Принцип какой архитектуры был заложен в персональный компьютер ibm pc
В 1982 году фирма IBM приступила к выпуску компьютеров IBM РС с процессором Intel 8088, в котором были заложены принципы открытой архитектуры, благодаря которому каждый компьютер может собираться как из кубиков, с учётом имеющихся средств и с возможностью последующих замен блоков и добавления новых.
Заключение
Открытая архитектура для ПК от IBM несет в себе некую свободу для пользователей, которые самостоятельно могут собирать устройства своими руками, ч его не скажешь о закрытой архитектуре, где об этом уже позаботились производители.
Мы будем очень благодарны
если под понравившемся материалом Вы нажмёте одну из кнопок социальных сетей и поделитесь с друзьями.
Что означает принцип открытой архитектуры ПК?
Принцип открытой архитектуры означает, что персональный компьютер сделан единым неразъемным устройством
Какая фирма впервые использовала открытую архитектуру Пэвм?
Заключение
Открытая архитектура для ПК от IBM несет в себе некую свободу для пользователей, которые самостоятельно могут собирать устройства своими руками, ч его не скажешь о закрытой архитектуре, где об этом уже позаботились производители.
Мы будем очень благодарны
если под понравившемся материалом Вы нажмёте одну из кнопок социальных сетей и поделитесь с друзьями.
Принцип открытой архитектуры компьютера
Принцип открытой архитектуры компьютера — это архитектурное построение, которое позволяет выполнять сборку, модернизацию и ремонтные работы компьютера по его отдельным модульным элементам.
Какую архитектуру компьютера называют открытой?
Персональные компьютеры (ПК) являются устройствами с так называемой открытой архитектурой компьютера. Это означает, что в них стандартизированы методы подключения любых периферийных устройств, которые разработчики устройств хотели бы предложить пользователям ПК.
Общие сведения
В 1975 году был спроектирован и собран первый персональный компьютер, который стал революционным событием для общественной и промышленной сферы жизни человечества. Прежде электронная вычислительная машина (ЭВМ) была доступна только большим предприятиям или крупным научно – исследовательским центрам. Маленьким организациям было не по карману приобретать стационарные ЭВМ.
Персональные электронные вычислительные машины (ПЭВМ) принадлежат к категории компьютеров личного (индивидуального) использования. То есть, они превратились в общедоступный инструментарий, который позволяет в разы повысить эффективность умственного (и не только) труда. Решая похожие задачи, разные ЭВМ, при этом, жёстко конкурировали между собой, как и производящие их компании. Разные фирмы искали различные технологические и конструкторские решения для улучшения своей продукции. И само собой, найденные решения имели гриф секретности, и мало кто был осведомлён как функционирует тот или иной компьютер, который, к тому же, представлял собой монолитный блок, не подлежащий усовершенствованию и изменению комплектации. Архитектурные особенности реализации компьютера были недоступны простым пользователям.
В чем заключается концепция открытой архитектуры на материнской плате?
Открытая архитектура предусматривает строгую стандартизацию главных системных шин и свободу подключения к главной шине через соответствующие устройства управления (контроллеры, карты) любого (с некоторыми ограничениями) набора и в любом порядке устройств ввода и вывода информации.
Альтернатива открытой архитектуре от IBM
Не сложно предположить, что раз есть открытая архитектура ПК от IBM, то , скорее всего , есть и закрытая архитектура. Это правда . Закрытую архитектуру производства компьютеров представляет компания Apple. Вообще , соперничество между Apple и IBM началось еще несколько десятков лет назад и продолжается до сих пор, но это тема другой статьи.
Отличительн ая особенност ь такой архитектуры — компания-производитель контролирует все компоненты и программное обеспечение компьютера. То есть пользователь не может совершить апгрейд устройства, а может только заменить его на новое с улучшенными характеристиками. Пользователь также не может сменить операционную систему компьютер а н а ту, которая ему по душе, а только на ту, что предлагает производитель компьютера.
С одной стороны, закрытая архитектура кажется сильно «ограниченной» и сковывающей индивидуальность пользователей, но с другой стороны , при такой реализации компания-производитель полностью несет ответственность за свое устройств о — это, в первую очередь, сказывается на безопасности и производительности устройств.
Кто разработал архитектуру персонального компьютера?
В основу построения большинства компьютеров положены принципы, сформулированные Джоном фон Нейманом.
Альтернатива открытой архитектуре от IBM
Не сложно предположить, что раз есть открытая архитектура ПК от IBM, то , скорее всего , есть и закрытая архитектура. Это правда . Закрытую архитектуру производства компьютеров представляет компания Apple. Вообще , соперничество между Apple и IBM началось еще несколько десятков лет назад и продолжается до сих пор, но это тема другой статьи.
Отличительн ая особенност ь такой архитектуры — компания-производитель контролирует все компоненты и программное обеспечение компьютера. То есть пользователь не может совершить апгрейд устройства, а может только заменить его на новое с улучшенными характеристиками. Пользователь также не может сменить операционную систему компьютер а н а ту, которая ему по душе, а только на ту, что предлагает производитель компьютера.
С одной стороны, закрытая архитектура кажется сильно «ограниченной» и сковывающей индивидуальность пользователей, но с другой стороны , при такой реализации компания-производитель полностью несет ответственность за свое устройств о — это, в первую очередь, сказывается на безопасности и производительности устройств.
Принцип открытой архитектуры компьютера
Революционным событием стало решение ведущей компьютерной фирмы IBM спроектировать и собрать компьютер с указанной в его паспорте архитектурой. Это был компьютер IBM PC (на основе процессора Intel-8086), поступивший в продажу в 1981 году. Отдельно было подчёркнуто, что этот компьютер возможно подвергнуть модернизации, устанавливая разные дополнительные блоки и устройства периферии или просто меняя их на более совершенные.
