Интерфейсы периферийных устройств реферат

Обновлено: 07.07.2024

Под интерфейсом понимают совокупность схемотехнических средств, обеспечивающих непосредственное взаимодействие составных элементов вычислительной системы. Интерфейс обеспечивает взаимосвязь между составными функциональными блоками или устройствами системы.
Основным назначением интерфейса является унификация внутрисистемных и межсистемных связей и устройств сопряжения с целью эффективной реализации прогрессивных методов проектирования функциональных элементов вычислительной системы.

Содержание

Общие сведения об интерфейсах…………………………………………2
Классификация интерфейсов……………………………………………..2
История создания интерфейса SCSI……………………………….……..3
Концепция SCSI……………………………………………………………4
Фазы работы шины SCSI…………………………………………………..6
Дополнительные средства спецификации SCSI-2……………………….8
Хост-адаптеры……………………………………………………………11
Характеристики современных хост-адаптеров………………………….12
Программная поддержка SCSI устройств………………………….…..12
Программирование аппаратных средств периферийных устройств….13
Реализация протокола SCSI-шины……………………………………….15
Список используемой литературы………………………………………18

Прикрепленные файлы: 1 файл

inter1.doc

Общие сведения об интерфейсах…………………………………………2

Классификация интерфейсов…………………………………………….. 2

История создания интерфейса SCSI……………………………….……..3

Дополнительные средства спецификации SCSI-2……………………….8

Характеристики современных хост-адаптеров………………………….12

Программная поддержка SCSI устройств………………………….…..12

Программирование аппаратных средств периферийных устройств….13

Реализация протокола SCSI-шины……………………………………….15

Список используемой литературы………………………………………18

Общие сведения об интерфейсах .

Создание современных средств вычислительной техники связано с задачей объединения в один комплекс различных блоков ВМ, устройств хранения и отображения информации, аппаратуры данных и непосредственно ЭВМ. Эта задача возлагается на унифицированные системы сопряжения – интерфейсы. Под интерфейсом понимают совокупность схемотехнических средств, обеспечивающих непосредственное взаимодействие составных элементов вычислительной системы. Интерфейс обеспечивает взаимосвязь между составными функциональными блоками или устройствами системы.

Основным назначением интерфейса является унификация внутрисистемных и межсистемных связей и устройств сопряжения с целью эффективной реализации прогрессивных методов проектирования функциональных элементов вычислительной системы.

Машинные интерфейсы предназначены для организации связей между составными элементами ЭВМ, т.е. непосредственно для их построения и связи с внешней средой.
Интерфейсы периферийного оборудования выполняют функции сопряжения процессоров, контроллеров, запоминающих устройств и аппаратурой передачи данных.
Интерфейсы мультипроцессорных систем представляют собой в основном магистральные системы сопряжения , ориентированные в единый комплекс нескольких процессоров, модулей памяти, контроллеров запоминающих устройств, ограничено размещенных в пространстве.
Интерфейсы распределенных ВС предназначены для интеграции средств обработки информации, размещенные на значительном расстоянии.

Развитие интерфейсов осуществляется в направлении повышении уровня унификации интерфейсного оборудования и стандартизации условий совместимости, модернизации существующих интерфейсов, создания принципиально новых интерфейсов.

История создания интерфейса SCSI

Так фирма Shugart Associates разработала Системный интерфейс SASI (Shugart Associates System Interface). Эта фирма была одним из ведущих производителей дисковых накопителей, под влиянием чего ряд других изготовителей также применил этот интерфейс в своих изделиях. В результате интерфейс SASI получил относительно широкое распространение. Компания Shugart была исключительно заинтересована в том, чтобы комитет принял ее интерфейсную шину, а не шину IPI. Когда выяснилось, что интерфейс SASI может проиграть в этой борьбе, компания присвоила ему новое наименование SCSI и представила в комитет X3T9.2, который заинтересовался проблемами интерфейсов нижнего уровня, где конкуренция была менее жесткой.

В 1984 г. комитет ANSI закончил разработку спецификации SCSI-1, и она была опубликована в своем окончательном виде в 1986 г. Последующие дополнения и усовершенствования привели к созданию спецификации SCSI-2.

Шина SCSI – это шина ввода-вывода, а не системная шина и не интерфейс приборного уровня. Интерфейсные средства типа шины SCSI особенно эффективны для машин, которые требуют подключения нескольких дисковых накопителей или других ПУ. Интерфейс SCSI повышает гибкость и вычислительную мощность системы, поскольку он позволяет подключить к одной шине несколько различных ПУ, которые могут непосредственно взаимодействовать друг с другом. Скорость передачи данных по шине безусловно не будет ограничивающим фактором, поскольку этот показатель для шины SCSI в настоящее время достигает 40Мбайт/с.

Шина SCSI предусматривает возможность подключения до восьми устройств. На первый взгляд это может показаться довольно серьезным ограничением, однако, если учесть, что каждое устройство может представлять

восемь логических блоков, а каждый логический блок – 256 логических подблоков, то очевидно, что возможности расширения здесь более чем предостаточные.

Каждому из устройств шины SCSI должен быть назначен индивидуальный идентификатор ID, значение которого обычно задается при помощи коммутационных перемычек непосредственно в устройстве. Идентификатор ID выполняет две функции : он идентифицирует устройство на шине и определяет его приоритет в арбитраже за доступ к шине (чем больше номер устройства, тем выше его приоритет).

Каждое из восьми возможных устройств шины может играть роль инициатора(initiator), исполнителя(target), либо совмещать обе эти роли. Инициатор – это часть хост(главного) адаптера SCSI, который служит для подключения главного компьютера к шине SCSI. В типичной системе к одному инициатору подключается один или несколько исполнителей. Система повышенной сложности может содержать более одного хост- адаптера SCSI(много инициаторов). В таких системах могут устанавливаться взаимодействие не только любого процессора с любым ПУ, но также хост - адаптеров друг с другом, поскольку хост – адаптер сам является устройством шины SCSI и может играть роль как инициатора , так и исполнителя. Два ПУ(оба исполнителя), однако, не могут взаимодействовать друг с другом , поскольку только пара инициатор – исполнитель может вести обмен данными по шине в каждый конкретный момент времени.

Хост – адаптер содержит аппаратные и программные средства для сопряжения с ЦП.

Интерфейс контроллера SCSI и системной шины может быть как совсем простым (строится по принципу программного опроса канала В/В), так и более сложным (предусматривающим высокоскоростные обмены даннами в режиме прямого доступа к памяти, ПДП). Такие контроллеры воспринимают высокоуровневые команды и освобождают ЦП от необходимости обработки и контроля сигналов шины SCSI.

Программное обеспечение главного компьютера упрощается , поскольку ему не приходится учитывать физические характеристики конкретного устройства. Интерфейс SCSI предусматривает использование логических , а не физических адресов для всех блоков данных.

Фазы работы шины SCSI.

Протокол шины SCSI предусматривает восемь отдельных фаз :

Последние четыре фазы называются фазами передачи информации. Шина SCSI в каждый конкретный момент времени может находится только в одной из этих восьми фаз.

выдается идентификатор ID SCSI – устройства( ID – бит). При этом каждое

из восьми возможных устройств шины SCSI может выдавать свой ID - бит

только на закрепленную за ним линию данных как признак своего участия

в арбитраже. Устройство с максимальным значением идентификатора ID выигрывает арбитраж и берет на себя управление шиной.

REQ/ACK – запрос/подтверждение (в версии SCSI-2 дополнительно применяются линии REQB/ACKB).

Реальный обмен данными может осуществляться синхронным и асинхронным способом. В обоих случаях для выполнения квитирования используются сигнальные линии ACK и REQ. Для исполнителя режим синхронной передачи является необязательным. Инициатор может потребовать, чтобы исполнитель осуществлял синхронную передачу, однако если последний отвергнет этот запрос, то будет использоваться асинхронный режим.

Чтобы передать данные инициатору в асинхронно м режиме, исполнитель выдает их на линии данных шины SCSI вместе с сигналом REQ. Данные должны удерживаться на шине до тех пор, пока от

инициатора не будет принят сигнал подтверждения ACK. После этого на

шину выдаются следующие данные, и процесс повторяется. Если передача

данных должна происходить в противоположном направлении, исполнитель выдает сигнал запроса REQ, говорящий о том, что он готов к

приему данных . Инициатор выдает данные на линию данных шины SCSI,

а за тем формирует сигнал ACK. Инициатор продолжает удерживать данные на шине до тех пор, пока линия REQ, не переключится в пассивное состояние. Затем исполнитель сбрасывает сигнал REQ, инициатор выдает новые данные, и процесс повторяется.

При выдаче всех запланированных импульсов REQ исполнитель сравнивает число запросов REQ и подтверждений ACK, чтобы удостовериться в том, что каждая группа данных принята успешно. При подготовке синхронного режима обмена устройства задают смещение REQ/ACK и период передачи.

Например, без интерфейса ATI/IDE пользователи не могли бы использовать НЖМД и другие накопители. А без интерфейса USB не было бы такого разнообразия гаджетов. Я не включил в свой реферат, тоже достаточно известный, интерфейс SCSI, это потому что данный интерфейс в современных ПК почти не используется.

Содержание работы

Раздел 1. Интерфейс ATA/IDE 4

1.1 Краткий обзор 4

1.2 Происхождение IDE 5

1.3 Интерфейсы IDE для различных системных шин 6

1.4 Происхождение ATA 7

1.5 Стандарты ATA 9

1.6 Особенности параллельного интерфейса ATA 10

1.6.1 Разъем ввода"вывода параллельного ATA 10

1.6.2 Управляющие сигналы параллельного интерфейса ATA 12

Выводы по разделу 13

Раздел 2. Последовательные порты USB и IEEE 1394 (i.LINK и FireWire) 14

2.1 Преимущества последовательного соединения 14

2.2 Универсальная последовательная шина USB 14

2.3 Технические характеристики USB 15

2.4 IEEE-1394 (FireWire или i.Link). Стандарты 1394 19

2.5 Технические характеристики 1394a 20

2.6 Технические характеристики 1394b 22

2.7 Сравнение IEEE-1394 и USB 1.1/2.0 25

Выводы к разделу 27

Список используемой литературы

Содержимое работы - 1 файл

Федерального государственного образовательного учреждение среднего профессионального образования.doc

систем с шиной MCA.

1.4 Происхождение ATA

Controller Hub (что типично для современных компьютеров), и работает на высоких тактовых частотах шины данных, схема расположения выводов и функциональное назначение контактов не отличаются от оригинальной конструкции шины ISA.

Через некоторое время 40-контактный разъем и метод построения дискового интерфейса были представлены на рассмотрение в Комитет по стандартам при ANSI. Совместными усилиями этого института и компаний изготовителей были устранены некоторые шероховатости, “подчищены хвосты”, и в марте 1989 года был опубликован стандарт на интерфейсы, известный как CAM ATA. Однако еще до появления этого стандарта многие компании, например Conner Peripherals, вслед за CDC внесли некоторые изменения в первоначальную конструкцию. В результате многие старые накопители ATA очень трудно объединять в двух дисковую конфигурацию, принятую для современных систем. Некоторые разделы стандарта ATA не конкретизированы, и изготовителям предоставлена определенная свобода творчества при введении собственных команд и функций. Кстати, именно поэтому низкоуровневое форматирование накопителей IDE превратилось в столь сложную проблему. Программа форматирования при перезаписи заголовков секторов и создании карты дефектов должна обладать возможностью использования набора команд, разработанного для конкретной модели жесткого диска. К сожалению, при таком подходе размывается само понятие “стандарт”.

Стандартная шина АТА представляет собой 16-разрядный параллельный интерфейс, т.е. по интерфейсному кабелю одновременно передается 16 бит данных (разрядов). Новый интерфейс, получивший название Serial ATA (SATA), был официально представлен в конце 2000 года и начиная с 2003 года появился в готовых системах. Интерфейс SATA обеспечивает единовременную передачу по кабелю только одного бита данных, что позволяет уменьшить геометрические размеры используемого кабеля и обеспечить более высокую эффективность его работы, которая достигается за счет повышения циклической частоты передачи информации. Интерфейс SATA имеет полностью обновленную физическую архитектуру, обеспечивая при этом программную совместимость с параллельным АТА. Термин АТА, встречающийся в этом разделе, относится к параллельной версии интерфейса, в то время как его последовательная версия обозначается как SATA. На рис. 1.1 сравниваются размеры кабелей питания и данных шины SATA с геометрическими параметрами кабелей для параллельного интерфейса АТА (PATA).

Рис. 1.1. Кабели питания/данных SATA обладают гораздо меньшим размером, чем кабели параллельного интерфейса АТА

Основным преимуществом накопителей АТА по сравнению со старыми интерфейсами, созданными на основе отдельных контроллеров, а также более современными хост-интерфейсами шины данных, к которым относятся SCSI и IEEE_1394 (iLink или FireWire), является их низкая стоимость. Отсутствие отдельных контроллеров или хост-адаптеров позволяет упростить структуру кабельного соединения, благодаря чему стоимость накопителей АТА значительно ниже, чем стоимость комбинации стандартного контроллера и накопителя.

1.5 Стандарты ATA

за развитие всех стандартов интерфейса Parallel AT Attachment. Комитет Т13 входит в Интернациональный комитет по стандартам информационных технологий (InterNational Committee on Information Technology Standards — INCITS), который работает в соответствии с правилами государственной организации ANSI (Национальный институт стандартизации США). Для создания стандартов SATA была сформирована группа, получившая название Serial ATA Workgroup, в которую вошли многие специалисты Комитета по стандартам ANSI. Эволюция параллельного интерфейса АТА завершится, по всей вероятности, последней спецификацией ATA-7 (ATA/133), а в дальнейшем найдет воплощение в форме SATA.

На данный момент рассмотрены и утверждены следующие стандарты ATA:

- ATA-1 (1988–1994 гг.);

- ATA-2 (1996 г., также называется Fast-ATA, Fast-ATA-2 или EIDE);

- ATA-4 (1998 г., также называется Ultra-ATA/33);

- ATA-5 (1999 г., также называется Ultra-ATA/66);

- ATA-6 (2000 г., также называется Ultra-ATA/100);

- ATA-7 (2001 г., также называется Ultra-ATA/133 или SATA);

Начиная с ATA-1, новые версии интерфейса ATA и обновленные версии BIOS обеспечивали поддержку более емких и быстрых накопителей, а также устройств других типов, отличных от жестких дисков. В стандарте ATA-2 и всех последующих исходный интерфейс ATA

был улучшен в пяти направлениях.

- Вторичный канал для подключения двух устройств.

- Увеличенная максимальная емкость накопителей.

- Увеличенная скорость передачи данных.

- Поддержка интерфейса ATAPI (ATA Packet Interface — пакетный интерфейс периферийных устройств).

Все версии стандарта ATA обратно совместимы, т.е. устройства ATA-1 или ATA-2 будут прекрасно работать с интерфейсом ATA-4 или ATA-5. Каждый последующий стандарт ATA основан на предыдущем. Это означает, что стандарт ATA-6, например, практически полностью соответствует функциональным особенностям ATA-7.

1.6 Особенности параллельного интерфейса ATA

Стандарты ATA позволили избавиться от несовместимости и различных проблем между дисководами IDE и шинами ISA/PCI. Спецификации ATA определяют сигналы выводов 40-контактного разъема, их функции и синхронизацию, стандарты кабеля и т.п. В этом разделе приведены некоторые элементы и функции, определяемые спецификацией АТА. Следует отметить, что после появления последовательного стандарта SATA параллельный интерфейс ATA стали называть PATA (parallel ATA).

1.6.1 Разъем ввода"вывода параллельного ATA

Чтобы правильно подключить 40/44-контактный разъем интерфейса ATA (рис. 1.2), его обычно (но не всегда) снабжают ключом. В данном случае ключом служит срез вывода 20, причем соответствующее отверстие в ответной части отсутствует. Всем изготовителям настоятельно рекомендуется использовать разъемы и кабели с ключами (рис. 1.3). Неправильное подключение кабеля IDE обычно не наносит существенного вреда, хотя может заблокировать систему, что приведет к ее “зависанию” или сделает запуск невозможным.

Рис. 1.2. Подключение жесткого диска ATA (IDE)

Рис. 1.3. Внешний вид 40-контактного разъема интерфейса ATA

Назначение выводов разъема приведено в табл. 1.1 в приложении 1

В портативных компьютерах для подключения 2,5-дюймового дисковода обычно используется уменьшенный унифицированный 50-контактный разъем, выводы которого расположены на расстоянии 2 мм (0,079 дюйма) друг от друга. Кроме основной 40-контактной части, которая практически не отличается от стандартного разъема ATA (за исключением уменьшенного расстояния между выводами), существуют также дополнительные выводы питания и перемычек. Обычно для подключения к разъему используется 44-контактный кабель, передающий силовое напряжение питания и стандартные сигналы ATA. Статус жесткого диска определяется положением имеющейся на нем перемычки или переключателя: первичный (Master), вторичный

(Slave) или выбор кабеля (Cable Select). Унифицированный 50-контактный разъем, используемый для подключения 2,5=дюймовых дисководов ATA, показан на рис. 1.4.

Рис. 1.4. Схема унифицированного 50-контактного разъема, используемого для подключения 2,5-дюймовых дисководов АТА в портативных компьютерах с помощью 44-контактного кабеля.

Обратите внимание на выводы позиций A–D и удаленные выводы позиций E и F. Перемычка, используемая для определения статуса жесткого диска, обычно располагается между контактами позиций B и D. Выводы 41 и 42 разъема служат для подачи питания напряжением 5 В к логической схеме дисковода (на монтажную плату) и электродвигателю соответственно; вывод 43 заземлен (т.е. подключен к общему проводу); вывод 44 является резервным и в данной конструкции не используется. Обратите внимание, что в 2,5-дюймовых дисководах, в отличие от дисководов большего размера, используется электродвигатель с рабочим напряжением 5 В. Назначение выводов унифицированного 50-контактного разъема интерфейса ATA, используемого большинством 2,5-дюймовых дисководов (портативные компьютеры или ноутбуки), приведено в табл. 1.2 в приложении 1

1.6.2 Управляющие сигналы параллельного интерфейса ATA

Здесь описаны наиболее важные сигналы АТА, что позволяет получить более подробную информацию об установке и конфигурировании дисковода. В частности, приведенная информация поможет понять, как работает функция Cable Select (выбор кабеля).

Вывод 20 играет роль ключа для правильной ориентации разъема и попросту отсутствует. Этот вывод и соответствующее отверстие в ответной части должны отсутствовать во всех разъемах интерфейса ATA. Все это необходимо для того, чтобы предотвратить неправильное

подключение кабеля. Естественно, никаких сигналов к выводу 20 не подводится.

На вывод 39 подается сигнал DA/SP (Drive Active/Slave Present), одновременно выполняющий две функции. Сразу после включения компьютера на вывод 39 поступает напряжение, свидетельствующее о наличии в системе вторичного жесткого диска. После этого каждый

жесткий диск периодически отсылает сигнал, подтверждающий его активность.

Через вывод 28 может передаваться два сигнала: SPSYNC (Spindle Synchronization — синхронизация шпинделя) и CSEL (Cable Select — выбор кабеля). Однако во время установки можно так задать параметры, чтобы использовалась только одна из этих функций. Сигнал SPSYNC может понадобиться для синхронизации вращения шпиндельного двигателя, но чаще всего через указанный вывод передается второй из возможных сигналов — CSEL. С его помощью можно определить жесткий диск либо как первичный (присваивается номер 0), либо как вторичный (присваивается номер 1), не переставляя в них при этом никаких перемычек. Если линию CSEL, к которой подключен данный жесткий диск, заземлить (подсоединить к общему проводу), то накопитель будет первичным; если же оставить ее свободной (не подключать к общему проводу), то накопитель окажется вторичным.

Линии CSEL для разных жестких дисков можно заземлить (подключить к общему проводу) каждую отдельно, воспользовавшись Y-образным кабелем-раздвоителем. В нем разъем, подключенный к шине IDE, смонтирован в середине кабеля, а разъемы для двух жестких дисков — на противоположных концах. В одной из ветвей кабеля линия CSEL заземлена (первичный жесткий диск), а в другой — свободна.

Выводы по разделу:

1. Интерфейс ATA/IDE является одним из самый первых интерфейсов, который создали и начали использовать ещё в далеком 1986 году.

2. Развитие интерфейса ATA не стояло на месте, ведь каждые 2-3 года, начиная с 1988, выходили всё новые и новые стандарты интерфейса.

Связь компьютера с внешним миром. Эффективность использования вычислительной системы. Ввод и вывод информации. Основные приемы программирования на Ассемблере периферийных устройств компьютера. Скан-коды для клавиш. Регистры контроллера клавиатуры.

Рубрика	Программирование, компьютеры и кибернетика
Вид	лабораторная работа
Язык	русский
Дата добавления	15.02.2012
Размер файла	56,0 K

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ

ВОЛЖСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ им. В.Н.ТАТИЩЕВА

С.В. КРАСНОВ, В.Ф. ЛАРИНА

С.В.Краснов, В.Ф.Ларина. Периферийные устройства: лабораторный практикум. -Тольятти: Волжский университет им. В.Н.Татищева, 2006.- 72 с.

Содержит примеры использования языка Ассемблер при программировании работы клавиатуры, мыши, аудио- и видеосистем, дисков. Каждый пример сопровождается кратким изложением теоретического материала.

Рецензент: канд.техн.наук, доцент Куралесова Н.О.

Утверждено Ученым советом ВУиТ 30.12.2006

Периферийные устройства связывают компьютер с внешним миром, осуществляя ввод и вывод информации. Эффективность использования вычислительной системы в целом в значительной степени зависит от эффективности функционирования “периферии”.

Общепризнано, что в базовой подготовке программистов в качестве фундамента выступают знания принципов работы компьютера, его архитектуры и языка Ассемблер [15].

Целью данного лабораторного практикума является ознакомление с основными приемами программирования на Ассемблере периферийных устройств компьютера. Лабораторный практикум содержит теоретические сведения и подробно прокомментированные примеры использования языка Ассемблер при программировании работы клавиатуры, мыши, аудио- и видеосистем, дисков, а также для работы с файлами. При необходимости получения более подробной информации по каждому из затронутых вопросов можно обратиться к литературным источникам, ссылки на которые приводятся по мере изложения материала. В конце каждого раздела представлены задачи, предназначенные для самостоятельного решения.

Лабораторная работа 1. ОРГАНИЗАЦИЯ ВВОДА ДАННЫХ И УПРАВЛЕНИЕ КЛАВИАТУРОЙ

Изучение приемов ввода информации с клавиатуры и управление клавиатурой с помощью ее контроллера.

1.2 Теоретические сведения

Скан-код клавиши или комбинации клавиш - это номер, идентифицирующий их положение на клавиатуре (таблицы 1.1 и 1.2). Размер скан-кода - 1 байт.

Система представления символов в персональных компьютерах базируется на Американском стандартном коде для обмена информацией ASCII (American Standard Code for Information Interchange), включающем управляющие символы, используемые в коммуникационных протоколах для передачи команд периферийным устройствам (таблица 1.3), символы пишущей машинки - цифры, буквы и специальные знаки - и символы псевдографики (таблица 1.4). Размер ASCII-кода - 1 байт.

ASCII-код не связан напрямую со скан-кодом, так как одной и той же клавише могут соответствовать несколько символов - значений кода ASCII.

Расширенный код вырабатывается при нажатии функциональных клавиш и комбинаций управляющих и символьных клавиш, которые не имеют представляющего их символа ASCII [4, 5]. Он имеет размер 2 байта, при этом первый байт всегда ASCII_0 (null), а второй байт содержит соответствующий скан-код (см. таблицу 1.2).

Клавиатура - основное устройство ввода. Это совокупность механических датчиков, воспринимающих давление на клавиши и замыкающих электрическую цепь. Клавиатура имеет программируемый контроллер i8042. Его функции состоят в приеме скан-кодов от клавиатуры и управлении ее состоянием. Интерпретацией скан-кода занимается основной процессор.

Вследствие широкого распространения компьютеров и процессов информатизации, которые переживает человечество, с основами информатики должен быть знаком каждый современный человек. Тема “Интерфейсы современных компьютеров. Виды, типы, характеристики” очень актуальна на сегодняшний день.

Данная курсовая работа состоит из двух частей: теоретической и практической.

В теоретической части будут рассмотрены следующие понятия: “интерфейс”, “порты”, “шины”, а также виды и характеристика интерфейсов.

В практической части будет решена экономическая задача по данным организации с использованием пакетов прикладных программ.

1. Теоретическая часть

Интерфейсы современных компьютеров. Виды, типы, характеристики

1.1. Понятия, характеризующие интерфейсы компьютера

В общем значении интерфейс (от англ. interface — поверхность раздела, перегородка) — это совокупность средств, методов и правил взаимодействия (управления, контроля и т. д.) между элементами системы. [7] Мы же в нашей работе будем говорить о понятии “интерфейс” в информатике.

Интерфейс представляет собой совокупность стандартизованных аппаратных и программных средств, обеспечивающих обмен информацией между устройствами. В основе построения интерфейсов лежат унификация и стандартизация (использование единых способов кодирования данных, форматов данных, стандартизация соединительных элементов - разъемов и т.д.). Наличие стандартных интерфейсов позволяет унифицировать передачу информации между устройствами независимо от их особенностей. В настоящее время для разных классов ЭВМ применяются различные принципы построения системы ввода-вывода и структуры вычислительной машины. В персональном компьютере, как правило, используется структура с одним общим интерфейсом, называемым также системной шиной. [6, стр. 83]

Таким образом, основной функцией интерфейсов компьютера является унификация внутрисистемных и межсистемных связей и устройств.

Различные типы интерфейсов обеспечивают разные скорости передачи информации между узлами машины, позволяют подключать разное количество внешних устройств и различные их виды.

Совокупность интерфейсов определяет архитектуру персонального компьютера.

К интерфейсам относятся: порты, шины, сетевые интерфейсы.

Порты — специализированные разъёмы в компьютере, предназначенные для подключения оборудования определённого типа. [7]

Шины — наборы проводников, по которым происходит обмен сигналами между внутренними устройствами компьютера. [1, стр. 76]

Сетевые интерфейсы — периферийные устройства, позволяющие компьютеру взаимодействовать с другими устройствами сети. [7]

Далее мы рассмотрим более подробные классификации интерфейсов.

1.2. Классификации интерфейсов компьютера

Классификация интерфейсов по выполняемым функциям:

1. Машинные интерфейсы. Непосредственно организуют связи между составными элементами ЭВМ.

2. Интерфейсы периферийного оборудования. Выполняют функции сопряжения процессоров, контроллеров, запоминающих устройств и аппаратурой передачи данных.

3. Интерфейсы мультипроцессорных систем представляют собой в основном магистральные системы сопряжения, ориентированные в единый комплекс нескольких процессоров, модулей памяти, контроллеров запоминающих устройств, ограничено размещенных в пространстве. [8]

Классификация интерфейсов по расположению:

1. Внутримашинный системный интерфейс - система связи и сопряжения узлов и блоков ЭВМ между собой - представляет собой совокупность электрических линий связи (проводов), схем сопряжения с компонентами компьютера, протоколов (алгоритмов) передачи и преобразования сигналов. [4, стр. 107-108]

2. Внешние интерфейсы - средства сопряжения с внешними по отношению к компьютеру в целом устройствами [5, с. 58]. К ним относятся: CD и DVD-диски, сканеры, принтеры, мобильные телефоны, цифровые камеры и т.д.

Классификация внутримашинного интерфейса по способу организации:

1. Многосвязный интерфейс. Каждый блок компьютера связан с прочими блоками локальными проводами. Многосвязный интерфейс применяется, как правило, только в простейших бытовых ПК.

2. Односвязный интерфейс. Все блоки ПК связаны друг с другом через общую шину.

Как было отмечено ранее, к интерфейсам относятся: порты, шины, сетевые интерфейсы. Ниже рассмотрим их классификации.

1. Параллельный порт — тип интерфейса, разработанный для подключения различных периферийных устройств к компьютеру. Основывается на принципе параллельного соединения. Также известен как принтерный порт или порт Centronics.

2. Последовательный порт (серийный порт или COM-порт) — двунаправленный последовательный интерфейс. В отличие от параллельного порта информация через него передается по одному биту последовательно.

Основные шины компьютера:

1. Адресная шина. Обычно у современных процессоров адресная шина 32-разрядная, то есть состоит из 32 параллельных линий. В зависимости от того, есть напряжение на какой-то из линий или нет, говорят, что на этой линии выставлена единица или ноль. Комбинация из 32 нулей и единиц образует 32-разрядный адрес, указывающий на одну из ячеек оперативной памяти. К ней и подключается процессор для копирования данных из ячейки в один из своих регистров. [1, стр. 76]

2. Шина данных. По этой шине происходит копирование данных из оперативной памяти в регистры процессора и обратно.

Классификация шин по выполняемым функциям:

1. Внутренние компьютерные шины (параллельные и последовательные). Предназначены для подключения внутренних устройств, таких как видеоадаптеры и звуковые платы.

2. Внешние компьютерные шины. Предназначены для подключения внешних устройств, например, принтера, сканера и т.д.

В подавляющем большинстве современных ПК в качестве системного интерфейса используется системная шина.

Системная шина - это основная интерфейсная система компьютера, обеспечивающая сопряжение и связь всех его устройств между собой. [4, стр. 104]

Системная шина обеспечивает передачу информации между микропроцессором и основной памятью, между микропроцессором и портами ввода-вывода внешних устройств, между основной памятью и портами ввода-вывода внешних устройств. Однако по этой шине происходит не только обмен информацией, но и передача адресов, служебных сигналов.

Системная шина включает в себя:

1. Кодовую шину данных (КШД). Содержит в себе провода и схемы сопряжения для параллельной передачи всех разрядов числового кода (машинного слова) операнда.

2. Кодовую шину адреса (КША). Включает провода и схемы сопряжения для параллельной передачи всех разрядов кода адреса ячейки основной памяти или порта ввода-вывода внешнего устройства.

3. Кодовую шину инструкций (КШИ). Содержит провода и схемы сопряжения для передачи инструкций (управляющих сигналов, импульсов) во все блоки машины.

4. Шину питания. Имеет провода и схемы сопряжения для подключения блоков ПК к системе энергопитания.

В качестве системной шины используются также:

1. Шины расширений – это шины общего назначения, разрешающие подключение большого количества самых разнообразных устройств.

2. Локальные шины – это шины, обслуживающие небольшое количество устройств определенного типа.

Обобщенный интерфейс микропроцессора включает шину данных, шину адреса и шину управления.

Шина данных — шина, предназначенная для передачи информации.

Шина адреса — компьютерная шина, используемая центральным процессором для указания физического адреса слова ОЗУ (или начала блока слов), к которому устройство может обратиться для проведения операции чтения или записи.

Шина управления — компьютерная шина, по которой передаются сигналы, определяющие характер обмена информацией по магистрали. Сигналы управления определяют, какую операцию (считывание или запись информации из памяти) нужно производить, синхронизируют обмен информацией между устройствами и т. д. [7]

Оперативная память (Random Access Memory - память с произвольным доступом) — энергозависимая часть системы компьютерной памяти, в которой временно хранятся данные и команды, необходимые процессору для выполнения им операции. Обмен данными между процессором и оперативной памятью производится непосредственно либо через сверхбыструю память, 0-го уровня — регистры в АЛУ, либо при наличии кэша — через него (см. рис. 1.7).

Рис. 1.7. Простейшая схема взаимодействия оперативной памяти с ЦП

Интерфейсом оперативной памяти является системная шина. Системная шина — это основная интерфейсная система компьютера, обеспечивающая сопряжение и связь всех его устройств между собой. [4, стр. 104]

Далее мы рассмотрим конкретные примеры интерфейсов современного компьютера.

1.3. Основные интерфейсы современного компьютера и их подробная характеристика

MCA (Micro Channel Architecture) – 32-разрядная шина, созданная фирмой IBM в 1987 г. для машин PS/2, пропускная способность 76 Мбайт/с, рабочая частота 10-20 МГц. [4, стр. 108] Из-за того, что ЭВМ PS/2 не получили широкого распространения, а также из-за несовместимости шины MCA с шиной ISA, эта опередившая свое время архитектура так и не стала настоящим стандартом.

VLB. Шина VLB (VESA Local Bus – локальная шина VESA) – разработана в 1992 году Ассоциацией стандартов видеооборудования (VESA – Video Electronics Standards Association). Шина VLB, по существу, является расширением внутренней шины микропроцессора для связи с видеоадаптером и реже с винчестером, платами Multimedia, сетевым адаптером. [4, стр. 109] Разрядность шины – 32 бита, на подходе 64-разрядный вариант шины. Реальная скорость передачи данных – 80 Мбайт/с. Основным недостатком интерфейса VLB стало то, что предельная частота локальной шины и, соответственно, ее пропускная способность зависят от числа устройств, подключенных к шине. Также отсутствует арбитраж шины, то есть могут быть конфликты между подключаемыми устройствами. Конфигурация системы с шиной VLB изображена на рисунке 1.1.

Рис. 1.1. Конфигурация системы с шиной VLB

PCI. Шина PCI (Peripheral Component Interconnect – стандарт подключения внешних компонентов) разработана в 1993 году фирмой Intel. По своей сути это интерфейс локальной шины, связывающей процессор с оперативной памятью, в которую врезаны разъемы для подключения внешних устройств. Для связи с основной шиной компьютера (ISA/ EISA) используются мосты PCI (PCIBridge). Данный интерфейс поддерживает частоту шины 33 МГц и обеспечивает пропускную способность 132 Мбайт/с. С оформлением стандарта plug-and-play появилась возможность выполнять установку новых устройств с помощью автоматических программных средств. Шина PCI является намного более универсальной, чем VLB, имеет свой адаптер, позволяющий ей настраиваться на работу с любым микропроцессором. Шина PCI пока еще весьма дорогая. Конфигурация системы с шиной PCI изображена на рисунке 1.2.

Рис. 1.2. Конфигурация системы с шиной PCI

Сравнительная характеристика шин ISA, EISA, MCA, VLB, PCI приведена в таблице 1.1.

Читайте также: