IBM-PC-совместимые компьютеры построены на базе микропроцессоров, совместимых с 8086. Обязательно также наличие BIOS или UEFI, стандартных для PC системы адресации, прерываний, прямого доступа к памяти и системных шин (в зависимости от поколения компьютера это может быть ISA, PCI или PCI-Express).
1. Процессор
Оригинальный IBM PC производился с процессором Intel 8088. Кроме 16-битной системы команд этот процессор мог адресовать без дополнительных ухищрений до 1 мегабайта оперативной памяти, когда большинство применяемых в персональных компьютерах микропроцессоров могли адресовать только 64 килобайта. Позже его сменил сначала Intel 80286, имевший защищённый режим и умевший адресовать до 16 мегабайт , а потом — Intel 80386, с 32-битным машинным словом и адресным пространством до 4 гигабайт . В дальнейшем, вплоть до перехода на x86-64, изменения практически не затрагивали систему команд, хотя его внутреннее устройство значительно перерабатывалось: математический сопроцессор был перенесён внутрь кристалла процессора, появился процессорный кэш, изменялась внутренняя архитектура процессора и т.д.
2. Математический сопроцессор
Изначально, вплоть до Intel 80386 процессоры Intel не имели встроенных средств для расчётов с плавающей запятой, однако в качестве опции для этой цели мог быть установлен дополнительный сопроцессор. Начиная с Intel 80486 блок для работы с плавающей запятой становится частью центрального процессора.
3. Распределение памяти
В процессорах intel 8086/8088 доступно лишь 1 мегабайт памяти, однако через часть этого пространства доступна видеопамять, память BIOS и различных внешних устройств, поэтому для самих программ остаётся только 640 килобайт. Более поздние модели процессоров имеют больший объём адресуемой памяти ,но для этого требовалось перейти в другой режим процессора. Кроме того, особенность конструкции процессора intel 80286 позволяла с помощью определённых ухищрений обращаться к дополнительным 64К памяти ,и для обеспечения совместимости с таким режимом был организован специальный ключ, доступный через порт контроллера клавиатуры.
4. Верхняя память (UMA)
Адреса с 0xA0000 по 0xFFFFF заполнены данными различных устройств: сюда проецируется часть видеопамяти, BIOS , память настроек и области конфигурирования Plug and Play. Для ускорения работы с этой областью памяти может использоваться так называемое «теневое ОЗУ»,когда данные при записи копируются и в память устройства, и в специальную область ОЗУ, а при чтении берутся только из ОЗУ, однако такой режим доступен на процессорах 80386 и выше, и только для тех устройств, которые не могут самостоятельно изменять значения этой памяти.
5. Дополнительная память
Начиная с процессора 80286 появился защищённый режим, который имеет две функции: доступ к областям памяти дальше 1 мегабайта и защита памяти. Изначально существовало два способа доступа к памяти: сегментный и страничный, однако первый, несмотря на свои преимущества, так и не получил распространения из-за своей сложности, поэтому начиная с x86-64 процессоры поддерживают только страничную адресацию.
6. Память режима SMM
Область памяти, доступная в режиме SMM — достаточно невелика, но к ней невозможно стандартными средствами обратиться из операционной системы и прикладных программ. Эта память используется для того, чтобы режим SMM включался прозрачно для других программ и не портил регистры процессора, а также для хранения данных и кода, необходимых для работы SMM.
7. Виртуальная память
Процессоры типа x86 позволяют адресовывать больше памяти, чем физически имеется в системе. При попытке обращения к недоступной памяти процессор генерирует специальное исключение, которое обрабатывает операционная система, и при необходимости может либо подгрузить нужные данные из внешнего устройства (как правило, с диска), либо выдать ошибку. Благодаря механизму страничной адресации часть памяти может быть в любой момент выгружен я выполняемых программ подкачка.
8. Прямой доступ к памяти
В шине ISA использовался специализированный контроллер intel 8237A. Начиная с шины PCI контроллер стал частью мастера шины и уже не был стандартным и централизованным, но мог работать в режиме совместимости а, а на её место загружены другие данные, благодаря этому происходит прозрачная дл
с 8237A. Основные устройства, использующие прямой доступ к памяти — это накопители (жёсткие диски, SSD, CD/DVD), звуковые карты. Тем не менее, во времена шины ISA жёсткие диски могли работать без ПДП, несмотря на то, что такой режим создавал нагрузку на процессор: потому, что стандартный контроллер не обеспечивал достаточной скорости работы, и ему была доступна не вся память.
9. BIOS
Одно из важнейших особенностей платформы стала система BIOS — набор программ, хранящихся в ПЗУ и предоставляющих стандартизированные вызовы для работы с базовыми возможностями платформы. Использование BIOS позволило с одной стороны вносить изменения в реализацию отдельных устройств компьютера, не теряя совместимости с платформой, а с другой — эмулировать устройства, не реализованные аппаратно. Кроме того, на BIOS возложены функции начального тестирования (POST) и загрузки операционной системы. С появлением Plug-and-play, ACPI эти функции также возложены на BIOS. BIOS была одним из компонентов, который IBM запатентовала, поэтому сторонние разработчики PC-совместимых компьютеров вынуждены были разрабатывать собственные версии BIOS по методу «чистой комнаты».
10. Энергонезависимая память BIOS
Часть настроек BIOS может изменяться в процессе эксплуатации компьютера, такие как частота тактового генератора, местоположение операционной системы, и т.д. На первых PC эти настройки осуществлялись переключением перемычек или dip-переключателей, но такой способ сильно ограничивал возможности настройки. В дальнейшем для хранения настроек стала использоваться микросхема памяти небольшого объёма, которая может работать от собственного малогабаритного источника питания. Для работы с этими настройками используется специальная программа BIOS setup, которая вызывается специальным сочетанием клавиш при запуске компьютера.
11. Электропитание
Ранние PC требовали для питания четырёх напряжений: ±5 В и ±12 В. Большинство цепей питалось от напряжения +5 В — стандартного напряжения питания для микросхем ТТЛ. От +12 вольт питались отдельные мощные потребители, такие как двигатели приводов гибких и жёстких дисков. Отрицательные напряжения нужны были для работы некоторых портов ввода-вывода и для соблюдения спецификации шины ISA. Для надёжного запуска компьютера имеется также контакт «Power Good», на который подаётся напряжение только после того, как на выходе источника питания установится стабильное напряжение. В первых PC выключатель питания располагался в задней части правой панели корпуса, там где располагался блок питания, позже был вынесен на переднюю панель.
По мере роста тактовой частоты процессора появилась потребность в источниках питания более низкого напряжения, но при этом способных отдавать достаточно большой ток. Для этой цели на материнской плате стали устанавливать модуль регулятора напряжения (VRM).
Отдельные потребители, такие как дисководы жёстких и гибких дисков, а также корпусные вентиляторы, системы охлаждения и подсветки, могут подключаться к блоку питания через отдельные кабели с разъёмами MOLEX 8981, AMP 171822-4 или MOLEX 88751.
