Состав персонального компьютера типа ibm pc

Обновлено: 15.01.2025

Основным элементом ПК, определяющим его быстродействие, является Центральный процессор. Среди не очень большого разнообразия, в повседневной жизни в основном встречаются ПК построенные на базе процессоров совместимых с IBM-PC.

Наибольшее распространение в России имеют IBM-совместимые персональные компьютеры. Термин IBM-совместимые означает, что программное обеспечение предназначенное для работы на компьютерах производства фирмы IBM будет работать на совместимых компьютерах.

Процессоры для таких ПК производят такие фирмы как Intel, AMD, Cyrix (IBM). В настоящее время не все из них совместимы электрически, но поддерживают одну и туже систему команд, что обеспечивает их программную совместимость.

архитектура ЭВМ используется для описания принципа действия, конфигурации и взаимного соединения основных логических узлов ЭВМ

перечень наиболее общих принципов построения ЭВМ:

1структура памяти ЭВМ.

2способы доступа к памяти и внешним устройствам

3. возможность изменения конфигурации компьютера

4. система команд

6. организация интерфейса

персональный ЭВМ строится на принципах одно-,двух-, или многошинной архитектуре. Архитектура – это наиболее общие принципы построения ЭВМ, реализующие программное управление работой и взаимодействием основных ее функциональных узлов.

Основными характеристиками накопителей на жестком магнитном диске являются: объем, тип интерфейса, скорость вращения шпинделя. Важной характеристикой – пропускной способностью контроллера.

В настоящее время существуют и используются следующие интерфейсы: SCSI – (small computer system interface), IDE (ATA), и super ATA (SATA). Самые надежные и дорогие HDD как правило используются на серверных платформах и оснащены интерфейсом SCSI. Самые недорогие, бюджетные Hdd оснащены IDE (ATA) или SATA интерфейсом, имеют скорость вращения шпинделя 5400 – 7200 об./мин, но менее надежны. Объем информации на таких в настоящее время HDD кратен 20 Гб: 20/40/60/80/100/120/160/200/250 .

8. Устройства ввода информации. Сканер.

Устройства ввода – клавиатура, дисковод, мышь, джойстик, сканер и т.д.

Устройства вывода – монитор, принтер, колонки.

Сканер – устройство ввода графических изображений в компьютер. В сканер закладывается лист бумаги с изображением. Устройство считывает его и пересылает компьютеру в цифровом виде. Во время сканирования вдоль листа с изображением плавно перемещается мощная лампа и линейка с множеством расположенных на ней в ряд светочувствительных элементов. Обычно в качестве светочувствительных элементов используют фотодиоды. Каждый светочувствительный элемент вырабатывает сигнал, пропорциональный яркости отраженного света от участка бумаги, расположенного напротив него. Яркость отраженного луча меняется из-за того, что светлые места сканируемого изображения отражают гораздо лучше, чем темные, покрытые краской. В цветных сканерах расположено три группы светочувствительных элементов, обрабатывающих соответственно красные, зеленые и синие цвета. Таким образом, каждая точка изображения кодируется как сочетание сигналов, вырабатываемых светочувствительными элементами красной, зеленой и синей групп. Закодированный таким образом сигнал передается на контроллер сканера в системный блок.

Различают сканеры ручные, протягивающие и планшетные. В ручных сканерах пользователь сам ведет сканер по поверхности изображения или текста. Протягивающие сканеры предназначены для сканирования изображений на листах только определенного формата. Протягивающее устройство таких сканеров последовательно перемещает все участки сканируемого листа над неподвижной светочувствительной матрицей. Наибольшее распространение получили планшетные сканеры, которые позволяют сканировать листы бусмги, книги и другие объекты, содержащие изображения. Такие сканеры состоят из пластикового корпуса, закрываемого крышкой. Верхняя поверхность корпуса выполняется из оптически прозрачного материала, на который кладется сканируемое изображение. После этого изображение закрывается крышкой и производится сканирование. В процессе сканирования под стеклом перемещается лампа со светочувствительной матрицей.

Главные характеристики сканеров - это скорость считывания, которая выражается количеством сканируемых станиц в минуту (pages per minute - ppm), и разрешающая способность, выражаемая числом точек получаемого изображения на дюйм оригинала (dots per inch - dpi).

После ввода пользователем исходных данных компьютер должен их обработать в соответствии с заданной программой и вывести результаты в форме, удобной для восприятия пользователем или для использования другими автоматическими устройствам посредством устройств вывода.

Выводимая информация может отображаться в графическом виде, для этого используются мониторы, принтеры или плоттеры. Информация может также воспроизводиться в виде звуков с помощью акустических колонок или головных телефонов, регистрироваться в виде тактильных ощущений в технологии виртуальной реальности, распространяться в виде управляющих сигналовустройства автоматики, передаваться в виде электрических сигналов по сети.

9. Устройства вывода информации. Принтер.

Устройства ввода – клавиатура, дисковод, мышь, джойстик, сканер и т.д.

Устройства вывода – монитор, принтер, колонки.

Принтер – устройство для вывода графической и текстовой информации на бумагу. Существуют 3 типа принтеров – матричные ударные, струйные, лазерные. Матричные ударные – реализуют принцип ***, когда печатающая головка верт. ряд металлич. полок, выдвигающихся из головки и формирующих символ по команде из PC и пропечатывая его через чернильную ленту на бумаге. К достоинствам матричных ударных принтеров относятся: низкая цена, к недостаткам – низкое качество печати, низкая скорость. Струйные принтеры – изображение формируется каплями спец. чернил, выдуваемых на бумагу из дырочек печ. головки. Достоинства: более качественная печать, уве*** изображение. Недостатки – требовательны к качеству бумаги, необходимо квалифицированное обслуживание. Лазерные принтеры – используется принцип ксерографии: изображение переносится на бумагу со спец. барабана, к которому электрически притягиваются частицы порошка (тонера) после прохождения по этой части луча лазера. Достоинства – наилучшее качество печати, высокая скорость печати. Недостатки: высокая стоимость и высокая себестоимость печати.

