Тема 1.2. Организация системы ввода-вывода информации.

(2 часа)

Структура компьютера – это совокупность его функциональных элементов и связей между ними. Важнейшее место в структуризации систем занимают средства сопряжения, которые называются интерфейсами. Интерфейс представляет собой совокупность коммутаторов, линий, сигналов, электронных схем и алгоритмов (протоколов), предназначенную для обмена информацией между устройствами.

Любую ЭВМ можно представить в виде ядра и СВВ. Ядро работает со своей системой команд.

Под СВВ понимают совокупность программных и аппаратных средств, обеспечивающих обмен между ядром и внешней средой, и включает в себя:

• каналы ввода-вывода;

• интерфейсы различных уровней;

• контроллеры;

• адаптеры;

• сами ПУ.

Функции СВВ не зависят от типа ЭВМ, но от того, как эти функции распределены по компонентам СВВ, строго определяется тип ЭВМ, архитектура и стоимость. Раньше стоимость определялась памятью.

Функции СВВ:

1. Обработка сигнала готовности ПУ для обмена.

2. Преобразование форматов данных от ПУ для ЦП.

3. Формирование адресов размещения данных в памяти.

4. Формирование управляющих сигналов (при непрограммном управлении).

5. Декодирование команд ЦП и контроллеров.

6. Согласование скоростей обмена.

Большинство перечисленных функций выполняется каналом ввода-вывода (КВВ). Его основные функции – организация передачи данных при обмене. Если эти функции очень сложные, то функции КВВ выполняет специальный процессор ввода-вывода. Все КВВ присоединяются к ПУ посредством специальных средств - интерфейсов.

ВИДЫ ИНТЕРФЕЙСОВ.

Интерфейс-совокупность правил унифицированного взаимодействия между отдельными устройствами, а также совокупность аппаратных программных и конструктивных средств, реализующих эти правила.

Чаще всего интерфейс программно-аппаратный.

Общая характеристика интерфейсов.

1. Структура.

2. Состав шин и сигналов.

3. Способом передачи данных.

4. Способом синхронизации обмена.

5. Зависимостью структуры от типа ЭВМ.

6. Элементарно-лгогическими конструктивными параметрами.

а) Структура.

Определяется топологией шин.

Бывает: радиальная, магистральная, комбинированная.

1. Радиальная.

ПУУ

ПУ

ПУ

Преимущества: при неисправности 1 шины, остальные работают.

Недостатки: аппаратное излишество.

2. Магистральная.

Характеристики интерфейсов периферийных устройств

Внутренние интерфейсы периферийных устройств. Рассмотрим унифицированные интерфейсы:

Шины ISA/EISA

ISA (Industry Standard Architecture) – стандартные шины IBM PC XT (8 бит) и АТ (16 бит). Шина ХТ имеет:

• 8-битовую шину данных;

• 20 битовую шину адреса, что позволяет адресоваться к 2²⁰ бит (1 Мбайт) пмяти;

• Три канла прямого доступа к памяти (DMA);

• Тактовую частоту 8 МГц.

• Пропускную способность 4 Мбайт/с;

• 62-контактный разъём.

Шина АТ имеет:

• 16-битовую шину данных;

• 24-битовую шину адреса, что позволяет адресовать 16 Мбайт памяти;

• 8 каналов прямого доступа (DMA);

• Тактовую частоту 8 – 16 МГц;

• Пропускная способность 8 Мбайт/с.

EISA (Extended Industry Standard Architecture) – 32-разрядное расширение чины ISA с полной обратной совместимостью. Характеристики:

• 32-разрядная передача данных;

• Максимальная пропускная способность – 33 Мбайт/с.;

• 32-разрядная адресация памяти, что позволяет адресовать до 4 Гбайт;

• Поддержка многих активных устройств;

• Возможность задания уровня двухуровневого прерывания (сто позволяет нескольким устройствам использовать одно прерывание, как и в с многоуровневым прерываением);

• Автонастройка плат расширения.

PCI – интерфейс шины для плат расширения. Основные возможности:

• Синхронный 32- или 64-обмен данными. При этом для уменьшения числа контактов (и стоимости) используется мультиплексирование, т.е. адрес и данные передаются по одним и тем же линиям;

• Частота шины 33 или 66 МГ позволяет обеспечить широкий диапазон пропускных способностей (с использованием пакетного режима);

• Полная поддержка многих активных устройств (например, несколько контроллеров жестких дисков могут одновременно работать на шине);

• Спецификация шины позволяет комбинировать до 8 функций на одной карте (например, видео, звук и т.д.).

Известны так же и более поздние разновидности – PCI-X и PCI-Express, кроме того к данному типу относится и PCMCIA – стандарт на шину для ноутбуков. Она позволяет подключать расширители памяти, модемы, контролеры дисков и стримеров, SCSI-адаптеры, сетевые адаптеры и др. AGP – порт ускоренного графического вывода

Интерфейс IDE.

IDE (Integrated Device Electronics) – интерфейс устройств со встроенным контроллером. До недавнего времени большая часть «интеллекта» для передачи данных между компьютером и дисковым накопителем была сосредоточена на плате контролера и компьютера, поэтому при установке нового или замене старого накопителя требовалось обеспечить полную совместимость контролера с новым жестким диском. Контроллеры IDE существенно изменили ситуацию фактически упростив интерфейс между накопителем и компьютером. Трансляцию логических параметров в физические осуществляет электроника диска. В качестве синонима IDE применяется термин АТА (АТ, Attachment). Физически этот интерфейс реализован с помощью плоского 40-жильного кабеля, на котором могут быть разъёмы для подключения одного или двух устройств. Общая длина кабеля не должна превышать 45 см., причём между разъёмами должно быть расстояние не менее 15 см.

Интерфейс SCSI («скази»)

К шине SCSI можно подключить до восьми устройств, включая основной контролер SCSI (или хост адаптер). Контролер SCSI является по сути самостоятельным процессором и имеет свою собственную BIOS (которая иногда может размещаться в BIOS системной платы). Он выполняет все операции по обслуживанию и управлению шиной SCSI, освобождая от этого центральный процессор. Интерфейс SCSI как правило является параллельным и физически представляет собой плоский кабель с 25, 50, 68-контактными разъёмами. Шина SCSI содержит восемь линий данных, сопровождаемых линей контроля четности, и девять управляющих линий. Стандарт SCSI определяет два способа передачи сигналов: однополярный, или ассиметричный и дифференциальный. В первом случае имеется один провод с нулевым потенциалом. При дифференциальной передаче сигнала выделено два провода, и сигнал на этой линии получается вычитанием потенциалов на их выводах. Для интерфейса SCSI необходимо наличие «терминаторов» согласующих сопротивлений, которые поглощают сигналы на концах кабеля и препятствуют образования эха. Устройства SCSI соединяются в виде цепочки, причём каждое устройство имеет свой адрес в диапазоне от 0 до 7 (или от 0 до 15).Преимущества последовательного интерфейса SCSI – большие скорости передачи данных, «горячее» включение-выключение, лучшая помехозащищенность.

Внешние интерфейсы периферийных устройств.

Последовательный порт стандарта RS-232-С предназначен для подключения стандартных периферийных устройств (принтера, сканера, модема, мыши и др.), а так же для связи компьютеров между собой.

Протокол связи RS-485 обеспечивает создание сетей с количеством узлов до 32 и передачу на расстояние до 1200 м.

Параллельный порт (Centronics, LPT) используется главным образом для подключения принтера.

USB. Основная цель стандарта – создать реальную возможность пользователям работать в режиме Plug&Play с периферийными устройствами. Разъёмы данного интерфейса содержат 4 контакта, включая провода питания (5 В) для устройств с малым потреблением, таких как клавиатуры, мыши, джойстики и т.п.

FireWere (IEEE 1349). Данный интерфейс, имея большие скорости передачи данных (от 12,5 Мбит/сек до 1,6 Гбит/сек. К особенностям можно отнести: применение последовательной шины, вместо параллельного интерфейса, позволяющей использовать кабели малого диаметра и разъёмы малого размер, возможность строить сети различной конфигурации из разнотипных устройств .

Так же существуют и другие интерфейсы связи ПК с периферийными устройствами и другими ПК, к ним можно отнести:

Интерфейс Fiber Channel;

Интерфейсы беспроводной связи (IrDA (Infrared Data Association), Bluetooth(связь устанавливается в диапазоне ультракоротких радиоволн (2,4 Ггц.))).