Реферат

УСТРОЙСТВО СОПРЯЖЕНИЯ, СИСТЕМНАЯ ШИНА ISA, ИЗМЕРИТЕЛЬ ЧАСТОТЫ СЛЕДОВАНИЯ ИМПУЛЬСОВ, СЕЛЕКТОР АДРЕСА, БЛОК ВЫРАБОТКИ ВНУТРЕННИХ СТРОБОВ

Цель работы - разработка устройства сопряжения для персонального компьютера типа IBM PC по интерфейсу ISA. Устройство сопряжения предназначено для приёма информации от компьютера, обработки этой информации по заданному алгоритму, выдачи результата обработки информации в компьютер.

В ходе выполнения работы было спроектировано устройство сопряжения, подключаемое к системной шине ISA. Устройство сопряжения выполняет функцию измерения частоты следования импульсов. Моделирование данной функции было проведено в программе Electronics Workbench.

В результате работы были спроектированы функциональная схема, принципиальная схема, а так же операционная часть.

Введение

1. Описание алгоритма функционирования УС

2. Описание функциональной схемы УС

2.2 Описание работы функциональной схемы операционной части УС

3. Описание принципиальной схемы

4. Моделирование схемы ОЧ УС в EWB

5. Построение диаграммы работы устройства сопряжения

Заключение

Список использованных источников

Приложение А. Обязательное. Алгоритм функционирования УС

Приложение Б. Обязательное. ПГУ 3.090105.002 Э2 Устройство сопряжения. Схема функциональная интерфейсной части

Приложение В. Обязательное. ПГУ 3.090105.003 Э2 Устройство сопряжения. Схема функциональная операционной части

Приложение Г. Обязательное. ПГУ 3.090105.004 Э3 Устройство сопряжения. Схема электрическая принципиальная

Приложение Д. Обязательное. ПГУ 3.090105.004 ПЭ3 Устройство сопряжения. Перечень элементов

Введение

Устройства, которые позволяют компьютеру получать информацию от внешних источников, называются устройствами сопряжения. Для их подключения на материнской плате предусмотрены шины расширения. Применение компьютера для контроля состояния каких-либо внешних физических процессов очевидно – на долю аппаратуры возлагается задача адаптации сигнала от источника для обработки программой, а на долю компьютера приходится логическая обработка полученной информации.

В данном курсовом проекте необходимо спроектировать УС, позволяющее измерять частоту следования прямоугольных импульсов от внешнего источника.

К персональному компьютеру типа IBM PC устройства сопряжения могут быть подключены тремя путями, соответствующими трем типам стандартных внешних интерфейсов, средства которых входят в базовую конфигурацию компьютера:

Через системную магистраль или шину (это ISA (Industrial Standard Architecture), EISA (Extended ISA), PCI (Peripheral Component Interconnect), VLB (Video Local Bus) или VESA (Video Electronics Standards Association), PCMCIA (Personal Computer Memory Card International Association);

Через параллельный интерфейс Centronics;

Через последовательный интерфейс RS-232C.

Каждый из трех указанных методов подключения имеет свои преимущества и недостатки. Для данного проекта было выбрано подключение к системной магистрали ISA, как устройство ввода-выода

Описание алгоритма функционирования УС

Устройство сопряжения (УС) выполняет прием от компьютера информации, обработку информации по заданному алгоритму и выдачу результата обработки информации в компьютер.

УС функционально состоит из двух частей: интерфейсной и операционной. В соответствии с вариантом задания в ходе проектирования УС использовался шестнадцатиразрядный обмен по шине ISA. Данная разрядность шины данных требует использование одного адреса, доступного по записи и чтению и одного адреса для флага готовности. В соответствии с данными требованиями был разработан следующий алгоритм функционирования УС:

1. Формирование кода адреса УС и сигнала –IOW на шине ISA.

3. Формирование Блоком выработки внутренних стробов (БВВС) строба записи по выбранному адресу и запись младшей части числа M=2 14 в вычитающий счетчик. Сброс суммирующего счетчика.

4. Прием импульса измеряемой частоты.

5. Уменьшение значения вычитающих счетчиков. Увеличение значения суммирующего счетчиков.

6. Если значение вычитающих счетчиков не равно нулю, то происходит переход на пункт 4.

7. Выставление флага готовности.

8. Формирование кода адреса УС и сигнала –IOR на шину ISA.

10.Установка числа N на шину данных шины ISA.

11.Выставление старшего адреса УС и сигнала –IOR на шину ISA.

13. Выставление старшей части числа N на шину данных шины ISA.

Функция вычисления измеряемой частоты реализуется программно. В ходе цикла счета программа производит опрос флага готовности и по факту его изменения запрашивает вывод результата. Вычисление частоты производится по формуле:

–N – число, полученное в результате измерения;

–F 0 – частота тактового генератора;

–F –искомая частота;

–М – число, устанавливаемое на счётчике тактовых импульсов, т.е размер временного окна цикла измерения

2. Описание функциональной схемы

Функциональная схема интерфейсной части УС представлена в Приложении Б.

2.1 Описание работы функциональной схемы интерфейсной части УС

Функциональная схема интерфейсной части УС содержит следующие элементы:

1. входные и выходные буферы;

2. селектор адреса;

3. блок выработки внутренних стробов;

4. блок реализации асинхронного обмена;

Буферирование магистральных сигналов применяется для электрического согласования и выполняет две основные функции: электрическая развязка (для всех сигналов) и передача сигналов в нужном направлении (только для двунаправленных сигналов). Это первая и наиболее очевидная интерфейсная функция любого УС. Буферирование - это первая и наиболее очевидная интерфейсная функция любого УС. Иногда с помощью буферирования реализуется также мультиплексирование сигналов, что и необходимо по заданию. Наиболее часто используются микросхемы магистральных приемников, передатчиков, приемопередатчиков, нередко также называемые буферами.

Требования к приемопередатчикам включают в себя требования к приемникам и передатчикам, т. е. малый входной ток, большой выходной ток, высокое быстродействие и обязательное отключение выходов. При большом количестве разрядов надо использовать специальные микросхемы приемопередатчиков. Эти микросхемы бывают двух основных типов: с двумя двунаправленными шинами или с тремя шинами (одной двунаправленной, одной входной и одной выходной шиной). Для управления работой приемопередатчиков используются два управляющих сигнала. Отметим, что если приемопередатчики с открытым коллектором используются для буферирования шины данных, то на их выходах необходимо включать резисторы на шину +5В (если они не работают на линию, к которой эти резисторы уже подключены).

Второй основной интерфейсной функцией, выполняемой УС, работающими в режиме программного обмена, является дешифрация адреса. Эту функцию выполняет селектор адреса (СА), который должен выработать сигналы, соответствующие выставлению на шине адреса магистрали кода адреса, принадлежащего данному УС, или одного из зоны адресов данного УС. В данном курсов проекте СА строился на адресе 0x36С для чтения-записи и на адрес флага готовности 0х36D. В данной курсовой работе СА был реализован с использованием микросхем компараторов кодов (КК).

Блок выработки внутренних стробов производит формирование внутренних стробов для записи и чтения по заданным адресам синхронно с сигналами –IOW и -IOR, принимаемых с шины ISA.

Основной способ обмена по магистрали ISA – синхронный. При данном типе обмена не учитывается быстродействие исполнителя. При наличии низкого быстродействия исполнителя есть вероятность того, что передача данных будет некорректна. Для устранения возможности ошибочной передачи данных используется асинхронный обмен, посредством снятия сигнала –I/O CH RDY по сигналу, выдаваемому УС. Асинхронный обмен обеспечивает блок DK.

Работа интерфейсной части УС происходит следующим образом. С ISA во входные буферы поступают адрес 0х36C, сигнал –IOW, данные – число М=2 14 . После прохождения буферной части, код адреса поступает на СА. После СА сигнал поступает на БВВС, синхронно с сигналом –IOW. Так же сигнал с СА поступает на шину ISA для выработки сигнала I/O CS 16, для определения того, что обращение к УС производится в шестнадцатиразрядном режиме. Далее БВВС вырабатывает строб, который идет на операционную часть, производя параллельную загрузку вычитающих счетчиков и сброс суммирующих, и на управляющий вход мультиплексора шины данных, обеспечивая передачу данных в нужном направлении. После цикла измерения происходит чтение флага готовности, при котором на шину ISA подается сигнал –I/O CH RDY в случае, если флаг готовности установлен. После этого производится цикл работы по чтению. Производится установка и дешифрация адреса, выработка строба чтения, установка мультиплексора шины данных на передачу в другом направлении, установка на шину данных кода числа N.

Наибольшей популярностью в настоящее время пользуются персональные компьютеры фирмы IBM, первые модели которых появились в 1981 г. Существенно им уступают по популярности ПК фирм Apple и DEC (Digital Equipment Corporation) и их аналоги, занимающие по распространенности 2-е место.

За рубежом самыми распространенными моделями компьютеров в настоящее время являются IBM PC с микропроцессорами типа Pentium.

Основные усредненные характеристики современных ПЭВМ IBM PC представлены в табл. 1.

В настоящее время многочисленные компьютерные фирмы в России занимаются сборкой из зарубежных компонентов в основном IBM-совместимых персональных компьютеров.

По поколениям персональные компьютеры делятся на:

ПК 1-го поколения: используют 8-битные микропроцессоры;

ПК 2-го поколения: используют 16-битные микропроцессоры;

ПК 3-го поколения: используют 32-битные микропроцессоры;

ПК 4-го поколения: используют 64-битные микропроцессоры;

ПК 5-го поколения: используют 128-битные микропроцессоры.

Таблица 1.

Основные усредненные характеристики современных пэвм ibm pc

Функционально-структурная организация персонального компьютера

Основные блоки персонального компьютера и их назначение

Персональный компьютер в своем составе содержит следующие основные элементы:

микропроцессор;

системную шину;

основную память;

внешнюю память;

порты ввода-вывода внешних устройств;

адаптеры устройств;

внешние устройства.

Структурная схема персонального компьютера представлена на рис. 2.

Рис. 2. Типовая структурная схема персонального компьютера

Микропроцессор

Микропроцессор (МП) - центральный блок ПК, предназначенный для управления работой всех блоков машины и для выполнения арифметических и логических операций над информацией.

В состав микропроцессора входят следующие устройства.

Устройство управления (УУ), обеспечивающее выполнение следующих функций:

формирует и подает во все блоки машины в нужные моменты времени определенные сигналы управления (управляющие импульсы), обусловленные спецификой выполняемой операции и результатами предыдущих операций;

формирует адреса ячеек памяти, используемых выполняемой операцией, и передает эти адреса в соответствующие блоки ЭВМ;

формирует опорную последовательность импульсов, получаемую от генератора тактовых импульсов.

Арифметико-логическое устройство (АЛУ) предназначено для выполнения всех арифметических и логических операций над числовой и символьной информацией.

Интерфейс (interface) - совокупность средств сопряжения и связи устройств компьютера, обеспечивающая их эффективное взаимодействие.

Порт ввода-вывода (I/O port) - аппаратура сопряжения, позволяющая подключить к микропроцессору другое устройство.

Генератор тактовых импульсов генерирует последовательность электрических импульсов; частота генерируемых импульсов определяет тактовую частоту машины.

Промежуток времени между соседними импульсами определяет время одного такта работы машины, или просто, такт работы машины.

Частота генератора тактовых импульсов является одной из основных характеристик персонального компьютера и во многом определяет скорость его работы, ибо каждая операция в машине выполняется за определенное количество тактов.

Первый в мире микропроцессор появился в 1971 году. Это был четырехбитный микропроцессор Intel 4004. Затем, в 1973 году, был выпущен восьмибитный Intel 8080. На базе этого процессора были созданы самые первые микроЭВМ. Эти машины обладали очень маленькими возможностями и рассматривались просто как забавные, но малополезные игрушки. В 1979 году были выпущены первые шестнадцатибитные микропроцессоры Intel 8086 и Intel 8088. На базе Intel 8086 в 1981 году фирмой IBM был выпущен персональный компьютер IBM PC (PC -Personal Computer - персональный компьютер), по своим возможностям уже приблизившийся к существовавшим тогда мини-компьютерам. Очень быстро эти компьютеры завоевали огромную популярность во всем мире благодаря своей низкой стоимости и удобствам работы с ними. Чуть позже появился персональный компьютер IBM PC/XT (XT - extended Technology - расширенная технология) с максимально возможным объемом оперативной памяти до 1 Мбайт. Следующим крупным шагом в развитии микропроцессорной техники стал выпуск в 1983 году персональных компьютеров IBM PC/AT (AT - Advanced Technology - продвинутая технология) на базе микропроцессора Intel 80286 с расширенным до 16 Мбайт максимально возможным объемом оперативной памяти. А к концу 80-х годов были выпущены тридцатидвухбитные Intel 80386 с максимально возможным объемом памяти в 4 Гбайт. В начале девяностых годов появляется более мощный также тридцатидвухбитный микропроцессор Intel 80486, который на одном кристалле объединил более миллиона транзисторных элементов. Семейство Intel продолжает развиваться, и в 1994 году в продажу поступили персональные компьютеры на базе микропроцессора с названием Pentium , который в ходе разработок маркировался как Intel 80586. В настоящее время используется уже несколько моделей с маркой Pentium - Pentium II, Pentium MMX (с расширенными мультимедийными возможностями), Pentium III и Pentium IV. Каждая следующая модель отличается от предыдущей расширением системы команд, возрастающей тактовой частотой, возможными объемами оперативной памяти и жестких дисков, повышением общей эффективности. Постоянно ведутся разработки новых, более совершенных моделей.

