Этот раздел посвящен рассмотрению различных устройств ПЭВМ — как центральных, так и периферийных. Изложенный здесь материал, конечно, не претендует на исключительную полноту. Некоторые устройства, в частности, СПДП, конспективно описаны в подразделе 1.3 и автор считает этого достаточным. Ряд устройств, особенно периферийных, не упоминается вовсе, так как невозможно объять необъятное, что в полной мере относится к аппаратным средствам персональных компьютеров. Среди таких устройств, например, часы-календарь, которыми снабжаются ПЭВМ типа IBM PC AT. Их наличие обеспечивает постоянный счет и сообщение процессору текущего времени и даты, что позволяет при включении ПЭВМ производить установку времени автоматически. Часы-календарь питаются от аккумулятора, который автоматически подзаряжается при работе компьютера.

Ознакомившись с материалом данного раздела, читатель узнает, какие устройства могут быть в составе ПЭВМ, сможет понять, какие устройства ему нужны, а также будет в состоянии осуществить их выбор.

2.1. Микропроцессоры

Неформально, в развернутом виде, определение МП приводилось в подразделе 1.3. Более строго микропроцессором называют полупроводниковый кристалл или комплект кристаллов, на которых реализуется центральный процессор ЭВМ, т.е. совокупность арифметико-логического устройства и центрального устройства управления.

Остановимся сначала на исторических аспектах, связанных с появлением и развитием МП. Затем перечислим основные показатели качества МП и дадим определения, необходимые для дальнейшего изложения материала. После этого рассмотрим базовые модели МП, сосредоточив внимание главным образом на изделиях фирмы Intel, используемых в IBM-совместимых ПЭВМ. Более подробно в качестве примера разберем архитектуру МП 8086/88, на которую ориентирована ОС MS-DOS. Этот материал полезен не только узким специалистам-профессионалам, но и пользователям средней квалификации, так как большинство систем программирования для ПЭВМ обеспечивает доступ к аппаратным средствам машины. Потом кратко остановимся на перспективных RISC-микропроцессорах и специализированных МП, играющих роль акселераторов для основных МП в ПЭВМ. В конце подраздела наметим пути дальнейшего развития МП.

Создание МП явилось следствием бурного прогресса в области электронной техники.

Первоначально в ЭВМ для передачи, хранения и преобразования информации, представленной двоичным кодом в виде электрических сигналов, использовались электронные лампы. Они обладали многими недостатками: выделяли большое количество тепла, потребляли много энергии, были громоздкими, дорогими и ненадежными.

Проблемы, связанные с недостатками электронных ламп, были решены в 1947 г. У.Шокли, Дж.Бардином и У.Бреттейном. Работая в лаборатории компании Bell, они изобрели транзистор. Транзисторы выполняли те же функции, что и электронные лампы, но использовали электрические свойства полупроводников. В связи с появлением транзисторов отпала необходимость в приборе, в котором электрический сигнал передается с помощью заряженных частиц, движущихся в вакууме. Благодаря этому снизилось энергопотребление, уменьшились тепловыделение и размеры электронных узлов. Изобретение транзистора позволило сконструировать первую миниЭВМ.

В 1958 г. два американских инженера сделали следующий важный шаг в развитии элементной базы — создали интегральную микросхему (ИМС), содержащую на одном кремниевом кристалле соединенные между собой транзисторы, резисторы и конденсаторы. Этими двумя, причем независимыми авторами ИМС были Д.Килби из компании Texas Instruments и Р.Нойс, который основал впоследствии корпорацию Intel, являющуюся с тех пор флагманом в производстве МП. Первоначально ИМС включали только по несколько транзисторов; однако технология производства электронных компонентов развивалась столь стремительно, что сначала десятки, а затем сотни и более транзисторов стали размещаться на кремниевой пластине размером всего лишь с ноготь. С момента появления первой интегральной схемы была отлажена технология производства ИМС средней, большой и сверхбольшой степени интеграции. В 1987 г. фирма IBM открыла эру ИМС ультравысокой степени интеграции. В 1969 г. компании Intel удалось создать комплект из четырех ИМС с полным набором элементов, характерным для процессора. Длина слова первого МП составляла всего 4 бита. В 1971 г. был выпущен 4-разрядный коммерческий МП Intel 4004, который стал применяться в микрокалькуляторах. Уже в 1972 г. появился 8-разрядный МП Intel 8008, а в 1974 г. — его улучшенный вариант Intel 8080. Он нашел применение в первых встроенных ЭВМ для управления производственными процессами. Вскоре появились и конкурирующие изделия — МП Z80 фирмы Zilog (его система команд включала набор команд 8080), 6802 фирмы MOS Technology, 6800, а затем и 6809 фирмы Motorola.

Развитие МП шло по разным направлениям, важнейшее из которых — увеличение разрядности. В этой области за довольно сжатый срок были достигнуты существенные результаты. Так, в 1976 г. фирма Texas Instruments выпустила 16-разрядный МП TMS9900, а в 1980 г. рынок МП пополнился 32-разрядными приборами компании Motorola MC68000. В настоящее время 32-разрядные МП производятся несколькими фирмами, причем на передовых рубежах находится фирма Intel, конкурируя с компанией Motorola. Наряду с 32-разрядными выпускаются и 64-разрядные МП для мощных АРМ. Первый однокристальный 64-разрядный МП 80860 создан фирмой Intel в 1989 г.

Подавляющее большинство производимых в настоящее время МП являются однокристаль-ными, за исключением ряда 64-разрядных комплектов (разрядно-модульных МП).