Архітектура персональних комп'ютерів

Поширення персональних комп’ютерів до кінця 1970;х років призвело до певного зниження попиту великі ЕОМ і міні ЭВМ. Это стало предметом серйозного занепокоєння фірми IBM (International Bussines Machines Corporation) — провідною компанії із виробництва великих ЭВМ, и 1979 року фірма IBM вирішила спробувати сили над ринком персональних компьютеров.

Проте керівництво фірми недооцінило майбутню важливість цього ринку України і розглядало створення комп’ютера лише як дрібний експеримент — щось на кшталт одній з десятків що проводилися фірмі робіт зі створення нового оборудования. Чтобы не на цей експеримент занадто багато денег, руководство фірми надав підрозділу, що відповідає за даний проект, невиданную у фірмі свободу. В частности, ему було дозволено не конструювати персонального комп’ютера «від початку », а використовувати блоки, изготовленные іншими фирмами. И це підрозділ сповна використало наданий шанс.

Перш всего, в ролі основного мікропроцесора комп’ютера був обраний новітній тоді 16-разрядный мікропроцесор Intel-8088.Его використання дозволило приймати значно більшу потенційні можливості компьютера, так як мікропроцесор дозволяв працювати із першого Мбайтом памяти, а все які були тоді комп’ютери були обмежені 64 Кбайтами. В комп’ютері було використано та інші комплектуючі різних фирм, а його програмне забезпечення доручили розробити невеличкий фірмі Microsoft.

Торішнього серпня 1981 року новий комп’ютер під назвою IBM PC був офіційно представлений публіці й невдовзі після цього він придбав більшої популярності у пользователей. Через рік-два комп’ютер IBM PC зайняв чільне місце на рынке, вытеснив моделі 8-битовых компьютеров. Фактически IBM PC став стандартом персонального компьютера. Сейчас такі комп’ютери («сумісні з IBM PC ») становлять близько 90 відсотків% усіх у світі персональних компьютеров.

ОСНОВНІ БЛОКИ IBM PC.

Зазвичай персональні комп’ютери IBM PC складаються частину тричастинного (блоків) :

# системного блока;

# клавиатуры, позволяющей вводити символи в компьютер;

# монітора (чи дисплея) — для зображення текстовій и.

графічної информации.

Комп’ютери випускаються й у портативному варіанті - в «наколенном «(лэптор) чи «блокнотом «(ноутбук) исполнении. Здесь системний блок, монитор і клавіатура укладено до одного корпус: системный блок заховано під клавиатурой, а монітор зроблено як кришка до клавиатуре.

Хоча з цих частин комп’ютера системний блок виглядає найменш эффектно, именно якого є в комп’ютері «головним » .У ньому розташовуються все основні вузли компьютера:

# електронні схемы, управляющие роботою комп’ютера (микропроцессор, оперативная память, контроллеры пристрої і т.д.);

# блок питания, преобразующий електроживлення мережі постійно струм низького напряжения, подаваемый на електронні схеми компьютера;

# нагромаджувачі (чи дисководи) для гнучких магнитных.

дисков, используемые для читання і запис на гнучкі магнітні диски (дискеты);

# нагромаджувач на жестом магнітному диске, предназначенный для читання і запис на незнімний жорсткий магнітний диск (винчестер).

ДОДАТКОВІ УСТРОЙСТВА.

До системному блоку комп’ютера IBM PC можна підключати різні устрою виводу-введення-висновку информации, расширяя цим його функціональні возможности. Многие устрою приєднуються через спеціальні гнізда (разъемы), находящиеся зазвичай задній стінці системного блоку компьютера. Кроме монітори і клавиатуры, такими пристроями являются:

# принтер — висновку на печатку текстовій і графической.

информации;

# миша — устройство, облегчающее введення інформацією компьютер;

# джойстик — маніпулятор як укріпленої на шарнире.

ручки з кнопкой, употребляется в основном.