Задание 1. Состав персонального компьютера типа IBM PC.

Обычно персональные компьютеры типа IBM PC состоят из трех основных компонентов:

системного блока;
устройства ввода информации (клавиатура, «мышь»);
устройства вывода информации (монитор, принтер).

Системный блок может быть выполнен в виде автономного блока, составлять единое целое с клавиатурой (ноутбук), или быть монолитным, включающим в себя все составляющие компьютера (наладонные компьютеры).

Системный блок служит одновременно и защитным корпусом, и механическим скелетом, на котором крепятся остальные функциональные узлы компьютера:

источник питания;
материнская плата;
жесткие диски;
оптические-приводы;
система охлаждения (вентиляторы-кулеры);
карты адаптеров.

Основными компонентами, устанавливаемыми на материнской плате являются: процессор, постоянная память (BIOS), контроллеры внешних устройств и чипсет.

Современный чипсет строится на базе двух СБИС (сверхбольшая интегральная схема): «северного» 1 и «южного» 2 мостов. Микросхемы чипсета, установленные на материнской плате, предназначаются для работы с определенным типом процессора (или его подтипами). Разъем для процессора (socket или slot) также однозначно соответствует конфигурации корпуса микросхемы процессора и количеству его ножек. Таким образом понятия «процессор», «материнская плата» и «чипсет» оказываются тесно связанными: невозможно использовать процессор, не предназначенный для установки на данной материнской плате, и, наоборот, невозможно задействовать материнскую плату, не предназначенную для установки на нее определенного типа процессора.

Оперативная память компьютера (Random Access Memory, RAM) – это область памяти, в которую загружаются программы и данные, откуда процессор берет инструкции для выполнения и данные для обработки. Физически основная память представляет собой платы небольшого размера, вставляющиеся в специальные слоты на материнской плате.

На плате расположены микросхемы, в которые записываются данные. Запись и считывание происходят следующим образом: у платы памяти есть два набора контактов, первый называется шиной адреса, второй – шиной данных. Чтобы прочитать что-то из оперативной памяти, процессор выставляет на шине адреса число, соответствующее адресу, из которого будет производиться чтение. После этого процессор посылает памяти сигнал «готов читать», память выставляет на шину данных значения битовых ячеек, записанные по заданному адресу, и процессор считывает эти значения. Примерно в таком же порядке происходит запись данных в память, только процессор вместо сигнала «готов читать» выставляет на шину данных данные, которые надо записать, и посылает памяти команду «запись».

В современных компьютерах применяется два основных типа оперативной памяти: статическая (Static Random Access Memory, SRAM) и динамическая (Dynamic Random Access Memory, DRAM). Отличие между ними состоит в том, что динамическая память имеет малое время хранения информации и требует постоянной циклической перезаписи (обновления) информации в своих ячейках. В отличие от DRAM, SRAM может хранить память без перезаписи долгое время (долгое в сравнении с DRAM, статическая память не является энергонезависимой). За более высокую стабильность и скорость SRAM приходится платить более высокой ценой этого типа памяти, поэтому большинство персональных компьютеров в качестве основной памяти используют DRAM.

Динамическая память, в свою очередь, подразделяется на два типа: синхронную и асинхронную.

Асинхронная динамическая память имеет встроенный генератор импульсов, управляющий всеми сигналами и этапами цикла извлечения и записи данных, в то время как в синхронной динамической памяти все сигналы синхронизируются с импульсами системной шины.

Асинхронная память не получила широкого распространения, поскольку по параметрам быстродействия проигрывала синхронной. По этой причине практически вся основная память, которая сегодня применяется в компьютерах, построена на разновидностях синхронной динамической памяти (Synchronous Dynamic Random Access Memory, SDRAM).

Синхронная динамическая память, в свою очередь, имеет несколько разновидностей, которые сменяли друг друга по мере роста быстродействия процессоров: SDR (Single Data Rate – одинарная скорость передачи данных), DDR (Double Data Rate – двойная скорость передачи данных), DDR2 и DDR3.

В широком смысле постоянная память означает память, которая записывается один раз, причем повторная запись в эту память невозможна. Другое, не менее широкое определение этого термина – память, данные в которой не теряются после выключения компьютера. Однако в более узком смысле этот термин применяют в основном для обозначение микросхемы, в которую записана часть программного обеспечения, называемая BIOS (Basic Input Output System – базовая система ввода-вывода).

Дисковая память и флэш-память

Дисковая память представляет собой несколько дисков из магнитного материала, запись на которые производится, как на магнитную ленту, путем намагничивания определенных зон на диске. Блок дисков вращается с очень большой скоростью.

Флэш-память – это полупроводниковая микросхема, в которой нет движущихся частей, и принцип записи совершенно иной. За последние несколько лет объем одно флэш-чипа возрос от десятков мегабайтов до единиц гигабайтов, а скорости записи и чтения также увеличились на порядок. Возможность объединения нескольких чипов в одном корпусе позволила создавать флэш-карты емкостью в 32, 64 и 128 Гбайт, что вполне сравнимо по емкости с жесткими дисками. Однако в отличие от жесткого диска во флэш-памяти нет подвижных механических частей, поэтому с механической точки зрения срок ее жизни приближается к бесконечности.

Центральный процессор (ЦП) или Central Processing Unit (CPU) — это часть аппаратного обеспечения компьютера, отвечающая за выполнение операций заданных программами.

С 1981 года основная масса персональных компьютеров выпускается по стандарту IBM PC. Причина успеха компьютеров c архитектурой типа IBM PC заключается в том, что в их основе лежит принцип открытой архитектуры, состоящий в следующем:

- Компьютер это устройство, у которого обеспечена возможность сборки из независимо изготовленных частей.

- Методы сопряжения устройств с компьютером IBM PC доступны всем пользователям.

Структурная схема персонального компьютера (персонального компьютера) типа IBM PC представлена на рисунке.

Обычно ПК типа IBM PC состоит из:

В системном блоке располагаются все основные узлы компьютера (рис):

- электронные схемы, управляющие работой компьютера (материнская плата, видеоадаптер, сетевая и звуковая платы и др.) ;

- блок питания, преобразующий электропитание в сети в постоянный ток низкого напряжения, который подается на электронные схемы и устройства;

- накопитель (-и) на жестких магнитных дисках (HDD – Hard Disk Drive);

- CD-ROM (Compact Disk Read Only Memory – устройство для чтения информации с лазерных компакт-дисков).

К системному блоку подключаются различные устройства ввода-вывода: принтер, сканер, плоттер и др.

В случае конструктивного исполнения персонального компьютера в виде моноблока – монитор и системный блок объединены в единое устройство.

Системный блок

Системная (материнская) плата

Системная шина

ГТИИ

МП

Интерфейс клавиатуры

Основная память

Таймер

Видеоадаптер

Сетевой адаптер

Контроллер портов

Контроллер дисков

CD-ROM

HDD

Монитор

Сетевой кабель

Внешние устройства

К Л А В И А Т У Р А

Структурная схема персонального компьютера типа IBM PC

На основной электронной плате (материнской плате) компьютера размещены только те блоки, которые осуществляют обработку информации. Схемы, управляющие всеми остальными устройствами компьютера, реализованы на отдельных платах, называемые контроллерами или адаптерами, и вставляются в стандартные разъёмы на материнской плате – слоты. Через слоты контроллеры подключены непосредственно к системной шине, с помощью которой контроллеры взаимодействуют с микропроцессором и основной памятью компьютера.

На некоторые модели материнских плат фирмы-производители устанавливают микросхемы, выполняющие функции видеоадаптера, звуковой карты, сетевой карты и т.д. Таким образом, все контроллеры ввода-вывода интегрированы на одной материнской плате – это реализовано в ноутбуках и моноблоках.

Системная шина обеспечивает передачу информации:

- между микропроцессором и основной памятью;

- между микропроцессором и портами ввода-вывода внешних устройств;

- между основной памятью и портами ввода-вывода внешних устройств (в режиме прямого доступа к памяти).

Системная шина включает в себя:

- шину адреса (address bus), выполняющую параллельную передачу всех разрядов кода адреса ячейки основной памяти или порта ввода-вывода внешнего устройства;

- шину данных (data bus), предназначенную для параллельной передачи всех разрядов числового кода операндов.

- шину управления (control bus), предназначенную для передачи управляющих сигналов во все блоки компьютера.

Генератор тактовых импульсов (ГТИ) генерирует последовательность электрических импульсов, частота которых определяет тактовую частоту компьютера.

Основная память включает в себя:

- Постоянное запоминающее устройство (ПЗУ), которое используется для хранения неизменяемой (постоянной) программной и справочной информации. ПЗУ позволяет оперативно только считывать хранящуюся в нем информацию.

- Оперативное запоминающее устройство (ОЗУ), предназначенное для оперативной записи, хранения и считывания информации, непосредственно участвующей в информационно-вычислительном процессе, который выполняется компьютером в текущий момент времени. Достоинства ОЗУ: высокое быстродействие, возможность обращения к каждой ячейке памяти отдельно (прямой доступ к памяти). Недостаток ОЗУ: невозможность сохранения информации в ячейках ОЗУ после выключения питания компьютера (энергозависимость).

Микропроцессоры ЭВМ

Процессор – устройство, которое определяет назначение и внутреннюю организацию ЭВМ. В современных вычислительных системах имеется несколько процессоров, каждый из которых специализирован на решении конкретных задач, при этом всегда имеется центральный процессор (Central Processing Unit – CPU).

Микропроцессор – функционально законченное, программно-управляемое устройство обработки информации, выполненное в виде одной сверхбольшой интегральной схемы.

Структура микропроцессора

Микропроцессор выполняет следующие функции:

- чтение и дешифрацию команд из основной памяти;

- чтение данных из основной памяти и регистров адаптеров внешних устройств;

- прием и обработка запросов и команд от адаптеров на обслуживание внешних устройств;

- обработка данных и их запись в основную память и в регистры адаптеров внешних устройств;

- выработка управляющих сигналов для всех других блоков и устройств.

Функционально микропроцессор состоит из двух частей:

1. Операционной части, содержащей устройство управления, арифметико-логическое устройство и микропроцессорную память (за исключением нескольких адресных регистров).

2. Интерфейсной части, содержащей адресные регистры, блок регистров команд, схему управления шиной и портами.

Обе части работают параллельно, причем интерфейсная часть опережает операционную так, что выборка очередной команды из памяти производится во время выполнения операционной части предыдущей команды.

Микропроцессоры характеризуются следующими техническими характеристиками, такими как:

- Тактовая частота – количество элементарных операций (тактов), которые выполняет микропроцессор за одну секунду.

- Разрядность шины данных и шины адреса.

- Адресное пространство – максимальное количество ячеек основной памяти, которое может быть непосредственно адресовано микропроцессору.

- Степень интеграции – число элементов в интегральной схеме.