Затем другие компании стали проектировать компьютеры, которые были совместимы с IBM PC, и это возвело его в ранг стандарта компьютерной техники. Существует, однако, мнение, что этот, по сути революционный, поступок погубил компанию IBM. Сегодня её часть компьютерного рынка бесконечно маленькая, но зато термин «IBM-PC-совместимый», навечно вписал имя этой компании в историю развития компьютерной техники.
Принципиальная позиция открытой архитектуры состоит в том, что компьютерные компании не делают тайны из комплектации компьютера, и она может быть легко изменена или модернизирована. Это обстоятельство позволяет менять какой-либо модуль в компьютере, не заботясь о его совместимости с данной компьютерной модификацией.
Готовые работы на аналогичную тему
Говоря иначе, если пользователь хочет улучшить параметры компьютера, то ему достаточно искать модуль (деталь) с лучшими характеристиками, не обращая внимания на то, кто является производителем (конечно, при условии, что этот модуль принадлежит к IBM-совместимым устройствам). Около 85% на рынке компьютеров принадлежит компьютерам, разработанным на базе открытости архитектуры.
Одним из примеров компьютеров, выполненных без применения открытости, могут служить компьютеры компании Apple. Они не имеют широкого распространения в Российской Федерации по причине высокой цены и несовместимости программного обеспечения. Но с другой стороны, на высоком уровне находится безопасность данных пользователей этих компьютеров, так как достаточно проблематично осуществить взлом «закрытой архитектуры».
Новый импульс открытая архитектура получила с развитием сети интернет. А конкретнее, любое оборудование, которое подключено к персональному компьютеру, может быть использовано в многопользовательском режиме. Каждый персональный компьютер имеет в интернете свой уникальный адрес и у каждого модуля ввода-вывода он тоже есть. Это означает, что комбинация адреса персонального компьютера и модуля ввода-вывода позволяет открыть доступ ко всем открытым для общественного пользования устройствам.
В целях безопасности личных данных, пользователям необходимо помнить об этих свойствах открытой архитектуры компьютера и тщательно отстраивать доступ к периферийным устройствам. К примеру, все жёсткие диски или какие-либо каталоги на них могут стать доступными через внешние сети при помощи закладки «Доступ» в разделе «Свойства». Таким же образом может быть открыт доступ и к другому различному оборудованию (принтеру, сканеру и тому подобное). Естественно, глупо предполагать, что кому-то потребуется распечатать что-то на удалённом принтере без возможности забрать распечатки, но вот данные с жёсткого диска вполне вероятный объект кражи. Там может быть чья-то личная информация, пароли доступа и тому подобное, что не обязательно должно быть доступно широкому кругу людей. Возможен также вариант случайного доступа, когда, к примеру, системный программист, обслуживая компьютер, открыл для себя доступ к памяти компьютера, а затем позабыл выключить его по завершению всех процедур по обслуживанию.
Что такое архитектура ПК от IBM
конструкция устройства должна предусматривать возможность расширения возможностей системы;
изменени я внутри системы не должны требовать лицензионных соглашений или затрат;
пользователь самостоятельно может изменять базовые возможности компьютерной системы.
Архитектура ПК от IBM: основы
присутствует центральный процессор Intel и/или совместимые с ним процессоры других производителей;
регламентируется процедура стартового запуска системы;
есть механизм собственного конфигурирования системы;
присутствует реестр системы, где хранятся сведения о конфигурации устройства;
блочная организация памяти в устройстве, к которой организован прямой доступ;
наличие нормативов, которые описывают конструкцию компьютера, режимы работы, протоколы по обмену данными и др.
Кто заложил принципы открытой архитектуры компьютера?
Какая архитектура компьютера позволяет использовать устройства от разных производителей?
Что такое принцип открытой архитектуры Какие основные особенности компьютеров с открытой архитектурой?
Открытая архитектура — тип архитектуры компьютера или архитектуры программного обеспечения, предназначенной для простого добавления, обновления или замены компонентов. Примерами такой архитектуры являются компьютеры IBM PC, Amiga 500 и Apple II, позволяющие устанавливать платы расширения.
Что такое принцип открытой архитектуры Какие основные особенности компьютеров с открытой архитектурой?
Открытая архитектура — тип архитектуры компьютера или архитектуры программного обеспечения, предназначенной для простого добавления, обновления или замены компонентов. Примерами такой архитектуры являются компьютеры IBM PC, Amiga 500 и Apple II, позволяющие устанавливать платы расширения.
Какой фирмой был реализован принцип открытой архитектуры?
В каком поколении появились микропроцессоры?
Очередное революционное событие в электронике произошло в 1971 году, когда американская фирма Intel объявила о создании микропроцессора. Микропроцессор — это миниатюрный мозг, работающий по программе, заложенной в его память.
Архитектура ПК IBM и что такое принцип открытой архитектуры
Проектирование любого устройства ведется по какой-либо схеме, принципу или архитектуре. Так же и с ПК IBM, где присутствует собственная архитектура производства устройств, которую принято называть «открытой». Именно компания IBM принесла данную структуру в производство компьютеров.
IBM — это одна из самых известных и старых компаний среди производителей электронных устройств. Она всегда стояла в первых рядах , продвигающих технологический прогресс. Начало ее деятельности датируется 1896 годом, когда было запатентовано первое устройство для работы с перфокартами — табулятор. Запатентовал его некий Герман Холлерит, который дал начало развитию этой организации, но вначале она называлась ТМС. С те х пор прошло очень много времени , и на сегодняшний день IBM — с амая известная компания, чьи компоненты используют около 95% всех компьютеров в м ире.
Именно эта компания ввела в производство компьютеров философию открытой архитектуры ПК, которую так и прозвали — «архитектура IBM».
Кто придумал архитектуру современного компьютера?
Первая документально оформленная компьютерная архитектура находилась в переписке между Чарльзом Бэббиджем и Адой Лавлейс, описывающим механизм анализа. При создании компьютера Z1 в 1936 году Конрад Цузе описал в двух патентных заявках свои будущие проекты.
Комплектация компьютера
Персональный компьютер сегодняшнего дня имеет в своём составе системный блок, монитор, клавиатуру и «мышку». Эти четыре компонента являются так называемой базовой конфигурацией персонального компьютера.
К системному блоку возможно подключение разнообразной периферии при помощи разнообразных разъёмных соединений. В системном блоке расположена системная, иначе материнская, плата, которая является наиболее объёмной электронной схемой. Она синхронизирует функционирование всех других компонентов компьютера, формируя их в единый комплекс. На материнской плате расположены все другие компьютерные модули, которые соединяются с ней через различные разъёмы. Оперативная память предназначена для сохранения временной информации и построена как внутренняя энергозависимая структура. В реальности это одна или набор маленьких плат, которые вставляются в предназначенные для них разъёмы на материнской плате.
В IBM PC была заложена возможность усовершенствования отдельных частей компьютера и использования новых устройств. Фирма IBM обеспечила возможность сборки компьютера из независимо изготовленных частей.
Принцип, при котором методы сопряжения различных устройств с IBM PC был стандартизован и известен и доступен всем желающим, был назван Принципом открытой архитектуры.
Реализация этого принципа такова:
На основной электронной плате компьютера (системной, или материнской) размещены только те блоки, которые осуществляют обработку информации. Схемы, управляющие всеми другими устройствами компьютера - монитором, дисками и т.д., реализованы на отдельных платах, которые вставляются в стандартные разъемы на системной плате.
При таком подходе фирмы IBM к разработке компьютеров другие фирмы получили возможность разрабатывать различные дополнительные устройства, а пользователи - самостоятельно модернизировать и расширять возможности компьютеров по своему усмотрению.
![]() вариант1 одной из таких плат | ![]() вариант2 одной из таких плат |
Сейчас многие фирмы производят IBM- совместимые компьютеры и комплектующие к ним.
Материнская плата (MotherBoard) – главная плата, на которой располагают-
ся основные компоненты компьютера, определяющие его архитектуру. Она связы-
вает все устройства компьютера между собой. Большинство материнских плат вы-
полняются в так называемом «офисном» варианте, и платы связи с внешними
устройствами (адаптеры, контроллеры) уже встроены (интегрированы) в неё. Бо-
лее продвинутые материнские платы содержат лишь основные узлы и разъёмы для
подключения контроллеров и адаптеров, выполненных в виде отдельных печатных
плат и имеющих лучшие характеристики, чем в офисном исполнении.3
Конструктивные особенности материнских плат характеризуются форм-
фактором, который определяет размеры материнской платы, тип разъёма питания,
расположение элементов крепления, размещение разъёмов и т.д. На материнской
микропроцессорный комплект (микросхемы чипсета);
постоянная память (ПЗУ);
разъёмы для подключения оперативной памяти (ОЗУ);
разъёмы для подключения дисковых накопителей;
слоты (разъёмы для подключения дополнительных устройств).
Микропроцессор – основная микросхема компьютера, которая осуществляет
все арифметико-логические операции, заданные программой, управляет вычисли-
тельным процессом и координирует работу всех устройств компьютера.
Начиная с микропроцессоров Intel 486 центральный процессор и математиче-
ский сопроцессор стали собирать в одном корпусе. Математический сопроцессор
предназначен для выполнения операций над числами с плавающей запятой.
Микропроцессоры отличаются друг от друга типом и тактовой частотой.
Тип микропроцессора определяет его архитектуру. Наиболее распространён-
ные типы – это INTEL и AMD.
Микропроцессоры фирмы Intel Микропроцессоры фирмы AMD
Тактовая частота показывает количество элементарных операций, которое
совершает микропроцессор за единицу времени, измеряется в мегагерцах (МГц).
Современные микропроцессоры работают с тактовыми частотами в 2 ГГц и выше.
Микропроцессоры выпускаются двух классов:
CISC (Complex Instruction Set Commands) – процессор с полным набором
RISC (Reduced Instruction Set Commands) – процессор с сокращённым
набором инструкций (команд).
По мере совершенствования технологии производства микропроцессоров по-
вышалась их разрядность, т.е. максимальное количество бит информации которое
обрабатывалось и передавалось микропроцессором одновременно. Разрядность
микропроцессора Intel 8086 составляла 8 бит, разрядность современных микропро-
цессоров составляет 64 бит.
Современные микропроцессоры имеют дополнительную кэш-память. Это
очень быстрая память малого объёма. Она используется при обмене данными между
микропроцессором и оперативной памятью.
Для разных типов устройств выпускаются разные микропроцессоры. Начиная 4
с 2005 – 2006 годов появились двухъядерные микропроцессоры, а затем микропро-
цессоры, имеющие большее количество ядер на одном кристалле.
От типа микропроцессора и его характеристик во многом зависит производи-
тельность самого компьютера.
