Архитектура персональных компьютеров IBM PC — «Школа жизни»

Архитектура IBM PC

Введение

В конце 1970-х годов распространение персональных компьютеров способствовало некоторому снижению спроса на большие компьютеры и мини-ПК. В 1979 году корпорация IBM (International Bussines Machines Corporation) решила попробовать свои силы на рынке персональных компьютеров.

Но руководство фирмы недооценило важность этого рынка; оно рассматривало создание компьютера лишь как одно из десятков мероприятий по разработке нового оборудования, которые проводила фирма. Руководство фирмы решило не тратить слишком много денег на этот эксперимент. В частности, оно могло не разрабатывать компьютер с нуля, а использовать подразделения других фирм. Это подразделение в полной мере воспользовалось предоставленным шансом.

Во-первых, основным микропроцессором компьютера был самый последний на тот момент 16-разрядный процессор Intel 8088. Его использование позволило значительно увеличить потенциал компьютера, поскольку новый микропроцессор позволял работать с 1 МБ памяти. Для хранения данных или работы за пределами одного дискового пространства (64К) все компьютеры того времени имели ограничение в 64 КБ в секунду и максимум 32 килобайта оперативной памяти на одном слоте заряда.

Компания IBM представила публике свой новый компьютер PC в августе 1981 года. Через два года IBM PC обогнал конкурирующие компьютеры. IBM PC был принят в качестве эталона для персональных компьютеров. Около 90% всех персональных компьютеров, производимых в мире, являются IBM PC-совместимыми.

Основные блоки IBM

П К, как правило, состоит из трех частей (блоков):

Системного блока

Клавиатуры, позволяющей вводить символы;

Дисплей — для отображения текстовой и графической информации.

Как «ноутбуки» (laptor), так и «ноутбуки» — это портативные версии компьютеров, которые имеются в продаже. В данном случае системный блок, монитор и клавиатура находятся в одном контейнере.

Системный блок, который является главным компонентом компьютера, выглядит наиболее впечатляюще из всех этих компонентов. Он включает в себя все основные компоненты компьютера:

Электронные схемы, отвечающие за работу оперативной памяти и процессора компьютера;

Источник питания, который преобразует сетевое питание в постоянный ток низкого напряжения;

Считывающие и записывающие устройства для магнитных лент, также известные как накопители на гибких лентах или флоппи-дисководы;

Магнитный привод ладони вмещает несъемный жесткий диск для чтения и записи.

Дополнительные устройства

В системе IBM PC можно подключать различные устройства ввода/вывода, расширяя тем самым ее функциональность. Некоторые устройства подключаются через специальные гнезда (разъемы), обычно расположенные на задней панели системного блока компьютера. Помимо монитора и клавиатуры, существуют такие устройства:

Для распечатки текстовой и графической информации вам нужен принтер.

Клавиатура — это инструмент, который облегчает ввод информации;

Джойстик — манипулятор, прикрепленный к кнопкам на шарнирах и предназначенный для компьютерных игр;

А также другие устройства.

Некоторые устройства, например перечисленные ниже, могут вставляться внутрь системного блока компьютера.

Используя модем, вы можете общаться с другими компьютерами через телефонную сеть;

Связующее звено между модемом и факсимильным аппаратом называется факс-модемом.

Для хранения данных на магнитной ленте используются стримеры.

Многие сканеры — устройства, используемые для ввода текста и изображений, — например, используют смешанный режим соединения.

Какова логическая архитектура компьютера?

Микропроцессор

Микропроцессор, «мозг» компьютера, является самым важным компонентом. Каждую секунду микропроцессор способен выполнять сотни различных операций. IBM, AMD, Cyrix и другие производители выпускают совместимые чипы, работающие с процессорами Intel.

Консультативный

. Вычислительный сопроцессор добавляется к основному микропроцессору, когда компьютеру необходимо выполнять многочисленные математические вычисления (например, при инженерных расчетах). Это облегчает выполнение математических операций с вещественными числами на основном микропроцессоре. Последние микропроцессоры Intel (80486 и Pentium) могут работать с вещественными числами напрямую, без помощи программного обеспечения.

БАРАН

Оперативная память — следующий важнейший компонент компьютера. Из нее процессор и сопроцессор получают исходные данные для обработки, туда же записываются результаты. Оперативная память так называется потому, что она работает быстро, и процессору не приходится ждать, пока он читает или записывает данные в память. Напротив, если компьютер включен и в оперативной памяти есть данные (за исключением ситуаций, перечисленных ниже).