Арифметико-логическое устройство (АЛУ) предназначено для выполнения арифметических и логических операций преобразования информации. Функционально АЛУ обычно состоит из двух регистров, сумматора и схем управления

АЛУ выполняет арифметические операции (сложения, вычитания, умножения, деления) только над двоичной информацией с запятой, фиксированной после последнего разряда (целые двоичные числа). Выполнение операций над двоичными числами с плавающей точкой и над двоично-кодированными десятичными числами осуществляется:

- с привлечением математического сопроцессора;

- по специально составленным программам;

- с использованием специального вычислительного блока

Микропроцессорная память предназначена для кратковременного хранения, записи и выдачи информации, непосредственно участвующей в вычислениях.

Интерфейсная часть микропроцессора предназначена для связи и согласования микропроцессора с системной шиной, а также для приёма и предварительного анализа команд выполнения программы и формирования полных адресов операндов и команд.

Интерфейсная часть содержит:

- адресные регистры микропроцессорной памяти;

- узел формирования адреса;

- схему управления шиной и портами ввода-вывода;

- блок регистров команд;

- внутреннюю интерфейсную шину микропроцессора.

Порты ввода-вывода – пункты системного интерфейса ПК, через которые микропроцессор обменивается информацией с другими устройствами.

Таким образом, в микропроцессоре обмен данными производится через внутреннюю шину.

Схема управления внутренней шиной и портами микропроцессора выполняет следующие функции:

- формирование адреса порта и управляющей информации для него (переключение порта на приём или передачу и др.);

- приём управляющей информации от порта (информации о готовности порта и его состоянии);

- организация канала в системном интерфейсе для передачи данных между портами устройств ввода/вывода и микропроцессором.

Новейшие модели микропроцессоров содержат также внутреннюю кэш-память. Кэш-память представляет собой быстродействующую буферную память ограниченного объёма, которая располагается между процессором и основной памятью. В процессе работы компьютера отдельные блоки информации копируются из основной памяти в кэш-память, и при обращении процессора за командой или данными сначала проверяется их наличие в кэш-памяти. Если необходимая информация находится там, то она быстро извлекается – это называется кэш-попаданием. Если необходимая информация в кэш-памяти отсутствует, то она выбирается из основной памяти и одновременно заносится в кэш-память – это называется кэш-промахом.

Прерывания

Прерывание – временное прекращение основного процесса вычислений для выполнения некоторых запланированных или незапланированных действий, вызываемых работой аппаратуры ЭВМ или программой. Эти действия могут:

- носить сервисный характер;

- быть запросами со стороны программы пользователя на выполнение обслуживания со стороны операционной системы (ОС);

- быть реакцией на нештатные ситуации.

Механизм прерываний поддерживается на аппаратном уровне и позволяет реализовать:

1) эффективное взаимодействие программ с ОС;

2) эффективное управление программой аппаратного обеспечения ЭВМ.

Прерывания классифицируются на:

1) Аппаратные, возникающие как реакция микропроцессора на физический сигнал от некоторого устройства ПЭВМ (клавиатура, жесткий диск и т. д.). По времени возникновения эти прерывания асинхронны (происходят в случайные моменты времени).

2) Программные, которые вызываются искусственно с помощью соответствующей команды из программы. Предназначены для выполнения некоторых действий операционной системы, являются синхронными.

3) Исключения – разновидность программных прерываний, являющихся реакцией микропроцессора на нестандартную ситуацию, возникшую во время выполнения некоторой команды программы.

Организация стока поверхностных вод: Наибольшее количество влаги на земном шаре испаряется с поверхности морей и океанов (88‰).

Поперечные профили набережных и береговой полосы: На городских территориях берегоукрепление проектируют с учетом технических и экономических требований, но особое значение придают эстетическим.

Общие условия выбора системы дренажа: Система дренажа выбирается в зависимости от характера защищаемого.

Как уже отмечалось, персональный компьютер представляет собой наиболее развитый вид микропроцессорных систем. На основе персональных компьютеров можно строить самые сложные контрольно-измерительные, управляющие , вычислительные и информационные системы . Имеющиеся в персональном компьютере аппаратные и программные средства делают его универсальным инструментом для самых разных задач.

В случае вычислительных и информационных систем персональный компьютер не нуждается в подключении нестандартной аппаратуры, все сводится к подбору или написанию необходимого программного обеспечения. В случае же контрольно-измерительных и управляющих систем персональный компьютер оснащается набором инструментов для сопряжения с внешними устройствами и соответствующими программными средствами. Во многих случаях строить систему на основе персонального компьютера оказывается гораздо проще, быстрее и даже дешевле, чем проектировать ее с нуля на базе какого-то микропроцессора, микропроцессорного комплекта или микроконтроллера .

Конечно, в большинстве случаев система на основе персонального компьютера оказывается сильно избыточной, это плата за универсальность . Но в то же время один и тот же компьютер может решать самые разнообразные задачи. Например, в системе управления технологическими процессами или научными установками он может математически моделировать происходящие процессы, выдавать в реальном времени управляющие сигналы, принимать в реальном времени ответные сигналы, накапливать информацию, обрабатывать ее, обмениваться информацией с другими компьютерами и т.д. Развитый интерфейс пользователя (видеомонитор, полноразмерная клавиатура, мышь ) делают работу с персональным компьютером комфортной и эффективной. А стоимость персональных компьютеров вследствие большого объема выпуска постоянно снижается. Поэтому их использование не только удобно, но и экономически выгодно.

Но чтобы грамотно и полноценно использовать персональный компьютер в составе любых систем, надо иметь представление о его архитектуре , об основных принципах построения, об устройствах, входящих в его состав, наконец, о внешних интерфейсах.

