|
Компьютеры и их строение
80286
Презентация IBM персонального
компьютеpа AT в 1984 го-
ду сфокусировала все внимание на другой
микpопpоцессоp -
Intel 80286. Сам
по себе микpопpоцессоp был представлен
еще в 1982 году. Естественно у 8086 и 80286 много общего,
но 80286 обладает такими
дополнительными качествами , кото-
рые сразу привлекли пристальное
внимание всех связанных с
компьютеpной индустрией. Новый
микpопpоцессоp использует
полную 16-разрядную шину данных и
16-битные внутренние ре-
гистры. Он был разработан для работы
с частотой в 6 Мгц, а
затем 8 и 10 Мгц. Более того Intel 80286 способен реализо-
вывать 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-разряд-
ную 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 па-
мять организуется не на каких-то
отдельных физических чи-
пах. Более того , информация хранится
где-то во внешней па-
мяти, но система обеспечивает к ней прямой доступ. 80286
снабжен специальными средствами
, которые дают ему возмож-
ность отличать, к реальной или
виртуальной памяти относится
любой байт. Эти средства реализуются
дополнительными схема-
ми, включенными в
микpопpоцессоp. Они дают возможность
ра-
ботать с 1Г памяти, включающую в себя
16М физической памяти
и 1008М виртуальной.
Теоретически 80286 должен
был преодолеть барьер ад-
ресуемой памяти в 1М который был
установлен предыдущими мо-
делями. Но в действительности эта возможность не была реа-
лизована.
Проблема была частично в
традициях, а частично в сов-
местимости. Ко времени появления
80286 IBM PC имела гаран-
тированный успех. Для
8088,8086 было разработано огромное
программное обеспечение. Отказ от
использования этих разра-
ботанных 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 рабо-
тали так добросовестно, что внесли в
реальный режим и огра-
ничение 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 прог-
раммах, 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 защищенно-
го режима. Для программистов, работающих в DOS, существен-
ным являлся вопрос перехода между реальным и защищенными
режимами. Intel разработал переход
между режимами только в
одном направлении. Микpопpоцессоp 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
до-
вольствоваться только 1М памяти. Обратного перехода от за-
щащенного режима к реальному не
существует - требуется пе-
резагрузка.
Кроме того, защищенный
режим реализовывал только
частично чаяния программистов. Вся огромная память 80286
была разделена на сегменты по
64К. Вместо того, чтобы сво-
бодно использовать весь ресурс
памяти, программистам прихо-
дилось мудрствовать, чтобы преодолеть эти барьеры между
сегментами.
80386
Не в пример 80286, который был ,
по видимому, предназ-
начен удивить мир
без DOS, следующее
детище Intel -
микpопpоцессоp 80386 развязал руки к
использованию DOS.
Intel 80386 был создан в 1985
году. Его создатели учли
тяжелые уроки 80286 и мечты
программистов. У него выше так-
товая 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 потре-
бители 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 микpопpоцессоpам и компь-
ютеpам. 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 возмож-
ности. Особенно привлекала
возможность работать без ограни-
чения 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 мо-
дель. 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 расшире-
ние позволило микpопpоцессоpу прямо обращяться к 4Гб физи-
ческой памяти. Кроме того он мог работать с 16 триллионами
байт виртуальной памяти.
Микpопpоцессоp имел все необходи-
мое 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 обяза-
тельно. Сегменты могут быть
произвольны, а не ограничены по
64К.
Кроме того Intel80386 снабжен
16 байтами сверхопера-
тивной кеш-памяти. Это
специально встроенное поле
памяти
используется для
хранения нескольких команд
микpопpоцессоpа. Независимо от производимых
микpопpоцессоpом 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 памя-
ти.
Для того,чтобы обеспечить
совместимость с предыдущими
микpопpоцессоpами и с
огромной библиотекой DOS-программ
Intel80386 был разработан таким образом,
чтобы быть как
можно больше похожим на 8086 и 80286. Как и его предшест-
венники,Intel80386 позволял работать
в защищенном режиме с
ограничением адресуемой памяти в
1М. В этом режиме он заг-
ружал и выполнял все программы, разработанные на процессо-
рах предшествующих поколений.
С реального режима Intel80386
мог быть переведён в за-
щищенный режим , где он функционировал подобно 80286 , за
исключением объёма памяти.В
этом режиме в
распоряжении
программиста было больше памяти
, и он мог более гибко ма-
нипулировать ею , потому что мог
изменять размеры сегмента.
В противоположность Intel80286-80386 мог переходить из од-
ного режима в другой без
перезагрузки машины ,
а
посредством команд программного
обеспечения.
Новый режим ,
названный виртуальным режимом
8086
(Virtual 8086 mode), давал Intel80386
особенно большие сво-
боды по использованию DOS . В этом режиме этот процессор
работал не как один 8086 , а как неограниченное их коли-
чество 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 компь-
ютером 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 на-
писано по определённым стандартам
, удовлетворяющим требо-
ваниям многозадачного режима . Intel80386 делал реализацию
программного обеспечения
многозадачного режима почти триви-
альной , потому что самая тяжёлая
работа выполнялась на
уровне технического обеспечения .
Готовые DOS-программы вы-
полнялись на Intel80386 в
многозадачной среде без
всяких
доработок .
Intel80386 является великолепным
микропроцессором и
вы вправе надеяться найти его в каждом персональном компь-
ютере . Использование более старого чипа можно рассматри-
вать как шаг назад. И действительно ,
существуют только две
причины , почему используются другие чипы . Одна из них
- стоимость . Сразу после презентации Intel80386 его стои-
мость 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 исклю-
чением IBM ). В таких условиях Intel
могла диктовать свои
условия на рынке , регулируя спрос и предложения количест-
вом выпускаемых чипов
. Очевидно ,
что компьютер на
Intel80386 будет более дорогим по
сравнению с другими, реа-
лизованными на других
микропроцессорах .
Intel80386 имел наиболее болезненную
историю своего
внедрения по сравнению с другими
микpопpоцессоpами. Вскоре
после его создания были обнаружены
ошибки, связанные с его
работой при выполнении 32-битных
математических операций.
Эта поблема не была выявлена в первых
PC совместимых компь-
ютеpах, реализованных на этом
чипе, потому что DOS исполь-
зует 16-битные операции. Ошибки
всплыли на верх
только
после того, когда 80386 стал работать
в 32-битном режиме.
Ошибки были быстро обнаружены и
исправлены. Микросхе-
мы, выпущенные после апреля 1987
года, не имеют описанного
недостатка. По решению фирмы все
доработанные чипы маркиро-
вались двойным символом
сигма. Некоторые но не все ранее
выпущенные микpопpоцессоpы, были
промаркерованы "только для
16-битных операций".
Сушествует 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.
Введение
На сегодняшний день в мире
существует множество компь-
ютеров различных фирм , различных групп сложности и назна-
чения , 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 сов-
местима внутри себя , что , очевидно ,и послужило её широ-
кому распространению .
8086
В 1976 году фирма Intel начала
усиленно работать над
микропроцессором 8086 . Размер его
регистров был увеличен в
два раза , что дало возможность увеличить производитель-
ность 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 мик-
ропроцессор 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. Регист-
ры 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. Та-
ким образом , память 8086 можно было представить как объ-
едененную вместе память
нескольких 8080. 8086 работал с
каждым сегментом по отдельности
, не позволяя большим ин-
формационным структурам переходить
через граници сегментов.
В некотором смысле I8086
опередил свое время. Малые
компьютеpы 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 це-
ну 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 использо-
вать широкораспространенные в
то время 8-битные элементы
технического обеспечения.
Как шаг назад
в истории разработки микропроцессорв
Intel 8088 мог потерятсья в истории
, как это было с Intel
8085, не реши IBM реализовать
свой первый персональный
компьютеp на его базе. Выбор IBM был объясним . Восьмибит-
ная шина данных позволяла
использовать имеющиеся на рынке
микросхемы. Шестнадцатибитная
внутренняя структура давала
важные преимущества по сравнению с существующими микропро-
цессорами. Как приемник 80-го
микропроцессора, 8088 мог по-
нимать незначительно доработанные
программы , работающие с
CP/M. По большому счету , все эти
преимущества были времен-
ными, а в некоторых случаях и
иллюзорными. Но восьмибитный
чип был еще и не дорогим. Последнее явилось более важным
аргументом чем 16-битные регистры и
легкоадаптируемые прог-
раммы CP/M.
Итак Intel 8088 явился базой для разработки семейства
малых компьютеpов. Он подготовил почву для быстрого созда-
ния совместимых настольных
компьютеpов.
Потенциально 8086 был в два раза
производительней и
почти полностью совместим
с 8088. Микpопpоцессоpы 8088 и
8086 совместимы но не
взаимозаменяемы. Восемь даполнитель-
ных бит данных требовали 8-ми
дополнительных проводов. Та-
ким образом подключение этих двух
микросхем было различным.
Компьютеp разрабатывался либо под один микpопpоцессоp либо
под другой.
Вот некоторые выдержки из
технического описания IBM PC
XT:
Сердцем системной платы является
микропроцессор Intel
8088. Этот процессор представляет
собой версию 16 - битного
процессора Intel 8086 с 8-битным
выходом на внешнюю магист-
раль
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. Про-
цессор 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, необходи-
мого 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 много-функциональных
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 PC 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 последо-
вательно (шаг за шагом). Наиболее
существенная разница меж-
ду
пошаговым выполнением программы (последовательности ко-
манд) и пошаговой работой компьютера
заключается в том, что
компьютер IBM может выполнять около миллиона таких шагов в
секунду...
По мере того,как появились
микpопpоцессоpы, состоящие
из многих тысяч дискретных элементов,
появилась возможность
реализации дополнительных функций в рамках одной микросхе-
мы.При разработке компьютеpа ,
помимо микpопpоцессоpа ,
используются и другие дополнительные
устройства : контрол -
леры прерываний, таймеры и контролллеры шин. Функции этих
устройств технически можно
реализовать в одном
корпусе
смикpопpоцессоpом.
Однако эти возможности никогда
не реализуются на прак-
тике. Микpопpоцессоp, как и все дополнительные устройства,
может использоваться не только в
компьютеpах.
По мере развития компьютеpной
индустрии, рынком была
проведена оптимизация разделения функций между устройства-
ми. И каждое устройство развивалось в
направлении реализа-
ции своих функций. Intel
продолжал совершенствовать свои
микpопpоцессоpы. В 1982 году был
представлен микpопpоцессоp
80186. Этот чип стал базовым для создания целого ряда сов-
местимых компьютеpов и реализации
турборежима. Так же был
создан микpопpоцессоp 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 рабо-
тоспсобное 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 прог-
раммным и техническим
обеспечением эту систему часто
от-
носят к микропрограммному
обеспечению.
BIOS совместимых с IBM
компьютеров является очень спе-
цифическим микропрограммным
обеспечением, включающем в себя
подпрограммы, тестирующие компьютер;
дающие возможность,
используя только языки
программирования без всякого допол-
нительного программного обеспечения работать с компьютером.
Для обеспечения совместимости
компьютера с IBM необхо-
димо обеспечить его совместимость с
BIOS IBM. Это не совсем
простая задача. BIOS защищена от
копирования другими произ-
водителями. В результате,
вместо использования кодов BIOS
IBM, производителю приходится
разрабатывать свою собствен-
ную систему ввода-вывода. Многие фирмы разрабатывают прог-
раммы BIOS самостоятельно.
Некоторые подпрограммы BIOS
работают отдельно, хотя
вся система может быть зашита внутри
одного чипа. Они рабо-
тают 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, яв-
ляется конкретный набор резидентных подпрограмм, реализую-
щий связь этих двух компонент.
Разработка любого компьютера
требует, чтобы множество-
элементов технического обеспечения
были обеспечены специ-
альными 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 PC, 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 конфи-
гурацией технического обеспечения могли использовать прог-
раммное обеспечение своих старших
собратьев благодаря наст-
ройке BIOS. Для этого адресация внутри программ BIOS могла
изменяться, чтобы удовлетворить новым
разработкам техни-
ческого обеспечения.
Проблема BIOS в том, что ограниченным числом программ
невозможно оптимальным образом
накрыть все потребности
программного обеспечения. Таким
образом использование подп-
рограмм BIOS является
иногда благом, а иногда
обузой. В
частности, эти подпрограммы реализуют некоторые функции
компьютера очень медленно. Проблема производительности осо-
бенно 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 стан-
дартных режима прекрасно уживаются
с подпрограммами BIOS,
позволяющими читать, писать и форматировать диски, исполь-
зуя стандартные дисковые форматы
IBM. В то же время они
накладывают ограничение на то что эти устройства могут де-
лать. Однако драйверы гибких дисков
сами по себе способны
на большее: они могут работать в
форматах других компьютер-
ных систем, а так же использоваться
для защиты от копирова-
ния.
Для увеличения быстродействия
работы видеосистемы или
драйверов гибких дисков необходимо отказаться от использо-
вания BIOS и использовать программы,
которые напрямую обра-
щаются к устройствам. Такая концепция претит идеям IBM и
может привести к несовместимости.
Однако написано так много
программ, которые позволяют себе
напрямую обращаться к уст-
ройствам технического обеспечения,
что некоторые выявляющи-
еся характеристики компьютера
являются более стандартизо-
ванными, чем сама BIOS. Большинство
совместимых компьютеров
реализуют свои функции,
имитируя техническое обеспечение
PC. Но их BIOS разрабатывалась не
только исходя их ограани-
ченийна использование системы IBM. По
многим параметрам та-
кое техническое обеспечение более
стандартизировано, чем
микрообеспечение BIOS. Даже IBM пришлось отказаться от ог-
раничения работы с видеодисплеем
только через BIOS для уве-
личения 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 PC
Дебют BIOS РС
состоялся вместе с презентацией первой
РС. Начиная с этого времени, эта система имеет самое боль-
шое число копий в мире. Все
совместимые компьютеры должны
скопировать работу BIOS РС без
копирования самих кодов этой
системы.
Как работает
BIOS
BIOS реализует свои
функции через систему прерываний
програмного обеспечения. Для запуска
подпрограммы, содержа-
щей специальную инструкцию
микропроцессору по обработке ка-
кой-либо конкретной ситуации, выполняемая программа уста-
навливает соответствующий флажок
прерывания.
Прерывания програмного
обеспечения приводят к
тому,
что микропрооцессор приостанавливает
выполнение текущей ра-
боты и начинает выполнять
подпрограмму по обработке преры-
вания. Для реализации этого механизма микропроцессор, вы-
полнив какую-либо элементарную
операцию, исследует векторы
прерываний. Если прерывание
выставлено, коды выполняемой
программы запоминаются, чтобы после
обработки прерывания
выполнение прерванной программы могло
быть продолжено. Каж-
дый вектор прерывания является
указателем, говорящим мик-
ропроцессору, где находятся коды по обработке данного пре-
рывания. 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 пре-
рываний для изменения значений прерываний програмного
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 обра-
батываются 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 PC с максимальным
обьемом 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 автома-
тическому наращиванию дополнительных
кодов. То есть она бы-
ла 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 загруз-
ки, когда загружались дополнительные
коды BIOS.
Рубикон был перейден 27 октября
1982 года. Более ран-
ние системы BIOS являются не
расширяемыми.
Определение даты
разработки BIOS
Машины РС-1 легко определить по
используемой ими памя-
ти. Любой компьютер IBM, способный комплектоваться только
чипами памяти по 16 Кбит,
с общим обьемом памяти на своей
системной плате в 64К, относится к
этому классу машин. Если
у вас такая машина,
быстрее всего, вы имеете нерасширенную
BIOS.
Однако этот метод не всегда
хорош. Вы можете не отли-
чить одну микросхему памяти от
другой. Либо у вас, поп-
росту, нет никакого желания лезть в
корпус вашего компьюте-
ра. Кроме того, если выкупили
подержанную машину или
кто-либо без вашего участия
осуществлял установку компьюте-
ра, 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 претер-
пела еще несколько изменений. Это происходило каждый раз
для совершенствования системы при
разработке новых компь-
ютеров или новых системных плат в
рамках уже существующих
моделей. Наиболее радикальные
изменения претерпела BIOS
PS/2, когда был представлен
микроканал. Улучшенная BIOS ре-
ализовывала возможности нового
защищенного режима.
Каждая BIOS после PC-1 является расширяемой. Вовремя
загрузки компьютера читается дополнительная секция
кодов,
содержащихся в дополнительных платах и их инструкции при-
бавляются к существующему
диапазону. Например новые подп-
рограммы прерываний могут быть
добавлены либо в функции су-
ществующих 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 диа-
пазоне. Если найден значащий
байт, процессор проверяет
последующую секцию кодов,
разрешая расширению BIOS после
проведения циклической проверки
блоков по 512 байт. Значе-
ния каждого байта в блоке суммируются
по модулю, результат
делится на 4096. Нулевой остаток говорит о том, что расши-
рение BIOS имеет правильное значение.
Дополнительные секции кодов
маркируются специальным
значением, помещаемым перед ним.
Затем после этих двух бай-
тов - третий байт указывает
дополнительную длину секции
BIOS. Значение третьего байта указывает на количество бло-
ков 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 сопро-
цессор настраивается на выполнение
какой-нибудь специфи-
ческие функции -
математической операции или графического
представления. И эту операцию
сопроцесссор может реализо-
вать во много раз быстрее, чем
главный процессор. Таким об-
разом компьютеp с сопроцессором
работает намного проворнее.
Сопроцессор - это обычный
микропроцессор, но не столь
универсальный. Обычно сопроцессор
разрабатывается как спе-
циальное устройство по
реализации конкретно
определенной
функции. Так репертуар сопроцессора
ограничен, он может ре-
ализовывать выделенные для него
функции как никто другой.
Как и любой другой
микpопpоцессоp, сопроцессор работа-
ет по тем же принципам. Он
просто выполняет программы со-
держащие последовательность
микpопpоцессоpных команд. Соп-
роцессор не держит под управлением
основную массу цепей
компьютеpа.
В обычном режиме микpопpоцессоp выполняет все функции
компьютеpа. И лишь когда встречается
задача с которой лучше
справится сопроцессор, ему передаются данные и команды уп-
равления, а центральный процессор
ожидает результаты.
Сопроцессоры, большей частью
использующиеся в PC, яв-
ляются 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 плаваю-
щей 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 систе-
мы, 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 генерато-
ров).
