7. Периферийные устройства и интерфейсы

Перифери́йное устро́йство — аппаратура, которая позволяет использовать вычислительные возможности процессора.

Отдельно взятое устройство из класса периферийных устройств компьютера. Класс периферийных устройств появился в связи с разделением вычислительной машины на вычислительные (логические) блоки — процессор(ы) и память хранения выполняемой программы и внешние, по отношению к ним, устройства, вместе с подключающими их интерфейсами. Таким образом, периферийные устройства, расширяя возможности ЭВМ, не изменяют её архитектуру.

Периферийными устройствами также можно считать внешние по отношению к системному блоку компьютера устройства.

В современном компьютере достаточно много различных разъемов для подключения внешних устройств. Некоторые из них устарели, некоторые только внедряются. Аналоговые и цифровые порты можно классифицировать по способу передачи данных: последовательно/параллельно, однонаправленно/двунаправленно. Некоторые допускают соединение только двух устройств, а некоторые создают целую шинную организацию, объединяющую много устройств. Интерфейсных портов: RS-232C, RS-422/488, LPT, Keyboard Port, PS/2, Game Port, VGA, S-Video, DVI, HDMI, DisplayPort, Audio, S/PDIF, SDI, IrDA, USB, IEEE 1394, SCSI, SATA.

Порт RS-232C используется для подключения указывающих устройств (манипуляторы мышь), внешних модемов, а иногда для соединения двух машин нуль-модемным кабелем.

Стандарты RS-422 и RS-485 являются более скоростным продолжением порта RS-232. Для увеличения скорости передачи данных и допустимой длины соединительного кабеля используются разностная (балансная) передача сигнала, поэтому задействованы дополнительные контакты 25-и штырькового разъема

Параллельный порт LPT, используемый с 1981 года в персональных компьютерах фирмы IBM для подключения печатающих устройств до сих пор можно встретить в персональных машинах.

В первых моделях линейки персональных машин компании IBM порт последовательный порт клавиатуры был однонаправленным. С фиксированной скоростью контроллер клавиатуры синхронно посылал поток битов компьютеру. С появлением машин класса AT клавиатурный порт, не изменив конструкции разъема (DIN 5), стал более походить на последовательный полудуплексный порт (прямая и обратная передача идут по одной и той же сигнальной линии). Драйвер клавиатуры AT может управлять состояниями контроллера клавиатуры, подавая ему команды (например, установить скорость повтора нажатия, включить/выключить индикаторы режима работы).

Изначально игровой порт был предназначен для подключения к компьютеру до двух аналоговых игровых манипуляторов с двумя кнопками или одного с четырьмя. Чтобы указать координатное перемещение, манипулятор должен был соответствующим образом изменять уровень падения напряжения на 3/6 или 11/13 контактах и замыкать 2/7 или 10/14 контакт на общий провод в случае нажатия кнопок. О скорости обмена говорить тут не имело смысла, так как все зависело не от самого «устройства», а от скорости работы контроллера порта и его АЦП. Современные манипуляторы оснащаются более универсальными интерфейсами, например USB.

8. Семиуровневая модель структуры протоколов связи. Компьютерные сети: типы и топология. Серверы и рабочие станции. Аппаратные средства.

Основная причина создания данной модели - стандартизация используемых протоколов и технологий. Независимость технологий каждого уровня позволяет разработчикам новых приложений и технологий абстрагироваться от реализаций тех протоколов, которые не затрагивают внедряемый или разрабатываемый объект, что в конечном счете экономит время и деньги.

1. Физический уровень. На данном уровне основной рассматриваемой единицей передачи информации является бит (bit), передаваемый тем или иным способом.

2. Канальный уровень. Основной рассматриваемой единицей является фрейм(frame).

Фрейм – особым образом сгруппированная группа битов физического уровня, к которому добавляется битовый заголовок, содержащий аппаратные адреса отправителя и получателя, контрольную сумму для определения целостности фрейма и некоторые флаги, управляющие процессом передачи.