7.1. Архитектура персонального компьютера

Персональный компьютер типа IBM PC имеет довольно традиционную архитектуру микропроцессорной системы и содержит все обычные функциональные узлы: процессор , постоянную и оперативную память , устройства ввода/вывода, системную шину, источник питания (рис.7.1). Основные особенности архитектуры персональных компьютеров сводятся к принципам компоновки аппаратуры, а также к выбранному набору системных аппаратных средств.

Функции основных узлов компьютера следующие:

Важная особенность подобной архитектуры — ее открытость, то есть возможность включения в компьютер дополнительных устройств, причем как системных устройств , так и разнообразных плат расширения. Открытость предполагает также возможность простого встраивания программ пользователя на любом уровне программного обеспечения компьютера.

Первый компьютер семейства, получивший широкое распространение, IBM PC XT, был выполнен на базе оригинальной системной магистрали PC XT- Bus . В дальнейшем (начиная с IBM PC AT) она была доработана до магистрали, ставшей стандартной и получившей название ISA ( Industry Standard Architecture ). До недавнего времени ISA оставалась основой компьютера. Однако, начиная с появления процессоров i486 (в 1989 году), она перестала удовлетворять требованиям производительности, и ее стали дублировать более быстрыми шинами: VLB ( VESA Local Bus ) и PCI ( Peripheral Component Interconnect bus ) или заменять совместимой с ISA магистралью EISA ( Enhanced ISA ). Постепенно шина PCI вытеснила конкурентов и стала фактическим стандартом, а начиная с 1999 года в новых компьютерах рекомендуется полностью отказываться от магистрали ISA , оставляя только PCI . Правда, при этом приходится отказываться от применения плат расширения, разработанных за долгие годы для подключения к магистрали ISA .

Другое направление совершенствования архитектуры персонального компьютера связано с максимальным ускорением обмена информацией с системной памятью. Именно из системной памяти компьютер читает все исполняемые команды, и в системной же памяти он хранит данные. То есть больше всего обращений процессор совершает именно к памяти. Ускорение обмена с памятью приводит к существенному ускорению работы всей системы в целом. Но при использовании для обмена с памятью системной магистрали приходится учитывать скоростные ограничения магистрали. Системная магистраль должна обеспечивать сопряжение с большим числом устройств, поэтому она должна иметь довольно большую протяженность; она требует применения входных и выходных буферов для согласования с линиями магистрали. Циклы обмена по системной магистрали сложны, и ускорять их нельзя. В результате существенного ускорения обмена процессора с памятью по магистрали добиться невозможно.

Разработчиками был предложен следующий подход. Системная память подключается не к системной магистрали, а к специальной высокоскоростной шине, находящейся "ближе" к процессору, не требующей сложных буферов и больших расстояний. В таком случае обмен с памятью идет с максимально возможной для данного процессора скоростью, и системная магистраль не замедляет его. Особенно актуальным это становится с ростом быстродействия процессора (сейчас тактовые частоты процессоров персональных компьютеров достигают 1—3 ГГц).

Таким образом, структура персонального компьютера из одношинной, применявшейся только в первых компьютерах, становится трехшинной (рис. 7.2).

Назначение шин следующее:

к локальной шине подключаются центральный процессор и кэш -память (быстрая буферная память );
к шине памяти подключается оперативная и постоянная память компьютера , а также контроллер системной шины;
к системной шине (магистрали) подключаются все остальные устройства компьютера.

Все три шины имеют адресные линии, линии данных и управляющие сигналы. Но состав и назначение линий этих шин не совпадают между собой, хотя они и выполняют одинаковые функции. С точки зрения процессора, системная шина ( магистраль ) в системе всего одна, по ней он получает данные и команды и передает данные как в память , так и в устройства ввода/вывода.

Временные задержки между системной памятью и процессором в данном случае минимальны, так как локальная шина и шина памяти соединены только простейшими быстродействующими буферами. Еще меньше задержки между процессором и кэш -памятью, подключаемой непосредственно к локальной шине процессора и служащей для ускорения обмена процессора с системной памятью.

Если в компьютере применяются две системные шины, например, ISA и PCI , то каждая из них имеет свой собственный контроллер шины, и работают они параллельно, не влияя друг на друга. Тогда получается уже четырехшинная, а иногда и пятишинная структура. Пример такой структуры компьютера приведен на рис. 7.3.

В наиболее распространенных настольных компьютерах класса Desk-top в качестве конструктивной основы используется системная или материнская плата ( motherboard ), на которой располагаются все основные системные узлы компьютера, а также несколько разъемов (слотов) системной шины для подключения дочерних плат — плат расширения (интерфейсных модулей, контроллеров, адаптеров). Как правило, современные системные платы допускают замену процессора, выбор его тактовой частоты, замену и наращивание оперативной памяти, выбор режимов работы других узлов.

На системной плате сейчас обычно располагаются также основные средства внешнего интерфейса, служащие для присоединения как встроенных устройств (например, дисковых носителей), так и внешних устройств компьютера (например, клавиатуры, мыши, принтера, сканера, модема). Для подключения видеомонитора, как правило, используется специальная плата расширения ( контроллер дисплея), вставляемая в один из слотов. Это позволяет заменять ее более мощной при необходимости установки нового монитора.

Отметим, что для получающих все более широкое распространение портативных персональных компьютеров класса ноутбуков ( notebook ) применяются несколько иные конструктивные решения. В частности, в них отсутствуют слоты расширения системной шины, а практически все узлы компьютера выполняются на одной плате. Но мы в основном будем говорить о компьютерах типа desktop (настольных), так как именно они наиболее приспособлены для построения сложных систем, допускают довольно простую модернизацию ( upgrade ) и настройку на конкретные нужды пользователя.

