Базовая аппаратная конфигурация персонального компьютера

десятков  Кбайт. Кэш второго уровня находится  либо  в  кристалле  процессора,

либо в  том же узле,  что  и  процессор,  хотя  и  исполняется  на  отдельном

кристалле.  Кэш-память  первого и второго уровня  работает  на   частоте,

согласованной с частотой ядра процессора.

Кэш-память третьего уровня выполняют на быстродействующих  микросхемах  типа

SRAM и размещают  на материнской плате вблизи  процессора.  Ее  объемы  могут

достигать нескольких Мбайт, но работает она на частоте материнской платы. 

Микросхема  пзу и система bios 

В момент включения компьютера в его  оперативной  памяти  нет  ничего  —  ни

данных, ни программ, поскольку оперативная  память не  может  ничего  хранить

без  подзарядки  ячеек  более  сотых  долей  секунды,  но  процессору  нужны

команды, в том числе и в первый момент после включения.

Поэтому фазу  после  включения  на  адресной  шине  процессора  выставляется

стартовый адрес. Это происходит  аппаратно,  без  участия  программ  (всегда

одинаково). Процессор обращается по выставленному  адресу  за  своей  первой

командой  и далее начинает работать по программам.

Этот исходный адрес не может указывать  на  оперативную  память,  в  которой

пока  ничего  нет.  Он  указывает  на  другой  тип   памяти   —   постоянное

запоминающее  устройство (ПЗУ).  Микросхема  ПЗУ  способна  длительное  время

хранить информацию, даже когда компьютер  выключен. Программы, находящиеся  в

ПЗУ,  называют  «зашитыми»  —  их  записывают  туда  на  этапе  изготовления

микросхемы.

Комплект  программ, находящихся в ПЗУ, образует базовую систему  ввода-вывода

(BIOS —  Basic Input  Output  System).  Основное  назначение  программ  этого

пакета  состоит  в  том,  чтобы   проверить   состав   и   работоспособность

компьютерной  системы и обеспечить взаимодействие с  клавиатурой,  монитором,

жестким диском и дисководом  гибких  дисков.  Программы,  входящие  в  BIOS,

позволяют нам наблюдать на экране диагностические  сообщения,  сопровождающие

запуск  компьютера, а также вмешиваться  в ход запуска с помощью  клавиатуры. 

Энергонезависимая память cmos 

Выше мы отметили, что работа таких стандартных  устройств,  как  клавиатура,

может обслуживаться  программами, входящими  в  BIOS,  но  такими  средствами

нельзя  обеспечить работу со всеми возможными  устройствами.  Так,  например,

изготовители BIOS абсолютно ничего не знают о  параметрах  наших  жестких  и

гибких  дисков,  им  не  известны  ни  состав,  ни   свойства   произвольной

вычислительной  системы.   Для   того   чтобы   начать   работу   с   другим

оборудованием, программы, входящие в состав BIOS, должны  знать,  где  можно

найти нужные параметры.  По  очевидным  причинам  их  нельзя  хранить  ни  в

оперативной памяти, ни в постоянном запоминающем устройстве.

Специально   для   этого    на    материнской    плате    есть    микросхема

«энергонезависимой  памяти», по технологии изготовления называемая  CMOS.  От

оперативной памяти она отличается тем, что ее  содержимое  не  стирается  во

время выключения компьютера, а от ПЗУ она отличается тем, что данные  в  нее

можно заносить и  изменять  самостоятельно,  в  соответствии  с  тем,  какое

оборудование   входит   в   состав   системы.   Эта   микросхема   постоянно

подпитывается от небольшой батарейки, расположенной  на  материнской  плате.

Заряда  этой батарейки хватает на то,  чтобы  микросхема  не  теряла  данные,

даже если компьютер не будут включать несколько  лет.

В микросхеме CMOS хранятся данные о гибких и жестких  дисках,  о  процессоре,

о некоторых  других устройствах материнской  платы. Тот  факт,  что  компьютер

четко отслеживает  время и календарь (даже и в  выключенном  состоянии),  тоже

связан  с  тем,  что  показания  системных  часов  постоянно   хранятся   (и

изменяются) в CMOS.

Таким образом, программы, записанные в  BIOS,  считывают  данные  о  составе

оборудования  компьютера из микросхемы CMOS, после  чего они  могут  выполнить

обращение к жесткому  диску,  а  в  случае  необходимости  и  к  гибкому,  и

передать  управление тем программам, которые  там записаны. 

Шинные  интерфейсы материнской платы 

Связь между  всеми  собственными  и  подключаемыми  устройствами  материнской

платы выполняют  ее шины и логические устройства, размещенные  в  микросхемах

микропроцессорного  комплекта (чипсета). От  архитектуры  этих  элементов  во

многом зависит производительность компьютера. 

ISA 

Историческим  достижением компьютеров платформы IBM PC стало внедрение  почти

двадцать  лет назад архитектуры, получившей  статус  промышленного  стандарта

ISA (Industry Standard Architecture). Она не только  позволила связать все

устройства  системного  блока  между  собой,   но   и   обеспечила   простое

подключение новых устройств через стандартные  разъемы  (слоты).  Пропускная

способность  шины,  выполненной  по   такой   архитектуре,   составляет   до

5,5Мбайт/с,  но,  несмотря  на  низкую  пропускную  способность,  эта   шина

продолжает  использоваться  в  компьютерах  для   подключения   сравнительно

«медленных» внешних устройств, например звуковых карт и модемов. 

EISA 

Расширением стандарта ISA стал стандарт EISA  (Extended  ISA),  отличающийся

увеличенным разъемом и увеличенной производительностью (до  32Мбайт/с).  Как

и ISA, в  настоящее время данный стандарт считается  устаревшим.  После  2000

года выпуск материнских плат с разъемами ISA/EISA и устройств,  подключаемых

к ним, прекращается. 

VLB 

Название  интерфейса переводится как  локальная  шина  стандарта  VESA  (VESA

Local Bus). Понятие «локальной шины» впервые появилось в конце 80-х годов.

Оно связано  тем,  что  при  внедрении  процессоров  третьего  и  четвертого

поколений (Intel 80386 и Intel 80486)  частоты основной  шины  (в качестве

основной использовалась шина ISA/EISA) стало недостаточно для обмена  между

процессором  и  оперативной  памятью.  Локальная  шина,  имеющая  повышенную

частоту, связала между собой процессор  и  память  в  обход  основной  шины.

Впоследствии  в эту шину «врезали» интерфейс  для  подключения  видеоадаптера,

который тоже требует повышенной  пропускной  способности,  — так появился

стандарт VLB, который позволил поднять тактовую частоту  локальной  шины  до

50МГц и  обеспечил пиковую пропускную  способность до 130Мбайт/с.

Основным  недостатком  интерфейса  VLB  стало  то,  что  предельная  частота

локальной шины и,  соответственно,  ее  пропускная  способность  зависят  от

числа устройств, подключенных к шине. Так, например,  при  частоте  50Мгц  к

шине  может  быть  подключено  только  одно  устройство  (видеокарта).   Для

сравнения скажем, что при частоте 40Мгц возможно  подключение  двух,  а  при

частоте 33Мгц — трех устройств. 

PCI 

Интерфейс PCI (Peripheral  Component  Interconnect  — стандарт  подключения

внешних компонентов) был введен в персональных компьютерах,  выполненных  на

базе процессоров  Intel Pentium. По своей сути это тоже  интерфейс локальной

шины,  связывающей  процессор  с  оперативной  памятью,  в  которую  врезаны

разъемы для подключения  внешних  устройств.  Для  связи  с  основной  шиной

компьютера    (ISA/    EISA)    используются    специальные     интерфейсные

преобразователи — мосты PCI (PCI Bridge). В современных компьютерах функции

моста PCI выполняют микросхемы микропроцессорного комплекта (чипсета).

Данный  интерфейс поддерживает частоту  шины 33МГц и  обеспечивает  пропускную

способность 132Мбайт/с. Последние версии интерфейса поддерживают частоту  до

66МГц и  обеспечивают производительность 264Мбайт/с  для  32-разрядных  данных

и 528Мбайт/с  для 64-разрядных данных.

Важным  нововведением, реализованным этим  стандартом,  стала  поддержка  так

называемого режима plug-and-play, впоследствии оформившегося в промышленный

стандарт  на самоустанавливающиеся устройства. Его суть состоит  в  том,  что

после  физического  подключения  внешнего  устройства  к  разъему  шины  PCI

происходит  обмен  данными  между  устройством  и  материнской   платой,   в

результате которого устройство автоматически получает  номер используемого

прерывания, адрес  порта  подключения  и  номер  канала  прямого  доступа  к

памяти.

Конфликты между  устройствами  за  обладание  одними  и  теми  же  ресурсами

(номерами  прерываний, адресами портов и  каналами прямого доступа   к  памяти)

вызывают  массу   проблем   у   пользователей   при   установке   устройств,

подключаемых к шине  ISA.  С появлением  интерфейса  PCI  и с оформлением

стандарта plug-and-play  появилась возможность выполнять установку новых

устройств с помощью автоматических программных  средств  —  эти  функции  во

многом были возложены на операционную систему. 

FSB 

Шина PCI, появившаяся  в компьютерах на базе процессоров  Intel  Pentium  как

локальная шина, предназначенная для связи  процессора с оперативной  памятью,

недолго оставалась в этом качестве.  Сегодня  она  используется  только  как

шина для  подключения внешних устройств, а для  связи  процессора  и  памяти,

начиная с  процессора  Intel  Pentium  Pro  используется  специальная шина,