3.Сетевой уровень. Основной рассматриваемой единицей является пакет. Функцией данного уровня является объединение сетей. Под сетью в данном контексте понимается группа устройств - узлов (хостов).

4. Транспортный уровень. Протоколы транспортного уровня обеспечивают надежную передачу данных для протоколов более высоких уровней или для приложений. Следующие три уровня являются чисто программной надстройкой над транспортной системой и обеспечиваются исключительно программным обеспечением.

5.Сеансовый уровень. Отвечает за поддержание сеанса связи, позволяя приложениям взаимодействовать между собой длительное время. 6. Уровень представлений. На данном уровне обеспечивается кодирование исходного сообщения. К примерам можно отнести представление текста в кодировке ASCII или Unicode, сжатие видео MPEG, и т.п.

7.Уровень приложений. Основной задачей данного уровня является организация интерфейса между объектом – отправителем сообщения, представление сообщения в машинно-обрабатываемом виде и передача его на более низкие уровни модели.

КС - это сложный комплекс взаимосвязанных и согласованно функционирующих программных и аппаратных компонентов. Обобщенно КС можно описать многослойной моделью: 1)Компьютеры: В основе любой сети лежит аппаратный слой стандартизованных компьютерных платформ: от персональных компьютеров до мэйнфреймов и суперЭВМ. Набор компьютеров в сети должен соответствовать набору задач, решаемых сетью; 2)Коммуникационное оборудование: кабельные системы, повторители, мосты, коммутаторы, маршрутизаторы и модульные концентраторы. Оказывают влияние на характеристики сети и ее стоимость; 3)Операционные системы: Сетевые операционные системы (NOS-Network Operation System) определяют концепции управления локальными и распределенными ресурсами, взаимодействие с другими NOS сети, обеспечивают безопасность и защищенность данных; 4)Сетевые приложения: приложения, предоставляющие современные информационные услуги.

Классификация КС: 1) по территориальному признаку: (локальные, глобальные, региональные); 2)по масштабу производственного подразделения, в пределах которого действует сеть (сети отделов, кампусов, корпоративные сети).

Локальные сети (LAN - Local Area Networks) - частные сети, размещаются на территории размером не более нескольких километров, используют высококачественные каналы связи, скорость обмена данными порядка 100 Мбит/с. Глобальные сети (WAN– Wide Area Networks) – сети, объединяющие территориально рассредоточенные компьютеры, которые могут находиться в различных странах, континентах. В качестве каналов существующие каналы связи общего назначения (телефонные), арендуемые у телекоммуникационных компаний. Региональные (городские) сети (MAN - Metropolitan Area Networks)промежуточное положение между LAN и WAN. для связи локальных сетей в масштабах региона (города) и соединения локальных сетей с глобальными. Обладают качественными линиями связи и высокими скоростями обмена, иногда даже более высокими, чем в локальных сетях. Сети отделов (рабочих групп) - используются небольшой группой сотрудников, работающих в одном отделе предприятия. Цель – разделение локальных ресурсов (приложения, данные, принтеры и т.д). В этих сетях локализуется большая часть трафика предприятия. Отличаются простотой и однородностью создаются на основе какой-либо одной сетевой технологии. Сети кампусов (campus - студенческий городок) - сети любых предприятий и организаций, объединяют множество сетей различных отделов одного предприятия в пределах отдельного здания или в пределах одной территории без использования глобальных соединений. Службы сети включают взаимодействие между сетями отделов, доступ к общим базам данных предприятия. Корпоративные сети - сети масштаба предприятия (enterprise-wide networks). объединяют большое количество компьютеров на всех территориях отдельного предприятия. Характерны: 1)масштабность - тысячи пользова

тельских компьютеров, сотни серверов, огромные объемы хранимых и передаваемых по линиям связи данных, множество разнообразных приложений; 2) высокая степень гетерогенности - типы компьютеров, коммуникационного оборудования, операционных систем и приложений различны; 3)использование глобальных связей - сети филиалов соединяются с помощью телекоммуникационных средств, в том числе телефонных каналов, радиоканалов, спутниковой связи. Топологии КС. Топология - способ организации физических связей. Формально топологию КС можно представлять в виде графа, вершины которого - компьютеры сети (или другое оборудование), а ребра - физические связи между ними. Компьютеры, подключенные к сети, часто называют станциями или узлами сети. Выбор топологии физических связей существенно влияет на многие характеристики сети: 1)Наличие резервных связей повышает надежность сети и делает возможным балансирование загрузки отдельных каналов. 2) Простота присоединения новых узлов делает сеть легко расширяемой. 3)Экономические соображения часто приводят к выбору топологий, для которых характерна минимальная суммарная длина линий связи. Топологии: 1) Полносвязная. (рис.a). К аждый компьютер сети связан со всеми остальными, максимальная пропускная способность, сложность реализации. Применяется для небольшого числа узлов. 2)Ячеистая (mesh). (рис.b), ребра связывают вершины, соответствующие узлам, между которыми происходит интенсивный обмен данными. Для обмена данными между компьютерами, не соединенными прямыми связями, используются транзитные передачи через промежуточные узлы. 3)Общая шина (рис.c). Компьютеры подключаются к одному каналу по схеме «монтажного ИЛИ». Передаваемая информация может распространяться в обе стороны, возможность широковещательного обращения ко всем узлам. Шина – разделяемая среда всеми подключенными узлами - в каждый момент времени только один компьютер может передавать данные (невысокая производительность). 4)Звезда (рис.d). Каждый узел подключается отдельным каналом к некоторому коммуникационному устройству, который находится в центре сети, в функции которого входит направление передаваемой узлом информации одному или всем остальным узлам сети. Большая надежность, чем у «общая шина». Ограниченность количества портов коммуникационного оборудования преодолевается процедурой их каскадирования – несколько коммуникационных устройств иерархически соединяются между собой связями типа звезда (топология иерархическая звезда (рис.e). 5)Кольцо (рис..f). Каждый узел выполняет роль ретранслятора – данные передаются по кольцу от одного узла к другому, как правило, в одном направлении. Если узел распознает данные как «свои», то он копирует их себе во внутренний буфер. Кольцо представляет собой очень удобную конфигурацию для организации обратной связи - данные, сделав полный оборот, возвращаются к узлу-источнику. Для повышения отказоустойчивости, кольцевые топологии могут иметь два кольца, работающие в противоположных направлениях. Процедура wrap (свертывание колец) позволяет сохранить работоспособность сети даже в случае разрыва такого канала. Реально типовую топологию имеют небольшие сети. Для крупных сетей характерно отдельные произвольно связанные фрагменты (подсети), имеющие типовую топологию, поэтому их называют сетями со смешанной топологией (рис.g). Сеть рабочих станций—внешняя оболочка КС, совокупность рабочих станций и средств связи, обеспечивающих взаимодействие рабочих станций с сервером и, возможно, между собой. Рабочая станция (клиентская машина, рабочее место, абонентский пункт, терминал) — это компьютер, за которым непосредственно работает абонент КС. Сеть серверов — совокупность серверов и средств связи, обес­печивающих подключение серверов к базовой сети передачи данных. Компьютер, выполняющий общие задачи КС и предоставляющий услуги рабочим станциям, называют сервером.

Сетевая плата (также известная как сетевая карта, сетевой адаптер, Ethernet-адаптер, NIC (англ. network interface card)) — периферийное устройство, позволяющее компьютеру взаимодействовать с другими устройствами сети.

В зависимости от мощности и сложности сетевой карты она может реализовывать вычислительные функции (преимущественно подсчёт и генерацию контрольных сумм кадров) аппаратно либо программно (драйвером сетевой карты с использованием центрального процессора).

Сетевой адаптер совместно с драйвером выполняют две операции: передачу и прием кадра.

Обычно сетевые адаптеры делятся на адаптеры для клиентских компьютеров и адаптеры для серверов.