Системний блок

Як ми вже казали ранiше, системний блок мiстить всi основнi компоненти електронiки ПК. Розглянемо їх бiльш докладно.

Блок живлення. Вiн перетворює змiнний електричний струм у постiйний, забезпечуючи чотири стабiлiзованих напруги: +12В, –12В, +5В та –5В. Потужнiсть блока живлення у IBM PC становила 65Вт, у IBM PC XT — 130Вт, у IBM PC AT — 200Вт.

Системна (материнська) плата. На нiй розташована бiльшiсть основних елементiв, мiкросхем, що забезпечують роботу ПК. До них входять:

· блок центрального процесора (процесор, сопроцесор);

· постiйний запам'ятовуючий пристрiй (ПЗП) — Read Only Memory (ROM — пам'ять тiльки для читання);

· оперативний запам'ятовуючий пристрiй (ОЗП) — Random Access Memory (RAM — пам'ять довiльного доступу);

· генератор тактової частоти;

· програмуємий внутрiшнiй таймер (Programmable Internal Timer);

· шинний контролер (Bus Controller);

· контролер переривань (Interrupt Controller);

· контролер прямого доступу до пам'ятi (Direct Access Memory Controller);

· роз'єми розширення системи та iншi.

Всi компоненти, про якi йшла мова, з'єднуються один з одним за допомогою системи провiдникiв, що зветься шиною (Bus).

Дисководи (Drive) гнучких (Floppy) та жорстких або фiксованих (Hard, Fixed) дискiв.

Печатнi плати контролерiв (адаптерiв) пристроїв: вiдеоконтролер, контролер дисководiв, порти введення/виведення.

Розглянемо характеристики та функцiї, якi виконують вказанi вище компоненти бiльш докладно.

Як ми вже казали, в IBM-сумiсних ПК використовуються (мiкро)процесори фiрми Intel i86(88), i286, i386, i486 та Pentium. Найважливiшi характеристики цих процесорiв наводяться у таблицi.

Зауважимо, що процесор i88 вiдрiзняється вiд процесора i86 тим, що по шинi даних i88 передається за один такт роботи комп'ютера лише один байт (8бiт), в той час як по шинi даних i86 — два байти (16бiт). Звичайно, процесор i88 у цьому розумiннi працює повiльнiше, але на той час, коли сторювався IBM PC, дешевше було використання саме процесора i88, оскiльки тодi були вже добре розробленi схеми, якi забезпечували передачу за 1 такт саме одного байта.

Відмітимо також, що розряднiсть адресної шини повнiстю визначає об'єм пам'ятi ПК, до якої можна адресуватися (див. таблицю iз степенями двiйки).

Вiдзначимо нарештi, що продуктивнiсть роботи процесора вимiрюється в деяких умовних одиницях — MIPS (Million of Instructions Per Second — мiльйон iнструкцiй за секунду). Тут пiд iнструкцiєю розумiється деяка елементарна дiя процесора, а такi операцiї як множення, дiлення чисел тощо можуть включати навiть десятки таких iнструкцiй. В одній з останніх моделей Pentium, що працює на частоті 150МГц, зафіксована продуктивність у 250MIPS.

Фірма Intel планує випуск наступного покоління свого процесора під назвою P7 з 25млн транзисторів у своєму складі.

За прогнозом президента компанії Intel Енді Гроува на 2011 рік (40 років з моменту випуску фірмою першого мікропроцесора) процесор буде містити у своєму складі близько 1млрд транзисторів і працюватиме на частоті 10ГГц!

Як уже відзначалось, в IBM-подібних ПК використовуються процесори фірми Intel. Інші фірми випускають не менш відомі процесори Motorola, PowerPC, Alpha та інші.

Якщо на ПК виконується багато арифметичних (математичних) розрахункiв, то вельми бажано, щоб такий комп'ютер мав так званий арифметичний (математичний) сопроцесор. Таким сопроцесором обладнуються не всi ПК, але мiсце для його розташування на системнiй платi завжди є, i ви можете встановити його у будь-який час. Сопроцесор дозволяє з високою щвидкістю та точнiстю виконувати математичнi розрахунки (десь у 10 раз швидше). Для процесорiв i86, i286, i386 сопроцесорами є вiдповiдно i87, i287, i387. Процесори i486 та Pentium мають вбудованi сопроцесори, щоправда, деякi варiанти i486 (а саме — i486SX) не мають такої властивостi. До речі процесор i386SX відрізняється від процесора i386 тим, що шина даних i386SX має тільки 16 розрядів.

Вiдмiтимо нарештi, що процесор — це, як кажуть американцi, "дуже поважна персона" (VIP — Very Important Person), а це означає, що вiн виконує тiльки найголовнiшi дiї, а решту по можливості вiддає для виконання iншим пристроям, зокрема, контролерам.

За синхронiзацiю роботи всiх компонент комп'ютера вiдповiдають двi мiкросхеми: генератор тактової частоти та програмуємий внутрiшний таймер. Перша з них використовує кварцевий кристал для точного фiксованого вiдлiку часу. Друга може змiнювати темп сигналiв синхронiзацiї у великих межах. Зауважимо, що перша модель процесора фiрми Intel — i86(88) працювала на частотi 4.77МГц, одна з останніх моделей Pentium — на частотi 150МГц (1Гц — один такт за секунду, 1МГц — один мiльйон тактiв за секунду).

Як ми казали, iнформацiя мiж окремими компонентами ПК передається по шинi. Задача контролера шини полягає в тому, щоб забезпечити при цьому надiйну передачу сигналiв.

Цей контролер призначений для обмiну iнфомацiєю мiж окремими пристроями (зокрема, дисководами та пам'яттю), минуючі процесор. Це значно прискорює роботу ПК.

Пiд час роботи ПК багато пристроїв потребують уваги з боку процесора у той час, коли вiн зайнятий iншою роботою. Контролер переривань виконує функцiю "секретарки", яка стежить за цим процесом, встановлює вiдповiдну чергу i "допускає вiдвiдувачiв", коли це буде можливо.

Ці контролери забезпечують необхідний зв'язок між процесором та відповідним пристроєм. Існує багато типів моніторів та дисководів (на деяких з них ми зупинимось пізніше) і їх контролери повинні узгоджуватися з тими типами, що встановлені у вашому ПК.

Як вже вказувалось, однією із заслуг фірми IBM було те, що об'єм адресуємої пам'яті в її ПК становив 1М. Це означає, що в комп'ютері була закладена можливість звернутися до кожної з мільйона (точніше, 1048576) комірок пам'яті з тим, щоб прочитати звідси, або записати туди 1байт інформації. На той час це був величезний об'єм пам'яті для ПК і забезпечувався він насамперед тим, що адресна шина мала 20 розрядів (220=1048576=1М).

Розглянемо більш докладно організацію адресуємої пам'яті у перших ПК фірми IBM. Ця пам'ять поділяється на 16 блоків по 64К кожний. Блоки нумеруються цифрами шістнадцятеричної системи числення, а саме: 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, A, B, C, D, E, F. Перші десять з них — це ОЗП (оперативний запам'ятовуючий пристрій) або RAM (Random Access Memory — пам'ять довільного доступу). За термінологією фірми IBM вона звалась: base (conventional) memory. Зрозуміло, що в такому об'ємі (64Кґ10=640К) ця пам'ять може бути доступною, якщо на системній платі повністю встановлено відповідну кількість мікросхем пам'яті, що зараз і робиться, коли ці мікросхеми значно подешевшали.

В ОЗП завантажується насамперед дискова операцiйна система (ДОС) та програми користувача (текстовий редактор, система управлiння базою даних, комп'ютерна гра i т.д. i т.п.). Важливо запам'ятати, що в разi відключення ПК від електромережi всi данi, що знаходяться в ОЗП, втрачаються! В разi потреби всi данi необхідно зберiгати на дисках.

Блоки пiд номерами A, B, C, D, E, F носять назву блокiв верхньої пам'ятi (UMB — Upper Memory Blocks) i були зарезервованi фiрмою IBM пiд технiчнi потреби. У блоцi F знаходиться так званий ROM-BIOS (Read Only Memory Basic Input-Output System) — ПЗП-БСВВ (Постiйний запам'ятовуючий пристрiй Базова система введення-виведення). ПЗП БСВВ є невiд'ємною складовою частиною ДОС, в якому по сутi на апаратному рiвнi записанi основнi програми роботи окремих пристроїв ПК по обмiну iнформацiєю.

Блоки E та D були вiльними. В блоцi C з появою комп'ютера IBM PC XT розташували розширення БСВВ, в якому мiстилися програми роботи з жорстким диском. В блоцi B була розташована вiдеопам'ять (пам'ять дисплея монiтора), яка спочатку займала всього 4К. В подальшому на цi потреби не вистачило всього блока i тому в блок A було помiщено розширення вiдеопам'ятi.

Хоча спочатку об'єм пам'ятi в 1М здавався дуже значним, швидко прийшли до висновку, що для багатьох реальних задач це далеко не так. Тому фiрми Lotus, Intel, Microsoft розробили стандарт (LIM), за яким була створена так звана Expanded Memory (мабуть, найкращий переклад цього термiну, який вiдповiдає сутi справи, є сторiнкова пам'ять). Цю пам'ять дозволяється встановлювати навiть у ПК, що обладнанi процесором i86(88), вона може мати об'єм у декiлька мегабайт, але до неї неможливо адресуватися безпосередньо. Крiм того, тiльки невелика кiлькiсть програм може користуватися нею. Зокрема одна з так званих електронних таблиць Lotus 1-2-3 фiрми Lotus може використовувати сторiнкову пам'ять для збереження даних.

Починаючи з ПК, що обладнанi процесором i286, з'явилась можливiсть адресуватися до пам'ятi з адресами бiльшими за 1М (див. таблицю з характеристиками процесорiв Intel). Ця пам'ять дiстала назву розширеної (Extended Memory). На жаль, до цих пiр одна з найпоширенiших ДОС фiрми Microsoft (MS-DOS), про яку ми ще будемо говорити, практично не використовує цю пам'ять за призначенням. Зауважимо нарештi, що починаючи з ПК, обладнаних процесором i386, можна перетворювати розширену пам'ять на сторiнкову в разi потреби.

Цi роз'єми приєднуються безпосередньо до шини. В деякi з них вже вставленi печатнi плати контролерiв (адаптерiв) дисководiв та монiтора. Декiлька роз'ємiв порожнi. В будь-який iз них ви можете вставити печатну плату контролера додаткового пристрою (наприклад, сканера), а до нього вже пiдключити сам пристрiй (в цьому i полягає принцип вiдкритої архiтектури).

Для довгострокового зберiгання iнформацiї (програм, даних тощо) використовуються рiзнi засоби. Один з найпоширенiших — це дисковi магнiтнi накопичувачi, або просто диски. З фiзичної точки зору всi вони мають одну спiльну рису: намагнiченiй дiлянцi диска вiдповiдає 1, ненамагнiченiй — 0.

Диски бувають рiзних типiв. В першу чергу їх можна подiлити на гнучкi (floppy) та жорсткi (hard) диски.

В IBM-сумісних ПК застосовуються два типи гнучких дисків (дискет — diskett), що відрізняються розмірами: 5.25" (символ " позначає дюйми) або 133 мм та 3.5" або 89 мм. Запис інформації ведеться на дві сторони (side) дискети (був час, коли використовувалась лише одна сторона). Кожна сторона поділяється на доріжки (track), а доріжки в свою чергу — на сектори (sector). В кожний із секторів можна записати 512 байт інформації. Кількість сторін, доріжок, секторів визначає об'єм інформації (у кілобайтах або мегабайтах), яку може містити дискета. Для 5.25-дюймових дискет стандартна ємність (формат) може набувати значень: 160К, 180К, 320К, 360К, 1.2М. Щоб зрозуміти звідки беруться ці числа, приведемо формулу для обчислення ємності (C) дискети в залежності від числа сторін (s), доріжек (t) на кожній із сторін та секторів (n) на кожній доріжці: C=sґtґnґ512(байт). Нижче наводяться відповідні розрахунки для вказаних форматів 5.25-дюймових дискет:

160 К = 1 ґ 40 ґ 8 ґ 512 байт, 180 К = 1 ґ 40 ґ 9 ґ 512 байт,

320 К = 2 ґ 40 ґ 8 ґ 512 байт, 360 К = 2 ґ 40 ґ 9 ґ 512 байт,

1.2 М = 2 ґ 80 ґ 15 ґ 512 байт.

3.5-дюймові дискети мають такі стандартні формати: 720К, 1.44М, 2.88М. Ці величини також пов'язані відповідним чином із числом доріжок та секторів на доріжці.

Суттєво, що нові дискети потребують форматування (ініціалізації). Цю операцію проводять за допомогою системної утиліти FORMAT (докладніше про це буде йти мова нижче). Зауважимо, що формат дискети повинен відповідати її "паспортним даним": дискету високої щільності (high density) можна форматувати, наприклад на 1.2М, але дискету звичайної щільності (single density) — тільки на 360К. При цьому комп'ютер повинен мати відповідний дисковод. Так, наприклад, дисковод для 5.25-дюймових дискет, який підтримує формат 1.2М, дозволяє працювати також із дискетами меншої ємності, але не навпаки; на IBM PC XT, який обладнаний дисководом тільки для 360-кілобайтних дискет, не можна використовувати дискети на 1.2М.

Жорсткi (hard), фіксовані (fixed) диски або вінчестери (winchester) фізично мало чим відрізняються від гнучких дисків. Ви завжди можете вставити в дисковод та вийняти з нього гнучкий диск. В той же час жорсткий диск вмонтований в дисковод і знімають його в разі невідкладної потреби: при ремонті, заміні тощо. Існує принаймні дві версії походження назви "вінчестер" для жорсткого диска. За однією з них цей диск уперше було зроблено в англійському місті з однойменною назвою, за другою — в специфікації жорсткого диска були присутні цифри 30ґ30 такі ж самі, як у славнозвісної рушниці.

З точки зору користувача жорсткий диск набагато зручніший у роботі, ніж гнучкий. По-перше, він дозволяє записувати набагато більше інформації. Це пов'язано головним чином з тим, що жорсткий диск має більше сторін (пластин), доріжок та секторів, ніж дискета. По-друге, жорсткий диск обертається разів у 10 швидше ніж гнучкий, що становить близько 3600 обертів за хвилину у вінчестера проти 300 — у дискети. Зауважимо, що деякі сучасні типи вінчестерів обертаються зі швидкістю до 10000 обертів за хвилину.

На відміну від дискет існує набагато більше типів вінчестерів. Їх дані наводяться у їхніх паспортах. Ви можете також довідатись про характеристики жорсткого диска за допомогою найрізноманітних програмних засобів. Зауважимо, що вінчестер, встановлений у комп'ютері, як правило, вже форматований.

Сучасний комп'ютер має у стандартній конфігурації два дисководи для гнучких дисків та один жорсткий диск. Прийнято іменувати дисководи для гнучких дисків іменами A: та B:, жорсткий диск — іменем C:.

Пізніше при розгляді організації файлів операційної системи ми познайомимось з так званими системними областями дисків.