Компьютеры семейства IBM PC оказались настолько удачными, что их стали дублировать почти во всех странах мира. При этом компьютеры оказывались одинаковыми с точки зрения способов кодировки данных и системы команд, но разными по техническим характеристикам, внешнему виду и стоимости. Такие машины называют IBM-совместимыми персональными компьютерами. Программы, написанные для выполнения на IBM PC, могут с точно таким же успехом выполняться и на IBM-совместимых компьютерах. В таких случаях говорят, что имеет место программная совместимость.

Другие архитектуры

Машины семейства IBM PC относятся к так называемой CISC -архитектуре компьютеров (CISC - Complete Instruction Set Computer - компьютер с полным набором команд). В системах команд процессоров, построенных по этой архитектуре, для каждого возможного действия предусмотрена отдельная команда. Например, система команд процессора Intel Pentium состоит более чем из 1000 различных команд. Чем шире система команд, тем больше требуется битов памяти для кодирования каждой отдельной команды. Если, например, система команд состоит всего из четырех действий, то для их кодирования требуется всего два бита памяти, для восьми возможных действий требуется три бита памяти, для шестнадцати - четыре и т. д. Таким образом, расширение системы команд влечет за собой увеличение количества байтов, выделяемых под одну машинную команду, а следовательно, и объема памяти, требуемой для записи всей программы в целом. Кроме того, увеличивается среднее время выполнения одной машинной команды, а стало быть, и среднее время выполнения всей программы.

В середине 80-х годов появились первые процессоры с сокращенной системой команд, построенные по так называемой RISC -архитектуре (RISC - Reduce Instruction Set Computer - компьютер с усеченной системой команд). Системы команд процессоров с такой архитектурой значительно компактнее, поэтому программы, состоящие из входящих в эту систему команд, требуют значительно меньше памяти и выполняются быстрее. Однако для многих сложных действий отдельные команды в таких системах не предусмотрены. Когда в таких действиях возникает необходимость, они эмулируются с помощью существующих команд. Вообще говоря, эмуляцией называется выполнение действий одного устройства с помощью средств другого, осуществляемое без потери функциональных возможностей. В данном случае речь идет о выполнении необходимых сложных действий, для которых команды в усеченной системе не предусмотрены, с помощью некоторой последовательности команд, имеющихся в системе. Естественно, что при этом наблюдается определенная потеря эффективности процессора.

К архитектуре RISC относятся достаточно широко известные машины компании Apple Macintosh , которые имеют систему команд, обеспечивающую им в ряде случаев более высокую производительность по сравнению с машинами семейства IBM PC. Еще одно важное отличие этих машин состоит в том, что многие возможности, которые в семействе IBM PC обеспечиваются путем приобретения, установки и настройки дополнительного оборудования, в машинах семейства Macintosh являются встроенными и не требуют никакой настройки оборудования. Правда, и стоят машины Macintosh дороже аналогичных по параметрам машин семейства IBM.

В качестве высокопроизводительных серверов достаточно часто используются машины семейств Sun Microsystems, Hewlett Packard и Compaq , которые также относятся к RISC-архитектуре. В качестве представителей других архитектур можно упомянуть еще и семейства переносных компьютеров классовNotebook (портативные) и Handheld (ручные), которые отличаются маленькими размерами, небольшим весом и автономным питанием. Эти качества позволяют использовать упомянутые машины в деловых поездках, на деловых встречах, научных конференциях и т. д., словом, в тех случаях, когда доступ к стационарно установленным компьютерам ограничен или невозможен, например, в поезде или самолете.

Контрольные вопросы

1. Дайте определение понятию «архитектура ЭВМ».

2. Назовите три основные группы устройств компьютера.

3. Что такое система счисления и какие системы счисления используются в персональных компьютерах для кодирования информации?

4. Чем отличаются и в чем сходство между битом и байтом?

5. Как в ПЭВМ кодируется текстовая информация?

6. Как в ПЭВМ кодируется графическая информация?

7. Дайте определения понятиям «пиксел», «растр», «разрешающая способность», «сканирование».

8. Что такое объем памяти, в каких единицах он измеряется?

9. Чем похожи и чем отличаются друг от друга оперативная и внешняя память?

10. Дайте определения понятиям «загрузка» и «пуск» программы.

11. Охарактеризуйте накопители на гибких магнитных дисках.

13. Опишите основные правила обращения с гибкими дисками.

14. Дайте определения понятиям «рабочая поверхность», «дорожка», «сектор», «кластер».

15. Как определить объем дискового носителя информации?

16. Для чего нужно форматирование магнитных дисков?

17. Охарактеризуйте накопители на жестких магнитных дисках.

18. Охарактеризуйте накопители на оптических и магнитооптических дисках.

19. Сравните между собой гибкие, жесткие магнитные диски, оптические и магнитооптические диски.

20. Сколько может быть дисковых устройств в персональных компьютерах? Как они обозначаются?

21. Опишите основные функции процессора.

22. Дайте определения понятиям «система команд», «машинная команда», «машинная программа».

23. Укажите основные технические характеристики процессоров.

24. Что такое и для чего нужен транслятор?

25. Для чего нужна шина? Что определяется ее разрядностью?

26. Что такое материнская плата?

27. Какие устройства компьютера находятся в системном блоке?

28. Дайте классификацию дисплеев и укажите их базовые модели.

29. Для чего нужны адаптеры?

30. Назовите основные режимы работы клавиатуры.

30. Для чего нужны функциональные клавиши?

31. Что такое сочетание клавиш?

32. Что такое текстовый курсор?

33. Объясните, как происходит прокрутка текста.

34. Что такое экранная страница текста?

35. Опишите основные способы перемещения текстового курсора.

36. Для чего нужна мышь?

37. Укажите основные параметры и разновидности принтеров.

38. Для чего нужен сканер? Какие еще аналогичные по назначению устройства вам известны?

39. Какие устройства должны входить в состав компьютера, чтобы он мог работать в мультимедийной среде?

40. Для чего нужны модемы?

41. Что такое семейство компьютеров?

42. Какие компьютеры считаются программно-совместимыми?

43. Назовите базовые модели семейства IBM PC. Чем они отличаются друг от друга?

IBM PC - первый массовый персональный компьютер производства фирмы IBM, выпущенный в 1981 году. В более широком смысле так называют всё семейство персональных компьютеров, оснащённых процессорами семейства Intel x86.

IBM PC/XT компьютер (1984 г. исполнения)

IBM PC Model 5150

История

До 80-х годов IBM очень активно работала по крупным заказам. Несколько раз их делало правительство, несколько раз военные. Свои мэинфреймы она поставляла как правило образовательным и научным заведениям, а также большим корпорациям. Вряд ли кто-то покупал себе домой отдельный шкаф System/360 или 370 и с десяток тумбочек-накопителей на основе магнитных лент и уже уменьшенных в пару раз по сравнению с RAMAC 305 жестких дисков.

Голубой гигант был выше нужд обычного потребителя, которому для полного счастья нужно куда меньше, чем NASA или очередному университету. Это дало шанс встать на ноги полуподвальной компании Apple с логотипом в виде Ньютона, держащего яблоко, вскоре замененного на просто надкушенное яблоко. А придумала Apple совсем простую вещь - компьютер каждому желающему. Эту идею не поддержали ни Hewlett-Packard, где ее изложил Стив Возняк, ни другие крупные ИТ-компании того времени.

Когда IBM спохватилась было уже поздно. Мир уже восхищался Apple II – самым популярным и успешным компьютером Apple за всю ее историю (а не Macintosh, как многие полагают). Но ведь лучше поздно чем никогда. Не сложно было догадаться, что этот рынок находится в самом начале своего развития. В результате появился IBM PC (модель 5150). Случилось это 12 августа 1981 года.

Самое поразительное, что это был не первый персональный компьютер IBM. Звание первого принадлежит модели 5100, выпущенной еще в 1975 году. Он был куда более компактным, чем мэинфреймы, имел отдельный монитор, хранилище данных и клавиатуру. Но он предназначался для решения научных задач. Для бизнесменов и просто любителей техники он подходил плохо. И не в последнюю очередь из-за цены, которая составляла около $20000.

IBM PC изменил не только мир, но и подход компании к созданию компьютеров. До этого IBM делала любую вычислительную машину от и до самостоятельно, не прибегая к помощи третьих фирм. С IBM 5150 вышло иначе. В то время рынок персональных компьютеров был разделен между Commodore PET, семейства Atari 8-битных систем, Apple II и TRS-80s производства Tandy Corporation. Поэтому IBM торопилась не упустить момент.

Группе из 12 человек, работавшей во флоридском городе Бока Ратон под руководством Дона Эстриджа (Don Estrige), было поручено работать над Project Chess (дословно "Проект Шахматы"). Они справились с задачей примерно за год. Одним из их ключевых решений было использование разработок сторонних производителей. Это одновременно экономило множество средств и времени на собственных научных кадрах.

Изначально Дон в качестве процессора выбрал IBM 801 и специально разработанную для него операционную систему. Но немногим ранее голубой гигант выпустил в широкую продажу микрокомпьютер Datamaster (полное название System/23 Datamaster или IBM 5322), в основе которого лежал процессор Intel 8085 (немного упрощенная модификация Intel 8088). Как раз это и послужило причиной выбора для первого ПК IBM процессора Intel 8088. У IBM PC даже слоты расширения совпадали с таковыми у Datamaster. Ну а Intel 8088 потребовал новую операционную систему DOS, очень вовремя предложенную маленькой компанией из Редмонда под названием Microsoft. Не стали делать новый дизайн для монитора и принтера. В качестве первого был выбран ранее созданный японским подразделением IBM монитор, ну а печатающим устройством стал принтер производства Epson.

IBM PC продавался в различных конфигурациях. Самая дорогая стоила $3005. Она оснащалась процессором Intel 8088, работающим на частоте 4.77 МГц, который при желании мог быть дополнен сопроцессором Intel 8087, делавшим возможным вычисления с плавающей точкой. Объем ОЗУ составлял 64 Кбайта. В качестве устройства для постоянного хранения данных предполагалось использовать 5.25-дюймовые флоппи-дисководы. Их могло быть установлено одна или две штуки. Позже IBM начала поставлять модели, позволявшие подключение кассетных носителей данных.

Жесткий диск в IBM 5150 установить было нельзя из-за недостаточной мощности блока питания. Однако компания так называемый "модуль расширения" или Expansion Unit (известный также как IBM 5161 Expansion Chassis) с винчестером на 10 Мбайт. Он требовал отдельного источника питания. Кроме того, в него можно было установить второй HDD. Также он имел 5 слотов расширения, тогда как сам компьютер имел еще 8. Но для подключения Expansion Unit требовалось использовать карты Extender Card и Receiver Card, что устанавливались в модуле и в корпусе соответственно. Другие слоты расширения компьютера обычно были заняты видеокартой, картами с портами ввода/вывода и т.д. Можно было и нарастить объем ОЗУ до 256 Кбайт.

Самая дешевая конфигурация обходилась в сумму $1565. Вместе с ней покупатель получал тот же самый процессор, но оперативной памяти было всего 16 Кбайт. Не поставлялся с компьютером и флоппи-дисковод, а также не было и стандартного CGA-монитора. Зато имелся адаптер для кассетных накопителей и видеокарта, ориентированная на подключение к телевизору. Таким образом дорогая модификация IBM PC была создана для бизнеса (где, кстати, и получила довольно широкое распространение), а более дешевая - для дома.

Но была и еще одна новинка в IBM PC – базовая система ввода/вывода или BIOS (Basic Input/Output System). Он до сих пор используется в современных компьютерах, хоть и в несколько измененном виде. Новейшие системные платы уже содержат новые прошивки EFI или даже упрощенные варианты Linux, однако до исчезновения BIOS определенно еще пройдет несколько лет.

Архитектура IBM PC была сделана открытой и общедоступной. Любой производитель мог делать периферию и ПО для компьютера IBM без покупки какой-либо лицензии. Заодно голубой гигант продавал IBM PC Technical Reference Manual, где был размещен полный исходный код BIOS. В итоге год спустя мир увидел первые "IBM PC совместимые" компьютеры от Columbia Data Products. Далее последовала Compaq и другие компании.

Основные блоки IBM

PC Обычно персональные компьютеры IBM PC состоят из трех частей (блоков):

·системного блока;

·клавиатуры, позволяющей вводить символы в компьютер;

·монитора (или дисплея) - для изображения текстовой и графической информации.