для комп’ютерних игр;

# і навіть інші устройства.

Деякі устрою можуть уставлятися всередину системного блоку компьютера, например:

# модем — обмінюватись інформацією з іншими компьютерами.

через телефонну сеть;

# факс-модем — поєднує можливість модему і телефакса;

# стример — для зберігання даних на магнітної ленте.

Деякі устройства, например, многие різновиду сканерів (приладів для введення рисунків і текстів в компьютер), используют змішаний спосіб подключения: в системний блок комп’ютера вставляється лише електронна плата (контроллер), управляющая роботою устройства, а саме пристрій приєднується до цієї платі кабелем.

ЛОГІЧНЕ ПРИСТРІЙ КОМПЬЮТЕРА.

МИКРОПРОЦЕССОР.Самым головним елементом в компьютере, его «мозком » ,є микропоцессор — невеличка (на кілька сантиметрів) електронна схема, выполняющая все обчислення і обробку информации. Микропроцессор вміє виробляти сотні різних операцій та робить це з швидкістю кілька десятків і навіть мільйонів операцій на секунду. В комп’ютерах типу IBM PC використовуються мікропроцесори фірми Intel, а також сумісні із нею мікропроцесори інших фірм (AMD, Cyrix, IBM і др.).

СОПРОЦЕССОР.В тих случаях, когда за комп’ютером доводиться виконувати багато математичних обчислень (например, в інженерних расчетах), к основному микропроцессору додають математичний сопроцессор. Он допомагає основному микропроцессору виконувати математичні операції над речовими числами. Новейшие мікропроцесори фірми Intel (80 486 і Pentium) самі вміють виконувати операції над речовими числами, так що з них сопроцессоры не требуются.

ОПЕРАТИВНА ПАМЯТЬ. Следующим дуже важливим елементом комп’ютера є оперативна память. Именно з її процесор і співпроцесор беруть програми розвитку й вихідні дані для обработки, в неї вони записують отримані результаты. Название «оперативна «ця пам’ять отримала потому, что вона дуже быстро, так що процесору годі й говорити чекати під час читання даних із пам’яті чи запис у память. Однако які у ній дані зберігаються лише поки що комп’ютер включен, при вимиканні комп’ютера вміст оперативної пам’яті стирається (за исключением, о яких ідеться ниже).

КОНТРОЛЕРИ І ШИНА. Чтобы комп’ютер міг работать, необходимо, чтобы у його оперативної пам’яті перебували програму і данные. А потрапляють вони до нього з різних пристроїв комп’ютера — клавиатуры, дисководов для магнітних дисків і т.д.Обычно ці устрою називають внешними, хотя окремі можуть бути не зовні компьютера, а вбудовуватися всередину системного блока, как це описувалося выше. Результаты виконання програм виводяться на зовнішні устрою — монитор, диски, принтер і т.д.

Таким образом, для роботи комп’ютера необхідний обміну інформацією між оперативної пам’яттю зовнішніми устройствами. Такой обмін називається вводом-выводом.Но цей обмін немає непосредственно: между будь-яким зовнішнім пристроєм і оперативної пам’яттю в комп’ютері є дві проміжних ланки :

1.Для кожного зовнішнього влаштування у комп’ютері є електронна схема, которая ним керує. Ця схема називається контроллером, или адаптером. Некоторые контролери (например, контроллер дисків) можуть керувати відразу кількома устройствами.

2.Все контролери і адаптери взаємодіють із мікропроцесором і оперативної пам’яттю через системну магістраль передачі данных, которую у просторіччі зазвичай називають шиной.

ЕЛЕКТРОННІ ПЛАТЫ. Для спрощення підключення пристроїв електронні схеми IBM PC складаються з кількох модулів — електронних плат. На основний платі комп’ютера — системной, или материнской, плате — зазвичай розміщуються основний микропроцессор, сопроцессор, оперативная пам’ять і шина. Схемы, управляющие зовнішніми пристроями комп’ютера (контролери чи адаптеры), находятся на окремих платах, вставляющихся в уніфіковані рознімання (слоты) на материнської плате. Через ці рознімання контролери пристроїв підключаються безпосередньо до системної магістралі передачі в комп’ютері - шине. Таким образом, наличие вільних рознімань шини забезпечує можливість додавання до комп’ютера нових устройств. Чтобы замінити один схожий пристрій іншим (например, устаревший адаптер монітора на новый), надо просто вийняти відповідну плату з розняття і вставити натомість другую. Несколько складніше здійснюється заміна самої материнської платы.

