IBM-компьютеры. Персональный компьютер. Персональный компьютер типа IBM PC. Логическая схема
Все мы используем персональные компьютеры и принимаем их как должное в нашей повседневной жизни. Достаточно легко забыть, что компьютеры окружают нас только последние несколько десятилетий, и первые из них были намного массивнее тех, что стоят сегодня на наших столах.
Знаете ли вы, что первый портативный компьютер весил 25 кг и стоил около $ 20 000, что первый лазерный принтер был настолько большим, что заполнял большую часть комнаты, или что покупатели первых персональных компьютеров должны были собирать их сами? Эта статья позволит вам взглянуть на одни из первых прототипов компьютерного оборудования и узнать, как они выглядели.
Первая компьютерная мышь
Первая компьютерная мышь была изобретена в 1963 году Дугласом Энгельбартом в Стэндфордском исследовательском институте. Он также является одним из изобретателей гипертекста. В первой мыши использовались два колеса, расположенных под углом 90 градусов друг к другу, для отслеживания движения по 2-м осям. Однако такая конструкция имела много недостатков, и вскоре 2 колеса были заменены на шарик. Мышь с шаровым приводом была изобретена в 1972 году, а оптическая мышь была изобретена около 1980 года, хотя такая конструкция стала популярной намного позже. Дуглас Энгельбарт не получил никакого гонорара за свое изобретение и его патент истек до того, как компьютерные мыши стали обычным явлением в эпоху персональных компьютеров.
Первая мышь. Справа вы можете увидеть колеса, которые используются для передвижения и позиционирования.
Первый трекбол
На самом деле трекбол был сконструирован за 11 лет до изобретения первой компьютерной мыши. В 1952 году его изобрел Том Крэнстон и Фред Лонгстаф как часть автоматизированной информационной боевой системы DATAR, по инициативе канадского флота. В конструкции использовался 5-контактный шар для боулинга, который чуть меньше, чем стандартный 10-контактный шар.
Первый трекбол: шар для боулинга и все.
Первый портативный компьютер
Предполагалось, что этот компьютер должен был быть «передвижным» компьютером. IBM 5100 Portable Computer был создан в 1975 году. Он весил 25 кг, был размером с небольшой чемодан и нуждался во внешнем источнике питания. В блоке содержалось все необходимое: процессор, несколько сотен килобайт энергонезависимой памяти, 16-64 KB оперативной памяти, 5-ти дюймовый ЭЛТ-дисплей, клавиатура и ленточный накопитель. Этот компьютер был невероятным подвигом для того времени. Он так же поставлялся со встроенным BASIC и/или APL. Различные модели IBM 5100 стоили от $8 975 до $19 975.
IBM 5100 Portable Computer.
Первый ноутбук
Первым ноутбуком был Grid Compass 1100 (так называемый GRiD), спроектированный в 1979 году британским промышленным дизайнером Биллом Моггриджем. Компьютер вышел в продажу в 1982 году. Он выпускался с разрешением экрана 320 х 200, процессором 8086, 340 КБ магнит-электронной памяти (такой тип памяти в настоящее время устарел), 1.2 Кбит модемом. Весил ноутбук 5 кг и стоил $8 000 – 10 000. GRiD в основном использовался NASA и американскими военными.
Grid Compass 1100 крупным планом.
Первый персональный компьютер IBM
Первый персональный компьютер IBM был введен в эксплуатацию в 1981 году, это была модель IBM 5150. Платформа стала настолько широко распространена в 80-е годы, что под термином «персональный компьютер» предполагался персональный компьютер IBM.
Проект по разработке IBM 5150 назывался «Проект Шахматы» и над ним работала команда из 12 человек во главе с Доном Эстриджем и Ларри Поттером. Для ускорения разработки и сокращения расходов IBM решила использовать готовые части, а не конструировать новые, как делала обычно.
Первый IBM PC имел на борту процессор Intel 8088, 64 КБ оперативной памяти (расширяемой до 256 КБ), floppy-дисковод (с которого можно было загрузить MS-DOS) и наконец CGA или монохромный видеоадаптер. Машина также содержала в себе Microsoft BASIC в ПЗУ. На первом IBM PC мог быть опционально установлен жесткий диск на 10 МБ, но только в том случае, если оригинальный блок питания был заменен на более мощный.
Первый персональный компьютер IBM PC 5160.
Первый компьютер Apple
Первые персональные компьютеры Apple были разработаны и собраны вручную Стивом Возняком. Apple I поступил в продажу в 1976 по цене $ 666.66. Всего было произведено 200 экземпляров. В Apple I была в основном только материнская плата с процессором, 8 Кбайт оперативной памяти, интерфейс дисплея и некоторые дополнительные функции. Чтобы получить полностью рабочий компьютер, покупатель должен добавить источник питания, клавиатуру и дисплей (ну и конечно же все это смонтировать).
Компьютер Apple I. Слева уже собранный пользователем, а справа то, в каком виде можно было купить.
Первая оперативная память
Первой перезаписываемой памятью с произвольным доступом была память на магнитных сердечниках (также называемая ферритовой памятью). Она была изобретена в 1951 году в результате работы, проделанной Ань Ваном в Вычислительной лаборатории Гарвардского Университета и Джеем Форрестером из Массачусетского Технологического Института.
В те времена оперативная память использовала магнитные свойства материалов, чтобы придать им ту функциональность, которой обладали транзисторы. Хранение информации осуществлялось при помощи полярности крошечных магнитных керамических колец, через которые проходили провода. В отличие от современной памяти, эта оперативная память могла хранить информацию даже после отключения питания.
Эта технология была стандартной, пока ее не заменили на кремниевые интегральные микросхемы в 1970-х.
Память на магнитных сердечниках.
Первый жесткий диск
IBM 350 Disk File стал первым жестким диском, который был в составе компьютера IBM 305 RAMAC, поставки которого начались в 1956 году (компьютер предназначался для бухгалтерского учета). Жесткий диск имел пятьдесят 24-дюймовых диска, которые вместе могли хранить 4,4 МБ данных. Модель 350 имела скорость вращения в 1200 оборотов в минуту, скорость передачи данных 8800 знаков в секунду и время доступа около 1 секунды.
Первый жесткий диск IBM 350 Disk File.
Первый лазерный принтер
Лазерный принтер был изобретен Гарри Старквитэром в компании XEROX в 1969 г. Первый прототип был модифицированным копировальным устройством, где он убрал систему формирования изображения и внедрил вращающийся барабан с 8 зеркальными гранями. Первая коммерческая реализация лазерного принтера не произошла, пока IBM не выпустила модель лазерного принтера IBM 3800 в 1976 году. Принтер был настолько велик, что мог занимать большую часть комнаты.
IBM 3800, первый коммерческий лазерный принтер.
Первый web-сервер
Так как Интернет является неотъемлемой частью современного мира, нельзя не рассказать о первом веб-сервере. Первым веб-сервером стала рабочая станция NeXT, которую Тим Бернерс-Ли использовал, когда он изобрел Всемирную паутину в ЦЕРНе. Первая web-страница стала доступна online 6 августа 1991 года.
На компьютере была надпись, которая гласила: «Эта машина – сервер. НЕ ВЫКЛЮЧАТЬ!!». Выключив его, можно было выключить весь Интернет.
Первый web-сервер и знаменитая надпись.
Удивительно, как много всего произошло в компьютерной индустрии в течение нескольких десятилетий. А теперь только представьте, что будет через 30-40 лет…
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.
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.
ОПЕРАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ ДЛЯ КОМПЬЮТЕРОВ ТИПА IBM PC
Общие сведения о MS DOS
Операционные системы для персональных ЭВМ за время существования этого класса компьютеров с 1975 г. претерпели значительное развитие, сопровождавшееся увеличением разрядности персональных компьютеров (ПК) от 8 до 32, расширением возможностей, улучшением интерфейса с пользователем (табл.2.1).
Таблица 2.1 Некоторые типы ОС для персональных компьютеров
| ПК | ||
| 8-разрядные | 16-разрядные | 32-разрядные |
| Р/М-80, MSX DOS, MикpoDOS, Микрос-80 | MS-DOS, РАФОС, ОС DBK, ИНМОС | UNIX, XENIX, Windows 95, OS/2 |
8-разрядные ОС сохраняют значение в качестве операционных систем простейших учебных и бытовых (игровых) компьютеров. Из-за ограниченного адресного пространства оперативной памяти (65 кбайт) серьезные профессиональные применения таких компьютеров невозможны.
16-разрядные IBM-совместимые компьютеры составляют значительную часть парка профессиональных персональных компьютеров в нашей стране. Самая распространенная ОС для этих компьютеров - однопользовательская однозадачная MS DOS (компании MicroSoft - сокращенно MS; DOS - английская аббревиатура названия «дисковая операционная система»). Первая версия этой ОС была создана одновременно с персональным компьютером IBM PC в 1981 г. и из внешних устройств поддерживала лишь накопители на гибких дисках с дискетами на 160 кбайт. Версия 2.0 связана с появлением модификации PC XT, поддерживала также накопители на жестких дисках до 10 Мбайт, древовидную файловую структуру. Популярная на протяжении ряда лет версия 3.3 (1987 г.) - для поддержки PC AT. Эта модификация ОС адресует 640 кбайт оперативной памяти, что в момент ее появления было прогрессивным моментом, а затем стало сдерживающим прогресс программного обеспечения фактором. Современные версии MS DOS преодолели ограничения на размер оперативного запоминающего устройства (ОЗУ), имеют множество новых команд, содержат встроенные драйверы устройств, графическую оболочку, справочную систему и т.д.
Основные структурные компоненты MS DOS таковы:
Базовая система ввода-вывода (BIOS);
Системный загрузчик (SB);
Драйверы устройств (т.е. программы, поддерживающие их работу);
Базовый модуль;
Командный процессор (называемый также интерпретатором команд);
Утилиты DOS (вспомогательные программы).
Охарактеризуем коротко основные компоненты. BIOS хранится в ПЗУ. Эта программа написана непосредственно в машинных кодах; при включении компьютера она автоматически считывается в ОЗУ, запускается на исполнение и производит беглую проверку работоспособности основных устройств компьютера. Затем BIOS производит поиск на дисках программы запуска операционной системы (программыначальной загрузки ). BIOS имеет также функции поддержки стандартных периферийных устройств, прежде всего дисплея и клавиатуры.
Программа начальной загрузки, найденная BIOS-ом на диске, обращается последовательно к дисководам А, В и т.д. пока не найдет программу SB - системный загрузчик . Эта программа проверяет наличие на диске ядра операционной системы, состоящего из файлов с названиями ibmio.sys - файла расширения BIOS и command.com - командного процессора, загружает их в ОЗУ и запускает на исполнение первую из этих программ. Она дополнительно тестирует оборудование, осуществляет конфигурирование DOS (стандартное при отсутствии файла config.sys - файла конфигурации или нестандартное в соответствии с содержанием файла config.sys), подключает необходимые драйверы и т.д. Далее эта программа устанавливает некоторые указания о способах обработки прерываний (векторы прерываний) и передает управление базовому модулю DOS, который продолжает устанавливать правила обработки прерываний и после этого загружает в ОЗУ командный процессор и передает ему управление.
Пользователь, работающий с DOS без программ - оболочек или дополнительных интерфейсных систем, непосредственно общается с командным процессором. Режим работы - диалоговый, т.е. пользователь отдает команду, ОС выполняет и ждет следующей команды. Способ отдавать команды является достаточно архаичным - текст команды нужно просто набрать на клавиатуре, для чего большую часть команд надо помнить, а для редко встречающихся - пользоваться справочником (либо в виде книги, либо встроенным в DOS).
Командный процессор, будучи запущенным, вначале отыскивает и исполняет программу автозапуска (файл autoexec.bat), если она есть. Эта программа создается пользователем из команд DOS для того, чтобы произвести некоторые рутинные действия по созданию удобной для начала работы обстановки. Например, если при запуске компьютера вы получаете на экране панели Norton Commander, то лишь потому, что «автозапуск» этой программы предусмотрен тем, кто составлял файл autoexec.bat. Следующее действие командного процессора - выдача на экран приглашения пользователю вводить команду, выглядящее, например, так: С> (если DOS загружалась с диска С).
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?
