Компьютерная серия IBM

Содержание

Введение

Центральная плата

Базовая система ввода-вывода

BIOS

Улучшенная клавиатура IBM

Память

Логическая организация памяти

Характеристики системной платы

Функции материнской платы

Введение

На сегодняшний день в мире существует множество компьютеров различных фирм, различных групп сложности и назначения, наконец, различных поколений и цель данного реферата составить краткий обзор компьютеров лишь одной фирмы IBM, как общепризнанного лидера в производстве и продаже вы числительной техники.

Те кто знаком с компьютерами этой фирмы знают, что вся компьютерная серия IBM программно и технически совместима внутри себя, что, очевидно, и послужило её широкому распространению.

80286 Презентация IBM персонального компьютера AT в 1984 году сфокусировала все внимание на другой микропроцессор Intel 80286. Сам по себе микропроцессор был представлен еще в 1982 году. Естественно у 8086 и 80286 много общего, но 80286 обладает такими дополнительными качествами, которые сразу привлекли пристальное внимание всех связанных с компьютерной индустрией. Новый микропроцессор использует полную 16-разрядную шину данных и 16-битные внутренние регистры. Он был разработан для работы с частотой в 6 Мгц, а затем 8 и 10 Мгц. Более того, Intel 80286 способен реализовывать свои функции быстрее, чем это следует из простого роста частоты.

В конечном счете, самым преимуществом Intel 80286 была способность работать с дополнительной памятью. Вместо 20-разрядной адресной шины 8088/8086 80286 имел 24-разрядную шину. Эти дополнительные 4 разряда давали возможность увеличить максимум адресуемой памяти до 16 М.

Intel 80286 позволил также использовать виртуальную память. Название говорит само за себя, что виртуальная память организуется не на каких-то отдельных физических чипах. Более того, информация хранится где-то во внешней памяти, но система обеспечивает к ней прямой доступ. 80286 снабжен специальными средствами, которые дают ему возможность отличать, к реальной или виртуальной памяти относится любой байт. Эти средства реализуются дополнительными схема ми, включенными в микропроцессор. Они дают возможность работать с 1Г памяти, включающую в себя 16М физической памяти и 1008М виртуальной.

Теоретически 80286 должен был преодолеть барьер адресуемой памяти в 1М который был установлен предыдущими моделями. Но в действительности эта возможность не была реализована.

Проблема была частично в традициях, а частично в совместимости. Ко времени появления 80286 IBM РC имела гарантированный успех. Для 8088,8086 было разработано огромное программное обеспечение. Отказ от использования этих разработанных программ ставил под сомнение использование нового чипа.

Для обеспечения совместимости с ранее разработанными чипами разработчики Intel 80286 обеспечили его работу в двух режимах: в реальном и защищенном. Реальный режим был скопирован с режима работы 8086. Причем разработчики работали так добросовестно, что внесли в реальный режим и ограничение по использованию только 1М памяти.

Чтобы использовать улучшенные возможности Intel 80286, фирма разработала защищенный режим. Хотя отсутствовала программная совместимость с 8086, этот режим позволял использовать все 16М и даже 1Г виртуальной памяти в программах, работающих в защищенном режиме.

Точно так же как и 8086 в свое время, Intel 80286 да вал такие огромные ресурсы памяти, потребность в которых ещё не назрела к тому времени. Поэтому этот режим не сразу был признан широким кругом пользователей. Потребовалось почти три года, прошедших с момента презентации первой АТ и появлением операционной системы OS/2, работающей в этом ре жиме, и ознаменовавшей собой начало его широкого применения.

Имелись две причины медленной популяризации защищенного режима. Для программистов, работающих в DOS, существенным являлся вопрос перехода между реальным и защищенными режимами. Intel разработал переход между режимами только в одном направлении. Микропроцессор начинал работу только в реальном режиме, когда происходило тестирование всех 16М памяти, но для использования этого ресурса необходимо было перейти в защищенный режим. Иначе пользователь мог довольствоваться только 1М памяти. Обратного перехода от защищенного режима к реальному не существует - требуется перезагрузка.

Кроме того, защищенный режим реализовывал только частично чаяния программистов. Вся огромная память 80286 была разделена на сегменты по 64К. Вместо того, чтобы свободно использовать весь ресурс памяти, программистам приходилось мудрствовать, чтобы преодолеть эти барьеры между сегментами.

80386 Не в пример 80286, который был, по видимому, предназначен удивить мир без DOS, следующее детище Intel микропроцессор 80386 развязал руки к использованию DOS.

Центральная плата

Intel 80386 был создан в 1985 году. Его создатели учли тяжелые уроки 80286 и мечты программистов. У него выше тактовая частота, большая производительность. И в целом он был более универсален, чем 88,86,286, опережая всех их по своим характеристикам.

После появления 80386,80286 смотрелся как тупиковая ветвь - но слишком поздно. Дело в том, что некоторые потребители Intel начали дорабатывать недостатки 80286 даже раньше, чем Intel8086, так как в разработке идеи 80286 использовалась база 8080, хотя, может быть, чуть амбициозно.

8086 появился в результате переосмысления целей разработки.

Только позже оригинальные идеи были воплощены в 80286.

Напротив, Intel 80386 был создан при полной ясности всех требований, предъявляемых к микропроцессорам и компьютерам. Intel 80386 имел все положительные качества своих предшественников. Все микрокоды его предшественника Intel 80286 входили в множество микрокоманд 80386. Поэтому старое программное обеспечение могло использоваться с Intel 80386. Но вместе с тем у 80386 были дополнительные возможности. Особенно привлекала возможность работать без ограничения связанного с сегментацией памяти.

Intel 80386 был мощнее своих предшественников. Размеры его регистров и шины данных были увеличены до 32 бит. Ин формация передавалась и обрабатывалась в два раза быстрее, чем у 16-битного 80286.

С самого начала разработчики 80386 ставили перед собой задачу создать быстрый чип. При его создании использовалась CHMOS технология. Первые 80386 начали работать с наивысшей частотой, достигнутой для 80286. Затем появилась 20 Мгц модель. В 1985 году предел был отодвинут до 25 Мгц. А вскоре и до 32 Мгц.