Для дома, работы
(Intel): Pentium IV, Celeron (AMD): Duron, Sempron
(Intel): Xeon (AMD): Opteron
(Intel): Pentium M (AMD): Turion
(Intel): Pentium Core2Duo (AMD): Athlon 64X2
Микропроцессорный комплект (чипсет) в наибольшей степени определяет
свойства и функции материнской платы. Это набор микросхем для обеспечения ра-
боты процессора с памятью и внешними устройствами. Чипсет также служит для
согласования тактовой частоты и разрядности устройств, входящих в состав мате-
ринской платы. В настоящее время большинство микропроцессорных комплектов
выпускаются на базе двух микросхем:
«Северный мост» (North Bridge) – контроллер памяти, обеспечивающий вза-
имодействие микропроцессора с оперативной памятью и видеосистемой;
«Южный мост» (South Bridge) – контроллер ввода-вывода, обеспечивающий
взаимодействие микропроцессора с внешними устройствами.
Современные чипсеты поддерживают работу процессоров с несколькими яд-
рами и память типа DDR3, помимо традиционных DDR2 и DDR.
Микропроцессорный комплект Постоянное запоминающее устр
Платы расширения и шины
Многие дополнительные устройства компьютера (сетевые карты, звуковая карта, видеокарта и др.) подключаются через разъем на материнской плате, часто называемый слотом расширения или просто слотом для расширения функционаьных возможностей персонального компьютера. Эти устройства называются картами расширения, также называемые адаптерами или интерфейсными картами. При этом на ней имеются разъемы для подключения информационных кабелей, которые выводятся на заднюю панель системного блока.
Это могут быть разные устройства: звуковая карта, видеоплата, модем, сканер и пр. Характеристики таких устройств описаны в соответствующих разделах этой главы. Далее описаны основные, характерные для всех этих устройств принципы установки и виды слотов (разъемов), в которые они устанавливаются.
Карты расширения характеризуются унифицированными размерами, фиксированным расстоянием до задней кромки системного блока, определенным расстоянием между слотами, геометрией и расположением фиксирующей скобки, привязкой к крепежным точкам. Размеры карт могут быть различными, а максимальная длина составляет 335 мм и платы ее не превышают. Как правило, платы имеют меньший размер, а указанную длину имеют только очень старые платы.
Плата расширения имеет на одном своем крае контакты, которые вставляются в разъем, а на другой, перпендикулярной к ней - крепежную скобу, которая после установки крепится к задней стенке системного блока. Если ее не укрепить, то плата будет шататься, что приведет к плохому контакту на материнской плате и возникновению сбоев в работе компьютера. Плата может выскочить из разъема и повредиться, а при включенном электропитании повредится сама материнская плата.
Существуют карты, которые компьютер сам определяет и конфигурирует при загрузке. Они называются Plug & Play (вставляй и работай). В поле карты PnP хранится два 32-битных поля, первое является идентификатором производителя, а второе назначается производителем устройства, что позволяет однозначно идентифицировать устройство.
Из-за того, что данные передавались через шину ISA при увеличении скорости работы процессора, производительность канала ISA стала намного меньше по сравнению со скоростью внутренней шины и канал DMA стал работать медленнее, хотя и быстрее, чем в первых моделях компьютеров. Однако уже в последних моделях 486-процессора и для серии Pentium была установлена новая шина PCI, через которую данные стали поступать значительно быстрее и канал DMA позволял увеличить скорость по сравнению с передачей через связку память-порт.
Виды разъемов для плат расширения
(2хPCI, 2xEISA, VLB).
Пример разъемов для установки плат расширения
Данных устройств на сегодняшний день становится все меньше, но так как еще многие пользователи используют ISA-16 (16-разрядная) или EISA (32-разрядная), то они еще выпускались некоторое время. Разъем EISA имеет такой же внешний вид, как и ISA-16, но содержит внутри разъема два ряда контактов, где нижний содержит дополнительно 90 выводов. В разъем EISA можно вставлять карты ISA - 16 (16-разрядная), но не наоборот. Следующий разъем VLB (Vesa Local Bus) или VESA (Video Electronic Standard Association) состоит из трех частей, где первые две эквивалентны ISA-16 и в них можно вставлять эти карты, третья часть - дополнительная, только для данных, в то время как первая содержит каналы для управляющих символов и данных. VLB - 32-разрядная карта. Чем больше разрядность, тем быстрее будет работать карта, так как имеет больше линий для передачи данных (один разряд - одна линия).
Не все разъемы можно установить сразу, так как внутри имеется достаточно мало места, тем более что часто разъемы устанавливаются близко друг к другу.
При установке платы необходимо:
- отключить электропитание и снять защитный кожух системного блока;
- если происходит замена платы, то снять провода, которые ведут к плате (например к звуковой плате), предварительно записав их расположение на бумаге, открутить винт, которым крепится плата, и вынуть плату из разъема;
- установить переключатели и перемычки платы, если это необходимо; вставить плату в разъем и закрутить винт, которым плата крепится к системному блоку. Несмотря на универсальность, при закреплении винтом крепежной скобки плата может выскочить из разъема. В этом случае нужно сместить ее относительно платы или подогнуть конец крепежной скобки;
- установить кабели, которые должны быть подключены к плате. Установить защитный кожух, включить электропитание и попробовать работу карты или запустить тестирующую программу.
Некоторые старые карты устанавливают ресурсы вручную, при помощи переключателей, поэтому перед установкой нужно определить свободные ресурсы. Выполняют переключение перед установкой карты, так как после ее вставки сделать это будет трудно. Если устройство не работает, то можно перемонтировать его, то есть отключить провода и снять плату, после чего снова ее установить. После повторной вставки устройство может заработать, так как часто проблема заключается в плохих контактах.
Материнская плата крепится при помощи пластмассовых или металлических прокладок, которые устанавливаются в специальные прорези (внешний вид показан на рисунке ниже).
