Чарльз Петцольд - Код. Тайный язык информатики

Несмотря на то что Unicode — очевидное улучшение систем кодировки, это не гарантирует его мгновенного принятия. Система ASCII и множество несовершенных расширений настолько укоренились в мире компьютерных технологий, что вытеснить их будет сложно.

Единственная настоящая проблема системы Unicode в том, что она делает недействительным прежнее соответствие между одним текстовым символом и одним байтом памяти. Закодированный с помощью стандарта ASCII роман «Гроздья гнева» занимает один мегабайт, а в кодировке Unicode — два мегабайта. Однако это небольшая плата за универсальную и однозначную систему кодирования.

Несмотря на основополагающую роль процессора, им устройство компьютера не ограничивается. Помимо него компьютеру требуется оперативная память (RAM) для хранения машинного кода, который будет выполнять процессор. Кроме того, компьютер должен предусматривать способ записи этого кода в память (устройство ввода) и отображения результатов работы программы (устройство вывода). Как вы помните, память RAM является энергозависимой: ее содержимое теряется при отключении питания. Так что еще один полезный компонент компьютера — долговременное запоминающее устройство, в котором код и данные могут храниться после его выключения.

Все интегральные схемы (ИС), из которых состоит компьютер, монтируются на печатных платах. В некоторых небольших компьютерах все ИС могут поместиться на одной плате. Однако гораздо чаще различные компоненты размещаются на двух или более платах, которые обмениваются данными с помощью шины . Шина — это просто набор цифровых сигналов, передаваемых по различным средам, которые подаются на каждую из плат компьютера. Эти сигналы делятся на четыре категории:

адресные сигналы — сигналы, генерируемые микропроцессором и используемые в основном для адресации оперативной памяти; они также применяются для обращения к другим подключенным к компьютеру устройствам;

сигналы вывода данных — эти сигналы тоже генерируются микропроцессором и используются для записи данных в оперативную память или их передачи в другие устройства; будьте осторожны с терминами «ввод» и «вывод»: сигнал вывода данных микропроцессора — сигнал ввода данных для оперативной памяти и других устройств;

сигналы ввода данных — сигналы, которые генерируются другими компонентами компьютера и считываются микропроцессором; сигналы ввода данных чаще всего возникают на выходах RAM, благодаря чему микропроцессор считывает содержимое памяти, однако и другие компоненты также генерируют сигналы ввода данных для микропроцессора;

управляющие сигналы — разнообразные сигналы, которые обычно соответствуют управляющим сигналам конкретного микропроцессора, на базе которого построен компьютер; управляющие сигналы могут генерироваться в микропроцессоре или в других устройствах, которым требуется передать данные в микропроцессор; пример управляющего сигнала — сигнал, с помощью которого микропроцессор указывает на необходимость записи некоторых данных в конкретную ячейку памяти.

В дополнение к этому шина подает питание на различные платы, входящие в состав компьютера.

Одной из первых популярных шин для ПК была модель S-100, представленная в 1975 году в качестве компонента первого персонального компьютера «Альтаир» компании MITS. Несмотря на то что эта шина разрабатывалась для микропроцессора 8080, позднее она была адаптирована под другие процессоры, такие как 6800. Размер платы S-100 составляет 13,4 × 25,4 сантиметра. Одна из сторон печатной платы вставляется в разъем, который имеет 100 контактов (отсюда и название).

Компьютер с шиной S-100 включает в себя большую плату, называемую материнской , которая содержит несколько (около двенадцати) связанных друг с другом гнезд для плат S-100. Эти гнезда иногда называются слотами расширения , в них вставляются платы S-100, или платы расширения . Одну плату S-100 занимает микропроцессор 8080 и вспомогательные чипы (о некоторых я упомянул в главе 19). Оперативная память занимает одну или несколько других плат.

Поскольку шина S-100 разрабатывалась для микросхемы 8080, она имеет 16 адресных линий, восемь линий для ввода и восемь линий для вывода данных. Как вы помните, в самом процессоре 8080 линии для ввода и вывода данных объединены. Сигналы разделяются на входные и выходные с помощью других микросхем, установленных на той же плате, что и процессор 8080. Шина также предусматривает восемь линий для прерываний сигналов, генерируемых другими устройствами, когда им требуется привлечь внимание центрального процессора. Как мы увидим далее, клавиатура может генерировать сигнал прерывания при нажатии клавиши. В ответ на это процессор 8080 выполняет короткую программу, чтобы определить, какая клавиша была нажата, и предпринять соответствующее действие. Для обработки прерываний к плате с процессором 8080 обычно также подключается чип Intel 8214 (устройство для управления приоритетными прерываниями). Когда возникает прерывание, этот чип генерирует для процессора 8080 должный сигнал. Когда последний подтверждает получение запроса на прерывание, чип посылает команду RST (Restart — перезапуск), которая заставляет микропроцессор сохранить текущее значение счетчика команд и в зависимости от полученного прерывания перейти к команде в ячейке 0000h, 0008h, 0010h, 0018h, 0020h, 0028h, 0030h или 0038h.

Если бы вы разработали новую компьютерную систему с шиной нового типа, нужно было бы решить, опубликовать ли технические характеристики шины или сохранить их в тайне.

Если их опубликовать, то другие, так называемые сторонние, производители смогут проектировать и продавать платы расширения, совместимые с этой шиной. Доступность дополнительных плат расширения делает компьютер более функциональным, следовательно, на него растет спрос. Рост продаж компьютеров ведет к увеличению рынка для плат расширения. Это побуждает разработчиков большинства небольших компьютерных систем придерживаться принципа открытой архитектуры , что позволяет другим производителям создавать периферийные устройства. Со временем шина может превратиться в отраслевой стандарт , а стандарты имеют большое значение для индустрии персональных компьютеров.

Самым известным ПК с открытой архитектурой был первый IBM PC, выпущенный осенью 1981 года. Компания IBM опубликовала технический справочник, содержащий полные электрические схемы этого компьютера и всех плат расширения. Этот справочник стал важным инструментом, позволившим многим производителям создать не только свои платы расширения для IBM PC, но и клоны , которые были практически идентичны этому компьютеру и использовали то же программное обеспечение.