Мощность  компьютеров постоянно увеличивается, а область их применения постоянно расширяется. Компьютеры могут объединяться в сети, что позволяет миллионам людей легко обмениваться информацией с компьютерами, находящимися в любой точке земного шара.

     Так что же представляет собой это  уникальное человеческое изобретение? Первый признак, по которому разделяют компьютеры, - платформа. Можно выделить две основные платформы ПК:  

     Платформа IBM – совместимых компьютеров включает в себя громадный спектр самых различных компьютеров, от простеньких домашних персоналок до сложных серверов. Именно с этим типом платформ обычно сталкивается пользователь. Кстати, совершенно не обязательно, что лучшие IBM – совместимые компьютеры изготовлены фирмой IBM – породивший этот стандарт “голубой гигант” сегодня лишь один из великого множества производителей ПК.  

     Платформа Apple представлена довольно популярными на Западе компьютерами Macintosh. Они используют своё, особое программное обеспечение, да и “начинка” их существенно отличается от IBM. Но в России большого распространения они не получили.

     Обычно IBM-совместимые ПК состоят из трех частей (блоков):

     системного  блока;

     монитора (дисплея);

     клавиатуры (устройства, позволяющего вводить  символы в компьютер).

     Компьютеры  выпускаются и в портативном  варианте – в “наколенном” (лэптоп 4-12кг), или “блокнотном” (ноутбук 2-6кг), исполнении. Здесь системный блок, монитор и клавиатура заключены в один корпус:

     Если  снять корпус системного блока и  посмотреть внутрь, то можно увидеть  детали, соответствующее следующей  схеме архитектуры ПК:

     

     Данная  схема является примером внутренней “начинки” компьютера, естественно, что при наличии или отсутствии тех или иных устройств схема изменится. Однако есть устройства, которые в любом случае установлены на современном персональном компьютере. О них-то и пойдёт дальнейший разговор.  

 

     

УСТРОЙСТВО ПК

 

Внутреннее устройство

          

 Из  каких же основных элементов состоит  современный ПК? Наиболее “весомой” частью любого компьютера является системный блок. Внутри него расположены блок питания, плата с центральным процессором (ЦП), видеоадаптер, жесткий диск, дисководы гибких дисков и другие устройства ввода/вывода информации. Зачастую видеоадаптер и контроллеры ввода/ вывода размещены прямо на плате ЦП. В системном блоке могут размещаться средства мультимедиа: звуковая плата и устройство чтения оптических дисков - CD-ROM. Кроме того, в понятие “компьютер” входит клавиатура, мышь и монитор.  

   Микропроцессоры  и системные шины 

     Самым главным элементом в компьютере, его “мозгом” является микропроцессор – электронная схема, выполняющая все вычисления и обработку информации. Скорость его работы во многом определяет быстродействие компьютера. А началось всё с появлением скромной по своим возможностям микросхемы Intel 4004 – первого микропроцессора, созданного в 1971г. командой во главе с талантливым изобретателем, доктором Тедом Хоффом.

     Изначально  эта микросхема предназначалась  для микрокалькуляторов и была изготовлена  по заказу японской фирмы. На первый взгляд процессор это  просто выращенный по специальной технологии кристалл кремния. Однако камешек этот содержит в себе множество отдельных элементов – транзисторов, которые в совокупности и наделяют компьютер способностью “думать”. Процессор состоит из нескольких важных деталей: собственно процессора – “вычислителя” и сопроцессора – специального блока для операций с “плавающей точкой” (или запятой). Применяется сопроцессор для особо точных и сложных расчётов, а также для работы с рядом графических программ.

      Процессор. Является основным компонентом любого ПК. Осуществляет выполнение программ, работающих на компьютере, и управляет работой остальных устройств компьютера. Скорость его работы во многом определяет быстродействие компьютера. В 1ВМ РС 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—80486, Pentium, Pentium MMX и Pentium II, 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.

     В настоящее время  наиболее распространены процессоры фирмы Intel, хотя ЦП других фирм (AMD, Cyrix) составляют им достойную конкуренцию. В  настоящее время выпускаются процессоры серии Pentium II, Pentium III и Pentium Celeron. В то же время в России имеется огромный парк устапевших процессоров 486 и Pentium.

     В IBM РС-совместимых компьютерах используются только микропроцессоры Intel или их клоны, имеющие подобную архитектуру. 

       Шины. С основными устройствами компьютера микропроцессор связан через так называемую системную шину. По этой шине осуществляется не только передача информации, но и адресация устройств, а также обмен специальными служебными сигналами. Как правило, подключение дополнительных устройств к системной шине производится через разъемы расширения.

       Для подключения плат расширения  на системной шине компьютеров  на базе микропроцессора i8088 (IBM РС и IBM РС/ХТ) используются 62-контактные разъемы. В частности, эта системная шина включает 8 линий данных и 20 адресных линий, которые ограничивают адресное пространство компьютера пределом в 1 Мбайт. В компьютерах PC/AT286 впервые стала применяться новая системная шина ISA (Industry Standart Architecture), по которой можно было передавать параллельно уже 16 разрядов данных, а благодаря 24 адресным линиям напрямую обращаться к 16 Мбайтам системной памяти. Эта системная шина отличается от предыдущей наличием дополнительного З6-контактного разъема для соответствующих плат расширения. Компьютеры на базе микропроцессоров i80386/486 стали применять специальные шины для памяти, что позволило максимально использовать ее быстродействие. Тем не менее некоторые устройства, подключаемые через разъемы расширения системной шины, не могут достичь скорости обмена, сравнимой с микропроцессором. В основном это касается работы с контролерами накопителей и видеоадаптерами. Для решения этой проблемы, стали использовать так называемые локальные (local) шины, которые непосредственно связывают микропроцессор с контролерами этих периферийных устройств. В недалеком прошлом использовались две стандартные локальные шины: VL-bus (VESA Local-bus) и PCI (Peripheral Component Interconnect). Сейчас практически все новые выпускаемые шины – AGP(Advanced Graphic Port) Для подключения устройств к таким шинам на системной плате компьютера имеются специальные разъемы. 

  Контролеры

     Все устройства на системной шине микропроцессор рассматривает либо как адресуемую память, либо как порты ввода-вывода. Вообще говоря, под портом понимают некую схему сопряжения, которая обычно включает в себя один или несколько регистров ввода-вывода (особых ячеек памяти).

       О совершении некоего события микропроцессор может узнать по сигналу, называемому прерыванием. При этом исполнение текущей последовательности команд приостанавливается (прерывается), а вместо нее начинает выполняться другая последовательность, соответствующая данному прерыванию. Обычно прерывания подразделяются на аппаратные, логические и программные.

       Аппаратные прерывания (IRQ) передаются  по специальным линиям системной  шины и связаны с запросами  от внешних устройств (например, нажатие клавиши на клавиатуре). Логические прерывания возникают при работе самого микропроцессора (например, деление на ноль), а программные инициируются выполняемой программой и обычно используются для вызова специальных подпрограмм.

       В первых компьютерах IBM PC использовалась  микросхема контролера прерываний i8259 (Interrupt Controller), которая имеет восемь входов для сигналов прерываний (IRQ0-IRQ7). Как известно, в одно и то же время микропроцессор может обслуживать только одно событие и в выборе данного события ему помогает контролер прерываний, который устанавливает для каждого из своих входов определенный уровень важности - приоритет. Наивысший приоритет имеет линия запроса прерывания IRQ0, а наименьший - IRQ7, то есть приоритет убывает в порядке возрастания номера линии. В IBM PC/AT восьми линий прерывания стало уже недостаточно и их количество было увеличено до 15. В первых моделях для этого использовалось каскадное включение двух микросхем i8259. Оно осуществлялось путем подсоединения выхода второго контролера ко входу IRQ2 первого.

       Важно для понимания здесь следующее. Линии прерывания IRQ8 - IRQ15 (то есть входы второго контролера) имеют приоритет ниже чем IRQ1, но выше IRQ3.

     В режиме прямого доступа (DMA, Direct Memory Access) периферийное устройство связано  с оперативной памятью непосредственно, а не через внутренние регистры микропроцессора. Наиболее эффективной такая передача данных бывает в ситуациях, когда требуется высокая скорость обмена для

     большого  количества информации. Для инициализации  процесса прямого доступа на системной  шине используются соответствующие сигналы.

       В компьютерах, совместимых с  IBM РС и PC/XT, для организации  прямого доступа в память используется  одна 4-канальная микросхема DMA i8237, канал  0 которой предназначен для регенерации  динамической памяти. Каналы 2 и 3 служат для управления высокоскоростной передачей данных между дисководами гибких дисков, винчестером и оперативной памятью соответственно.

     IBM PC/AT-совместимые компьютеры имеют  7 каналов прямого доступа к  памяти. В первых компьютерах  это достигалось каскадным включением двух микросхем i8237, как и в случае контролеров прерываний. 

     Видеоадаптер  (видеоконтроллер, видеокарта) предназначен для работы в графическом режиме. Главной задачей современной видеокарты является поддержка объёмной, трёхмерной графики (3D). Никогда не помешает и дополнительная возможность видеокарт – TV тюнер – приём телевизионного сигнала. Главной характеристикой является объём памяти. Современные графические приложения и игры требуют от видеокарты наличие как можно большего количества памяти (желательно 16, 32, а ещё лучше 64 Мб). Однако не все могут позволить купить себе даже 16 Мб видеокарту, поскольку цены на них остаются ещё достаточно высокими.  

   Память Rom, Ram 

     Все персональные компьютеры используют три  вида памяти: оперативную, постоянную и внешнюю (различные накопители). Оперативная память предназначена для хранения переменной информации, так как она допускает изменение своего содержимого в ходе выполнения микропроцессором

     соответствующих операций. Поскольку в любой момент времени доступ может осуществляться к произвольно выбранной ячейке, то этот вид памяти называют также памятью с произвольной выборкой - RAM (Random Access Memory).

       Все программы, в том числе  и игровые, выполняются именно  в оперативной памяти. Постоянная  память обычно содержит такую информацию, которая не должна меняться в течение длительного времени. Постоянная память имеет собственное название - ROM (Read Only Memory), которое указывает на то, что ею обеспечиваются только режимы считывания и хранения. 

     Логическая  организация памяти.

     Как известно, используемый в IBM РС, PC/XT микропроцессор i8088 через свои 20 адресных шин предоставляет  доступ всего к 1-Мбайтному пространству памяти. Первые 640 Кбайт адресуемого  пространства в IBM РС-совместимых компьютерах  называют обычно стандартной памятью (conventional memory). Оставшиеся 384 Кбайта зарезервированы для системного использования и носят название памяти в верхних адресах (UMB, Upper Memory Blocks, High DOS Memory или UM Area - UMA).Эта область памяти резервируется под размещение системной ROM BIOS (Read Only Memory Basic Input Output System), под видеопамять и ROM-память дополнительных адаптеров.