Устройство персонального компьютера
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.
г) 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.
Дополнительная (expanded) память. Почти на всех персональных компьютерах
область памяти UMB редко оказывается заполненной полностью. Пустует, как
правило, область расширения системного ROM BIOS или часть видеопамяти и
области под дополнительные
модули ROM. На этом и базируется спецификация дополнительной памяти EMS
(Ехpanded Memory Specification), впервые разработанная фирмами Lotus
Development, Intel и Microsoft (поэтому называемая иногда LIM-
cпeцификацией). Эта спецификация позволяет использовать оперативную память
свыше стандартных 640 Кбайт для прикладных программ. Принцип использования
дополнительной памяти основан на переключении блоков (страниц) памяти. В
области UMB, между видеобуфером и системным RGM BIOS, выделяется незанятое
64-Кбайтное "окно", которое разбито на страницы. Программные и аппаратные
средства позволяют отображать любой сегмент дополнительной памяти в любую
из выделенных страниц "окна(TM). Хотя микропроцессор всегда обращается к
данным, хранимым в "окне" (адрес ниже 1 Мбайта), адреса этих данных могут
быть смещены в дополнительной памяти относительно "окна" на несколько
мегабайт В компьютерах на процессоре i8088 для реализации
дополнительной памяти должны применяться специальные
платы с аппаратной поддержкой "подкачки" блоков (страниц) памяти и
соответствующий программный драйвер. Разумеется, платы дополнительной
памяти могут устанавливаться и в компьютер на базе процессоров i80286 и
выше модули ROM. На этом и базируется спецификация дополнительной памяти
EMS (Ехpanded Memory Specification), впервые разработанная фирмами Lotus
Development, Intel и Microsoft (поэтому называемая иногда LIM-
cпeцификацией). Эта спецификация позволяет использовать оперативную память
свыше стандартных 640 Кбайт для прикладных программ. Принцип использования
дополнительной памяти основан на переключении блоков (страниц) памяти. В
области UMB, между видеобуфером и системным RGM BIOS, выделяется незанятое
64-Кбайтное "окно", которое разбито на страницы. Программные и аппаратные
средства позволяют отображать любой сегмент дополнительной памяти в любую
из выделенных страниц "окна”. Хотя микропроцессор всегда обращается к
данным, хранимым в "окне" (адрес ниже 1 Мбайта), адреса этих данных могут
быть смещены в дополнительной памяти относительно "окна" на несколько
В компьютерах на процессоре i8088 для реализации дополнительной памяти
должны применяться специальные платы с аппаратной поддержкой "подкачки"
блоков (страниц) памяти и соответствующий программный драйвер. Разумеется,
платы дополнительной памяти могут устанавливаться и в компьютер на базе
процессоров i80286 и выше.
Расширенная (extended) память. Компьютеры, использующие процессор l80286 с
24-разрядными адресными шинами, физически могут адресовать 16 Мбайт, а в
случае процессоров i80386/486 - 4 Гбайта памяти. Такая возможность имеется
только для защищенного режима работы процессора, который операционная
система MS-DOS не поддерживает. Расширенная память (extended) располагается
выше области адресов 1 Мбайт (не надо путать 1 Мбайт ОЗУ и 1 Мбайт
адресного пространства). Для работы с расширенной памятью микропроцессор
должен переходить из реального в защищенный режим и обратно. В отличие от
l80286 микропроцессоры i80386/486 выполняют эту операцию достаточно просто,
именно поэтому для них в составе MS-DOS имеется специальный драйвер -
менеджер памяти ЕММ386.
Кстати, при наличии соответствующего драйвера расширенную память можно
эмулировать как дополнительную. Аппаратную поддержку в этом случае должен
обеспечивать микропроцессор не ниже i80386 или вспомогательный набор
специальных микросхем (например, наборы NEAT фирмы Chips and Technologies).
Следует заметить, что многие платы памяти, поддерживающие стандарт LIM/EMS,
могут использоваться также и в качестве расширенной памяти.
Кэш-память. Кэш-память предназначена для согласования скорости работы
сравнительно медленных устройств, таких, например как динамическая память с
быстрым микропроцессором. Использование кэш-памяти позволяет избежать
циклов ожидания в его работе, которые снижают производительность всей
системы.
С помощью кэш-памяти обычно делается попытка согласовать также работу
внешних устройств, например, различных накопителей, и микропроцессора.
Соответствующий контролер кэш-памяти должен заботиться о том, чтобы команды
и данные, которые будут необходимы микропроцессору в определенный момент
времени, именно к этому моменту оказывались в кэш-памяти.
д) Жесткий диск
Накопители на жёстком диске (винчестеры) предназначены для постоянного
хранения информации, используемой при работе с компьютером: программ
операционной системы, часто используемых пакетов программ, редакторов
документов, трансляторов с языков программирования и т.д.
Ёмкость диска.Для пользователя накопители не жёстком диске отличаются друг
от друга прежде всего своей ёмкостью, т.е. тем, сколько информации
помещается на диске. Сейчас компьютеры в основном оснащаются винчестерами
от 520 Мбайт и более. Компьютеры работающие как файл серверы могут
оснащаться винчестером 4 - 8 Мбайт и не одним.
Скорость работы диска. Скорость работы диска характеризуется двумя
показателями:
1) Временем доступа к данным на диске.
2) Скоростью чтения и записи данных на диск.
Эти характеристики соотносятся друг с другом приблизительно так же, как
время разгона и максимальная скорость автомобиля. При чтении или записи
коротких блоков данных, расположенных в разных участках диска,
скорость работы определяется временем доступа к данным - подобно тому, как
при движении автомобиля по городу в час пик с постоянными разгонами и
торможениями не так уж важна максимальная скорость, развиваемая
автомобилем. Зато при чтении или записи данных (в десятки и сотни
килобайт) файлов гораздо важнее пропускная способность тракта обмена с
диском - точно также, как при движении автомобиля по скоростному шоссе
важнее скорость автомобиля, чем время разгона.
Следует заметить, что время доступа и скорость чтения - записи зависят не
только от самого дисковода, но от параметров всего тракта обмена с диском:
от быстродействия контроллера диска, системной шины и основного
микропроцессора компьютера.
III Периферийные устройства ПК
а) Мониторы
Монитор ( дисплей ) компьютера IBM PC предназначен для вывода на экран
текстовой и графической информации. Мониторы бывают цветными и
монохромными. Они могут работать в одном из двух режимов: текстовом или
графическом.
Текстовый режим. В текстовом режиме экран монитора условно разбивается
на отдельные участки - знакоместа, чаще всего на 25 строк по 80 символов
( знакомест ). В каждое знакоместо может быть введён один из 256
заранее символов. В число этих символов входят большие и малые латинские
буквы, цифры, определённые символы, а также псевдографические символы,
используемые для вывода на экран таблиц и диаграмм, построения рамок вокруг
участков экрана и так далее.
В число символов, изображаемых на экране в текстовом режиме,
могут входить и символы кириллицы. На цветных мониторах каждому знакоместу
может соответствовать свой цвет символа и фона, что позволяет выводить
красивые цветные надписи на экран.
На монохромных мониторах для выделения отдельных частей текста и
участков экрана используется повышенная яркость символов, подчёркивание и
т. д.
Графический режим. Графический режим предназначен для вывода на экран
графиков, рисунков и так далее. Разумеется в этом режиме можно выводить и
текстовую информацию в виде различных надписей, причём эти надписи могут
иметь произвольный шрифт, размер и др.
В графическом режиме экран состоит из точек, каждая из которых может быть
тёмной или светлой на монохромных мониторах и одного или нескольких цветов
- на цветном. Количество точек на экране называется разрешающей
способностью монитора в данном режиме. Следует заметить что разрешающая
способность не зависит от размеров экрана монитора.
Часто используемые мониторы. Наиболее широкое распространение на
компьютерах IBM PC получили мониторы типа MDA, CGA, Herkules, EGA и VGA.
В настоящее время мониторы MDA и CGA практически не используются, так
как они не обладают надлежащей разрешающей способностью, что приводит к
быстрому утомлению глаз. Кроме того, они не имеют программной загрузки
шрифтов символов, поэтому для изображения букв кириллицы приходится
заменять микросхемы, хранящие шрифты символов.
В основном на компьютерах используют мониторы SVGA, что позволяет
добиться нужного качества изображения.
б) Устройства ввода
Клавиатура. Как известно, клавиатура является пока основным устройством
ввода информации в компьютер. В техническом аспекте это устройство
представляет собой совокупность механических датчиков, воспринимающих
давление на клавиши и замыкающих тем или иным способом определённую
электрическую цепь.
Надо сказать, что эволюция клавиатур для IBM PC не была недолгой.
Сначала использовались 83-х клавишные клавиатуры затем вместе с АТ
появилась 84-х клавишная. Подовляющее большинство современных IBM PC
совместимых используют расширенную клавиатуру. Основные улучшения по
сравнению с АТ-клавиатурой касается общего числа (101 и выше ) и
расположения клавиш. Наиболее стандартным является расположение QWERTY:
порядка 60 клавиш с буквами, цифрами, знаками пунктуации и другими
символами и ещё около 40 функциональных клавиш.
Устройство клавиатур. В настоящее время наиболее распространены два
вида клавиатур: с механическим и мембранным переключателями. В первом
случае датчик представляет из себя традиционный механизм с контактами из
специального сплава. Несмотря на то что эта технология используется уже
несколько десятилетий, фирмы- производители постоянно работают над её
модификацией и улучшением. Стоит отметить, что в клавиатурах известных фирм
контакты переключателей позолоченные, что значительно улучшает
электрическую проводимость.
Технология, основанная на мембранных переключателях, считается более
прогрессивной, хотя особых преимуществ не даёт.
Мыши и трекболы. Мыши и трекболы являются координаторными устройствами
ввода информации в компьютер. Разумеется полностью заменить клавиатуру они
не могут. В основном эти устройства имеют две три кнопки управления. Не
секрет что своей популярностью мышь обязана распространению графического
интерфейса и в основном компании «Microsoft».
Устройство мыши. Как известно, первая мышь каталась на двух колесиках,
которые были связаны с осями переменных резисторов. Перемещение такой мыши
было прямо пропорционально изменению сопротивления переменных рези- сторов.
В дальнейшем конструкция перетерпела значительные изменения. Ролики были
перенесены внутрь корпуса, а с поверхностью стал соприкасаться твёрдый
резиновый шарик.
Можно выделить 3 способа подключения мыши. Самыми распространёнными
являются подключения через последователь- ный порт. Менее распространены
мыши с шинным интерфейсом, для подключения которых требуется специальный
интерфейс или,
«мышиный» порт.
Третьей разновидностью можно считать мыши в стиле PS/2,
которые использовались в компьютерах аналогичной серии, а в настоящее время
являются стандартом де-факто для портативных компьютеров. Для их
подключения используется разъём miniDIN 6.
Физически каждая мышь имеет на хвосте разъём типа DB-9. В некоторых
случаях в комплекте есть переходник на DB-25.
Современные мыши имеют обычно оптимальное аппаратное разрешение 400
cpi. Когда фирмы декларируют разрешение на уровне 1800 cpi, то речь, видимо
идёт о программном разрешении.
Устройство трекболов. Трекбол, вообще говоря, представляет из себя
«перевёрнутую» мышь, у трекбола приводится в движение не корпус, а только
его шар. Это позволяет существенно повысить точность управления курсором.
в) Внешние записывающие устроиства
Дискеты. Любой компьютер (предназначенный для серьезной работы)
оснащен так называемыми устройствами внешней памяти. К этим устройствам
относятся в первую очередь накопители на гибких магнитных дисках (НГМД) и
накопители на жестких магнитных дисках (НМД).
Устройства внешней памятипредназначены для долговременного хранения
информации. НГМД и НМД относятся к дисковым магнитным устройствам памяти,
так как информация в этих устройствах записывается на вращающихся дисках,
покрытых магнитным материалом, напоминающем покрытие лент обычных аудио- и
видеокассет. И хотя по своему составу магнитное покрытие, используемое в
дисковых накопителях, отличается от покрытия обычных бытовых магнитных
лент, в них используется аналогичный принцип записи информации.
В обычных бытовых магнитофонах на магнитную ленту записывается
аналоговый сигнал непосредственно с микрофона, проигрывателя пластинок,
Страницы: 1, 2, 3
|