- •Конспект лекций по дисциплине
- •Часть 1. Устройство и общая архитектура персонального компьютера Лекция 1. Основные понятия и определения дисциплины
- •1.1. Что такое персональный компьютер
- •1.2. Зачем необходим персональный компьютер радиоинженеру?
- •1.3. Персональные компьютеры, совместимые с ibm pc
- •1.4. Конструктивные особенности персональных компьютеров
- •Настольные компьютеры
- •Малогабаритные компьютеры
- •Промышленные и инструментальные компьютеры
- •Лекция 2. Общая структура персонального компьютера
- •2.1. Центральный процессор cpu
- •2.2. Элементы памяти
- •2.3. Периферийные устройства
- •2.4. Устройства ввода-вывода и коммуникаций
- •2.5. Адаптеры, контроллеры и иерархия подключений периферийных устройств
- •Лекция 3. Архитектура пэвм ibm pc и способы подключения внешних устройств
- •3.1. Функциональная схема пэвм ibm pc/xt Шинная организация персональных компьютеров
- •Организация системных шин pc/xt
- •3.2. Способы подключения внешнего устройства к компьютеру
- •Включение через последовательный порт
- •Включение через параллельный порт
- •Включение в системную шину
- •Подключение через современные интерфейсы
- •3.3. Программное обеспечение
- •Лекция 4. Архитектура системной платы современного
- •4.1. Шинно-мостовая архитектура
- •4.2. Хабовая архитектура
- •4.3. Архитектура HyperTransport
- •4.4. Чипсеты и системные платы
- •Лекция 5. Центральный процессор современных pc. Структура и режимы работы
- •5.1. Архитектура и микроархитектура процессоров
- •5.2. Режимы работы процессоров
- •5.3. Программная модель процессоров x86
- •Регистры общего назначения
- •Индексные регистры
- •Сегментные регистры
- •Регистры состояния и управления
- •Лекция 6. Структура программы на языке Ассемблера
- •6.1. Организация сегментов
- •6.2. Директивы управления сегментами и моделями памяти
- •6.3. Структура программ на ассемблере masm
- •Лекция 7. Основы программирования на языке Ассемблера
- •7.1. Структура команды языка Ассемблера
- •7.2. Операнды команд языка Ассемблера
- •7.3. Способы адресации памяти языка Ассемблера
- •7.4. Псевдокоманды языка Ассемблера
- •Псевдокоманды db, dw и dd
- •Псевдокоманда equ
- •Псевдокоманды resb, resw и resd
- •Псевдокоманда times
- •Лекция 8. Команды пересылки данных и логические команды языка Ассемблера
- •8.1. Команды пересылки данных
- •8.2. Логические команды языка Ассемблера
- •8.3. Массивы битов (разрядные матрицы)
- •Лекция 9. Команды целочисленной арифметики в языке Ассемблера
- •9.1. Арифметические команды сложения и вычитания
- •Инструкции сложения add и вычитания sub
- •Команды инкрементирования inc и декрементирования dec
- •9.2. Команды для работы с отрицательными числами
- •9.3. Арифметические команды умножения и деления
- •Команды mul и imul
- •Команды div и idiv
1.4. Конструктивные особенности персональных компьютеров
Персональный компьютер общего назначения имеет как минимум три составные части – системный блок, клавиатуру и дисплей. Клавиатуру с дисплеем можно назвать одним словом – консоль («выступающая» часть компьютера, обращенная к оператору-пользователю). Этот минимум может расширяться дополнительными устройствами: манипуляторами (мышь, трекбол, джойстик), устройствами вывода (принтер, плоттер), устройствами ввода (сканер, считыватели штрих-кодов и магнитных карт), мультимедийными устройствами (аудио и видео), дополнительными устройствами хранения данных (стример, дисковые устройства), коммуникационными устройствами (модем, адаптер локальной сети, телефон) и рядом других. Эти дополнительные устройства либо встраиваются в системный блок, либо являются отдельными «коробками», подключаемыми к системному блоку.
Настольные компьютеры
Конструктивные решения, заложенные в первую модель IBM PC образца 1981 года, без каких-либо революционных изменений дошли до наших дней. В классическом варианте исполнения PC состоит из системного блока, к которому подключаются клавиатура, видеомонитор и все периферийные устройства. В системном блоке расположена системная (system board), или материнская (motherboard), плата с установленными на ней центральными компонентами компьютера – процессором, оперативной памятью, вспомогательными схемами и щелевыми разъемами-слотами, в которые можно устанавливать платы расширения. В корпусе системного блока имеются отсеки (bay) для установки дисковых накопителей и других периферийных устройств трех- и пяти-дюймового формата, а также блок питания. На задней стенке корпуса имеются отверстия для разъемов клавиатуры и некоторых других, а также щелевые прорези, через которые из корпуса выходят внешние разъемы, установленные на платах расширения. Плата (карта) расширения имеет краевой печатный разъем, которым она соединяется со слотом шины ввода-вывода, и металлическую скобу, закрепляющую плату на корпусе. На этой скобе могут быть установлены внешние разъемы.
Габаритные и присоединительные размеры плат, способы их крепления и шины ввода-вывода унифицированы. Это превращает персональный компьютер в увлекательный конструктор, в который «играют» миллионы пользователей.
Малогабаритные компьютеры
Помимо настольных (напольных) стационарных PC выпускаются и их портативные варианты. Первые из них были довольно громоздкими. Переносная машина IBM PC Portable была скомпонована в корпусе обычного настольного размера, но на ее переднюю панель выходил экран небольшой электронно-лучевой трубки монитора. Клавиатура пристегивалась к передней панели и при переноске являлась крышкой. Вес машины был внушительным (из-за прочного стального корпуса), а питание могло подаваться только от сети. Несколько позже появились компьютеры класса Laptop («наколенные»), которые имели вид небольшого портфеля-дипломата. Они уже были оборудованы плоскими жидкокристаллическими мониторами и имели возможность работы от встроенных аккумуляторов. Каждый разработчик делал эти машины по-своему, поэтому об их открытости и модернизируемости говорить не приходится.
Более компактны машины класса Note Book (блокнотные ПК, или ноутбуки), линии которых успешно развиваются в настоящее время. Свое название они получили за форму, напоминающую раскрытый блокнот: нижняя часть – системный блок с клавиатурой, верхняя (откидная) часть – матричный (ЖК) экран с типовым размером 14-15 дюймов. Так что габариты их (примерно 25х30 см в плане) соответствуют довольно большому блокноту.
Есть и субноутбуки – их размеры уменьшены примерно до 18х25 см. В блокнотных ПК уже достигнута унификация модулей их функционального расширения в виде стандарта PC Card, который ранее назывался PCMCIA. Для них существуют специальные малогабаритные винчестеры и приводы CD/DVD, а также малогабаритные модули памяти. Компоненты, используемые в этих ПК, отличаются пониженным энергопотреблением, которое достигается либо ценой снижения производительности, либо за счет более дорогих технологий. Для подключения внутренних периферийных адаптеров используются стандартные конструктивы Mini PCI и Small PCI.
По характеристикам блокнотные компьютеры не слишком отстают от своих настольных собратьев, но они дороже в несколько раз (главным образом, из-за дисплея). Важными параметрами блокнотных ПК являются габариты, масса и длительность автономной работы. Последние два параметра определяются уровнем технологии энергосбережения и применяемого аккумулятора. Для энергосбережения используются технологии динамического управления потреблением и производительностью. За энергосбережение приходится расплачиваться некоторой медлительностью (задержками реакции, но не низкой производительностью) этих компьютеров.
В блокнотных компьютерах системный блок, дисплей, клавиатура и манипулятор совмещены в одном корпусе, дисплеем является откидная крышка. В качестве манипулятора раньше использовали трекбол, в современных моделях применяют малогабаритную сенсорную панель (touch pad), чувствительную к прикосновению. В корпус, как правило, встроен привод CD/DVD и, конечно же, малогабаритный винчестер, причем немалой емкости. Дисковод для гибких дисков (3,5") на современные компьютеры уже не ставят, при необходимости можно воспользоваться внешним устройством, подключаемым к USB (или к разъему LPT-порта).
Для расширения функциональных возможностей имеется одно или несколько гнезд PC Card. В формате PC Card популярны модемы, адаптеры локальных сетей, карты с флэш-памятью (электронные диски объемом в десятки и сотни мегабайт), контроллеры SCSI для подключения внешней периферии и другие устройства. Для PCI Express предусмотрен также формат гнезд Express Card. Современные компьютеры имеют богатый набор внешних интерфейсов: шины USB и Fire Wire, проводные (Ethernet) и беспроводные (Wi-Fi) интерфейсы локальной сети и подключения периферийных устройств (радиоинтерфейс BlueTooth, инфракрасный порт IRDA), разъем подключения телефонной линии (для встроенного модема). Из традиционных интерфейсов присутствует LPT-порт; СОМ-порты и разъемы клавиатуры и мыши PS/2 встречаются уже редко (их заменяет USB). Обычно на компьютере устанавливают разъем (VGA) для подключения внешнего монитора или проектора. Для мультимедийного оборудования компьютеры снабжают соответствующими аудио- и видео-разъемами.
Для длительной работы в стационарных условиях многие пользователи предпочитают стандартные внешние клавиатуры и мыши – эти устройства все-таки удобнее, чем их компактные версии, встроенные в блокнотные ПК. Для упрощения подключения стационарной периферии можно использовать переходник Port Bar – это блок со стандартными периферийными разъемами, подключаемый к блокнотному ПК всего одним (но нестандартным, фирменным) разъемом.
Многие блокнотные ПК можно подключать к специальным док-станциям, которые доводят возможности блокнотных ПК до уровня обычных настольных. Док-станция является блоком расширения – она имеет обычные слоты расширения с шинами ISA и PCI, периферии у которых больше, – и гораздо доступнее по цене. Шины док-станции соединяются с блокнотным ПК через специальные мосты. Док-станция не имеет своего процессора и оперативной памяти – работает «центр» блокнотного ПК. Она может быть оборудована дополнительными устройствами внешней памяти, которые расширяют объем доступной дисковой памяти ПК. Док-станции часто подключают к локальной сети офиса.
Дальнейшая миниатюризация компьютеров привела к появлению их совсем маленьких версий – Palm-Top («наладонные»), которые, как и следует из названия, умещаются на ладони или в кармане – КПК (карманные ПК). Эти компьютеры, конечно, имеют не очень много общего с «классической» архитектурой PC, но вполне способны исполнять специально под них адаптированные офисные приложения. Существует также класс специализированных устройств PDA (Personal Digital Assistant – персональный электронный секретарь) – например, электронные словари, записные книжки и т.п. Очень удобно, когда эти миниатюрные компьютеры можно подключать к настольным или блокнотным для обмена данными.
В карманных компьютерах нет места для клавиатуры, ее заменяет сенсорный экран – комбинация дисплея и сенсорной панели. Эта панель чувствительна к прикосновению специальным пером (stilus). Для ввода текста можно вывести на экран изображение клавиатуры и набирать текст прикосновением к соответствующим нарисованным «клавишам». Возможен и графический ввод текста: пользователь пишет буквы на панели, их образ распознается и преобразуется в текстовые символы.
Планшетные ПК (TabletPC) – нечто среднее (по размеру) между КПК и блокнотными ПК. У них уже довольно большой экран, совмещенный с сенсорной панелью. Такие компьютеры предназначены для чтения электронных книг, для просмотра веб-страниц, для рисования – хорошие сенсорные панели распознают не только факт прикосновения, но и степень нажатия на панель. Как правило, планшет сопровождается специальным электронным пером, которое приходится держать в руках, что не всегда удобно. У чисто планшетных ПК клавиатуры нет (есть всего несколько кнопок управления), как нет винчестера и приводов оптических дисков. Эти внешние устройства становятся доступными при наличии док-станции, к которой подключается планшетный ПК (если предусмотрено конструкцией). Выпускаются и компьютеры-гибриды, а также трансформеры, которые могут рассматриваться как планшеты с клавиатурой или как блокнотный ПК с сенсорным экраном. Расплатой за многофункциональность экрана, сочетающего в себе ЖК-матрицу и сенсорную панель, как правило, является уменьшение угла обзора экрана (и так не очень широкого в ЖК-панелях).