Компьютерная серия IBM

Содержание

1. Центральная плата

1.1 Функции материнской платы
1.2 Характеристики
2. Микропроцессоры
2.1 8086 2.2 80286 2.3 80386
3. Сопроцессоры
4. Память
5. Базовая система ввода-вывода
6. Устройства ввода
7. Базовые системы отображения
7.1 Псевдографика
7.2 Растровая графика
7.3 Графические сопроцессоры
8. Видеоадаптеры
8.1 MDA
8.2 CGA
8.3 EGA
8.4 VGA
Введение
На сегодняшний день в мире существует множество компьютеров различных фирм, различных групп сложности и назначения, наконец, различных поколений и цель данного реферата составить краткий обзор компьютеров лишь одной фирмы IBM, как общепризнанного лидера в производстве и продаже вы числительной техники.
Те кто знаком с компьютерами этой фирмы знают, что вся компьютерная серия IBM программно и технически совместима внутри себя, что, очевидно, и послужило её широкому распространению.
80286 Презентация IBM персонального компьютера AT в 1984 году сфокусировала все внимание на другой микропроцессор Intel 80286. Сам по себе микропроцессор был представлен еще в 1982 году. Естественно у 8086 и 80286 много общего, но 80286 обладает такими дополнительными качествами, которые сразу привлекли пристальное внимание всех связанных с компьютерной индустрией. Новый микропроцессор использует полную 16-разрядную шину данных и 16-битные внутренние регистры. Он был разработан для работы с частотой в 6 Мгц, а затем 8 и 10 Мгц. Более того, Intel 80286 способен реализовывать свои функции быстрее, чем это следует из простого роста частоты.
В конечном счете, самым преимуществом Intel 80286 была способность работать с дополнительной памятью. Вместо 20-разрядной адресной шины 8088/8086 80286 имел 24-разрядную шину. Эти дополнительные 4 разряда давали возможность увеличить максимум адресуемой памяти до 16 М.
Intel 80286 позволил также использовать виртуальную память. Название говорит само за себя, что виртуальная память организуется не на каких-то отдельных физических чипах. Более того, информация хранится где-то во внешней памяти, но система обеспечивает к ней прямой доступ. 80286 снабжен специальными средствами, которые дают ему возможность отличать, к реальной или виртуальной памяти относится любой байт. Эти средства реализуются дополнительными схема ми, включенными в микропроцессор. Они дают возможность работать с 1Г памяти, включающую в себя 16М физической памяти и 1008М виртуальной.
Теоретически 80286 должен был преодолеть барьер адресуемой памяти в 1М который был установлен предыдущими моделями. Но в действительности эта возможность не была реализована.
Проблема была частично в традициях, а частично в совместимости. Ко времени появления 80286 IBM РC имела гарантированный успех. Для 8088,8086 было разработано огромное программное обеспечение. Отказ от использования этих разработанных программ ставил под сомнение использование нового чипа.
Для обеспечения совместимости с ранее разработанными чипами разработчики Intel 80286 обеспечили его работу в двух режимах: в реальном и защищенном. Реальный режим был скопирован с режима работы 8086. Причем разработчики работали так добросовестно, что внесли в реальный режим и ограничение по использованию только 1М памяти.
Чтобы использовать улучшенные возможности Intel 80286, фирма разработала защищенный режим. Хотя отсутствовала программная совместимость с 8086, этот режим позволял использовать все 16М и даже 1Г виртуальной памяти в программах, работающих в защищенном режиме.
Точно так же как и 8086 в свое время, Intel 80286 да вал такие огромные ресурсы памяти, потребность в которых ещё не назрела к тому времени. Поэтому этот режим не сразу был признан широким кругом пользователей. Потребовалось почти три года, прошедших с момента презентации первой АТ и появлением операционной системы OS/2, работающей в этом ре жиме, и ознаменовавшей собой начало его широкого применения.
Имелись две причины медленной популяризации защищенного режима. Для программистов, работающих в DOS, существенным являлся вопрос перехода между реальным и защищенными режимами. Intel разработал переход между режимами только в одном направлении. Микропроцессор начинал работу только в реальном режиме, когда происходило тестирование всех 16М памяти, но для использования этого ресурса необходимо было перейти в защищенный режим. Иначе пользователь мог довольствоваться только 1М памяти. Обратного перехода от защищенного режима к реальному не существует - требуется перезагрузка.
Кроме того, защищенный режим реализовывал только частично чаяния программистов. Вся огромная память 80286 была разделена на сегменты по 64К. Вместо того, чтобы свободно использовать весь ресурс памяти, программистам приходилось мудрствовать, чтобы преодолеть эти барьеры между сегментами.
80386 Не в пример 80286, который был, по видимому, предназначен удивить мир без DOS, следующее детище Intel микропроцессор 80386 развязал руки к использованию DOS.
Intel 80386 был создан в 1985 году. Его создатели учли тяжелые уроки 80286 и мечты программистов. У него выше тактовая частота, большая производительность. И в целом он был более универсален, чем 88,86,286, опережая всех их по своим характеристикам.
После появления 80386,80286 смотрелся как тупиковая ветвь - но слишком поздно. Дело в том, что некоторые потребители Intel начали дорабатывать недостатки 80286 даже раньше, чем Intel8086, так как в разработке идеи 80286 использовалась база 8080, хотя, может быть, чуть амбициозно.
8086 появился в результате переосмысления целей разработки.
Только позже оригинальные идеи были воплощены в 80286.
Напротив, Intel 80386 был создан при полной ясности всех требований, предъявляемых к микропроцессорам и компьютерам. Intel 80386 имел все положительные качества своих предшественников. Все микрокоды его предшественника Intel 80286 входили в множество микрокоманд 80386. Поэтому старое программное обеспечение могло использоваться с Intel 80386. Но вместе с тем у 80386 были дополнительные возможности. Особенно привлекала возможность работать без ограничения связанного с сегментацией памяти.
Intel 80386 был мощнее своих предшественников. Размеры его регистров и шины данных были увеличены до 32 бит. Ин формация передавалась и обрабатывалась в два раза быстрее, чем у 16-битного 80286.
С самого начала разработчики 80386 ставили перед собой задачу создать быстрый чип. При его создании использовалась CHMOS технология. Первые 80386 начали работать с наивысшей частотой, достигнутой для 80286. Затем появилась 20 Мгц модель. В 1985 году предел был отодвинут до 25 Мгц. А вскоре и до 32 Мгц.
С увеличением шины данных до 32 бит, число адресных линий также было увеличено до 32. Само по себе это расширение позволило микропроцессору прямо обращаться к 4Гб физической памяти. Кроме того, он мог работать с 16 триллионами байт виртуальной памяти. Микропроцессор имел все необходимое для реализации последнего.
Огромное преимущество давал способ организации памяти 80386. К ней можно было обращаться, как к одному большому полю, доступному для программ. То есть структуры данных и программы могли быть объемом в целую память.
Разделение памяти на сегменты возможно, но не обязательно. Сегменты могут быть произвольны, а не ограничены по 64К.
Кроме того Intel80386 снабжен 16 байтами сверхоперативной кеш-памяти. Это специально встроенное поле памяти используется для хранения нескольких команд микропроцессора. Независимо от производимых микропроцессором расчетов, специальная схема загружает в эту память код программного обеспечения, прежде чем в нем появится необходимость. Эта небольшая кеш-память помогает процессору работать более проворно без задержек, связанных с ожиданием загрузки очередной команды из оперативной памяти.
Для того, чтобы обеспечить совместимость с предыдущими микропроцессорами и с огромной библиотекой DOS-программ Intel80386 был разработан таким образом, чтобы быть как можно больше похожим на 8086 и 80286. Как и его предшественники, Intel80386 позволял работать в защищенном режиме с ограничением адресуемой памяти в 1М. В этом режиме он загружал и выполнял все программы, разработанные на процессорах предшествующих поколений.
С реального режима Intel80386 мог быть переведён в защищенный режим, где он функционировал подобно 80286, за исключением объёма памяти. В этом режиме в распоряжении программиста было больше памяти, и он мог более гибко манипулировать ею, потому что мог изменять размеры сегмента.
В противоположность Intel80286-80386 мог переходить из одного режима в другой без перезагрузки машины, а посредством команд программного обеспечения.
Новый режим, названный виртуальным режимом 8086 (Virtual 8086 mode) , давал Intel80386 особенно большие свободы по использованию DOS. В этом режиме этот процессор работал не как один 8086, а как неограниченное их количество в одно и тоже время. Этот режим позволял процессору разбивать память на множество виртуальных машин, каждая из которых работала так, как будто она была отдельным компьютером на 8086 чипе.
Каждая из этих виртуальных машин могла запускать свою собственную программу, которая была полностью изолирована от всех остальных. Это означало, что вы можете одновременно выполнять несколько DOS-программ на одном компьютере. Вне экзотической архитектуры Intel80386 такая система была очень сложной и капризной, кроме того, требовалось, что бы программное обеспечение таких систем было специально написано по определённым стандартам, удовлетворяющим требованиям многозадачного режима. Intel80386 делал реализацию программного обеспечения многозадачного режима почти тривиальной, потому что самая тяжёлая работа выполнялась на уровне технического обеспечения. Готовые DOS-программы выполнялись на Intel80386 в многозадачной среде без всяких доработок.
Intel80386 является великолепным микропроцессором, и вы вправе надеяться найти его в каждом персональном компьютере. Использование более старого чипа можно рассматривать как шаг назад. И действительно, существуют только две причины, почему используются другие чипы. Одна из них стоимость. Сразу после презентации Intel80386 его стоимость превышала 500$, тогда как 8086 стоил в некоторых случаях даже меньше 10$. То есть вы могли купить целый компьютер за ту же цену, что и один 80386. Частично такой высокой цене способствовала Intel, которая не продавала лицензию на производство 80386 другим компаниям (за исключением IBM) . В таких условиях Intel могла диктовать свои условия на рынке, регулируя спрос и предложения количеством выпускаемых чипов. Очевидно, что компьютер на Intel80386 будет более дорогим по сравнению с другими, реализованными на других микропроцессорах.
Intel80386 имел наиболее болезненную историю своего внедрения по сравнению с другими микропроцессорами. Вскоре после его создания были обнаружены ошибки, связанные с его работой при выполнении 32-битных математических операций.
Эта проблема не была выявлена в первых РC совместимых компьютерах, реализованных на этом чипе, потому что DOS использует 16-битные операции. Ошибки всплыли наверх только после того, когда 80386 стал работать в 32-битном режиме.
Ошибки были быстро обнаружены и исправлены. Микросхемы, выпущенные после апреля 1987 года, не имеют описанного недостатка. По решению фирмы все доработанные чипы маркировались двойным символом сигма. Некоторые, но не все ранее выпущенные микропроцессоры, были промаркированы "только для 16-битных операций".
Существует модификация процессора Intel80386- 386SX.
Главное отличие его от 80386 это 16-битный вход/выход шины данных. Как следствие его внутренние регистры заполняются в два шага.
8086 В 1976 году фирма Intel начала усиленно работать над микропроцессором 8086. Размер его регистров был увеличен в два раза, что дало возможность увеличить производительность в 10 раз по сравнению с 8080. Кроме того, размер ин формационных шин был увеличен до 16 разрядов, что дало возможность увеличить скорость передачи информации на микропроцессор и с него в два раза. Размер его адресной шины также был существенно увеличен - до 20 бит. Это позволило 86-му прямо контролировать 1М оперативной памяти.
Как прямой потомок 8080 и двоюродный брат Z80,8086 унаследовал большую часть множества их микрокоманд. Регистры нового процессора были разработаны таким образом, что они могли обрабатывать как 16-ти битные значения так и 8-ми битные - также как это делал 8080.
Память 8086 была также доработана специальным образом.
Весь мегабайт оперативной памяти не представлялся единым полем, а был разделен на 16 сегментов величиной по 64К. Таким образом, память 8086 можно было представить как объединенную вместе память нескольких 8080.8086 работал с каждым сегментом по отдельности, не позволяя большим ин формационным структурам переходить через границы сегментов.
В некотором смысле I8086 опередил свое время. Малые компьютеры основывались на 8-ми битной архитектуре, память была очень дорога, требовались дополнительные 16-ти битные микросхемы. Использование этого процессора предполагалось в 16-ти битных устройствах, которые не оправдывали свою цену в то время.
8088 - шаг назад.
Через год после презентации 8086, Intel объявил о раз работке микропроцессора 8088. Он являлся близнецом 8086: 16-битные регистры, 20 адресных линий, тот же набор микро команд - все то же, за исключением одного, - шина данных была уменьшена до 8 бит. Это позволяло полностью использовать широко распространенные в то время 8-битные элементы технического обеспечения.
Как шаг назад в истории разработки микропроцессоров Intel 8088 мог потеряться в истории, как это было с Intel 8085, не реши IBM реализовать свой первый персональный компьютер на его базе. Выбор IBM был объясним. Восьмибитная шина данных позволяла использовать имеющиеся на рынке микросхемы. Шестнадцатибитная внутренняя структура давала важные преимущества по сравнению с существующими микропроцессорами. Как приемник 80-го микропроцессора, 8088 мог понимать незначительно доработанные программы, работающие с CР/M. По большому счету, все эти преимущества были временными, а в некоторых случаях и иллюзорными. Но восьмибитный чип был еще и не дорогим. Последнее явилось более важным аргументом чем 16-битные регистры и легко адаптируемые программы CР/M.
Итак, Intel 8088 явился базой для разработки семейства малых компьютеров. Он подготовил почву для быстрого создания совместимых настольных компьютеров.
Потенциально 8086 был в два раза производительней, и почти полностью совместим с 8088. Микропроцессоры 8088 и 8086 совместимы, но не взаимозаменяемы. Восемь дополнительных бит данных требовали 8-ми дополнительных проводов. Таким образом, подключение этих двух микросхем было различным.
Компьютер разрабатывался либо под один микропроцессор, либо под другой.
Вот некоторые выдержки из технического описания IBM РC XT: Сердцем системной платы является микропроцессор Intel 8088. Этот процессор представляет собой версию 16 - битного процессора Intel 8086 с 8-битным выходом на внешнюю магистраль и является программно совместимым с процессором 8086.
Таким образом 8088 поддерживает 16-битные операции, включая умножение и деление, и поддерживает 20-битную адресацию (до 1 Мбайта памяти) . Он также работает в максимальном режиме.
Поэтому в систему может быть добавлен сопроцессор. Процессор работает с тактовой частотой 4.77 МГц. Эта частота, которая получается из частоты кварцевого генератора 14.31818 МГц, делится на 3 тактовым генератором процессора и на 4 для получения сигнала цветности 3.58 МГц, необходимого для цветного телевидения.
При тактовой частоте 4.77МГц цикл обмена по магистрали 8088 составляет четыре периода по 210 нс или 840 нс. Цикл ввода/вывода требует пяти тактов по 210 нс и составляет 1.05 мкс.
Процессор поддерживается набором многофункциональных устройств, обеспечивая четыре канала 20-битного прямого доступа к памяти, три 16-битных канала таймеров-счетчиков и восемь приоритетных уровней прерывания...
ЦП 8088 компьютера IBM РC производит выборку команды по адресу, интерпретирует ее, выполняет действие, требуемое этой командой, (например, сложение двух чисел) , затем пере ходит к выполнению следующей команды.
Если следующая команда не направит процессор 8088 не посредственно к определенной ячейке памяти, чтобы выполнить записанную там команду, процессор будет двигаться от одной команды к другой по ячейкам памяти, расположенным последовательно (шаг за шагом) . Наиболее существенная разница между пошаговым выполнением программы (последовательности команд) и пошаговой работой компьютера заключается в том, что компьютер IBM может выполнять около миллиона таких шагов в секунду...
По мере того, как появились микропроцессоры, состоящие из многих тысяч дискретных элементов, появилась возможность реализации дополнительных функций в рамках одной микросхемы. При разработке компьютера, помимо микропроцессора, используются и другие дополнительные устройства: контроллеры прерываний, таймеры и контроллеры шин. Функции этих устройств технически можно реализовать в одном корпусе с микропроцессором.
Однако эти возможности никогда не реализуются на практике. Микропроцессор, как и все дополнительные устройства, может использоваться не только в компьютерах.
По мере развития компьютерной индустрии, рынком была проведена оптимизация разделения функций между устройства ми. И каждое устройство развивалось в направлении реализации своих функций. Intel продолжал совершенствовать свои микропроцессоры. В 1982 году был представлен микропроцессор 80186. Этот чип стал базовым для создания целого ряда совместимых компьютеров и реализации турборежима. Так же был создан микропроцессор 80188 - приемник 8088.
Базовая система ввода-вывода.
Базовая система ввода-вывода компьютера, наполовину относится к программному, а наполовину к техническому обеспечению. С её помощью реализуются отсутствующие связи этих двух компонент, позволяющие компьютеру принимать работоспособное состояние. Как и всё программное обеспечение BIOS - набор команд микропроцессора. Подобно техническому обеспечению инструкции BIOS не мимолётны. Из за своей двойственной природы и промежуточного положения между программным и техническим обеспечением эту систему часто относят к микропрограммному обеспечению.
BIOS совместимых с IBM компьютеров является очень специфическим микропрограммным обеспечением, включающем в себя подпрограммы, тестирующие компьютер; дающие возможность, используя только языки программирования без всякого дополнительного программного обеспечения работать с компьютером.
Для обеспечения совместимости компьютера с IBM необходимо обеспечить его совместимость с BIOS IBM. Это не совсем простая задача. BIOS защищена от копирования другими производителями. В результате, вместо использования кодов BIOS IBM, производителю приходится разрабатывать свою собственную систему ввода-вывода. Многие фирмы разрабатывают программы BIOS самостоятельно.
Некоторые подпрограммы BIOS работают отдельно, хотя вся система может быть зашита внутри одного чипа. Они работают как множество отдельных резидентных программ, которые не выгружаются после выполнения. Они всегда в памяти и всегда ждут обращения.
Одной из самых важных характеристик BIOS, определяющей совместимость программного и технического обеспечения, является конкретный набор резидентных подпрограмм, реализующий связь этих двух компонент.
Разработка любого компьютера требует, чтобы множество элементов технического обеспечения были обеспечены специальными адресами в пределах диапазона портов ввода-вывода.
Другие компоненты компьютера имеют множество своих собственных регистров, которые используются для реализации их функций. Так как компьютер состоит из большого числа внутренних компонент, число реализации компьютеров из этого набора безгранично. В то же время, программное обеспечение, реализующее управление данными устройствами, должно точно знать адреса его регистров. Если бы все компьютеры имели только одну конфигурацию, проблем бы не было.
Однако в первых же РC, IBM предусмотрела возможность изменять конфигурацию технического обеспечения в будущем.
Это означало, что любой из портов или регистров компьютера может иметь другие адреса в последующих модификациях. Тогда IBM не рассчитывала, что программам может понадобиться пря мая адресация. Вместо этого предполагалось, что программы будут обращаться к BIOS, которая будет содержать постоянную адресную часть кодов. Позже компьютеры с изменённой конфигурацией технического обеспечения могли использовать программное обеспечение своих старших собратьев благодаря настройке BIOS. Для этого адресация внутри программ BIOS могла изменяться, чтобы удовлетворить новым разработкам технического обеспечения.
Проблема BIOS в том, что ограниченным числом программ невозможно оптимальным образом накрыть все потребности программного обеспечения. Таким образом, использование подпрограмм BIOS является иногда благом, а иногда обузой. В частности, эти подпрограммы реализуют некоторые функции компьютера очень медленно. Проблема производительности особенно остро стоит при работе с видеодисплеем. Например, все подпрограммы IBM BIOS реализуют пересылку информации на дисплей по одному символу. Прямое управление техническим обеспечением позволяет реализовать эту функцию намного быстрее.
Другое неприятное ограничение при работе с BIOS - это то, что компьютер не может ничего делать вне этой системы.
Например, драйверы гибкого диска при работе в своих стандартных режимах прекрасно уживаются с подпрограммами BIOS, позволяющими читать, писать и форматировать диски, используя стандартные дисковые форматы IBM. В то же время они накладывают ограничение на то, что эти устройства могут делать. Однако драйверы гибких дисков сами по себе способны на большее: они могут работать в форматах других компьютерных систем, а так же использоваться для защиты от копирования.
Для увеличения быстродействия работы видеосистемы или драйверов гибких дисков необходимо отказаться от использования BIOS и использовать программы, которые напрямую обращаются к устройствам. Такая концепция претит идеям IBM и может привести к несовместимости. Однако написано так много программ, которые позволяют себе напрямую обращаться к устройствам технического обеспечения, что некоторые выявляющиеся характеристики компьютера являются более стандартизованными, чем сама BIOS. Большинство совместимых компьютеров реализуют свои функции, имитируя техническое обеспечение РC. Но их BIOS разрабатывалась не только исходя их ограничений на использование системы IBM. По многим параметрам та кое техническое обеспечение более стандартизировано, чем микро обеспечение BIOS. Даже IBM пришлось отказаться от ограничения работы с видеодисплеем только через BIOS для увеличения быстродействия соответствующих операций.
Тем не менее, BIOS обладает большим рядом достоинств.
В большинстве случаев эта система облегчает программисту работу. Операционные системы всегда в его распоряжении.
Подпрограммы системы хорошо документированы и понятны, что позволяет избавить пользователей от многих забот.
BIOS РC Дебют BIOS РС состоялся вместе с презентацией первой РС. Начиная с этого времени, эта система имеет самое большое число копий в мире. Все совместимые компьютеры должны скопировать работу BIOS РС без копирования самих кодов этой системы.
Как работает BIOS
BIOS реализует свои функции через систему прерываний программного обеспечения. Для запуска подпрограммы, содержа щей специальную инструкцию микропроцессору по обработке какой-либо конкретной ситуации, выполняемая программа устанавливает соответствующий флажок прерывания.
Прерывания программного обеспечения приводят к тому, что микропроцессор приостанавливает выполнение текущей работы и начинает выполнять подпрограмму по обработке прерывания. Для реализации этого механизма микропроцессор, выполнив какую-либо элементарную операцию, исследует векторы прерываний. Если прерывание выставлено, коды выполняемой программы запоминаются, чтобы после обработки прерывания выполнение прерванной программы могло быть продолжено. Каждый вектор прерывания является указателем, говорящим микропроцессору, где находятся коды по обработке данного прерывания. Микропроцессор читает значение вектора и начинает выполнять программы по указанному вектором адресу.
Список векторов прерываний начинается с самого начала памяти микропроцессора по адресу 00000(Hex) . Каждый вектор занимает 4 байта памяти, и все они располагаются в памяти по возрастающей. Недостающие значения для каждого вектора загружаются в оперативную память с ПЗУ, содержащих BIOS при загрузке компьютера. Программы могут изменять вектора прерываний для изменения значений прерываний программного обеспечения. Обычно завершающиеся и остающиеся резидентными программы реализуют подобные корректировки векторов для своих собственных целей.
Так как число имеющихся прерываний может оказаться намного меньше того числа функций, которое вы хотели бы использовать в своих программах, некоторые прерывания BIOS используются для реализации нескольких функций. Эти функции реализуются при помощи передачи параметров. Параметры обрабатываются подпрограммами BIOS. Их значения заносятся в один или более регистров при установке флажка прерываний. В свою очередь, подпрограммы BIOS могут передавать результаты назад в выполняемую программу.
Изменение BIOS РС Главное отличие первых машин IBM РC с максимальным объемом памяти в 64К от РС с памятью в 256К кроется в BIOS.
При разработке первой системы прерывания, естественно, не учитывалась возможность включения в конфигурацию РС жестких дисков. Поэтому система не содержала возможности по автоматическому наращиванию дополнительных кодов. То есть она была не расширяемой.
BIOS РС-2 и, естественно, появившиеся позже ХТ, как и соответствующие совместимые компьютеры, решили эту проблему добавлением специального кода в подпрограммы BIOS. Эта функция реализовывалась на последнем шаге процедуры загрузки, когда загружались дополнительные коды BIOS.
Рубикон был перейден 27 октября 1982 года. Более ранние системы BIOS являются не расширяемыми.
Определение даты разработки BIOS Машины РС-1 легко определить по используемой ими памяти. Любой компьютер IBM, способный комплектоваться только чипами памяти по 16 Кбит, с общим объемом памяти на своей системной плате в 64К, относится к этому классу машин. Если у вас такая машина, скорее всего вы имеете нерасширенную BIOS.
Однако этот метод не всегда хорош. Вы можете не отличить одну микросхему памяти от другой. Либо у вас, поп росту, нет никакого желания лезть в корпус вашего компьютера. Кроме того, если выкупили подержанную машину или кто-либо без вашего участия осуществлял установку компьютера, BIOS могла быть скорректирована без вашего уведомления.
IBM продает сейчас громадное множество вариантов этой системы для старых компьютеров, что позволяет им работать с расширяемой BIOS.
Самый верный способ установить, какой BIOS пользуется ваш компьютер, - это использовать отладчик DOS.
Для этого необходимо запустить эту программу и выдать ей следующую команду: D F000: FFF0 После этого на вашем экране появится загадочная строка символов. Горизонтально она разделена на три части. Слева указывается адрес памяти, с которого начинается отображение 16 байт. Центральный блок символов содержит индивидуальное значение каждого из этих 16 байт памяти. Правый блок представляет эти значения в кодах ASCII. У правой границы строки вы можете найти дату вашей BIOS.
Продолжение истории BIOS Помимо описанной выше корректировки BIOS, она претерпела еще несколько изменений. Это происходило каждый раз для совершенствования системы при разработке новых компьютеров или новых системных плат в рамках уже существующих моделей. Наиболее радикальные изменения претерпела BIOS РS/2, когда был представлен микроканал. Улучшенная BIOS реализовывала возможности нового защищенного режима.
Каждая BIOS после РC-1 является расширяемой. Во время загрузки компьютера читается дополнительная секция кодов, содержащихся в дополнительных платах и их инструкции, прибавляются к существующему диапазону. Например, новые подпрограммы прерываний могут быть добавлены либо в функции существующих подпрограмм, либо могут быть изменены.
Во время самотестирования, после загрузки векторов прерываний ОЗУ, резидентный код BIOS заставляет компьютер проверить байты своего ПЗУ в соответствующем адресном диапазоне. Если найден значащий байт, процессор проверяет последующую секцию кодов, разрешая расширению BIOS после проведения циклической проверки блоков по 512 байт. Значения каждого байта в блоке суммируются по модулю, результат делится на 4096. Нулевой остаток говорит о том, что расширение BIOS имеет правильное значение.
Дополнительные секции кодов маркируются специальным значением, помещаемым перед ним. Затем после этих двух байтов - третий байт указывает дополнительную длину секции BIOS. Значение третьего байта указывает на количество блоков по 512 байт, необходимых для дополнительных кодов.
Если система распознала соответствующую секцию кодов, выполняемая программа BIOS переходит к четвертому байту расширяемой BIOS и выполняет любые функции, описанные здесь в машинных кодах. После выполнения инструкции расширенной BIOS управление передается резидентной BIOS. Затем система продолжает поиск дополнительных блоков расширенной BIOS.
После завершения этой процедуры начинается процесс загрузки компьютера с диска.
Сопроцессоры Сопроцессор- специальная интегральная схема, которая работает в содружестве с главным процессором. Обычно сопроцессор настраивается на выполнение какой-нибудь специфические функции - математической операции или графического представления. И эту операцию сопроцессор может реализовать во много раз быстрее, чем главный процессор. Таким образом компьютер с сопроцессором работает намного проворнее.
Сопроцессор - это обычный микропроцессор, но не столь универсальный. Обычно сопроцессор разрабатывается как специальное устройство по реализации конкретно определенной функции. Так репертуар сопроцессора ограничен, он может реализовывать выделенные для него функции как никто другой.
Как и любой другой микропроцессор, сопроцессор работает по тем же принципам. Он просто выполняет программы содержащие последовательность микропроцессорных команд. Сопроцессор не держит под управлением основную массу цепей компьютера.
В обычном режиме микропроцессор выполняет все функции компьютера. И лишь когда встречается задача, с которой лучше справится сопроцессор, ему передаются данные и команды управления, а центральный процессор ожидает результаты.
Сопроцессоры, большей частью использующиеся в РC, являются математическими сопроцессорами. В математике они специализируются по умножению и делению чисел.
Математические сопроцессоры называют ещё процессорами с плавающей запятой, потому что они особенно ярко проявляют свои возможности в этой области математики. Числа с плавающей запятой часто используются в научных расчетах и представляются, как правило, мантиссой и ординатой.
Преимущество, получаемое от установки математического сопроцессора, зависит от того, какие задачи решаются на компьютере. Согласно утверждению Intel сопроцессор может уменьшить время выполнения математических операций, таких как умножение, деление, возведение в степень на 80% и более.
Скорость выполнения простых операций, таких как сложение и вычитание практически не уменьшается.
С практической точки зрения, производительность системы, касающейся подготовки текстов и ведения базы данных функций, не требующих сложных математических расчётов, не может быть улучшена математическим сопроцессором.
Сопроцессор и главный микропроцессор могут работать на разных тактовых частотах (от собственных тактовых генераторов) .
Когда отношение частот микропроцессора и сопроцессора выражается целым числом, они работают синхронно и могут передавать информацию друг другу оптимальным образом. Не синхронизированная работа требует, чтобы один или другой из них ожидал завершения цикла своего партнёра, что влечёт за собой появление небольшого, но реального периода ожидания.
Семейство сопроцессоров Intel составляют: 8087,80287,80387,80387SX.
Каждый из них специально разработан для работы с соответствующим микропроцессором главного семейства Intel. Каждый из этих четырёх имеет свои характерные особенности. Ограничения по единовременной обработке информации в 8,16,32 бит остались далеко позади. Сопроцессоры Intel обрабатывают сразу 80 бит. Каждый сопроцессор содержит восемь 80-битных регистров, в которых он и осуществляет свои вычисления. Они работают с 32-, 64- или 80-битными числами с плавающей запятой; 32- или 64-битными целыми числами. Как правило, сопроцессоры работают как придатки центрального.
Оба процессора висят на адресно-информационных линиях компьютера и выполняют каждый свои команды по мере их появления в программе. Сопроцессоры могут выполнять свои функции параллельно с работой центрального процессора, то есть оба мозга в данном случае думают одновременно, потому что каждый из них читает свои команды прямо с шины, и центральному процессору не приходится прерываться, чтобы выдать команду сопроцессору.
8087: Этот сопроцессор бал разработан специально для использования с Intel 8086,8088,80186,80188. Поэтому у него идентичные с этими микропроцессорами возможности по адресации и восприятию информации. Причём этот сопроцессор сам настраивается на размер шины данных - восьми или шестнадцатибитную (8086 или 8088 семейства) . Он устанавливается в стандартный 40-контактный разъём и увеличивает список команд компьютера на 68 единиц.
Существуют три модификации этого сопроцессора, различающихся по частоте: 5,8,10 Мгц.
80287: Точно так же, 80286 является расширением 8086,80287 является развитием 8087. Главным достоинством 80287 служит возможность функционировать как в реальном, так и в защищен ном режиме 80286 микропроцессора. Он имеет возможность адресации ко всем 16М памяти.
80287 почти полностью совместим с 8087 и может использовать почти всё программное обеспечение последнего. Главное функциональное отличие этих сопроцессоров в способе обработки сбойных ситуаций. При выявлении ошибки эти чипы могут вести себя по-разному. Впрочем, программное обеспечение может скомпенсировать эти расхождения.
80287 размещается в 40-контактном DIР-корпусе. Но, не в пример своему младшему собрату, 80287 может работать с отличной от центрального микропроцессора тактовой частотой.
Хотя 80287 напрямую подключается к тактовому генератору центрального микропроцессора, в него встроена цепь делите ля, которая уменьшает внутреннюю частоту в три раза.
Используя свой собственный генератор, 80287 может существенно повысить свою производительность.
Так же, как и у 8087,80287 различают четыре модификации, различающихся по частоте.
80287 совместим с 80386 микропроцессором. Однако они работают на разных частотах, и, следовательно, требуется специальный интерфейс для доступа к шине данных 80386. Более того, так как 80287 - 16-битный чип, все взаимосвязи с 80386 должны осуществляться 16-битными словами, что потенциально уменьшает производительность.
80387 и 80387SX Точно так же, как Intel, учтя уроки прошлого, произвёл 80386,80387 стал дальнейшей разработкой 80287 сопроцессора. Оставаясь командно совместимым с 80287,80387 увеличил скорость манипуляций данными. Но опять-таки имелись расхождения в обработке ошибок. Зато возможности 80387 были больше - он реализовывал все трансцендентные и логарифмические функции.
80387SX - всесторонне похож на 80387, но предназначается для работы на 16-битной шине 80386SX вместо 32-битной шины данных.
80387 и 80387SX могут выполнять все программы для 80287. Обратное не эквивалентно. Главной проблемой 387-х являются немного отличающиеся результаты вычислений трансцендентальной функции от 80287.
80387 работает на той же частоте что и центральный процессор. Имеются соответствующие модификации этого сопроцессора вплоть до 25 Мгц.
Устройства ввода Устройствами ввода являются те устройства, посредством которых можно ввести информацию в компьютер. Главное их предназначение - реализовывать воздействие на машину. Разнообразие выпускаемых устройств ввода породили целые технологии от осязаемых до голосовых. Хотя они работают по раз личным принципам, но предназначаются для реализации одной задачи - позволить пользователю связаться со своим компьютером.
Главным устройством ввода большинства компьютерных систем является клавиатура. До тех пор, пока система распознавания голоса не смогут надежно воспринимать человеческую речь, главенствующее положение клавиатуры вряд ли изменится.
IBM разработала, по крайней мере, восемь разновидностей клавиатур для своих персональных компьютеров. Четыре типа клавиатур не использовались при комплектации больших ЭВМ. Две были разработаны для РCjr, одна для портативных РС и последняя - для РC 3270. Три других типа отличаются между собой только расположением клавиш. И последняя имеет не большую модернизацию своих ножек.
Неприятности начались с первым типом клавиатур, предложенным для РC XT. Несмотря на критику прессы, эта разработка оставалась стандартом IBM до презентации АТ. Она имела 83 клавиши. Два ряда функциональных клавиш располагались вертикально, слева от главной алфавитно-цифровой клавиатуры. Клавиши управления курсора были совмещены с отдельными цифровыми клавишами. Клавиша ввода была мала и амбициозно выделена изогнутой стрелкой. Не была предусмотрена никакая индикация положения клавиш заглавного регистра, блокировки служебной/цифровой клавиатуры и блокировки просмотра.
Главная критика пришлась на долю расположения периферийных клавиш. Функциональная клавиатура, расположенная под левую руку, не соответствовала ключам по просмотру экранных страниц, как это было тогда принято. Недостаток индикаторов породил большое количество при вводе цифр или движений курсора, а также заглавные буквы часто путались с прописными.
После нескольких лет критики IBM разработала и представила новую клавиатуру вместе с новой моделью. Это была АТ. Её клавиатура была снабжена специальной клавишей, предназначенной для многопользовательского использования.
Клавиша ввода стала больше. Так же обеспечивалась необходимая индикация.
Но в действительности настоящие изменения лежали более глубоко. Не в пример клавиатуре РС клавиатура АТ была программируемой. Ей было выделено своё собственное множество команд. Эти команды могут поступать с центрального блока.
Один этот факт делает новую клавиатуру несовместимой с РС и ХТ. Хотя используются одни и те же разъемы, клавиатура РC/XT не будет работать при ее подключении к АТ и наоборот клавиатура АТ не сможет работать, если она будет подключена к РС или ХТ.
Улучшенная клавиатура IBM
Вместе с производством модернизированных АТ, IBM начала выпускать новый тип клавиатуры, названной IBM улучшенной клавиатуры. Но все остальные называют ее расширенной клавиатурой. Хотя эта клавиатура электрически полностью совместима со своей предшественницей (оставаясь несовместимой с РС и ХТ) , расположение клавиш на ней было вновь изменено.
Усовершенствование вылилось в увеличение числа клавиш. Их общее количество 101, что соответствует стандарту США.
В международных моделях добавляется еще одна клавиша.
Дополнительных ключей было несколько. Клавиши по управлению курсором были продублированы, и их полное множество было выделено в отдельную группу. Появились две новые функциональные клавиши - F11 и F12. Вся дюжина функциональных клавиш переместилась на самый верхний ряд клавиатуры, слегка отделившись от алфавитно-цифровой зоны. Клавиша Caрs Lock заняла старую позицию клавиши CTRL.
Используемое расположение функциональной клавиатуры предлагалось пользователями сразу же после появления первых АТ. Такое их расположение соответствовало позициям ключей на экране. Но самые ярые сторонники такой планировки клавиатуры вскоре убедились в том, что старый вариант является более удобным, особенно когда необходимо набрать комбинацию функциональных ключей с Ctrl или Alt. Раньше можно было это сделать одной рукой, сейчас необходимы две.
Более того, новое расположение ключей оказалось более громоздким при работе. Более мелкая клавиша ввода в новой конструкции чаще пропускалась при быстрой работе. Вот и получалось, что новая клавиатура больше подходила для дилетантов, чем для профессиональных машинисток. А критиковали старую клавиатуру, скорее всего профессионалы, хотя были и люди, которые просили расположить буквы в алфавитном порядке.
Клавиатура РS/2 Модель РS/2 использует универсальную улучшенную клавиатуру IBM или клавиатуру уменьшенных размеров, специально разработанную для крошечной модели.
Единственное отличие улучшенных клавиатур РS/2 и XT/AT это разъем подключаемого кабеля. РS/2 использует простой миниатюрный DIN разъем, вместо стандартного DIN разъема клавиатуры РС/ХТ/АТ. Этот кабель легко может быть заменен вами или IBM для корректного подключения к вашей компьютер ной системе.
Клавиатура совместимых компьютеров Производители совместимых РС шли в ногу с IBM и адаптировали свою клавиатуру к расширяющимся стандартам. Некоторые производители, смутившись критики расположения клавиш на клавиатуре IBM, постарались внести свои изменения в это устройство. ПОЛНОЕ ОПИСАНИЕ ВСЕЙ ИСТОРИИ СОЗДАНИЯ клавиатуры потребовало бы написания книги "Таинственные перемещения клавиш". Одно существенное улучшение было произведено рядом производителей совместимых компьютеров - они установили в днище клавиатуры переключатель совместимости.
Два положения этого переключателя позволяют выбрать электрические параметры соединения при подключении к РС/ХТ или АТ. Таким образом, такая клавиатура может использоваться в двух типах систем.
Мышь Для многих людей клавиатура представляется самым трудным и непонятным атрибутом. Благодаря этому и тому, что интерфейсы DOS и OS/2 не прощают ошибок, теряется большое количество пользователей РС.
Для преодоления этих недостатков было разработано графическое управление меню пользовательского интерфейса. Эта разработка породила специальное указывающее устройство, процесс становления которого длился с 1957 по 1977 год.
Устройство позволяло пользователю выбирать функции меню, связывая его перемещение с перебором функций на экране. Од на или несколько кнопок, расположенных сверху этого устройства, позволяли пользователю указать компьютеру свой вы бор.
Устройство было довольно миниатюрным и легко могло поместиться под ладонью с расположением кнопок под пальцами.
Подключение производится специальным кабелем, который придает устройству сходство с мышью с длинным хвостом. А процесс перемещения мыши и соответствующего перебора функций меню заработал термин "проводка мыши". Мыши различаются по трем характеристикам - числу кнопок, используемой технологии и типу соединения устройства с центральным блоком.
Кнопки мыши В первоначальной форме в устройстве была одна кнопка.
Перебор функций определяется перемещением мыши, но выбор функции происходит только при помощи кнопки, что позволяет избежать случайного запуска задачи при переборе функций меню.
С помощью одной кнопки можно реализовать только минимальные возможности устройства. Вся работа компьютера в этом случае заключается в определении положения кнопки нажата она или нет. Тем не менее, хорошо составленное меню полностью позволяет реализовать управление компьютером.
Однако две кнопки увеличивают гибкость системы. Например, одна кнопка может использоваться для запуска функции, а вторая для ее отмены. В графических системах одна может выключать световой карандаш, а вторая - включать его.
Вне всяких сомнений, три кнопки еще более увеличат гибкость программирования. Но, с другой стороны, увеличение кнопок увеличивает сходство устройства с клавиатурой, возвращая ему недостатки последней. Поэтому не рекомендуется использовать устройства с большим количеством кнопок.
Практически три кнопки являются разумным пределом, потому что они позволяют лежать указательному, среднему, безымянному пальцам на кнопках в то время, как большой и мизинец используются для перемещения мыши и удержании ее в ладони. Большинство моделей снабжаются двумя или даже одной кнопкой. Самые популярные - двухкнопочные мыши. Но это не означает, что вы должны отказываться от трехкнопочных устройств. Они могут делать то же самое, что и двухкнопочные мыши, и даже больше их. Но для большинства приложений вполне достаточно двух кнопок.
Механические мыши Первые мыши имели механическую конструкцию. В ней использовался маленький шар, который выступал через нижнюю поверхность устройства и вращался по мере его перемещения по поверхности. Переключатели внутри мыши определяли перемещение и направление движения шара.
Хотя шар может вращаться в любом направлении, определяются только четыре направления. Это ассоциируется с двумя направлениями в двухкоординатной системе. Перемещение в каждом из четырех направлений измеряется в сотых долях дюйма. После прохождения шара этого дискретного расстояния формируется специальный сигнал для центрального блока.
Механическая мышь практически может работать на любой поверхности. Вы можете вращать шар даже пальцами (хотя в этом случае возникнут проблемы с нажатием кнопок) . Но, с другой стороны, механической мыши требуется какое-то пространство (хотя вы можете водить ее по ногам, но это обычно плохо воспринимается окружающими) .
А кроме того, механическим частям свойственны частые поломки. Мыши имеют тенденцию к собиранию грязи, что приводит к уменьшению надежности их функционирования. Поэтому это устройство необходимо периодически чистить, хотя оно как будто работает на чистой поверхности стола.
Оптическая мышь Альтернативой механической мыши является оптическая мышь. В последнем устройстве вместо крутящегося шарика используется луч света, сканирующий координатную сетку, нанесенную на специальную подложку. С помощью такого механизма и определяется движение. Отсутствие движущихся частей в таком устройстве повышает его надежность.
Наиболее популярна оптическая мышь фирмы MSC Corрoration. В устройствах этой фирмы используются две пары LED и фотодетекторов, устанавливаемых на задней стенке. Од на пара ориентирована под прямым углом по отношению к другой. Подложка покрыта перекрывающимся множеством желтой и голубой координатных сеток. Каждая пара LED и фотодетекторов определяют движения в обоих направлениях при прохождении через соответствующие риски сетки. Специальное покрытие нижней стенки мыши облегчает скольжение по покрытой пластиком подложке.
Большим недостатком оптической мыши является необходимость использовать специальную подложку. С одной стороны, вы можете положить ее в любое место, и устройство будет работать. Но, с другой стороны, такая подложка легко загрязняется, и устройство перестает работать. Да и само пластиковое покрытие легко повреждается. Хотя в нормальных условиях современных офисов оптические мыши работают долго и надежно.
Память.
Всем компьютерам требуется память нескольких видов.
Память требуется на каждом шагу выполнения программ. Память нужна как для исходных данных так и для хранения результатов. Она необходима для взаимодействия с периферией компьютера и даже для поддержания образа, видимого на экране.
Вся память компьютера делится на внутреннюю и внешнюю.
В компьютерных системах работа с памятью основывается на очень простых концепциях. В принципе, всё, что требуется от компьютерной памяти, - это сохранять один бит информации так, чтобы потом он мог быть извлечён оттуда.
В настоящее время широкое распространение получили устройства динамической памяти, базирующиеся на способности сохранять электрический заряд. Эти устройства - конденсаторами.
С первого взгляда конденсатор не удовлетворяет основ ному требованию устройств памяти. Он не способен сохранять заряд в течение длительного промежутка времени, но он позволяет делать это в течении нескольких миллисекунд, что вполне достаточно, чтобы использовать это в электронике. За это время специальные цепи компьютера обеспечивают подзарядку конденсатора, то есть обновление информации. Из-за непрерывной природы этого процесса такая память называется динамической.
В современных персональных компьютерах динамическая память реализуется на базе специальных цепей проводников, заменивших обычные конденсаторы. Большое количество таких цепей объединяются в корпусе одного динамического чипа. Однако подобно памяти на конденсаторах, она должна постоянно освежаться.
В то время как динамическая память, получив заряд электричества, удерживает его, так называемая статическая память, позволяет потоку электронов циркулировать по цепи.
Прикладываемое напряжение может изменить направление движения электронов. Причем существует только два направления движения потока, что позволяет использовать данные цепи в качестве элементов памяти. Статическая память работает наподобие выключателя, который переключает направление электронного потока.
Кроме оперативной памяти существует ещё и постоянная память(ПЗУ) . Её главное отличие от ОЗУ - невозможность в процессе работы изменить состояние ячеек ПЗУ. В свою очередь и эта память делится на постоянную и ре-программируемую. Принципы её функционирования понятны из названия.
Эволюция микросхем ОЗУ вплотную связана с эволюцией персональных компьютеров. Для успеха настольных компьютеров требовались миниатюрные чипы ОЗУ. По мере увеличения ём кости памяти цена скачкообразно возрастала, но потом постоянно уменьшалась по мере отработки технологии и роста объёмов производства.
Первые РC реализовывались на стандартных RAM-чипах по 16 Кбит. Каждому биту соответствовал свой собственный ад рес.
Где-то около года после представления XT появилось ОЗУ с большими возможностями и более эффективное с точки зрения его цены. Хотя новые микросхемы могли вмещать по 64 Кбит, она были дешевле, чем 4 по 16 Кбит. Системная плата РC была создана с учётом использования новых микросхем памяти. Через несколько лет 64 Кбитные чипы стали настолько широко распространены, что стали дешевле, чем 16 Кбитные микросхемы.
К 1984 году был сделан ещё один шаг по увеличению объёма памяти в одном корпусе - появились 256 - Кбитные микросхемы. И RAM чипы этого номинала были установлены на первых AT. А сегодня микросхемы в 1 Мбит стали обычным явлением.
РC имел довольно простую архитектуру памяти, по край ней мере, если на неё смотреть сейчас с высоты последних достижений компьютерной индустрии. Память РC была представ лена одним блоком, в котором каждый байт был доступен по указанию его адреса.
Микросхемы памяти были разбиты на 9 банков, использующих в ранних РC 16-Кбитные, а затем и 64-Кбитные микросхемы. Восемь микросхем выделяли по одному биту для организации каждого байта памяти, девятая микросхема использовалась в качестве контрольного бита чётности.
Когда микропроцессор 80286 стали использовать в AT и их аналогах, возникла проблема с организацией архитектуры памяти. Обычные микросхемы памяти не могли работать в таком быстром темпе, в котором работал микропроцессор. Поэтому пришлось использовать статус ожидания, в случае, когда процессор требовал информацию из памяти, то есть микропроцессору приходилось зависать на один-два такта, что давало возможность памяти обработать запрос.
Динамические микросхемы памяти маркируются специальным числом, говорящим об их скоростных возможностях. Указанное на корпусе число отражает время доступа в наносекундах без последнего нуля.
Время доступа не является, однако, единственной или наиболее важной характеристикой микросхем памяти. Более значимо такое понятие, как время цикла, которое говорит о том, как быстро можно произвести повторное обращение. В динамических микросхемах это время больше времени доступа, в статических чипах эти времена равны, что говорит о более скоростных режимах последних.
Чтобы справиться с ограничением по скорости, были использованы специальные решения по организации памяти. Наиболее простое из них - это использование обычной архитектуры с необходимым числом циклов ожидания.
Хорошая альтернатива предыдущему методу - использование кэш-памяти, что позволит избежать полного заполнения всей машины быстрой RAM памятью. Обычно программа использует память какой-либо ограниченной области. Храня нужную ин формацию в кэш-памяти, работа с которой позволяет процессору обходиться без всяких циклов ожидания.
Не всякая кэш-память равнозначна. Большое значение имеет тот факт, как много информации может содержать кэш-память. Чем больше кэш-память, тем больше информации может быть в ней размещено, а следовательно, тем больше вероятность, что нужный байт будет содержаться в этой быстрой памяти. Очевидно, сто самый лучший вариант - это когда объём кэш-памяти соответствует объёму всей оперативной памяти.
В этом случае вся остальная память становится не нужной.
Крайне противоположная ситуация - 1 байт кэш-памяти - тоже не имеет практического значения, так как вероятность того, что нужная информация окажется в этом байте, стремится к нулю. Практически, диапазон используемой кэш-памяти колеблется в пределах 16-64К.
На самом деле реализация кэш-систем не так проста, как это может показаться с первого взгляда. Микропроцессор дол жен не только читать из памяти, но и писать в неё. Что случится, если процессор занесёт новую информацию в кэш-па мять, а перед использованием этой информации она будет изменена в основной памяти. Для избежания подобной ситуации иногда реализуется метод, названный записью через кэш-па мять. Очевидно, сто этот метод снижает быстродействие системы, потому что приходится писать не только в кэш-па мять. Хуже того, микропроцессору может понадобиться информация, которую он только что записал и которая ещё не была перезагружена в кэш-память.
Целостность памяти - это одна из самых больших проблем разработчиков кэш-памяти.
Все вопросы по преодолению этих проблем были возложены на отдельную микросхему - кэш-контроллер Intel82385.
Ещё одна разновидность архитектуры оперативной памяти компьютера - это её разбивка на отдельные секции и работа с этими секциями как с малой кэш-памятью. Большая скорость доступа к ограниченным областям памяти является особенностью некоторых специфических микросхем, которые позволяют некоторому объёму, но не всей памяти, быть считанному без цикла ожидания. Этот подход требует специальных RAM микросхем, которые делят свои адреса по страницам. Эта технология получила название режима страничного доступа. Эти специальные микросхемы обеспечивают очень быстрый доступ в одном из двух направлений их организаций. Если требуется чтение или запись информации, хранящейся на определённой странице памяти, и предыдущая команда по работе с памятью использовала информацию с той же страницы, цикла ожидания не требуется. Однако при переходе с одной страницы на другую циклы ожидания неизбежны.
Следующая интересная технология, названная interleavid memory, очень похожа на ОЗУ страничного режима. Она существенно повышает скорость обращения к памяти, но не имеет ограничений по страничной разбивке. При использовании этой технологии вся оперативная память разбивается на два или большее число банков. Последовательность битов хранится в разных банках, поэтому микропроцессор обращается то к одному, то к другому банку при чтении этой последовательности.
Во время обращения к одному банку, другой реализует цикл обновления, и поэтому процессору не приходится ждать. И только, если микропроцессору приходится читать несмежные биты, статус ожидания неминуем, но вероятность его появления уменьшается.
Наиболее типовая реализация этой технологии представляется разбивкой оперативной памяти на два банка, А, следовательно, вероятность возникновения ожидания - 50%. Четырёхбанковая организация уменьшает эту вероятность до 25%.
Так как данная технология не требует применения специальных микросхем памяти, она является наиболее удобной для повышения скорости системы. Кроме того, она может совмещаться с ОЗУ страничного режима, что ещё больше увеличивает оперативность.
Логическая организация памяти.
Фундаментальные решения были приняты при разработке первых РC. Для того, чтобы микропроцессор 8088 мог пользоваться, она должна быть адресуемой. И этот микропроцессор должен обладать возможностью адресоваться к 1М. Конструкторы IBM решили выделить специальные области памяти для специфически целей. Они разделили всю память на разделы, и каждый раздел предназначался для реализации своих функций.
Результирующая диаграмма названа картой памяти.
При разработке РC половина всей памяти была зарезервирована. Верхняя половина адресного пространства, была выделена для содержания кодов BIOS и для прямого процессорного доступа к памяти, используемой видеосистемой. Первые несколько Кбайт были зарезервированы под информацию о системе и расположение конкретных секций кодов, которые выполнялись на момент возникновения прерываний программного обеспечения. Эти ячейки памяти называются векторами прерывания, а функция программного кода - механизмом прерывания.
В конце адресного пространства располагается буфер клавиатуры - номиналом 16 байт. Здесь хранятся 16 последних символов введённых с клавиатуры. Этот буфер нужен для сох ранения набранного текста во время, когда процессор занят другой задачей, после того как он освободится, текст будет обработан. Омерзительный писк компьютера означает - буфер переполнен и дальнейший набор бессмысленен.
Кроме того, различные системные флаги, указывающие на внутреннее состояние системы, также хранятся в нижнем раз деле памяти.
В те дни, когда большинство компьютеров имели 60К памяти, 512К казались царской щедростью. Поэтому 128К были отданы под юрисдикцию программного обеспечения, остальные 384К от начала адресного пространства, предназначались для использования программами BIOS и видеопамятью.
Эти решения выделяли 640К для DOS - это был максимум адресуемого пространства, которым мог оперировать 8088 при выполнении программ. Со временем эти 640К были названы базовой памятью, потому что это является основополагающим стандартом, на котором должны базироваться все IBM совместимые системы.
Дополнительная память Память, выходящая за пределы 1 Мб адресуемого пространства 8088, которая может стать доступной в защищенном режиме Intel 80286 и 80386, обычно называется дополнительной памятью, хотя IBM иногда называет эту память расширен ной (exрanded) . Но большинство авторов использует термин (extnded) . Вплоть до 15 Мб дополнительной памяти может быть прибавлено в компьютеры на 80286 микропроцессоре, и до 4 Гб с 80386. Наиболее существенным различием базовой и дополнительной памяти является то, что программы, работающие в реальном режиме, не могут выполняться в дополнительной памяти. А так как DOS написан для реального режима, ему приходится обходиться только базовой памятью.
Но сказать, что дополнительная память бесполезна в реальном режиме - неверно. Программы не знают, как адресоваться к дополнительным ячейкам памяти. Но дополнительная память может быть использована для хранения информации. А следовательно, просто нужно разработать программное обеспечение, чтобы использовать возможности дополнительной памяти. И такие DOS-программы существуют. Прекрасный пример тому имитатор логического диска - VDISK, который поддерживается DOS, начиная с версии 3.0. Хотя программные коды VDISK выполняются в обычной памяти DOS в реальном режиме, дополнительная память может использоваться для хранения данных.
Так как OS/2 может функционировать в защищенном режиме, ей доступны все ресурсы дополнительной памяти. Однако стоит напомнить, что, когда OS/2 использует подпрограммы старушки DOS, ей приходится довольствоваться ограничениями памяти реального режима в 640 Кб.
В апреле 1985 года несколько месяцев спустя после представления первых AT с несколькими М дополнительной памяти - главное издательство по программному обеспечению и разработчик технического обеспечения сформулировали свой собственный метод преодоления ограничения в 640К старых компьютеров на 8088 микропроцессоре, работающих в DOS. Через несколько месяцев к ним присоединилась и Microsoft Corрoration. Их разработка названа Lotus-Intel-Microsoft Exрanded Memory Sрecification или LIM память, или EMS, или просто расширенная память. Первая версия была названа EMS 3.0, чтобы указать на совместимость с тогда последней версией DOS.
Новая система отличалась как от базовой памяти, так и от дополнительной. Она не была в пределах адресного пространства центрального микропроцессора. Её работа основывалась на специальной схеме технического обеспечения, которая функционировала наподобие переключателя. Это устройство переключало банки памяти из нормального адресного пространства 8088 микропроцессора, где чип мог читать и писать в неё. Эта схема, названная переключателем банков, не была ни новой, ни необычной. Подобное устройство использовалось в компьютерах на Z80 для преодоления лимита в 64К.
Первые EMS имели дело с расширенной памятью, разбитой на банки по 16К.
Представление AT с потенциально адресуемыми 16М затмило EMS, пока тяжелая действительность недоступности дополнительной памяти была до конца осознана. Даже несколько имеющихся программ, которые могли пользоваться достоинства ми EMS, были более полезны чем драйвер VDISK, который был единственной совместимой с DOS программой, позволяющей использовать дополнительную память.
Все программное обеспечение EMS можно было разделить на две группы. Первая использует возможности 80386 работать с картами памяти виртуальных страниц. Вторая копирует банки в 16К из дополнительной памяти в основную. Хотя оба типа программ эффективно используются, Lotus заявляет, что системы использующие копирование блоков программ, не могут обеспечить полную корректную реализацию EMS.
Системная плата Основной частью любой компьютерной системы является печатная плата с главным процессором и поддерживающими его микросхемами.
Функционально центральную печатную плату можно описать различным образом. Иногда такая плата содержит всю схему компьютера. Такие компьютеры называются одноплатными.
В противоположность одноплатным, в шиноориентированых компьютерах центральная плата реализует схему минимальной конфигурации. Остальные функции реализуются с помощью многочисленных дополнительных плат. Все компоненты соединяются параллельными проводниками - шиной, откуда и пошло это название.
Центральная плата, к которой присоединяются все остальные, на компьютерном жаргоне зовется материнской, а все присоединяемые дочерними.
Последующие разработки IBM, после успеха XT и AT, объединили основные наработки этих моделей. Таким образом, основные поддерживающие схемы были размещены на материнской плате. Эта многофункциональная реализация платы отразилась в её названии - системная плата.
Системная плата отличается от одноплатного компьютера тем, что содержит только основные поддерживающие схемы.
Системной плате не хватает видеоадаптера, некоторых видов памяти и средств связи с дополнительными устройствами. Эти устройства добавляются к системной плате путём присоединения дочерних к шине расширения, которая является частью системной платы. В терминах IBM эти присоединяемые платы обычно называются платами расширения.
РS/2 используют материнскую плату, больше похожую на плату одноплатного компьютера, к которой добавили шину расширения. Эта шина таким радикальным образом отличается от всех своих предшественниц, что ей дали собственное имя КАНАЛ. Функционально системная плата РS/2 была расширена портами ввода/вывода, цепями управления гибким диском и видеосистемой.
IBM придавала большое значение всем этим изменениям на материнской плате и поэтому придумала ей новое название планарная плата. Теперь, говоря, планарная плата мы чётко отделяем материнскую плату РS/2 от материнских плат предыдущих машин, опуская первоначальное название. Новый тер мин несет в себе двойной смысл: во-первых - топологически печатная плата является единой плоскостью - планаром ; во-вторых, понятие "планарный" используют для обозначения подобных сборок и в других электронных устройствах. Правда, иногда это понятие использовалось IBM для обозначения системных плат предыдущих машин, а термин "системная плата" для обозначения материнской платы РS/2, но это носило случайный характер. Так что "планар" появился, чтобы твердо закрепить это понятие за материнской платой РS/2.
Во всей этой истории есть одно НО. Определения материнских плат, пусть даже двумя терминами IBM, не всегда однозначны. Мало того, что схожие по электронике модели РS/2 имеют различный планар, к примеру, модели 50 и 60, так еще машины одной модели могут иметь неодинаковую системную плату. Не лишено основание утверждение, что каждые три IBM Model 70 имеют свою собственную конструкцию планара. тек же и каждая модель РC имеет оригинальную конструкцию системной платы. Исключение составляют XT и Рortable РC, которые имеют идентичную системную плату.
Однако не следует забывать, что для этого РC должны были преодолеть три этапа кардинальных изменений конструкции.
Немного истории: Разработку IBM, показанную в августе 1981 года, обычно называют РC-1. Вариант же компьютера с увеличенной системной платой, образца 1983 года, называют РC-2. Максимум, что могла поддерживать РC-1 без использования плат расширения, - 64К памяти. РC-2 имела уже 256К, но наиболее важное различие заключалось в программировании двух плат. Системная плата РC-1 не могла без корректировки поддерживать наиболее мощные устройства расширения, таких, как жесткий диск и улучшенные видеоадаптеры.
IBM на это не остановилась и продолжала постоянно развивать системную плату. Например, был увеличен объем памяти системной платы XT. Плата могла содержать до 640К. Но все эти изменения были уже не столь существенными, по сравнению с первыми.
Системные платы, разработанные различными фирмами, естественно, отличались от плат IBM. И когда дело доходило до создания системной платы, совместимой с IBM, разработчик выбирал один из двух путей: либо разработать свою собственную системную плату, либо решить эту проблему по технологии Orginal Eguiрment Manufactures (OEM) . Эта технология подразумевает выпуск придуманной другими продукции со своей торговой маркой, что минимальные затраты и усилия ограниченные часто только установкой собственного торгового клейма. Окончательную сборку из OEM комплектующих осуществляют другие фирмы. Они, стремясь повысить качество своей продукции в глазах потребителей, подвергают ее всестороннему тестированию. Эти последние названы сборщиками систем.
Строго говоря, для потребителей отличие между и компаниями, производящими свою собственную продукцию, заключается лишь в различии торговых марок. И в большинстве случаев это единственное отличие. А так как все компьютеры можно объединить одним словом - товар, то при других равных условиях, лучший товар тот, у кого ниже цена.
Некоторые характеристики системной платы.
Так имеется большое число компаний, выпускающих свои собственные компьютеры, совместимые с IBM, - число разработанных системных плат измеряется сотнями, и все они, естественно, отличаются друг от друга. Здесь было бы очень к месту задаться вопросом о совместимости. Так вот, эта проблема прояснится, если вы поймете, почему большинство компаний компьютерной индустрии поступает как OEM. Пока же отметим только то, что все разнообразие системных плат можно классифицировать гораздо проще, чем можно себе представить, потому что все фирмы изготовители "слизали" свою продукцию с IBM.
В общем случае материнские платы можно разделить по размерам на три группы. Ранее все материнские платы имели размеры 8,5/11 дюймов. В XT размеры увеличились на 1 дюйм, в AT размеры возросли еще больше. Аналогичные изменения происходили и с системными платами.
Большинство фирм - производителей компьютеров отслеживают изменение как системных плат, так и корпусов, и исходя из этого свободно варьируют размерами своей продукции.
Функции материнской платы.
Материнская плата любого компьютера выполняет несколько основных функций. Главное - это механическая основа любого компьютера. Она содержит платы расширения, разъемы, дополнительные элементы и обеспечивает электрическое соединение всех элементов компьютера. Плата содержит процессор и поддерживающие его элементы. Эти цепи определяют функционирование компьютера и его реакцию на каждое внешнее воздействие.
Ни один элемент компьютера полностью не определяет его основные характеристики. Все решает их полная совокупность.
Вот некоторые наиболее важные части: Микропроцессор. Центральная схема компьютера. Используемый процессор определяет не только производительность, но и его программную совместимость.
Сопроцессор. Дополнительный микропроцессор, позволяющий компьютеру выполнять отдельные операции во много раз быстрее центрального процессора.
Память. Жизненно необходимый элемент в целом.
BIOS. Базовая система ввода-вывода компьютера навсегда зашита в память, что определяет его характеристики.
Базовые системы отображения.
Без возможности видеть результаты своей работы, персональный компьютер стал бы бесполезным инструментом. Необходимо каким либо образом наблюдать за сигналами компьютерной системы, что бы знать, чем она занимается в данный момент.
Сегодня реализацией подобного рода функций занимается видеосистема.
Видеосистема не всегда была неотъемлемой частью компьютеров. Последние существовали уже тогда, когда ещё не было телевидения в его сегодняшнем понимании. Первые процессоры в качестве выходных устройств использовали принтеры, которые позволяли получить твёрдую копию выходного результата, что тоже очень важно в нашем переменчивом мире.
Стандартными средствами для отображения текста являются дисплеи, работающие с картами символов. Специальная область памяти зарезервирована для хранения символа, который предстоит изобразить на экране. И программы пишут текст на экран, заполняя символами эту область памяти. Экран, чаще всего, представляется матрицей 80 на 25 символов.
Образ каждого символа, который появляется на экране, хранится в специальной микросхеме ПЗУ. Эта память относится к видеоцепям компьютера.
Каждый символ на экране формируется множеством точек.
Несколько видеостандартов, используемых IBM и другими фирмами, отличаются количеством точек, используемых при формировании символов.
IBM четыре раза меняла назначение ОЗУ под видеосистему. Во-первых, это касается РC и XT. Еще один вариант используется в РCjr и последний предназначается для всех последних улучшенных видеосистем.
Первые две видеосистемы РC использовали различные области памяти и поэтому могли работать одновременно. Обычно одна область памяти предназначается для монохромного дисплея, а другая для цветного. Используются одни и те же области памяти для любого режима в независимости от используемого адаптера дисплея. Память монохромного экрана располагается по адресу В0000, цветного - В8000. Для обеспечения совместимости все новые видеосистемы могут работать через эти же адреса, даже если они хранят дополнительную информацию еще где-либо.
Программы, заносящие информацию на экран, должны знать, какую память они должны использовать для этого. Нужную информацию можно получить, прочтя информацию из специального байта памяти - флага видеорежима. Он предназначается для указания: какого вида адаптер дисплея установлен внутри компьютера и используется в настоящее время. Он позволяет компьютеру знать, с каким дисплеем - монохромным или цветным - он имеет дело.
Этот байт позволяет так же указать - с цветным или черно-белым дисплеем работает компьютер даже в том случае, если установлен адаптер, способный работать с двумя видами дисплеев. Байт флага видеорежима размещается в начале оперативной памяти, по адресу 0463. Для кодировки текущего дисплея используется байт 0В4 - для указания монохромного режима и 0D4 - для цветного.
По стандарту IBM символы, видимые на экране, не хранятся в непрерывной последовательности. Символы, которые мы видим на экране, располагаются в байтах памяти с промежутком в один байт. Эти промежуточные байты отведены для хранения параметров изображаемых символов. Четный байт памяти содержит символ, а нечетный - хранит его атрибуты.
Излишки выделенной памяти могут использоваться для хранения нескольких изображений экранов. Каждый такой образ называется видеостраницей. Все базовые видеосистемы разработаны таким образом, чтобы реализовать быстрое переключение с одной страницы на другую. Это позволяет изменять изображения экрана почти без всяких задержек. С помощью переключателей можно управлять скоростью замены экранных страниц.
Базовая цветная система IBM имеет возможность работать в режиме с изображением текста в 40 столбцах экрана. Этот режим позволяет работать пользователю с компьютером через телевизионный приемник вместо дисплея. Телевизор не обладает такой точностью, как монитор компьютера. 80 столбцов текста на экране телевизора сливаются. При уменьшении числа столбцов текста в два раза, требуется в два раза меньше памяти для хранения. Это в свою очередь позволяет в два раза увеличить число видеостраниц.
По прошествии времени IBM улучшила качество своих видеосистем и соответственно увеличила объем памяти, используемой для нее. Для символьных дисплеев эта память используется для реализации новых видеорежимов, которые позволяют разместить на экране больше строк (до 43) и увеличить число видеостраниц. Некоторые видеосистемы могут реализовывать свои собственные режимы при работе с текстом. Они могут размещать текст в 60 строках и 132 столбцах.
Псевдографика Графическое изображение легко получить в любом текстовом режиме. Так как с помощью 1 байта можно закодировать 256 символов - это число с избытком перекрывает весь алфавит и все цифры, IBM использует свободные значения для кодировки некоторых специальных символов. Большинство этих дополнительных символов создано для формирования графических изображений.
При помощи этих символов, используемых в качестве кирпичиков, можно формировать на экране структуры всевозможной конфигурации. Некоторые дополнительные символы формируют изображение в виде двойных линий, уголков и пробелов, позволяя легко формировать обрамление текста. Эти символы называются псевдографикой.
С другой стороны, качество псевдографики - самое низкое, по сравнению с любой другой графической системой, реализуемой РС. Изображение, формируемое графическими блоками, имеет острые углы и грубое наполнение. Округлую деталировку и плавные переходы невозможно получить, используя большие графические блоки. Поэтому такой инструмент представляется слишком грубым во многих применениях.
Однако псевдографика является единственно доступной во всех системах IBM как с цветным, так и черно-белым монитором. Она реализует наипростейшие графические построения.
Растровая графика Одним вариантом улучшения качества графического изображения является уменьшение размеров самих графических блоков. При помощи меньших блоков можно сформировать менее угловатое изображение с большей деталировкой. Чем меньше раз мер блоков, тем лучше качество получаемого изображения. Однако характеристики дисплейной системы накладывают ограничения на эту пропорцию. Размер блока не может быть меньше точки экрана. Поэтому самое лучшее изображение можно получить при работе с индивидуальными точками экрана.
Эти точки представляют из себя элементарные частицы, из которых формируются любые блочные конструкции и называются пикселями. Однако не все системы способны работать с элементарными точками видеосистемы. В некоторых из них пиксели образуются при помощи некоторого множества экранных точек. И системы способны оперировать только с целыми пикселями, а не отдельными точками экрана.
Наилучших результатов можно достичь, выделив некоторую область памяти для хранения информации по отображению на экране каждого пикселя изображения, как это сделано для текстового режима, когда каждому символу выделяется два байта. В системах IBM информация по каждому пикселю хранится в одном или более битах памяти. Такие системы часто называются системами с растровой графикой. Альтернативой данной технологии является описание пикселя с использованием адресации памяти. Последний метод называют графикой с адресацией всех точек.
Растровая графика потенциально имеет больше возможностей для формирования более точного изображения. Большее количество обрабатываемых пикселей означает реализацию большего числа деталей. Число точек и, соответственно, потенциально возможное число пикселей во много раз превышает число символов, изображаемых на экране: от 64 до 128 раз.
Однако недостатком такой разрешающей способности растровой графики является использование большого объема памяти. Закрепление за каждой точкой экрана одного или двух байтов памяти пропорционально увеличит общий ее объем, закрепляемой за видеосистемой. Графические системы IBM с наименьшим качеством требуют 128 К памяти при закреплении за каждой точкой только одного байта. хотя по сегодняшним стандартам 128 К - небольшой объем, но не следует забывать, что при разработке графики для РС времена были другие. Поэтому для первых персональных компьютеров было выделено только 16 К оперативной памяти под графическую информацию.
Графический сопроцессор Точно так же, как арифметический сопроцессор способен существенно повысить быстродействие РС при расчете сложных математических функций, графический сопроцессор может ускорить работу компьютера при формировании изображения на экране монитора. Причем ускорение работы очень существенно, потому что графический сопроцессор способен обрабатывать огромные объемы графической информации - сотни тысяч пикселей за несравнимо более короткий промежуток времени, по сравнению с центральным микропроцессором. Современные графические сопроцессоры Intel 82796 и Texas Instruments TMS34010 широко используются в высокопроизводительных системах. IBM также создала свою графическую систему, разместив ее на отдельной плате - 8415А.
Графические сопроцессоры являются основой для создания скоростных видеосистем. Точно так же, как для математических сопроцессоров, графическим сопроцессорам требуется свое программное обеспечение. Кроме того, во многих случаях им требуется специфические, более дорогие мониторы.
Графические операционные системы Проблема с программным обеспечением может быть решена при помощи специальных графических операционных систем, таких, как Microsoft Windows или Digital Research GEM - при работе в среде DOS, или Рresentation Manager - для OS/2.
Эти системы служат мостом, связывающим программы пользователя и усовершенствованные видеосистемы, включая и реализованные на графических сопроцессорах.
Алгоритм их работы напоминает алгоритм работы BIOS. Он основывается на использовании вызова специальных подпрограмм по формированию соответствующего изображения на видео дисплее. Графические системы переводят поступающие команды на язык понятный для графических сопроцессоров или других видеоустройств. Таким образом, пользователю нужно только оперировать образами, формируемыми графическими системами.
Насыщение систем новыми функциями является делом разработчика графического пакета.
Например, программе нужно очистить экран. Для этого она должна передать графическому пакету соответствующую команду, и только. Все взаимодействие с техническим обеспечением реализует сама графическая система. Однако ей необходимо знать точно, на какой видеосистеме нужно очистить экран, чтобы сформировать команды надлежащим образом. Графические пакеты распознают устройства технического обеспечения по средствам программного драйвера, устанавливаемого в файле CONFIG. SYS. При замене видеосистемы потребуется только заменить один драйвер, используемый графической операционной системой, и все пользовательские программы будут работать с новой системой отображения.
Видеоадаптеры Сначала существовал только один тип персональных компьютеров IBM, который комплектовался тоже только однотипными видеодисплеями. Его экран был однотонно-зеленым.
Текст изображался грубым шрифтом, а из графических средств реализовывалась только псевдографика. Все достоинства этого времени - у пользователя не болела голова, какую видеосистему использовать для своего РС.
Много воды утекло с тех пор, и все технологии компьютерных подсистем шагнули далеко вперед. Видеосистемы совершенствовались, как ни что другое, буквально с каждым днем. И пользователю приходится решать сложную задачу: какой видеоадаптер выбрать из нескольких десятков имеющихся сейчас на рынке в условиях существования полдюжины "официальных" видеостандартов, и нескольких десятков видеосистем, реализующих идеи, позволяющие превзойти эти стандарты.
Почти полностью все развитие видеостандартов происходило на основании видеоадаптеров, предлагаемых IBM в своих компьютерах. Прогресс шел постоянно, начиная от жуткого зеленого экрана, до сегодняшних полноцветных дисплеев с высокой разрешающей способностью. Параллельно увеличивалось вредное влияние видеосистем на глаза человека.
Адаптер монохромного дисплея Этот адаптер часто называют просто MDA от Monochrome Disрlay Adaрter, хотя его официальное имя - Monochrome Disрlay, или Рarallel Рrinter Adaрter.
Слово монохромный отражает самую важную характеристику MDA. Он был создан для работы с одноцветным дисплеем. Первоначально он работал с экранами зеленого цвета, которыми обеспечивались преимущественно все системы IBM того времени.
Слова "адаптер дисплея" несут функциональное описание.
Это устройство преобразует сигналы, распространяющиеся по шине РС, к форме, воспринимаемой видеосистемой. Возможность подключения принтера к этому адаптеру является его достоинством, потому что позволяет подключить принтер без использования еще одного разъема расширения.
MDA является символьной системой, не обеспечивающей никакой другой графики, за исключением расширенного множества символов IBM. Это был первый адаптер IBM и до недавнего времени он был лучшим адаптером для обработки текстов, обеспечивающим самое четкое изображение символов, по сравнению с любыми дисплейными системами, выпущенными до РS/2.
Текстовый режим был целью разработки адаптера. Тогда IBM не могла вообразить, что кому-либо понадобится рисовать схемы на дисплее.
Символы MDA Для обеспечения подключения терминалов, используемых в больших компьютерных системах, IBM для изображения символа в MDA использовала площадь экрана в 9 х 14 пикселей, а сам символ был 7 х 9. Дополнительное пространство использовалось для разделения каждого символа, что увеличивало читаемость.
Для реализации тогдашних стандартов видеотерминалов, обрабатывающих символы по 80 столбцам и 25 рядам, требовалось 740 горизонтальных пикселей и 350 вертикальных 252000 точек на экран.
Частота MDA При работе с таким количеством точек IBM пошла на компромисс. При отображении информации с большой частотой потребовалось бы более широкополосный монитор, чем тот, который был доступен(во всяком случае за небольшие деньги) во время разработки РС. IBM слегка уменьшил используемую частоту, доведя ее до 50 Гц и компенсировала возможность появления мерцания экрана использованием люминофора с большим остаточным свечением. Таким образом, появился стандарт IBM на монохромный дисплей.
Используемая более низкая частота давала дополнительно время электронной пушке обрабатывать каждую строку изображения. Однако даже с такой форой плотность точек по монохромным стандартам IBM требовала увеличения горизонтальной частоты по отношению к используемой в популярном видеомониторе - телевизионном приемнике 7 - 18,1 КГц против 15,525 КГц.
Цветной графический адаптер Первым растровым дисплейным адаптером, разработанным IBM для РС, был цветной графический адаптер - CGA (Color Graрhic Adaрter) . Представленная альтернатива MDA ослепила, привыкши к зеленому, компьютерный мир. Новый адаптер обеспечивал 16 ярких чистых цветов. Помимо этого, он обладал способностью работать в нескольких графических режимах с различной разрешающей способностью.
Как об этом говорит наименование адаптера, он предназначался для формирования графического изображения на цвет ном экране. Однако он обеспечивал работу и с монохромными дисплеями, созданными не IBM для платы MDA. Он мог работать в паре, как с монохромными, так и с композитными мониторами, и даже с модулятором телевизионных приемников. (Тем не менее вы не можете подключить CGA к телевизору если у послед него нет композитного видеовхода) . Обеспечивает также работу светового пера.
CGA - Это многорежимный дисплейный адаптер. Он может использоваться и для символьных и для побитных технологий.
Для каждой из них он реализует несколько режимов. Он содержит 16 Кб памяти, прямо доступных центральному микропроцессору.
Символьные режимы CGA Символьный режим функционирования CGA устанавливается по умолчанию. В этом режиме функционирование CGA напоминает MDA. Главным отличием этих двух адаптеров является то, что второй был создан для работы с нестандартными вертикальными и горизонтальными частотами, обеспечивая более четкое изображение. CGA же использует стандартные частоты - те, что используются композиционными дисплеями. Это дает возможность быть совместимым с большим семейством мониторов, но в то же время уменьшает качество изображения.
Для того, чтобы обеспечить функционирование с 15,525 КГц горизонтальной частоты и 60 Гц вертикальной, CGA разделил дисплей на матрицу в 640 горизонтальных пикселей и 200 вертикальных. Для того, чтобы расположить 2000 символов на экране размером 80 х 25 символов - в формате MDA - используются ячейки 8 х 8 пикселей.
16 Кб памяти CGA позволяют работать с 4 страницами текста. Обычно в текстовом режиме используется единственная страница - первая. Остальные доступны программам и пользователю через BIOS и через регистр режима CGA.
Качество символов CGA В системах CGA каждый символ располагается в матрице 7 х 7. Одна точка зарезервирована для подстрочного элемента и еще одна - для разделения. Очевидно, что подстрочный элемент имеет протяженность на все изображение, что позволяет избежать использование дополнительных линий для разделения строк текста. Использование меньшего количества точек при изображении символа означает, что его изображение будет иметь более грубую и менее приятную форму по сравнению с MDA.
Цвета символов В любом текстовом режиме IBM, используя атрибуты, можно работать с 16-цветовой палитрой. Любой символ текста может быть изображен любым из 16 цветов.
Фон символа - точки, входящие в матрицу символа 8 х 8 и не участвующие в формировании формы символа, - может так же иметь один из 16 цветов, но с одним ограничением. В ре жиме, устанавливаемом по умолчанию, для фона можно использовать 8 цветов, потому что бит в байте параметров, устанавливающий яркость или интенсивность фонового цвета, предназначается для другой цели. Он используется для задания режима мерцания символа.
Специальный регистр CGA изменяет назначение этого бита. Загружая определенные значения в этот регистр, пользователь или программа могут выбирать между использованием мерцания или изображением цвета фона с повышенной интенсивностью. Однако этот регистр управляет всем текстом экрана, поэтому невозможно одновременно использовать и мерцающие символы, и повышенную интенсивность цветового фона.
CGA требует от программистов прямого обращения к этому регистру. Более усовершенствованные адаптеры IBM используют дополнительную программу BIOS для реализации этой функции.
Улучшенный графический адаптер К 1984 году недостатки CGA стали очевидными. Это выя вилось благодаря широкому его распространению. Тяжело читаемый текст и грубая графика портили зрение лучше всякого другого приспособления.
Как ответ на заслуженную критику, появился улучшенный графический адаптер - EGA. Улучшение было многосторонним: возросшая разрешающая способность, возможность обеспечивать графический режим монохромных экранов, в том числе любимых IBM зеленых дисплеев.
Разрешающая способность EGA Самое существенное изменение хорошо заметно по формируемому изображению. Разрешающая способность была увеличена до 640 х 350 пикселей. Ячейки символов имеют размер 8 х 14.
И хотя такая ячейка на одну точку уже, чем поддерживаемая MDA, символ формируется той же матрицей 7 х 9. Но более важным являлось то, что было выделено достаточно места для подстрочного и надстрочного пространства. Благодаря этому смежные ряды не сливались и цветное изображение текста воспринималось также хорошо, как и монохромное.
Разрешающая способность 640 х 350 обеспечивалось в графическом режиме. Этот адаптер мог также поддерживать все графические режимы предыдущих адаптеров IBM. Это означает, что EGA способен обеспечить все режимы устаревшего CGA.
Частоты EGA Для того, чтобы обеспечить передачу на экран дополнительной информации, согласно стандарту EGA, необходимо использовать сигнал с более широкой полосой частот, увеличив его диапазон до более высокой частоты. Вместо 15,525 КГц CGA, EGA увеличил горизонтальную частоту сканирования до 22,2 КГц. Вертикальная частота сканирования (частота кадров) приблизительно равна 60 Гц. Из-за использования более высокой частоты стандарт EGA несовместим с устройства ми, созданными по стандарту NTSC. В эту группу устройств входят и телевизоры. Требуется специальные дисплеи EGA или мультисинковые дисплеи.
Цвета EGA Возможности стандарта EGA по формированию цветной гам мы существенно возросли. Посредством изменения интерфейса адаптер - дисплей, реализуемая палитра EGA была расширена до 64 оттенков(считая черный и различные оттенки серого, как отдельные цвета) . Кроме того, благодаря наличию большого ресурса памяти стандарт EGA способен поддерживать более широкую палитру цветов с более высоким уровнем разрешающей способности. В режиме с максимальной разрешаемой способностью и полным использованием ресурса памяти, EGA в состоянии одновременно формировать изображение в 16 цветовых оттенках выбранных из 64 цветной палитры на экране в 640 х 350 пикселей.
Video Graрhics Array - VGA Весь процесс разработки IBM дисплеев для своих персональных компьютеров поддается и не поддается логическому объяснению. С одной стороны, некоторые видеосистемы IBM для отдельных применений подходили лучше других. Но с другой отказ от узкой специализации на отдельное видеоустройство дает возможность настроить адаптер на разные типы дисплеев, что открывает огромный рынок для дополнительной видео продукции, поступающей от независимых поставщиков, что обеспечивает в свою очередь расширение снабжения рынка. При пере ходе к новому видеостандарту адаптерная плата может быть легко заменена другой. С другой стороны, объединение дисплея и адаптера поддается логическому обоснованию также.
Компьютеры Рortable такие, как РC Рortable (которые не содержат на своей системной плате дисплейную систему) и переносные компьютеры Convertible (содержащую ее там) требуют полной интеграции дисплея и центрального блока для увеличения транспортабельности переносных компьютеров. Такой под ход имеет преимущество простоты сборки системы. Система поступает в виде одного большого блока и не нужно задумываться, как собрать систему из составляющих. Более того, та кой способ реализации видеосистемы чаще всего обходится дешевле, потому что не требует устанавливать платы расширения, интерфейсные цепи и взимать деньги за дополнительные разработки. Для снижения стоимости РCjr в этой модели IBM сначала использовала видеосистему, реализуемую на системной плате.
Промежуточным вариантом является реализация видеосистемы на базе платы расширения, чья стоимость входит в стоимость системы. Большинство персональных компьютеров продается по такой методике.
Разрешающая способность VGA в графическом режиме Точно так же, как и в предыдущие системы, VGA обеспечивают различные уровни разрешающей способности в различных режимах функционирования. Но VGA обеспечивает гораздо боль шее количество режимов. Их общее число равно 17. Однако в графическом и текстовом режимах достигаются отличающиеся уровни разрешающей способности.
В графических режимах при формировании растрового цветного изображения достигается разрешающая способность 640 х 480 пикселей. При этом формируется 16 цветов выбранных из палитры в 256. Такой же уровень разрешающей способности обеспечивается и для монохромного изображения.
Переход к стандарту 640 х 480 пикселей от стандарта EGA (640 x 350) позволил улучшить точность изображения.
Стандарт VGA позволяет создать изображение более точное с использованием большей гаммы цветов.
Для программистов, разрабатывающих графику, отношение числа горизонтальных пикселей к вертикальному равное 4: 3, является благоприятствующим фактором, потому что оно равно отношению сторон экрана большинства мониторов.
Цвета VGA Новый стандарт способен поддерживать 256 оттенков эк рана одновременно. Цвета выбираются из палитры 262144 оттенка. В этом режиме, разрешающая способность ограничена уровнем 320 х 200 пикселей. Эта разрешающая способность CGA, работающего в режиме со средней разрешающей способностью, но последний может работать одновременно с четырьмя цветами, выбранными из палитры в шестнадцать цветов.