IBM-àðõèòåêòóðà
Ïðîöåññîð
 êà÷åñòâå ïðîöåññîðà èñïîëüçóþòñÿ ìèêðîïðîöåññîðû ôèðìû Intel ñåìåéñòâà x86, à òàêæå èõ àíàëîãè îò äðóãèõ ïðîèçâîäèòåëåé. Ïåðâûå ìîäåëè (PC, PC XT) èñïîëüçîâàëè ïðîöåññîð i8088, áîëåå ñîâåðøåííàÿ AT - i80286. Çàìå÷àòåëüíûì áûë òîò ôàêò, ÷òî âñå ïîñëåäóþùèå (áîëåå ñîâåðøåííûå) ìîäåëè ïðîöåññîðîâ áûëè ïîëíîñòüþ ñîâìåñòèìû ñ ïðåäûäóùèìè, ò.å. ïîääåðæèâàëè âñå ôóíêöèè ñâîèõ ïðåäøåñòâåííèêîâ.
BIOS
Ýòî î÷åíü ýôôåêòèâíàÿ "ïðèäóìêà" îò èíæåíåðîâ IBM, êîòîðàÿ ïîçâîëÿåò îñóùåñòâëÿòü ïîääåðæêó îñíîâíûõ êîìïüþòåðíûõ ñèñòåì è ïåðèôåðèéíûõ óñòðîéñòâ. Áàçîâàÿ ñèñòåìà ââîäà-âûâîäà ñîäåðæèò ïðîãðàììíûå ðåñóðñû, îáåñïå÷èâàþùèå íàäåæíóþ ðàáîòó ñ êîìïîíåíòàìè ñèñòåìû è îðãàíèçóþùèå ñâÿçü ñ ïåðèôåðèéíûìè áëîêàìè. Ïîäðîáíåå ñìîòðè â ñîîòâåòñòâóþùåì ðàçäåëå - BIOS.
Êîíôèãóðèðîâàíèå
Åùå îäíî èííîâàöèîííîå ðåøåíèå îò IBM - êîìïüþòåð âî âðåìÿ âêëþ÷åíèÿ ìîã "ñàìîíàñòðàèâàòüñÿ" íà ñóùåñòâóþùóþ êîíôèãóðàöèþ.  ïåðâûõ ìîäåëÿõ (PC, PC XT) ñâåäåíèÿ î ñîñòàâå îáîðóäîâàíèÿ è ðåæèìàõ åãî ðàáîòû çàäàâàëèñü ïðè ïîìîùè ñïåöèàëüíûõ ïåðåìû÷åê íà ìàòåðèíñêîé ïëàòå. Ïðè ïîìîùè ñïåöèàëüíûõ ïðîãðàìì ñèãíàëû ñ ýòèõ ïåðåìû÷åê ñ÷èòûâàëèñü è âûïîëíÿëàñü íàñòðîéêà ñèñòåìû íà çàäàííóþ êîíôèãóðàöèþ.
Íà÷èíàÿ ñ PC AT êîíôèãóðèðîâàíèå çàäàâàëîñü ïðè ïîìîùè:
- ïðîãðàììû Setup BIOS;
- ýíåðãîíåçàâèñèìîé ÊÌÎÏ-ïàìÿòè.
Ïîäðîáíåå ñìîòðè â ñîîòâåòñòâóþùåì ðàçäåëå - BIOS.
Íà÷àëüíàÿ çàãðóçêà
Ïîñëå ïîäà÷è ïèòàíèÿ âñÿ êîìïüþòåðíàÿ ñèñòåìà ïðèâîäèòñÿ â èñõîäíîå ñîñòîÿíèå ïðè ïîìîùè ñïåöèàëüíîé ïðîãðàììíîé ïðîöåäóðû BIOS. Âûïîëíÿþòñÿ äåéñòâèÿ ïî íàñòðîéêå è ïðîâåðêå ðàáî÷èõ ðåæèìîâ áàçîâûõ êîìïîíåíòîâ ñèñòåìû.
Ïîñëå âûïîëíåíèÿ ýòèõ äåéñòâèé óïðàâëåíèå ïåðåäàåòñÿ îïåðàöèîííîé ñèñòåìå, êîòîðàÿ óïðàâëÿåò äàëüíåéøåé çàãðóçêîé êîìïüþòåðà.
Àäðåñà ïàìÿòè è óñòðîéñòâ ââîäà-âûâîäà
Êîìïüþòåð èìååò äâà àäðåñíûõ ïðîñòðàíñòâà:
- àäðåñà ïàìÿòè;
- àäðåñà óñòðîéñòâ ââîäà-âûâîäà.
Ýòî îáóñëîâëåíî îñîáåííîñòÿìè àðõèòåêòóðû ìèêðîïðîöåññîðîâ ñåìåéñòâà x86. Äëÿ îáðàùåíèÿ ê ýòèì àäðåñàì èñïîëüçóþòñÿ ðàçëè÷íûå êîìàíäû è ðàçëè÷íûå óïðàâëÿþùèå ñèãíàëû.
Ïåðâûå ñèñòåìû PC, PC XT èìåëè 1 Ìá (16 ëèíèé àäðåñà) ïàìÿòè. Ïîçäíåå åãî ðàñøèðèëè äî 16 Ìá (20 ëèíèé àäðåñà), åùå ïîçæå - äî 4 Ãá (32 àäðåñíûõ ëèíèè).
 ïðîñòðàíñòâå ïàìÿòè ðàçìåùåíû ÎÇÓ è ÏÇÓ. Îïåðàòèâíàÿ ïàìÿòü â ñâîþ î÷åðåäü ðàçäåëåíà åùå íà íåñêîëüêî ó÷àñòêîâ, èìåþùèõ ðàçëè÷íûå ñâîéñòâà.
Àäðåñíîå ïðîñòðàíñòâî óñòðîéñòâ ââîäà-âûâîäà ðàâíî 64 Êá (16-ðàçðÿäíàÿ àäðåñàöèÿ). Íî èñïîëüçóþòñÿ òîëüêî 10-ðàçðÿäíûå àäðåñà (1 Êá - 1024 àäðåñà). Ðàñïðåäåëåíèå àäðåñîâ óñòðîéñòâ ââîäà-âûâîäà ïðèâåäåíî â òàáëèöå íèæå.
| Àäðåñíîå ïîëå | Óñòðîéñòâî | Àäðåñíîå ïîëå | Óñòðîéñòâî |
|---|---|---|---|
| 000-00F | Êîíòðîëëåð DMA 1 | 2E0-2E7 | Äîïîëíèòåëüíîå ïîëå àäðåñîâ COM 4 |
| 010-01F | 2E8-2EF | COM 4 | |
| 020-021 | Êîíòðîëëåð ïðåðûâàíèé 1 | 2F8-2FF | COM 2 |
| 040-05F | Òàéìåð | 338-33F | Äîïîëíèòåëüíîå ïîëå àäðåñîâ COM 3 |
| 060 | Ðåãèñòð äàííûõ êëàâèàòóðû (â ÕÒ) | 370-377 | Êîíòðîëëåð FDD 2 |
| 061 | Èñòî÷íèê NMI, óïðàâëåíèå çâóêîì | 376-377 | Óïðàâëåíèå IDE 2 |
| 064 | Êîíòðîëëåð êëàâèàòóðû (â ÀÒ) | 378-37F | LPT 1 |
| 070-07F | CMOS, ìàñêà NMI | 380-38F | Ñèíõðîííûé àäàïòåð SDLC (BSC 2) |
| 080-08F | Ðåãèñòðû ñòðàíèö DMA | 3A0-3AF | Ñèíõðîííûé àäàïòåð BSC 1 |
| 090-097 | PS/2 ìèêðîêàíàë | 3B0-3BB | Àäàïòåð MDA |
| 0A0-0BF | Êîíòðîëëåð ïðåðûâàíèé 2 | 3BC-3BF | LPT íà ïëàòå MDA |
| 0C0-0DF | Êîíòðîëëåð DMA 2 | 3C0-3CF | Àäàïòåð EGA |
| 0F0-0FF | Ñîïðîöåññîð 287 | 3D0-3CF | Àäàïòåð CGA |
| 100-1EF | PS/2 óïðàâëåíèå ìèêðîêàíàëîì | 3C0-3DF | Àäàïòåð VGA (ïåðåêðûâàåò àäðåñà EGA è CGA) |
| 170-177 | IDE 2 | 3E0-3E7 | Äîïîëíèòåëüíîå ïîëå àäðåñîâ COM 3 |
| 1F0-1F7 | IDE 1 | 3E8-3EF | COM 3 |
| 200-207 | Èãðîâîé àäàïòåð | 3F0-3F7 | Êîíòðîëëåð FDD 1 |
| 238-23F | Äîïîëíèòåëüíîå ïîëå àäðåñîâ COM 4 | 3F6-3F7 | Óïðàâëåíèå IDE 1 |
| 278-27F | LPT 2 | 3F8-3FF | COM 1 |
| 2C0-2DF | EGA 2 |
Ñèñòåìíûé ðåãèñòð
Íà âõîäû ñèñòåìíîãî ðåãèñòðà ïîñòóïàþò ñèãíàëû îò ïîäêëþ÷åííûõ óñòðîéñòâ, à íà åãî âûõîäå âûðàáàòûâàþòñÿ ñîîòâåòñòâóþùèå óïðàâëÿþùèå ñèãíàëû.
Ïåðâîíà÷àëüíî íà ñèñòåìíûé ðåãèñòð âîçëàãàëèñü ñëåäóþùèå çàäà÷è:
- ââîä èíôîðìàöèè î êîíôèãóðàöèè ñèñòåìû;
- ââîä äàííûõ ñ êëàâèàòóðû;
- óïðàâëåíèå äèíàìèêîì;
- óïðàâëåíèå ïðîöåññîì ïîäà÷è íåìàñêèðóåìûõ ïðåðûâàíèé (NMI).
Ïîçäíåå ïåðâûå äâå ôóíêöèè áûëè ñíÿòû ñ ñèñòåìíîãî ðåãèñòðà, à ýëåêòðîííûå êîìïîíåíòû ñèñòåìíîãî ðåãèñòðà áûëè èíòåãðèðîâàíû â ÷èïñåò, â ðåçóëüòàòå ïîíÿòèå "ñèñòåìíûé ðåãèñòð" óòðàòèëî ñâîþ àêòóàëüíîñòü.
Àïïàðàòíûå ïðåðûâàíèÿ
Àïïàðàòíûå ïðåðûâàíèÿ ïîçâîëÿþò îïðåäåëåííûì óñòðîéñòâàì ïðåðûâàòü "íîðìàëüíûé õîä" èñïîëíÿåìîé ïðîãðàììû è ïîëó÷àòü âíåî÷åðåäíîå ïðàâî íà ïðîãðàììíîå îáñëóæèâàíèå.
Èçíà÷àëüíî áëîê ïðåðûâàíèé (ìèêðîñõåìà i8259) èìåë 8 âõîäîâ çàïðîñà è ìîã îáñëóæèâàòü äî 8 óñòðîéñòâ.
 ñèñòåìå PC AT áûë âêëþ÷åí âòîðîé áëîê ïðåðûâàíèé, ÷èñëî çàïðîñîâ âîçðîñëî äî 15 + 1 çàïðîñ äëÿ âûáîðà áëîêà. Êîíòðîëëåðû ïðåðûâàíèé íàõîäÿòñÿ â àäðåñíîì ïðîñòðàíñòâå óñòðîéñòâ ââîäà-âûâîäà.
Êàíàë ïðÿìîãî äîñòóïà ê ïàìÿòè
DMA (Direct Memory Access) - ïîçâîëÿåò âåñòè îáìåí äàííûìè ìåæäó ïàìÿòüþ è óñòðîéñòâàìè ââîäà-âûâîäà íàïðÿìóþ, ìèíóÿ öåíòðàëüíûé ïðîöåññîð. Èçíà÷àëüíî áûëî 4 êàíàëà ïåðåäà÷è (ìèêðîñõåìà i8237), îäèí èç êîòîðûõ èñïîëüçîâàëñÿ äëÿ ðåãåíåðàöèè ïàìÿòè.
 ñèñòåìå PC AT áûë äîáàâëåí âòîðîé êîíòðîëëåð ïðÿìîãî äîñòóïà è ñòàë âîçìîæíûì áëî÷íûé ìåõàíèçì îáìåíà äàííûìè. Êîíòðîëëåðû ïðÿìîãî äîñòóïà íàõîäÿòñÿ â àäðåñíîì ïðîñòðàíñòâå óñòðîéñòâ ââîäà-âûâîäà.
Ñèñòåìíûé òàéìåð
Ïðåäíàçíà÷åí äëÿ îòñ÷åòà âðåìåííûõ èíòåðâàëîâ.
Èçíà÷àëüíî ïîñòðîåí íà îñíîâå òðåõêàíàëüíîé ñõåìû ïðîãðàììèðóåìîãî òàéìåðà ñ÷åò÷èêà ñõåìû i8253 (â PC AT - i8254). Íàõîäèòñÿ â àäðåñíîì ïðîñòðàíñòâå óñòðîéñòâ ââîäà-âûâîäà.
Ñèñòåìíàÿ øèíà
Ò.ê. îòêðûòàÿ àðõèòåêòóðà IBM ïðåäïîëàãàåò áëî÷íî-ìîäóëüíóþ êîìïîíîâêó ñèñòåìû, ñîñòîÿùóþ èç ìíîãèõ êîìïîíåíòîâ, òî äëÿ èíôîðìàöèîííîãî îáìåíà ìåæäó êîìïîíåíòàìè ñèñòåìû áûëà âûáðàíà ñèñòåìíàÿ øèíà ISA (Industry Standard Architecture).
Èçíà÷àëüíî èñïîëüçîâàëàñü 8 ðàçðÿäíàÿ øèíà, ïîçæå - 16-ðàçðÿäíàÿ (16 ëèíèé àäðåñîâ, 24 ëèíèè äàííûõ).
Äëÿ ñîåäèíåíèÿ áëîêîâ êîìïüþòåðà èñïîëüçóþòñÿ ñèñòåìíûå ðàçúåìû, ê êîòîðûì ïîäêëþ÷àåòñÿ øèíà. Òåõíè÷åñêèå äåòàëè ñèñòåìíûõ ðàçúåìîâ ñòðîãî ðåãëàìåíòèðîâàíû, ÷òî îáåñïå÷èâàåò ïîëíóþ àïïàðàòíóþ è ïðîãðàììíóþ ñîâìåñòèìîñòü ðàçëè÷íûõ ñèñòåì ÏÊ.
Êàíàë ïàðàëëåëüíîé ïåðåäà÷è äàííûõ - LPT
×åðåç êàíàë LPT ïîäêëþ÷àþòñÿ ðàçíîîáðàçíûå ïåðèôåðèéíûå óñòðîéñòâà - ïðèíòåðû, ñêàíåðû, âíåøíèå íàêîïèòåëè.
Çà ñèñòåìíóþ ïîääåðæêó ïàðàëëåëüíûõ ïîðòîâ îòâå÷àåò BIOS Int 17h. Îí âûïîëíÿåò ïîèñê èìåþùèõñÿ ïîðòîâ, èõ èíèöèàëèçàöèþ, îïðîñ ñîñòîÿíèÿ ïîäêëþ÷åííûõ óñòðîéñòâ, ïðèåì è ïåðåäà÷ó èíôîðìàöèè. Ñåðâèñ ïîääåðæèâàåò äî òðåõ ïîðòîâ - LPT 1, LPT 2, LPT 3.
Îáìåí äàííûìè ñ ïîäêëþ÷åííûìè óñòðîéñòâàìè ìîæåò âåñòèñü â îäíîíàïðàâëåííîì (SPP) èëè äâóíàïðàâëåííîì (EPP, ECP) ðåæèìàõ.
Äëÿ ïàðàëëåëüíûõ ïîðòîâ èñïîëüçóþòñÿ ïðåðûâàíèÿ IRQ 5 è IRQ 7.
Ïàðàëëåëüíûé ïîðò, êàê ïðàâèëî, âñòðàèâàåòñÿ â ìàòåðèíñêóþ ïëàòó.  áîëüøèíñòâå ñëó÷àåâ ñèñòåìà èìååò îäèí ïàðàëëåëüíûé ïîðò.
Êàíàë ïîñëåäîâàòåëüíîé ïåðåäà÷è äàííûõ - COM
Ïðåäíàçíà÷åí äëÿ âåäåíèÿ ïîñëåäîâàòåëüíîãî àñèíõðîííîãî îáìåíà ïî ñòàíäàðòó RS-232C.
Ñèñòåìíàÿ ïîääåðæêà âåäåòñÿ ïðè ïîìîùè BIOS Int 14h. Îí âûïîëíÿåò ïîèñê èìåþùèõñÿ ïîðòîâ, èõ èíèöèàëèçàöèþ, îïðîñ ñîñòîÿíèÿ ïîäêëþ÷åííûõ óñòðîéñòâ, ïðèåì è ïåðåäà÷ó èíôîðìàöèè. Ñåðâèñ ïîääåðæèâàåò äî ÷åòûðåõ ïîðòîâ - COM 1, COM 2, COM 3, COM 4.
Äëÿ ïîñëåäîâàòåëüíûõ ïîðòîâ èñïîëüçóþòñÿ ïðåðûâàíèÿ IRQ 3 è IRQ 4.
Ïîñëåäîâàòåëüíûé ïîðò, êàê ïðàâèëî, âñòðàèâàåòñÿ â ìàòåðèíñêóþ ïëàòó.
Èãðîâîé ïîðò
Íàçâàíèå ãîâîðèò ñàìî çà ñåáÿ. Èãðîâîé ïîðò ñëóæèò äëÿ ïîäêëþ÷åíèÿ èãðîâûõ óñòðîéñòâ - äæîéñòèêà, èãðîâîãî ðóëÿ è ïðî÷. Èíòåðôåéñ ïîðòà ïîääåðæèâàåò 4 ñèãíàëà îò êîîðäèíàòíûõ äàò÷èêîâ è 4 ëèíèè îò êíîïîê.
Âèäåîñèñòåìà
Èçíà÷àëüíî, êîãäà êîëè÷åñòâî âèäåîðåæèìîâ áûëî îãðàíè÷åííûì, êîìïüþòåð èñïîëüçîâàë ïîääåðæêó âèäåîñèñòåì òèïà MDA è CGA. BIOS Int 10h èäåíòèôèöèðîâàë òèï ñèñòåìû, óñòàíàâëèâàë âèäåîðåæèì, îñóùåñòâëÿë âûâîä èíôîðìàöèè íà ýêðàí ìîíèòîðà. Ïîçæå ïîÿâèëèñü âèäåîñèñòåìû òèïà EGA è VGA. Ñïåöèàëüíî ïîä íèõ áûë ðàçðàáîòàí áëîê ÏÇÓ, ñîäåðæàùèé ðàñøèðåíèå BIOS.  Video BIOS âêëþ÷åíû âñå ïðîãðàììíûå ñðåäñòâà, îñóùåñòâëÿþùèå àïïàðàòíûå íàñòðîéêè âèäåîêîíòðîëëåðà.
Êëàâèàòóðà
Èçíà÷àëüíî êëàâèøíàÿ ìàòðèöà âêëþ÷àëà 83/84 êíîïêè. Íàæàòèå êíîïêè âûçûâàëî ôîðìèðîâàíèå ñêàí-êîäà, êîòîðûé ïåðåäàâàëñÿ íà âõîäíîé ïîðò ñèñòåìíîãî ðåãèñòðà, ïîñëå ÷åãî ôîðìèðîâàëñÿ êîä íàæàòîé êëàâèøè è ïåðåäàâàëñÿ äëÿ äàëüíåéøåé îáðàáîòêè êîìïüþòåðíîé ñèñòåìîé.
 áîëåå ïîçäíèõ ñèñòåìàõ îáðàáîòêó äàííûõ êëàâèàòóðû ïðîèçâîäèò ñïåöèàëèçèðîâàííûõ êîíòðîëëåð (ìèêðîñõåìà i8042). Êîëè÷åñòâî êëàâèø óâåëè÷åíî äî 101/102, ïðè ýòîì ïîëíîñòüþ ñîõðàíåíà ñîâìåñòèìîñòü ñ ïðåäûäóùåé âåðñèåé.
Ïðîöåññ ðàçâèòèÿ àðõèòåêòóðû ïåðñîíàëüíûõ êîìïüþòåðîâ ïîêàçàë æèçíåñïîñîáíîñòü îäíèõ ðåøåíèé, êîòîðûå ïîëó÷èëè ñâîå ðàçâèòèå â äàëüíåéøåì ñ îäíîé ñòîðîíû, è ñ äðóãîé, òå ðåøåíèÿ, êîòîðûå óòðàòèëè ñâîþ àêòóàëüíîñòü êàíóëè â íåáûòèå. Íàïðèìåð, óòðàòèëè ñâîþ àêòóàëüíîñòü:
- ñîâðåìåííûå ïðîöåññîðû èñïîëüçóþò ïðèíöèïèàëüíî íîâóþ àðõèòåêòóðó;
- ñèñòåìíàÿ øèíà ISA áîëüøå íå èñïîëüçóåòñÿ;
- óñòàðåëè ïåðâîíà÷àëüíûå âåðñèè BIOS;
- ïðîïóñêíàÿ ñïîñîáíîñòü ïîðòîâ COM, LPT îêàçàëîñü íåäîñòàòî÷íîé.
Íà ñìåíó óñòàðåâøèì àñïåêòàì ïðèøëè íîâûå:
- íîâûå ïðîöåññîðû çíà÷èòåëüíî ïîâûñèëè ñâîþ ïðîèçâîäèòåëüíîñòü, ñîõðàíèâ ïðè ýòîì ïîëíóþ ñîâìåñòèìîñòü ñ ðàííèìè âåðñèÿìè;
- ïîÿâèëèñü áîëåå ïðîèçâîäèòåëüíûå ñèñòåìíûå øèíû - VLB, PCI, PCI-Express;
- ïîÿâèëèñü íîâûå ïîðòû ñ ãîðàçäî áîëüøåé ïðîïóñêíîé ñïîñîáíîñòüþ - USB, Fire-Wire;
- ñîâðåìåííûå ñèñòåìû ðàñøèðåíû ïîääåðæêîé íîâûõ ñåðâèñîâ - àóäèî, 3D, ïîääåðæêà ñåòè è ïðî÷.
Íî, íåñìîòðÿ íà òàêîå ñåðüåçíîå îáíîâëåíèå è ïðîãðåññ, áàçîâûå êîìïîíåíòû ñèñòåìû ñîõðàíèëèñü â ïåðâîçäàííîì âèäå è íå ïðåòåðïåëè ïåðåäåëîê, îáåñïå÷èâ òåì ñàìûì ïîëíóþ ñîâìåñòèìîñòü íîâûõ âåðñèé ñî ñòàðûìè.
