Архетектура ПК

ведение

Распространение персональных компьютеров к концу 70-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.

Однако руководство  фирмы недооценило будущую важность этого рынка и рассматривало  создание компьютера всего лишь как  мелкий эксперимент - что-то вроде одной из десятков проводившихся в фирме работ по созданию нового оборудования.Чтобы не тратить на этот эксперимент слишком много денег,руководство фирмы предоставило подразделению ,ответственному за данный проект,невиданную в фирме свободу.В частности,ему было разрешено не конструировать персональный компьютер "с нуля",а использовать блоки,изготовленные другими фирмами.И это подразделение сполна использовало предоставленный шанс.

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 Мбайтом памяти,а все имевшиеся тогда компьютеры были ограничены 64 Кбайтами.В компьютере были использованы и другие комплектующие различных фирм,а его программное обеспечение было поручено разработать небольшой фирме Microsoft.

В августе 1981 года новый компьютер под названием IBM PC был официально представлен  публике и вскоре после этого он приобрел большую популярность у пользователей.Через один-два года компьютер IBM PC занял ведущее место на рынке,вытеснив модели 8-битовых компьютеров.Фактически IBM PC стал стандартом персонального компьютера.Сейчас такие компьютеры ("совместимые с IBM PC") составляют около 90% всех производимых в мире персональных компьютеров.

ОСНОВНЫЕ БЛОКИ IBM PC

Обычно персональные компьютеры IBM PC состоят из трех частей (блоков) :

# системного  блока;

# клавиатуры,позволяющей  вводить символы в компьютер;

# монитора  (или  дисплея)  - для изображения текстовой и

графической информации.

Компьютеры выпускаются  и в портативном варианте - в "наколенном" (лэптор) или "блокнотом" (ноутбук) исполнении.Здесь системный блок,монитор и клавиатура заключены в один корпус:системный блок спрятан под клавиатурой,а монитор сделан как крышка к клавиатуре.

Хотя из этих частей компьютера системный блок выглядит наименее эффектно,именно он является в компьютере "главным".В нем  располагаются все основные узлы компьютера:

# 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.Самым  главным элементом в компьютере,его "мозгом",является микропоцессор - небольшая (в несколько сантиметров) электронная схема,выполняющая все вычисления и обработку информации.Микропроцессор умеет производить сотни различных операций и делает это со скоростью в несколько десятков или даже сотен миллионов операций в секунду.В компьютерах типа IBM PC используются микропроцессоры фирмы Intel,а также совместимые с ними микропроцессоры других фирм (AMD,Cyrix,IBM и др.).

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.Следующим  очень важным элементом компьютера является оперативная память.Именно из нее процессор и сопроцессор берут программы и исходные данные для обработки,в нее они записывают полученные результаты.Название "оперативная" эта память получила потому,что она работает очень быстро,так что процессору не приходится ждать при чтении данных из памяти или записи в память.Однако содержащиеся в ней данные сохраняются только пока компьютер включен,при выключении компьютера содержимое оперативной памяти стирается (за исключением,о которых говорится ниже).

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 :

1.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.

2.Все контроллеры  и адаптеры взаимодействуют с  микропроцессором и оперативной памятью через системную магистраль передачи данных,которую в просторечии обычно называют шиной.

ЭЛЕКТРОННЫЕ ПЛАТЫ.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 обы}ч_{но 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}

_{Микропроцессор  является                                                 "мозгом"                          компьютера.                                 Он}

_{осуществляет  выполнение  программ,работающих  на компьютере,и}

_{управляет работой остальных  устройств компьютера.Скорость  его}

_{работы  во многом определяет быстродействие компьютера.В IBM PC}

_{используются  микропроцессоры,разработанные   фирмой   Intel,а}

_{иногда  -  совместимые  с  ними  микропроцессоры других фирм.}

_{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  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 80-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,и  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,диапозон 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 интер-