В верхней части находятся лепестки, которые проходят через отверстие в сжатом состоянии и, пройдя его, раскрываются, затрудняя обратный выход платы. Чтобы их снять, нужно сжать лепестки и вынуть плату. Если отверстия на плате отсутствует, то можно отрезать верхнюю часть прокладки и установить плату на прокладке. Современные материнские платы крепятся, в основном, при помощи винтов.
Если вставляется новая плата, то заглушки, которые служат препятствием для проникновения пыли внутрь системного блока, нужно сохранить вместе с винтом, чтобы в дальнейшем, после снятия платы поставить их обратно.
Платы имеют избыточное число мест соединений. При этом нужно помнить, что зона разъемов для карт расширений обязательно должна быть окружена со всех четырех сторон точками крепления. Если около отверстия проходят печатные проводники, то перед установкой металлических винтов нужно поставить изолирующие шайбы. Не нужно использовать слишком длинные винты, иначе плата на них будет болтаться. Платы имеют стандартное расположение основных компонентов на самой плате.
Слот представляет собой разъем, в который вставляется печатная плата, а слот расширения - разъем с прорезью в задней стенке корпуса. Для разъемов используется Shared конфигурация, при которой два разъема расположены близко друг от друга и поэтому можно вставить только одну плату.
Карты расширения потребляют электроэнергию через разъем, и кабели питания к нему не подключают. Карты постарайтесь поставить на расстоянии друг от друга, чтобы была лучше вентиляция.
При работе с платами придерживайтесь следующих правил:
- не применяйте большую силу при установке;
- берите плату за края, не касаясь электронных соединений;
- не кладите плату на поверхность, на которой имеется электростатический разряд (пенопласт и большинство синтетических поверхностей);
- устанавливайте платы не подряд, а оставляя место между ними для того, чтобы происходила более эффективная вентиляции,
Если после установки платы она не работает, то следует проверить, вставлена ли карта как следует в слот, а также разъемы, к которым подключены провода.
Одним из важнейших компонентов является шина, через которую передаются данные между разными устройствами на материнской плате. Кроме того, шина имеет три составляющие части: шина данных, через которую передаются непосредственно данные, адресная шина, служащая для передачи адресов данных, и шина управления, через которую передаются управляющие сигналы. Чем больше линий в каждой из этих частей, тем более значительный объем информации передается по ним. Одновременно, как правило, в компьютерной литературе рассматривается число линий в адресной шине и шине данных.
Звуковая карта (звуковая плата, аудиокарта; англ. sound card) — дополнительное оборудование персонального компьютера, позволяющее обрабатывать звук (выводить на акустические системы и/или записывать). На момент появления звуковые платы представляли собой отдельные карты расширения, устанавливаемые в соответствующий слот. В современных материнских платах представлены в виде интегрированного в материнскую плату аппаратного кодека (согласно спецификации Intel AC’97 или Intel HD Audio).
1. Зачем необходимо знание аппаратной и программной части ПК?
2. Каковы отличительные особенности компьютеров семейства PC?
3. Настольные компьютеры семейства PC.
4. Малогабаритные компьютеры семейства PC.
5. Промышленные и инструментальные компьютеры семейства PC.
Лекция 2. Общая структура персонального компьютера
Любой IBM PC-совместимый компьютер представляет собой реализацию так называемой фон-неймановской архитектуры вычислительных машин. Эта архитектура была представлена Джорджем фон Нейманом (George von Neumann) еще в 1945 году и имеет следующие основные признаки. Машина состоит из блока управления, арифметико-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.
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.
2.1. Центральный процессор CPU
Центральный процессор выбирает и исполняет команды из памяти последовательно, адрес очередной команды задается «счетчиком адреса» в блоке управления. Этот принцип исполнения называется последовательной передачей управления. Данные, с которыми работает программа, могут включать переменные – именованные области памяти, в которых сохраняются значения с целью дальнейшего использования в программе.
Центральный процессор (АЛУ с блоком управления) реализуется микропроцессором семейства х86 – от 8086/88 до новейших процессоров Pentium, Athlon и Opteron (и это не конец истории). При всей внутренней суперскалярности и суперконвейеризированности 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 SIMD (Single Instruction Multiple Data – множество комплектов данных, обрабатываемых одной инструкцией), по которому работают расширения ММХ, 3DNow!, SSE.
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.
2.2. Элементы памяти
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. 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 (ROM BIOS).
Процессор (один или несколько), память и необходимые элементы, связывающие их между собой и с другими устройствами, называют центральной частью, или ядром, компьютера (или просто центром). То, что в фон-неймановском компьютере называлось устройствами ввода-вывода (УВВ), удобнее называть периферийными устройствами.
2.3. Периферийные устройства
Периферийные устройства (ПУ) – это все программно-доступные компоненты компьютера, не попавшие в его центральную часть. Их можно разделить по назначению на несколько классов:
· Устройства хранения данных (устройства внешней памяти) – дисковые (магнитные, оптические, магнитооптические), ленточные (стримеры), твердотельные (карты, модули и USB-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 окружающим, 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.
· Коммуникационные устройства служат для передачи информации между компьютерами и/или их частями. Сюда относят модемы (проводные, радио, оптические, инфракрасные и т.д.), 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.
2.4. Устройства ввода-вывода и коммуникаций
Устройства ввода-вывода связывают компьютер с внешним миром, без них он был бы «вещью в себе». Список устройств, делающих компьютер «вещью для нас», практически не ограничен. К ним относятся дисплеи (устройства отображения, то есть вывода), клавиатура и мышь (устройства ввода), принтеры и сканеры, плоттеры и дигитайзеры, джойстики, акустические системы и микрофоны, телевизоры и видеокамеры и прочие устройства в великом множестве их разновидностей. Любопытно, что в этих парах обычно лидируют устройства вывода, появившиеся в компьютерах раньше соответствующих устройств ввода.
Благодаря фантазии и техническому прогрессу появляются все новые и новые устройства; так, например, шлем виртуальной реальности из области фантастики перешел в производственно-коммерческую область. К компьютеру можно подключать датчики и исполнительные устройства технологического оборудования, различные приборы – в общем, все, что в итоге может вырабатывать электрические сигналы и/или ими управляться.
Коммуникационные устройства связывают компьютеры (и другие устройства) в сложные системы, составные части которых могут находиться довольно далеко друг от друга. Коммуникационные устройства обеспечивают передачу информации самого разного назначения. К этим устройствам относятся модемы, адаптеры локальных и глобальных сетей. Соответствующий набор устройств ввода-вывода и коммуникаций позволяет превратить персональный компьютер, например, в факс-машину, аппарат IP-телефонии (голосовой) или видео-конференцсвязи.
2.5. Адаптеры, контроллеры и иерархия подключений периферийных устройств
Компоненты компьютера соединяются друг с другом иерархией средств подключения, наверху которой стоят интерфейсы системного уровня подключения. Для этой группы интерфейсов характерно то, что в их транзакциях фигурируют физические адреса пространства памяти и (если есть) пространства ввода-вывода. Группа связанных между собой интерфейсов системного уровня образует логическую системную шину компьютера. Системную шину составляют следующие физические интерфейсы:
· шина подключения центрального процессора (или нескольких процессоров в сложных системах) – FSB (Front Side Bus – фасадная шина);
· шина подключения контроллеров памяти, оперативной и постоянной; собственно шина памяти (memory bus) системной уже не является, поскольку в ней фигурируют не системные адреса, а адреса физических банков памяти;
· шины ввода-вывода, обеспечивающие связь между центральной частью компьютера и периферийными устройствами.
Типичные представители шин ввода-вывода в IBM PC – шина ISA (отмирающая), а также шины PCI (развивающаяся в PCI-X) и PCI-E (PCI Express). Через шины ввода-вывода проходят все обращения центрального процессора (ЦП) к периферии. К шинам ввода-вывода подключаются контроллеры и адаптеры периферийных устройств или их интерфейсов.
Адаптер является средством сопряжения какого-либо устройства с какой-либо шиной или интерфейсом компьютера. Контроллер служит тем же целям сопряжения, но при этом подразумевается его некоторая активность – способность к самостоятельным действиям после получения команд от обслуживающей его программы. Сложный контроллер может иметь в своем составе и собственный процессор. На эти тонкости терминологии не всегда обращают внимание, и понятия «адаптер» и «контроллер» считают почти синонимами. Для взаимодействия с периферийными устройствами процессор обращается к регистрам контроллера (адаптера), «представляющего интересы» подключенных к нему устройств.
Часть периферийных устройств (ПУ) совмещена со своими контроллерами (адаптерами), как, например, сетевой адаптер Ethernet, подключенный к шине PCI. Другие же ПУ подключаются к своим контроллерам через промежуточные периферийные интерфейсы, находящиеся на нижнем уровне иерархии подключений. Периферийные интерфейсы – самые разнообразные из всех аппаратных интерфейсов. К периферии, подключаемой через промежуточные интерфейсы, относятся большинство устройств хранения (дисковые, ленточные), устройств ввода-вывода (дисплеи, клавиатуры, мыши, принтеры, плоттеры), ряд коммуникационных устройств (внешние модемы).
Для взаимодействия с программой (с помощью процессора или сопроцессоров) адаптеры и контроллеры обычно имеют регистры ввода-вывода, управления и состояния, которые могут располагаться либо в адресном пространстве памяти, либо в пространстве портов ввода-вывода. Кроме того, используются механизмы аппаратных прерываний для сигнализации программе о событиях, происходящих в периферийных устройствах. Для обмена информацией с устройствами применяют также механизмы прямого доступа к памяти (Direct Memory Acces – DMA) и прямого управления шиной. Контроллер, который способен инициировать транзакции на системной шине, является активным компонентом компьютера. С помощью транзакций он может обращаться к другим устройствам (точнее, их контроллерам или адаптерам), обеспечивая равноранговое взаимодействие. Чаще всего ограничиваются взаимодействием контроллера с системной памятью (это проще).
Стандартная архитектура PC определяет набор обязательных средств ввода-вывода и средств поддержки периферии, включая систему аппаратных прерываний (i8259A), систему прямого доступа к памяти (i8237A), трехканальный таймер/счетчик (i8254), интерфейс клавиатуры и управления (i8042), канал управления звуком, память и часы CMOS. Также подразумевается, что все компоненты получают требуемое питание, что превращает весь этот набор компонентов в работоспособный компьютер. Конечно же, он должен быть дополнен периферией: дисплеем со своим адаптером, контроллерами шин периферийных устройств (ATA, SATA, SCSI, USB, FireWire), интерфейсов портов (COM, LPT, GAME . ), дисководов, аудиосредств и пр.
Любой PC-совместимый компьютер имеет следующие характерные черты:
· процессор, программно совместимый с семейством х86 фирмы Intel;
· специфическую систему распределения пространства адресов памяти;
· традиционное распределение адресов пространства ввода-вывода с фиксированным положением обязательных портов и совместимостью их программной модели;
· систему аппаратных прерываний, позволяющую периферийным устройствам сигнализировать процессору о необходимости исполнения некоторых обслуживающих процедур;
· систему прямого доступа к памяти, позволяющую периферийным устройствам обмениваться массивами данных с оперативной памятью, не отвлекая на это процессор;
· набор системных (стандартных) устройств и интерфейсов ввода-вывода;
· унифицированные по конструктиву и интерфейсу шины расширения (ISA, EISA, MCA, VLB, PCI/PCI-X, PCI-E, PC Card, Card Bus), состав которых может варьироваться в зависимости от назначения и модели компьютера;
· базовую систему ввода-вывода (BIOS), выполняющую начальное тестирование и загрузку операционной системы, а также имеющую набор функций, обслуживающих системные устройства ввода-вывода.
1. Каковы особенности фон-неймановской архитектуры вычислительных машин?
2. Назначение CPU в ПК.
3. Назначение периферийных устроойств в ПК.
4. Иерархия подключений периферийных устройств.
5. Назначение устройств ввода-вывода и коммуникаций в ПК.
3.1. Функциональная схема ПЭВМ IBM PC/XT
Шинная организация персональных компьютеров
Шины персонального компьютера образует группа линий передачи сигналов с адресной информацией, данных, а также управляющих сигналов. Фактически ее можно разделить на три части: адресную шину, шину данных и шину управляющих сигналов. Последнюю следует понимать условно, так как управляющие сигналы в значительной степени рассеяны по системной плате. Уровни этих сигналов определяют состояние системы в данный момент времени.
На адресную шину, состоящую из 20-64 линий, CPU выставляет адрес байта или слова, который будет пересылаться по шине данных в процессор или из него. Кроме того, шина адреса используется CPU для указания адресов периферийных портов (10 линий младших разрядов), с которыми производится обмен данными.
ПЕРСОНАЛЬНЫМ КОМПЬЮТЕРОМ (сокращенно ПК или РС, произносится "пи-си", англ. Реrsonal Сomputer) НАЗЫВАЮТ НЕБОЛЬШУЮ ЭВМ, ОРИЕНТИРОВАННУЮ НА НЕСПЕЦИАЛИСТА В ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКЕ.
До появления персональных компьютеров инженеры, ученые, экономисты, представители других профессий общались с ЭВМ только с помощью посредников- инженеров-системотехников и программистов, поскольку работа на ЭВМ старых типов требовала специальной подготовки. С появлением персональных ЭВМ необходимость в таком посредничестве отпала, так как процесс общения с ЭВМ значительно упростился. Кроме того, произошло снижение их стоимости. В связи с этим, персональные компьютеры стали такими же привычными на рабочих местах инженеров, ученых, секретарей и менеджеров как, например, телефоны.
В конце 70-х годов 20 века получили распространение персональные компьютеры, что послужило причиной снижения спроса на большие ЭВМ и мини-ЭВМ. Мировым лидером в выпуске ЭВМ была фирма IBM (International Business Machines Corporation). Падение спроса на ЭВМ подтолкнуло руководство IBM пойти на эксперимент – разработку и создание персонального компьютера.
Однако отношение руководства фирмы к новому проекту было несерьезным – что-то типа одного из мероприятий по созданию нового оборудования, которые в огромном количестве проводились на фирме. Чтобы не вкладывать в проект с «туманной» перспективой много средств, руководство фирмы предоставило подразделению по реализации данного проекта непривычную для фирмы свободу.
Свобода, например, состояла в том, чтобы не заниматься разработкой персонального компьютера (ПК) «с нуля», а воспользоваться готовыми блоками других (!) фирм. Сотрудники подразделения стали выбирать лучшие предложения, имеющиеся на тот момент.
Поэтому в качестве основного микропроцессора компьютера был выбран новенький тогда микропроцессор Intel-8088 (известнейшей на сегодняшний день фирмы Intel). На тот момент это был лучший микропроцессор. Он позволял работать с 1 мегабайтом памяти, тогда как другие компьютеры работали только с 64 килобайтами памяти. Другие комплектующие тоже были выбраны в различных фирмах по принципу «все самое лучшее». Что касается программного обеспечения (софта), то его было предложено создать небольшой фирме Microsoft.
В августе 1981 года компьютер, собранный из комплектующих различных фирм, был выпущен под названием IBM PC и вскоре после этого он приобрел большую популярность. А через год-два компьютер IBM PC занял ведущее место на рынке и стал стандартом персонального компьютера. Кстати, выражение «совместимый с IBM PC» означает, что компьютер выпущен другой фирмой (не IBM), но по стандарту IBM PC.
В IBM PC изначально была заложена возможность апгрейда (замена отдельных частей на более совершенные) и использование новых устройств. Сборка компьютера из независимо изготовленных частей происходит аналогично детскому конструктору. Кстати, методы сопряжения различных устройств с компьютером IBM PC были также доступны всем желающим и не являлись секретными сведениями.
Вот этот принцип детского конструктора, собственно говоря, и является принципом открытой архитектуры. Благодаря ему, компьютер IBM PC приобрел бешеный успех, но лишил фирму монополии на этот компьютер.
Открытость этого конструктора заключается в том, что все спецификации взаимодействия внешних устройств с контроллерами, а также контроллеров с системной платой и т.д., доступны всем желающим. Поэтому независимые производители могут разрабатывать различные дополнительные устройства, что резко увеличивает популярность компьютера.