БЛОК — СХЕМА. На блок-схеме контролер клавіатури звичайно знаходиться на системної плате, поскольку це спрощує виготовлення компьютера. Иногда на системної платі розміщуються і контролери інших устройств.

КОНТРОЛЕРИ ПОРТОВ ВВЕДЕННЯ — ВЫВОДА. Одним з контролерів, що є майже кожному компьютере, является контролер портів ввода-вывода.Эти порти бувають наступних типов:

# паралельні (обозначаемые LPT1-LPT4), к ним обыкновенно.

підключаються принтеры;

# асинхронні послідовні (обозначаемые СОМ1-СОМ3).

Через них зазвичай приєднуються мышь, модем і т.д.

# ігровий порт — для підключення джойстика.

Деякі устрою можуть підключатися і к.

параллельным, и до послідовним портам. Параллельные порты.

виконують введення і висновок з більшої скоростью, чем.

послідовні (за рахунок використання більшого числа.

дротів в кабеле).

МИКРОПРОЦЕССОР.

Мікропроцесор є «мозком «комп'ютера. Он.

здійснює виконання программ, работающих на компьютере, и.

управляє роботою інших пристроїв компьютера. Скорость его.

досягнення в що свідчить визначає швидкодія компьютера. В IBM PC.

використовуються микропроцессоры, разработанные фірмою Intel, а.

іноді - сумісні з ними мікропроцесори інших фирм.

ХАРАКТЕРИСТИКИ МИКРОПРОЦЕССОРОВ. Микропроцессоры відрізняються одна від друга двома характеристиками: типом (моделлю) і тактовою частотой. Наиболее поширені моделі Intel — 8088, 80 286,80386SX, 80 386,80486 і Pentium, вони наведені у порядку зростання продуктивності і цены. Одинаковые моделі мікропроцесорів можуть мати різну тактову частотущо стоїть тактова частота, тем вище продуктивність і микропроцессора.

ТАКТОВА ЧАСТОТА указывает, сколько елементарних операцій (тактів) мікропроцесор виконує на одну секунду. Тактовая частота вимірюється в мегагерцах (МГц).Следует заметить, что різні моделі мікропроцесорів виконують одні й самі операції (например, сложение чи множення) за різну кількість тактов. Чем вище модель микропроцессора, тем, как правило, меньше тактів потрібно виконання одним і тієї ж операций. Поэтому, например, микропроцессор Intel-80 386 працює приблизно вдвічі швидше Intel-80 286 такою ж тактовою частотой.

МОДЕЛІ МИКРОПРОЦЕССОРОВ. Исходный варіант комп’ютера IBM PC і модель IBM PC ХТ використовували мікропроцесор Intel-8088.В початку 80-х ці мікропроцесори випускали з тактовою частотою 4,77 МГц, затем було створено моделі з тактовою частотою 12 МГц (тобто. нові моделі працюють у 1,7−2,1 разу быстрее).Модели із збільшеною продуктивністю (тактовою частотою) іноді називаються Turbo-ХТ.Сейчас мікропроцесори типу Intel-8088 виробляються у невеликих количества, и від використання над компьютерах, а у різних спеціалізованих устройствах.

Модель IBM PC АТ використано більш потужний мікропроцесор Intel-80 286,и її продуктивність приблизно 4−5 раз больше, чем у IBM PC ХТ. Исходные варіанти IBM PC АТ працювали на мікропроцесорах з тактовою частотою 6 МГц, затем було створено моделі цього мікропроцесора з тактовою частотою від 12 до 25 МГц, т. е. працюють у 2−3 разу быстрее. Микропроцессор Intel-80 286 має низку більші можливості проти Intel-8088,но додаткові можливості використовуються з Intel-8088,но додаткові можливості використовуються дуже редко, так більшість программ, работающих на АТ, будет працюватимете, і на ХТ. Сейчас мікропроцесори типу Intel-80 286 також вважаються застарілими й у застосування в комп’ютерах не производятся.

ВИБІР ТИПУ МИКРОПРОЦЕССОРА. Быстродействие основного мікропроцесора багато чому визначає швидкість роботи лише комп’ютера и, тем самым, диапозон застосування компьютера:

# комп’ютери на основі мікропроцесорів Intel-8088 (или.

Intel-8086) працюють надто повільно, вони вже цілком застаріли і майже зовсім вийшли з употребления;

# комп’ютери з урахуванням мікропроцесора Intel-80 286 забезпечують необхідне швидкодія для набору текстов, ввода вихідних даних для бухгалтерських і аналогічних задач, многих ігор тощо. Проте нові комп’ютери такого класу не випускаються (оскільки вважаються морально застарілими), а їхніх навряд чи доцільно навіть із непридатним ценам, так як роботи із більшістю сучасних програм з графічним интер;

фейсом (наприклад, з программами, выполняемыми в среде.

Windows) вони не пригодны;

# комп’ютери з урахуванням мікропроцесорів Intel — 80386SX и.

DX, Intel-80486SX забезпечують прийнятну обчислювальну потужність більшість робочих місць під керівництвом як DOS, так і Windows: для программирования, работы з невідь що великими базами даних, макетування (верстки) нескладних видань тощо. Проте задля комфортною роботи у середовищі Windows краще придбати потужніший компьютер;

# мікропроцесори Intel-80486DX і DX2 застосовуються тим задач, где потрібно високе швидкодія комп’ютера: для файл-серверов великих локальних мереж, для професійних видавничих, графічних чи анімаційних программ, для рішення серйозних обчислювальних завдань і т.

буд. Щодо пользователей, постоянно які працюють із компьютером, может бути доцільно придбання комп’ютера з урахуванням Intel-80486DX чи DX2 навіть у цьому случае, если вони використовують звичайнісінькі програми типу Word for Windows 6.0,Excel 5.0 і т.д., поскольку ці мікропроцесори зараз стоять набагато дорожче Intel-80 386 і 80486SX, а забезпечують помітно велику производительность;

# мікропроцесори Pentium і з його використання системні плати поки що стоять дуже дорого, поэтому їх доцільно застосовувати для таких додатків, як відтворення видеоизображений у реальному времени,.

великі завдання тривимірного проектування й моделирования, создания потужних файл-серверов і багатопроцесорних систем.

МАТЕМАТИЧНИЙ СОПРОЦЕССОР.

Мікропроцесори Intel-80 286 і Intel-80 386 не містять спеціальних команд до роботи з числами з плаваючою точкой. При проведенні розрахунків із такими числами кожна операція з них моделюється з допомогою кілька десятків операцій микропроцессора. Это сильно знижує ефективність застосування комп’ютера фінансування наукових вычислений, при використанні машинної графіки та інших застосувань з інтенсивним використанням чисел з плаваючою точкой. Поэтому у випадках варто використовувати комп’ютери IBM PC з установленою математичним співпроцесором Intel-8087,Intel-80 287 чи Intel-80 387.Наличие співпроцесора може збільшити швидкість операцій з плаваючою точкою в 5−15 раз. Микропроцессоры Intel-80486DX і DX2 і Pentium самі підтримують операції з плаваючою точкой, поэтому за її використанні математичний співпроцесор не требуется.

ОПЕРАТИВНА ПАМЯТЬ.

Оперативна пам’ять комп’ютера IBM PC з процесором Intel-8088 чи Intel-8086 (например, IBM PC XT) може мати розмір трохи більше 1 Мбайта, поскольку ці мікропроцесори можуть звертатися лише до 1 Мбайту памяти. Эта пам’ять і двох частей. Первые 640 Кбайт пам’яті можна використовувати прикладними програмами і операційній системой. Остальные адреси пам’яті («верхня пам’ять ») зарезервовані для службових целей:

# для зберігання частини операційній системи DOS, которая.

забезпечує тестування компьютера, начальную загрузку.

операційній системы, а також виконання основних низкоуровневых послуг ввода-вывода;

# передачі зображення на экран;

# для зберігання різних розширень ОС, що поставляються разом із додатковими пристроями компьютера.

Як правило, когда говорять про обсязі оперативної пам’яті компьютера, то мають на увазі саме першу її часть, которая можна використовувати прикладними програмами і операційній системой. Мы теж будемо надалі надходити таким образом.

