КАК БЫЛ ИЗОБРЕТЕН КОМПЬЮТЕР

ОПЕРАТИВНАЯ ПАМЯТЬ

Оперативная память компьютера IBM PC с процессором Intel – 8088 или Intel – 8086 может иметь размер не более, чем 1 Мбайта, поскольку эти микропроцессоры могут обращаться не более, чем к 1 Мбайту памяти. Эта память состоит из двух частей. Первые 640 Кбайт памяти могут использоваться прикладными программами и операционной системой. Остальные адреса памяти зарезервированы для служебных целей:

1. для хранения части операционной системы DOS, которая обеспечивает тестирование компьютера, начальную загрузку операционной системы, а также для выполнения основных низкоуровневых услуг ввода – вывода;
2. для передачи изображения на экран;
3. для хранения различных расширений операционной системы, которые поставляются вместе с дополнительными устройствами компьютера.

Как правило когда говорят об объеме оперативной памяти компьютера, то имеют ввиду именно первую ее часть, которая мажет использоваться прикладными программами и операционной системой.

Барьер 640 Кбайт. Как было сказано выше, у IBM PC с микропроцессором Intel – 8088 или Intel – 8086 оперативная память, доступная для операционной системы или программ, составляет не более 640 Кбайт. В начале 80-х годов, когда разрабатывался компьютер IBM PC, возможность работать с 640 Кбайтами памяти была большим шагом вперед: остальные компьютеры могли тогда работать с 64 Кбайтами памяти. Но очень скоро выяснилось, что для многих программ 640 Кбайт памяти мало (к тому же из этих 640 Кбайт до 100 Кбайт могут занимать DOS и различные системные программы – драйверы устройства и резидентные программы). Эта проблема была решена, когда для использования с IBM PC были разработаны расширенная и дополнительные памяти.

Память является одним из основных элементов компьютера, позволяющим ему нормально функционировать. Место для хранения информации, с которой он работает называется внутренняя память компьютера. Она является временным рабочим пространством, а внешняя память предназначена для долговременного хранения информации , такая как файл на дискете или диске. Причем при выключении компьютера никакой информации во внутренней памяти не сохраняется.

Память компьютера состоит из ячеек. Для облегчения нахождения любой из ячеек ей присваивается какой то адрес. В качестве адресов для ячеек используют числа. Для первой ячейки это нуль и так дальше по порядку (или не по порядку) к последней ячейке памяти. Так как адреса - это те же числа, компьютер может использовать арифметические операции для вычисления адресов памяти. В зависимости от конструкции каждого на него накладываются собственные ограничения на величину адресов. Объем адресного пространства компьютера определяет наибольший возможный адрес. Обычно компьютер использует память меньшего объема, чем допускается его возможностями адресации. Конструкция компьютера может предусматривать наибольшее адресное пространство, это накладывает суровые ограничения на возможности такого компьютера.

Большое адресное пространство – это возможность свободно использовать ресурсы памяти для определенных целей. Огромная часть арифметических операций, которые может выполнять микропроцессор 8088, ограничивается манипуляцией с 16-разрядными числами, что дает диапазон значений от 0 до 64 К. Поскольку полный адрес должен состоять из 20 разрядов, необходимо было разработать способ управления 20 разрядами. Решение было найдено путем использования принципа сегментированной адресации. Чтобы иметь возможность в каждый момент времени работать более чем с 64К памяти, в микропроцессоре 8088 предусмотрены четыре различных регистра сегмента, каждый из которых имеет особое назначение. Память компьютера используется для различных целей - часть ее занимает программа, другая часть используется для хранения данных, с которыми в данный момент работает программа. Поэтому два регистра сегмента выделены для программы и для данных. Для указания базового адреса программного или кодового сегмента используется регистр DC. Еще одна область памяти, используемая для специальных целей, называется стеком, и ее адрес указывается регистром стека SS. Для обеспечения дополнительных возможностей адресации имеется регистр дополнительного сегмента (или сегмента расширения), ES.

Для работы с сегментированными адресами микропроцессор 8088 имеет специальные регистры сегментов, предназначенные для хранения сегментной части адресов. Загрузив в регистр сегмента некоторое значение, можно адресовать следующие за ним 64К ячеек памяти. Без изменения значения в регистре сегмента компьютер может работать только с 64К байтами из общего адресного пространства в 1.024К. Путем изменения значения в регистре сегмента можно адресовать любую ячейку памяти.

Когда программа подготавливается к выполнению, операционная система, такая как DOS, выбирает ячейки каких разделов будут использоваться для размещения кодовой части программ, данных и стека в регистры сегментов CS, DS и SS заносятся адреса этих ячеек. При выполнении программы адреса в этих регистрах позволяют находить нужные ячейки памяти.

DOS и языковые процессоры используют программные соглашения, которые позволяют увеличить объем программ практически неограниченно, в то время как их адресуемая область данных ограничена 64К. Вы легко заметите это ограничение, работая с Паскалем или компилятором Бейсика. Для "встроенного" интерпретатора Бейсика для IBM/PC собственно выполняемой программой является сам интерпретатор, а то, что мы считаем своей программой, на Бейсике фактически является частью данных интерпретатора. Таким образом, для интерпретатора Бейсика суммарный объем кодовой части и данных Вашей программы не должен превышать 64К, которые позволяет адресовать регистр данных DS.

Как Бейсик, так и Паскаль, лишь до определенной степени позволяют манипулировать сегментированными адресами. Вы можете непосредственно изменять содержимое регистров CS, DS, SS и ES - языковой процессор должен управлять этими регистрами, иначе все может совершенно запутаться. Однако, определенный способ использования в программах сегментированной адресации все же имеется.

Паскаль разрешает использование сегментированной адресации, правда, в более унифицированном и гибком виде, чем Бейсик. На Паскале можно определить переменную как сегментированный адрес, например:

Var пример_адреса : adasmem,

а затем непосредственно задать его сегментную и относительную части ('.s' и '.r', соответственно):

пример_адреса.s : = # 2222;

пример_адреса.r : = # 3333;

Когда все эти присваивания выполнены, можно осуществлять доступ к памяти с помощью указателя сегментированного адреса:

x : = пример_адреса^;

if(chr(x)> = "а") and (chr(x)< = "z") then

пример_адреса^ : = x - 32;

Имея адресное пространство свыше миллиона байт IBM/PC позволяет более удобно и более гибко использовать память, чем большинство других, меньших персональных компьютеров. С одной стороны, резервирование определенных ячеек памяти может наложить ограничение на возможные применения компьютера. В IBM/PC резервируется несколько областей в верхних адресах памяти. Эти области имеют особое значение, а все нижние адреса оставлены для свободного использования. Таким образом, сочетаются достоинства использования зарезервированных блоков памяти и сохранения как можно большего объема памяти для свободного использования.

Верхняя четверть общего объема памяти, начиная с ячейки C 000 и до конца, практически всегда занимается постоянным запоминающим устройством или ПЗУ.

Ниже области ПЗУ располагается большой сегмент памяти, предназначенный для поддержки экранного режима дисплеев. Для хранения информации, отображаемой на экране, необходимо использовать специальную область памяти, которая может располагаться как внутри дисплея, так и внутри компьютера, с которым он соединен. В IBM/PC экранная память входит в общее адресное пространство компьютера (хотя конструктивно она размещается на плате расширения для дисплея).

Блок экранной памяти начинается с адреса В000 и занимает 64К, вплоть до адреса С000. этот блок делится на две части. Нижняя половина, начинающаяся с адреса В000, используется монохромным дисплеем. Верхняя половина, начинающаяся с адреса В800, используется цветным графическим дисплеем. Ни один из дисплейных адаптеров не требует и не использует все 32К, выделенные для них. Монохромный дисплей использует всего 4К, а цветной графический дисплей использует 16К. Оставшаяся часть памяти в настоящее время не используется, но может понадобиться для более совершенных дисплейных адаптеров.