Но в наилучшем положении из-за применения принципа детского конструктора оказались пользователи ПК. Выгода пользователей от заложенного в ПК принципа открытой архитектуры состоит в следующем:
- удешевление стоимости компьютеров из-за конкуренции фирм, производящих комплектующие;
- пользователи могли «подстроить ПК под себя» путем приобретения и подключения дополнительных устройств. При этом они не были связаны ассортиментом, предлагаемым фирмой IBM PC, а могли выбирать продукцию других фирм;
- открытость архитектуры привела к появлению множества фирм, специализирующихся на выпуске совместимых с IBM PC компьютеров. Это стало причиной снижения цен, повышения качества и к увеличению выбора для пользователей.
Персональные компьютеры обычно проектируются на основе принципа открытой архитектуры.
Принцип открытой архитектуры заключается в следующем:
- Регламентируются и стандартизируются только описание принципа действия компьютера и его конфигурация (определённая совокупность аппаратных средств и соединений между ними). Таким образом, компьютер можно собирать из отдельных узлов и деталей, разработанных и изготовленных независимыми фирмами-производителями.
- Компьютер легко расширяется и модернизируется за счёт наличия разъемов, в которые пользователь может вставлять разнообразные устройства, и, тем самым устанавливать конфигурацию своей машины в соответствии со своими личными предпочтениями.
Выгоды открытой архитектуры:
- Конкуренция между производителями привела к удешевлению компьютерных комплектующих, а значит и самих компьютеров
- Появление большого количества компьютерного оборудования позволило покупателям расширить свой выбор, что также способствовало снижению цен на комплектующие и повышению их качества
- Модульная структура компьютера и простота сборки позволила пользователям самостоятельно выбирать необходимые им устройства и с легкостью производить их установку, также стало возможным без особых сложностей в домашних условиях собирать и модернизировать свой компьютер
- Возможность модернизации привела к тому, что пользователи смогли выбирать компьютер исходя из своих настоящих потребностей и толщины кармана, что опять-таки способствовало все большей популярности персональных компьютеров.
Недостатки:Могут возникнуть проблемы совместимости
ПРЕИМУЩЕСТВА ОТКРЫТОЙ АРХИТЕКТУРЫ ЗАКЛЮЧАЮТСЯ В ТОМ, ЧТО ПОЛЬЗОВАТЕЛЬ ПОЛУЧАЕТ ВОЗМОЖНОСТЬ:
1) ВЫБРАТЬ КОНФИГУРАЦИЮ КОМПЬЮТЕРА. Действительно, если Вам не нужен принтер, или не хватает средств на его приобретение, никто не заставляет Вас его покупать вместе с новым компьютером. Раньше было не так,- все устройства продавались единым комплектом, причем какого-то определенного типа, так, что выбрать или заменить что-то было невозможно.
2) РАСШИРИТЬ СИСТЕМУ, ПОДКЛЮЧИВ К НЕЙ НОВЫЕ УСТРОЙСТВА. Например, накопив денег и купив принтер, Вы легко сможете подключить его к Вашему компьютеру.
3) МОДЕРНИЗИРОВАТЬ СИСТЕМУ, ЗАМЕНИВ ЛЮБОЕ ИЗ УСТРОЙСТВ БОЛЕЕ НОВЫМ. Действительно, не нужно для этого выбрасывать весь компьютер! Достаточно вместо одного устройства подключить другое. В частности, можно заменить материнскую плату, чтобы из компьютера на базе процессора старого типа получить компьютер на базе процессора нового типа.
Проектирование любого устройства ведется по какой-либо схеме, принципу или архитектуре. Так же и с ПК IBM, где присутствует собственная архитектура производства устройств, которую принято называть «открытой». Именно компания IBM принесла данную структуру в производство компьютеров.
IBM — это одна из самых известных и старых компаний среди производителей электронных устройств. Она всегда стояла в первых рядах , продвигающих технологический прогресс. Начало ее деятельности датируется 1896 годом, когда было запатентовано первое устройство для работы с перфокартами — табулятор. Запатентовал его некий Герман Холлерит, который дал начало развитию этой организации, но вначале она называлась ТМС. С те х пор прошло очень много времени , и на сегодняшний день IBM — с амая известная компания, чьи компоненты используют около 95% всех компьютеров в м ире.
Именно эта компания ввела в производство компьютеров философию открытой архитектуры ПК, которую так и прозвали — «архитектура IBM».
Что такое архитектура ПК от IBM
конструкция устройства должна предусматривать возможность расширения возможностей системы;
изменени я внутри системы не должны требовать лицензионных соглашений или затрат;
пользователь самостоятельно может изменять базовые возможности компьютерной системы.
Что такое принцип открытой архитектуры компьютеров IBM PC?
Какое важное событие произошло в 2005 году в совершенствовании архитектуры ПК?
Важное событие в совершенствовании архитектуры ПК произошло в 2005 г: был создан первый двух ядерный микропроцессор. Каждое ядро способно выполнять функции центрального процессора. Эта особенность архитектуры позволяет производить на ПК параллельную обработку данных, что существенно увеличивает его производительность.
В чем состоит принцип открытой архитектуры персонального компьютера?
Принципиальная позиция открытой архитектуры состоит в том, что компьютерные компании не делают тайны из комплектации компьютера, и она может быть легко изменена или модернизирована. Это обстоятельство позволяет менять какой-либо модуль в компьютере, не заботясь о его совместимости с данной компьютерной модификацией.
Архитектура ПК от IBM: основы
присутствует центральный процессор Intel и/или совместимые с ним процессоры других производителей;
присутствует BIOS;
регламентируется процедура стартового запуска системы;
есть механизм собственного конфигурирования системы;
присутствует реестр системы, где хранятся сведения о конфигурации устройства;
блочная организация памяти в устройстве, к которой организован прямой доступ;
наличие нормативов, которые описывают конструкцию компьютера, режимы работы, протоколы по обмену данными и др.
Читайте также: