Прежде всего, в качестве основного микропроцессора компьютера был выбран новейший тогда 16-разрядный микропроцессор Intе1-8088. Его использование позволило значительно увеличить потенциальные возможности компьютера, так как новый микропроцессор позволял работать с 1 Мбайтом памяти, а все имевшиеся тогда компьютеры были ограничены 64 Кбайтами. В компьютере были использованы и другие комплектующие различных фирм, а его программное обеспечение было поручено разработать небольшой фирме Microsoft
В августе 1981 г. новый компьютер под названием IВМ РС (читается — Ай-Би-Эм Пи-Си) был официально представлен публике и вскоре после этого он приобрел большую популярность у пользователей. Через один-два года компьютер IВМ РС занял ведущее место на рынке, вытеснив модели 8-битовых компьютеров. Фактически 1ВМ РС стал стандартом персонального компьютера. Сейчас такие компьютеры («совместимые с IВМ РС») составляют более 90% всех производимых в мире персональных компьютеров.
Если бы IВМ РС был сделан так же, как другие существовавшие во время его появления компьютеры, он бы устарел через два-три года, и мы давно бы уже о нем забыли. Действительно, кто сейчас помнит о самых замечательных моделях телевизоров, телефонов или даже автомобилей пятнадцатилетней давности!
К счастью (для нас), в iВМ РС была заложена возможность усовершенствования его отдельных частей и использования новых устройств. Фирма 1ВМ сделала компьютер не единым неразъемным устройством, а обеспечила возможность его сборки из независимо изготовленных частей аналогично детскому конструктору. При этом методы сопряжения устройств с компьютером IВМ РС не только не держались в секрете, но и были доступны всем желающим. Этот принцип, называемый принципом открытой архитектуры, наряду с другими достоинствами обеспечил потрясающий успех компьютеров
PC — аббревиатура от Personal Computer (персональный компьютер), и это на самом деле так. Многие определяют персональный компьютер как любую небольшую компьютерную систему, приобретаемую и используемую одним человеком. К сожалению, это определение недостаточно точное. Я согласен, что PC —это персональный компьютер, однако далеко не все персональные компьютеры относятся к типу PC. Например, система Macintosh Apple, несомненно, является персональным компьютером, но я не знаю никого, кто назвал бы ее PC (в особенности это относится к пользователям Mac!). Чтобы отыскать правильное определение PC, необходимо смотреть гораздо шире.
Называя что-либо PC, вы при этом подразумеваете нечто гораздо более специфическое,
нежели просто персональный компьютер. Естественно, это ―нечто‖ как-то связано с первым IBM PC, появившимся в 1981 году. На самом деле именно IBM изобрела PC, т.е. в этой фирме был разработан и создан первый PC. Однако совершенно очевидно и то, что IBM не изобретала персональный компьютер. (История персональных компьютеров начинается в1975 году, когда фирма
MITS представила Altair.) Кое-кто определил бы PC как любой ―IBM-совместимый‖ персональный компьютер. Фактически уже много лет термин PC используется для обозначения или IBMсовместимых компьютеров, или их аналогов (таким образом воздается должное тому, что IBM стояла у колыбели PC).
Однако в действительности, несмотря на то что сотрудниками IBM в 1981 году был разработан и создан первый PC и именно эта фирма руководила разработкой и совершенствованием стандарта PC в течение нескольких лет, в настоящее время она не контролирует этот стандарт. IBM потеряла контроль над стандартом PC в 1987 году, когда представила свою модель компьютеров PS/2. С этого времени другие компании, производящие PC, начали буквально копировать систему IBM вплоть до чипов, соединителей и формфакторов плат, а IBM отказалась от многих стандартов, которые первоначально создала.
Классифицировать PC можно по нескольким (вообще говоря, большому числу)
различным категориям. Предпочтительно классифицировать PC двумя способами— по типу программного обеспечения, которое они могут выполнять, и по типу главной шины системной платы компьютера, т.е. по типу шины процессора и ее разрядности. Поскольку в этой книге внимание концентрируется главным образом на аппаратных средствах, рассмотрим сначала именно такую классификацию. Процессор считывает данные, поступающие через внешнюю соединительную шину данных процессора, которая непосредственно соединена с главной шиной на системной плате. Шина данных процессора (или главная шина) также иногда называется локальной шиной, поскольку она локальна для процессора, который соединен непосредственно с ней. Любые другие устройства, соединенные с главной шиной, по существу, могут использоваться так, как при непосредственном соединении с процессором. Если процессор имеет 32-разрядную шину данных, то главная шина процессора на системной плате также должна быть 32разрядной.Это означает, что система может пересылать в процессор или из процессора за один цикл 32 разряда (бита) данных. У процессоров разных типов разрядность шины данных различна, причем разрядность главной шины процессора на системной плате должна совпадать с разрядностью устанавливаемых процессоров. процессоры Pentium имеют 64-разрядную шину данных, разрядность их внутренних регистров составляет только 32 бит и они выполняют 32-разрядные команды. Таким образом, с точки зрения программного обеспечения все чипы от 386 до Pentium III имеют 32разрядные регистры и выполняют 32-разрядные инструкции. Однако, с точки зрения инженера электронщика или физика, разрядность шины данных этих процессоров, работающих с 32разрядным программным обеспечением, равна 16 (386SX), 32 (386DX, 486) и 64 разрядам
(Pentium). Разрядность шины данных— главный фактор при проектировании системных плат и систем памяти, так как она определяет, сколько битов передается в чип и из чипа за один цикл. Процессор будущего P7, называемый Itanium (ранее Merced), предусматривает новую 64-разрядную систему команд (IA-64), но по-прежнему будет выполнять все 32-разрядные команды, присущие обычным процессорам — от 386 до Pentium. Еще не известно, будет ли Itanium иметь 64-разрядную шину данных подобно Pentium или же у него будет 128-разрядная шина.
Все системы на основе 486-го процессора имеют 32-разрядную шину процессора, поэтому разрядность главной шины у всех системных плат для 486-х процессоров равна 32. Разрядность шины данных у всех процессоров Pentium— и у оригиналь- ного Pentium, и у Pentium MMX, и у Pentium Pro, и даже у Pentium II и Pentium III— равна 64, поэтому разрядность главной шины процессора у системных плат для Pentium также равна 64. Нельзя установить 64-разрядный процессор на 32-разрядную системную плату, поэтому на системные платы для 486-го процессора нельзя установить настоящий процессор Pentium.
На основе аппаратных средств можно выделить следующие категории систем: ! 8-разрядные;
! 16-разрядные;
! 32-разрядные; ! 64-разрядные.
С точки зрения разработчика, если не принимать во внимание разрядность шины, архитектура всех систем — от 16- и до 64-разрядных— в основе своей практически не изменялась. Более старые 8-разрядные системы существенно отличаются. Можно выделить два основных типа систем, или два класса аппаратных средств: ! 8-разрядные системы (класс PC/XT); ! 16/32/64-разрядные системы (класс АТ).
Здесь PC — это аббревиатура, образованная от personal computer (персональный компьютер), XT — eXTended PC (расширенный PC), а AT — advanced technology PC (усовершенствованная технология PC). Термины PC, XT и AT, используемые в этой книге, взяты из названий первоначальных систем IBM. Компьютер XT— это практически тот же компьютерPC, но в нем в дополнение к дисководу для гибких дисков, который использовался в базисном компьютере PC для хранения информации, был установлен жесткий диск. В этих компьютерах использовались 8-разрядные процессоры 8088 и 8-разрядная шина ISA (Industry StandardArchitecture — архитектура промышленного стандарта) для расширения системы. Шина — имя, данное разъемам расширения, в которые можно установить дополнительные
платы. Шина ISA называется 8-разрядной потому, что в системах класса PC/XT через нее можно отправлять или получать только 8 бит данных за один цикл. Данные в 8-разрядной шине отправляются одновременно по восьми параллельным проводам.
Компьютеры, в которых разрядность шины равна 16 или больше, называются компьютерами класса АТ, причем слово advanced указывает, что их стандарты усовершенствованы по сравнению с базисным проектом, и эти усовершенствования впервые были осуществлены в компьютере IBM AT. AT— обозначение, применявшееся IBM для компьютеров, в которых использовались усовершенствованные разъемы расширения и процессоры (сначала 16-, а позже 32- и 64-разрядные). В компьютер класса АТ можно установить любой процессор, совместимый с Intel 286 или более старшей моделью процессоров (включая 386, 486, Pentium, Pentium Pro и Pentium II), причем разрядность системной шины должна быть равна 16 или больше. При проектировании систем самым важным фактором является архитектура систем-
ной шины наряду с базисной архитектурой памяти, реализацией запросов прерывания
(Interrupt ReQuest — IRQ), прямого доступа к памяти (Direct Memory Access — DMA) и распределением адресов портов ввода-вывода. Способы распределения и функционирования этих ресурсов у всех компьютеров класса АТ похожи.
В первых компьютерах AT использовался 16-разрядный вариант шины ISA, который
расширил возможности первоначальной 8-разрядной шины, применявшейся в компьютерах класса PC/XT. Со временем для компьютеров AT было разработано несколько версий системной шины и разъемов расширения, например: