Короткі
відомості про IBM РС - сумісних комп'ютерах
У цьому рефераті
ми постараємося досить коротко пояснити деякі особливості IBM
РС-сумісних комп'ютерів, а також введемо деякі базові поняття, на
які згодом будемо не раз посилатися.
Відкрита
архітектура (блочно-модульний принцип побудови)
Привабливість
IBM РС-сумісних комп'ютерів полягає в їх відкритій архітектурі. Це, в
зокрема, означає, що подібні комп'ютери мають модульний принцип
побудови, тобто їх основні вузли і блоки виконані у вигляді окремих
модулів. Таким чином, установка нових або заміна старих пристроїв, що входять до
склад комп'ютера, не представляють особливих складнощів. Удосконалення таких
комп'ютерів цілком під силу самим користувачам.
У складі IBM
РС-сумісного персонального комп'ютера можна виділити три основні
компоненти: системний блок, монітор і клавіатуру. У системному блоці знаходиться
вся основна електронна начинка комп'ютера: блок живлення, материнська
(системна) плата та приводи накопичувачів (дисководи) зі змінним або незмінним
носієм. Клавіатура є стандартним пристроєм введення інформації,
що дозволяє передавати комп'ютера певні символи або
керуючі
сигнали. Монітор (чи дисплей) призначений для відображення на своєму екрані
монохромного або кольоровий, символьної або графічної інформації. Всі
перераховані вище основні компоненти з'єднуються один з одним за допомогою
спеціальних кабелів з роз'ємами.
Від типу корпусу
системного блоку залежать, зокрема, розміри і розміщення використовуваної
системної плати, мінімальна потужність блоку живлення (тобто можливе число,
пристроїв, що підключаються) і максимальну кількість встановлюваних приводів
накопичувачів. Корпуси комп'ютерів бувають підлогового (tower) і настільного
(desktop) виконання. Основною відмінністю цих типів корпусів можна вважати
різна кількість настановних місць для накопичувачів і відповідно
потужність блока живлення. До речі, настановні місця (монтажні відсіки) для
накопичувачів можуть бути двох типів: з доступом зовнішнім і внутрішнім доступом.
Таким чином, за визначенням, доступ до накопичувачів, встановленим в монтажні
відсіки останнього типу може здійснюватися тільки при відкритій кришці корпусу
системного блоку. Такі настановні місця можуть використовуватися тільки для
накопичувачів з незмінним носієм, наприклад, вінчестерів.
Системна плата
є основою комп'ютера і являє собою плоский лист фольгованого
стеклостекстоліта, на якому знаходяться основні електронні елементи: базовий
мікропроцесор, оперативна пам'ять, кварцовий резонатор і інші
допоміжні мікросхеми.
Відповідно
до принципу відкритої архітектури більша частина
IBM
РС-сумісних комп'ютерів має системні плати, які містять лише
основні вузли, а елементи зв'язку, наприклад, з приводами накопичувачів, монітором і
іншими периферійними пристроями, відсутні. У такому
випадку ці
відсутні елементи розташовуються на окремих друкованих платах, які
вставляються в спеціальні роз'єми розширення, передбачені для цього на
системній платі. Ці додаткові плати називають дочірніми, а системну плату
- Материнської. Функціональні пристрої, виконані на дочірніх платах, часто
називають контролерами або адаптерами, а самі дочірні плати - платами
розширення.
Мікропроцесори
і системні шини
У IBM
РС-сумісних комп'ютерах використовуються тільки мікропроцесори Intel або їх
клони, що мають подібну архітектуру.
З основними
пристроями комп'ютера мікропроцесор пов'язаний через так звану системну
шину. По цій шині здійснюється не тільки передача інформації, а й адресація
пристроїв, а також обмін спеціальними службовими сигналами. Як правило,
підключення додаткових пристроїв до системної шині проводиться через
роз'єми розширення.
Для підключення
плат розширення на системній шині комп'ютерів на базі мікропроцесора i8088
(IBM РС і IBM РС/ХТ) використовуються 62-контактні роз'єми. Зокрема, ця
системна шина включає 8 ліній даних і 20 адресних ліній, які
обмежують адресний простір комп'ютера межею в
1 Мбайт. У
комп'ютерах PC/AT286 вперше стала застосовуватися нова системна шина ISA
(Industry Standart Architecture), за якою можна було передавати паралельно
вже 16 розрядів даних, а завдяки 24 адресним лініях безпосередньо звертатися до 16
Мбайт системної пам'яті. Ця системна шина відрізняється від попередньої наявністю
додаткового З6-контактного роз'єму для відповідних плат розширення.
Комп'ютери на базі мікропроцесорів i80386/486 стали застосовувати спеціальні шини
для пам'яті, що дозволило максимально використовувати її швидкодію. Тим не
менш деякі пристрої, що підключаються через роз'єми розширення системної
шини, не можуть досягти швидкості обміну, порівнянної з мікропроцесором. У
основному це стосується роботи з контролерами накопичувачів і відеоадаптерами. Для
вирішення цієї проблеми, стали використовувати так звані локальні (local)
шини, які безпосередньо пов'язують мікропроцесор з контролерами цих периферійних
пристроїв. В даний час відомі дві стандартні локальні шини: VL-bus
(VESA Local-bus) і PCI (Peripheral Component Interconnect). Для підключення
пристроїв до таких шин на системній платі комп'ютера є спеціальні
роз'єми.
Порти, переривання,
прямий доступ до пам'яті
Всі пристрої
на системній шині мікропроцесор розглядає або як адресуються пам'ять, або
як порти вводу-виводу. Взагалі кажучи, під портом розуміють певну схему
сполучення, яка зазвичай включає в себе один або кілька регістрів
вводу-виводу (особливих комірок пам'яті).
Про вчинення
якогось події мікропроцесор може дізнатися за сигналом, що зветься
перериванням. При цьому виконання поточної послідовності команд
призупиняється (переривається), а замість неї починає виконуватися інша
послідовність, що відповідає даному переривання. Зазвичай переривання
підрозділяються на апаратні, логічні та програмні.
Апаратні
переривання (IRQ) передаються по спеціальних лініях системної шини і пов'язані з
запитами від зовнішніх пристроїв (наприклад, натискання клавіші на клавіатурі).
Логіка переривання виникають при роботі самого мікропроцесора (наприклад,
поділ на нуль), а програмні ініціюються виконуваної програмою і зазвичай
використовуються для виклику спеціальних підпрограм.
У першу
комп'ютерах IBM PC використовувалася мікросхема контролера переривань i8259
(Interrupt Controller), яка має вісім входів для сигналів переривань
(IRQ0-IRQ7). Як відомо, в один і той же час мікропроцесор може
обслуговувати тільки одна подія і у виборі даної події йому допомагає
контролер переривань, що встановлює для кожного зі своїх входів
певний рівень важливості - пріоритет. Найвищий пріоритет має лінія
запиту переривання IRQ0, а найменший - IRQ7, тобто пріоритет зменшується в
порядку зростання номера лінії. У IBM PC/AT восьми ліній переривання стало вже
недостатньо і їх кількість було збільшено до 15. У перших моделях для цього
використовувалося каскадне включення двох мікросхем i8259. Воно здійснювалося
шляхом приєднання виходу другого контролера до входу IRQ2 першим.
Важливо для
розуміння тут таке. Лінії переривання IRQ8 - IRQ15 (тобто входи другу
контролера) мають пріоритет нижче ніж IRQ1, але вище IRQ3.
В режимі
прямого доступу (DMA, Direct Memory Access) периферійний пристрій пов'язано з
оперативною пам'яттю безпосередньо, а не через внутрішні регістри
мікропроцесора. Найбільш ефективною така передача даних відбувається в ситуаціях,
коли потрібна висока швидкість обміну для великої кількості інформації. Для
ініціалізації процесу прямого доступу на системній шині використовуються
відповідні сигнали.
У комп'ютерах,
сумісних з IBM РС і PC/XT, для організації прямого доступу в пам'ять
використовується один 4-канальна мікросхема DMA i8237, канал 0 якій призначений
для регенерації динамічної пам'яті. Канали 2 і 3 служать для управління
високошвидкісної передачі даних між дисководами гнучких дисків, вінчестером
і оперативною пам'яттю відповідно.
IBM
PC/AT-сумісні комп'ютери мають 7 каналів прямого доступу до пам'яті. У першу
комп'ютерах це досягалося каскадним включенням двох мікросхем i8237, як і в
випадку контролерів переривань.
Пам'ять
комп'ютера
Всі
персональні комп'ютери використовують три види пам'яті: оперативну, постійну і
зовнішню (різні накопичувачі). Оперативна пам'ять призначена для зберігання
змінної інформації, тому що вона допускає зміну свого вмісту в
хід виконання мікропроцесором відповідних операцій. Оскільки в будь-якій
момент часу доступ може здійснюватися до довільно вибраної комірки, то
цей вид пам'яті називають також пам'яттю з довільною вибіркою - RAM (Random
Access Memory).
Усі програми,
в тому числі й ігрові, виконуються саме в оперативній пам'яті. Постійна
пам'ять звичайно містить таку інформацію, яка не повинна мінятися протягом
тривалого часу. Постійна пам'ять має власну назву - ROM (Read
Only Memory), яке вказує на те, що нею забезпечуються тільки режими
зчитування і зберігання.
Логічна
організація пам'яті
Як відомо,
який використовується в IBM РС, PC/XT мікропроцесор i8088 через свої 20 адресних шин
надає доступ лише до 1-Мбайтному простору пам'яті. Перші 640 Кбайт
адресується простору в IBM РС-сумісних комп'ютерах називають зазвичай
стандартною пам'яттю (conventional memory). Решта 384 Кбайта
зарезервовані для системного використання і носять назву пам'яті у верхніх
адресах (UMB, Upper Memory Blocks, High DOS Memory або UM Area - UMA). Ця
область пам'яті резервується під розміщення системної ROM BIOS (Read Only
Memory Basic Input Output System), під відеопам'ять і ROM-пам'ять додаткових
адаптерів.
Додаткова
(expanded) пам'ять
Майже на всіх
персональних комп'ютерах область пам'яті UMB рідко виявляється заповненою
повністю. Нині пустує, як правило, область розширення системного ROM BIOS або
частина відеопам'яті і області під додаткові модулі ROM. На цьому і базується
специфікація додаткової пам'яті EMS (Ехpanded Memory Specification), вперше
розроблена фірмами Lotus Development, Intel і Microsoft (тому звана
іноді LIM-cпeціфікаціей). Ця специфікація дозволяє використовувати оперативну
пам'ять понад стандартних 640 Кбайт для прикладних програм. Принцип
використання додаткової пам'яті заснований на перемиканні блоків (сторінок) пам'яті.
В області UMB, між відеобуфером і системним RGM BIOS, виділяється незайняте
64-Кбайтное "вікно", яке розбите на сторінки. Програмні та
апаратні засоби дозволяють відображати будь-який сегмент додаткової пам'яті в
будь-яку з виділених сторінок "вікна (TM). Хоча мікропроцесор завжди
звертається до даних, що зберігається в "вікні" (адреса нижче 1 Мбайта), адреси
цих даних можуть бути зміщені у додатковій пам'яті щодо
"вікна" на кілька мегабайт (див. рис. 1).
У комп'ютерах
на процесорі i8088 для реалізації додаткової пам'яті повинні застосовуватися
спеціальні плати з апаратною підтримкою "підкачки" блоків (сторінок)
пам'яті і відповідний програмний драйвер. Зрозуміло, плати додаткової
пам'яті можуть встановлюватися і в комп'ютер на базі процесорів i80286 і вище.
Розширена
(extended) пам'ять
Комп'ютери,
що використовують процесор l80286 з 24-розрядними адресними шинами, фізично можуть
адресувати 16 Мбайт, а у випадку процесорів i80386/486 - 4 Гб пам'яті. Така
можливість є тільки для захищеного режиму роботи процесора, що
операційна система MS-DOS не підтримує. Розширена пам'ять (extended)
розташовується вище області адрес 1 Мбайт (не треба плутати 1 Мбайт ОЗУ і 1
Мбайт адресного простору). Для роботи з розширеною пам'яттю мікропроцесор
повинен переходити з реального у захищений режим і назад. На відміну від
l80286 мікропроцесори i80386/486 виконують цю операцію досить просто,
саме тому для них у складі MS-DOS є спеціальний драйвер - менеджер
пам'яті ЕММ386 (див. рис. 2).
До речі, при
наявності відповідного драйвера розширену пам'ять можна емулювати як
додаткову. Апаратну підтримку в цьому випадку повинен забезпечувати
мікропроцесор не нижче i80386 або допоміжний набір спеціальних мікросхем
(наприклад, набори NEAT фірми Chips and Technologies). Слід зауважити, що
багато плати пам'яті, що підтримують стандарт LIM/EMS, можуть використовуватися
також і в якості розширеної пам'яті.
Expanded-пам'ять
Область HMA
Область НМА - пам'ять
1024
K
10000
h
Системний ROM BIOS
ROM
BIOS
960 K
F000
h
Розширення ROM BIOS
896 K
E000
h
"
Вікно EMS
"
...
...
Hard
Disk ROM BIOS
I/O
ROM BIOS
C800
h
784 K
EGA/VGA
ROM BIOS
C000 h
Відеопам'ять
768 K
Дисплей CGA
ОЗУ
736 K
Монохромний дисплей
B000 h
Дисплей EGA/VGA
...
...
...
A000
h
Драйвер ЕМM.SYS
TSR-прогрсмми
DOS
DOS
0 K
Рис. 1 Додаткова пам'ять
Рис. 2 Розширена пам'ять
Кеш-пам'ять
Кеш-пам'ять
призначена для узгодження швидкості роботи порівняно повільних
пристроїв, таких, наприклад як динамічна пам'ять з швидким мікропроцесором.
Використання кеш-пам'яті дозволяє уникнути циклів очікування в його роботі,
які знижують продуктивність всієї системи.
За допомогою
кеш-пам'яті зазвичай робиться спроба погодити також роботу зовнішніх пристроїв,
наприклад, різних накопичувачів, і мікропроцесора. Відповідний контролер
кеш-пам'яті має дбати про те, щоб команди і дані, які будуть
необхідні мікропроцесору в певний момент часу, саме до цього
моменту виявлялися в кеш-пам'яті.
Запам'ятовувальні
пристрої
Запам'ятовувальні
пристрої можна класифікувати за наступними критеріями:
за типом
запам'ятовуючих елементів
по
функціональному призначенню
по типу способу
організації звернення
за характером
зчитування
за способом
зберігання
за способом
організації
За типом
запам'ятовуючих елементів
Напівпровідникові
Магнітні
Конденсаторні
Оптоелектронні
Голографічні
Кріогенні
За
функціональному призначенню
ОЗУ
БЗУ
СОЗУ
ВЗП
ПЗУ
ППЗУ
РгПЗУ
За типом способу
організації звернення
З
послідовним пошуком
З прямим
доступом
Адресні
Асоціативні
стекові
Магазинні
За характером
зчитування
З руйнуванням
інформації
Без руйнування
інформації
За способом
зберігання
Статичні
Динамічні
За способом
організації
Однокоордінатние
двухкоординатні
трьохкоординатний
Дво -
трьохкоординатний
Список
літератури
Для підготовки даної
роботи були використані матеріали з сайту http://referat2000.bizforum.ru/
