- •Визначення персонального комп'ютера і його основні складові частини. Конструктивний устрій пк.
- •Системні ресурси персонального комп'ютера.
- •3 Адресний простір пк. Модель розподілу пам'яті. Додаткова, відображувана і розширена пам'ять.
- •Прямий доступ до пам'яті. Канали прямого доступу до пам'яті і пряме керування шиною.
- •Розподіл системних ресурсів. Поняття Plug and Play.
- •Апаратні і програмні переривання. Джерела переривань і їхня обробка.
- •Системний порт івм рс. Системний таймер. Канал керування звуком. Інтерфейс клавіатури. Батарейна пам'ять і годинник cmos.
- •Процедура post і базова система введення-виведення. Розширення базової системи введення-виведення.
- •Системна плата. Основні типи конструктива і порядок установки. Підключення компонентів до материнської плати.
- •10. Установка і конфігурування оперативної пам'яті і процесора.
- •Логіка керування системною платою. Поняття чипсета, його функції і структура.
- •Південний і північний міст. Розподіл функцій: керування системною платою; визначення характеристик пристроїв; організація інтерфейсу.
- •Вибір системної плати. Перелік основних характеристик. Основні елементи архітектури.
- •Поняття однокристального процесора. Основні типи корпусів. Способи установки процесора на плату.
- •Основные корпуса Корпус pga
- •Корпуса sec и sep
- •Гнезда для процессоров
- •15. Процесор і8086. Організація пам'яті, регістри процесора. Процессоры 8086 и 8088
- •16. Процесор і80286. Реальний і захищений режим роботи.
- •17. Фізичні і логічні основи збереження інформації. Види пам'яті і їхні основні характеристики.
- •Шина isa, її параметри. Основні сигнали шини.
- •21. Шина рсі. Протокол обміну по шині рсі.
- •Інтерфейс agp. Фактори підвищення продуктивності функціонування шини.
- •Відеосистема. Фізичні основи візуалізації інформації. Принципи виводу зображення.
- •Відеосистема. Графічний режим. Текстовий режим. 2d і 3d акселератори.
- •Відеосистема. Типи графічних адаптерів.
- •Принципи довгострокового збереження інформації. Типи накопичувачів інформації.
- •Фізична і логічна організація жорстких дисків.
- •Основні інтерфейси жорстких дисків та їх характеристики.
Визначення персонального комп'ютера і його основні складові частини. Конструктивний устрій пк.
Компьютер представляет собой устройство, способное исполнять четко определенную последовательность операций, предписанную программой. Понятие «компьютер» является более широким, чем «электронно-вычислительная машина» (ЭВМ), поскольку в последнем явный акцент делается на вычисления. Персональный компьютер (ПК) характерен тем, что им может пользоваться один человек, не прибегая к помощи бригады обслуживающего персонала и не отводя под него специального зала с особым климатом, мощной системой электропитания и прочими атрибутами больших вычислительных машин. Персональный компьютер обычно в значительной степени ориентирован на интерактивное взаимодействие с одним пользователем (в играх иногда и с двумя), причем взаимодействие происходит через множество сред общения — от алфавитно-цифрового и графического диалога посредством дисплея, клавиатуры и мыши до устройств виртуальной реальности, в которой пока не задействованы, наверное, только запахи. Когда используется аббревиатура PC (Personal Computer), подразумевается ПК, совместимый с самым массовым семейством персональных компьютеров фирмы IBM и их клонов. Конечно же, это не единственное в мире семейство — есть множество и других достойных компьютерных линий, но данная книга посвящена именно IBM PC-совместимым персональным ком пьютерам. Чем они отличаются от других, можно узнать в главе 2. PC может обеспечивать и коллективную работу: возможности многих компьютеров этого семейства позволяют использовать их и в качестве серверов в сетях или локальных многотерминальных системах. Таким образом, можно объяснить словосочетание PC-сервер, которое неявно предполагает повышенную мощность (скорость вычислений, объем оперативной и внешней памяти) и особое конструктивное исполнение (просторный корпус) компьютера. Словосочетание ПК-сервер уже звучит странновато, хотя в одноранговых сетях и этому словосочетанию можно найти объяснение — персональный компьютер может предоставлять свои ресурсы (например, дисковое пространство, принтеры или модемы) другим компьютерам, для которых он будет являться невыделенным сервером. Попутно отметим и термин рабочая станция (workstation, WS), в который может быть вложено два значения. В компьютерной сети рабочей станцией называют компьютер пользователя (как противоположность серверу). Однако рабочая станция может быть и изолированным (standalone computer), но особенно мощным компьютером (его подключение к сети, конечно же, не исключается). В этом случае часто подразумевается архитектура, отличающаяся от IBM PC-совместимой (например, компьютер на RISC-процессоре). Для мощного IBM PC-совместимого компьютера применяют англоязычный термин High End PC, которому короткого русского аналога пока нет.
Персональные компьютеры, совместимые с IBM PC, делятся на несколько поколений (или классов), которые начинались со следующих «исторических» моделей:
ш IBM PC первой модели: процессор Intel 8088, адресуемая память 1 Мбайт, шина расширения — ISA (8 бит), накопители на гибких дисках (НГМД) до 360 Кбайт;
ш IBM PC/XT (extended Technology — расширенная технология) — все то же, но появились винчестеры (накопители на жестких дисках, НЖМД) и возможность установки математического сопроцессора Intel 8087;
ш IBM PC/AT (Advanced Technology — прогрессивная, или «продвинутая», технология): процессор Intel 80286/80287, адресуемая память 16 Мбайт, шина ISA 16 бит, НГМД 1,2 и 1,44 Мбайт, НЖМД.
В настоящее время класс машин AT развивается в нескольких направлениях: 16-разрядный процессор заменен на 32-разрядный (теперь уже класса Р6 и старше); память адресуется в пространстве до 4 и даже 64 Гбайт; применяется более эффективная шина расширения (PCI) с сохранением (и то уже не всегда) ISA для обеспечения совместимости со старыми адаптерами; расширяется состав устройств, имеющих системную поддержку. Компьютеры выпускаются в разных исполнениях — от настольных (напольных) до блокнотных, причем их предельные возможности не так уж сильно различаются. Есть и специальные конструкции для встраивания в технологическое и иное оборудование. Самые маленькие, помещающиеся на ладони (palm top), пока что сильно отличаются от своих более крупных сородичей и в этой книге им внимание практически не уделяется.
Из чего состоит компьютер?
Любой IBM PC-совместимый компьютер представляет собой реализацию так называемой фон-неймановской архитектуры вычислительных машин. Эта архитектура была представлена Джорджем фон Нейманом еще в 1945 году и имеет следующие основные признаки. Машина состоит из блока управления, арифметико-логического устройства (АЛУ), памяти и устройств ввода-вывода. В ней реализуется концепция хранимой программы: программы и данные хранятся в одной и той же памяти. Выполняемые действия определяются блоком управления и АЛУ, которые вместе являются основой центрального процессора. Центральный процессор выбирает и исполняет команды из памяти последовательно, адрес очередной команды задается «счетчиком адреса» в блоке управления. Этот принцип исполнения называется последовательной передачей управления. Данные, с которыми работает программа, могут включать переменные — именованные области памяти, в которых сохраняются значения с целью дальнейшего использования в программе. Фон-неймановская архитектура — не единственный вариант построения ЭВМ, есть и другие, которые не соответствуют указанным принципам (например, потоковые машины). Однако подавляющее большинство современных компьютеров основаны именно на указанных принципах, включая и сложные многопроцессорные комплексы, которые можно рассматривать как объединение фон-неймановских машин. Конечно же, за более чем полувековую историю ЭВМ классическая архитектура прошла длинный путь развития. Тем не менее ПК можно разложить «по полочкам» следующим образом.
Центральный процессор (АЛУ с блоком управления) реализуется микропроцессором семейства х86 — от 8086/88 до Pentium 4 и Athlon (и это не конец истории). При всей внутренней суперскалярности, суперконвейеризированнос-ти и спекулятивности (см. п. 5.1.3) современного процессора внешне он соблюдает вышеупомянутый принцип последовательной передачи управления. Набор арифметических, логических и прочих инструкций насчитывает несколько сотен, а для потоковой обработки придуман принцип SIMD — множество комплектов данных, обрабатываемых одной инструкцией (расширения ММХ, 3DNow!, SSE). Процессор имеет набор регистров, часть которых доступна для хранения операндов, выполнения действий над ними и формирования адреса инструкций и операндов в памяти. Другая часть регистров используется процессором для служебных (системных) целей, доступ к ним может быть ограничен (есть даже программно-невидимые регистры). Все компоненты компьютера представляются для процессора в виде наборов ячеек памяти или (и) портов ввода-вывода, в которые процессор может производить запись и (или) считывание содержимого.
Память «расползлась» по многим компонентам. Оперативная память (ОЗУ) — самый большой массив ячеек памяти со смежными адресами — реализуется, как правило, на модулях (микросхемах) динамической памяти. Для повышения производительности обмена данными (включая и считывание команд) оперативная память кэшируется сверхоперативной памятью (см. п. 6.1.3). Первый, а зачастую и второй уровень кэширования территориально располагается в микропроцессоре. Оперативная память вместе с кэшем всех уровней (в настоящее время до трех) представляет собой единый массив памяти, непосредственно доступный процессору для записи и чтения данных, а также считывания программного кода. Кроме оперативной память включает также постоянную (ПЗУ), из которой можно только считывать команды и данные, и некоторые виды специальной памяти (например, видеопамять графического адаптера). Вся эта память вместе с оперативной располагается в едином пространстве с линейной адресацией. В любом компьютере обязательно есть постоянная память, в которой хранится программа начального запуска компьютера и минимально необходимый набор сервисов (ROM BIOS). Память дополняется устройствами хранения данных, например, дисковыми. Эти устройства предназначены для записи данных с целью последующего считывания (возможно, и на другом компьютере). От рассмотренной выше памяти, называемой также внутренней, устройства хранения отличаются тем, что процессор не имеет непосредственного доступа к данным по линейному адресу. Доступ к данным на устройствах хранения выполняется с помощью специальных программ, обращающихся к контроллерам этих устройств.
Устройства ввода-вывода (УВВ) служат для преобразования информации из внутреннего представления в компьютере (биты и байты) в форму, доступную окружающим, и обратно. Под окружающими понимаем как людей, так и другие машины (например, технологическое оборудование, которым управляет компьютер). К традиционным устройствам ввода относятся клавиатура, мышь, джойстик, к устройствам вывода — дисплей, принтер. Устройства хранения к УВВ относить некорректно, поскольку здесь преобразования информации ради доступности внешнему миру не происходит — что сохранил (неважно, на каком носителе), то и прочитал (если удалось). Существует еще большой класс коммуникационных устройств, предназначенных для передачи информации между компьютерами и (или) их частями. Эти устройства обеспечивают, например, соединение компьютеров в локальной сети или подключение терминала (это УВВ) к компьютеру через пару модемов.
Устройства ввода-вывода, хранения данных, коммуникационные и прочие будем называть просто устройствами. От определения «периферийные» здесь пока воздержимся, оно характеризует способ подключения (см. ниже). Процессор, память и устройства взаимодействуют между собой с помощью шин и интерфейсов, аппаратных и программных; стандартизация интерфейсов делает архитектуру компьютеров открытой.