Регистр адреса памяти служит для запоминания адреса команды, операнда или результата операций в память. Регистр адреса памяти может входить не в состав микропроцессора, а в состав элементов памяти компьютера.
Изменить роль специализированных регистров или даже узнать их содержимое программным путем нельзя, т.е. эти регистры, как говорят, программно-недоступны. Но в состав микропроцессора входят и регистры, которые программист может использовать в своей программе. Такие регистры микропроцессора называют программно-доступными. Состав и назначение их различны в разных типах микропроцессоров. Однако среди них почти всегда имеется регистр слова состояния процессора (РССП) и несколько регистров общего назначения (РОН).
Регистр слова состояния процессора хранит слово состояния процессора (ССП), отражающее информацию о состоянии микропроцессора и выполняемой им программы в каждый данный момент времени. В частности, в РССП обычно запоминаются признаки результата выполнения команды (отрицательного результата, переполнения разрядной сетки и т.п.). Таким образом, хотя РССП и предназначен для особых функций, он программно-доступен, т.е. с помощью соответствующих команд, заложенных в программу, можно читать и даже частично изменять его содержимое.
Регистры общего назначения обычно не имеют конкретного функционального назначения. Программист может в своей программе задействовать их так, как он считает нужным. Например, результат выполнения некоторой команды можно не посылать в основную память, а временно запомнить в каком-нибудь РОНе с тем, чтобы позднее, в другой команде, использовать этот результат. Чтобы отличить РОНы друг от друга, им присвоены уникальные имена (или номера), которые и записываются в программе. Существуют микропроцессоры, в которых РОНы применяются и для специальных целей. Например, один из РОНов может выполнять функции программного счетчика, или счетчика команд, хранящего в каждый момент времени адрес очередной команды программы, другой – функции указателя стека, необходимого при обработке прерываний и т.д.
На персональных компьютерах используются микропроцессоры фирмы Intel, а также совместимые с ними фирм AMD, Cyrix, IBM. Исторически на IBMPC-совместимых компьютерах применялись и применяются следующие микропроцессоры: Intel-8088, 80286, 80386 (модификации SX и DX), 80486 (модификации SX, SX2, DX, DX2, DX4), Pentium, PentiumPro, PentiumII (и его модификации Celeron и т.д.). Основная память.Основная память – важнейший компонент персонального компьютера. Название «основная» отличает эту память от внешней памяти, которая организуется на некотором внешнем устройстве (например, на НГМД). Это название говорит о том, что микропроцессор может обрабатывать только те данные, которые хранятся в основной памяти. Основная память обычно состоит из двух частей – ОЗУ и ПЗУ.
Оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) обеспечивает чтение находящихся в нем данных и запись в него новых данных. В компьютерах ОЗУ обычно реализуется как энергозависимая память, т.е. такая память, содержимое которой разрушается («стирается») при выключении питания компьютера. Часто для обозначения оперативной памяти используют аббревиатуру RAM (randomaccessmemory), т.е. память с произвольным доступом. Микросхемы ОЗУ собираются в блоки различной емкости. Наиболее распространены емкости 16, 32, 64 и 128 мегабайт. В зависимости от способа работы микросхем памяти они бывают SIMM или DIM, последние наиболее распространены. Для убыстрения доступа к оперативной памяти на быстродействующих компьютерах используется еще и дополнительная специальная сверхбыстродействующая память, так называемая кэш-память. Она хранит копии наиболее часто используемых участков оперативной памяти и как бы занимает промежуточное положение между микропроцессором и оперативной памятью. Кэш-память может располагаться или внутри микропроцессора, или в виде отдельной платы. Так микропроцессоры серий 486 и Pentium содержат небольшую внутреннюю кэш-память. Часто кэш-память, располагаемую отдельно от микропроцессора называют кэш-памятью второго уровня (leveltwocache, L2 cache). В микропроцессоре PentiumPro,например, кэш-память второго уровня содержится в едином с ним корпусе. Микропроцессоры 486 серии и Pentium обычно оснащаются кэш-памятью емкостью 256 Кбайт.
Постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) обеспечивает только чтение данных, которые однажды были записаны в ПЗУ. Таким образом, содержимое ПЗУ не может быть изменено компьютером, оно постоянно (отсюда и название вида памяти). Это устройство создается как энергозависимая память: ее содержимое не «стирается» при выключении питания компьютера. Запись нужных данных в ПЗУ осуществляется на специальных устройствах, вне компьютера. В ПЗУ обычно помещаются некоторые особо важные или не подлежащие изменению программы и разнообразные константы. Такой вид памяти часто называют ROM (readonlymemory), или память только для чтения. Поскольку большая часть этих данных, программ связана с обслуживанием ввода-вывода, то часто содержимое ПЗУ называют BIOS (BasicInput-OutputSystem), базовая система ввода-вывода. В компьютере имеется также небольшой участок полупостоянной памяти для хранения параметров конфигурации компьютера. Ее называют CMOS-памятью. Содержимое этой памяти не изменяется при выключении компьютера, так как ее питание осуществляется от небольшого специального аккумулятора. Для изменения значения параметров конфигурации компьютера в BIOS имеется специальная программа SETUP.
Интерфейсы для устройств ввода и вывода. Они представляют собой блоки сопряжения с устройствами соответственно ввода и вывода. Не останавливаясь пока на описании устройств ввода и вывода, отметим лишь, что термин «интерфейс» означает приблизительно «сопряжение двух устройств друг с другом с помощью аппаратных и программных средств». Необходимость интерфейсов, или, как их еще называют, интерфейсных блоков (контроллеров), вызывается тем, что устройства ввода и вывода (например, дисплей, печатающее устройство, НГМД и т.д.) нельзя непосредственно подключать к компьютеру. Одной из причин этого является то, что количество и характер сигналов, передаваемых и принимаемых по системной магистрали, с которой связаны все компоненты компьютера, как правило, отличаются от количества и типа сигналов, формируемых или воспринимаемых устройством ввода-вывода. Соответствующий интерфейсный блок обеспечивает должное согласование сигналов системной магистрали и устройства ввода-вывода.
На любом персональном компьютере имеются контроллеры для управления клавиатурой, монитором, дисководами для дискет, жестким диском и т.д. Некоторые из контроллеров размещаются на основной системной или материнской плате компьютера, тогда они называются встроенными или интегрированными; а другие на отдельных электронных платах – платах контроллеров. Эти платы соединяются (вставляются) с материнской с помощью специальных разъемов – слотов.
Внешние устройства. Они предназначены для ввода обрабатываемых данных, вывода результатов обработки или вычислений и долговременного запоминания программ и данных.
Основным средством ввода данных на персональном компьютере всегда служит клавиатура. Из других средств ввода-вывода отметим следующие:
1. Накопители (или дисководы) для гибких магнитных дисков, используемые для чтения и записи на гибкие магнитные дискеты. В настоящее время используются дискеты емкостью 1,4 Mb и 2 Mb.
2. Накопитель на жестком магнитном диске, предназначенный для записи и чтения на несъемный жесткий магнитный диск (винчестер). Сейчас применяются в основном винчестеры емкостью в 5-10 GB.
3. Устройства для чтения с компакт дисков, так называемые CDROMы. Емкость таких дисков обычно составляет 640 Mb. Различаются они скоростью считывания информации, которая может быть сравнена со скоростью работы винчестеров. Они позволяют также проигрывать музыкальные компакт диски.
4. К другим внешним устройствам можно отнести модемы и факс-модемы – для обмена информацией с другими компьютерами через телефонную сеть; стримеры – для хранения данных на магнитной ленте; звуковая карта – для воспроизведения и записи звуков (музыки, голоса и т.д.).
Перечисленные устройства чаще всего размещаются в едином корпусе. Туда же вставляется материнская плата, контроллеры, блок питания . Корпус этот – системный блок по существу и есть компьютер. Из других внешних устройств следует отметить монитор – для вывода информации в графическом и текстовом виде и принтер – для распечатывания документов, манипулятор мышь – для работы в графическом режиме практически незаменима.
Системная магистраль. Обычно она содержит магистрали адресов, данных и управления. Каждый из них состоит из набора проводников, по которым микропроцессор передает или принимает определенные электрические сигналы. Магистраль адреса предназначена для передачи цифрового адреса ячейки памяти или внешнего устройства, магистраль данных – для передачи и приема данных (например, передача информации из микропроцессора в ОЗУ происходит по магистрали данных). Магистраль управления используется для передачи сигналов управления, которые сопровождают любую передачу адреса или данных.
В современных компьютерах чаще всего используются две магистрали (шины) передачи данных между оперативной памятью и контроллерами:
1. Шина ISA для контроллеров с низкой скоростью обмена данными – клавиатура, мышь, дисководы для дискет и т.д.
2. Шина PCI для контроллеров быстрых устройств – жесткие диски, видеоконтроллеры, устройства чтения с компакт дисков и т.д.
Некоторые устройства используют другие шины, например сканер может использовать шину типа SCSI.
Источник питания. Обычно источник питания формирует выпрямленные стабилизированные напряжения +12, -5 и +15 в. Этот набор напряжений может изменяться для различных классов микропроцессоров.