М.Гук - Аппаратные средства IBM PC, энциклопедия, страница 4

Когда используется аббревиатура РС (Регзопа! Сошригег), подразумевается ПК, совместимый с самым массовым семейством персональных компьютеров фирмы 1ВМ и их клонов. Конечно же, это не единственное в мире семейство — есть множество других достойных компьютерных линий, но данная книга посвящена именно 1ВМ РС-совместимым персональным компьютерам. Чем они отличаются от других, можно узнать в главе 4. РС поддерживает и коллективную работу; возможности многих компьютеров этого семейства позволяют использовать их в качестве серверов в сетях или в локальных многотерминальных системах. Таким образом, можно объяснить словосочетание РС-сервер, которое неявно предполагает повышенную мощность (скорость вычислений, объем оперативной и внешней памяти) и особое конструктивное исполнение (просторный корпус) компьютера. Словосочетание «ПК-сервер» уже выглядит довольно странно, хотя в одноранговых сетях н этому словосочетанию можно найти объяснение — персональный компьютер может предоставлять свои ресурсы (например, дисковое пространство, принтеры или модемы) другим компьютерам, для которых он становится невыделенным сервером.

Попутно отметим и термин «рабочая станция» (Жогкзгаг1оп, %Я), который может иметь два значения. В компьютерной сети рабочей станцией называют компьютер пользователя (как противоположность серверу). Однако Глава 1. Основы компьютерной техники рабочей станцией могут наавать и изолированный компьютер (згапда1опе сошрпгег), когда хотят подчеркнуть его особенную мощность (подключение к сети такого компьютера, конечно же, не исключается). В этом случае часто подразумевается архитектура, отличающаяся от 1ВМ РС-совместимой (например, компьютер на К1БС-процессоре).

Для мощного 1ВМ РС-совместимого компьютера применяют англоязычный термин Н18Ь Епд РС, которому короткого русского аналога пока нет. Персональные компьютеры, совместимые с 1ВМ РС, делятся на несколько поколений (или классов), которые начинались со следующих «исторических» моделей: + 1ВМ РС первой модели: процессор 1пге1 8088, адресуемая память — 1 Мбайт, шина расширения — 18А (8 бит), накопители на гибких дисках (НГМД)— до 360 Кбайт; + 1ВМ РС/ХТ (еХгепде«1 ТесЬпо1ойу — расширенная технология) — все то же, но с винчестерами (накопителями на жестких дисках, НЖМД) и возможностью установки математического сопроцессора 1пге1 8087; в 1ВМ РС/АТ (Адчапсег) ТесЬпо1ойу — прогрессивная, или «продвинутая», технология): процессор — 1пге1 80286/80287, адресуемая память — 16 Мбайт, шина — 1ЯА 16 бит, НГМД вЂ” 1,2 и 1,44 Мбайт, НЖМД.

В настоящее время класс машин АТ развивается в нескольких направлениях: 16-разрядный процессор заменен 32-разрядным (уже класса Р6 и выше), а теперь уже и 64-разрядным; память адресуется в пространстве до 4 или 64 Гбайт (и больше); применяются более эффективные шины расширения (РС1, РС1-Х и РС1 Ехргеэв) с сохранением (и то уже не всегда) 13А для 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 (ра!ш гор), пока что сильно отличаются от своих более крупных сородичей, и в этой книге им внимание практически не уделяется. 1.1. Из чего состоит компьютер? Любой 1ВМ РС-совместимый компьютер представляет собой реализацию так называемой фон-неймановской архитектуры вычислительных машин. Эта архитектура была представлена Джорджем фон Нейманом (беогйе чоп Ыешпапп) еще в 1945 году и имеет следующие основные признаки. Машина состоит из блока управления, арифметика-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 после- 1.1. Из чего состоит компьютер? 21 довательной 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 (АДУ с блоком управления) реализуется микропроцессором семейства х86 — от 8086/88 до новейших процессоров Репе!ош, АгЬ- !оп н Орсегоп (и это не конец истории). При всей внутренней суперскалярности, суперконвейеризированности и спекулятивности (см. главу 7) 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 $1М1) (8!пй!е 1пзггпсгьоп Мо!г!р!е Васа — множество комплектов данных, обрабатываемых одной инструкцией), по которому работают расширения ММХ, ЗРХоч !, ББЕ. 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 записывать и/или из которых может считывать содержимое.

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. 7.3). Два уровня кэширования территориально располагаются 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. Помимо 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 энергонезависимая память, в которой хранится программа начального запуска компьютера и минимально необходимый набор сервисов (КОМ В105). Процессор (один или несколько), память и необходимые элементы, связывающие их между собой и с другими устройствами, называют центральной частью, Глава 1. Основы компьютерной техники или ядром, компьютера (или просто центром).

То, что в фон-неймановском компьютере называлось устройствами ввода-вывода (УВВ), удобнее называть периферийными устройствами. Периферийные устройства (ПУ) — это все программно-доступные компоненты компьютера, не попавшие в его центральную часть. Их можно разделить по назначению на несколько классов: е Устройства хранения данных (устройства внешней памяти) — дисковые (магнитные, оптические, магнитооптические), ленточные (стримеры), твердотельные (карты, модули н ПБВ-устройства на флэш-памяти). Эти устройства используются для сохранения информации, находящейся в памяти, на энергонезависимых носителях и загрузки этой информации в оперативную память. В каком виде хранится информация на этих устройствах, нам не так уж важно (главное — правильно считать то, что сохранили).

+ Устройства ввода-вывода служат для преобразования информации из внутреннего представления компьютера (биты и байты) в форму, понятную окрухгающим, и обратно. Под окружающими подразумеваются человек (и другие биологические объекты) и различные технические устройства (компьютер можно приспособить для управления любым оборудованием, были бы датчики и исполнительные устройства). В какую форму эти устройства преобразуют двоичную информацию — определяется их назначением. е Коммуникационные устройства служат для передачи информации между компьютерами и/или их частями.

Сюда относят модемы (проводные, радио, оптические, инфракрасные...), адаптеры локальных и глобальных сетей. В данном случае преобразование формы представления информации требуется только для передачи ее на расстояние. Процессор, память и периферийные устройства взаимодействуют между собой с помощью шин и интерфейсов, аппаратных и программных; стандартизация интерфейсов делает архитектуру компьютеров открытой. 1.2. Биты, байты, слова, параграфы Компьютер работает в двоичной системе счисления — минимальным информационным элементом является бит, который может принимать значение О или 1. Этим значениям соответствуют различимые физические состояния ячейки, чаще всего — уровень напряжения (низкий или высокий).

Биты организуются в более крупные образования — ячейки памяти и регистры. Каждая ячейка памяти (и каждый регистр) имеет свой адрес, однозначно ее идентифицирующий в определенной системе координат. Минимальной адресуемой (пересылаемой между компонентами компьютера) единицей информации является байт, состоящий, как правило, из 8 бит'. Два байта со смежными адресами образуют г Существуют процессоры и компьютеры с разрядностью обрабатываемого слова, не кратной 8 (например, 5, 7, 9...).

Байты таких процессоров не З-битные, но в мире РС столкновение с ними мало. вероятно. Кроме того, в некоторых системах (обычно коммуникационных) совокупность восьми соседних битов данных называют октетом. Название чохтеть обычно подразумевает, что зги 8 бит не имеют явного адреса, а характеризуются только своим местоположением в длинной цепочке битов. 1.2.