Фактически, для дисплейных адаптеров выделено больше памяти, чем эти 64К от В000 до С000. Блок в 64К, предшествующий им, также зарезервирован. Первые 16К, от А000 до А4000, зарезервированы совершенно таинственным образом, не имеется ни малейшего указания на то, для чего это сделано. Остальные 48К этого блока от А400 до В000, входит в область 112К, которая считается зарезервированной для экранной памяти.

Объем памяти, расположенной ниже адреса А000, составляет 64К, которые предназначены для обычного использования памяти компьютера. Первые 64К располагаются на основной системной плате IBM/PC, а все остальные микросхемы памяти размещаются в блоках расширения. IBM/PC поддерживает всего 256К памяти, но этот предел связан только с тестами BIOS, которые при запуске компьютера проверяют такой объем памяти. Всегда можно подключить больше, чем 256К памяти.

Вся обычная оперативная память, подключенная к компьютеру, располагается в нижних адресах общего адресного пространства. Мы можем подключить такой объем памяти, какой нам необходим в пределах, накладываемых зарезервированными адресами. Независимо от того, подключено ли к компьютеру 48К или 576К, они всегда размещаются, начиная с адреса 0000. Таким образом, оперативная память (ОП) всегда занимает нижние адреса пространства, а постоянная память - в верхних адресах. Между ними располагается экранная память. Между всеми этими разделами могут быть промежутки - промежуток от конца ОП до начала экранной памяти и от конца экранной памяти до начала постоянно запоминающих устройств. Это неиспользуемая часть памяти IBM/PC.

Функция ОП является хранение слов информации, каждое из которых в равной мере доступно процессору и другим устройствам ЭВМ, связанным с оперативной памятью. Равнодоступность слов достигается путем присваивания адреса каждой ячейке ОП и обеспечения возможности доступа к информации при любом порядке поступления адресов. В структурном отношении ОП состоит из комплекса быстродействующих запоминающих устройств.

Память всегда была важным элементом компьютера. Первый компьютер обладал способностью обращаться к 640К оперативной памяти - RAM. Но в те дни, когда стандартом считались 64К, это было слишком большой величиной, настолько большой, что даже не знали, что можно с ней делать. В настоящее время памяти в 640К уже не хватает.

Память компьютера обычно называют RAM, что означает память с оперативным запоминающим устройством. Это временная память, управляемая микропроцессором компьютера и используемая программным обеспечением таким образом, чтобы мы могли создавать и обрабатывать информацию. Память может быть либо временной, либо постоянной.

RAM - это временная память, потому что, когда отключить питание, содержимое RAM теряется. Этот недостаток восполняется наличием в компьютере накопителей на дисках, которые хранят информацию постоянно. Информация, записанная в дисковую память, не стирается при выключении питания компьютера. Однако компьютер не может непосредственно обрабатывать информацию, хранящуюся на диске. Он работает непосредственно только с RAM. Таким образом, кроме своих математических обязанностей, на микропроцессор возложена обязанность управления памятью, с которой он прекрасно справляется. В памяти он хранит различные величины, производит сравнения, копирует и пересылает информацию. Чем больше у компьютера память, тем больше информации он может хранить и тем больше информации сможет обрабатывать 9 по заданной программе микропроцессора.

ROM -это память, допускающая только считывание. Доступ к ней осуществляется так же, как и к RAM, но запись в эту память производить нельзя. Она хранит информацию постоянно, поэтому информация может только считываться. Содержимое ROM не потеряется при выключенном питании. В компьютерах ROM используется в различных целях. Система BIOS персонального компьютера (ПК) хранится в микросхеме ROM. Кроме ограничения в 1 Мб используемой в персональном компьютере оперативной памяти RAM при работе с DOS мы должны знать, что память в ПК является непрерывной.

DOS признает четыре различных типа памяти: обычная, верхняя, расширенная и дополнительная память. Первые три типа различаются только своим расположением на карте памяти ПЭВМ. Четвертый тип памяти - это дополнительная память, которая называется также LIM-EMS-памятью или просто EMS-памятью и лежит вне адресного пространства микропроцессора.

Расширенная память - это память, которая лежит выше отметки 1М. Расширенная память в некоторой степени не так полезна, как обычная, потому что DOS просто не может ее использовать так же, как она использует обычную память. Расширенную память могут использовать драйверы, поставляемые с DOS 5 (RAMDrive и SMARTDrive) . Для работы с расширенной памятью эти программы либо переключаются на время в защитный режим, копируют данные в расширенную память или из нее и медленно переключаются обратно в обычный режим, либо полагаются на особенности микропроцессора, позволяющие им достигнуть расширенной памяти, оставаясь в обычном режиме. Некоторые прикладные программы также будут использовать расширенную память, и при ее преобразовании в дополнительную можно заставить программы, которые используют дополнительную память, а не расширенную память, все же косвенно ее использовать. В версии 5 большая часть самой DOS может быть загружена в расширенную память, освобождая дополнительный объем обычной память для прикладных программ.

DOS 5 поступает пользователю вместе со специальным драйвером устройства, называемым HIMEM.SYS, который призван управлять расширенной памятью. HIMEM.SIS управляет потоками данных для всей памяти объемом 640К, включая область верхней памяти.

Нехватка памяти была впервые отмечена пользователями электронных таблиц. Для электронных таблиц требуется большой объем обычной памяти, а стандартная память DOS не может удовлетворить эту потребность. Поэтому была разработана спецификация дополнительной памяти или EMS. EMS определяет дополнительную память. В действительности эта память не является частью памяти DOS, она является пулом RAM - областью памяти, которая по объему может быть до 8 Мб. Чтобы получить доступ к дополнительной памяти, прикладная программа требует у ЕММ (драйвер, который предоставляет программам доступ к памяти), определенное число логических страниц и затем ставит им в соответствие физические страницы в страничном блоке. ЕММ делит всю ОЗУ на плате на ряд блоков размером по 16К, называемых логическими страницами. Затем он находит неиспользуемый участок памяти размером 64К и делит его на 4 равных блока по 16К, которые называются физическими страницами. Как только логическая страница связывается с физической страницей, программа может считать из этой памяти или записать в нее, как если бы это была обычная память, использующая стандартные адреса, состоящие из сегментов и смещений. Память EMS используется для хранения данных, буферизованных с помощью команды FASTOPEN, указав при запуске FASTOPEN ключ /X, а также разместить в дополнительной памяти с помощью драйверов RAMDRive и SMARTDrive электронные диски и кеш-буферы.

Область между 640К и 1М называется областью верхней памяти. В типичной ПЭВМ оказывается, что многие из адресов в верхней памяти не используются. В ПК 386 с видеоадаптером VGA, сегменты А000h и B000h резервируются под видеобуфер , представляющий собой участок памяти, содержимое которого определяет, что вы видите на экране. Вы очень редко можете встретить ПК, который не имеет, по крайней мере, некоторого свободного пространства между 640К и 1М; вот почему область верхней памяти так важна для DOS 5.

DOS 5 поступает пользователю со специальным драйвером EMM386.EXE, который может конвертировать неиспользуемое пространство в области верхней памяти в используемое ОЗУ на ПК 386 и 486. Эти части ОЗУ называются блоками верхней памяти. В совокупности с командами DOS 5 ( LOADHIGH и DEVICEHIGH ), ЕММ386.ЕХЕ может дополнительно предоставить в распоряжение DOS до 128К или даже больше. Можно загрузить в UMB драйверы устройств.

Загруженная DOS располагается близко к началу обычной памяти, где она потребляет 60К ОЗУ, оставляя свободных 580К для прикладных программ. Большая часть DOS перемещена в расширенную память, как раз за границей 1М, что оставляет для прикладных программ свободных более 623К. В расширенную память перемещается не вся DOS, а большая ее часть, так что увеличивается размер выполняемой программы более чем на 40К. Участок, остающийся в обычной памяти - это тот минимум, который требует DOS для поддержания своей работы.

Конфигурирование системы для загрузки DOS в НМА, а не в младшие адреса, требует двух простых изменений в файле CONFIG.SYS. Сначала надо добавить команду DEVICE= с тем, чтобы HIMEM.SYS загружался всякий раз при запуске компьютера. Эта команда не обязательно должна быть первой в файле CONFIG.SYS, но она обязательно должна идти перед другими командами, которые загружают драйверы, использующие HIMEM.SYS.

После добавления строки, загружающей HIMEM.SYS, надо включить в CONFIG.SYS вторую команду для загрузки DOS в НМА:

DOS=HIGH

Если файл CONFIG.SYS уже содержит команду DOS=UMB, то вместо добавления новой строки надо изменить существующую, чтобы она выглядела следующим образом:

DOS=HIGH, UMB

DOS =HIGH заставляет DOS загружаться в НМА. Кроме того, программа установки DOS 5 могла уже создать эту строку.

Команда BUFFERS определяет число буферов, которое может использовать ОС, параметр может изменяться от 1 до 99, по умолчанию параметр равен 3, размер каждого буфера равен 528 байтам, из них непосредственно под информацию, а 16 байт используется для хранения информации о самом буфере. BUFFERS= резервирует под буферизацию данных, поступающие на диски или с них. Добавление в CONFIG.SYS команды DOS=HIGH дает нам больше, чем просто перемещение DOS в НМА; эта команда также перемещает в НМА дисковые буферы, создаваемые командой BUFFERS. Пример загрузки DOS в НМА:

DEVICE=C:\DOS\HIMEM.SYS

BUFFERS=20

DOS=HIGH

Чтобы достичь большего объема памяти, пригодного для DOS в нижних 640К, одно из простейших и наиболее эффективных конфигурационных изменений, которое можно осуществить, заключается в перемещении DOS в старшую (high) память.

Для загрузки драйверов устройств в старшую память DOS предоставляет команду DEVICEHIGH. Ее формат:

DEVICEHIGH [SIZE=size] [d:][hath]driver [parameters]

где driver - имя драйвера устройства, parameters - необязательный список параметров, передаваемых драйверу при установке, а size - минимальный объем верхней памяти, который должен быть освобожден для загрузки драйвера в старшую память. Для драйвера устройства необходимо указать букву, означающую дисковод (d:), откуда он загружается и имя каталога (path), если только драйвер не хранится в корневом каталоге дисковода, откуда загружается. Обычно указывают весь путь к драйверу, чтобы DOS имела информацию, необходимую ей для нахождения драйвера.

Команда DEVICEHIGH пригодна лишь внутри COVFIG.SIS. Все драйверы, поступающие с DOS 5, кроме двух, UMB-совместимы. Не могут быть загружены в старшую память только ЕММ386.ЕХЕ и YIMEM.SYS. До тех пор, пока эти два драйвера не загружены, не существует блоков UMB, куда бы их можно было бы загрузить.

Приводимый ниже пример показывает, как используется команда, включенная в CONFIG.SYS, загружает ANSI.SYS (драйвер расширения возможностей экрана и клавиатуры, входящий в состав DOS) в UMB:

DEVICEHIGH=C:\DOS\ANSI.SYS

Важно разместить команду DEVISEHIGH после команд DEVICE, которые загружают ЕММ386.ЕХЕ и HIMEM.SYS. Если эта команда располагается первой, DOS загрузит драйвер в обычную, а не в верхнюю память. Кроме того, вы не получите никаких сообщений о том, что это так. Если с помощью команды МЕМ вы не проверите местонахождение AVSI.SYS, то будете думать, что драйвер загружен в старшую память, тогда как на самом деле он загружен в младшую.

Проверка напряжения сети. Перед первым включением компьютера следует проверить, соответствует ли напряжение в сети тому, на которое рассчитан компьютер. При необходимости надо установить переключатель напряжения на компьютере в нужное положение.

Стабилизация напряжения. Во многих населенных пунктах нашей страны напряжение в сети может сильно колебаться. Для компьютера такие изменения напряжения являются не желательными, поэтому лучше подключать компьютеры через стабилизаторы. Наиболее надежную защиту от неприятностей, связанных с нестабильностью электропитания, осуществляют специальные устройства непрерывного питания, которые не только обеспечивают строго постоянное напряжение питания, но и дают возможность работы компьютеров при полном отключении электропитания в течение от 5 минут до нескольких часов, в зависимости от мощности устройства. За это время можно, во всяком случае, полностью завершить ведущиеся на компьютере работы, чтобы при его выключении не произошло потери информации. Для серверов локальных сетей и компьютеров, обрабатывающих ценную коммерческую информацию, применение устройств непрерывного питания является практически обязательным (многие фирмы даже не принимают такие компьютеры на гарантийное или сервисное обслуживание). Для остальных компьютеров в качестве дешевого заменителя можно использовать бытовые стабилизаторы. Они обеспечивают устойчивую работу компьютеров при падении или скачках напряжения в электрической сети.

Включение компьютера. Для включения компьютера необходимо:

1. включить стабилизатор напряжения, если компьютер подключен через стабилизатор напряжения;
2. включить принтер (если он нужен);
3. включить монитор компьютера;
4. включить компьютер (переключателем на корпусе компьютера).

После этого на экране появится сообщение о ходе работы программ проверки и начальной загрузки компьютера. Когда начальная загрузка операционной системы будет закончена, появится приглашение операционной системы, например

С:\ > или С:\ WORK >

Появление приглашения означает, что операционная система готова к приему команд.

Выключение компьютера. Для выключения компьютера необходимо:

Системный блок компьютера желательно поставить в таком месте, чтобы он не подвергался толчкам и вибрациям. Недопустимо ставить на системный блок матричный принтер – возникающие при его работе вибрации могут повредить компьютер. Все кабели, соединяющие системный блок с другими устройствами, следует вставлять и вынимать только при выключенном компьютере. В помещении, где стоят компьютеры не следует курить. Раз в несколько месяцев следует открывать системный блок компьютера и удалять пылесосом пыль и грязь.

Использование монитора. Важнейшее значение для работы с компьютером имеет правильное использование монитора. Ниже даются некоторые рекомендации по этому поводу:

1. монитор надо поставить надежно не на край стола;
2. надо установить монитор так, чтобы на него было удобно смотреть. Поверните монитор так, чтобы вы смотрели на него под прямым углом;
3. надо правильно задать регулировки изображения. Не следует делать изображение монитора слишком ярким – от этого у вас быстро устанут глаза. Если на вашем мониторе есть ручка фокусировки, покрутите ее так, чтобы изображение было максимально четким;
4. монитор всегда быстро загрязняется пылью;
5. кинескоп, находящийся внутри монитора, использует очень высокое напряжение, поэтому нив коем случае не следует открывать крышку монитора и тем более находящиеся под этой крышкой детали. Это должны делать только обученные специалисты по ремонту мониторов.

Использование клавиатуры. Хотя клавиатура является весьма надежным и неприхотливым устройством, все же этим не следует злоупотреблять. В частности, не следует класть на клавиатуру бутерброды и ставить рядом с ней чай – крошки и жидкость могут вывести ее из строя. Заканчивая работу с компьютером, закройте ее крышкой.