IBM PC. Популярная игровая платформа и компьютер по умолчанию. Его можно встретить и дома и на работе и он справляется с любой ролью. Но всегда ли он был главным на сцене или даже основным? Чтобы ответить на эти вопросы мы отправимся в прошлое. В 90-е годы стандарт IBM PC стал становиться всё более популярным, пока не появился Windows 95, а буквально через пару лет и доступный ускоритель трёхмерной графики. То есть за одно поколение IBM PC совершил прыжок от сомнительного выбора с игровой точки зрения, до игровой платформы по умолчанию. Но так было не всегда.

Ниже идёт адаптированный текстовый транскрипт нашего видео, где помимо рассказа есть также и геймплей игр и какие-то моменты, которые в этот текст не вошли.

В 80-е, если вы хотели компьютер для гейминга, то ваш выбор был достаточно широк. Все известные компании что-то предлагали: Apple, Atari, Commodore, Sinclair и Texas Instruments. В Японии был вообще свой рынок со своими стандартами, и про компьютеры стандарта MSX, которые делались с расчётом на игры, мы рассказывали отдельно. Но IBM PC вы среди них не найдёте.

Почему? А потому что компания IBM, название которой расшифровывается как International Business Machines была нацелена на бизнес-пользователей: базы данных, таблицы, отчёты, документы. Всё, чтобы перевести ваш бумагооборот в электронный вид. IBM PC в первые годы своего существования пользовался успехом именно в этой среде. Потому что это и был весь спектр рынка компании IBM, которая производила вычислительную технику с момента её появления. Ещё до первых ЭВМ в середине 40-х годов XX века, они выпускали счётные машины на перфокартах и печатные машинки с электроприводами. В их компании создали первый жёсткий диск и первую микросхему динамической памяти DRAM. Первые гибкие диски появились в обиходе также из-за компании на три буквы.

Первый IBM PC имел текстовый режим графики или четыре радикальных цвета, одноголосую пищалку в качестве звука, там не было выделенных чипов для обработки или ускорения графики, и он шёл без джойстиков в комплекте. Стартовая цена? 1.5 тысячи долларов за модель с 16 килобайтами памяти, без дисководов и тем более жёсткого диска. И без монитора в комплекте. Адекватная же конфигурация с дисководом, монитором и 64 килобайтами памяти стоила 3000 долларов. И это не максимальный вариант. То есть платя бОльшие деньги чем за тот же Apple 2 или C64 вы получали меньше. Даже по скорости вычислений — процессор IBM PC примерно равнялся в производительности процессору из Эппл, несмотря на несколько лет разницы и отличия в архитектуре между ними. IBM не хотели создавать передовой компьютер, а лишь тот, который умеет тоже, что и другие.

И зачем людям, увлекающимися играми было покупать вот это? И зачем вообще люди стали делать IBM-совместимые компьютеры?

Как ни странно, отчасти от влияния компании IBM. Она занимала 70% рынка мейнфреймов и миникомпьютеров. ПК в те годы называли микрокомпьютеры. До эпизода с PC это была очень закрытая фирма со своей строгой культурой, и даже в те времена она уже занималась как продажей так и обслуживанием своих систем. IBM прочно ассоциировалась с вычислительными центрами, но никак не домашним или персональным сектором рынка. С IBM PC всё стало по-другому - новый рынок, и наверное антимонопольное законодательство, вынудили их измениться. И поэтому, они раскрыли все спецификации своего нового продукта, за исключением BIOS, на разработку и создание которого потратили огромные средства. Буквально можно было купить книжку с распиновкой всех плат и чипов за $35, которая в деталях описывала работу всех составляющих компьютера. Берите и делайте что-то своё!

Такой же подход был и к программам — сама IBM в первые годы вообще не создавала софта для своего нового компьютера. Этим занимались уже имевшие успех люди, такие как. Microsoft. У них был лицензирован интерпретатор языков BASIC, и компилятор Pascal, и они же подогнали первую операционную систему, которую правда не сами создали, а купили и доработали. Создатели 86DOS даже и не догадывались, что их "быстрая и грязная ОС" потом превратиться в MS-DOS. Microsoft также создали или скорее портировали один из ланчтайтлов для системы — игру под названием Adventure. Текстовый квест, перенесённый с мейнфреймов. Неслыханно для IBM.

Но рынок был уже поделён к тому моменту. А компания Tandy, выпускавшая компьютеры TRS владела торговой сетью Radio Shack в 8000 магазинов по всей Америке, они были чем-то столь обыденным как и точки фастфуда. Однако, разработчикам понравилась открытая система IBM PC, где создавать софт и железо могли все кто хотел, в отличие от других систем, и они создавали порты своих программ, популярных программ, которые бы сама IBM с нуля не смогла сделать так быстро. Например, среди софта при начале продаж были хиты с Apple II - редактор таблиц VisiCalc, и редактор текста EasyWriter, первые в своём деле и крайне востребованные.

Спустя месяц после начала продаж уже стали появляться и приложения от сторонних разработчиков. Тоже касалось и железа — пока IBM не представила свои жёсткие диски, кто-то уже создал модели под их спецификации.

Так с чем же пришла IBM к геймерам? Среди первых были образовательные игры про арифметику(Arithmetic Games Set 1-2), простые вариации шахмат (Chess. просто Chess), пара простеньких текстовых адвенчур (Miser's House и Adventure), и даже прото-РПГ (The Wizard's Castle). К концу года появилась уже дюжина игр, что для платформы, которая начала продаваться где-то в октябре не так плохо.

И теперь мы понимаем почему для IBM PC стали делать игры, хотя они не показывали ни хорошей графики, ни имели нормального звука, и были слабее чем конкуренты. Они стали популярными не через три или пять лет, а практически сразу, а конкуренты стали создавать компьютеры по стандарту IBM, чтобы получить долю этого рынка, и создать более дешёвый IBM PC. Ведь они сами говорили, что можно сэкономить, собирая их самостоятельно. Сама компания не планировала, что компьютер станет столь прибыльным, но столкнулась с огромным спросом уже в первый год производства, а дальше он только рос.

По умолчанию первая модель предлагалась с двумя видеокартами: CGA, цветной графический адаптер и MDA, монохромный адаптер дисплея. Можно ли назвать такую карту графической если она выводит только текст? Например, первая игра, Microsoft Adventure использует именно этот режим, и многие игры начала 80-х использовали его тоже, поскольку он стоял у всех и обеспечивал относительно высокое разрешение для просмотра текста. 80 столбцов и 25 строк или 720х350 точек. На это отводилось всего 4 килобайта видеопамяти, при том, что сама плата была совершенно огромна. Игры могли использовать лишь текст или же символы из таблицы в качестве псевдографики.

CGA выбирали не все — он имел вдвое меньшее разрешение, что критично для работы с текстом, не имел порт для принтера как MDA, и всего четыре цвета. Эти четыре цвета — розовый, голубой, белый и чёрный определили облик почти всех PC-игр на ближайшие пять лет. А в каких-то случаях до начала 90-х. Для точности скажем, что режим CGA имел несколько возможных четырёхцветных палитр, выбираемых из 16 доступных цветов, но далеко не все создатели игр их использовали, особенно после того как появились другие форматы графики. Впрочем, некоторые игры, например от Taito даже позволяли переключать эти палитры в игре.

Но с CGA режимом не всё так просто — кроме 320х200 в четыре цвета, он также поддерживал монохромный режим в более высоком разрешении 640х200, а на вдвое уменьшенном размере экрана — 160х100 он может показывать 16 цветов с оговорками. Но первый был непопулярен из-за ограничения по цвету, а второй из-за дополнительной работы. Игр во втором режиме было совсем мало, например Moon Bugs и Round 42. Но ещё, использую артефакты режима NTSC можно было добиться вывода 16 человеческих оттенков, зная как цвета "протекают" друг друга и были игры использовавшие эти трюки очень хорошо, делая графику привлекательной. Но за это приходилось платить чёткостью изображения, в тексте появлялись подтёки и слишком маленький шрифт или недостаточно контрастный рисковал стать нечитаемым. Более того, он требовал подключения через композитный вход, который использовал стандартный RCA-штекер, а не цифровой RGB, но многие пользователи в первые годы и так пользовались композитным выходом т. к. IBM сначала просто не выпускала мониторы с цифровым подключением.

Был и третий вариант — это плата Hercules или Геркулес. Вот это как раз пример того как сторонняя фирма используя открытые стандарты делает что-то своё и добивается успеха. Этот адаптер позволял иметь и текстовый режим высокой чёткости и монохромный графический режим в тех же 720х350 точек. Тот же Макинтош, который появился спустя пару лет имел меньшее разрешение. Геркулес поддерживают сотни DOS-игр, хотя не все конверсии удачны, ведь цвета всего два и других эффектов приходилось добиваться штриховкой. Игры, где есть чёткие линии смотрятся хорошо, это стратегии и симуляторы. Но не всю графику перерисовывали, а часть просто конвертировали автоматически, что тоже не всегда было удачно, особенно там где много объектов и движения. Вместо мелких деталей могла появляться просто каша. Но тем не менее, формат Hercules был успешным и в играх он поддерживался до 92-93 года.

Но всё же IBM был компьютер для бизнеса, офисной машинкой. А что нужно в офисе? Печатные машинки. А поскольку встроенного видео в них было, и за него нужно было доплачивать, то многие машины первого поколения имели как раз текстовую графику или Геркулес. Но вместе с 5150 и XT была и другая модель, которую мало видели, и мало помнят.

IBM Pcjr или джуниор – младший стала попыткой сделать что-то специально для домашних пользователей, для которых была нужна не только скорость в вычислении баз данных, но и развлечения — игры, какие-то программы для хобби, по более доступной цене. PC junior имел от 64 килобайт памяти, встроенную графику в 16 цветов, трёхголосый звук, встроенные порты для игровых контроллеров, разъёмы для картриджей и даже беспроводную клавиатуру. DOS находился в микро В анонсе это звучало как IBM PC Home Edition, и многие ждали его с нетерпением после успеха оригинала. Sierra сделала King’s Quest специально для IBM PСjr и при финансировании компании, создав новый продвинутый движок с нуля.

Но когда в марте 83 года компьютер поступил в магазины, то энтуазизм стал исчезать. Во-первых, IBM явно сэкономила — клавиатура была низкого качества, не механическая, как у старшей модели, а скорее напоминала увеличенную клавиатуру калькулятора с неудобными кнопками. Она вошла в анналы истории и прочно в них засела.

Во-вторых, компьютер от IBM был не полностью IBM-совместимым, то есть на нём работали не все программы, в том числе многие из тех, что сделали платформу популярной. Внушительный каталог софта надо было проверять на свой страх и риск на совместимость. Свыше половины программ не работало корректно.

В-третьих, в отличие от открытого и понятного IBM PC на джуниоре использовались проприетарные технологии и были проблемы с расширением. Сначала был только один дисковод и максимум 128 килобайт памяти, чего не хватало для запуска отдельных программ с IBM PC.