Компьютеры выпускаются и в портативном варианте - в "наколенном" (лэптор) или "блокнотом" (ноутбук) исполнении. Здесь системный блок, монитор и клавиатура заключены в один корпус: системный блок спрятан под клавиатурой, а монитор сделан как крышка к клавиатуре. Хотя из этих частей компьютера системный блок выглядит наименее эффектно, именно он является в компьютере "главным". В нем располагаются все основные узлы компьютера:

·электронные схемы, управляющие работой компьютера (микропроцессор, оперативная память, контроллеры устройства и т. д.);

·блок питания, преобразующий электропитание сети в постоянный ток низкого напряжения, подаваемый на электронные схемы компьютера;

·накопители (или дисководы) для гибких магнитных дисков, используемые для чтения и записи на гибкие магнитные диски (дискеты);

·накопитель на жестом магнитном диске, предназначенный для чтения и записи на несъемный жесткий магнитный диск (винчестер).

Дополнительные устройства

К системному блоку компьютера IBM PC можно подключать различные устройства ввода-вывода информации, расширяя тем самым его функциональные возможности. Многие устройства подсоединяются через специальные гнезда (разъемы), находящиеся обычно на задней стенке системного блока компьютера. Кроме монитора и клавиатуры, такими устройствами являются:

·принтер - для вывода на печать текстовой и графической информации;

·мышь - устройство, облегчающее ввод информации в компьютер;

·джойстик - манипулятор в виде укрепленной на шарнире ручки с кнопкой, употребляется в основном для компьютерных игр;

·а также другие устройства.

Некоторые устройства могут вставляться внутрь системного блока компьютера, например:

·модем - для обмена информацией с другими компьютерами через телефонную сеть;

·факс-модем - сочетает возможность модема и телефакса;

·стример - для хранения данных на магнитной ленте. Некоторые устройства, например, многие разновидности сканеров (приборов для ввода рисунков и текстов в компьютер), используют смешанный способ подключения: в системный блок компьютера вставляется только электронная плата (контроллер), управляющая работой устройства, а само устройство подсоединяется к этой плате кабелем.

Конфигурация первого IBM PC

Процессор Intel 8088 с частотой 4.77 МГц, ёмкость ОЗУ от 16 до 256 Кбайт.

Флоппи-дисководы емкостью 160 Кбайт приобретались за отдельную плату (можно было подключить один или два таких дисковода).

Винчестера не было.

Ключевыми технологиями стали:

Системная шина ISA со стандартными слотами, что позволяло вставлять в компьютер разнообразные платы расширения (видео-, звуковые, сетевые и прочие адаптеры).

BIOS - набор системных функций, позволявший разработчику ПО абстрагироваться от деталей работы аппаратуры и не зависеть от конкретной конфигурации системы. (До этих пор всё ПО разрабатывалось только под конкретные машины и поставлялось вместе с ними).

В IBM PC можно было использовать либо монохромный видеоадаптер MDA (текст 80×25, размер символа 9×14), либо цветной видеоадаптер CGA (текст 80×25 или 40×25, размер символа 8×8, либо графика 320×200/4 цвета или 640×200/2 цвета). Причём можно было даже вставить оба адаптера и подключить сразу два монитора, монохромный и цветной.

Персональный компьютер типа IBM PC. Логическая схема

Системный блок представляет собой узел, внутри которого установлены наиболее важные компоненты. Внешние устройства предназначены для ввода, вывода и длительного хранения информации. Их называют периферийными устройствами. По внешнему виду системные блоки различаются формой корпуса, которые выпускают в горизонтальном desktop и вертикальном tower исполнении. Корпуса, имеющие вертикальное исполнение, различают по габаритам: полноразмерный bigtower, среднеразмерный middletower, малоразмерный minitower. Горизонтально исполняемые корпуса системных блоков делятся на плоские и особо плоские. Для корпусов системных блоков кроме формы важен параметр – форм-фактор. От него зависят требования к вмещаемым в корпусе устройствам. В настоящее время используются корпуса 2х типов AT и ATX. Форм-фактор корпуса должен быть обязательно согласован с форм-фактором материнской платы компьютера.

Монитор – устройство визуального представления данных. Это не единственное возможное, но главноеустройство вывода информации. Его основными потребительскими параметрами явл. размер экрана и шаг маски экрана. Размер монитора измеряется по диагонали экрана. Стандартные размеры 14, 15, 17, 20, 21 дюйм. Изображение на экране монитора получается в результате облучения люминофорного покрытия остронаправленным пучком электронов, разогнанных в вакуумной трубке. Маска используется с шагом 0,2-0,25 мм. Частота регенерации изображения означает, сколько раз в течение секунды монитор может полностью сменить изображение.

Клавиатура – клавишное устройство управления ПК. Она служит для ввода алфавитно-цифровых данных, команд управления. Комбинация монитора и клавиатуры обеспечивает интерфейс пользователя, называемый командным.

Мышь это устройство управления манипуляторного типа. Перемещение мыши по плоской поверхности синхронизированно с указателем мыши на экране монитора. Монитор + мышь = наиболее современный тип интерфейса, который называется графическим. В отличие от клавиатуры, мышь не чвляется стандартным устройством управления. В связи с этим в первый момент включения компьютера она не работает, и нуждается в поддержке драйвера. Стандартная мышь имеет 2 кнопки. Хотя существуют с 3 кнопками или 2 и scroll.

Функции нестандартных органов управления определяются тем програмным обеспечением, которое поставляется вместе с устройством. Рассмотрим внутренние и внешние устройства ПК и связи между ними.

СИСТЕМНЫЙ БЛОК

Эта приблизительная схема изображает связи между устройствами компьютера. Ее можно назвать логической схемой связи между компонентами. Ввнутреннее устройство системного блока. В системном блоке размещены все основные устройства компьютера: материнская плата, адаптеры, дисководы, блок питания, динамик, органы управления.

10. Внутренние устройства ПК: микропроцессор, ОЗУ, ПЗУ, шина, микросхемы поддержки.

Микропроцессор – это основная микросхема компьютера, в которой и производятся все вычисления, конструктивно микропроцессор состоит из ячеек, похожих на ячейки оперативной памяти. Внутренние ячейки микропроцессора называются регистрами. С остальными устройствами микропроцессор связан с несколькими группами проводников, называемых шинами. Основными параметрами микропроцессора является: 1)набор выполняемых команд; 2) тактовая частота; 3) разрядность. Существуют микропроцессоры с расширенной и сокращенной системой команд. Чем шире набор команд, тем сложнее архитектура микропроцессора, длиннее формальная запись его команд и выше средняя продолжительность выполнения команд. Например, система выполнения команд Intel Pentium в настоящее время насчитывают более 1000 команд. Такие процессоры называют процессорами с расширенной системой команд (CISC).

В середине 80 годов 20 века появились микропроцессоры с сокращенной системой команд (RISC). При такой архитектуре команд намного меньше и каждая из них выполняется быстрее.

Таким образом, программы, состоящие из простейших команд, выполняются этими процессорами намного быстрее. Однако, оборотная сторона сокращенного набора команд состоит в том, что сложные операции приходится эмулировать далеко не эффективной последовательностью простейших команд. Поэтому CISC и RISC процессоры используются в разных сферах.

Тактовая частота указывает сколько элементарных операций микропроцессор выполняет за 1 секунду, измеряется в мегагерцах.

Разрядность показывает, сколько битов информации обрабатывается и передается за 1 такт, а так же, сколько битов может быть использовано в микропроцессоре для адресации в ОЗУ. Используются 16, 32 и 64 разрядные микропроцессоры.

ОЗУ (оперативно запоминающее устройство) – массив кристаллических ячеек, способный хранить данные. Существует много типов оперативной памяти, но с точки зрения физического принципа различают динамическую память DRAM и статистическую память SRAM. Ячейки динамической памяти можно представить в виде микро конденсаторов, накапливающих заряд, недостатки этого типа связаны с тем, что заряды имеют свойство рассеиваться в пространстве. Причем весьма быстро. Поэтому требуется постоянная зарядка конденсатора. Ячейки статистической памяти можно представить, как триггеры (состоит из нескольких транзисторов. В них находятся не заряд, а состояние, поэтому этот тип памяти обеспечивает более высокое быстродействие, хотя технологически он сложнее, и, соответственно, дороже. Он может быть включен или выключен. Микросхемы динамической памяти используют в качестве основной оперативной памяти. Микросхемы SRAM памяти используют как кэш памяять, предназначенную для оптимизации работы процессора.

Шины – группы проводников для передачи данных, адресов и сигналов между различными компонентами компьютера. Имеется множество стандартных шинных интерфейсов: 1) шина данных для копирования данных из оперативной памяти в регистры процессора и обратно; 2) адресная шина для копирования адресов; 3) шина команд для передачи команд в процессор.

В материнской плате так же расположены ПЗУ. Одна из них – BIOS. Там хранятся программы, реализующие функции ввода и вывода информации и тестирования компьютера.