Когда отношение частот микропроцессора и сопроцессора
выражается целым числом, они работают
синхронно и могут пе-
редавать информацию друг другу
оптимальным образом. Несинх-
ронизированая работа требует, чтобы один или другой из них
ожидал завершения цикла своего
партнёра, что влечёт за со-
бой появление небольшого, но
реального периода ожидания.
Семейство сопроцессоров Intel
составляют: 8087, 80287,
80387, 80387SX.
Каждый из них специально
разработан для работы с соот-
ветствующим микропроцессором главного
семейства Intel. Каж-
дый из этих четырёх имеет свои
характерные особенности. Ог-
раничения по единовременной обработке
информации в 8, 16,
32 бит остались далеко позади. Сопроцессоры Intel брабаты-
вают сразу 80 бит. Каждый
сопроцессор содержит восемь
80-битных регистров, в
которых он и осуществляет свои вы-
числения. 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 цент-
ральному процессору не приходится
прерываться, чтобы выдать
команду сопроцессору.
8087:
Этот сопроцессор бал разработан
специально для исполь-
зования с Intel 8086, 8088,
80186, 80188. Поэтому у него
идентичные с этими микропроцессорами
возможности по адреса-
ции и восприятию
информации. Причём этот
сопроцессор сам
настраивается на размер шины данных -
восьми или шестнадца-
тибитную (8086 или
8088 семейства). Он
устанавливается в
стандартный 40-контактный разъём и
увеличивает список ко-
манд компьютера на 68 едениц.
Существуют три модификации этого
сопроцессора, разли-
чающихся 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
ад-
ресации ко всем 16М памяти.
80287 почти полностью совместим
с 8087 и может исполь-
зоватьпочти всё программное
обеспечение последнего. Главное
функциональное отличие этих
сопроцессоров в способе обра-
ботки сбойных ситуаций. При выявлении
ошибки эти чипы могут
вести себя по разному. Впрчем
программное обеспечение может
скомпенсировать эти расхождения.
80287 размещается в
40-контактном DIP-корпусе. Но не в
пример своему младшему собрату, 80287 может работать с от-
личной 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 су-
щественно повысить свою
производительность.
Так же, как и у 8087, 80287
различают четыре модифика-
ции, 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. Бо-
лее того, так как 80287 - 16-битный чип, все взаимосвязи с
80386 должны осуществляться
16-битными словами, что потен-
циально уменьшает производительность.
80387 и 80387SX
Точно так же, как Intel, учтя
уроки прошлого, произвёл
80386, 80387 стал дальнейшей разработкой 80287
сопроцессо-
ра. Оставаясь командно совместимым с
80287, 80387 увеличил
скорость манипуляций данными. Но
опять-таки имелись расхож-
дения в обработке ошыбок. Зато
возможности 80387 были боль-
ше -
он реализовывал все трансцендентные и логарифмические
функции.
80387SX - всесторонне похож на
80387, но предназнача-
ется 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 сопро-
цессора 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. Раз-
нообразие выпускаемых устройств ввода
породили целые техно-
логии от осязаемых до голосовых. Хотя они работают по раз-
личным принципам, но предназначаются для реализации одной
задачи - позволить пользователю
связаться со своим компь-
ютером.
Главным устройством ввода
большинства компьютерных
систем является клавиатура.
До тех пор, пока система
распознавания голоса не смогут
надежно воспринимать челове-
ческую речь, главенствующее положение клавиатуры вряд
ли
изменится.
IBM разработала, по крайней
мере, восемь разновид-
ностей клавиатур для своих
персональных компьютеров. Четыре
типа клавиатур не использовались
при комплектации больших
ЭВМ. Две были разработаны для PCjr,
одна для портативных РС
и последняя - для PC 3270. Три других
типа отличаются между
собой только расположением клавиш. И последняя имеет
не-
большую модернизацию своих ножек.
Неприятности начались с первым
типом клавиатур, пред-
ложенным для PC XT. Несмотря на критику прессы, эта разра-
ботка оставалась стандартом IBM до
презентации АТ. Она име-
ла 83 клавишы. Два ряда
функциональных клавиш располагались
вертикально, слева от главной алфавитно-цифровой клавиату-
ры. Клавишы управления курсора были
совмещены с отдельными
цифровыми клавишами. Клавиша
ввода была мала и амбициозно
выделена изогнутой стрелкой. Не была предусмотрена никакая
индикация положения клавищ заглавного
регистра, блокировки
служебной/цифровой клавиатуры и
блокировки просмотра.
Главная критика пришлась на долю расположения перифе-
рийных 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 прописны-
ми.
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 необходи-
мая индикация.
Но в действительности настоящие
изменения лежали более
глубоко. Не в пример клавиатуре РС
клавиатура АТ была прог-
раммируемой. 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 разьемы, клавиатура
PC/XT не будет работать при ее
подключении к АТ и наоборот
- клавиатура АТ не сможет
работать, если она будет подклю-
чена к РС или ХТ.
Улучшенная
клавиатура IBM
Вместе с производством
модернизированных АТ, IBM нача-
ла выпускать новый тип клавиатуры,
названной IBM улучшенной
клавиатуры. Но все остальные называют
ее расширенной клави-
атурой. Хотя эта
клавиатура электрически полностью сов-
местима 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.
Клавишы по управлению
курсором были продублированы, и их полное
множество было
выделено в отдельную группу.
Появились две новые функцио-
нальные клавиши - F11 и F12. Вся
дюжина функциональных кла-
виш переместилась на самый верхний ряд клавиатуры, слегка
отделившись от алфавитно-цифровой
зоны. Клавиша Caps 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 клави-
атуры вскоре убедились в том, что старый вариант являетсяя
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 по-
лучалось, что новая
клавиатура больше подходила для диле-
тантов, чем для профессиональных
машинисток. А критиковали
старую клавиатуру скорее всего профессионалы, хотя были и
люди, которые просили расположить
буквы в алфавитном поряд-
ке.
Клавиатура PS/2
Модель PS/2 использует
универсальную улучшенную клави-
атуру IBM или клавиатуру
уменьшенных размеров, специально
разработанную для крошечной модели.
Единственное отличие улучшенных
клавиатур PS/2 и XT/AT
- это разьем подключаемого
кабеля. PS/2 использует простой
миниатюрный DIN разьем, вместо
стандартного DIN разьема
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 адап-
тировали свою клавиатуру к
расширяющимся стандартам. Неки-
торые производители, смутившись
критики расположения клавиш
на клавиатуре IBM, постарались внести свои изменения в это
устройство. ПОЛНОЕ ОПИСАНИЕ ВСЕЙ
ИСТОРИИ СОЗДАНИЯ клавиату-
ры потребовало бы написания книги
"Таинственные перемещения
клавиш" . Одно существенное улучшение было произведено
ря-
дом 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 труд-
ным и непонятным атрибутом. Благодаря
этому и тому, что ин-
терфейсы DOS и OS/2 не прощают
ошибок, теряется большое ко-
личество пользователей РС.
Для преодоления этих недостатков
было разработано гра-
фическое 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 уст-
ройства, позволяли пользователю
указать компьютеру свой вы-
бор.
Устройство было довольно
миниатюрным и легко могло по-
меститься под ладонью с расположением кнопок под пальцами.
Подключение производится специальным
кабелем, который при-
дает устройству сходство с мышью с
длинным хвостом. А про-
цесс перемещения мыши и
соответствующего перебора функций
меню заработал термин "проводка
мыши". Мыши различаются по
трем характеристикам - числу
кнопок, используемой техноло-
гии 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 мини-
мальные 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. Напри-
мер, 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, возв-
ращая ему недостатки последней. Поэтому
не рекомендуется
использовать устройства с большим
количеством кнопок.
Практически три кнопки являются
разумным пределом, по-
тому что они позволяют лежать
указательному, среднему, бе-
зымянному пальцам на кнопках в то
время, как большой и ми-
зинец 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 уст-
ройств. Они могут делать то же самое,
что и двухкнопочные
мыши, и даже больше их. Но для
большинства приложений впол-
не достаточно двух кнопок.
Механические
мыши
Первые мыши имели
механическую конструкцию. Вней
использовался маленький шар, который выступал через нижнюю
поверхность устройства и
вращался по мере его перемещения
по поверхности. Переключатели внутри мыши определяли пере-
мещение и направление движения шара.
Хотя шар может вращаться в любом
направлении, опреде-
ляются только четыре направления. Это
ассоциируется с двумя
направлениями в двухкоординатной системе. Перемещение в
каждо из четырех направлений измеряется в сотых долях дюй-
ма. 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 прост-
ранство (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 приво-
дит к уменьшению надежности их
функционирования. Поэтому
это устройство необходимо
периодически чистить, хотя оно
как будто работает на чистой
поверхности стола.
Оптическая мышь
Альтернативой механической мыши
является оптическая
мышь. В последнем устройстве вместо
крутящегося шарика
используется луч света, сканирующий
координатную сетку, на-
несенную на специальную подложку. С
помощью такого механиз-
ма и определяется движение. Отсутствие движущихся частей в
таком устройстве повышает его
надежность.
Наиболее популярна оптическая мышь фирмы MSC
Corporation. В устройствах этой фирмы
используются две пары
LED и фотодетекторов, устанавливаемых
на задней стенке. Од-
на пара ориентирована под прямым углом по отношению к дру-
гой. Подложка покрыта перекрывающимся
множеством желтой и
голубой координатных сеток. Каждая пара LED и фотодетекто-
ров определяют движения в обоих
направлениях при прохожде-
нии через соответствующие риски
сетки. Специальное покрытие
нижней стенки мыши облегчает
скольжение по покрытой пласти-
ком подложке.
Большим недостатком оптической
мыши является необходи-
мость использовать специальную подложку. С одной стороны,
вы можете положить ее в любое место,
и устройство будет ра-
ботать. Но, с другой стороны, такая подложка легко загряз-
няется и устройство перестает
работать. Да и само пластико-
вое 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 результа-
тов. Она необходима для
взаимодействия с периферией компь-
ютера 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 - конденсато-
рами.
С первого взгляда конденсатор не удовлетворяет основ-
ному требованию устройств
памяти. Он не способен сохранять
заряд в течении длительного
промежутка времени, но он роз-
воляет делать это в течении
нескольких миллисекунд, что
вполне достаточно, чтобы использовать
это в электронике. За
это время специальные цепи
компьютера обеспечивают подза-
рядку 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. Од-
нако 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 движе-
ния электронов. Причем существует только два
направления
движения потока, что
позволяет использовать данные цепи в
качестве элементов памяти. Статическая память работает на-
подобие выключателя, который
переключает направление элект-
ронного 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 оче-
редь и эта память делится на
постоянную и репрограммируе-
мую. 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 посто-
янно уменьшалась по мере отработки
технологии и роста объ-
ёмов производства.
Первые PC реализовывались на
стандартных RAM-чипах по
16 Кбит. Каждому биту
соответствовал свой собственный ад-
рес.
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 PC была
создана с учётом использования новых
микросхем памяти. Че-
рез несколько лет 64 Кбитные
чипы стали настолько широко
распространены, что стали дешевле чем 16 Кбитные микросхе-
мы.
К 1984 году был сделан ещё один
шаг по увеличению объ-
ёма памяти в одном корпусе -
появились 256 - Кбитные мик-
росхемы. И RAM чипы этого номинала
были установлены на пер-
вых AT. А сегодня микросхемы в 1 Мбит стали обычным явлени-
ем.
PC имел довольно простую
архитектуру памяти, по край-
ней мере, если на неё смотреть сейчас с высоты последних
достижений компьютерной индустрии.
Память PC была представ-
лена одним блоком, в котором каждый байт был доступен по
указанию его адреса.
Микросхемы памяти были разбиты
на 9 банков, использую-
щих в ранних PC 16-Кбитные, а затем и 64-Кбитные микросхе-
мы. Восемь микросхем выделяли по одному биту для организа-
ции 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 про-
цессор требовал информацию
из памяти, то есть микропро-
цессору приходилось зависать на
один-два такта, что давало
возможность памяти обработать запрос.
Динамические микросхемы памяти
маркируются специальным
числом, говорящим об их скоростных
возможностях. Указанное
на корпусе число отражает время
доступа в наносекундах без
последнего нуля.
Время доступа не является, однако,
единственной или
наиболее важной характеристикой микросхем памяти. Более
значимо такое понятие, как время цикла, которое говорит о
том, как быстро можно произвести
повторное обращение. В ди-
намических микросхемах это время
больше времени доступа, в
статических чипах эти
времена равны, что говорит о
более
скоростных режимах последних.
Чтобы справиться с
ограничением по скорости,
были
использованы специальные решения по
организации памяти. На-
иболее простое из них - это использование обычной архитек-
туры с необходимым числом циклов
ожидания.
Хорошая альтернатива предыдущему методу - использова-
ние кэш-памяти, что позволит избежать полного
заполнения
всей машины быстрой RAM памятью.
Обычно программа использу-
ет память какой либо ограниченной
области. Храня нужную ин-
формацию в кэш-памяти, работа с
которой позволяет процессо-
ру обходиться без всяких циклов
ожидания.
Не всякая кэш-память
равнозначна. Большое значение
имеет тот факт, как много
информации может содержать
кэш-память. Чем больше
кэш-память, тем больше
информации
может быть в ней размещено, а
следовательно, тем больше ве-
роятность, что нужный байт будет
содержаться в этой быстрой
памяти. Очевидно, сто самый лучший
вариант - это когда объ-
ём кэш-памяти соответствует объёму
всей оперативной памяти.
В этом случае вся остальная
память становится не
нужной.
Крайне противоположная ситуация - 1 байт кэш-памяти - тоже
не имеет практического значения, так как вероятность того,
что нужная информация окажется в
этом байте, стремится к
нулю. Практически, диапазон используемой кэш-памяти колеб-
лется в пределах 16-64К.
На самом деле реализация
кэш-систем не так проста, как
это может показаться с первого
взгляда. Микропроцессор дол-
жен не только читать из памяти, но и
писать в неё. Что слу-
чится, если процессор занесёт новую информацию в кэш-па-
мять, а перед использованием этой
информации она будет из-
менена в основной памяти. Для
избежания подобной ситуации
иногда реализуется метод, названный записью через кэш-па-
мять. Очевидно, сто
этот метод снижает
быстродействие
системы, потому что приходится писать
не только в кэш-па-
мять. Хуже того, микропроцессору может понадобиться инфор-
мация, которую он только что записал
и которая ещё не была
перезагружена в кэш-память.
Целостность памяти - это одна из
самых больших проблем
разработчиков кэш-памяти.
Все вопросы по преодолению этих
проблем были возложены
на отдельную микросхему -
кэш-контроллер Intel82385.
Ещё одна разновидность
архитектуры оперативной памяти
компьютера - это её разбивка на
отдельные секции и работа с
этими секциями как с малой кэш-памятью. Большая скорость
доступа к ограниченным
областям памяти является особен-
ностью некоторых специфических
микросхем, которые позволяют
некоторому объёму, но не всей памяти, быть считанному без
цикла ожидания. Этот подход требует специальных RAM
мик-
росхем, которые делят свои адреса по
страницам. Эта техно-
логия получила название режима
страничного доступа. Эти
специальные микросхемы обеспечивают очень быстрый доступ в
одном из двух направлений их организаций. Если требуется
чтение или запись информации, хранящейся на определённой
странице памяти, и предыдущая команда по работе с памятью
использовала информацию с той же страници, цикла ожидания
не требуется. Однако при переходе с одной страници на дру-
гую циклы ожидания неизбежны.
Следующая интересная технология,
названная interleavid
mtmory, очень похожа на ОЗУ
страничного режима. Она сущест-
венно повышает скорость обращения
к памяти, но не имеет
ограничений по страничной
разбивке. При использовании этой
технологии вся оперативная память
разбивается на два
или
большее число банков.
Последовательность битов хранится в
разных банках, поэтому микропроцессор
обращается то у одно-
му то к другому банку при
чтении этой последовательности.
Во время обращения к одному
банку, другой реализует цикл
обновления, и поэтому
процессору не приходится
ждать. И
только, если микропроцессору приходится
читать несмежные
биты, статус ожидания неминуем, но вероятность его появле-
ния уменьшается.
Наиболее типовая реализация этой технологии представ-
ляется разбивкой оперативной памяти
на два банка, А следо-
вательно, вероятность возникновения ожидания - 50%. Четы-
рёхбанковая организация уменьшает эту
вероятность до 25%.
Так как данная технология не
требует применения специ-
альных микросхем памяти, она является наиболее удобной для
повышения скорости системы.
Кроме того она может совме-
щаться с ОЗУ страничного режима, что
ещё больше увеличивает
оперативность.
Логическая организация
памяти.
Фундаментальные решения
были приняты при разработке
первых PC. Для того, чтобы микропроцессор 8088 мог пользо-
ваться, она должна быть
адресуемой. И этот микропроцессор
должен обладать возможностью
адресоваться к 1М. Конструкто-
ры IBM решили выделить специальные
области памяти для спе-
цифически целей. Они
разделили всю память на
разделы, и
каждый раздел предназначался для
реализации своих функций.
Результирующая диаграмма названа
картой памяти.
При разработке PC половина всей
памяти была зарезерви-
рована. Верхняя половина адресного
пространства, была выде-
лена для содержания кодов BIOS и для
прямого процессорного
доступа к памяти,
используемой
видеосистемой. Первые
несколько Кбайт были
зарезервированы под информацию
о
системе и расположение конкретных
секций кодов, которые вы-
полнялись на момент
возникновения прерываний программного
обеспечения. Эти ячейки памяти называются векторами преры-
вания, а функция программного кода -
механизмом прерывания.
В конце адресного пространства
располагается буфер ко-
авиатуры - номиналом 16 байт. Здесь хранятся 16 последних
символов введённых с клавиатуры. Этот буфер нужен для сох-
ранения набранного текста во
время, когда процессор занят
другой задачей, после того как он освободится, текст будет
обработан. Омерзительный писк
компьютера означает - буфер
переполнен и дальнейший набор
бессмысленен.
Кроме того, различные системные флаги, указывающие на
внутреннее состояние системы, также хранятся в нижнем раз-
деле памяти.
В те дни, когда большенство компьютеров имели 60К па-
мяти, 512К казались царской
щедростью. Поэтому 128К
были
отданы под юрисдикцию программного обеспечения, остальные
384К от начала адресного
пространства, предназначались для
использования программами BIOS и
видеопамятью.
Эти решения выделяли 640К для
DOS - это был максимум
адресуемого пространства, которым мог оперировать 8088 при
выполнении программ. Со временем эти 640К были названы ба-
зовой памятью, потому
что это является основополагающим
стандартом, на котором должны базироваться все IBM сов-
местимые системы.
Дополнительная
память
Память, выходящаяза пределы 1 Мб адресуемого прост-
ранства 8088, которая
может стать доступной в
защищенном
режиме Intel 80286 и 80386, обычно называется дополнитель-
ной памятью, хотя IBM иногда называет эту память
расширен-
ной (expanded). Но большинство авторов использует
термин
(extnded). Вплоть до 15 Мб
дополнительной памяти может быть
прибавлено в компьютеры на 80286
микропроцессоре, и до 4 Гб
с 80386. Наиболее существенным
различием базовой и дополни-
тельной памяти яляется то, что программы, работающие в ре-
альном режиме, не могут выполняться в дополнительной памя-
ти. А так как DOS написан для
реального режима, ему прихо-
дится обходиться только базовой
памятью.
Но сказать, что дополнительная
память бесполезна в ре-
альном режиме - неверно.
Программы не знают, как адресо-
ваться к дополнительным ячейкам
памяти. Но дополнительная
память может быть использована для хранения
информации. А
следовательно, просто нужно
разработать програмное обеспе-
чение, чтобы использовать возможности дополнительной
памя-
ти. И такие DOS-программы существуют.
Прекрасный пример то-
му имитатор логического диска -
VDISK, который поддержива-
ется DOS, начиная с версии 3.0. Хотя програмные коды VDISK
выполняются в обычной памяти DOS в
реальном режиме, допол-
нительная память может использоваться
для хранения данных.
Так как OS/2 может функционировать в защищенном
режи-
ме, ей доступны все ресурсы
дополнительной памяти. Однако
стоит напомнить, что,
когда OS/2 использует
подпрограммы
старушки DOS, ей приходится довольствоваться ограничениями
памяти реального режима в 640 Кб.
В апреле 1985
года несколько месяцев
спустя после
представления первых AT с несколькими
М дополнительной па-
мяти - главное издательство по
программному обеспечению и
разработчик технического обеспечения
сформулировали свой
собственный метод преодаления
ограничения в 640К старых
компьютеров на 8088
микропроцессоре, работающих в DOS. Че-
рез несколько месяцев
к ним присоеденилась и
Microsoft
Corporation. Их разработка
названа Lotus-Intel-Microsoft
Expanded Memory Specification или LIM
память, или EMS, или
просто расширенная память. Первая версия была названа EMS
3.0, чтобы указать на совместимость с тогда последней
версией DOS.
Новая система отличалась как от
базовой памяти, так и
от дополнительной. Она не была в пределах адресного прост-
ранства центрального микропроцессора. Её работа основыва-
лась на специальной схеме
технического обеспечения, которая
функционировала наподобие
переключателя. Это устройство пе-
реключало банки памяти
из нормального адресного
прост-
ранства 8088 микропроцессора, где чип
мог читать и писать в
неё. Эта схема, названная
переключателем банков, не была ни
новой ни необычной. Подобное устройство использовалося в
компьютерах на Z80 для преодоления
лимита в 64К.
Первые EMS имели дело с
расширенной памятью, разбитой
на банки по 16К.
Представление AT с потенциально
адресуемыми 16М зотми-
ло EMS, пока тяжелая действительность недоступности допол-
нительной памяти была
до конца осознана. Даже несколько
имеющихся программ, которые могли
пользоваться достоинства-
ми EMS, были более полезны чем драйвер VDISK , который был
единственной совместимой с
DOS программой, позволяющей
использовать дополнительную память.
Все программное обеспечение EMS
можно было разделить
на две группы. Первая использует
возможности 80386 работать
с картами памяти вертуальных страниц.
Вторая копирует банки
в 16К из дополнительной памяти
в основную. Хотя оба типа
программ эффективно используются, Lotus заявляет, что
системы использующие копирование
блоков программ, не могут
обеспечить полную корректную
реализацию EMS.
Содержание
1. Центральная плата
1.1 Функции материнской платы
1.2 Характеристики
2. Микророцессоры
2.1 8086
2.2 80286
2.3 80386
3. Сопроцессоры
4. Память
5. Базовая система ввода-вывода
6. Устройства ввода
7. Базовые системы отображения
7.1 Псевдографика
7.2 Растровая графика
7.3 Графические сопроцессоры
8. Видеоадаптеры
8.1 MDA
8.2 CGA
8.3 EGA
8.4 VGA
Системная плата
Основной частью любой компьютерной системы является
печатная плата с главным процессором и поддерживающими его
микросхемами .
Функционально центральную
печатную плату можно описать
различным образом . Иногда такая плата содержит всю схему
компьютеpа . Такие компьютеpы
называются одноплатными.
В портивоположность одноплатным
, в шиноориентированых
компьютеpах центральная плата
реализует схему минимальной
конфигурации . Остальные функции
реализуются с помощью мно-
гочисленных дополнительных плат .Все
компоненты соединяются
параллельными проводниками - шиной
, откуда и пошло это
название .
Центральная плата ,
к которой присоединяются все
остальные на компьютеpном жаргоне завётся материнской,
а
все присоединяемые дочерними .
Последующие разработки IBM
, после успеха XT и AT ,
объединили основные наработки этих
моделей . Таким образом
основные поддерживающие схемы были
размещены на материнской
плате . Эта многофункциональная
реализация платы отразилась
в её названии - системная плата .
Системная плата отличается от
одноплатного компьютеpа
тем , что содержит только
основные поддерживающие схемы .
Системной плате не хватает
видеоадаптера , некоторых видов
памяти и средств связи с
дополнительными устройствами . Эти
устройства добавляются к системной
плате путём присоедине-
ния дочерних к
шине расширения , которая
является частью
системной платы . В терминах IBM эти присоединяемые платы
обычно называются платами расширения
.
PS/2 используют материнскую
плату ,больше похожую на
плату одноплатного компьютеpа
, к которой добавили шину
расширения . Эта шина таким радикальным образом
отличается
от всех своих предшественниц , что ей дали собственное имя-
КАНАЛ . Функционально системная плата PS/2 была расширена
портами ввода/вывода ,
цепями управления гибким диском
и
видеосистемой .
IBM придавала большое значение
всем этим изменениям на
материнской плате и поэтому придумала
ей новое название -
планарная плата .
Теперь говоря планарная плата мы
чётко
отделяем материнскую плату PS/2 от
материнских плат преды-
дущих машин , опуская первоначальное название . Новый тер-
мин несет в себе двойной смысл : во-первых - топологически
печатная плата является
единой плоскостью -
планаром ;
во-вторых , понятие "планарный" используют для обозначения
подобных сборок и в других
электронных устройствах . Правда
, иногда это понятие использовалось IBM для обозначения
системных плат предыдущих машин
, а термин "системная пла-
та" для обозначения материнской
платы PS/2 , но это носило
случайный характер . Так что
"планар" появился чтобы твердо
закрепить это понятие за материнской
платой PS/2 .
Во всей этой истории есть одно
НО . Определения мате-
ринских плат , пусть даже двумя терминами IBM , не всегда
однозначны . Мало того ,
что схожие по электронике модели
PS/2 имеют различный планар , к примеру модели 50 и 60 ,
так еще машины одной модели
могут иметь неодинаковую
системную плату . Не лишено основание утверждение
, что
каждые три IBM Model 70 имеют свою собственную конструкцию
планара . тек же и каждая
модель PC имеет
оригинальную
конструкцию системной платы
. Исключение составляют XT и
Portable PC , которые имеют идентичную системную плату
.
Однако не следует забывать , что
для этого PC должны были
преодолеть три этапа кардинальных
изменений конструкции .
Немного истории: Разработку IBM , показанную в августе
1981 года , обычно называют PC-1.
Вариант же компьютеpа с
увеличенной системной платой ,
образца 1983 года , называют
PC-2 . Максимум , что могла
поддерживать PC-1 без использо-
вания плат расширения ,- 64К
памяти. PC-2 имела уже 256К ,
но наиболее важное различие
заключалось в программировании
двух плат. Системная плата PC-1 не могла без корректировки
поддерживать наиболее мощные
устройства расширения, таких,
как жесткий диск и улучшенные
видеоадаптеры .
IBM на это не остановилась и
продолжала постоянно раз-
вивать системную плату. Например был увеличен объем памяти
системной платы XT. Плата могла содержать до 640К. Но все
эти изменения были уже не столь
существенными , по сравне-
нию с первыми.
Системные платы ,
разработанные различными фирмами ,
естественно , отличались от плат IBM
. И когда дело доходи-
ло до создания системной платы ,
совместимой с IBM , разра-
ботчик выбирал один из двух
путей: либо разработать свою
собственную системную плату ,
либо решить эту проблему по
технологии Orginal Eguipment
Manufactures (OEM) . Эта тех-
нология подразумевает выпуск придуманной другими продукции
со своей торговой маркой , что
минимальные затраты и усилия
ограниченные часто только установкой
собственного торгового
клейма. Окончательную сборку из OEM
комплектующих осущест-
вляют другие фирмы. Они , стремясь повысить качество своей
продукции в глазах потребителей
, подвергают ее всесторон-
нему тестированию.Эти последние
названы сборщиками систем.
Строго говоря , для потребителей отличие между и ком-
паниями , производящими свою
собственную продукцию , заклю-
чается лишь в различии торговых
марок . И в большенстве
случаев это единственное отличие . А
так как все компьютеpы
можно об'еденить одним словом - товар
, то при других рав-
ных условиях , лучший товар тот , у
кого ниже цена .
Некоторые характеристики
системной платы.
Так имеется большое число
компаний , выпускающих свои
собственные компьютеpы , совместимые с IBM ,- число разра-
ботанных системных плат измеряется сотнями , и все
они , естественно , отличаются
друг от друга . Здесь было
бы очень к месту задаться вопросом
о совместимости .
Так
вот , эта проблема прояснится , если вы поймете ,почему
большенство компаний компьютеpной
индустрии поступает как
OEM . Пока же отметим
только то , что все разнообразие
системных плат можно
классифицировать гораздо проще
,чем
можно себе представить , потому что все фирмы изготовители
"слизали" свою продукцию с
IBM.
В об'щем случае
материнские платы можно разделить по
размерам на три группы . Ренее все материнские платы имели
размеры 8,5/11 дюймов . В XT размеры увеличились на 1 дюйм
в AT размеры возрасли еще больше .
Аналогичные изменения
происходили и с системными платами.
Большинство фирм -
производителей компьютеpов отслежи-
вают изменение как системных плат так
и корпусов, и исходя
из этого свободно варьируют размерами
своей продукции.
Функции материнской
платы.
Материнская плата любого
компьютеpа выполняет несколь-
ко основных функций . Главное - это
механическая основа лю-
ого компьютеpа . Она содержит платы расширения ,
разъ-
емы,дополнительные элементы и
обеспечивает электрическое
соединение всех элементов
компьютеpа. Плата содержит про-
цессор и поддерживающие его элементы.
Эти цепи определяют
функционирование компьютеpа и его
реакцию на кождое внешнее
воздействие .
Ни один элемент компьютеpа
полностью не определяет его
основные характеристики. Все решает
их полная совокупность.
Вот некоторые наиболее важные части :
Микропроцессор. Центральная
схема компьютеpа. Исполь-
зуемый процессор определяет не только
производительность но
и его программную совместимость.
Сопроцессор. Дополнительнный
микропроцессор позволяю-
щий компьютеpу выполнять
отдельные операции во много раз
быстрее центрального процессора .
Память. Жизненно необходимый
элемент вцелом.
BIOS. Базовая система
ввода-вывода компьютеpа навсегда
зашита в память , что определяет его
характеристики.
Базовые системы
отображения.
Без возможности видеть
результаты своей работы, персо-
нальный компьютер стал бы бесполезным
инструментом. Необхо-
димо каким либо образом наблюдать за
сигналами компьютерной
системы, что бы знать, чем она занимается в данный момент.
Сегодня реализацией подобного рода
функций занимается виде-
осистема.
Видеосистема не всегда была
неотъемлемой частью компь-
ютеров. Последние существовали уже
тогда, когда ещё не было
телевидения в его сегедняшнем
понимании. Первые процессоры
в качестве выходных устройств
использовали принтеры, кото-
рые позволяли получить твёрдую копию выходного результата,
что тоже очень важно в нашем
переменчивом мире.
Стандартными средствами для
отображения текста явля-
ются дисплеи, работающие с картами символов.
Специальная
область памяти зарезервирована для хранения
символа, кото-
рый предстоит изобразить на экране. И
программы пишут текст
на экран, заполняя символами эту
область памяти. Экран, ча-
ще всего, представляется матрицей 80
на 25 символов.
Образ каждого символа,
который появляется на экране,
хранится в специальной микросхеме
ПЗУ. Эта память относится
к видеоцепям компьютера.
Каждый символ на экране
формируется множеством точек.
Несколько видеостандартов, используемых IBM и другими фир-
мами, отличаются количеством точек,
используемых при форми-
ровании символов.
IBM четыре раза меняла
назначение ОЗУ под видеосисте-
му. Во-первых, это
касается PC и
XT. Еще один вариант
используется в PCjr и последний предназначается для всех
последних улучшеных видеосистем.
Первые две видеосистемы PC
использовали различные об-
ласти памяти и поэтому могли работать
одновременно. Обычно
одна область памяти предназначается
для монохромного дисп-
лея, а другая для цветного.
Используются одни и те же об-
ласти памяти для любого режима в
независимости от использу-
емого адаптера дисплея. Память
монохромного экрана располо-
гается по адресу В0000 , цветного - В8000. Для обеспечения
совместимости все новые
видеосистемы могут работать через
эти же адреса, даже если они хранят
дополнительную информа-
цию еще где-либо.
Программы, заносящие информацию
на экран, должны
знать, какую память они должны
использовать для этого. Нуж-
ную информацию можно получить, прочтя информацию из специ-
ального байта памяти - флага видеорежима. Он предназнача-
ется для указания: какого вида адаптер дисплея установлен
внутри компьютера и используется в
настоящее время. Он поз-
воляет компьютеру знать, с каким
дисплеем - монохромным или
цветным - он имеет дело.
Этот байт позволяет так же
указать - с цветным или
черно-белым дисплеем работает компьютер даже в том случае,
если установлен адаптер, способный работать с двумя видами
дисплеев. Байт флага видеорежима размещается в начале опе-
ративной памяти, по адресу 0463. Для кодировки текущего
дисплея используется байт
0В4 - для указания монохромного
режима и 0D4 - для цветного.
По стандарту IBM символы, видимые на экране, не хра-
нятся в непрерывной
последовательности. Символы, которые мы
видим на экране, располагаются в байтах памяти с промежут-
ком в один байт. Эти промежуточные байты отведены для хра-
нения параметров изображаемых
символов. Четный байт памяти
содержит символ, а нечетный - хранит
его атрибуты.
Излишки выделенной памяти
могут использоваться для
хранения нескольких изображений
экранов. Каждый такой образ
называется видеостраницей. Все базовые видеосистемы разра-
ботаны таким образом, чтобы реализовать быстрое переключе-
ние с одной страници на
другую. Это позволяет изменять
изображения экрана почти без всяких
задержек. С помощью пе-
реключателей можно управлять
скоростью замены экранных
страниц.
Базовая цветная система IBM
имеет возможность работать
в режиме с изображением текста в 40
столбцах экрана. Этот
режим позволяет работать
пользователю с компьютером через
телевизионный приемник вместо
дисплея. Телевизор не облада-
ет такой точностью, как монитор компьютера. 80 столбцов
текста на экране телевизора
сливаются. При уменьшении числа
столбцов текста в два раза, требуется
в два раза меньше па-
мяти для хранения. Это в свою очередь позволяет в два раза
увеличить число видеостраниц.
По прошествии времени IBM
улучшила качество своих ви-
деосистем и соответственно увеличила
объем памяти, исполь-
зуемой для нее. Для символьных дисплеев эта память исполь-
зуется для реализации новых
видеорежимов, которые позволяют
разместить на экране больше строк (до
43) и увеличить число
видеостраниц. Некоторые видеосистемы могут реализовывать
свои собственные режимы при
работе с текстом. Они могут
размещать текст в 60 строках и 132
столбцах.
Псевдографика
Графическое изображение легко
получить в любом тексто-
вом режиме. Так как с помощью 1 байта можно закодировать
256 символов - это число с избытком
перекрывает весь алфа-
вит и все цифры, IBM использует свободные значения для ко-
дировки некоторых специальных символов.
Большинство этих
дополнительных символов создано
для формирования графи-
ческих изображений.
При помощи этих символов,
используемых в качестве кир-
пичиков, можно формировать на экране
структуры всевозможной
конфигурации. Некоторые дополнительные символы формируют
изображение в виде двойных
линий, уголков и пробелов, поз-
воляя легко формировать обрамление
текста. Эти символы на-
зываются псевдографикой.
С другой стороны стороны,
качество псевдографики - са-
мое низкое, по сравнению с любой другой графической систе-
мой, реализуемой РС.
Изображение, формируемое графическими
блоками, имеет острые углы и грубое
наполнение. Округлую
деталировку и плавные переходы
невозможно получить, исполь-
зуя большие графические блоки.
Поэтому такой инструмент
представляется слишком грубым во
многих применениях.
Однако псевдографика является
единственно доступной во
всех системах IBM как с цветным, так и черно-белым монито-
ром. Она реализует наипростейшие
графические построения.
Растровая
графика
Одним вариантом улучшения качества графического изоб-
ражения является уменьшение размеров
самих графических бло-
ков. При помощи меньших блоков можно
сформировать менее уг-
ловатое изображение с большей
деталировкой. Чем меньше раз-
мер блоков, тем лучше качество
получаемого изображения. Од-
нако характеристики дисплейной
системы накладывают ограни-
чения на эту пропорцию. Размер
блока не может быть меньше
точки экрана. Поэтому самое лучшее изображение можно полу-
чить при работе с индивидуальными
точками экрана.
Эти точки представляют из
себя элементарные частицы,
из которых формируются любые блочные конструкции и называ-
ются пикселями. Однако не все системы способны работать с
элементарными точками видеосистемы. В некоторых из
них
пиксели образуются при помощи некоторого
множества экранных
точек. И системы способны оперировать
только с целыми
пикселями, а не отдельными точками
экрана.
Наилучших результатов можно
достичь, выделив некоторую
область памяти для хранения
информации по отбражению на эк-
ране каждого пикселя
изображения, как это
сделано для
текстового режима, когда каждому символу выделяется два
байта. В системах IBM информация по каждому пикселю хра-
нится в одном или болле битах
памяти. Такие системы часто
называются системами с
растровой графикой.
Альтернативой
данной технологии является описание
пикселя с использовани-
ем адресации памяти.
Последний метод называют
графикой с
адресацией всех точек.
Растровая графика потенциально имеет больше возмож-
ностей для формирования более точного
изображения. Большее
количество обрабатываемых пикселей
означает реализацию
большего числа деталей. Число точеки, соответственно, по-
тенциально возможное число пикселей во много раз превышает
число символов, изображаемых на
экране: от 64 до 128 раз.
Однако недостатком такой
разрешающей способности раст-
ровой графики является использование
болльшого объема памя-
ти. Закрепление за
каждой точкой экрана одного или двух
байтов памяти пропорционально
увеличит общий ее объем, зак-
репляемой за видеосистемой. Графические системы IBM с наи-
меньшим качеством требуют 128 К
памяти при закрепленнии за
каждой точкой только
одного байта. хотя
по сегодняшним
стандартам 128 К - небольшой объем,
но не следует забывать,
что при разработке графики для РС
времена были другие. Поэ-
тому для первых персональных компьютеров
было выделено
только 16 К оперативной памяти под
графическую информацию.
Графический сопроцессор
Точно так же, как арифметический сопоцесоор способен
существвенно повысить быстродействие
РС при расчете сложных
математических функций, графический
сопроцессор может уско-
рить работу компьютера при формировании изображения на эк-
ране монитора. Причем ускорение работы очень существенно,
потому что графический
сопроцессор способен
обрабатывать
огромные объемы графической
информации - сотни тысяч пиксе-
лей за несравнимо более короткий промежуток времени, по
сравнению с центральным
микропроцессором. Современные гра-
фические сопроцессоры Intel
82796 и Texas
Instruments
TMS34010 широко используются в
высокопроизводительных
системах. IBM также создала свою
графическую систему, раз-
местив ее на отдельной плате - 8415А.
Графические сопроцессоры
являются основой для создания
скоростных видеосистем. Точно так же, как для математи-
ческих сопроцессоров, графическим
сопроцессорам требуется
свое програмное обеспечение. Кроме того, во многих случаях
им требуется специфические, более
дорогие мониторы.
Графические операционные
системы
Проблема с програмным
обеспечением может быть решена
при помощи специальных графических
операционных систем, та-
ких, как Microsoft Windows или
Digital Research GEM - при
работе в среде DOS, или Presentation Manager - для OS/2.
Эти системы служат мостом, связывающим программы пользова-
теля и усовершенствованные
видеосистемы, включая и реализо-
ванные на графических сопроцессорах.
Алгоритм их работы напоминает
алгоритм работы BIOS. Он
основывается на использовании
вызова специальных подпрог-
рамм по формированию соответствующего
изображения на видео-
дисплее. Графические системы
переводят поступающие команды
на язык понятный для графических сопроцессоров или других
видеоустройств. Таким образом, пользователю нужно только
оперировать образами, формируемыми графическими системами.
Насыщение систем новыми функциями
является делом разработ-
чика графического пакета.
Например, программе нужно
очистить экран. Для
этого
она должна передать графическому
пакету соответствующую ко-
манду, и только. Все взаимодействие с
техническим обеспече-
нием реализует сама графическая
система. Однако ей необхо-
димо знать точно, на какой видеосистеме нужно очистить эк-
ран, чтобы сформировать команды
надлежащим образом. Графи-
ческие пакеты распознают устройства
технического обеспече-
ния по средствам програмного драйвера,
устанавливаемого в
файле CONFIG.SYS. При замене
видеосистемы потребуется толь-
ко заменить один драйвер, используемый грфической операци-
онной системой, и все пользовательские программы будут ра-
ботать с новой системой отображения.
Видеоадаптеры
Сначала существовал только
один тип персональных
компьютеров IBM, который комплектовался тоже только одно-
типными вдеодисплеями. Его
экран был однотонно-зеленым.
Текст изображался грубым
шрифтом, а из графических средств
реализовывалась только псевдографика.
Все достоинства этого
времени - у пользователя
не болела голова,
какую виде-
осистему использовать для своего РС.
Мног воды утекло с тех пор, и все
технологии компь-
ютерных подсистем шагнули далеко вперед. Видеосистемы со-
вершенствовались, как ни что другое,
буквально с каждым
днем. И пользователю приходится
решать сложную задачу: ка-
кой видеоадаптер выбрать из
нескольких десятков имеющихся
сейчас на рынке в условиях существования полдюжины "офици-
альных" видеостандартов, и
нескольких десятков видеосистем,
реализующих идеи, позволяющие
превзойти эти стандарты.
Почти полностью все развитие
видеостандартов происхо-
дило на основании
видеоадаптеров, предлагаемых IBM в
своих
компьютерах. Прогресс шел постоянно,
начиная от жуткого зе-
леного экрана, до сегодняшних
полноцветных дисплеев с высо-
кой разрешающей способностью. Параллельно
увеличивалось
вредное влияние видеосистем на глаза
человека.
Адаптер монохромного
дисплея
Этот адаптер часто называют
просто MDA от Monochrome
Display Adapter, хотя
его официальное имя
- Monochrome
Display, или Parallel Printer
Adapter.
Слово монохромный отражает самую
важную характеристику
MDA. Он был создан для работы с
одноцветным дисплеем. Пер-
воначально он работал с экранами зеленого цвета, которыми
обеспечивались преимущественно все
системы IBM того времени.
Слова "адаптер
дисплея" несут функциональное описание.
Это устройство преобразует
сигналы, распространяющиеся по
шине РС, к форме, воспринимаемой
видеосистемой. Возможность
подключения принтера к этому адаптеру
является его досто-
инством, потому что
позволяет подключить принтер
без
использования еще одного разъема
расширения.
MDA является символьной
системой, не обеспечивающей
никакой другой графики, за исключением расширенного мно-
жества символов IBM. Это был первый
адаптер IBM и до недав-
него времени он был лучшим адаптером
для обработки текстов,
обеспечивающим самое четкое
изображение символов, по срав-
нению с любыми дисплейными системами,
выпущенными до PS/2.
Текстовый режим был целью разработки адаптера. Тогда
IBM не могла вообразить, что
кому-либо понадобится рисовать
схемы на дисплее.
Символы MDA
Для обеспечения подключения
терминалов, используемых в
больших компьютерных системах, IBM для изображения символа
в MDA использовала площадь экрана в 9
х 14 пикселей, а сам
символ был 7 х 9. Дополнительное
пространство использова-
лось для разделения каждого символа,
что увеличивало читае-
мость.
Для реализации тогдашних стандартов
видеотерминалов,
обрабатывающих символы по 80 столбцам
и 25 рядам, требова-
лось 740 горизонтальных
пикселей и 350
вертикальных -
252000 точек на экран.
Частота MDA
При работе с таким количеством
точек IBM пошла
на
компромисс. При отображении
информации с большой частотой
потребовалось бы более широкополосный
монитор, чем тот, ко-
торый был доступен(во всяком случае
за небольшие деньги) во
время разработки РС.
IBM слегка уменьшил
используемую
частоту, доведя ее
до 50 Гц и компенсировала
возможность
появления мерцания экрана
использованием люминофора с боль-
шим остаточным свечением.
Таким образом появился стандарт
IBM на монохромный дисплей.
Используемая более низкая
частота давала дополнительно
время электронной пушке обрабатывать
каждую строку изобра-
жения. Однако даже с такой форой плотность точек по монох-
ромным стандартам IBM требовала увеличения
горизонтальной
частоты по отношению к используемой в
популярном видеомони-
торе - телевизионном приемнике 7 -
18,1 КГц против 15,525
КГц.
Цветной графический
адаптер
Первым растровым дисплейным адаптером, разработанным
IBM для РС, был цветной графический адаптер - CGA (Color
Graphic Adapter). Представленная
альтернатива MDA ослепила,
привыкши к зеленому,
компьютерный мир. Новый
адаптер
обеспечивал 16 ярких чистых цветов. Помимо этого, он обла-
дал способностью работать в
нескольких графических режимах
с различной разрешающей способностью.
Как об этом говорит наименование
адаптера, он предназ-
начался для формирования графического изображения на цвет-
ном экране. Однако он обеспечивал работу и с
монохромными
дисплеями, созданными не IBM для
платы MDA. Он мог работать
в паре как с монохромными, так и с
композитными мониторами,
и даже с модулятором телевизионных
приемников. (Тем не ме-
нее вы не можете подключить CGA к
телевизору если у послед-
него нет композитного видеовхода).
Обеспечивает также рабо-
ту светового пера.
CGA - Это многорежимный дисплейный адаптер. Он может
использоваться и для символьных и для
побитных технологий.
Для каждой из них он реализует
несколько режимов. Он содер-
жит 16 Кб памяти, прямо доступных центральному микропро-
цессору.
Символьные режимы
CGA
Символьный режим
функционирования CGA устанавливается
по умолчанию. В этом режиме
функционирование CGA напоминает
MDA. Главным отличием этих двух
адаптеров является то, что
второй был создан для работы с
нестандартными вертикальными
и горизонтальными частотами,
обеспечивая более четкое изоб-
ражение. CGA же
использует стандартные частоты - те,
что
используются композиционными
дисплеями. Это дает
возмож-
ность быть совместимым с большим
семейством мониторов, но в
то же время уменьшает качество
изображения.
Для того, чтобы
обеспечить функционирование с 15,525
КГц горизонтальной частоты и 60 Гц
вертикальной, CGA разде-
лил дисплей на матрицу в 640 горизонтальных пикселей и 200
вертикальных. Для того, чтобы расположить 2000 символов на
экране размером 80 х 25 символов - в формате MDA - исполь-
зуются ячейки 8 х 8 пикселей.
16 Кб памяти CGA позволяют
работать с 4 страницами
текста. Обычно в текстовом режиме
используется единственная
страница - первая. Остальные доступны программам и пользо-
вателю через BIOS и через регистр
режима CGA.
Качество символов CGA
В системах CGA каждый символ
располагается в матрице
7 х 7. Одна точка зарезервирована для
подстрочного элемента
и еще одна - для разделения.
Очевидно, что подстрочный эле-
мент имеет протяженность на все
изображение, что позволяет
избежать использование дополнительных линий для разделения
строк текста. Использование меньшего количества точек при
изображении символа означает,
что его изображение будет
иметь более грубую и менее приятную
форму по сравнению с
MDA.
Цвета символов
В любом текстовом режиме IBM,
используя атрибуты, мож-
но работать с 16-цветовой палитрой.
Любой символ текста мо-
жет быть изображен любым из 16
цветов.
Фон символа - точки, входящие в матрицу символа 8 х 8
и не участвующие в формировании формы
символа, - может так-
же иметь один из 16 цветов, но с одним ограничением. В ре-
жиме, устанавливаемом по
умолчанию, для фона можно исполь-
зовать 8 цветов, потому что бит в байте параметров, уста-
навливающий яркость или интенсивность
фонового цвета, пред-
назначается для другой
цели. Он используется для
задания
режима мерцания символа.
Специальный регистр CGA изменяет назначение этого би-
та. Загружая определенные значения в
этот регистр, пользо-
ватель или программа могут выбирать между использованием
мерцания или изображением цвета фона
с повышенной интенсив-
ностью. Однако этот регистр управляет всем текстом экрана,
поэтому невозможно одновременно использовать и мерцающие
символы и повышенную интенсивность
цветового фона.
CGA требует от программистов
прямого обращения к этому
регистру. Более усовершенствованные
адаптеры IBM используют
дополнительную программу BIOS для
реализации этой функции.
Улучшенный графический
адаптер
К 1984 году недостатки CGA стали
очевидными. Это выя-
вилось благодаря широкому его
распространению. Тяжело чита-
емый текст и грубая графика
портили зрение лучше
всякого
другого приспособления.
Как ответ на заслуженную
критику, появился улучшенный
графический адаптер - EGA.
Улучшение было многосторонним:
возросшая разрешающая способность,
возможность обеспечивать
графический режим монохромных
экранов, в том числе любимых
IBM зеленых дисплеев.
Разрешающая
способность EGA
Самое существенное изменение хорошо заметно по форми-
руемому изображению. Разрешающая
способность была увеличена
до 640 х 350 пикселей. Ячейки
символов имеют размер 8 х 14.
И хотя такая ячейка на одну точку
уже, чем поддерживаемая
MDA, символ
формируется той же матрицей 7 х 9. Но более
важным являлось то, что было выделено достаточно места для
подстрочного и надстрочного пространства. Благодаря этому
смежные ряды не сливались
и цветное изображение
текста
воспринималось также хорошо, как и
монохромное.
Разрешающая способность 640 х
350 обеспечивалось в
графическом режиме. Этот адаптер мог
также поддерживать все
графические режимы предыдущих
адаптеров IBM. Это означает,
что EGA способен обеспечить все
режимы устаревшего CGA.
Частоты EGA
Для того, чтобы обеспечить передачу на экрандополни-
тельной информации, согласно
стандарту EGA, необходимо
использовать сигнал с более широкой
полосой частот, увели-
чив его диапазон до более высокой
частоты. Вместо 15,525
КГц CGA, EGA увеличил горизонтальную частоту сканирования
до 22,2 КГц. Вертикальная частота сканирования ( частота
кадров) приблизительно равна 60 Гц.
Из-за использования бо-
лее высокой частоты стандарт EGA несовместим с устройства-
ми, созданными по стандарту
NTSC. В эту группу устройств
входят и телевизоры. Требуется специальные дисплеи EGA или
мультисинковые дисплеи.
Цвета EGA
Возможности стандарта EGA по
формированию цветной гам-
мы существенно возросли. Посредством изменения интерфейса
адаптер - дисплей, реализуемая
палитра EGA была расширена
до 64 оттенков(считая черный и различные
оттенки серого,
как отдельные цвета). Кроме того,
благодаря наличию большо-
го ресурса памяти стандарт EGA
способен поддерживать более
широкую палитру цветов с более высоким уровнем разрешающей
способности. В режиме с максимальной разрешаемой способ-
ностью и полным использованием
ресурса памяти, EGA в состо-
янии одновременно формировать
изображение в 16 цветовых от-
тенках выбранных из
64 цветной палитры на экране в
640 х
350 пикселей.
Video Graphics Array
- VGA
Весь процесс рзработки IBM
дисплеев для своих персо-
нальных компьютеров поддается
и не поддается логическому
объяснению. С одной стороны,
некоторые видеосистемы IBM для
отдельных применений подходили лучше других. Но с другой -
отказ от узкой специализации на отдельное
видеоустройство
дает возможность настроить адаптер на
разные типы дисплеев,
что открывает огромный рынок для дополнительной видеопро-
дукции, поступающей от независимых
поставщиков, что обеспе-
чивает в свою очередь расширение
снабжения рынка. При пере-
ходе к новому
видеостандарту адаптерная плата
может быть
легко заменена другой. С другой стороны, объединение дисп-
лея и адаптера поддается логическому
обоснованию также.
Компьютеры Portable такие, как
PC Portable (которые не
содержат на своей системной плате
дисплейную систему) и пе-
реносные компьютеры Convertible
(содержащую ее там) требуют
полной интеграции дисплея и
центрального блока для увеличе-
ния транспортабельности переносных
компьютеров. Такой под-
ход имеет преимущество
простоты сборки системы. Система
поступает в виде одного большого
блока и не нужно задумы-
ваться, как собрать систему из
составляющих.Более того, та-
кой способ реализации видеосистемы
чаще всего обходится де-
шевле, потому что
не требует устанавливать платы расшире-
ния, интерфейсные цепи и взымать
деньги за дополнительные
разработки. Для снижения
стоимости PCjr в этой модели IBM
сначала использовала видеосистему,
реализуемую на системной
плате.
Промежуточным вариантом является
реализация виде-
осистемы на базе платы расширения,
чья стоимость входит в
стоимость системы. Большинство
персональных компьютеров
продается по такой методике.
Разрешающая способность VGA в
графическом режиме
Точно так же, как и в предыдущие системы, VGA обеспе-
чивают различные уровни разрешающей
способности в различных
режимах функционирования. Но VGA
обеспечивает гораздо боль-
шее количество режимов. Их общее число равно 17. Однако в
графическом и текстовом режимах
достигаются отличающиеся
уровни разрешающей способности.
В графических режимах
при формировании растрового
цветного изображения достигается
разрешающая способность
640 х 480 пикселей. При этом формируется 16 цветов выбран-
ных из палитры в 256. Такой же уровень разрешающей способ-
ности обеспечивается и для
монохромного изображения.
Переход к стандарту
640 х 480 пикселей от стандарта
EGA (640 x 350) позволил
улучшить точность изображения.
Стандарт VGA позволяет
создать изображение более точное с
использованием большей гаммы цветов.
Для программистов, разрабатывающих графику, отношение
числа горизонтальных пикселей к
вертикальному равное 4:3,
является благоприятствующим фактором
потому что оно равно
отношению сторон экрана большинства
мониторов.
Цвета VGA
Новый стандарт способен поддерживать 256 оттенков эк-
рана одновременно. Цвета выбираются из палитры 262144 от-
тенка. В этом режиме, разрешающая способность ограничена
уровнем 320 х 200 пикселей.
Эта разрешающая способность
CGA, работающего в
режиме со средней разрешающей
способ-
ностью, но последний может работать
одновременно с четырьмя
цветами, выбранными из палитры в
шестнадцать цветов.
Краткий ответ Основные устройства входящие в состав персонального компьютера Их назна. Архитектура компьютера основные устройства компьютера и их функции. Строение электрических машин все технические устройства компьютера. Реферат на тему строение ситемного блока персонального компьютера. Образец презентации по структурной схеме персонального компьютера. Внутреннее строение комппьютера внутреннее строение комппьютера. Схема устройства СВО комтьютера Москва Россия Москве. Строение системного блока местонахождение процессора. Функц онально блочна схема персонального компютера. Готовая презентация на тему от пера до компьютера. Презентац з теми будова персонального комп ютера. Внутреннее строение системного блока в картинках. Внутреннее строение системного блока компьютера. Реферат на тему внутреннее строение компьютера. Презентация архитектура пк внутренние строение.
|
|
|