С увеличением шины данных до 32 бит, число адресных линий также было увеличено до 32. Само по себе это расширение позволило микропроцессору прямо обращаться к 4Гб физической памяти. Кроме того, он мог работать с 16 триллионами байт виртуальной памяти. Микропроцессор имел все необходимое для реализации последнего.

Огромное преимущество давал способ организации памяти 80386. К ней можно было обращаться, как к одному большому полю, доступному для программ. То есть структуры данных и программы могли быть объемом в целую память.

Разделение памяти на сегменты возможно, но не обязательно. Сегменты могут быть произвольны, а не ограничены по 64К.

Кроме того Intel80386 снабжен 16 байтами сверхоперативной кеш-памяти. Это специально встроенное поле памяти используется для хранения нескольких команд микропроцессора. Независимо от производимых микропроцессором расчетов, специальная схема загружает в эту память код программного обеспечения, прежде чем в нем появится необходимость. Эта небольшая кеш-память помогает процессору работать более проворно без задержек, связанных с ожиданием загрузки очередной команды из оперативной памяти.

Для того, чтобы обеспечить совместимость с предыдущими микропроцессорами и с огромной библиотекой DOS-программ Intel80386 был разработан таким образом, чтобы быть как можно больше похожим на 8086 и 80286. Как и его предшественники, Intel80386 позволял работать в защищенном режиме с ограничением адресуемой памяти в 1М. В этом режиме он загружал и выполнял все программы, разработанные на процессорах предшествующих поколений.

С реального режима Intel80386 мог быть переведён в защищенный режим, где он функционировал подобно 80286, за исключением объёма памяти. В этом режиме в распоряжении программиста было больше памяти, и он мог более гибко манипулировать ею, потому что мог изменять размеры сегмента.

В противоположность Intel80286-80386 мог переходить из одного режима в другой без перезагрузки машины, а посредством команд программного обеспечения.

Новый режим, названный виртуальным режимом 8086 (Virtual 8086 mode) , давал Intel80386 особенно большие свободы по использованию DOS. В этом режиме этот процессор работал не как один 8086, а как неограниченное их количество в одно и тоже время. Этот режим позволял процессору разбивать память на множество виртуальных машин, каждая из которых работала так, как будто она была отдельным компьютером на 8086 чипе.

Каждая из этих виртуальных машин могла запускать свою собственную программу, которая была полностью изолирована от всех остальных. Это означало, что вы можете одновременно выполнять несколько DOS-программ на одном компьютере. Вне экзотической архитектуры Intel80386 такая система была очень сложной и капризной, кроме того, требовалось, что бы программное обеспечение таких систем было специально написано по определённым стандартам, удовлетворяющим требованиям многозадачного режима. Intel80386 делал реализацию программного обеспечения многозадачного режима почти тривиальной, потому что самая тяжёлая работа выполнялась на уровне технического обеспечения. Готовые DOS-программы выполнялись на Intel80386 в многозадачной среде без всяких доработок.

Intel80386 является великолепным микропроцессором, и вы вправе надеяться найти его в каждом персональном компьютере. Использование более старого чипа можно рассматривать как шаг назад. И действительно, существуют только две причины, почему используются другие чипы. Одна из них стоимость. Сразу после презентации Intel80386 его стоимость превышала 500$, тогда как 8086 стоил в некоторых случаях даже меньше 10$. То есть вы могли купить целый компьютер за ту же цену, что и один 80386. Частично такой высокой цене способствовала Intel, которая не продавала лицензию на производство 80386 другим компаниям (за исключением IBM) . В таких условиях Intel могла диктовать свои условия на рынке, регулируя спрос и предложения количеством выпускаемых чипов. Очевидно, что компьютер на Intel80386 будет более дорогим по сравнению с другими, реализованными на других микропроцессорах.

Intel80386 имел наиболее болезненную историю своего внедрения по сравнению с другими микропроцессорами. Вскоре после его создания были обнаружены ошибки, связанные с его работой при выполнении 32-битных математических операций.

Эта проблема не была выявлена в первых РC совместимых компьютерах, реализованных на этом чипе, потому что DOS использует 16-битные операции. Ошибки всплыли наверх только после того, когда 80386 стал работать в 32-битном режиме.

Ошибки были быстро обнаружены и исправлены. Микросхемы, выпущенные после апреля 1987 года, не имеют описанного недостатка. По решению фирмы все доработанные чипы маркировались двойным символом сигма. Некоторые, но не все ранее выпущенные микропроцессоры, были промаркированы "только для 16-битных операций".

Существует модификация процессора Intel80386- 386SX.

Главное отличие его от 80386 это 16-битный вход/выход шины данных. Как следствие его внутренние регистры заполняются в два шага.

8086 В 1976 году фирма Intel начала усиленно работать над микропроцессором 8086. Размер его регистров был увеличен в два раза, что дало возможность увеличить производительность в 10 раз по сравнению с 8080. Кроме того, размер ин формационных шин был увеличен до 16 разрядов, что дало возможность увеличить скорость передачи информации на микропроцессор и с него в два раза. Размер его адресной шины также был существенно увеличен - до 20 бит. Это позволило 86-му прямо контролировать 1М оперативной памяти.

Как прямой потомок 8080 и двоюродный брат Z80,8086 унаследовал большую часть множества их микрокоманд. Регистры нового процессора были разработаны таким образом, что они могли обрабатывать как 16-ти битные значения так и 8-ми битные - также как это делал 8080.

Память 8086 была также доработана специальным образом.

Весь мегабайт оперативной памяти не представлялся единым полем, а был разделен на 16 сегментов величиной по 64К. Таким образом, память 8086 можно было представить как объединенную вместе память нескольких 8080.8086 работал с каждым сегментом по отдельности, не позволяя большим ин формационным структурам переходить через границы сегментов.

В некотором смысле I8086 опередил свое время. Малые компьютеры основывались на 8-ми битной архитектуре, память была очень дорога, требовались дополнительные 16-ти битные микросхемы. Использование этого процессора предполагалось в 16-ти битных устройствах, которые не оправдывали свою цену в то время.

8088 - шаг назад.

Через год после презентации 8086, Intel объявил о раз работке микропроцессора 8088. Он являлся близнецом 8086: 16-битные регистры, 20 адресных линий, тот же набор микро команд - все то же, за исключением одного, - шина данных была уменьшена до 8 бит. Это позволяло полностью использовать широко распространенные в то время 8-битные элементы технического обеспечения.

Как шаг назад в истории разработки микропроцессоров Intel 8088 мог потеряться в истории, как это было с Intel 8085, не реши IBM реализовать свой первый персональный компьютер на его базе. Выбор IBM был объясним. Восьмибитная шина данных позволяла использовать имеющиеся на рынке микросхемы. Шестнадцатибитная внутренняя структура давала важные преимущества по сравнению с существующими микропроцессорами. Как приемник 80-го микропроцессора, 8088 мог понимать незначительно доработанные программы, работающие с CР/M. По большому счету, все эти преимущества были временными, а в некоторых случаях и иллюзорными. Но восьмибитный чип был еще и не дорогим. Последнее явилось более важным аргументом чем 16-битные регистры и легко адаптируемые программы CР/M.

Итак, Intel 8088 явился базой для разработки семейства малых компьютеров. Он подготовил почву для быстрого создания совместимых настольных компьютеров.

Потенциально 8086 был в два раза производительней, и почти полностью совместим с 8088. Микропроцессоры 8088 и 8086 совместимы, но не взаимозаменяемы. Восемь дополнительных бит данных требовали 8-ми дополнительных проводов. Таким образом, подключение этих двух микросхем было различным.

Компьютер разрабатывался либо под один микропроцессор, либо под другой.

Вот некоторые выдержки из технического описания IBM РC XT: Сердцем системной платы является микропроцессор Intel 8088. Этот процессор представляет собой версию 16 - битного процессора Intel 8086 с 8-битным выходом на внешнюю магистраль и является программно совместимым с процессором 8086.

Таким образом 8088 поддерживает 16-битные операции, включая умножение и деление, и поддерживает 20-битную адресацию (до 1 Мбайта памяти). Он также работает в максимальном режиме.

Поэтому в систему может быть добавлен сопроцессор. Процессор работает с тактовой частотой 4.77 МГц. Эта частота, которая получается из частоты кварцевого генератора 14.31818 МГц, делится на 3 тактовым генератором процессора и на 4 для получения сигнала цветности 3.58 МГц, необходимого для цветного телевидения.

При тактовой частоте 4.77МГц цикл обмена по магистрали 8088 составляет четыре периода по 210 нс или 840 нс. Цикл ввода/вывода требует пяти тактов по 210 нс и составляет 1.05 мкс.

Процессор поддерживается набором многофункциональных устройств, обеспечивая четыре канала 20-битного прямого доступа к памяти, три 16-битных канала таймеров-счетчиков и восемь приоритетных уровней прерывания...

ЦП 8088 компьютера IBM РC производит выборку команды по адресу, интерпретирует ее, выполняет действие, требуемое этой командой, (например, сложение двух чисел), затем пере ходит к выполнению следующей команды.

Если следующая команда не направит процессор 8088 не посредственно к определенной ячейке памяти, чтобы выполнить записанную там команду, процессор будет двигаться от одной команды к другой по ячейкам памяти, расположенным последовательно (шаг за шагом) . Наиболее существенная разница между пошаговым выполнением программы (последовательности команд) и пошаговой работой компьютера заключается в том, что компьютер IBM может выполнять около миллиона таких шагов в секунду...

По мере того, как появились микропроцессоры, состоящие из многих тысяч дискретных элементов, появилась возможность реализации дополнительных функций в рамках одной микросхемы. При разработке компьютера, помимо микропроцессора, используются и другие дополнительные устройства: контроллеры прерываний, таймеры и контроллеры шин. Функции этих устройств технически можно реализовать в одном корпусе с микропроцессором.

Однако эти возможности никогда не реализуются на практике. Микропроцессор, как и все дополнительные устройства, может использоваться не только в компьютерах.

По мере развития компьютерной индустрии, рынком была проведена оптимизация разделения функций между устройства ми. И каждое устройство развивалось в направлении реализации своих функций. Intel продолжал совершенствовать свои микропроцессоры. В 1982 году был представлен микропроцессор 80186. Этот чип стал базовым для создания целого ряда совместимых компьютеров и реализации турборежима. Так же был создан микропроцессор 80188 - приемник 8088.

Базовая система ввода-вывода

Базовая система ввода-вывода компьютера, наполовину относится к программному, а наполовину к техническому обеспечению. С её помощью реализуются отсутствующие связи этих двух компонент, позволяющие компьютеру принимать работоспособное состояние. Как и всё программное обеспечение BIOS - набор команд микропроцессора. Подобно техническому обеспечению инструкции BIOS не мимолётны. Из за своей двойственной природы и промежуточного положения между программным и техническим обеспечением эту систему часто относят к микропрограммному обеспечению.

BIOS совместимых с IBM компьютеров является очень специфическим микропрограммным обеспечением, включающем в себя подпрограммы, тестирующие компьютер; дающие возможность, используя только языки программирования без всякого дополнительного программного обеспечения работать с компьютером.

Для обеспечения совместимости компьютера с IBM необходимо обеспечить его совместимость с BIOS IBM. Это не совсем простая задача. BIOS защищена от копирования другими производителями. В результате, вместо использования кодов BIOS IBM, производителю приходится разрабатывать свою собственную систему ввода-вывода. Многие фирмы разрабатывают программы BIOS самостоятельно.

Некоторые подпрограммы BIOS работают отдельно, хотя вся система может быть зашита внутри одного чипа. Они работают как множество отдельных резидентных программ, которые не выгружаются после выполнения. Они всегда в памяти и всегда ждут обращения.

Одной из самых важных характеристик BIOS, определяющей совместимость программного и технического обеспечения, является конкретный набор резидентных подпрограмм, реализующий связь этих двух компонент.

Разработка любого компьютера требует, чтобы множество элементов технического обеспечения были обеспечены специальными адресами в пределах диапазона портов ввода-вывода.

Другие компоненты компьютера имеют множество своих собственных регистров, которые используются для реализации их функций. Так как компьютер состоит из большого числа внутренних компонент, число реализации компьютеров из этого набора безгранично. В то же время, программное обеспечение, реализующее управление данными устройствами, должно точно знать адреса его регистров. Если бы все компьютеры имели только одну конфигурацию, проблем бы не было.

Однако в первых же РC, IBM предусмотрела возможность изменять конфигурацию технического обеспечения в будущем.

Это означало, что любой из портов или регистров компьютера может иметь другие адреса в последующих модификациях. Тогда IBM не рассчитывала, что программам может понадобиться пря мая адресация. Вместо этого предполагалось, что программы будут обращаться к BIOS, которая будет содержать постоянную адресную часть кодов. Позже компьютеры с изменённой конфигурацией технического обеспечения могли использовать программное обеспечение своих старших собратьев благодаря настройке BIOS. Для этого адресация внутри программ BIOS могла изменяться, чтобы удовлетворить новым разработкам технического обеспечения.

Проблема BIOS в том, что ограниченным числом программ невозможно оптимальным образом накрыть все потребности программного обеспечения. Таким образом, использование подпрограмм BIOS является иногда благом, а иногда обузой. В частности, эти подпрограммы реализуют некоторые функции компьютера очень медленно. Проблема производительности особенно остро стоит при работе с видеодисплеем. Например, все подпрограммы IBM BIOS реализуют пересылку информации на дисплей по одному символу. Прямое управление техническим обеспечением позволяет реализовать эту функцию намного быстрее.

Другое неприятное ограничение при работе с BIOS - это то, что компьютер не может ничего делать вне этой системы.

Например, драйверы гибкого диска при работе в своих стандартных режимах прекрасно уживаются с подпрограммами BIOS, позволяющими читать, писать и форматировать диски, используя стандартные дисковые форматы IBM. В то же время они накладывают ограничение на то, что эти устройства могут делать. Однако драйверы гибких дисков сами по себе способны на большее: они могут работать в форматах других компьютерных систем, а так же использоваться для защиты от копирования.

Для увеличения быстродействия работы видеосистемы или драйверов гибких дисков необходимо отказаться от использования BIOS и использовать программы, которые напрямую обращаются к устройствам. Такая концепция претит идеям IBM и может привести к несовместимости. Однако написано так много программ, которые позволяют себе напрямую обращаться к устройствам технического обеспечения, что некоторые выявляющиеся характеристики компьютера являются более стандартизованными, чем сама BIOS. Большинство совместимых компьютеров реализуют свои функции, имитируя техническое обеспечение РC. Но их BIOS разрабатывалась не только исходя их ограничений на использование системы IBM. По многим параметрам та кое техническое обеспечение более стандартизировано, чем микро обеспечение BIOS. Даже IBM пришлось отказаться от ограничения работы с видеодисплеем только через BIOS для увеличения быстродействия соответствующих операций.

Тем не менее, BIOS обладает большим рядом достоинств.

В большинстве случаев эта система облегчает программисту работу. Операционные системы всегда в его распоряжении.

Подпрограммы системы хорошо документированы и понятны, что позволяет избавить пользователей от многих забот.

BIOS РC Дебют BIOS РС состоялся вместе с презентацией первой РС. Начиная с этого времени, эта система имеет самое большое число копий в мире. Все совместимые компьютеры должны скопировать работу BIOS РС без копирования самих кодов этой системы.

BIOS

BIOS реализует свои функции через систему прерываний программного обеспечения. Для запуска подпрограммы, содержа щей специальную инструкцию микропроцессору по обработке какой-либо конкретной ситуации, выполняемая программа устанавливает соответствующий флажок прерывания.

Прерывания программного обеспечения приводят к тому, что микропроцессор приостанавливает выполнение текущей работы и начинает выполнять подпрограмму по обработке прерывания. Для реализации этого механизма микропроцессор, выполнив какую-либо элементарную операцию, исследует векторы прерываний. Если прерывание выставлено, коды выполняемой программы запоминаются, чтобы после обработки прерывания выполнение прерванной программы могло быть продолжено. Каждый вектор прерывания является указателем, говорящим микропроцессору, где находятся коды по обработке данного прерывания. Микропроцессор читает значение вектора и начинает выполнять программы по указанному вектором адресу.

Список векторов прерываний начинается с самого начала памяти микропроцессора по адресу 00000(Hex) . Каждый вектор занимает 4 байта памяти, и все они располагаются в памяти по возрастающей. Недостающие значения для каждого вектора загружаются в оперативную память с ПЗУ, содержащих BIOS при загрузке компьютера. Программы могут изменять вектора прерываний для изменения значений прерываний программного обеспечения. Обычно завершающиеся и остающиеся резидентными программы реализуют подобные корректировки векторов для своих собственных целей.

Так как число имеющихся прерываний может оказаться намного меньше того числа функций, которое вы хотели бы использовать в своих программах, некоторые прерывания BIOS используются для реализации нескольких функций. Эти функции реализуются при помощи передачи параметров. Параметры обрабатываются подпрограммами BIOS. Их значения заносятся в один или более регистров при установке флажка прерываний. В свою очередь, подпрограммы BIOS могут передавать результаты назад в выполняемую программу.

Изменение BIOS РС Главное отличие первых машин IBM РC с максимальным объемом памяти в 64К от РС с памятью в 256К кроется в BIOS.

При разработке первой системы прерывания, естественно, не учитывалась возможность включения в конфигурацию РС жестких дисков. Поэтому система не содержала возможности по автоматическому наращиванию дополнительных кодов. То есть она была не расширяемой.

BIOS РС-2 и, естественно, появившиеся позже ХТ, как и соответствующие совместимые компьютеры, решили эту проблему добавлением специального кода в подпрограммы BIOS. Эта функция реализовывалась на последнем шаге процедуры загрузки, когда загружались дополнительные коды BIOS.

Рубикон был перейден 27 октября 1982 года. Более ранние системы BIOS являются не расширяемыми.

Определение даты разработки BIOS Машины РС-1 легко определить по используемой ими памяти. Любой компьютер IBM, способный комплектоваться только чипами памяти по 16 Кбит, с общим объемом памяти на своей системной плате в 64К, относится к этому классу машин. Если у вас такая машина, скорее всего вы имеете нерасширенную BIOS.

Однако этот метод не всегда хорош. Вы можете не отличить одну микросхему памяти от другой. Либо у вас, поп росту, нет никакого желания лезть в корпус вашего компьютера. Кроме того, если выкупили подержанную машину или кто-либо без вашего участия осуществлял установку компьютера, BIOS могла быть скорректирована без вашего уведомления.

IBM продает сейчас громадное множество вариантов этой системы для старых компьютеров, что позволяет им работать с расширяемой BIOS.

Самый верный способ установить, какой BIOS пользуется ваш компьютер, - это использовать отладчик DOS.

Для этого необходимо запустить эту программу и выдать ей следующую команду: D F000: FFF0 После этого на вашем экране появится загадочная строка символов. Горизонтально она разделена на три части. Слева указывается адрес памяти, с которого начинается отображение 16 байт. Центральный блок символов содержит индивидуальное значение каждого из этих 16 байт памяти. Правый блок представляет эти значения в кодах ASCII. У правой границы строки вы можете найти дату вашей BIOS.

Продолжение истории BIOS Помимо описанной выше корректировки BIOS, она претерпела еще несколько изменений. Это происходило каждый раз для совершенствования системы при разработке новых компьютеров или новых системных плат в рамках уже существующих моделей. Наиболее радикальные изменения претерпела BIOS РS/2, когда был представлен микроканал. Улучшенная BIOS реализовывала возможности нового защищенного режима.

Каждая BIOS после РC-1 является расширяемой. Во время загрузки компьютера читается дополнительная секция кодов, содержащихся в дополнительных платах и их инструкции, прибавляются к существующему диапазону. Например, новые подпрограммы прерываний могут быть добавлены либо в функции существующих подпрограмм, либо могут быть изменены.

Во время самотестирования, после загрузки векторов прерываний ОЗУ, резидентный код BIOS заставляет компьютер проверить байты своего ПЗУ в соответствующем адресном диапазоне. Если найден значащий байт, процессор проверяет последующую секцию кодов, разрешая расширению BIOS после проведения циклической проверки блоков по 512 байт. Значения каждого байта в блоке суммируются по модулю, результат делится на 4096. Нулевой остаток говорит о том, что расширение BIOS имеет правильное значение.

Дополнительные секции кодов маркируются специальным значением, помещаемым перед ним. Затем после этих двух байтов - третий байт указывает дополнительную длину секции BIOS. Значение третьего байта указывает на количество блоков по 512 байт, необходимых для дополнительных кодов.

Если система распознала соответствующую секцию кодов, выполняемая программа BIOS переходит к четвертому байту расширяемой BIOS и выполняет любые функции, описанные здесь в машинных кодах. После выполнения инструкции расширенной BIOS управление передается резидентной BIOS. Затем система продолжает поиск дополнительных блоков расширенной BIOS.

После завершения этой процедуры начинается процесс загрузки компьютера с диска.

Сопроцессоры Сопроцессор- специальная интегральная схема, которая работает в содружестве с главным процессором. Обычно сопроцессор настраивается на выполнение какой-нибудь специфические функции - математической операции или графического представления. И эту операцию сопроцессор может реализовать во много раз быстрее, чем главный процессор. Таким образом компьютер с сопроцессором работает намного проворнее.

Сопроцессор - это обычный микропроцессор, но не столь универсальный. Обычно сопроцессор разрабатывается как специальное устройство по реализации конкретно определенной функции. Так репертуар сопроцессора ограничен, он может реализовывать выделенные для него функции как никто другой.

Как и любой другой микропроцессор, сопроцессор работает по тем же принципам. Он просто выполняет программы содержащие последовательность микропроцессорных команд. Сопроцессор не держит под управлением основную массу цепей компьютера.

В обычном режиме микропроцессор выполняет все функции компьютера. И лишь когда встречается задача, с которой лучше справится сопроцессор, ему передаются данные и команды управления, а центральный процессор ожидает результаты.

Сопроцессоры, большей частью использующиеся в РC, являются математическими сопроцессорами. В математике они специализируются по умножению и делению чисел.

Математические сопроцессоры называют ещё процессорами с плавающей запятой, потому что они особенно ярко проявляют свои возможности в этой области математики. Числа с плавающей запятой часто используются в научных расчетах и представляются, как правило, мантиссой и ординатой.

Преимущество, получаемое от установки математического сопроцессора, зависит от того, какие задачи решаются на компьютере. Согласно утверждению Intel сопроцессор может уменьшить время выполнения математических операций, таких как умножение, деление, возведение в степень на 80% и более.

Скорость выполнения простых операций, таких как сложение и вычитание практически не уменьшается.

С практической точки зрения, производительность системы, касающейся подготовки текстов и ведения базы данных функций, не требующих сложных математических расчётов, не может быть улучшена математическим сопроцессором.

Сопроцессор и главный микропроцессор могут работать на разных тактовых частотах (от собственных тактовых генераторов).

Когда отношение частот микропроцессора и сопроцессора выражается целым числом, они работают синхронно и могут передавать информацию друг другу оптимальным образом. Не синхронизированная работа требует, чтобы один или другой из них ожидал завершения цикла своего партнёра, что влечёт за собой появление небольшого, но реального периода ожидания.

Семейство сопроцессоров Intel составляют: 8087,80287,80387,80387SX.

Каждый из них специально разработан для работы с соответствующим микропроцессором главного семейства Intel. Каждый из этих четырёх имеет свои характерные особенности. Ограничения по единовременной обработке информации в 8,16,32 бит остались далеко позади. Сопроцессоры Intel обрабатывают сразу 80 бит. Каждый сопроцессор содержит восемь 80-битных регистров, в которых он и осуществляет свои вычисления. Они работают с 32-, 64- или 80-битными числами с плавающей запятой; 32- или 64-битными целыми числами. Как правило, сопроцессоры работают как придатки центрального.

Оба процессора висят на адресно-информационных линиях компьютера и выполняют каждый свои команды по мере их появления в программе. Сопроцессоры могут выполнять свои функции параллельно с работой центрального процессора, то есть оба мозга в данном случае думают одновременно, потому что каждый из них читает свои команды прямо с шины, и центральному процессору не приходится прерываться, чтобы выдать команду сопроцессору.

8087: Этот сопроцессор бал разработан специально для использования с Intel 8086,8088,80186,80188. Поэтому у него идентичные с этими микропроцессорами возможности по адресации и восприятию информации. Причём этот сопроцессор сам настраивается на размер шины данных - восьми или шестнадцатибитную (8086 или 8088 семейства) . Он устанавливается в стандартный 40-контактный разъём и увеличивает список команд компьютера на 68 единиц.

Существуют три модификации этого сопроцессора, различающихся по частоте: 5,8,10 Мгц.

80287: Точно так же, 80286 является расширением 8086,80287 является развитием 8087. Главным достоинством 80287 служит возможность функционировать как в реальном, так и в защищен ном режиме 80286 микропроцессора. Он имеет возможность адресации ко всем 16М памяти.

80287 почти полностью совместим с 8087 и может использовать почти всё программное обеспечение последнего. Главное функциональное отличие этих сопроцессоров в способе обработки сбойных ситуаций. При выявлении ошибки эти чипы могут вести себя по-разному. Впрочем, программное обеспечение может скомпенсировать эти расхождения.

80287 размещается в 40-контактном DIР-корпусе. Но, не в пример своему младшему собрату, 80287 может работать с отличной от центрального микропроцессора тактовой частотой.

Хотя 80287 напрямую подключается к тактовому генератору центрального микропроцессора, в него встроена цепь делите ля, которая уменьшает внутреннюю частоту в три раза.

Используя свой собственный генератор, 80287 может существенно повысить свою производительность.

Так же, как и у 8087,80287 различают четыре модификации, различающихся по частоте.

80287 совместим с 80386 микропроцессором. Однако они работают на разных частотах, и, следовательно, требуется специальный интерфейс для доступа к шине данных 80386. Более того, так как 80287 - 16-битный чип, все взаимосвязи с 80386 должны осуществляться 16-битными словами, что потенциально уменьшает производительность.

80387 и 80387SX Точно так же, как Intel, учтя уроки прошлого, произвёл 80386,80387 стал дальнейшей разработкой 80287 сопроцессора. Оставаясь командно совместимым с 80287,80387 увеличил скорость манипуляций данными. Но опять-таки имелись расхождения в обработке ошибок. Зато возможности 80387 были больше - он реализовывал все трансцендентные и логарифмические функции.

80387SX - всесторонне похож на 80387, но предназначается для работы на 16-битной шине 80386SX вместо 32-битной шины данных.

80387 и 80387SX могут выполнять все программы для 80287. Обратное не эквивалентно. Главной проблемой 387-х являются немного отличающиеся результаты вычислений трансцендентальной функции от 80287.

80387 работает на той же частоте что и центральный процессор. Имеются соответствующие модификации этого сопроцессора вплоть до 25 Мгц.

Устройства ввода Устройствами ввода являются те устройства, посредством которых можно ввести информацию в компьютер. Главное их предназначение - реализовывать воздействие на машину. Разнообразие выпускаемых устройств ввода породили целые технологии от осязаемых до голосовых. Хотя они работают по раз личным принципам, но предназначаются для реализации одной задачи - позволить пользователю связаться со своим компьютером.

Главным устройством ввода большинства компьютерных систем является клавиатура. До тех пор, пока система распознавания голоса не смогут надежно воспринимать человеческую речь, главенствующее положение клавиатуры вряд ли изменится.

IBM разработала, по крайней мере, восемь разновидностей клавиатур для своих персональных компьютеров. Четыре типа клавиатур не использовались при комплектации больших ЭВМ. Две были разработаны для РCjr, одна для портативных РС и последняя - для РC 3270. Три других типа отличаются между собой только расположением клавиш. И последняя имеет не большую модернизацию своих ножек.

Неприятности начались с первым типом клавиатур, предложенным для РC XT. Несмотря на критику прессы, эта разработка оставалась стандартом IBM до презентации АТ. Она имела 83 клавиши. Два ряда функциональных клавиш располагались вертикально, слева от главной алфавитно-цифровой клавиатуры. Клавиши управления курсора были совмещены с отдельными цифровыми клавишами. Клавиша ввода была мала и амбициозно выделена изогнутой стрелкой. Не была предусмотрена никакая индикация положения клавиш заглавного регистра, блокировки служебной/цифровой клавиатуры и блокировки просмотра.

Главная критика пришлась на долю расположения периферийных клавиш. Функциональная клавиатура, расположенная под левую руку, не соответствовала ключам по просмотру экранных страниц, как это было тогда принято. Недостаток индикаторов породил большое количество при вводе цифр или движений курсора, а также заглавные буквы часто путались с прописными.

После нескольких лет критики IBM разработала и представила новую клавиатуру вместе с новой моделью. Это была АТ. Её клавиатура была снабжена специальной клавишей, предназначенной для многопользовательского использования.

Клавиша ввода стала больше. Так же обеспечивалась необходимая индикация.

Но в действительности настоящие изменения лежали более глубоко. Не в пример клавиатуре РС клавиатура АТ была программируемой. Ей было выделено своё собственное множество команд. Эти команды могут поступать с центрального блока.

Один этот факт делает новую клавиатуру несовместимой с РС и ХТ. Хотя используются одни и те же разъемы, клавиатура РC/XT не будет работать при ее подключении к АТ и наоборот клавиатура АТ не сможет работать, если она будет подключена к РС или ХТ.

Улучшенная клавиатура IBM

Вместе с производством модернизированных АТ, IBM начала выпускать новый тип клавиатуры, названной IBM улучшенной клавиатуры. Но все остальные называют ее расширенной клавиатурой. Хотя эта клавиатура электрически полностью совместима со своей предшественницей (оставаясь несовместимой с РС и ХТ) , расположение клавиш на ней было вновь изменено.

Усовершенствование вылилось в увеличение числа клавиш. Их общее количество 101, что соответствует стандарту США.

В международных моделях добавляется еще одна клавиша.

Дополнительных ключей было несколько. Клавиши по управлению курсором были продублированы, и их полное множество было выделено в отдельную группу. Появились две новые функциональные клавиши - F11 и F12. Вся дюжина функциональных клавиш переместилась на самый верхний ряд клавиатуры, слегка отделившись от алфавитно-цифровой зоны. Клавиша Caрs Lock заняла старую позицию клавиши CTRL.

Используемое расположение функциональной клавиатуры предлагалось пользователями сразу же после появления первых АТ. Такое их расположение соответствовало позициям ключей на экране. Но самые ярые сторонники такой планировки клавиатуры вскоре убедились в том, что старый вариант является более удобным, особенно когда необходимо набрать комбинацию функциональных ключей с Ctrl или Alt. Раньше можно было это сделать одной рукой, сейчас необходимы две.

Более того, новое расположение ключей оказалось более громоздким при работе. Более мелкая клавиша ввода в новой конструкции чаще пропускалась при быстрой работе. Вот и получалось, что новая клавиатура больше подходила для дилетантов, чем для профессиональных машинисток. А критиковали старую клавиатуру, скорее всего профессионалы, хотя были и люди, которые просили расположить буквы в алфавитном порядке.

Клавиатура РS/2 Модель РS/2 использует универсальную улучшенную клавиатуру IBM или клавиатуру уменьшенных размеров, специально разработанную для крошечной модели.

Единственное отличие улучшенных клавиатур РS/2 и XT/AT это разъем подключаемого кабеля. РS/2 использует простой миниатюрный DIN разъем, вместо стандартного DIN разъема клавиатуры РС/ХТ/АТ. Этот кабель легко может быть заменен вами или IBM для корректного подключения к вашей компьютер ной системе.

Клавиатура совместимых компьютеров Производители совместимых РС шли в ногу с IBM и адаптировали свою клавиатуру к расширяющимся стандартам. Некоторые производители, смутившись критики расположения клавиш на клавиатуре IBM, постарались внести свои изменения в это устройство. ПОЛНОЕ ОПИСАНИЕ ВСЕЙ ИСТОРИИ СОЗДАНИЯ клавиатуры потребовало бы написания книги "Таинственные перемещения клавиш". Одно существенное улучшение было произведено рядом производителей совместимых компьютеров - они установили в днище клавиатуры переключатель совместимости.

Два положения этого переключателя позволяют выбрать электрические параметры соединения при подключении к РС/ХТ или АТ. Таким образом, такая клавиатура может использоваться в двух типах систем.

Мышь Для многих людей клавиатура представляется самым трудным и непонятным атрибутом. Благодаря этому и тому, что интерфейсы DOS и OS/2 не прощают ошибок, теряется большое количество пользователей РС.

Для преодоления этих недостатков было разработано графическое управление меню пользовательского интерфейса. Эта разработка породила специальное указывающее устройство, процесс становления которого длился с 1957 по 1977 год.

Устройство позволяло пользователю выбирать функции меню, связывая его перемещение с перебором функций на экране. Од на или несколько кнопок, расположенных сверху этого устройства, позволяли пользователю указать компьютеру свой вы бор.

Устройство было довольно миниатюрным и легко могло поместиться под ладонью с расположением кнопок под пальцами.

Подключение производится специальным кабелем, который придает устройству сходство с мышью с длинным хвостом. А процесс перемещения мыши и соответствующего перебора функций меню заработал термин "проводка мыши". Мыши различаются по трем характеристикам - числу кнопок, используемой технологии и типу соединения устройства с центральным блоком.

Кнопки мыши В первоначальной форме в устройстве была одна кнопка.

Перебор функций определяется перемещением мыши, но выбор функции происходит только при помощи кнопки, что позволяет избежать случайного запуска задачи при переборе функций меню.

С помощью одной кнопки можно реализовать только минимальные возможности устройства. Вся работа компьютера в этом случае заключается в определении положения кнопки нажата она или нет. Тем не менее, хорошо составленное меню полностью позволяет реализовать управление компьютером.

Однако две кнопки увеличивают гибкость системы. Например, одна кнопка может использоваться для запуска функции, а вторая для ее отмены. В графических системах одна может выключать световой карандаш, а вторая - включать его.

Вне всяких сомнений, три кнопки еще более увеличат гибкость программирования. Но, с другой стороны, увеличение кнопок увеличивает сходство устройства с клавиатурой, возвращая ему недостатки последней. Поэтому не рекомендуется использовать устройства с большим количеством кнопок.

Практически три кнопки являются разумным пределом, потому что они позволяют лежать указательному, среднему, безымянному пальцам на кнопках в то время, как большой и мизинец используются для перемещения мыши и удержании ее в ладони. Большинство моделей снабжаются двумя или даже одной кнопкой. Самые популярные - двухкнопочные мыши. Но это не означает, что вы должны отказываться от трехкнопочных устройств. Они могут делать то же самое, что и двухкнопочные мыши, и даже больше их. Но для большинства приложений вполне достаточно двух кнопок.

Механические мыши. Первые мыши имели механическую конструкцию. В ней использовался маленький шар, который выступал через нижнюю поверхность устройства и вращался по мере его перемещения по поверхности. Переключатели внутри мыши определяли перемещение и направление движения шара.

Хотя шар может вращаться в любом направлении, определяются только четыре направления. Это ассоциируется с двумя направлениями в двухкоординатной системе. Перемещение в каждом из четырех направлений измеряется в сотых долях дюйма. После прохождения шара этого дискретного расстояния формируется специальный сигнал для центрального блока.

Механическая мышь практически может работать на любой поверхности. Вы можете вращать шар даже пальцами (хотя в этом случае возникнут проблемы с нажатием кнопок) . Но, с другой стороны, механической мыши требуется какое-то пространство (хотя вы можете водить ее по ногам, но это обычно плохо воспринимается окружающими).

А кроме того, механическим частям свойственны частые поломки. Мыши имеют тенденцию к собиранию грязи, что приводит к уменьшению надежности их функционирования. Поэтому это устройство необходимо периодически чистить, хотя оно как будто работает на чистой поверхности стола. Альтернативой механической мыши является оптическая мышь. В последнем устройстве вместо крутящегося шарика используется луч света, сканирующий координатную сетку, нанесенную на специальную подложку. С помощью такого механизма и определяется движение. Отсутствие движущихся частей в таком устройстве повышает его надежность.

Наиболее популярна оптическая мышь фирмы MSC Corрoration. В устройствах этой фирмы используются две пары LED и фотодетекторов, устанавливаемых на задней стенке. Од на пара ориентирована под прямым углом по отношению к другой. Подложка покрыта перекрывающимся множеством желтой и голубой координатных сеток. Каждая пара LED и фотодетекторов определяют движения в обоих направлениях при прохождении через соответствующие риски сетки. Специальное покрытие нижней стенки мыши облегчает скольжение по покрытой пластиком подложке.

Большим недостатком оптической мыши является необходимость использовать специальную подложку. С одной стороны, вы можете положить ее в любое место, и устройство будет работать. Но, с другой стороны, такая подложка легко загрязняется, и устройство перестает работать. Да и само пластиковое покрытие легко повреждается. Хотя в нормальных условиях современных офисов оптические мыши работают долго и надежно.

Память

Всем компьютерам требуется память нескольких видов. Память требуется на каждом шагу выполнения программ. Память нужна как для исходных данных так и для хранения результатов. Она необходима для взаимодействия с периферией компьютера и даже для поддержания образа, видимого на экране.

Вся память компьютера делится на внутреннюю и внешнюю.

В компьютерных системах работа с памятью основывается на очень простых концепциях. В принципе, всё, что требуется от компьютерной памяти, - это сохранять один бит информации так, чтобы потом он мог быть извлечён оттуда.

В настоящее время широкое распространение получили устройства динамической памяти, базирующиеся на способности сохранять электрический заряд. Эти устройства - конденсаторами.

С первого взгляда конденсатор не удовлетворяет основ ному требованию устройств памяти. Он не способен сохранять заряд в течение длительного промежутка времени, но он позволяет делать это в течении нескольких миллисекунд, что вполне достаточно, чтобы использовать это в электронике. За это время специальные цепи компьютера обеспечивают подзарядку конденсатора, то есть обновление информации. Из-за непрерывной природы этого процесса такая память называется динамической.

В современных персональных компьютерах динамическая память реализуется на базе специальных цепей проводников, заменивших обычные конденсаторы. Большое количество таких цепей объединяются в корпусе одного динамического чипа. Однако подобно памяти на конденсаторах, она должна постоянно освежаться.

В то время как динамическая память, получив заряд электричества, удерживает его, так называемая статическая память, позволяет потоку электронов циркулировать по цепи.

Прикладываемое напряжение может изменить направление движения электронов. Причем существует только два направления движения потока, что позволяет использовать данные цепи в качестве элементов памяти. Статическая память работает наподобие выключателя, который переключает направление электронного потока.

Кроме оперативной памяти существует ещё и постоянная память(ПЗУ) . Её главное отличие от ОЗУ - невозможность в процессе работы изменить состояние ячеек ПЗУ. В свою очередь и эта память делится на постоянную и ре-программируемую. Принципы её функционирования понятны из названия.

Эволюция микросхем ОЗУ вплотную связана с эволюцией персональных компьютеров. Для успеха настольных компьютеров требовались миниатюрные чипы ОЗУ. По мере увеличения ём кости памяти цена скачкообразно возрастала, но потом постоянно уменьшалась по мере отработки технологии и роста объёмов производства.

Первые РC реализовывались на стандартных RAM-чипах по 16 Кбит. Каждому биту соответствовал свой собственный адрес.

Где-то около года после представления XT появилось ОЗУ с большими возможностями и более эффективное с точки зрения его цены. Хотя новые микросхемы могли вмещать по 64 Кбит, она были дешевле, чем 4 по 16 Кбит. Системная плата РC была создана с учётом использования новых микросхем памяти. Через несколько лет 64 Кбитные чипы стали настолько широко распространены, что стали дешевле, чем 16 Кбитные микросхемы.

К 1984 году был сделан ещё один шаг по увеличению объёма памяти в одном корпусе - появились 256 - Кбитные микросхемы. И RAM чипы этого номинала были установлены на первых AT. А сегодня микросхемы в 1 Мбит стали обычным явлением.

РC имел довольно простую архитектуру памяти, по край ней мере, если на неё смотреть сейчас с высоты последних достижений компьютерной индустрии. Память РC была представ лена одним блоком, в котором каждый байт был доступен по указанию его адреса.

Микросхемы памяти были разбиты на 9 банков, использующих в ранних РC 16-Кбитные, а затем и 64-Кбитные микросхемы. Восемь микросхем выделяли по одному биту для организации каждого байта памяти, девятая микросхема использовалась в качестве контрольного бита чётности.

Когда микропроцессор 80286 стали использовать в AT и их аналогах, возникла проблема с организацией архитектуры памяти. Обычные микросхемы памяти не могли работать в таком быстром темпе, в котором работал микропроцессор. Поэтому пришлось использовать статус ожидания, в случае, когда процессор требовал информацию из памяти, то есть микропроцессору приходилось зависать на один-два такта, что давало возможность памяти обработать запрос.