Технические характеристики компьютеров типа IBM PC

 

Разные модификации компьютеров IBM PC различаются между собой, прежде всего типом микропроцессора.

Микропроцессор (CPU – Central Processing Unit) – эта интегральная микросхема, которая выполняет вычисления и обработку информации.

Микропроцессор умеет выполнять несколько сотен миллионов операций в секунду. В свою очередь микропроцессоры различаются между собой разрядностью и тактовой частотой.

Разрядность – это количество битов, которое воспринимается микропроцессором как единое целое (4,8,16,32,64 – целая степень числа 2). От разрядности зависит производительность компьютера.

Тактовая частота – это импульсы специального генератора, которые служат метками времени для синхронизации работы компонентов компьютера.

Одинаковые модели микропроцессоров могут иметь разную тактовую частоту, чем выше тактовая частота, тем выше производительность. Тактовая частота измеряется в Мегагерцах (MHz) и Гигагерцах (GHz).

Например: микропроцессоры Intel Pentium выпускаются с тактовой частотой от 75 MHz до 2,5 GHz.

Развитие компьютеров IBM PC связана с микропроцессорами фирмы Intel, которая выпускает эти микропроцессоры с 1970 года, начиная с четырехразрядного 4004. Компьютеров с микропроцессорами 8088 называют обычно IBM PC XT (extended Technology – расширенная технология). Компьютеры с микропроцессорами 80286 и 80386 называются IBM PC AT (аdvanted Technology – перспективная технология). Эти микропроцессоры являются 16-разрядными. До недавнего времени эти компьютеры были самые распространенные в мире, и в данное время они не соответствуют современным требованиям Software и выпуск их прекращен.

Чтобы работать с современным программным обеспечением, необходимо иметь компьютер с 32 разрядным микропроцессором (IA-32-процессор) 80386 (модификации SX и DX) или 80486 (модификации SX, SX2, DX, DX2, DX4). Для краткости микропроцессоры 80286, 80386, 80486 называют i286, i386, i486.

В тех случаях, когда на компьютере приходится выполнять много вычислений, требуется, чтобы математические операции над вещественными числами поддерживались аппаратно, то есть самим микропроцессором. Но микропроцессоры Intel – 8088, 80286, 80386, 80486SX не обеспечивают такую поддержку, поэтому к ним для этого требуется добавить математический сопроцессор (Intel – 8087, 80287, 80387 и 80487SX соответственно). Новые микропроцессоры корпорации Intel (80486DX, Pentium) и почти все их аналоги других корпорации сами умеют выполнять операции над вещественными числами, поэтому для них сопроцессоры не требуются.

В 1993 году корпорация Intel объявила о начале промышленных поставок 32-разрядных микропроцессоров нового поколения, названных Pentium.

Pentium Pro. Промышленный выпуск начался в ноябре 1995 года. Это RISC-процессор, разработанный для 32-разрядных операционных систем. Впервые в микропроцессоре вместе с кэш-памятью стали применять кэш-память второго уровня (level two, L2-cache).

Pentium MMX. Здесь расширены команды ММХ, в основе которого лежит технология SSE (Streaming SIMD Extentions), где обработка вещественных чисел расширена на числа с плавающей запятой. Усовершенствована технология поточного доступа к памяти, улучшающая взаимодействие между кэш-памятью второго уровня L2 и оперативной памятью.

Pentium II. Первая модель микропроцессора Pentium II впервые появилась в 1997 году. Под этим общим именем выпускались микропроцессоры, предназначенные для обычных персональных компьютеров, высоко-производительных серверов и рабочих станций:

· Celeron впервые появился в 1998 году. Он предназначался для рынка недорогих компьютеров. Celeron выпускался с кэш-памятью второго уровня L2.

· Covington - первый микропроцессор линии Celeron. Для уменьшения себестоимости выпускался без кэш-памяти вто­рого уровня.

· Mendocino - является развитием линии Celeron. В отличие от своего предшественника, имеет кэш-память второго уровня L2 объемом 128 Kb, интегрированную на одном кристалле с ядром и работающую на частоте процессора. Тактовая частота - 300-533 MHz.

· Xeon - разработан для замены Pentium Pro. Предназначен для мощных серверов и рабочих станций. Способен работать в мультипроцессорных конфигурациях.

Pentium III. Модели под этим общим именем появились в 2000 году.

· Katmai - микропроцессор Pentium III, с новым поколением инструкции технологии ММХ2 и функциями трехмерной графики команды ММХ. Добавлены новые 128-разрядные регистры. Каждый регистр может обрабатывать четыре числа с плавающей запятой. Внедрены дополнительные инструкции называемые инструкциями KNI (Katmai New Instruction), предназначенные для ускорения работы графических приложений и 3D-игр. Тактовая частота 450-600 MHz.

· Coppermine - микропроцессор Pentium III с ядром Katmai, сделанный с интегрированной кэш-памятью второго уровня L2 -256 Kb. Тактовая частота - от 533 MHz и выше.

· Tanner - Pentium III Xeon. Предназначен для высокопроизводительных серверов и рабочих станций. Переходный вариант от 32-х к 64 разрядным микропроцессорам. Тактовая частота - от 500 MHz и выше.

· Willamette - последний 32-х разрядный микропроцессор для обычных персональных компьютеров. Кэш-память первого уровня L1 - 256 Kb, кэш-память второго уровня L2 - 1 Mb. Тактовая частота - более 1 GHz.

· Foster - серверный вариант Willamette. Значительно увеличенная кэш-памяти L1 и L2. Тактовая частота - выше 1 GHz.

Pentium IV. Микропроцессоры под этим общим именем выпускаются с 2002 года, с появлением 64-х разрядной архитектуры (IA-64-процессор).

· Merced - первый микропроцессор архитектуры IA-64, аппаратно совместим с архитек­турой IA-32, включает трехуровневую кэш-память 2 - 4 Mb. Тактовая частота - 800 MHz и выше.

· McKinley - дальнейшее развитие поколении микропроцессоров архи-тектуры IA-64, тактовая частота, которой начинается с 1000 MHz.

Все микропроцессоры можно разделить на три группы:

§ микропроцессоры типа CISC (Complex Instruction Set Computing) с пол-ным набором команд;

§ микропроцессоры типа RISC (Reduced Instruction Set Computing) с сок-ращенным набором команд;

§ микропроцессоры типа MISC (Minimum Instruction Set Computing) с минимальным набором команд и весьма высоким быстродействием*.

Очень важным элементом компьютера является оперативная память.

Оперативная память (RAM – random access memory – память с произвольным доступом) – это совокупность специальных электронных ячеек, каждая из которых может хранить один байт информации. Эти ячейки нумеруются порядковыми номерами‚ начиная с нуля: 0, 1, 2… Номер ячейки называется адресом.

Память динамического типа DRAM - память с произвольной выборкой (Dynamic RAM). Каждый бит такой памяти представляется в виде наличия (или отсутствия) заряда на конденсаторе, образованном в структуре полу­проводникового кристалла. Другой, более дорогой тип памяти - статический SRAM (Static RAM) в качестве элементарной ячейки использует так называе­мый статический триггер (схема которого состоит из нескольких транзисторов). Статический тип памяти обладает более высоким быстродействием.

Из оперативной памяти микропроцессор берет программы и исходные данные для обработки, в нее он записывает полученные результаты. От количества установленной в компьютере оперативной памяти зависит работоспособность программ. При недостаточной количестве оперативной памяти многие программы либо вовсе не будут работать, либо станут работать крайне медленно. Компьютеры обычно имеют 640 Кb, 1 Мb, 4 Мb, 8 Мb, 16 Мb, 32 Мb, 64 Mb, 128 Мб, 256 Mb или 512 Mb объем оперативной памяти.

В настоящее время оперативная память устанавливается на компьютере модулями SIMM (Single In line Memory Module) и DIMM (Dual In line Memory Module) объемом от 1 до 256 Мб. SIMM-модули бывают 32-разрядными, а DIMM-модули 64-разрядными. SIMM-модули используются в компьютерах на базе микропроцессора 80486 и Pentium, а DIMM-модули используются в компьютерах на основе Pentium. Каждый модуль устанавливается в специальный разъем (слот) на материнской плате. Таких разъемов может быть несколько в зависимости от модели материнской платы и разрядности системной шины.

В видеопамяти используется динамическая оперативная память, работа которой имеет ряд особенностей: доступ осуществляется достаточно крупными блоками, перезаписывание данных без прерывания процедуры считывания. Для этого используются VRAM (Video RAM) и WRAM (Window RAM).

Для ускорения доступа к оперативной памяти на быстродействующих компьютерах используется кэш-память.

Кэш-память (cache–memory) - сверхбыстрый буфер для хранения данных, располагающийся между микропроцессором и оперативной памяти. Наличие кэш-памяти увеличить производительность компьютера на 10–15%. При обращении микропроцессора к памяти сначала производится поиск нужных данных в кэш-памяти, чтобы уменьшить время доступа к памяти. Для компьютеров на основе Intel – 80386DX или 80486SX размер кэш-памяти 128 Кb является достаточным. Компьютеры на основе Intel - 80486DX, DX2, DX4 и Pentium обычно оснащается кэш-памятью емкостью до 256 Кb. Начиная на микропроцессорах Pentium II и выше, кэш-память второго уровня содержится в едином корпусе с самим микропроцессором.