Структурная схема ПК

1.2. Структурная схема персонального компьютера

В настоящее время основная работа по информационному обслуживанию управления ведется на персональных ЭВМ, называемых также персональными компьютерами (ПК), программно и аппаратно совместимыми с ПК фирмы IBM. Такие ПК обычно называют IBM PC совместимыми. При работе с такими ПК используется английская терминология, поэтому представляется целесообразным дать ее перевод на русский язык.

· IBM (International Business Machines Corporation) - международная корпорация машин для бизнеса;

· PC (Personel Computer) - персональный компьютер.

Первые модели IBM PC появились в августе 1981г. Сейчас эти ПК наиболее распространены во всем мире. В правоохранительных органах IBM PC совместимыми компьютерами оснащаются все структуры, начиная от центральных аппаратов и кончая отделами на местах. На их базе создаются автоматизированные рабочие места сотрудников.

IBM PC, как и все ЭВМ, включает в себя две основных компоненты: оборудование, или аппаратную часть, называемую hardware, и программы, или программное обеспечение, называемое software. К software относятся операционные системы, трансляторы с алгоритмических языков (BASIC, PASCAL, СИ и т.д.), различные прикладные программные системы. Основной операционной системой, используемой в IBM PC совместимых ПК, до последнего времени являлась MS DOS (MicroSoft Disk Operating System) - дисковая операционная система фирмы Майкрософт.

В последнее время все более широкое распространение получает операционная система Windows 95.

Операционная система MS DOS обеспечивает решение двух главных задач:

· предоставление пользователям возможности общего управления компьютером;

Рекомендуемые материалы

· поддержка работы всех программ, обеспечение их взаимодействия с аппаратурой.

К  hardware относятся следующие устройства:

CPU (Central Proceccing Unit) - Центральное Процессорное Устройство (ЦПУ), выполненное на основе микропроцессора фирмы Intel Corporation, называемое также Сentral processor - Центральный процессор (ЦП);

ALU (Arithmetic Logical Unit) - Арифметико - Логическое Устройство (АЛУ);

CU (Control Unit) - Устройство Управления (УУ);

Controller - контроллер (УУ подсистемами ПК);

ROM – ( Read–Only Memory) – Постоянное Запоминающее Устройство (ПЗУ);

MSD – (Mass Storage Device) – устройство массового хранения (память на накопителях, внешнее запоминающее устройство);

disk drive – дисковод (устройство для считывания и записи информации на магнитные диски);

hard disk drive, winchester disk – накопитель на жестком магнитном диске (НМД), винчестерский диск (винчестер);

floppy disk drive – накопитель на гибком магнитном диске (НГМД) (на дискете, флоппи диске).

Рис. 1.5. Структурная схема ПК. (описание отдельных узлов и их работы даны в тексте)

Большинство из перечисленных компонент IBM PC объединены в системный блок (system unit).

Основным блоком IBM PC является центральное процессорное устройство (CPU), состоящее из арифметико- логического устройства (ALU) и устройства управления (CU).

ALU осуществляет с данными операции сложения, вычитания, умножения, деления, сравнения и т.д.

CU устанавливает очередность выполнения операций, управляет потоками данных внутри и между блоками IBM PC.

Память IBM PC состоит из ОЗУ (RAM) и ПЗУ (ROM), а также памяти на накопителях (MSD).

ROM реализована на микросхемах, информация с которых может только считываться, не изменяясь при этом. ROM IBM PC содержит BIOS (basic input/output system) - базовую систему ввода/вывода, являющуюся первой основной компонентой операционной системы MS DOS. BIOS MS-DOS выполняет следующие функции:

· устанавливает, какие устройства подключены к IBM PC, т.е. выясняет конфигурацию системы;

· организует взаимосвязь между устройствами;

· определяет местоположение загрузочной части MS DOS и передает ей управление.

RAM состоит из микросхем, которые временно хранят информацию. При отключении питания компьютера информация из RAM пропадает.

RAM делится на категории:

· базовую память . объемом 640 Кбайт, которая доступна всем программам, работающим под управлением MS DOS;

· наращенную память . за пределами 1 Мбайт, для использования которой нужны особые программные средства в MS DOS или другие ОС (напр. OS/2);

· расширенную память, выход в которую осуществляется из верхней области памяти (от 640 Кбайт до 1 Мбайт).

Таблица 1.1. Логическая структура основной памяти

Сигналы и данные между блоками IBM PC объединяются в потоки и передаются по шинам. В IBM PC имеются три стандартные шины:

· шина данных, по которой передаются собственно данные ("что передавать");

· шина адреса, по которой передаются адреса данных ("куда и откуда передавать");

· шина управления, по которой передаются команды управления данными ("как передавать").

Большинство устройств ввода/вывода IBM PC содержат устройства сопряжения сигналов и данных между блоками и собственные CU, называемые адаптерами и контроллерами, а также собственную память для хранения данных при обмене (такую память имеют, например, монитор и принтер).

Дисководы НГМД считывают и записывают информацию на дискеты. До последнего времени использовались дискеты двух типов: диаметром 5,25 дюйма (1 дюйм = 2,54 см) и 3,5 дюйма. На дискетах обычно указывается следующая маркировка:

· DS,2S (Double Side) - двусторонние;

· DD,2D (Double Density) - двойной плотности;

· HD (High Density) - высокой плотности.

Перед записью информации на дискету она должна быть отформатирована. Максимальный объем информации на дискетах двух указанных выше типов при различном форматировании приведен в таблице 1.2.

Таблица 1.2. Возможность использования дисководов при работе с различными дискетами.

Важнейший принцип построения IBM PC совместимых ПК ‑ открытая архитектура ‑ означает модульный принцип построения и возможность замены блоков на новые по мере развития. В IBM PC имеются специальные разъемы расширения для подключения дополнительных устройств, таких, как дополнительная память, сопроцессор, джойстик (координатная ручка), мышь (устройство ввода координат), плоттер (графопостроитель), сканер (устройство ввода изображений), стример (запоминающее устройство на магнитной ленте), модем (устройство для подключения к телефонной линии связи и обмена информацией с другими компьютерами).

При разработке hardware и software для IBM PC совместимых ПК соблюдается принцип совместимости "сверху- вниз", т. е. улучшенные версии подсистем должны содержать все возможности старых версий. Например, программы, разработанные на старых версиях IBM PC, должны работать на новых моделях.

Принципы, заложенные в основу построения IBM PC, привели к созданию семейства IBM-совместимых ПК, которое называется "клоном" IBM. Первая модель этого семейства появилась в 1983 году и называлась IBM PCjr. Родословное дерево PC представляется на рис.1.2.

Таблица 1.3. Характеристики дисковых накопителей.

^* Ч - чтение; З - запись

** Запись однократная

Центральная линия обозначает главную ветвь семейства, на которой модели располагаются в соответствии с их мощностями: от наименее мощной PCjr до наиболее мощной AT/486. Ветви в стороны ‑ это модели со сходными характеристиками.

· IBM PC/XT (IBM PC/eXTended version) ‑ IBM PC/расширенная версия ‑ на основе микропроцессора Intel 8088;

· IBM PC/AT (IBM PC/ Advanced Technology) ‑ IBM PC/усовершенствованная технология ‑ на основе микропроцессора Intel 80286;

· IBM PC/AT/386 и IBM PC/AT/486 ‑ на микропроцессорах Intel 80386 и Intel 80486, соответственно.

Возможности ПК, расположенных на главной ветви семейства, определяются главным образом именно типом используемого микропроцессора.

Рис. 1.6. Семейство ПК IBM PC.

Микропроцессор(МП) конструктивно представляет собой кристалл кремния, в котором в результате технологического процесса создана электронная схема. Количество электронных компонент(транзисторов) в этой схеме от десятков тысяч до нескольких миллионов. Кристалл помещен в пластиковый корпус, а выводы выходят наружу как у типичной микросхемы широкого применения.

Стоимость компьютера в значительной степени определяется стоимостью МП, однако себестоимость производства одного экземпляра очень мала. Основной вклад содержит в себе разработка технологии производства.

Основные характеристики МП:

· максимальная тактовая частота;

· разрядность;

· тип архитектуры.

Тактовая частота. Вычислительный процесс представляет собой последовательность элементарных действий, выполнение которых синхронизируется тактовым генератором. Превышение тактовой частоты выше некоторого предела может привести к срыву вычислений или перегреву МП. Таким образом, максимальная тактовая частота определяет быстродействие процессора. (Но она не равна быстродействию МП, тем более быстродействию компьютера).

Разрядность процессора. Максимальное количество разрядов двоичного кода, которое может вырабатываться и передаваться одновременно.

Разрядность определяется тремя параметрами: m/n/k.

· m — разрядность внутренних регистров, то есть количество разрядов, с помощью которых обмениваются информацией внутренние устройства МП;

· n — разрядность шины данных, которая представляет собой часть системной шины, показывает количество разрядов, через которые МП обменивается данными с различными устройствами;

· k — разрядность шины адреса, определяет объем доступной для МП части ОП.

Архитектура МП. МП представляет собой довольно сложное электронное устройство, в котором отдельные части связаны информационными каналами. Часть из этих каналов фиксирована при создании МП, другая может изменяться при программировании. В целом это образует архитектуру МП.

Более широкое представление об архитектуре МП - организация МП с точки зрения пользователя. Включает в себя пользовательские возможности программирования, а именно: состав регистров, система команд, способы адресации, организация памяти, средства ввода- вывода и типы обрабатываемых данных.

К наиболее важным аспектам архитектуры относятся:

· Система команд и способы адресации;

· Возможность выполнения тех или иных команд во времени;

· Наличие дополнительных узлов и устройств в составе МП (например, кэш- память, устройство для работы с числами с плавающей точкой -сопроцессор математики);

· Режим работы.

Таблица 1.4. Типы и характеристики МП (Intel).

Основные типы и характеристики микропроцессоров фирмы Intel, являющейся лидером по производству микропроцессоров для IBM PC совместимых ПК, приведены в таблице 1.4.

Другие критерии классификации МП

По системе команд. CISC (complex information system command, сложная система команд), RISC (reduced information system command, сокращенная система команд). При использовании первых число встроенных в МП команд очень велико, например для 8086 и 8088 оно составляет 134. Сложные команды выполняются за несколько тактов, вырабатываемых тактовым генератором, также как и простые команды. При использовании RISK количество встроенных команд невелико, каждая команда выполняется за один или два такта. Сложные команды программируются на машинном языке. В целом быстродействие МП, при прочих одинаковых характеристиках, увеличивается.

По универсальности. Универсальные МП выполняют все действия, в то время как специализированные предназначены для выполнения только определенного класса задач, при этом их быстродействие намного превышает быстродействие универсальных МП. Очень часто используют математические процессоры, которые могут дополнять соответствующие универсальные и поэтому называются сопроцессорами:

· 8088- 8087

· 80286- 80287.

В МП, начиная с 80486, встраиваются математические сопроцессоры.

Intel 8088 разработан в 1979 г., имеет 8-ми разрядную шину данных и 20-ти разрядную адресную шину, т.е. адресуемый RAM до 1 Мбайт. Intel 80286, 1982 г. создания, имеет 16-ти разрядную шину данных и 24-разрядную адресную шину, т.е. адресуется к RAM до 16Мбайт. Intel 80386 и 80486 имеют 32-битные шины данных и адреса, т.е. доступный RAM до 4 Гбайт.

Графические адаптеры, которые используются в ПК, бывают следующих типов:

· MDA - монохромный адаптер, работает в текстовом режиме, 25 строк по 80 символов в строке, с разрешением 720 7& 0350 точек, с двумя градациями яркости (черный- белый);

· EGA (Enhanced Graphics Adapter) - улучшенный графический адаптер, работающий в режимах: 1) текстовом (25 или 43 строки на экране по 80 символов в строке, 16 цветов), 2) графическом (640 точек по горизонтали, 350 по вертикали, 16 цветов и 64 оттенка каждого цвета);

Таблица 1.5. Характеристики видеоконтроллеров

^* Текстовый режим ^** Число страниц в текстовом режиме

· VGA (Video Graphics Array) - видеографическая матрица, графический режим 640*480 точек, 16 цветов, 4096 оттенков или 320*200 точек, 256 цветов;

· SVGA (Super VGA) - до 1024*768 точек при 16Кбайт цветах и выше.