Периферійні пристрої комп’ютерів. Вступ
Периферійні пристрої – це пристрої, які знаходяться поза ядром комп’ютера чи комп’ютерної системи і призначені для забезпечення функціонування комп’ютера чи комп’ютерної системи, в тому числі для введення інформації, прийняття інформації від ядра комп’ютера для її подальшого використання та зберігання, для оперативного обміну інформацією. При даному визначенні ядром комп’ютера вважають процесорні пристрої, основну пам’ять, засоби введення/виведення інформації.
Периферійні пристрої займають вагому частку в комп’ютерах і комп’ютерних системах. В деяких випадках частка периферійних пристроїв досягає 90% вартості всієї системи.
Класифікація інтерфейсів периферійних пристроїв
Інтерфейси периферійних пристроїв призначені для встановлення правил та визначення засобів взаємодії між периферійними пристроями і ядром комп’ютера. Периферійні пристрої становлять величезну гаму різних типів і тому інтерфейси орієнтовані на уніфікацію взаємодії між периферійними пристроями та ядром. Тому переважна більшість інтерфейсів стандартизована, використовуються міжнародні стандарти.
Для деякої систематизації у вивченні інтерфейсів використовуються класифікації характеристик інтерфейсів. Є чотири основних класифікації:
За способом підключення периферійних пристроїв до засобів вводу/виводу, до контролерів вводу/виводу. За цією класифікацією інтерфейси можуть бути наступних видів:
Радіальні – в таких інтерфейсах використовуються індивідуальні засоби зв’язку для кожного периферійного пристрою. Такий тип зв’язку передбачає можливість в довільний час реалізовувати взамодію між периферійним пристроєм і ядром комп’ютера. Може бути реалізована висока продуктивність обміну інформацією. Досягаються високі показники надійності. До недоліків відносяться великі матеріальні затрати на реалізацію ліній зв’язку між пристроями;
Магістральні – для взаємодії з периферійними пристроями використовується загальна сукупність ліній зв’язку (загальна магістраль), до якої під’єднуються короткими зв’язками певна сукупність периферійних пристроїв. Такі інтерфейси досить прості для реалізації взаємодії ряду периферійних пристроїв, проста організація управління, невеликі матеріальні затрати на реалізацію ліній зв’язку. Недоліки: обмеження в продуктивності так як на магістралі в певний момент часу можуть взаємодіяти лише 2 пристрої (канал вводу/виводу), менші показники надійності так як поломка загальної магістралі призводить до порушення функціонування всієї системи;
Ланцюгові – в таких інтерфейсах периферійні пристрої з’єднуються ланцюгом один за одним, починаючи від каналу вводу/виводу. Такі інтерфейси не мають особливих переваг перед попередніми, використовуються в деяких спеціалізованих системах;
Комбіновані – включають елементи із перших 3-х типів.
Дуже рідко використовується чистий інтерфейс одного із 3-х перших типів, однак інтерфейси класифікуються за переважною більшістю типів зв’язків. За першою характеристикою-класифікатором інтерфейси можна представити так:
1 – раіальний інтерфейс; 2 – магістральний інтерфейс; 3 – ланцюговий інтерфейс.
ІПП – інтерфейс периферійного пристрою; КВВ – канал вводу/виводу; ЗМ – загальна магістраль.
За кількістю інформації, яка передається за 1 такт. Якщо за 1 такт передається 1 біт даних, то такі інтерфейси називають послідовними. Якщо за 1 такт передається 1 або більше біт даних – паралельними. За другою класифікатором-характеристикою є інтерфейси паралельні і послідовні. В паралельних інтерфейсах за 1 такт передається кількість біт кратна 8-ми (1 байту). Паралельні інтерфейси бувають 8-ми розрядні (однобайтні), двобайтні. Паралельні інтерфейси є набагато продуктивнішими за послідовні, але вони вимагають більших матеріальних затрат на реалізацію ліній зв’язку. Тому паралельні інтерфейси використовуються там, де потрібна велика продуктивність при обміні інформацією, при цьому намагаються мінімізувати відстань між комп’ютерами. Послідовні інтерфейси використовуються у випадках, де вимагається набагато менша продуктивність, але при цьому може збільшуватись відстань між периферійним пристроєм і ядром.
За способом обміну інформацією. За способом обміну інформацією інтерфейси можуть бути:
Симплексні – коли дані передаються в одному напрямку від передавача до приймача:
ПРД
ПП
Дуплексний – коли інформація може передаватися в двох напрямках через окремі лінії зв’язку:
КВВ
ПП
Напівдуплексний – коли дані можуть передаватися в обох напрямках в режимі розподілу часу через одні і ті ж лінії зв’язку:
КВВ
ПП
Симплексні інтерфейси мають обмежені функціональні можливості і використовуються для спеціального типу периферійних пристроїв. Дуплексні – найбільш універсальні, можуть забезпечувати високу продуктивність обміну і вимагають великих матеріальних затрат на реалізацію ліній зв’язку. Напівдуплексні інтерфейси мають менші можливості щодо продуктивності у порівнянні з дуплексними інтерфейсами, але вимагають менше затрат.
За способом синхронізації обміном інформацією. Інтерфейси можуть бути:
асинхронні;
синхронні.
Ця характеристика є найменш визначальною. Переважна більшість інформації працює в режимі керуючих сигналів типу запит-відповідь (асинхронні), може використовуватись режим асинхронної самосинхронізації. Синхронізуючі сигнали використовуються для невеликої кількості інформації. Синхронні інтерфейси використовують спеціальні засоби синхронізації і синхронізується практично кожен такт обміну інформацією. При синхронізації може досягатись більша продуктивність, але при цьому повинні бути додаткові затрати на реалізацію спеціальних засобів синхронізації.