И наконец, для домашнего компьютера он всё равно был недёшев и за те же деньги, а это от 700 до 1200 долларов, можно было купить почти любой компьютер конкурентов.Тех же базовых 64 килобайт памяти едва хватало для нормальной работы, ведь буфер видеопамяти мог отъедать до половины этого объёма. Конечно, IBM спохватилась, заменила клавиатуру, добавили оперативки, но было уже поздно метаться — их неудачу заметили. Всё что оставалось — это распродовать джуниоры по сниженным ценам, что IBM и сделали. Но по полной цене их никто покупать уже не хотел, они ликвидировали остатки через своих же сотрудников, и через год закрыли проект.

IBM также решил испытать свои силы в другом месте - в Японии, где они выпустили IBM PC JX, которую называют второй версией Pcjr, но о его судьбе мало что известно.

В Tandy 1000 были те же графика и звук, до 640 килобайт памяти, не было невостребованных слотов для картриджей, был выход на обычный телевизор, а не только монитор, и конечно, же более-менее нормальная клавиатура. Также он имел лучшую совместимость с стандартом IBM – порядка 90% программ работали нормально. Цена в 84-м году — 1200 долларов, та же, что и за Pcjr. То есть клон от танди оказался успешнее чем оригинал от синего гиганта и продавался не год или два, а до начала 90-х, получая различные апгрейды. Так, если вы запустите игры тех лет, или откроете печатное руководство, то среди прочих там можно найти поддержку стандарта Tandy, а не Pcjr. Именно так он вошёл в историю.

Цена контрастировала и с новой моделью от IBM, появившейся в 84-м – 286-й или AT, что означает advanced technologies т. е. продвинутые технологии. В отличие от первого компьютера здесь уже было чем похвастаться перед другими — 16-битный процессор Intel 286 с частотой 6 МГц, 24-битная шина, что позволяло иметь до 16 мегабайт оперативной памяти — колоссальный объём на то время, впрочем, цена на память тоже была коллосальной. На AT ставили 5-дюймовый дисковод на 1.2 мегабайта, то есть в три раза больше, чем у оригинала. Жёсткий диск на 20 мегабайт по умолчанию. И конечно же, он имел обратную поддержку программ, плат и устройств для IBM PC. Но какова была цена вопроса? 4000-6000 долларов и больше. Выше чем у оригинального IBM PC в топовой комплектации.

Под AT и процессор 286 игры стали активно выходить лишь в конце 80-х, а до этого большинство игр требовало лишь оригинальный 8086/8088. То есть ему понадобилось почти пять лет прежде чем стал «народным». Вульфенштейн 92 года работает именно на нём, а также Day of the Tentacle и Flashback 93-го. Хотя к тому моменту появился уже и 486 с тактовой частотой в десять раз выше, и куда большей производительностью.

В один год с IBM AT пришёл и новый стандарт графики - PGA и EGA. Первый был адаптером для профессиональных CAD-приложений, то есть инженерной графики и проектировки, и поддерживал режим 640х480х256 цветов, и при этом стоил как сам компьютер, поскольку он состоял из трёх печатных плат, где были отдельный процессор и оперативная память. А вот второй был более доступной опцией за 550 долларов.

Стандарт EGA (Enhanced Graphics Adapter) был апгрейдом CGA, был с ним совместим, поддерживая те же видеорежимы и все 16 цветов сразу, плюс к этому поддерживал до 16 цветов из новой палитры в 64 в разрешении 640х350. Чаще всего использовался стандартный для тех лет 320х200 и стандартная CGA-палитра — отчасти из-за лени программистов осваивать новые технологии, а отчасти из-за нужды иметь совместимый CGA-режим. Поэтому, игр которые используют все возможности этой графической карты не так много, а стандартную EGA-палитру видно за километр из-за одних и тех же едких цветов. Из-за довольно высокой цены, её широкая поддержка началась лишь спустя пару лет.

То есть дорогая карта по сути предлагала те же возможности, что и компьютер стандарта Tandy, который стоил 1200 долларов целиком с монитором. А уже через год появляется Amiga и Atari ST, которые предлагают то же и даже больше, при этом стоят в районе 1500 долларов за весь компьютер. Поэтому, понятно, почему даже с графическим апгрейдом IBM PC AT не стал передовой игровой платформой - он был многим банально не по карману.

Но из тех, кто хорошо работал с EGA можно назвать SimCity. Оригинал этой серии про постройку города вышел в 89-м году, и поддерживал почти все популярные графические режимы. И CGA, и Hercules, и Tandy и как раз EGA, с которым игра показывала вам город в относительно высоком разрешении 640х350 и 16 цветах - самая красивая опция до последующих релизов.

Поддержка EGA продолжилась до первой половины 90-х, по факту стандарт прожил 10 лет. Платформеры вроде Commander Keen, Duke Nukem, Cosmo’s Adventure начали свою жизнь как EGA-приложения для более широкой аудитории и из-за того, что именно для этого стандарта Джоном Кармаком был написан движок с плавной прокруткой, то чего до этого на ПК почти не видели.

По-настоящему, эпоха гейминга на ПК началась где-то в 87-м году, когда появились многие недостающие звенья. Почему он был не особо популярен поначалу как игровая платформа? Потому что это была часто офисная печатная машинка, которая не имела даже графической карты. CGA показывал убогую картинку даже на момент своего появления, и для использования на полную требовались усилия, которые не все были готовы прикладывать. EGA поначалу был очень дорог и долго раскачивался. На IBM PC не было аппаратной поддержки прокрутки экрана или поддержки спрайтов. Как и звука тоже не было, не считая малораспространённые, или слишком дорогие устройства. Лишь к концу 80-х, когда появился стандарт VGA, процессор 386, и одна из первых доступных аудиокарт — Adlib к нему стали относиться серьёзно как к полноценной игровой платформе. Но это уже материал для отдельного рассказа.

(Канал на ютубе, где ещё десятки подробных выпусков тематику истории игр, ПК и прочего)

Читайте также: