1.2 Організація обчислень та узагальнена архітектура комп’ютера ibm pc

Загальна структура комп’ютера

Як вам відомо, головні компоненти апаратних засобів комп’ютера – це системний блок, клавіатура, пристрій відображення інформації (електронно-променевий або рідинно-кришталевий монітор), дисководи, друкуючий пристрій (принтер), а також різномінітні засоби для асинхронного зв’язку з зовнішніми пристроями та керування програмами для іграшок. Сучасні комп’ютерні системи можуть містити також інші різноманітні периферійні пристрої.

В свою чергу, системний блок складається з системної плати, блока живлення комп’ютера та комірок (слотів) для розміщення додаткових інтерфейс них плат. На системній платі розташовані:

• мікропроцесор;

• мікросхеми постійної пам’ять (ПЗП), яка містить ядро для початкового завантаження операційної системи та інтерпретатор мови програмування BASIC;

• мікросхеми оперативної пам’ять (ОЗП).

Комірки для розміщення додаткових інтерфейс них плат забезпечують підключення пристроїв відображення інформації (моніторів), дисководів всіх типів, каналов телекомунікацій (мережних плат або модемів), додаткової пам’яті та інших різноманітних пристроїв. Така конструкція комп’ютера була запропонована фірмою IBM та отримала назву “принципу відкритої архітектури”. Головною перевагою цього принципу є простота модернізації комп’ютера через підключення до нього нових пристроїв або через заміну застарілих пристроїв на сучасні.

Головною частиною комп’ютера є мікропроцесор, який безпосередньо виконує обробку команд та даних. Як видно з рис. 1, процесор типу Intel 8086 розділений на дві головні частини: операційний пристрій (ОП) та шинний інтерфейс (ШІ). Операційний пристрій безпосередньо виконує команди програми, у той час як шинний інтерфейс підготовлює дані та команди для виконання. Операційний пристрій складається з арифметико-логічного пристрою (АЛП), системи керування (СК) та десяти розглянутих вище регістрів (чотири регістра загального призначення, п’ять регістрів-вказівників та регістр стану). АЛП разом із СК називають виконуючим блоком (ВБ) процесора. Схеми АЛП безпосередньо забезпечують виконання арифметичних та логічних команд на апаратному рівні, в той час як СК, яка зв’язана з регістром стану та з лічильником команд, забезпечує слідкування за логікою виконання

програми при наявності у ній підпрограм або команд вітвлення та циклу. Більш досконало логіка та організація програми будуть розглянуті у лабораторній роботі №3.

Блок керування шиною (БКШ), черга команд та розглянуті нами раніше сегментні регістри складають шинний інтерфейс процесора та виконують три головних функції. По-перше, це передавання даних до ОП процесора, до зовнішніх пристроїв, або до комірок пам’яті ЕОМ. По-друге, як вже відмічалось раніше, через сегментні

регістри здійснюється керування адресацією оперативної пам’яті комп’ютера.

Завдання для перевірки №2: Назвіть всі сегментні регістри процесора Intel 8086. За адресацію яких сегментів вони відповідають?

Третя функція ШІ – це вибирання команд з оперативної пам’яті комп’ютера. Як відомо, всі команди, які повинні бути виконані програмою, розташовані в оперативній пам’яті комп’ютера. Тому для прискорення роботи процесора вона організована таким чином: ОП та ШІ працюють одночасно, але ШІ попереджує роботу ОП на один крок. ОП “дає знати” ШІ, яка команда буде наступною та з якої комірки оперативної пам’яті треба її вибирати. Таким чином, доки ОП виконує арифметичні та логічні дії над числами, ШІ вибирає з оперативної пам’яті наступну команду або блок команд та завантажує його до верхньої частини черги команд, що значно прискорює роботу комп’ютера. Тому збільшення розміру черги команд – дуже ефективний шлях для підвищення швидкодії процесорної системи. Якщо процесор Intel 8086 мав чергу команд лише на чотири байти, то сучасні процесори мають окремі внутрішні області пам’яті як для збереження кодів команд, так і для збереження даних користувача. Такі осередки пам’яті називаються “кешами” і розмір їх може складати від 64 кБ до 512 кБ. Важливу роль також відіграє швидкість обміну даними між ОП та чергою команд або кешом процесора.

Організація пам’яті комп’ютера

Загалом пам’ять персонального комп’ютера складається з двох частин: постійної пам’яті (ROM – Read Only Memory) та оперативної пам’яті (RAM – Random Accesses Memory). Пам’ять ROM – це спеціальна мікросхема, до якої занесена програма початкового завантаження операційної системи. Але на теперішній час для цього використовуються не мікросхеми постійних запам’ятовуючих пристроїв (ПЗП), а мікросхеми з електричним записуванням та зтиранням інформації (запам’ятовуючи пристрої, що перепрограмуються). Найбільш цікавою частиною постійної пам’яті з точки зору програмування є базова система введення та виведення даних, або BIOS (Base Input Output System). Ця система налагоджується при збиранні комп’ютера та при підключенні до нього зовнішніх пристроїв, але при необхідності користувач може переналагодити її.

Загалом оперативну пам’ять персонально комп’ютера можна умовно поділити на верхні адреси пам’яті, які використовуються системою BIOS та операційною системою MS-DOS, адреси відеопам’яті та нижні адреси пам’яті, де розташовуються драйвера зовнішніх пристроїв та програми користувача. На рис. 2 наведений розподіл адрес пам’яті для мегабайтного адресного простору комп’ютера IBM PC XT [3,4]. Всі адреси на рисунку вказані у десятковій та у шістнадцятирічній формі (шістнадцятирічні числа помічені літерою Н). Для комп’ютера типа IBM PC AT на базі процесора Intel 80286 з 32-разрядною шиною є можливою адресація 16 Мб оперативної пам’яті, а у комп’ютерах на базі процесора Intel 80386 для режиму реальних адрес пам’яті можлива адресація простору до 4 Гб, а при використанні захищеного режиму роботи процесора - до 64 Гб [2,6]. Якщо розмір оперативної пам’яті комп’ютера є меншим, то процесор може використовувати для тимчасового збереження даних простір вінчестера як віртуальну пам’ять [2].