Глава 3. АРХИТЕКТУРА И УСТРОЙСТВО ПЕРСОНАЛЬНЫХ КОМПЬЮТЕРОВ

3.1. Зарождение индустрии персональных компьютеров

3.1.1.Мир накануне появления персональных компьютеров

Кконцу 70-х годов многие известные западные фирмы (Digital Equipment, Hewlett Packard, Texas Instument и др.) стали производить настольные ЭВМ, внешне напоминающие современные персональные компьютеры (ПК). Но они делались для собственных нужд, были безумно дороги и мало известны. Пальма первенства в создании персональных компьютеров (ПК) досталась другим.

Небольшая компания Scelbi Computer сумела первой создать и продать около 200 наборов для любительской сборки компьютера на 8-разрядном микропроцессоре Intel 8008 с ценой около 500 $.

Еще более доступным (цена 360 $) оказался следующий процессор фирмы Intel - 8080. Фирма MITS применила его для выпуска радиолюбительского набора Altair 8800. Хотя в набор входил уже с десяток микросхем, его стоимость не превышала 400 $, поскольку глава фирмы Эдвард Робертс сумел получить приличные скидки на приобретение процессоров для своей новой продукции, неплохо и популярно рекламирующей их возможности.

Пожалуй, в Altair был впервые предусмотрен современный модульный принцип построения ПК. Для этого в набор была включена плата с процессором, имеющая четыре разъема - слота для расширения компьютера. Емкость ОЗУ этого компьютера составляла всего 256 байт с возможностью увеличения до 16 Кбайт с помощью платы памяти. Компьютер имел стандартный последовательный интерфейс RS-232. А для программирования компьютера использовались машинные коды и интерпретатор языка высокого уровня - Бейсика. Его написал глава будущей империи программных средств (фирмы Microsoft) сам Билл Гейтс.

Пользователей Altair в то время не смущал ввод команд прямо в машинных кодах с помощью множества переключателей и загрузка Бейсика с телетайпа в течение целых 40 минут. Еще несколько минут требовалось для безупречно точного ввода кодов Бейсика. В случае малейшей ошибки ввод приходилось повторять с самого начала.

83

3.1.2. Яблоки выросли в гараже Стивена Джобса

Считается, что зарождение индустрии ПК в США связано с именами ныне знаменитых Стивена Джобса и Стива Уозняка - рис. 3.1. В 1976 году они создали свою фирму Apple Computers. Эмблемой фирмы было надкушенное яблоко - явный намек на первородную роль и чуть ли не библейскую роль в деле

зарождения индустрии ПК.

Рис. 3.1. Юные создатели первого массового персонального компьютера Стивен Джобс и Стив Уозняк - основатели фирмы Apple

Первое время в гараже Джобса они собирали «на коленках» и выпускали в продажу комплекты узлов для сбора простейших компью-

теров в домашних условиях. Эти «компьютеры» (рис. 3.2) были выполнены на процессоре 6502 фирмы MOS Technology c рекордно низкой ценой - 20 $.

Рис. 3.2. Первый компьютер Apple был собран в деревянном ящике

Было собрано и продано около 200 таких наборов. 50 заказал и реализовал магазин популярного и поныне журнала «Бит». Эта деятельность дала молодой фирме приличный

доход и позволила разработать и начать производство первого законченного ПК Apple-II. Он имел вид ПК с системным блоком, дисплеем

иклавиатурой. Объем памяти у Apple II достигал 64-128 Кбайт.

К1986 г. было выпущено свыше 2,5 млн. компьютеров Apple II, а оборот фирмы достиг 335 млн. долларов. Увы, попытки создания ряда других компьютеров Apple-III, Next и Lisa были менее удачными. Отчасти из-за дороговизны, а отчасти из-за конкуренции со стороны могучей корпорации IBM. Она в то время по обороту финансовых

84

средств обходила Apple почти в 130 раз! И в 1982 г. началась эра IBMсовместимых персональных компьютеров (ПК).

Apple тем не менее удалось утвердиться на частично потерянном рынке с помощью своих знаменитых «Маков» (Macintosh) – необычных ПК в прозрачных корпусах, которые по сей день славятся своей дружественностью по отношению к пользователям, неприхотливостью и обширными возможностями. Особенно широко они используются в образовании (рис. 3.3) и в издательском деле. Macintosh был удешевленным и тщательно оптимизированным вариантом дорогого ПК Lisa.

Рис. 3.3. Класс с компьютерами Macintosh корпорации Apple в Иллинойском университете (США)

В США «Маки» по сей день пользуются популярностью и большим спросом. У нас в России их продает компания «МакЦентр».

3.1.3. Клайв Синклер получает почетный титул сэра

Разработкой и производством домашних вычислительных машин во всем мире занимались многие люди и фирмы. Некоторые добились выдающихся успехов. Например, англичанин Клайв Синклер получил от своей королевы почетное дворянское звание сэра за организацию производства дешевых и массовых домашних ПК класса ZXSpectum на процессорах Z80. В итоге на какое-то время Великобритания обогнала США по числу домашних ПК на душу населения.

Схлынув на Западе, волна дешевых ZX-Spectrum в начале 90-х годов буквально захлестнула восточную Европу и СССР. Во многом она способствовала приобщению наших народных масс к компьютерным достижениям Запада и зарождению ностальгии по ZX-Spectrum.

3.1.4. Домашние компьютеры – «доски»

Тем временем множество фирм (Atari, Commodore и др.) буквально забросали прилавки магазинов своими бытовыми ПК, в народе

85

образно названных «досками». Эти ПК имели вид клавиатуры, с которой был объединен системный блок. В качестве дисплея применялся обычный телевизор, а в качестве накопителя информации - кассетный магнитофон. Все это упрощало и удешевляло компьютер.

Тем не менее дешевые домашние компьютеры 80-х годов были серьезными вычислительными машинами. Многие из них программировались на десятках языков программирования, могли использоваться для подготовки текстов и рисунков, обладали незаурядными звуковыми средствами и, разумеется, позволяли играть с десятками тысяч созданных для них игр.

3.1.5. В СССР кибернетика объявлена лженаукой

Между тем в период самого бурного расцвета вычислительной техники кибернетика в СССР была объявлена лженаукой и даже гнусным порождением мирового империализма. Научные коллективы кибернетиков разгонялись и шельмовались. Забвению надолго были преданы их немалые достижения.

Впрочем, почуяв ядерную угрозу, наши правители быстро опомнились, и разработке больших компьютеров был дан «зеленый свет». Но время ушло, и инициатива была утеряна! Особенно в области создания малых массовых компьютеров, отнесенных у нас к пресловутому ширпотребу.

Первые типы отечественных настольных компьютеров были ненадежны, а по цене доступны лишь крупным предприятиям. Наши в то время именуемые «профессиональными ПК» ДВК-2, ДВК-3М, EC1840/1841/1842, Искра-1030 и Электроника-60 заметно уступали по всем характеристикам западным моделям ПК того времени.

Начавшаяся перестройка привела к массовому завозу в СССР

зарубежных домашних и персональных компьютеров. Выдержать с ними конкуренцию наша продукция такого профиля не могла. Постепенно выпуск практически всех персональных компьютеров нашего производства (за исключением простейших ПК класса ZX-Spectrum) прекратился. Зато возник ряд фирм, производящих на базе западных комплектующих (нередко просто готовых узлов) IBM-совместимые ПК так называемой «красной» сборки.

3.1.6.Программирование на калькуляторах и на Бейсике

Вотсутствие доступа к персональным компьютерам миллионы будущих российских программистов в начале 80-годов ухватились,

86

как тонущие за соломинку, за появившиеся в это время программируемые микрокалькуляторы Б3-21, Б3-34, МК-52, МК-56 и др. Калькуляторы позволяли освоить символьно-кодовое программирование, которое широко использовалось и в куда более дорогих настольных ЭВМ, например, «Электроника C-35».

Калькуляторы были подлинно индивидуальными и достаточно мощными вычислительными устройствами. Кое-кто ухитрялся даже программировать на них игры. Но в основном калькуляторы были в почете у научных работников, преподавателей вузов и студентов. Трудно переоценить те возможности, которые они дали в изучении численных методов и математических моделей.

В те годы литература по программируемым калькуляторам пользовалась огромным спросом. Так, справочник [21], изданный в крупнейшем научном издательстве СССР «Наука. Физматлит», разошелся тремя изданиями с тиражом более 1 миллиона экз.

Затем пошла мода на программирование на языках высокого уровня. Особую популярность получил Бейсик – книга [22] вышла тиражом в 300 000 экз. Оценили наши работы по Бейсику и за рубежом

– книга [23] признана на западе одной из лучших и продается по сей день. Свой вклад внесли языки программирования Алгол, Паскаль, Фортран, Лого, Форт и многие другие.

3.2.Как появились персональные компьютеры

3.2.1.Рождение IBM PC

Внаше время только в США установлены десятки тысяч больших ЭВМ, вроде IBM 360/370, называемых сейчас мэйнфреймами (mainframe –компьютер в стойке). Но в конце 70-х годов IBM столкнулась с новым и крайне неприятным для нее фактором - серьезной конкуренцией со стороны мини-ЭВМ, а затем и микро-ЭВМ. Их куда охотнее покупали многие малые компании, чем знаменитые большие IBM 360, популярные в те годы.

Специалисты свободного творчества (писатели, художники, научные работники) тоже были не прочь иметь компьютер у себя дома. Разумеется, занимающие целые залы дорогие ЭВМ 360 и 370 для этой цели были абсолютно непригодны. Не годились для них и радиолюбительские наборы для сборки компьютеров: известно, что многие представители этой творческой братии не знают, как держать в руках даже отвертку. А дать им в руки паяльник просто опасно!

Стал расти спрос на малые компьютеры фирмы Apple II. Огромное количество их явно перерастало в новое качество - все боль-

87

шая часть экономических и научно-технических приложений ЭВМ стала отходить от больших ЭВМ к микро-ЭВМ. Большим потребителем таких машин стала сфера образования – мудрая Apple направила бесплатно в школы США 100 000 своих компьютеров и навсегда сделала их желанными в школах и университетах.

Ответом IBM на это стал проект разработки массового персонального компьютера - IBM PC. Группа, которой была поручена разработка ПК, пользовалась неслыханными льготами. Ей было разрешено даже использовать любые разработки других фирм. В итоге был создан вполне полноценный офисный и домашний компьютер, оснащенный качественным устройством отображения информации (дисплеем) и современным дисковым накопителем.

Для выброса IBM PC на рынок фирма IBM выбрала очень подходящий момент. После первого успеха с Apple-II фирма Apple сорвала разработку вначале Apple-III, а затем и мощной, но дорогой ЭВМ «Lisa» (прообраза куда более удачного ПК Macintosh). Ее цена достигла 10000 $, что исключало применение такого компьютера в качестве персонального.

В этом момент (август 1981 года) IBM и осуществила массированное выдвижение на рынок США своих ПК -IBM PC. Компьютеры были названы «PC», откуда и появился термин «персональные компьютеры», или «писишки». По зарождающемуся рынку простых и дешевых малых компьютеров был нанесен сокрушительный удар!

Первые ПК IBM PC имели один накопитель на гибком диске и использовали кассетный магнитофон в качестве другого накопителя. В ПЗУ ПК был встроен язык программирования Бейсик. Емкость ОЗУ ПК составляла всего 64 Кбайта. Дисплей ПК был алфавитноцифровой, но давал прекрасное качество отображения букв и цифр.

3.2.2. От IBM PC к IBM PC XT

Вскоре IBM PC был модернизирован. Вместо кассетного магни-

тофона в новую модель IBM PC XT (Personal Computer eXTended version) был добавлен второй накопитель на гибком диске. IBM оснастила ПК неслыханным по тем временам для владельцев домашних компьютеров и удобным средством из арсенала больших ЭВМ - накопителем на жестком диске с емкостью от 10 до 30 Мбайт. ПК приобрел вполне современный вид (рис. 3.4).

88

Рис. 3.4. Один из первых персональных компьютеров

IBM PC XT

В сущности, в составе ПК XT не было ничего нового. Использовалась фон Неймановская архитектура. Применялся массовый микропроцессор фирмы Intel 8088 (1979 год разработки), накопители на гибких дисках фирмы

Tandon, готовые мониторы и стандартные микросхемы.

Полностью открытая архитектура ПК IBM PC XT позволяла пользователю не только узнать о нем буквально все, но и наращивать компьютер добавлением в него все новых и новых блоков и узлов. Впервые пользователь получил полный доступ к своему ПК, стал его творцом, мог модернизировать и улучшать ПК в соответствии с быстрым развитием техники и своими запросами.

К разработке узлов для IBM PC XT тут же приступили десятки, сотни, а затем и многие тысячи фирм. В результате прогресс в техническом усовершенствовании ПК класса IBM PC приобрел взрывной характер и на многие годы вперед сделал компьютеры этого клона самыми массовыми и популярными.

Для создания минимально необходимого программного обеспечения, оживляющего ПК (его именуют операционной системой), фирма IBM заключила союз с фирмой Microsoft. Та на базе одной из операционных систем для мини-ЭВМ создала в короткий срок операционную систему MS-DOS 1.0 (первая версия), которой и оснащались ПК фирмы IBM.

Вслед за IBM PC XT появилась новая модель - IBM PC AT (Advanced Technology - с усовершенствованной технологией). Объем оперативной памяти вырос до 640 Кбайт - 1 Мбайта, емкость жесткого диска увеличилась до 40 Мбайт. Благодаря применению более нового микропроцессора 286 (разработка фирмы Intel 1982 года) в несколько раз возросла скорость выполнения операций.

ПК IBM PC AT быстро стал промышленным стандартом. Его технические решения оказались настолько удачными, что и сейчас многие фирмы выпускают машины, подчеркивая их принадлежность к клону «АйТишек». Добавлений к базовой конфигурации (кэш-память

89

и локальная шина) оказалось на удивление мало. В мире зародилась крупномасштабная индустрия ПК.

Впрочем, не все у IBM было гладко. Неудачей оказалась разработка ПК PS/2 с закрытой архитектурой первых портативных компьютеров. Дал трещину альянс с Microsoft по созданию операционной системы OS2 – Microsoft предпочла развивать свою Windows. Не удался один из первых портативных мобильных компьютеров.

Тем не менее корпорация IBM продолжила разработку и выпуск ПК. В более новых ПК появился графический манипулятор «мышь», и к ПК стали подключать микрофон и стереофоническую акустическую систему. Компьютеры стал мультимедийными (рис. 3.5). Было также освоено производство мобильных ПК – ноутбуков. Но о них речь

пойдет дальше.

Рис. 3.5. Мультимедийный компьютер корпорации IBM

В наши дни компьютеры IBM, как и других ведущих фирм, относятся к классу ПК «белой» сборки и именуются как brandname – продукция фирм с известным именем. Это красивые, на-

дежные и высокопроизводительные ПК. И уже не очень дорогие.

3.3. Архитектура персональных компьютеров

3.3.1. Что такое архитектура компьютера

ПК можно уподобить целому городу, живущему своей жизнью. О любом городе очень многое говорит его архитектура. Знакомясь с ней, можно понять историческую судьбу города и узнать о новых достижениях в его строительстве. Так обстоит дело и с ПК. У современных ПК используется шинная архитектура (рис. 3.6).

90

Рис. 3.6. Упрощенная функциональная схема ПК

Рассмотрим ее узлы более детально.

3.3.2. Корпус и системная (материнская) плата ПК

Современный ПК выполнен в корпусе из металла или пластмассы. Металлический корпус служит экраном, уменьшающим излучение узлов ПК, поэтому он более предпочтителен. Различают корпуса настольных ПК с горизонтальным расположением (desktop – рис. 3.4)

и с вертикальным типа башенки (tower - рис. 3.7).

Рис. 3.7. Расположение основных узлов системного блока

Основные узлы ПК сосредоточены на его системной (материнской) плате (рис. 3.8). Это многослойная печатная плата из диэлектрика (чаще всего стеклотекстолита) с несколькими слоями соединительных проводников.

Рис. 3.8. Материнская плата ПК формата ATX для ПК с процессорами Pentium III или Celeron

91

В настоящее время корпуса и системные платы выпускаются в основном формата ATX. Вентилятор источника электропитания такого корпуса загоняет воздух внутрь корпуса. Модуль микропроцессора с радиатором располагается прямо у выходного отверстия вентилятора источника питания, что усиливает охлаждение микропроцессора. У плат формата ATX удобно расположены многочисленные разъемы, что уменьшает длину плоских кабелей.

Разумеется, помимо стандартных корпусов есть масса и нестандартных. Некоторые разработчики вернулись к идее «досок», объединив клавиатуру с системным блоком. Другие объединяют системный блок с дисплеем. В архитектуре ПК от этого ничего не меняется - она остается шинной архитектурой.

3.3.3. Шины ПК и разъемы расширения

На материнской плате ПК шина - это внешне незаметная группа печатных проводов. Применяются следующие типы шин:

ISA (Industry Standard Architecture) – устаревшая шина ПК IBM PC XT, имеющая разрядность данных 8 бит и адресов 20 бит (у ПК AT она была увеличена до 16 и 24 бит соответственно). Разъемы расширения шины имели 62 контакта (плюс 36 для AT). Вариант EISA (Extended ISA) имел уже 32-разрядную шину данных (рис. 3.7);

MCA (MicroChanel Architecture) – шина компьютеров IBM PS/2

с закрытой архитектурой. Эта шина также уже не применяется;

PCI (Peripheral Computer Interconnect) – основная в наши дни шина для подключения периферийных устройств к ПК (рис. 3.7). Это надежная синхронная 32/64-разрядная шина. Частота ее работы была увеличена с 33 до 150 МГц и выше. Поддерживает подключение до четырех устройств, но с помощью мостов (PCI Bridges) их число можно увеличить. Слоты шины уменьшенного (по сравнению с ISA) размера имеют 94 контакта.

Со временем для ускорения работы видеоадаптера и жесткого диска были введены так называемые локальные шины (local bus):

VLB (VESA Local Bus) – локальная ускоренная 32-разрядная шина, введенная после создания процессоров Intel 486. В настоящее время устарела и в новых ПК не применяется;

AGP (Accelerated Graphic Port) – новая ускоренная шина (графиче-

ский порт) для подключения видеоадаптера, имеющая 66 контактов. Тактовая частота порта 66,66 МГц. Появились порты с ускорением в два раза AGP×2 и даже в четыре раза – AGP×4.

92

Соседние файлы в папке Новые информационные технологии. Часть 1. Основы и аппаратное обеспечение