Контроллеры и шины

Для функционирования компьютера программа и данные должны храниться в оперативной памяти. А поступают они из различных аппаратных средств компьютера, включая клавиатуры, дисководы на магнитной ленте и т.д. Результаты выполнения программы отображаются на мониторах, дисках и других внешних устройствах.

Для работы компьютера необходим обмен информацией между основной памятью и внешними устройствами. Эти обмены называются вводом-выводом. Но обмен информацией между внешним устройством и оперативной памятью в компьютере происходит по схеме, называемой промежуточным звеном.

Электронная схема, сообщающаяся с ним, управляет каждой электронной схемой в компьютере. Контроллер, или адаптер, — это название, данное этой схеме. Некоторые контроллеры способны управлять несколькими устройствами одновременно.

Системные шины данных к микропроцессору и ОЗУ поступают через системный канал, который называется системным.

Электронные платы

Системные платы I BM имеют несколько модулей для упрощения подключения устройств. Схемы, управляющие внешними устройствами компьютера (контроллер или адаптер), находятся на отдельных платах и вставляются непосредственно через разъем материнской платы. Через эти разъемы контроллеров устройства подключаются непосредственно к системной шине данных компьютера.

Аналогичным образом можно добавлять в компьютер новые устройства. Чтобы заменить одно устройство на другое (например, адаптер монитора на новый), достаточно вынуть соответствующую плату из гнезд и вставить вместо нее другую. Замена материнской платы сложнее.

Блок-схема

На блок-схеме контроллер клавиатуры обычно располагается на материнской плате, что облегчает сборку компьютера. Часто на материнской плате располагаются и другие устройства.

Контроллеры портов ввода-выведения.

Порты вывода — это класс контроллеров, присутствующих во всех компьютерах. Существует несколько различных типов этих портов:

Они обычно подключаются к принтерам и имеют параллельные обозначения LPT1-LPT4.

( COM1-CM3) Асинхронный последовательный интерфейс, обычно используемый для подключения мыши, модема и т.д.

Игровой порт для подключения джойстика.

Некоторые устройства также могут подключаться к параллельным портам. Параллельные порты работают быстрее, чем последовательные (за счет использования большего количества проводов в кабелях).

Микропроцессор

» Мозгом» компьютера является микропроцессор. Он выполняет компьютерные программы и управляет работой других устройств, подключенных к машине. От его быстродействия во многом зависит скорость работы компьютера. Микропроцессоры, созданные компанией Intel или при ее содействии, используются в IBM PC.

Какие микропроцессоры бывают

Тип (модель) и тактовая частота — это две характеристики, которые отличают микропроцессоры. Наиболее популярные модели Intel 8088, 80286 и Pentium — 8087, 80386SX и 8.0486. Между компонентами одного и того же микропроцессора могут существовать различные тактовые частоты; чем выше частота, тем дороже и дешевле компонент.

Тактовая частота

Тактовая частота показывает, сколько основных операций (тактовых циклов) выполняется микропроцессором за секунду. Мегагерц (МГц) — это единица измерения тактовой частоты. Следует отметить тот факт, что разные микропроцессоры выполняют одни и те же операции за разное количество тактов. Количество тактовых циклов, необходимых для выполнения одних и тех же операций, уменьшается с увеличением модели микропроцессора. Однако, например, процессор Intel-80386 в два раза быстрее, чем этот процессор.

Микропроцессорные модели

Оригинальный IBM PC и модель HT использовали микропроцессор Intel-8088. В начале 1980-х годов они выпускались с тактовой частотой 4,77 МГц (при скорости 12 — 15%). Турбо-ТТ иногда называют «тактовой частотой». Сейчас микропроцессоры типа Intel-8088 выпускаются в небольших количествах: для использования не в компьютерах, а во всевозможных устройствах.

В IBM PC AT используется более мощный процессор Intel-80286, его производительность примерно в 4 — 5 раз выше, чем у модели HT. Оригинальные версии IBM PC AT были созданы на микропроцессорах с тактовой частотой 6 МГц, а затем было создано поколение этих моделей в 2 — 3 раза быстрее.

По сравнению с процессором Intel 8088, микропроцессор Intel 80286 имеет несколько больше возможностей, но эти дополнительные возможности используются редко. Микропроцессор Intel-80286 больше не производится для использования в компьютерах и считается устаревшим.

Выбрать тип микропроцессора

Диапазон компьютерных приложений, в свою очередь, в значительной степени определяется скоростью основного микропроцессора:

Процессоры Intel-8088 (или процессоры семейства IC) очень медленные, сейчас они практически полностью вышли из употребления;

Компьютеры на базе микропроцессора Intel-80286 обеспечивают скорость, необходимую для набора текста, ввода исходных данных и т.д. Приобрести такие устройства можно только за те же деньги или с помощью специализированного программного обеспечения, например, «Умный дом», «Спутник», GitHub-принтер» или Windows 7 Pro. Однако новые компьютерные системы такого класса уже не производятся (поскольку считаются устаревшими), и вряд ли целесообразно покупать их даже по бросовым ценам — ведь они практически непригодны для использования.

Компьютеры на базе процессоров Intel 80386SX и 80487SX обладают достаточной вычислительной мощностью для выполнения большинства задач, связанных с Windows и Microsoft, таких как программирование (работа с базами данных) и простая верстка публикаций. Однако предпочтительнее приобрести более мощный ноутбук и установить программу «Wired», поскольку она позволяет при необходимости быстро переключаться между различными версиями приложений в зависимости от производительности устройства. Кроме того, ее можно использовать исключительно при работе через Интернет, не задействуя внешние ресурсы компьютера.

Микропроцессоры Intel-80486DX и DX2 используются для задач, требующих высокоскоростных вычислений, таких как файловые серверы в больших локальных сетях. Пользователи могут посчитать целесообразным приобретение ноутбуков с процессорами типа 84487dx или 76488S XL, поддерживающими ARM (HiRes). По сравнению с более ранними версиями Windows 6.1, эти микрочипы работают заметно лучше при цене, не намного превышающей стоимость Teams Plug and Drive 5.0.

Микропроцессоры Pentium и материнские платы, предназначенные для их использования, все еще очень дороги, поэтому имеет смысл использовать их для таких приложений, как воспроизведение видео в реальном времени.

Математическая поддержка

Работа с числами с плавающей запятой не поддерживается микропроцессорами Intel-80286 и Intel-840386. Микропроцессор моделирует каждую операцию над такими числами при выполнении вычислений с ними. В результате использование компьютера для научных расчетов, в том числе для работы с компьютерной графикой и другими приложениями, которые в значительной степени зависят от чисел с плавающей запятой, становится значительно менее эффективным. В таких обстоятельствах можно использовать как Intel-80386, так и IBM PC с установленным математическим сопроцессором Intel-8087. Для использования микропроцессоров Intel-80486DX и Dx2 математический сопроцессор не требуется, поскольку они поддерживают операции с плавающей точкой изначально.

Баран

Поскольку эти микропроцессоры могут обращаться только к одному мегабайту памяти, оперативная память IBM PC с процессором Intel-8088 или Intel-8086 может составлять всего 1 МБ. Эта память разделена на две секции. Операционная система и прикладные программы могут использовать первые 640 КБ памяти. Адреса в нижней части памяти используются для служб.

Для сохранения компонента операционной системы DOS, который обеспечивает тестирование компьютера и начальную загрузку операционной системы;

Для передачи изображения на экран

Чтобы сохранить дополнительные устройства, поставляемые с расширениями операционной системы компьютера.

Обычно при описании объема оперативной памяти в компьютере упоминается первая часть ОЗУ, доступная операционным системам и прикладным программам. Мы последуем этому примеру.

Кэш-память

Производительность компьютера снизится, если он основан на Intel-80386 и имеет более двух транзисторов или тактовую частоту 25 МГц. Для этой цели компьютеры могут иметь кэш-память, также известную как временная память. сверхмалая (обычно 64-256 Кбайт) ультраоперативная память, в которой размещаются наиболее часто используемые области оперативной памяти.

Поиск нужных данных осуществляется в кэш-памяти, расположенной между микропроцессором и основной памятью, при первом обращении к памяти. Среднее время доступа увеличивается, поскольку с микропроцессором работает только один диск (опционально) и время доступа к памяти намного меньше, чем для обычной информации. Для компьютера на базе Intel-80386DX или 80486SX вполне приемлемым является объем кэш-памяти 64 Кб, а 128 Кб — более чем достаточно. Кэш-память моделей Intel-80486DX и DX2 обычно составляет 256 Кб.

Мониторы

Монитор (дисплей) компьютера IBM PC предназначен для отображения на экране как текстового, так и графического содержимого. Существуют цветные и монохромные мониторы. Они имеют текстовый и графический режимы работы.

Модные тексты

В текстовом режиме экран обычно разделен на области значков, чаще всего по 25 строк в каждой. Каждая область значков принимает один из 256 предопределенных символов. Среди знаков есть латинские заглавные и строчные буквы, цифры, символы и псевдографика для отображения таблиц или диаграмм.

Графическое состояние

Графики, рисунки и другие визуальные изображения предназначены для отображения на мониторе в графическом режиме.

Графический экран состоит из точек, каждая из которых имеет свой цвет на монохромных мониторах или один цвет для многоцветных. Зависимость количества точек по горизонтали и вертикали называется разрешением монитора. В действительности разрешение экрана не зависит от размера монитора, точно так же как большие и маленькие телевизоры имеют 625 строк развертки изображения на экране.

.

Наиболее распространенными являются мониторы MDA, CGA и Hercules.

Мониторы MDA и CGA в настоящее время используются лишь изредка, поскольку не имеют необходимого разрешения. Также отсутствует возможность загрузки кириллических символов в программное обеспечение, поэтому для отображения кириллических букв в текстовом режиме необходимо использовать электронные схемы (генераторы знаков). Иногда достаточно заменить генератор знаков и ввести в него нужные символы.

Большинство компьютеров, созданных в начале 1990-х годов, в конце 1980-х годов имели мониторы типа VGA. При использовании программ DOS они обеспечивали достаточное количество изображений как в текстовом, так и в графическом режимах экрана. EGA и CD-мониторы во многом похожи. Разрешение VGA уже недостаточно для современных программ, взаимодействующих с пользователем через графический интерфейс (640*480 пикселей). 800*600 и 1024*768 — это разрешения компонентов Super-VGA.

Клавиатура

I BM PC построен с учетом особенностей пользовательского ввода. Латинские буквы на клавишах IBM PPC расположены практически так же, как и на английской печатной машинке.

Введение капитала и строчных букв

Прописные буквы и другие символы вводятся с помощью клавиатуры прописных букв. Если нужно ввести строчную букву «d», следует нажать и удерживать клавиши, обозначенные буквой «D».

Клавиша Caps Lock используется для блокировки режима заглавных букв. Это удобно при вводе текста, состоящего из таких слов, как «C» и «S». Повторное нажатие клавиши отменяет режим ненаписанных букв (капс). В режиме cpusLack клавиатура дает возможность вводить строчные или прописные цифры с помощью клавиши Shift-Face («Сохранить»).

Специальные клавиши клавиатуры

Как и другие компьютерные клавиши, цифровые клавиши.

Клавиша «Enter» используется для завершения ввода строки. Ввод команд DOS начинается с нажатия клавиши «Enter».

Символ, напоминающий знак подчеркивания, удаляется нажатием клавиши «Back Space». Курсор обычно представлен мигающим символом.

В левой части экрана расположена кнопка «Del» (удалить) для удаления символа под курсором.

Разделение символов и замена символов — это два режима ввода символов, которые чередуются при нажатии клавиши «Inc» (Вставить).

Клавиша Esc (escape) — отступление, спасение.

При редактировании текстов доступ к следующей позиции табуляции осуществляется нажатием цифры «Tab» (табуляция). В других программах ее значение может отличаться в зависимости от того, относится ли она к переключению окон или к полям запроса.

Функциональные клавиши F1 — f12 (на некоторых клавиатурах) используются для выполнения различных специальных действий. Они выполняются программой.

» Ctrl» и «Alt» специальные клавиши на клавиатуре. Они предназначены для изменения значения других, так же как клавиша и «Shift». Наряду с другими клавишами, которые могут изменять их работу, клавиши «Ctrl» и «Alt» вводятся.

Заявление

Очень сложно охватить всю тему, столь обширную, как предложенная в первой контрольной работе. Электронная промышленность и компьютерная техника в последние годы развиваются настолько быстро, что новейшее «чудо техники» устаревает всего за два-три года. Однако с тех пор, как известный математик Джон фон Нейман опубликовал доклад о конструкции и работе универсальных вычислительных машин, основы построения компьютеров не изменились.

Кроме того, каждый пользователь, эксплуатирующий персональный компьютер, знает круг задач, для которых он используется.

Рассмотренная выше тема, в частности, рисует четкую картину того, в каком направлении движутся персональные компьютеры и спектр их применения.