Сборник задач по физике Электромагнитное поле Вещество в электростатическом поле Электромагнитное взаимодействие Элементы квантовой механики Молекулярные спектры Электропроводность Ядерная физика

Архитектура персонального компьютера

Конструктивно память DRAM состоит из "ячеек" размером в 1 или 4 бит, в каждой из которых можно хранить определённый объём данных. Совокупность "ячеек" такой памяти образуют условный "прямоугольник", состоящий из определённого количества строк и столбцов. Один такой "прямоугольник" называется страницей, а совокупность страниц называется банком. Весь набор "ячеек" условно делится на несколько областей.

Компьютеры AT

IBM объявила о начале производства персональных компьютеров AT (Advanced Technology) 14 августа 1984 г. Они во многом отличались от ранее выпускавшихся систем IBM: их производительность была существенно увв; личена за счет установки усовершенствованного 16-разрядного процессора, дисковода для дискет высокой  плотности (HD — High Density) и жесткого диска, расширения пространства памяти и использования усовершенствованного сопроцессора. Несмотря на такое количество нововведений, IBM AT остался совместимым с большинством из существовавших тогда аппаратных и программных средств, разработанных для компьютеров предыдущих поколений.

В большинстве случаев при выполнении одних и тех же прикладных программ под управлением DOS производительность IBM AT была в 3-5 раз выше, чем у IBM XT. Увеличение производительности было достигнуто за счет уменьшения количества машинных циклов, затрачиваемых на выполнение отдельных команд в процессоре 80286, увеличения тактовой частоты системы, 16-разрядной организации памяти и использования более быстродействующего жесткого диска и контроллера.

Системный блок AT выпускался в нескольких модификациях. В базовой модели 068 устанавливался только дисковод для дискет HD емкостью 1,2 М, остальные комплектовались еще и жесткими дисками. Компьютеры были построены на основе высокопроизводительного по тем временам 16-разрядного процессора 80286, и во всех вариантах в них предусматривались: встроенный в системное ПЗУ интерпретатор Бейсика, КМОП часы с календарем и резервным питанием от батареи, а также замок для отключения клавиатуры. В базовой модели объем основной памяти составлял 256 К, а в усовершенствованных — 512 К. Кроме того, в усовершенствованных моделях устанавливались жесткие диски емкостью 20 или 30 М и адаптеры последовательных и параллельных портов. Все компьютеры можно было расширять за счет добавления различных дополнительных устройств. Например, объем памяти в базовой модели можно было увеличить до 512 К, установив на системную плату дополнительные микросхемы. Кроме того, во всех моделях ее можно было расширить до 16 М с помощью дополнительных плат памяти.

Помимо стандартных накопителей, устанавливавшихся в компьютеры при их сборке, IBM отдельно выпускала два варианта жестких дисков с емкостями 30 и 20 М, предназначенных специально для модернизации AT, а также дисководы для дискет трех различных типов: дополнительные накопители емкостью 1,2 М и 320/360 К и новый дисковод для дискет формата 3,5" емкостью 720 К. В BIOS первых моделей AT 068 и 099 не была предусмотрена установка накопителей последнего из перечисленных типов; чтобы заставить его работать, нужно загружать специальный драйвер (DRIVER.SYS, входящий в состав DOS). Более современные модели AT комплектуются дисководами для дискет формата 3,5" емкостью 1,44 М, однако сама IBM никогда не выпускала таких накопителей.

В системном блоке могут быть установлены два дисковода для дискет и один жесткий диск (или один дисковод и два жестких диска). Для нормальной работы накопителей HD формата 5,25" нужны соответствующие дискеты — двусторонние, с большой коэрцитивной силой магнитного слоя и программным разбиением на секторы (soft-sectored). Ширина дорожки записи в дисководах HD не соответствует той, что формируется в накопителях двойной плотности (DD — Double Density) емкостью 360 К. Поэтому для обеспечения совместимости AT со стандартными системами PC и XT в них можно устанавливать дополнительные дисководы DD (для дискет емкостью 320/360 К). Но вы вполне можете обойтись и одним дисководом HD для считывания и записи дискет емкостью 360 К, если будете представлять себе, как происходит запись данных и использовать соответствующие методы. Чтобы перенести данные из компьютера с дисководом HD в систему с накопителем емкостью 360 К, единственное, что вам нужно сделать — это взять чистую (ранее не форматировавшуюся) дискету DD и отформатировать ее в дисководе HD, причем дальнейшую запись данных на нее можно производить только в таких накопителях. Более подробно об этом говорится в гл. 13. Фирма IBM, однако, советует для обеспечения полной совместимости все же устанавливать в AT дисководы для дискет емкостью 360 К.

На рис. 21.8 приведен внешний вид Portable PC со снятой крышкой.

Технические характеристики Portable PC В этом разделе приведены технические характеристики Portable PC.

В один 16-разрядный слот во всех моделях установлен контроллер накопителей на жестких и гибких дисках. В клавиатуре установлены индикаторы режимов и улучшена раскладка клавишей, что сделало ее более удобной.

Особенности отдельных моделей AT С момента появления компьютеров AT было выпущено несколько их моделей. Некоторые пользователи были очень недовольны тем, что фирма IBM ввела контрольтактовой частоты процессора, лишив их тем самым возможности ее изменять. Новые системы с тактовой частотой 8 МГц выпускались только в улучшенной конфигурации, т.е. со стандартным жестким диском емкостью 30 М. Рис. 21.12. Расположение элементов на системной плате AT типа 2.

Последовательные порты RS232C Используемая микросхема АСПП (UART).Таблица 21.7. Номера системных блоков IBM AT и дополнительных устройств по каталогу фирмы IBM.

Если некоторый блок основной памяти может располагаться на ограниченном множестве мест в кэш-памяти, то кэш называется множественно-ассоциативным (set associative). Обычно множество представляет собой группу из двух или большего числа блоков в кэше. Если множество состоит из n блоков, то такое размещение называется множественно-ассоциативным с n каналами (n-way set associative). Для размещения блока прежде всего необходимо определить множество. Множество определяется младшими разрядами адреса блока памяти (индексом):

(адрес множества кэш-памяти) =

(адрес блока основной памяти) mod (число множеств в кэш-памяти)

Далее, блок может размещаться на любом месте данного множества.

Диапазон возможных организаций кэш-памяти очень широк: кэш-память с прямым отображением есть просто одноканальная множественно-ассоциативная кэш-память, а полностью ассоциативная кэш-память с m блоками может быть названа m-канальной множественно-ассоциативной. В современных процессорах как правило используется либо кэш-память с прямым отображением, либо двух- (четырех-) канальная множественно-ассоциативная кэш-память.

2. Как найти блок, находящийся в кэш-памяти?

У каждого блока в кэш-памяти имеется адресный тег, указывающий, какой блок в основной памяти данный блок кэш-памяти представляет. Эти теги обычно одновременно сравниваются с выработанным процессором адресом блока памяти.

Кроме того, необходим способ определения того, что блок кэш-памяти содержит достоверную или пригодную для использования информацию. Наиболее общим способом решения этой проблемы является добавление к тегу так называемого бита достоверности (valid bit).

Адресация множественно-ассоциативной кэш-памяти осуществляется путем деления адреса, поступающего из процессора, на три части: поле смещения используется для выбора байта внутри блока кэш-памяти, поле индекса определяет номер множества, а поле тега используется для сравнения. Если общий размер кэш-памяти зафиксировать, то увеличение степени ассоциативности приводит к увеличению количества блоков в множестве, при этом уменьшается размер индекса и увеличивается размер тега.

Существует два подхода к конструированию процессоров. Первый состоит в том, чтобы придумать как можно больше разных команд и предусмотреть как можно больше разных режимов адресации. Процессоры такого типа называются CISC-процессорами, от слов Сomplex Instruction Set Computers. Это, в частности, Intel 80x86 и Motorola 68000. Противоположный подход состоит в том, чтобы реализовать лишь минимальное множество команд и режимов адресации, процессоры такого типа называются RISC-процессорами, от слов Reduced Instruction Set Computers. Примеры RISC-процессоров: DEC Alpha, Power PC, Intel Itanium.

На главную