которые ведут к плате (например к звуковой плате), предварительно записав их расположение на бумаге, открутить винт, которым крепится плата, и вынуть плату из разъема;
- установить переключатели и перемычки платы, если это необходимо; вставить плату в разъем и закрутить винт, которым плата крепится к системному блоку. Несмотря на универсальность, при закреплении винтом крепежной скобки плата может выскочить из разъема. В этом случае нужно сместить ее относительно платы или подогнуть конец крепежной скобки;
- установить кабели, которые должны быть подключены к плате. Установить защитный кожух, включить электропитание и попробовать работу карты или запустить тестирующую программу.
Некоторые старые карты устанавливают ресурсы вручную, при помощи переключателей, поэтому перед установкой нужно определить свободные ресурсы. Выполняют переключение перед установкой карты, так как после ее вставки сделать это будет трудно. Если устройство не работает, то можно перемонтировать его, то есть отключить провода и снять плату, после чего снова ее установить. После повторной вставки устройство может заработать, так как часто проблема заключается в плохих контактах.
Материнская плата крепится при помощи пластмассовых или металлических прокладок, которые устанавливаются в специальные прорези (внешний вид показан на рисунке ниже).
В верхней части находятся лепестки, которые проходят через отверстие в сжатом состоянии и, пройдя его, раскрываются, затрудняя обратный выход платы. Чтобы их снять, нужно сжать лепестки и вынуть плату. Если отверстия на плате отсутствует, то можно отрезать верхнюю часть прокладки и установить плату на прокладке. Современные материнские платы крепятся, в основном, при помощи винтов.
Если вставляется новая плата, то заглушки, которые служат препятствием для проникновения пыли внутрь системного блока, нужно сохранить вместе с винтом, чтобы в дальнейшем, после снятия платы поставить их обратно.
Платы имеют избыточное число мест соединений. При этом нужно помнить, что зона разъемов для карт расширений обязательно должна быть окружена со всех четырех сторон точками крепления. Если около отверстия проходят печатные проводники, то перед установкой металлических винтов нужно поставить изолирующие шайбы. Не нужно использовать слишком длинные винты, иначе плата на них будет болтаться. Платы имеют стандартное расположение основных компонентов на самой плате.
Слот представляет собой разъем, в который вставляется печатная плата, а слот расширения - разъем с прорезью в задней стенке корпуса. Для разъемов используется Shared конфигурация, при которой два разъема расположены близко друг от друга и поэтому можно вставить только одну плату.
Карты расширения потребляют электроэнергию через разъем, и кабели питания к нему не подключают. Карты постарайтесь поставить на расстоянии друг от друга, чтобы была лучше вентиляция.
При работе с платами придерживайтесь следующих правил:
- не применяйте большую силу при установке;
- берите плату за края, не касаясь электронных соединений;
- не кладите плату на поверхность, на которой имеется электростатический разряд (пенопласт и большинство синтетических поверхностей);
- устанавливайте платы не подряд, а оставляя место между ними для того, чтобы происходила более эффективная вентиляции,
Если после установки платы она не работает, то следует проверить, вставлена ли карта как следует в слот, а также разъемы, к которым подключены провода.
Одним из важнейших компонентов является шина, через которую передаются данные между разными устройствами на материнской плате. Кроме того, шина имеет три составляющие части: шина данных, через которую передаются непосредственно данные, адресная шина, служащая для передачи адресов данных, и шина управления, через которую передаются управляющие сигналы. Чем больше линий в каждой из этих частей, тем более значительный объем информации передается по ним. Одновременно, как правило, в компьютерной литературе рассматривается число линий в адресной шине и шине данных.
Звуковая карта (звуковая плата, аудиокарта; англ. sound card) — дополнительное оборудование персонального компьютера, позволяющее обрабатывать звук (выводить на акустические системы и/или записывать). На момент появления звуковые платы представляли собой отдельные карты расширения, устанавливаемые в соответствующий слот. В современных материнских платах представлены в виде интегрированного в материнскую плату аппаратного кодека (согласно спецификации Intel AC’97 или Intel HD Audio).
Delphi site: daily Delphi-news, documentation, articles, review, interview, computer humor.
В основу аппаратного построения IBM PC, как и других персональных компьютеров, был положен принцип фон Неймана.
Компьютер состоял из АЛУ и устройства управления, заключенных в центральном процессоре, памяти и устройствах ввода-вывода. На основной плате компьютера, материнской или системной, располагались только блоки, которые выполняли вычисления, электронные схемы, управлявшие внешними устройствами (контроллеры или адаптеры), устанавливались в слоты (разъемы) на материнской плате.
В основу архитектуры IBM PC-компьютеров положен принцип шинной организации связей между процессором и остальными компонентами компьютера. Хотя с тех пор неоднократно менялись типы используемых шин и их устройство, но архитектура - основной принцип внутренней организации компьютера - осталась без изменений. Устройство компьютера изображено на рис. 1.2.
Частота шины - достаточно важная характеристика, но все же не определяющая производительность компьютера. Наиболее важными параметрами для общей производительности компьютера являются тактовая частота и разрядность центрального процессора. И это естественно по многим причинам. Именно процессор выполняет основные задачи по обработке данных, часто инициирует и управляет обменом данных. Тактовая частота определяет скорость выполнения операций, а разрядность - количество данных, обрабатываемых в процессе одной операции.
Поскольку данные в процессе работы хранятся в оперативной памяти, важным параметром является скорость записи в память и чтения из памяти, определяемая как время доступа к памяти. Если в процессе работы CPU приходится считывать данные и программы с внешних устройств и накопителей, на общее быстродействие начинает влиять скорость обмена данными, обеспечиваемая контроллером устройства, и быстродействие самого устройства.
Из внешних устройств очень большое влияние на производительность мультимедийного компьютера оказывает видеоконтроллер или видеокарта. При большом потоке видеоданных, используемом в современных играх, требуются быстродействующие видеокарты с видеоускорителями, или акселераторами.
Кроме рассмотренных устройств немаловажную роль играют: BIOS (базовая система ввода-вывода) и набор системных программ, определяющий многие параметры взаимодействия элементов компьютера. BIOS записывается и хранится в микросхеме постоянной памяти. В современных компьютерах для этих целей применяются микросхемы на основе флэш-технологии, позволяющие многократно перепрограммировать или, как говорят, перепрошивать BIOS.
К одной из микросхем или, как часто говорят, чипе хранятся установки конфигурации компьютера и показания часов реального времени. Выполняется эта микросхема по технологии CMOS, характеризующейся малым энергопотреблением. Для сохранения конфигурационных данных и обеспечения хода часов реального времени после выключения компьютера микросхема питается от встроенного в материнскую плату аккумулятора.
Такой принцип построения компьютера сохранен и по сей день. Хотя, используя современную элементную базу, на материнской плате можно разместить большую часть компонентов компьютера. Подобный подход реализуется для так называемых интегрированных материнских плат, в составе которых могут присутствовать встроенные видео- и аудиокарты, сетевые адаптеры и другие составляющие компьютерной системы.
Системный блок Персональный компьютер в минимальной аппаратной конфигурации состоит из системного блока, клавиатуры и монитора. Производительность и возможности компьютера определяются характеристиками системного блока. Внутри блока располагаются все основные узлы компьютера: материнская плата, блок питания, накопители (или дисководы); устанавливаются платы расширения и другие устройства. Внешний вид персонального компьютера представлен на рис. 2.1.
Располагающиеся в корпусе системного блока устройства выделяют в процессе работы немалое количество тепла, для отвода которого и поддержания необходимого температурного режима в состав современного компьютера входит целая система охлаждения, состоящая, как правило, из воздушных вентиляторов и кулеров. Часть вентиляторов встраивается в корпус системного блока. Как минимум, в системном блоке имеется один вентилятор, устанавливаемый внутри блока питания. При наличии в системном блоке дополнительных компонентов с повышенным тепловыделением (а это, как правило, производительные видеокарты и многие современные винчестеры) необходимо использовать корпуса с дополнительными вентиляторами.
Распространение персональных компьютеров к концу 1970-х годов привело к некоторому снижению спроса на большие ЭВМ и мини ЭВМ. Это стало предметом серьезного беспокойства фирмы IBM (International Bussines Machines Corporation) — ведущей компании по производству больших ЭВМ, и в 1979 году фирма IBM решила попробовать свои силы на рынке персональных компьютеров.
Прежде всего, в качестве основного микропроцессора компьютера был выбран новейший тогда 16-разрядный микропроцессор Intel-8088. Его использование позволило значительно увеличить потенциальные возможности компьютера, так как новый микропроцессор позволял работать с 1 Мб памяти, а все имевшиеся тогда компьютеры были ограничены 64 Кб. В компьютере были использованы и другие комплектующие различных фирм, а его программное обеспечение было поручено разработать небольшой фирме Microsoft.
Основные блоки IBM
PC Обычно персональные компьютеры IBM PC состоят из трех частей (блоков):
клавиатуры, позволяющей вводить символы в компьютер;
монитора (или дисплея) — для изображения текстовой и графической информации.
электронные схемы, управляющие работой компьютера (микропроцессор, оперативная память, контроллеры устройства и т. д.);
блок питания, преобразующий электропитание сети в постоянный ток низкого напряжения, подаваемый на электронные схемы компьютера;
накопители (или дисководы) для гибких магнитных дисков, используемые для чтения и записи на гибкие магнитные диски (дискеты);
накопитель на жестом магнитном диске, предназначенный для чтения и записи на несъемный жесткий магнитный диск (винчестер).
Дополнительные устройства
К системному блоку компьютера IBM PC можно подключать различные устройства ввода-вывода информации, расширяя тем самым его функциональные возможности. Многие устройства подсоединяются через специальные гнезда (разъемы), находящиеся обычно на задней стенке системного блока компьютера. Кроме монитора и клавиатуры, такими устройствами являются:
принтер — для вывода на печать текстовой и графической информации;
мышь — устройство, облегчающее ввод информации в компьютер;
джойстик — манипулятор в виде укрепленной на шарнире ручки с кнопкой, употребляется в основном для компьютерных игр;
а также другие устройства.
Некоторые устройства могут вставляться внутрь системного блока компьютера, например:
модем — для обмена информацией с другими компьютерами через телефонную сеть;
факс-модем — сочетает возможность модема и телефакса;
стример — для хранения данных на магнитной ленте.
Некоторые устройства, например, многие разновидности сканеров (приборов для ввода рисунков и текстов в компьютер), используют смешанный способ подключения: в системный блок компьютера вставляется только электронная плата (контроллер), управляющая работой устройства, а само устройство подсоединяется к этой плате кабелем.
Логическое устройство компьютера.
Микропроцессор
Сопроцессор
В тех случаях, когда на компьютере приходится выполнять много математических вычислений (например, в инженерных расчетах), к основному микропроцессору добавляют математический сопроцессор. Он помогает основному микропроцессору выполнять математические операции над вещественными числами. Новейшие микропроцессоры фирмы Intel (80486 и Pentium) сами умеют выполнять операции над вещественными числами, так что для них сопроцессоры не требуются.
Оперативная память
Контроллеры и шина
Чтобы компьютер мог работать, необходимо, чтобы в его оперативной памяти находились программа и данные. А попадают они туда из различных устройств компьютера клавиатуры, дисководов для магнитных дисков и т. д. Обычно эти устройства называют внешними, хотя некоторые из них могут находиться не снаружи компьютера, а встраиваться внутрь системного блока, как это описывалось выше. Результаты выполнения программ выводятся на внешние устройства монитор, диски, принтер и т. д.
Таким образом, для работы компьютера необходим обмен информацией между оперативной памятью и внешними устройствами. Такой обмен называется вводом – выводом. Но этот обмен не происходит непосредственно: между любым внешним устройством и оперативной памятью в компьютере имеются целых два промежуточных звена:
Для каждого внешнего устройства в компьютере имеется электронная схема, которая им управляет. Эта схема называется контроллером, или адаптером. Некоторые контроллеры (например, контроллер дисков) могут управлять сразу несколькими устройствами.
Все контроллеры и адаптеры взаимодействуют с микропроцессором и оперативной памятью через системную магистраль передачи данных, которую в просторечии обычно называют шиной.
Для упрощения подключения устройств электронные схемы IBM PC состоят из нескольких модулей электронных плат. На основной плате компьютера — системной, или материнской, плате — обычно располагаются основной микропроцессор, сопроцессор, оперативная память и шина. Схемы, управляющие внешними устройствами компьютера (контроллеры или адаптеры), находятся на отдельных платах, вставляющихся в унифицированные разъемы (слоты) на материнской плате. Через эти разъемы контроллеры устройств подключаются непосредственно к системной магистрали передачи данных в компьютере шине.
Таким образом, наличие свободных разъемов шины обеспечивает возможность добавления к компьютеру новых устройств. Чтобы заменить одно устройство другим (например, устаревший адаптер монитора на новый), надо просто вынуть соответствующую плату из разъема и вставить вместо нее другую. Несколько сложнее осуществляется замена самой материнской платы.
Блок-схема
На блок-схеме контроллер клавиатуры обычно находится на системной плате, поскольку это упрощает изготовление компьютера. Иногда на системной плате размещаются и контроллеры других устройств.
Контроллеры портов ввода – вывода.
Одним из контроллеров, которые присутствуют почти в каждом компьютере, является контроллер портов ввода-вывода. Эти порты бывают следующих типов:
параллельные (обозначаемые LPT1-LPT4), к ним обыкновенно подключаются принтеры;
асинхронные последовательные (обозначаемые СОМ1-СОМ3). Через них обычно подсоединяются мышь, модем и т. д.
игровой порт — для подключения джойстика.
Некоторые устройства могут подключаться и к параллельным, и к последовательным портам. Параллельные порты выполняют ввод и вывод с большей скоростью, чем последовательные (за счет использования большего числа проводов в кабеле).
Микропроцессор
Характеристики микропроцессоров
Микропроцессоры отличаются друг от друга двумя характеристиками: типом (моделью) и тактовой частотой. Наиболее распространены модели Intel — 8088, 80286, 80386SX, 80386, 80486 и Pentium, они приведены в порядке возрастания производительности и цены. Одинаковые модели микропроцессоров могут иметь разную тактовую частоту — чем выше тактовая частота, тем выше производительность и цена микропроцессора.
Тактовая частота
Тактовая частота указывает, сколько элементарных операций (тактов) микропроцессор выполняет в одну секунду. Тактовая частота измеряется в мегагерцах (МГц). Следует заметить, что разные модели микропроцессоров выполняют одни и те же операции (например, сложение или умножение) за разное число тактов. Чем выше модель микропроцессора, тем, как правило, меньше тактов требуется для выполнения одних и тех же операций. Поэтому, например, микропроцессор Intel-80386 работает раза в два быстрее Intel-80286 с такой же тактовой частотой.
Модели микропроцессоров
Исходный вариант компьютера IBM PC и модель IBM PC ХТ использовали микропроцессор Intel-8088. В начале 1980-х годов эти микропроцессоры выпускались с тактовой частотой 4,77 МГц, затем были созданы модели с тактовой частотой 12 МГц (т. е. новые модели работают в 1,7 – 2,1 раза быстрее). Модели с увеличенной производительностью (тактовой частотой) иногда называются Turbo-ХТ. Сейчас микропроцессоры типа Intel-8088 производятся в небольших количества: и для использования не в компьютерах, а в различных специализированных устройствах.
Модель IBM PC АТ использует более мощный микропроцессор Intel-80286, ее производительность приблизительно в 4 – 5 раз больше, чем у IBM PC ХТ. Исходные варианты IBM PC АТ работали на микропроцессорах с тактовой частотой 6 МГц, затем были созданы модели этого микропроцессора с тактовой частотой от 12 до 25 МГц, т. е. работающие в 2 – 3 раза быстрее.
Микропроцессор Intel-80286 имеет несколько больше возможностей по сравнению с Intel-8088, но эти дополнительные возможности используются с Intel-8088, но эти дополнительные возможности используются очень редко, так что большинство программ, работающих на АТ, будет работать и на ХТ. Сейчас микропроцессоры типа Intel-80286 также считаются устаревшими и для применения в компьютерах не производятся.
Выбор типа микропроцессора
Быстродействие основного микропроцессора во многом определяет скорость работы всего компьютера и, тем самым, диапазон применения компьютера:
компьютеры на основе микропроцессоров Intel-8088 (или Intel-8086) работают очень медленно, они уже полностью устарели и почти полностью вышли из употребления;
компьютеры на основе микропроцессора Intel-80286 обеспечивают необходимое быстродействие для набора текстов, ввода исходных данных для бухгалтерских и аналогичных задач, многих компьютерных игр и т. д. Однако новые компьютеры такого класса уже не выпускаются (поскольку считаются морально устаревшими), а покупать их вряд ли целесообразно даже по бросовым ценам, так как для работы с большинством современных программ с графическим интерфейсом (например, с программами, выполняемыми в среде Windows) они практически не пригодны;
компьютеры на основе микропроцессоров Intel-80386SX и DX, Intel-80486SX обеспечивают приемлемую вычислительную мощность для большинства рабочих мест под управлением как DOS, так и Windows: для программирования, работы с не очень большими базами данных, макетирования (верстки) несложных изданий и т. д. Однако для комфортной работы в среде Windows лучше приобрести более мощный компьютер;
микропроцессоры Intel-80486DX и DX2 применяются для тех задач, где требуется высокое быстродействие компьютера: для файл-серверов больших локальных сетей, для профессиональных издательских, графических или анимационных программ, для решения серьезных вычислительных задач и т. д. А для пользователей, постоянно работающих с компьютером, может быть целесообразно приобретение компьютера на основе Intel-80486DX или DX2 даже и в том случае, если они используют самые обычные программы типа Word for Windows 6.0, Excel 5.0 и т. д., поскольку эти микропроцессоры сейчас стоят не намного дороже Intel-80386 и 80486SX, а обеспечивают заметно большую производительность;
микропроцессоры Pentium и рассчитанные на его использование системные платы пока что стоят весьма дорого, поэтому их целесообразно применять для таких приложений, как воспроизведение видеоизображений в реальном времени, большие задачи трехмерного проектирования и моделирования, создания мощных файл-серверов и многопроцессорных систем.
Микропроцессоры Intel-80286 и Intel-80386 не содержат специальных команд для работы с числами с плавающей точкой. При проведении расчетов с такими числами каждая операция над ними моделируется с помощью нескольких десятков операций микропроцессора. Это сильно снижает эффективность применения компьютера для научных вычислений, при использовании машинной графики и для других применений с интенсивным использованием чисел с плавающей точкой. Поэтому в этих случаях следует использовать компьютеры IBM PC с установленным математическим сопроцессором Intel-8087, Intel-80287 или Intel-80387. Наличие сопроцессора может увеличить скорость выполнения операций с плавающей точкой в 5 – 15 раз. Микропроцессоры Intel-80486DX и DX2 и Pentium сами поддерживают операции с плавающей точкой, поэтому при их использовании математический сопроцессор не требуется.
Оперативная память
для хранения части операционной системы DOS, которая обеспечивает тестирование компьютера, начальную загрузку операционной системы, а также выполнение основных низкоуровневых услуг ввода – вывода;
для передачи изображения на экран;
для хранения различных расширений операционной системы, которые поставляются вместе с дополнительными устройствами компьютера.
Как правило, когда говорят об объеме оперативной памяти компьютера, то имеют в виду именно первую ее часть, которая может использоваться прикладными программами и операционной системой. Мы тоже будем в дальнейшем поступать таким образом.
Кэш-память
Мониторы
Монитор (дисплей) компьютера IBM PC предназначен для вывода на экран текстовой и графической информации. Мониторы бывают цветными и монохромными. Они могут работать в одном из двух режимов: текстовом и графическом.
Текстовый режим
В текстовом режиме экран монитора условно разбивается на отдельные участки знакоместа, чаще всего на 25 строк по 80 символов (знакомест). В каждое знакоместо может быть выведен один из 256 заранее заданных символов. В число этих символов входят большие и малые латинские буквы, цифры, символы, а также псевдографические символы, используемые для вывода на экран таблиц и диаграмм, построения рамок вокруг участков экрана и т. д.
Графический режим
Графический режим монитора предназначен для вывода на экран графиков, рисунков и т. д. Разумеется, в этом режиме можно также выводить и текстовую информацию в виде различных надписей, причем эти надписи могут иметь произвольный шрифт, размер букв и т. д.
В графическом режиме экран монитора состоит из точек, каждая из которых может быть темной или светлой на монохромных мониторах или одного из нескольких цветов на цветном. Количество точек по горизонтали и вертикали называется разрешающей способностью монитора в данном режиме. Следует заметить, что разрешающая способность не зависит от размера экрана монитора, подобно тому, как и большой, и маленький телевизоры имеют на экране 625 строк развертки изображения.
Часто используемые мониторы
Наиболее широкое распространение в компьютере IBM PC получили мониторы типов MDA, CGA, Hercules, EGA и VGA.
В настоящее время мониторы MDA и CGA используются уже очень редко, так как они не обладают надлежащей разрешающей способностью, что приводит к быстрому утомлению глаз. Кроме того, не имеют возможности программной загрузки шрифтов символов, поэтому для изображения букв кириллицы в текстовом режиме приходится заменять электронные схемы, хранящие шрифты (знакогенераторы). Иногда, впрочем, можно не заменять знакогенератор, а записать в него с помощью специальных приборов нужные шрифты символов.
Большинство компьютеров, выпущенных в конце 1980-х годов, оснащались мониторами типа VGA. Они обеспечивают достаточное количество изображения в текстовом и графическом режиме экрана при работе с DOS-программами. Несколько хуже мониторы EGA, они считаются еще более устаревшими. Но для современных программ, использующих графический интерфейс взаимодействия с пользователем, разрешение VGA (640*480 точек) уже явно недостаточно. Поэтому практически все современные компьютеры оснащаются мониторами типа Super-VGA, обеспечивающими разрешающую способность 1024*768 и 800*600.
Клавиатура
Клавиатура IBM PC предназначена для ввода в компьютер информации от пользователя. Расположение латинских букв на клавиатуре IBM PC, как правило, такое же, как на английской пишущей машинке, а букв кириллицы — как на русской пишущей машинке.
Ввод прописных и строчных букв
Специальные клавиши клавиатуры
Кроме алфавитно-цифровых клавиш и клавиш со знаками пунктуации, на клавиатуре имеется большое число специальных клавиш.
Функциональные клавиши F1 – F12 (на некоторых клавиатурах F1 – F10) предназначены для различных специальных действий. Их действие определяется выполняемой программой.
Заключение
Поэтому рассмотренная выше тема дает наглядное представление о том, какое ведущее место в жизни общества занимают в настоящее время персональные компьютеры, сфера применения которых безгранична.
Читайте также: