Что такое PC

Типы систем

Компоненты системы

Что такое PC

Начиная очередной семинар по аппаратным средствам, я обычно спрашиваю: “Что такое PC?”. И немедленно получаю ответ, что PC — аббревиатура от Personal Computer (персональный компьютер), и это на самом деле так. Многие определяют персональный ком пьютер как любую небольшую компьютерную систему, приобретаемую и используемую од ним человеком. К сожалению, это определение недостаточно точное. Я согласен, что PC — это персональный компьютер, однако далеко не все персональные компьютеры относятся к типу PC. Например, система Macintosh Apple, несомненно, является персональным компью тером, но я не знаю никого, кто назвал бы ее PC (в особенности это относится к пользовате лям Mac!). Чтобы отыскать правильное определение PC, необходимо смотреть гораздо шире. Называя что-либо PC, вы при этом подразумеваете нечто гораздо более специфическое, нежели просто персональный компьютер. Естественно, это “нечто” как-то связано с первым IBM PC, появившимся в 1981 году. На самом деле именно IBM изобрела PC, т.е. ею был раз работан и создан первый PC. Однако совершенно очевидно и то, что IBM не изобретала пер сональный компьютер. (История персональных компьютеров начинается в 1975 году, когда фирма MITS представила Altair.) Кое-кто определил бы PC как любой “IBM-совместимый” персональный компьютер. Фактически уже много лет термин PC используется для обозначе ния или IBM-совместимых компьютеров, или их аналогов (таким образом воздается должное тому, что IBM стояла у колыбели PC).
Однако в действительности, несмотря на то что сотрудниками IBM в 1981 году был раз работан и создан первый PC и именно она руководила разработкой и совершенствованием стандарта PC в течение нескольких лет, в настоящее время она не контролирует этот стан дарт. IBM потеряла контроль над стандартом PC в 1987 году, когда представила свою модель компьютеров PS/2. С этого времени другие компании, производящие PC, начали буквально копировать систему IBM вплоть до чипов, соединителей и формфакторов плат, а IBM отказа лась от многих стандартов, которые первоначально создала. Именно поэтому я стараюсь воз держиваться от использования термина “IBM-совместимый”, когда говорю о PC.
В таком случае возникает вопрос: если PC не IBM-совместимый компьютер, то что же это? Хотя правильнее было бы поставить вопрос так: кто сегодня осуществляет контроль над стандартом PC? А еще лучше разбить этот вопрос на две части и выяснить, кто определяет стандарты, во-первых, в индустрии программного обеспечения для PC и, во-вторых, в инду стрии аппаратных средств PC.
Кто определяет стандарты в индустрии программного обеспечения для PC
Когда я задаю этот вопрос на семинарах, многие не задумываясь отвечают: “Microsoft!”. Полагаю, нет никаких оснований не соглашаться с таким ответом. Несомненно, сегодня Microsoft удерживает контроль над разработкой операционных систем, используемых на PC; ведь первоначально в большинстве PC использовалась MS DOS и Windows 3.1, а теперь — Windows 95/98, Windows NT или Windows 2000. Контроль над разработкой операционных систем Microsoft использовала как рычаг, позволяющий контролировать разработку других Что таeое PC 59
типов программного обеспечения PC (например, утилит и приложений). Так, многие утилиты (такие, как кэширование диска, сжатие дисков, дефрагментация, калькуляторы и записные книжки), которые первоначально предлагались независимыми компаниями, теперь включены в Windows. Microsoft даже встроила в операционную систему Web-броузер, что не на шутку испугало конкурентов, создающих аналогичные программы. Более тесная интеграция про граммного обеспечения для работы с сетями и пакетов программ-приложений с операцион ной системой позволила Microsoft еще больше усилить контроль над операционными систе мами по сравнению с другими компаниями. Именно поэтому Microsoft теперь доминирует на рынке программного обеспечения для PC, предлагая разнообразные программы — от тексто вых процессоров до электронных таблиц и систем управления базами данных.
Когда появились первые PC, IBM контролировала стандарты аппаратных средств PC; и именно она привлекла Microsoft для разработки большей части программного обеспечения для PC. IBM разрабатывала аппаратные средства, записывала BIOS (Basic Input Output System — базовая система ввода-вывода) и привлекала Microsoft для разработки DOS (Disk Operating System — дисковая операционная система) и нескольких других программ и паке тов для IBM. Однако она не сумела обеспечить себе исключительные права на DOS, предос тавив Microsoft право продавать код MS DOS, разработанный для IBM, любой другой заинте ресованной компании. Именно эта ошибка в договоре превратила Microsoft в доминирующую компанию на рынке программного обеспечения, и именно из-за этой ошибки впоследствии IBM потеряла контроль над тем самым стандартом PC, который она создала.
Причина потери контроля IBM над этим стандартом состоит в том, что программное обеспечение можно защитить авторскими правами, в то время как авторские права на аппа ратные средства могут быть защищены только в соответствии с патентами, что связано с трудностями и требует значительного времени (причем срок действия патента истекает через 17 лет). Кроме того, для получения патента требуется, чтобы разработанная аппаратура была уникальной и новой, а IBM в своих разработках PC опиралась на ранее существовавшие эле менты, которые мог приобрести любой радиолюбитель. Фактически наиболее важные эле менты для первого PC были разработаны Intel, например процессор 8088, генератор синхро низирующих импульсов 8284, таймер 8253/54, контроллер прерываний 8259, контроллер прямого доступа к памяти 8237, периферийный интерфейс 8255 и контроллер шины 8288. Эти микросхемы составляли основу первого PC.
Поскольку проект первого PC нельзя было запатентовать, любая компания могла дубли ровать аппаратные средства IBM PC. Нужно было лишь приобрести те же самые чипы, что и IBM, у тех же производителей и поставщиков и разработать новую системную плату с анало гичной схемой. Чтобы помочь в этом, IBM даже издала полный набор схем своих системных плат и всех плат адаптеров в очень детализированном и легкодоступном техническом руко водстве. У меня есть несколько этих первых руководств IBM, и я все еще заглядываю в них время от времени, когда хочу узнать что-нибудь об особенностях PC на уровне элементов. Труднее всего было скопировать программное обеспечение (имеется в виду программное обеспечение IBM PC), которое было защищено в соответствии с законом об авторском праве. Phoenix Software — одна из первых фирм, разработавших законные методы решения этой проблемы: оказывается, в соответствии с законом можно разработать (но не скопировать!) программы, которые функционально дублируют программное обеспечение, такое, как базо вая система ввода-вывода (BIOS). Были созданы две группы инженеров по разработке про граммного обеспечения, причем особенно тщательно следили, чтобы во вторую группу вхо дили специалисты, которые никогда прежде не видели код BIOS, разработанный IBM. Первая группа исследовала базовую систему ввода-вывода, разработанную IBM, и полное описание BIOS. Вторая читала описание, составленное первой группой, и намеренно с самого начала кодировала новую базовую систему ввода-вывода, которая делала все то, что было описано в составленной спецификации. Конечным результатом стала новая базовая система ввода 60 Глава 2. Компоненты PC, еaо возможности и проеeтирование систем вывода, написанная с самого начала с кодом, хотя и не идентичным коду IBM, но имевшим точно такие же функциональные возможности.
Компания Phoenix назвала это подходом clean room, и этот подход позволяет выходить из любого допустимого положения. Поскольку первоначальная базовая система ввода-вывода IBM PC содержала только 8 Кбайт кода и имела ограниченные функциональные возможно сти, дублирование ее с помощью указанного подхода не составляло особого труда. По мере изменения базовой системы ввода-вывода IBM другие компании, разрабатывавшие базовые системы ввода-вывода, обнаружили, что относительно несложно своевременно вносить из менения, соответствующие изменениям IBM. Команды теста POST (Power-On Self Test), яв ляющегося частью базовой системы ввода-вывода, в большинстве базовых систем ввода вывода даже сейчас занимают приблизительно 32 Кбайт. Сегодня не только Phoenix, но и та кие компании, как Award, AMI и Microid Research, разрабатывают программное обеспечение базовой системы ввода-вывода для производителей компьютеров PC.
После дублирования аппаратных средств и базовой системы ввода-вывода IBM PC оста лось только воссоздать DOS, чтобы полностью воспроизвести систему, совместимую с IBM. Однако задача проектирования DOS “с нуля” была намного сложнее, потому что DOS значи тельно превосходит базовую систему ввода-вывода и содержит гораздо больше программ и функций. Кроме того, операционная система развивалась и изменялась чаще, чем базовая система ввода-вывода. Это означает, что единственный способ получить DOS для IBM совместимого компьютера состоял в получении прав на его использование. Вот здесь и поя вилась Microsoft. Как вы помните, IBM не потребовала от Microsoft подписать исключитель ное лицензионное соглашение, что позволяло этой компании продавать DOS любому пользо вателю. Благодаря лицензии на копирование MS DOS удалось преодолеть последнее препят ствие на пути создания IBM-совместимых компьютеров, которые теперь можно было производить независимо от желания IBM.
Теперь мы понимаем, почему нет никаких клонов или аналогов системы Macintosh Apple. Не потому, что компьютеры Mac нельзя продублировать; аппаратные средства Mac довольно про сты и их легко воспроизвести, используя имеющиеся в наличии детали. Реальная проблема со стоит в том, что Apple обладает MAC OS и не позволяет никакой другой компании продавать Apple-совместимые системы. Кроме того, базовая система ввода-вывода и OS весьма сущест венно интегрированы в Mac; эта базовая система ввода-вывода очень большая, сложная и, по существу, является частью операционной системы. Поэтому метод clean room практически не позволяет продублировать ни базовую систему ввода-вывода, ни операционную систему. Но в 1996–1997 гг. Apple лицензировала базовую систему ввода-вывода и операционную систему, что позволило таким компаниям, как Sony, Power Computing, Radius и даже Motorola, начать выпуск недорогих Apple-совместимых систем. Появление относительно не дорогих Apple-совместимых компьютеров стало пагубно влиять на развитие и доходы Apple, которая немедленно остановила действие лицензий. Теперь при модернизации компьютера Macintosh комплектующие можно приобрести только у Apple по довольно высоким ценам, так что модернизация системы становится невыгодной.
Поскольку IBM не обладала исключительным (оно принадлежало также и Microsoft) пра вом на DOS или Windows, любой пользователь, желавший установить на компьютере эти операционные системы, мог получить разрешение от Microsoft. Это позволяло любой компа нии, желавшей разработать IBM-совместимый компьютер, в обход IBM (нравилось это ей или нет) производить функционально идентичную машину. Когда одна компания контроли рует рынок операционных систем, она естественным образом контролирует рынок всего про граммного обеспечения, работающего под управлением той или иной операционной системы, включая всевозможные драйверы и прикладные программы. И пока PC будут использоваться с операционными системами компании Microsoft, она будет контролировать рынок про граммного обеспечения для PC.
Что таeое PC 61
Кто контролирует рынок аппаратных средств PC
Усвоив, что Microsoft контролирует рынок программного обеспечения для PC, поскольку она получила права на операционную систему PC, попытаемся разобраться, что можно ска зать об аппаратных средствах. Нетрудно установить, что IBM имела контроль над стандартом аппаратных средств PC до 1987 года. Именно IBM разработала основной проект системной платы PC, архитектуру шины расширения (8/16-разрядная шина ISA), последовательный и параллельный порты, видеоадаптеры стандартов VGA и XGA, интерфейс гибких и жестких дисков, контроллеры, блок питания, интерфейс клавиатуры, интерфейс мыши и даже физиче ские формфакторы всех устройств — от системной платы до плат расширения, источников питания и системного блока. Разработанные IBM до 1987 года, они все еще продолжают вли ять на возможности современных систем.
Наиболее важным является вопрос о том, какая компания ответственна за создание и изо бретение новых проектов аппаратных средств PC, интерфейсов и стандартов. Но, как прави ло, получить точный ответ не удается: некоторые указывают на Microsoft (но эта компания контролирует рынок программного обеспечения, а не аппаратных средств), некоторые назы вают Compaq или несколько других крупных производителей компьютеров и только немно гие дают правильный ответ — Intel.
Вполне понятно, почему многие не сразу улавливают суть вопроса: ведь я спрашиваю, кто фактически обладает Intel PC. Причем я имею в виду не только те компьютеры, на которых есть наклейка Intel inside (это ведь относится лишь к системам, имеющим процессор Intel), но и системы, разработанные и собранные с помощью комплектующих Intel или даже приобре тенные через эту компанию. Вы можете со мной не согласиться, но я убежден, что большин ство пользователей сегодня имеют Intel PC!
Конечно, это не означает, что они приобрели свои системы у Intel, так как известно, что эта компания не продает полностью собранных PC. В настоящее время вы не можете ни зака зать системный блок у Intel, ни приобрести компьютер марки Intel у кого бы то ни было. Я веду речь о системных платах. По моему мнению, из всех составляющих самая важная — системная плата, и поэтому ее производитель должен быть признан законным производите лем вашей системы.
Самые крупные фирмы — сборщики компьютеров разработали собственные системные пла ты. В соответствии с материалами журнала Computer Reseller News тремя наиболее крупными производителями настольных компьютеров в последние годы являются Compaq, Packard Bell и IBM. Эти компании разрабатывают и производят собственные системные платы, а также многие другие компоненты системы. Они даже разрабатывают чипы и компоненты системной логики для собственных плат. Хотя рынок сбыта этих трех компаний большой, есть еще более крупный сегмент рынка, который можно назвать рынком компаний второго уровня.
Второй уровень занимают компании, которые в действительности не производят системы, а собирают их, т.е. приобретают системные платы, корпуса, источники питания, дисководы, пе риферийные устройства и др., собирают компьютеры и продают их как готовые изделия. Сего дня Dell, Gateway и Micron — одни из самых крупных сборщиков систем в мире, но, помимо них, можно перечислить еще сотни. В настоящее время это самый большой сегмент на рынке PC. Конечно, за исключением крайне редких случаев, можно приобрести те же самые систем ные платы и другие компоненты, используемые этими производителями, но их розничная цена, несомненно, будет выше. Можно даже самостоятельно собрать фактически идентичную систему с самого начала, но это — тема главы 23, “Сборка и модернизация компьютера”. Обратите внимание на тот факт, что целый ряд компаний второго уровня имеет невероят но высокий объем продаж, например Dell занимает почти равное положение с Compaq, кото рая удерживает первое место по сбыту ПК уже в течение многих лет. Компания Gateway и другие сборщики систем лишь немного отстают от лидеров.
62 Глава 2. Компоненты PC, еaо возможности и проеeтирование систем Если Gateway, Dell, Micron и другие компании не производят собственных системных плат, то кто же это делает? Вы угадали — этим занимается Intel. Не только названные компа нии используют исключительно системные платы Intel, но большинство компьютеров на рынке второго уровня собраны на основе этих системных плат. Я буквально только что про смотрел обзор десяти компьютеров с микропроцессором Pentium II в очередном номере жур нала Computer Shopper, и — поверьте, я не шучу — восемь из десяти систем, которые оцени вались в этом обзоре, имели системные платы Intel. Точнее, в этих восьми использовался один и тот же тип системной платы Intel, т.е. эти системы отличались только косметически, деталями внешней сборки, корпусами и тем, какие видеоадаптеры, дисководы, клавиатуры и прочее использовал сборщик.
Два других компьютера, о которых шла речь в этом обзоре, хотя и использовали платы иных производителей (не Intel), были рассчитаны на применение процессоров Intel Pentium II, и в них были установлены наборы микросхем системной логики (чипсеты) Intel (их стоимость составляет более 90% стоимости системной платы).
Как и когда это случилось? Конечно, Intel всегда была доминирующим поставщиком про цессоров для PC, так как IBM выбрала Intel 8088 в качестве центрального процессора в пер вом IBM PC в 1981 году. Контролируя рынок процессоров, эта компания, естественно, кон тролировала и рынок микросхем, необходимых для установки процессоров в компьютеры. А это, в свою очередь, позволило Intel контролировать рынок микросхем системной логики. Эта компания начала их продавать в 1989 году, когда появилась микросхема системной логики 82350 EISA (Extended Industry Standard Architecture), и к 1993 году стала самым большим (по объему) и самым основным поставщиком микросхем системной логики для системных плат. Но в таком случае, почему бы компании, производящей процессор и все другие чипы, необ ходимые для системной платы, не устранить все промежуточные звенья и не производить системные платы целиком? Такой поворотный момент наступил в 1994 году, когда Intel стала самым крупным в мире производителем системных плат. С тех пор эта компания контроли рует рынок системных плат: в 1997 году Intel произвела больше системных плат, чем восемь самых крупных производителей вместе взятых (объем сбыта превысил 30 млн плат, а их стоимость — 3,6 млрд долларов!). Эти платы устанавливаются в компьютерах PC различны ми сборщиками, поэтому большинство пользователей теперь покупают компьютеры, по сути, произведенные Intel, и неважно, кто конкретно завинчивал винты в корпусе.
Без сомнения, Intel осуществляет контроль над стандартом аппаратных средств PC, пото му что она контролирует рынок системных плат PC. Она не только выпускает подавляющее большинство системных плат, используемых в настоящее время в компьютерах, но и постав ляет подавляющее большинство процессоров и микросхем системной логики для системных плат другим производителям. Это означает, что, даже если ваша системная плата фактически изготовлена не Intel, вероятнее всего, на ней установлен процессор Intel или микросхема сис темной логики этой компании.
Intel установила несколько современных стандартов аппаратных средств PC, а именно:
-- PCI (Peripheral Component Interconnect) — интерфейс локальной шины;
-- AGP (Accelerated Graphics Port — ускоренный графический порт) — интерфейс для высокоэффективных видеоадаптеров;
-- формфактор ATX системной платы, который заменяет (несколько надоевший) разра ботанный IBM формфактор Baby-AT, используемый с начала 80-х годов;
-- формфактор системной платы NLX, заменивший несколько специфичный и обладающий рядом недостатков формфактор LPX, используемый во многих недорогих компьютерах; благодаря таким изменениям теперь эти компьютеры тоже можно модернизировать;
-- DMI (Desktop Management Interface — настольный интерфейс управления), используе мый для выполнения функций управления аппаратными средствами системы;
Что таeое PC 63
-- DPMA (Dynamic Power Management Architecture — динамическая архитектура управ ления питанием) и APM (Advanced Power Management — усовершенствованное управ ление питанием) — стандарты управления энергопотреблением в PC.
Компания Intel занимает доминирующее положение не только в индустрии персональных компьютеров, но и в полупроводниковой промышленности в целом. Как следует из диаграм мы, составленной по материалам Cahners Research (рис. 2.1), объем продаж компании Intel почти в три раза превышает аналогичные параметры ее ближайшего конкурента.
Кому принадлежит контроль над рынком операционных систем, тому принадлежит кон троль и над рынком программного обеспечения PC, а кому принадлежит контроль над рын ком процессоров и, следовательно, системных плат, тому обеспечен контроль и над рынком аппаратных средств. Поскольку сегодня, кажется, Microsoft и Intel совместно контролируют рынок программного обеспечения и оборудования PC, неудивительно, что современный PC часто называется системой типа Wintel.
Спецификации PC хx
Хотя Intel полностью контролирует рынок аппаратных средств PC, Microsoft также кон тролирует рынок PC, предлагая перспективные операционные системы и серию документов, называемых PC хx Design Guides, — набор стандартных спецификаций, предназначенных для разработчиков аппаратных средств и программного обеспечения, создающих изделия (и про граммы) для работы с Windows. Требования в этих руководствах являются частью требова ний к изделиям с логотипом Designed for Windows (Разработаны для Windows). Другими сло вами, если вы производите аппаратные средства или программный продукт и хотите украсить вашу коробку официальной эмблемой Designed for Windows, ваше изделие (программа) должно удовлетворять минимальным требованиям PC хx.
Рис. 2.1. Объемы продаж производителей полупроводников в 1999 году 64 Глава 2. Компоненты PC, еaо возможности и проеeтирование систем Ниже приведен список существующих документов.
-- Hardware Design Guide for Microsoft Windows 95 (Руководство разработчика аппарат ных средств для Microsoft Windows 95).
-- Hardware Design Guide Supplement for PC 95 (Добавление к руководству разработчика аппаратных средств PC 95).
-- PC 97 Hardware Design Guide (Руководство разработчика аппаратных средств для PC 97).
-- PC 98 System Design Guide (Руководство системного разработчика по PC 98).
-- PC 99 System Design Guide (Руководство системного разработчика по PC 99).
-- PC 2000 System Design Guide (Руководство системного разработчика по PC 2000).
Все эти руководства можно загрузить с Web-сервера компании Microsoft; издательство Microsoft Press опубликовало их в виде отдельных книг.
В этих системных руководствах представлена информация для инженеров, проектирую щих персональные компьютеры, платы расширения и периферийные устройства, которые бу дут использоваться с операционными системами Windows 95/98 и Windows NT/2000. Требо вания и рекомендации по разработке PC в этих руководствах лежат в основе требований, предъявляемых к получению эмблемы Designed for Windows для аппаратных средств, спонсо ром которой выступает Microsoft.
В этих руководствах приведены требования к системам базисного уровня (настольным и переносным), рабочим станциям и даже к PC для развлечений. Кроме того, в них рассматри вается конфигурирование устройств Plug and Play и управление питанием в компьютерах PC, требования к универсальной последовательной шине (USB) и IEEE 1394, а также к новым устройствам, поддерживаемым операционной системой Windows, включая новые возможно сти графических и видеоустройств, DVD, сканеров, цифровых камер и др.
Замечание
Обратите внимание, что эти рoeоводства не предназначены для eонечных пользователей; они бoдoт полезны разработчиeам аппаратноaо и проaраммноaо обеспечения.

Типы систем

Классифицировать PC можно по нескольким (вообще говоря, большому числу) различ ным категориям. Я предпочитаю классифицировать PC двумя способами — по типу про граммного обеспечения, которое они могут выполнять, и по типу главной шины системной платы компьютера, т.е. по типу шины процессора и ее разрядности. Поскольку в этой книге внимание концентрируется главным образом на аппаратных средствах, рассмотрим сначала именно такую классификацию.
Процессор считывает данные, поступающие через внешнюю соединительную шину дан ных процессора, которая непосредственно соединена с главной шиной на системной плате. Шина данных процессора (или главная шина) также иногда называется локальной шиной, по скольку она локальна для процессора, который соединен непосредственно с ней. Любые дру гие устройства, соединенные с главной шиной, по существу, могут использоваться так, как при непосредственном соединении с процессором. Если процессор имеет 32-разрядную шину данных, то главная шина процессора на системной плате также должна быть 32-разрядной. Это означает, что система может пересылать в процессор или из процессора за один цикл 32 разряда (бита) данных.
Типы систем 65
У процессоров разных типов разрядность шины данных различна, причем разрядность главной шины процессора на системной плате должна совпадать с разрядностью устанавли ваемых процессоров. В табл. 2.1 перечислены все процессоры, выпускаемые Intel, и указана разрядность их шины данных.
Таблица 2.1. Процессоры Intel и разрядность их шины данных Процессор Разрядность шины данных
8088 8
8086 16
286 16
386SX 16
386DX 32
486 (все модели) 32
Pentium 64
Pentium MMX 64
Pentium Pro 64
Pentium Celeron/II/III 64
Pentium II/III Xeon 64
AMD Duron/Athlon 64
Pentium IV 64
Говоря о разрядности процессоров, следует обратить внимание на тот факт, что, хотя все процессоры Pentium имеют 64-разрядную шину данных, разрядность их внутренних регистров составляет только 32 бит и они выполняют 32-разрядные команды. Таким образом, в контексте программного обеспечения все чипы от 386 до Pentium III имеют 32-разрядные регистры и вы полняют 32-разрядные инструкции. Однако, с точки зрения инженера-электронщика или физи ка, разрядность шины данных этих процессоров, работающих с 32-разрядным программным обеспечением, равна 16 (386SX), 32 (386DX, 486) и 64 (Pentium) разрядам. Разрядность шины данных — главный фактор при проектировании системных плат и систем памяти, так как она определяет, сколько битов передается в чип и из чипа за один цикл.
Процессор будущего P7, называемый Itanium (ранее Merced), предусматривает новую 64- разрядную систему команд (IA-64), но по-прежнему будет выполнять все 32-разрядные коман ды, присущие обычным процессорам — от 386 до Pentium. Еще не известно, будет ли Itanium иметь 64-разрядную шину данных подобно Pentium или же у него будет 128-разрядная шина. Из табл. 2.1 следует, что абсолютно все процессоры Pentium, начиная от оригинального Pentium, Pentium MMX, Pentium Pro и заканчивая Pentium II/III/IV, имеют 64-разрядную шину данных. На основе аппаратных средств можно выделить следующие категории систем:
?? 8-разрядные;
?? 16-разрядные;
?? 32-разрядные;
?? 64-разрядные.
С точки зрения разработчика, если не принимать во внимание разрядность шины, архи тектура всех систем — от 16- и до 64-разрядных — в основе своей практически не изменя лась. Более старые 8-разрядные системы существенно отличаются. Можно выделить два ос новных типа систем, или два класса аппаратных средств:
66 Глава 2. Компоненты PC, еaо возможности и проеeтирование систем -- 8-разрядные системы (класс PC/XT);
-- 16/32/64-разрядные системы (класс АТ).
Здесь PC — это аббревиатура, образованная от personal computer (персональный компью тер), XT — eXTended PC (расширенный PC), а AT — advanced technology PC (усовершен ствованная технология PC). Термины PC, XT и AT, используемые в этой книге, взяты из на званий первоначальных систем IBM. Компьютер XT — это практически тот же компьютер PC, но в нем в дополнение к дисководу для гибких дисков, который использовался в базис ном компьютере PC для хранения информации, установлен жесткий диск. В этих компьюте рах использовались 8-разрядные процессоры 8088 и 8-разрядная шина ISA (Industry Standard Architecture — архитектура промышленного стандарта) для расширения системы. Шина — имя, данное разъемам расширения, в которые можно установить дополнительные платы. Шина ISA называется 8-разрядной потому, что в системах класса PC/XT через нее можно от правлять или получать только 8 бит данных за один цикл. Данные в 8-разрядной шине от правляются одновременно по восьми параллельным проводам.
Компьютеры, в которых разрядность шины равна 16 или больше, называются компьюте рами класса АТ, причем слово advanced указывает, что их стандарты усовершенствованы по сравнению с базисным проектом, и эти усовершенствования впервые были осуществлены в компьютере IBM AT. AT — обозначение, применявшееся IBM для компьютеров, в которых использовались усовершенствованные разъемы расширения и процессоры (сначала 16-, а позже 32- и 64-разрядные). В компьютер класса АТ можно установить любой процессор, со вместимый с Intel 286 или более старшей моделью (включая 386, 486, Pentium, Pentium Pro и Pentium II), причем разрядность системной шины должна быть равна 16 или больше. При проектировании систем самым важным фактором является архитектура системной шины на ряду с базисной архитектурой памяти, реализацией запросов прерывания (Interrupt ReQuest — IRQ), прямого доступа к памяти (Direct Memory Access — DMA) и распределением адресов портов ввода-вывода. Способы распределения и функционирования этих ресурсов у всех компьютеров класса АТ похожи.
В первых компьютерах AT использовался 16-разрядный вариант шины ISA, который расширил возможности первоначальной 8-разрядной шины, применявшейся в компьютерах класса PC/XT. Со временем для компьютеров AT было разработано несколько версий сис темной шины и разъемов расширения, например:
?? 16-разрядная шина ISA;
?? 16/32-разрядная шина EISA (Extended ISA);
?? 16/32-разрядная PS/2 шина MCA (Micro Channel Architecture);
?? 16-разрядная шина PCMCIA (Personal Computer Memory Card International Association), она же PC-Card;
?? 32-разрядная шина PCMCIA, она же Cardbus;
?? 32-разрядная шина VL-Bus (VESA Local Bus);
?? 32/64-разрядная шина PCI (Peripheral Component Interconnect);
?? 32-разрядный графический порт AGP (Accelerated Graphics Port).
Компьютер с любой из упомянутых системных шин по определению относится к классу AT, независимо от того, установлен в нем процессор Intel или совместимый с ним процессор. Однако компьютеры AT с процессором 386 и выше обладают возможностями, которых нет в компьютерах AT первого поколения с процессором 286 (имеются в виду возможности адре сации памяти, ее перераспределения и организации 32- и 64-разрядного доступа к данным). Большинство компьютеров с процессором 386DХ и выше имеют 32-разрядную шину и в полной мере используют все ее возможности.
Компоненты системы 67
Обычно компьютерные системы включают в себя 16-разрядные разъемы ISA, которые обеспечивают совместимость с ранними версиями аппаратных компонентов, а также разъемы PCI для современных высокоэффективных адаптеров. Кроме того, большинство портативных систем используют разъемы PC-Card и Cardbus непосредственно в мобильных устройствах и разъемы ISA и PCI в дополнительных базовых станциях.
Эти и другие шины подробно описаны в главе 4, “Системные платы”, там же приведены их технические характеристики: разводки контактов, тактовые частоты, разрядность, прин ципы работы и т.д.
Основные различия между стандартами компьютеров классов PC/XT и AT приведены в табл. 2.2. Эта информация относится ко всем PC-совместимым моделям.
Определить 8-разрядный компьютер PC/XT проще всего по 8-разрядным разъемам ISA. Какой бы процессор и другие компоненты не были установлены в системе, если все разъемы расширения являются 8-разрядными ISA, значит, система относится к классу PC/XT. Компь ютер класса AT можно определить как IBM-совместимый с 16-разрядными или выше (32/64 разрядными) разъемами. Это могут быть разъемы ISA EISA, MCA, PC-Card (называвшиеся раньше PCMCIA), Cardbus, VL-Bus или PCI. Используя эту информацию, вы сможете пра вильно определить класс фактически любой системы, будь то PC/XT или AT. В действитель ности системы класса PC/XT (8-разрядные) уже много лет не выпускаются. Фактически лю бая современная система основывается на проекте класса AT.

Компоненты системы

Современный PC одновременно и прост и сложен. Он стал проще, так как за минувшие годы многие компоненты, используемые для сборки системы, были интегрированы с другими компо нентами и поэтому количество элементов уменьшилось. Он стал сложнее, так как каждая часть современной системы выполняет намного больше функций, чем в более старых системах. Таблица 2.2. Различия между компьютерами классов PC/XT и AT Параметр компьютера Класс PC/XT (8-разрядный) Класс AT (16/32/64-разрядный) Поддерживаемый тип процессора x86 или x88 286 или выше Режим процессора Реальный Реальный или защищенный (виртуальный на процессорах 386 и выше)
Поддерживаемое программное обеспечение Только 16-разрядное 16- или 32-разрядное Разрядность шин (разъемов) расширения 8 16/32/64 Тип шин Только ISA ISA, EISA, MCA, PC-Card, Cardbus, VL-Bus, PCI Аппаратные прерывания 8 (используется 6) 16 (используется 11) Каналы прямого доступа к памяти (DMA) 4 (используется 3) 8 (используется 7) Максимальный объем ОЗУ 1 Мбайт 16 Мбайт или 4 Гбайт и более Скорость передачи данных (быстродействие) контроллера гибкого диска, Кбит/с 250 250/300/500/1 000 Стандартный загрузочный накопитель 360 или 720 Кбайт 1,2/1,44/2,88 Мбайт Интерфейс клавиатуры Однонаправленный Двунаправленный Стандарт на CMOS-память/часы Отсутствует Совместимость с MC146818 Тип последовательных портов UART 8250B 16450/16550A 68 Глава 2. Компоненты PC, еaо возможности и проеeтирование систем Ниже перечислены все компоненты, которые должен содержать современный PC. Каж дый из этих компонентов более подробно описывается в последующих главах.
Компоненты, необходимые для сборки современной системы PC:
-- системная плата;
-- процессор;
-- память (оперативная память);
-- корпус;
-- блок питания;
-- дисковод для гибких дисков;
-- жесткий диск;
-- накопитель CD-ROM, CD-R или DVD-ROM;
-- клавиатура;
-- мышь;
-- видеоадаптер;
-- монитор (дисплей);
-- звуковая плата;
-- акустические системы;
-- модем.
Все компоненты кратко описаны в табл. 2.3, а более подробное описание вы найдете в со ответствующих главах.
Таблица 2.3. Основные компоненты PC
Компонент Описание
Системная плата Является центральной частью системы, к которой подключаются все аппаратные компоненты ПК; подробно рассматривается в главе 4, “Системные платы”
Процессор Это “двигатель” компьютера. Его называют также центральным процессором или CPU (central processing unit). Микропроцессоры рассматриваются в главе 3, “Типы и спецификации микропроцессоров” Оперативная память
Память системы часто называется оперативной или памятью с произвольным доступом (Random Access Memory — RAM). Это основная память, в которую записываются все программы и данные, используемые процессором во время обработки. Более подробная информация приведена в гла 6ве, “Оперативная память”
Корпус Это рама или шасси, внутри которой размещается системная плата, блок питания, дисководы, платы адаптеров и любые другие компоненты системы; подробно рассматривается в глав 2е1, “Блоки питания и корпуса”
Источники питания
От источника питания электрическое напряжение подается к каждому отдельному компоненту PC; подробно рассматриваются в главе 21, “Блоки питания и корпуса”
Дисковод гибких дисков
Прост, недорог и позволяет использовать сменный магнитный носитель; описывается в гла в1е1, “Хранение данных на гибких дисках”
Накопитель на жестких дисках
Жесткий диск — самый главный носитель информации в системе. На нем хранятся все программы и данные, которые в настоящий момент не находятся в оперативной памяти. Дисководы жестких дисков подробно рассматриваются в главе 10, “Накопители на жестких дисках” Накопитель
CD-ROM/ DVD-ROM
Накопители CD-ROM (Compact Disc — компакт-диск) и DVD-ROM (Digital Versatile Disc — цифровой универсальный диск) представляют собой запоминающие устройства относительно большой емкости со сменными носителями с оптической записью информации; подробно рассматриваются в главе 13, “Устройства оптического хранения данных”
Компоненты системы 69
Окончание табл. 2.3
Компонент Описание
Клавиатура Это основное устройство PC, которое с самого начала было создано для того, чтобы пользователь мог управлять системой. О клавиатурах речь идет в главе 18, “Устройства ввода” Мышь С появлением операционных систем, в которых использовался графический интерфейс пользователя (Graphical User Interface — GUI), возникла необходимость в устройстве, которое позволяло бы пользователю указывать или выбирать объекты, отображаемые на экране. Мышь подробно описывается в главе 18, “Устройства ввода”
Видеоадаптер Служит для управления отображением информации, которую вы видите на мониторе; подробно рассматривается в главе 15, “Видеоадаптеры и мониторы”
Монитор (дисплей)
Подробно рассматривается в главе 15, “Видеоадаптеры и мониторы”
Модем Это устройство используется для подключения Internet; более подробно описывается в гла в1е9, “Подключение к Internet”