КЕШ — ПАМЯТЬ.

Для досить швидких комп’ютерів (например, на основі Intel-80 386 з тактовою частотою понад 25 відсотків МГц чи Intel-80 486) необхідно забезпечити швидкий доступом до оперативної памяти, иначе мікропроцесор буде простоювати і швидкодія комп’ютера уменьшится. Для цього такі комп’ютери можуть оснащуватися кэш-памятью, т. е. «сверхоперативной «пам'яттю щодо невеликого обсягу (зазвичай від 64 до 256 Кбайт), в якої зберігаються найчастіше використовувані ділянки оперативної памяти. Кэш-память розташовується «між «мікропроцесором і оперативної памятью, и при зверненні мікропроцесора до пам’яті спочатку виробляється пошук потрібних даних в кэш-памяти.Поскольку час доступу до кеш-пам'яті у кілька разів меньше, чем до звичайної памяти, а здебільшого необхідні микропроцессору дані утримуватися в кэш-памяти, среднее час доступу до пам’яті уменьшается. Для комп’ютерів з урахуванням Intel-80386DX чи 80486SX розмір кеш-пам'яті на 64-му Кбайт є удовлетворительным, 128 Кбайт — цілком достаточным. Компьютеры з урахуванням Intel-80486DX і DX2 зазвичай оснащуються кэш-памятью ємністю 256 Кбайт.

МОНИТОРЫ.

Монітор (дисплей) комп’ютера IBM PC призначений висновку на екран текстовій та графічної информации. Мониторы бувають кольоровими і монохромными. Они можуть працювати у одному з цих двох режимов: текстовом і графическом.

ТЕКСТОВИЙ РЕЖИМ. В текстовому режимі екран монітора умовно розбивається деякі ділянки — знакоместа, чаще всього на 25 рядків по 80 символів (знакомест).В кожне знакоместо то, можливо виведений одне із 256 заздалегідь заданих символов. В кількість цих символів входять великі та малі латинські буквы, цифры, символы, а також псевдографічні символы, используемые висновку на екран таблиць і диаграмм, построения рамок навколо ділянок екрану і т.д.

ГРАФІЧНИЙ РЕЖИМ. Графический режим монітора призначений висновку на екран графиков, рисунков і т.д.Разумеется, в цьому режимі можна також ознайомитися виводити і текстову інформацію у різноманітних надписей, причем ці написи може мати довільний шрифт, размер літер і т.д.

У графічному режимі екран монітора складається з точек, каждая у тому числі то, можливо темній чи світлої на монохромних моніторах чи однієї з кількох квітів — на цветном. Количество точок за горизонталлю і вертикалі називається роздільну здатність монітора у цьому режиме. Следует заметить, что що дозволяє здатність залежить від розміру екрана монитора, подобно тому як і большой, и маленький телевізори мають на екрані 625 рядків розгорнення изображения.

ЧАСТО ВИКОРИСТОВУВАНІ МОНИТОРЫ. Наиболее стала вельми поширеною в комп’ютері IBM PC отримали монітори типів MDA, CGA, Hercules, EGA і VGA.

Нині монітори MDA і CGA використовуються вже дуже редко, так як вони мають належної роздільною способностью, что призводить до швидкого стомленню глаз. Кроме того, не мають можливість програмної завантаження шрифтів символов, поэтому для зображення кирилічних літер в текстовому режимі доводиться заміняти електронні схемы, хранящие шрифти (знакогенераторы).Иногда, впрочем, можно не заміняти знакогенератор, а записати до нього з допомогою спеціальних приладів потрібні шрифти символов.

Більшість компьютеров, выпущенных наприкінці 80х годов, оснащались моніторами типу VGA. Они забезпечують достатньо зображення на текстовому і графічному режимі екрана під час роботи з DOS-программами.Несколько гірше монітори EGA, они вважаються ще більше устаревшими. Но сучасних программ, использующих графічний інтерфейс взаємодії з пользователем, разрешение VGA (640*480 точок) вже недостаточно. Поэтому майже всі сучасні комп’ютери оснащуються моніторами типу Super-VGA, обеспечивающими розрізнювальну здатність 1024*768 і 800*600.

КЛАВИАТУРА.

Клавіатура IBM PC варта входження у комп’ютер інформації від пользователя.

Розташування латинських літер на клавіатурі IBM PC, как правило, такое же, как на англійської пишучої машинке, а кирилічних літер — як у російської пишучої машинке.

ВВЕДЕННЯ ПРОПИСНИХ І МАЛИХ ЛІТЕР БУКВ. Для введення прописних літер та інших символов, располагающихся на верхньому регістрі клавиатуры, имеется клавіша Shift. Например, чтобы запровадити строчную букву «d », треба натиснути клавишу, на якій зображено «D », а щоб запровадити прописну букву «D », треба натиснути клавішу Shift и, не відпускаючи ее, нажать на клавішу D.

Клавіша Caps Lock служить для фіксації режиму прописних букв. Это зручно при введення текста, состоящего з цих букв. Повторное натискання клавіші Caps Lock скасовує режим прописних букв. В режимі Caps Lock натискання клавіші Shift дає можливість введення малих літер букв. Иногда клавіша Caps Lock використовується й інших целей, например для переключення російський алфавит.

СПЕЦІАЛЬНІ КЛАВІШІ КЛАВИАТУРЫ. Кроме алфавітно-цифрових клавіш і клавіш зі знаками пунктуации, на клавіатурі є велика число спеціальних клавиш.

Клавіша Enter варта закінчення введення строки. Например, при введення команд DOS введення кожної команди повинен закінчуватися натисканням клавіші Enter.

Клавіша BackSpace видаляє символ, находящийся зліва курсору (курсор зазвичай змальовується миготливим символом, схожим на знак подчеркивания).

Клавіша Del (Delete-удаление) використовується видалення символу, що під курсором.

Клавіша Inc (Insert-вставка) варта перемикання між двома режимами введення символів: введення з розсуненням символів (вставка) і з замещением.

раніше набраних сивмолов (замена).

Клавіша Esc (escape-убегать, спасаться), как прави;

ло, используется для скасування будь-якого действия, выходя з режиму програми розвитку й т.д.

Клавіша Tab (табуляція) при редагуванні текстів зазвичай використовується до переходу до такої позиції табуляции. В інших програмах його значення то, можливо иным: переключение між «віконцями «на экране, полями запиту і т.д.

Функціональні клавіші F1-F12 (що на деяких клавіатурах F1-F10) призначені щодо різноманітних спеціальних действий. Их дію визначається виконуваної программой.

КЛАВІШІ CTRL і ALT. На клавіатурі є спеціальні клавіші Ctrl і Alt. Как клавіша Shift, они призначені зміни значень інших клавиш. Клавиши Ctrl і Alt уводять у комбінації коїться з іншими клавишами, и выполняющаяся програма може певним чином реагувати таких комбінації клавиш.

З, А До Л Ю Ч Є М І Є.

Звісно, не більше 1-ї контрольної роботи дуже важко охопити повністю таку велику тему як запропонована — АРХІТЕКТУРА ПЕРСОНАЛЬНИХ КОМП’ЮТЕРІВ. Розвиток електронній промисловості для і комп’ютеробудування здійснюється такими швидкими темпами, что за 1−2 года, сегодняшнее «диво техніки «стає морально застарілим. Проте принципи устрою комп’ютера залишаються незмінними ще відтоді як знаменитий математик Джон фон Нейман в 1945 року підготував доповідь про побудову і функціонуванні універсальних обчислювальних устройств, т. е. компьютеров.

До того ж, кожен пользователь, эксплуатирующий персональний компьютер, знает коло завдань на вирішення що їх використовує комп’ютер, отже й 10 років тому вони приобретнная «286-я машина «справно работающая, удовлетворяющая запити тієї чи іншої фахівця є незамінним його помічником в повсякденному труде.

Тому розглянута вище тема дає наочне уявлення про том, какое чільне місце у суспільства займають у час персональні комп’ютери, сфера застосування яких безмежна.