Обобщенная структурная схема компьютера. Структурная схема классического системного блока ПК типа IBM PC изображена на рисунке 10.1

Структурная схема классического системного блока ПК типа IBM PC изображена на рисунке 10.1. Системный блок состоит из основной панели и расширяемой системной шины. Ядром IBM PC является микропроцессор фирмы Intel 80ххх, 8088 или 8086; затем 80х86, Pentium и т.д. Совместно с каждым процессором может быть включен сопроцессор соответствующего типа 8087, 80287 ... 80487. Наличие его не является обязательным. Для этого на основной (материнской – Mother Board) плате в ПК до 386 модели в непосредственной близости от ЦП, была установлена панелька (сокет), куда мог быть вставлен сопроцессор. В последующих моделях сопроцессор интегрирован в БИС основного процессора. Особенностью такого системного блока явилось то, что практически каждый функциональный узел компьютера выполнялся в виде одной или нескольких больших интегральных схем (БИС). В последующих модификациях системного блока большинство из функциональных модулей были интегрированы в несколько сверхбольших БИС.

Тактовый генератор определяет рабочую частоту ПК. Стандартный компьютер ХТ работал на частоте 4.77 МГц, АТ 486 до 66 МГц, ПК на основе Pentium-процессора работают с частотой свыше 3 ГГц.

BIOS (ПЗУ) – содержит базовую программу ввода/вывода. Она служит для выполнения следующих функций:

1) Автоматическое тестирование аппаратных компонентов при включении; Вызов блока начальной загрузки ДОС, т.е. сначала BIOS загружает с системного диска в память специальный блок начальной загрузки, а затем передает ему управление, а тот в свою очередь осуществляет загрузку других модулей ДОС;

2) Обслуживание системных вызовов или прерываний.

Рисунок 10.1 – Структурная схема персонального компьютера

Контроллер прерываний. В качестве контроллера использовались БИС 8259 (580ВН59). В ХТ – 1 шт, в АТ – 2. В ХТ имелось 8 линий запроса на прерывание IRQ0 – IRQ7 и 8 дополнительных в РС – АТ и последующих моделях IRQ8 – IRQ15.

Таймер 8253(54) (Отечественный аналог 1810ВИ54). Один из каналов таймера зарезервирован для задания импульсной последовательности для контроллера ПДП для регенерации динамической памяти. Второй канал осуществляет прерывание с частотой 18,2 Гц для программно организованных часов. Третий канал генерирует сигнал для управления (динамическим громкоговорителем – спикером).

В первых моделях ПК для задания различных режимов использовались мини – переключатели типа DIP (). В связи с большим многообразием конфигурации в АТ комплексе ручная конфигурация больше не используется. Для задания параметров конфигурации и их хранения применяется CMOS – RAM. Для сохранения информации в ОЗУ используется питание от аккумулятора, питающего также системные часы. Из этой ИС загружается SETUP – информация.

Контроллер ПДП 8237 (1810ВТ37). В модели ХТ – 1 шт, в АТ – 2 шт. Основное задание – регенерация динамической памяти и обмен данными между устройствами ввода/вывода и ОЗУ (НГМД или НЖМД - Винчестер).

ОЗУ. Используется ОЗУ динамического типа, сгруппированные в несколько банков. 8 – разрядная организация + дополнительный контрольный бит.

Контроллер клавиатуры. Для ХТ использовался параллельный порт 8255, а для АТ микроконтроллер 8042. С помощью контроллера 8042 можно не только считывать данные, но и передавать приказы клавиатуре. Клавиатуры ХТ и АТ различаются. Основное различие состоит в форматах передачи данных. Некоторые клавиатуры позволяют с помощью переключателя менять формат с целью использования их в обоих типах ПК.

Источник питания обеспечивает подачу напряжений +3,3; +5; +12; -5 и –12 V на ПК. Напряжение +12 V используется преимущественно приводными двигателями дисководов и вентиляторов, -5 и –12 применяются для дополнительного напряжения специальных микросхем. Стандартный источник питания ХТ выпускался мощностью 150 Вт, блоки питания АТ имеют мощность 200 – 350 Вт, в последующих моделях мощность была увеличена до 500 Вт и выше. Типовые значения допустимых токов следующие: +12V (5,5A; 7,6A; 8,5A), +5V (15A; 20A; 22A), –5V, -12V (по 0,5А).

На системной плате компьютера имеется группа разъемов, позволяющая подключать к системной шине дополнительным сменные блоки, которые необходимы для управления работой различных устройств ЭВМ. Эти блоки носят название контроллер или адаптер. Следует заметить, что во многих современных ПК большинство контроллеров выполнены в виде одной или нескольких БИС, которые расположены на системной плате компьютера.

В состав первых ПК входил контроллер гибких магнитных дисков (ГМД) - контроллер дисководов. Он мог управлять двумя дисководами. Для управления жестким диском (ЖМД) применяется АТ-системный контроллер, состоящий из контроллера системной шины с дополнительной логикой.

Жесткие диски (ЖД) различаются размерами диска и емкостью. Диаметр диска указывается в дюймах (1 дм = 2,54 см). В старых типах ЖД имели диаметр 5.25”, в современных - 3.5”. Конструктивно во многих компьютерах контроллеры магнитных дисков располагались на одной плате расширения. В настоящее время они интегрированы в специальную БИС (Южный мост).

Разъемы (шины) расширения. Стандартный ПК обладал до 8-ми разъемами (слотами) расширения. Сюда могли вставляться различные цифровые и измерительные карты. В персональных компьютерах IBM XT с процессором 8086 или 8088 использовалась 8-битовая шина расширения.

Компьютеры IBM AT имели 16–битовую шину расширения, которая допускает вставлять в слоты 8–битовые платы. Эта шина расширения получила название ISA (Industry Standard Architecture). 16-битовые карты, выполняющие аналогичные функции с 8-битовыми, являются существенно более быстродействующими. Кроме 16 – разрядной ШД в ISA использовалась 24-разрядная ША, что позволяла адресовать 16 Мб памяти. =8 МГц. Шина ISA являлась тормозящим фактором на пути передачи сигналов между ЦП и другими устройствами (видеоадаптером, ввода/вывода).

В качестве альтернативы была разработана шина расширенной промышленной стандартной архитектуры EISA (Extended ISA). Это 32-разрядная шина с нисходящей совместимостью с существующими платами расширения, т.е. с ней можно использовать 8- и 16-битовую плату ISA. Контакты на EISA – разъеме располагались один под другим. Они подключаются к более глубокому соединителю, чем ISA-платы.

Шина MCA (Micro Channel Architecture) – микроканальная архитектура. Была разработана для IBM PS/2. Шина в электротехническом плане отличалась от выше рассмотренных. Одним из существенных различий между ISA и МСА является отличие в требованиях к конфигурации. В шине МСА каждый разъем пронумерован, а каждая плата имела уникальный идентификационный номер. Конфигурация плат расширения осуществлялась с помощью ПО, размещенного на установочной дискете, поставляемой с ПК PS/2. Программа диагносцировала каждый разъем и тип установленной на нем адаптерной платы. При необходимости она конфигурировала адаптер. Информация о том, какой адаптер и в каком разъеме находится, сохранялась в CMOS RAM.

PCI (Peripheral Component Interconnect) – 32-разрядная шина, функционирующая с стандартной частотой 33 МГц и пропускной способностью 132 Мбайт/с. Разработана для компьютеров с процессором Pentium. Шина обычно содержит 2 или 4 слота расширения, соединенных с мостом системных шин. Шина поддерживает ведущие устройства, которые могут генерировать свои собственные циклы работы с шиной (IDE – контроллеры, MPEG – кодеры, сетевые контроллеры). Производительность PCI интерфейса может быть значительно повышена за счет использования пакетных циклов обмена по шине.

Шина PCI Express, или PCIe, использующая программную модель шины PCI и высокопроизводительный физический протокол, основанный на последовательной передаче данных. В отличие от PCI, использующей для передачи данных общую шину, PCI Express является пакетной сетью с топологией типа звезда. Устройства PCI Express взаимодействуют между собой через коммутатор, при этом каждое устройство напрямую связано соединением типа точка-точка с коммутатором.

Кроме того, шиной PCI Express поддерживается горячая замена карт расширения, осуществляется контроль целостности передаваемых данных, управление энергопотреблением, гарантируется полоса пропускания (QoS);

Шина PCI Express предназначена на использование только в качестве локальной шины. Так как программная модель PCI Express во многом унаследована от PCI. Высокая пиковая производительность шины PCI Express позволяет использовать её вместо шин AGP и тем более PCI и PCI-X. Де-факто PCI Express заменила эти шины в персональных компьютерах. Связь между двумя устройствами PCI Express осуществляется по одной (x1) или нескольким (x2, x4, x8, x12, x16 и x32) двунаправленным последовательным линиям. Каждое устройство должно поддерживать соединение по крайней мере по одной линии (x1). Плата PCI Express помещается и корректно работает в любом слоте той же или большей пропускной способности (например, карта x1 будет работать в слотах x4 и x16);

Разработаны более производительные версии этой шины, в частности PCI Express 2.0 и PCI Express 3.0 со скоростью передачи 5 и 10 Мбит/ с соответственно. Кроме повышенной пропускной способности в шине предусмотрено динамическое управление скоростью передачи, оповещение о пропускной способности и ряд других функций.