Архитектура персонального компьютера

Рассматривая персональный компьютер в общем виде, его внутреннюю организацию можно представить так,
как это показано на Рис. 2.2.

Рис. 2.2. Блок-схема основных устройств компьютера

Оперативная память - набор из нескольких микросхем, в которых хранятся команды программы и данные, которые эта программа обрабатывает. С точки зрения организации вычислительного процесса, оперативная память представляет собой множество восьмиразрядных ячеек для хранения информации, за каждой ячейкой закреплён индивидуальный адрес.

Шина в упрощённом виде представляет собой группу проводников, которая является магистралью передачи данных между внешними устройствами и ядром компьютера- процессором и памятью.

Постоянная память (ROM- Read Only Memory) – это устанавливаемая на материнской плате микросхема памяти, отличающаяся тем, что сохраняет своё содержимое при выключении питания компьютера. Информация в ROM записывается изготовителем и не должна меняться без необходимости. На современных системных платах содержимое ROM можно обновлять с помощью специальных программ. Это требует от пользователя определённой квалификации и ясного понимания причин и последствий такой операции. Микросхема ROM содержит несколько основных модулей:

• Базовую систему ввода/вывода (Basic Input/Output System - BIOS). Она представляет собой набор программ и обработчиков прерываний, используемых для управления основными устройствами компьютера. BIOS участвует в выводе на экране компьютера символов и графики, записи и чтении данных с магнитных дисков, печати принтера, передаче файлов через модем и в выполнении многих других важных задач;
• Программу первоначального тестирования компьютера (Power-On Self Test - POST). Эта программа начинает работать сразу после включения питания компьютера или нажатия кнопки Reset, перезагружающей операционную систему. POST проверяет все подсистемы компьютера. В случае обнаружения неисправности, не позволяющей продолжить работу, процедура POST выдаёт через динамик компьютера серию звуковых сигналов и отображает на экране соответствующее сообщение. По количеству прозвучавших звуковых сигналов можно определить причину ошибки. Звуковое сопровождение для сообщений выдается на случай, если не работает видеоадаптер или к компьютеру не подключен монитор.
• Программу первоначальной загрузки компьютера. Программа первоначальной загрузки получает управление после успешного завершения тестов POST и делает первый шаг для загрузки операционной системы. Она считывает с жесткого или гибкого диска программу начальной загрузки операционной системы, записанную в загрузочном секторе диска, и передает ей управление;
• Программу Setup. Эта программа может быть запущена по желанию пользователя в момент загрузки компьютера и предназначается для просмотра и настройки конфигурации компьютера. Программа Setup является частью ROM, но информация о настройках хранится отдельно в микросхеме CMOS-памяти, также установленной на системной плате компьютера. Чтобы содержимое CMOS-памяти, подобно ROM, не пропадало при выключении компьютера, она питается от маленькой батарейки. CMOS- это название технологии изготовления микросхем с малым энергопотреблением. В данном случае это необходимо, чтобы батарейка подпитки долго не истощалась. Так случилось, что название технологии изготовления микросхем перешло и на содержимое микросхемы, хранящей настройки компьютера;
• В микросхему ROM также могут быть записаны различные вспомогательные программы. Например, программа для автоматического определения конфигурации жестких магнитных дисков, программа термоконтроля микросхем процессора и чипсета и пр.

При работе под Windows 9х BIOS управляет основными устройствами, при работе под Windows NT/2000/XP BIOS практически не используется, выполняя лишь начальную проверку и настройку. Контроллеры (управляющие схемы) некоторых высокопроизводительных внешних устройств (дисков и портов, сетевых карт и т.п.) имеют собственные BIOS в отдельных микросхемах ROM. Например, собственные BIOS имеют контроллеры жёстких дисков интерфейса SCSI.

Часы реального времени и таймер-счетчик — это устройства для внутреннего контроля времени и даты, а также для программной выдержки временных интервалов, программного задания частоты и т.д.

Системные устройства ввода/вывода — это те устройства, которые необходимы для работы компьютера и взаимодействия со стандартными внешними устройствами. Они могут быть выполнены на материнской плате, а могут располагаться на платах расширения.

Платы расширения устанавливаются в слоты (разъемы) системной платы и могут содержать оперативную память и устройства ввода/вывода.

Для упрощения соединения устройств персонального компьютера, они изготавливаются в виде отдельных модулей- печатных плат. На основной плате компьютера- материнской (системной) плате обычно располагаются микропроцессор, тактовый генератор (генератор тактовых импульсов), микросхема ROM, набор микросхем системной логики (чипсет). Часть схем, управляющих внешними устройствами компьютера (контроллеры и адаптеры), а также микросхемы оперативной памяти находятся на отдельных печатных платах, которые вставляются в унифицированные разъёмы (слоты) на материнской плате. Через эти разъёмы дополнительные модули подключаются непосредственно к шине. Если на материнской плате есть свободные разъёмы, то существует возможность подключить к компьютеру дополнительные устройства. Система построения компьютера в виде набора печатных плат- электронных модулей позволяет удобно наращивать мощность компьютера и менять конфигурацию внешних устройств.