7.3.3Интерфейсы передачи данных

В случае, когда обмен информацией ведется между периферийным устройством и контроллером, соединяющая их линия передачи данных называется интерфейсом передачи данных, или просто интерфейсом. Среди применяемых в современных и перспективных ПК интерфейсов можно отметить IDE, SCSI, FireWire (IEEE 1394) и др.

Интерфейс IDE (Integrated Drive Electronics) используется для подключения накопителей жестких дисков, приводов CD и DVD, накопителей LS-120 и ZIP, магнитооптики, стримеров и т. п. В качестве синонима интерфейса IDE применяется термин ATA (AT Attachment).

Интерфейс SCSI получил широкое распространение вместе с появлением в середине 80-х годов компьютеров Макинтош производства Apple. Контроллер SCSI-1 позволяет подключать до 7 устройств. Дальнейшим развитием этого интерфейса стал стандарт Fast SCSI (SCSI-2). В 1993 году начались работы по созданию более быстрого варианта интерфейса SCSI, который бы мог работать на тактовой частоте 20 МГц. Новая модификация интерфейса получила название Ultra SCSI (SCSI-3). В спецификацию Ultra SCSI добавлен ряд команд для поддержки накопителей CD и графических устройств.

Интерфейс SATA.Спецификация Serial ATA II в окончательной версии принята в октябре 2002 г. Стандарт SATA подразумевает последовательную передачу данных, а потому в кабелях передачи данных используются всего две пары проводов. Одна из них работает на передачу, а другая — на прием. Всего же в кабеле SATA допускается использование семи проводников, три из которых «земля».

Интерфейс RS-232 (новое название EIA-232D) используется до настоящего времени для подключения низкоскоростных устройств (таких как мышь, модем и др.). В современном IBM -совместимом компьютере может использоваться до четырех последовательных портов.

Интерфейс параллельного порта (LPT) чаще всего используется для подключения к нему принтера или сканера. Персональный компьютер работает максимум с тремя параллельными портами. Известно несколько модификаций параллельных скоростных интерфейсов, например EPP (Enhanced Parallel Port) и ECP (Extended Capabilities Port). В настоящее время обе модификации объединены в одном стандарте IEEE 1284.

Интерфейс игрового (game) порта, как правило, расположен либо на звуковой плате, либо на многофункциональной плате ввода/вывода и позволяет подключать к компьютеру аналоговые устройства, например джойстик. Он же может служить для подключения музыкальных инструментов с интерфейсом MIDI (Musical Instruments Device Interface).

Для связи мобильных компьютеров с настольными, а также для подключения к ним периферийных устройств используется так же беспроводный интерфейс, работающий в инфракрасном диапазоне - IrDa. Принцип его работы довольно прост: светодиод (LED), работающий в инфракрасном диапазоне, излучает последовательность импульсов, которую принимает соответствующий фотодиод и затем преобразует обратно в электрические сигналы.

7.4Процессоры пк

Процессор представляет собой устройство, предназначенное для выполнения некоторого заданного набора операций по обработке данных и для управления процессом этой обработки.

Выполняемые процессором команды предусматривают, как правило, арифметические действия, логические операции, передачу управления (условную и безусловную) и перемещение данных (между регистрами, оперативной памятью и портами ввода/вывода). Процессор может общаться с внешними устройствами используя адресную шину, шины данных и управления. Микропроцессор, как универсальный блок обработки информации был разработан в 1962 году.

По набору команд выделяют:

• процессоры с полным набором команд (CISC - Complete Instruction Set Computer);

• процессоры с сокращенным набором команд (RISC - Reduced Instruction Set Computer).

Лидером в разработке микропроцессоров с полным набором команд считается компания Intel со своей серией x86. Эта архитектура является практическим стандартом для рынка микрокомпьютеров. Для CISC-процессоров характерно: сравнительно небольшое число регистров общего назначения; большое количество машинных команд, некоторые из которых нагружены семантически аналогично операторам высокоуровневых языков программирования и выполняются за много тактов; большое количество методов адресации; большое количество форматов команд различной разрядности; преобладание двухадресного формата команд; наличие команд обработки типа регистр-память.

Основой архитектуры современных рабочих станций и серверов является архитектура компьютера с сокращенным набором команд. Разработчики этой архитектуры (Торнтон, Крэй и др.) осознали важность упрощения набора команд для построения быстрых вычислительных машин. Система команд разрабатывалась таким образом, чтобы выполнение любой команды занимало небольшое количество машинных тактов (предпочтительно один машинный такт). Сама логика выполнения команд с целью повышения производительности ориентировалась на аппаратную, а не на микропрограммную реализацию. Чтобы упростить логику декодирования команд использовались команды фиксированной длины и фиксированного формата. Среди других особенностей RISC-архитектур следует отметить наличие достаточно большого количества регистров (в типовых RISC-процессорах реализуются 32 или большее число регистров по сравнению с 8 - 16 регистрами в CISC-архитектурах), что позволяет большему объему данных храниться в регистрах на процессорном кристалле большее время и упрощает работу по распределению регистров под переменные. Для обработки, как правило, используются трехадресные команды, что помимо упрощения дешифрации дает возможность сохранять большее число переменных в регистрах без их последующей перезагрузки.

Основными характеристиками процессора являются: тактовая частота, разрядность процессора, поддерживаемая частота системной шины.

Скорость работы процессора характеризуется тактовой частотой и выражается в мегагерцах или гигагерцах. Современные процессоры имеют тактовую частоту от 2 до 4 Ггц.

Разрядность процессора определяет, сколько бит информации может принять (передать) процессор за один такт работы, что во многом обусловливает его производительность. Современные процессоры имеют разрядность 64 и готовятся к выпуску 128 разрядные.

В настоящее время выпускаются процессоры, поддерживающие частоты 100, 133, 166, 200, 266, 400, 533 и 800 МГц.

Повышение производительности процессора может осуществляться разными способами. Первый - увеличение тактовой частоты процессора. В этом случае рост производительности достигается за счет уменьшения времени выполнения каждой микрокоманды. Однако увеличение тактовой частоты не может быть бесконечным и определяется технологией изготовления процессора. Кроме того, рост производительности не прямо пропорционален росту тактовой частоты, а наблюдается некая тенденция насыщаемости, когда дальнейшее увеличение тактовой частоты становится нерациональным.

Другой способ повышения производительности заключается в увеличении исполнительных блоков (АЛУ) внутри самого процессора. В этом случае возможно параллельное выполнение нескольких процессорных инструкций одновременно. Отход от последовательного выполнения команд и использование нескольких исполняющих блоков в современных процессорах позволяют одновременно обрабатывать несколько процессорных микрокоманд, то есть организовывать параллелизм на уровне инструкций (Instruction Level Parallelism, ILP), что, естественно, увеличивает общую производительность.

Одним из ведущих производителей процессоров является фирма Intel. Первым серийным процессором был Intel-8088 разработанный в 1978г. Процессор Pentium 4, представленный компанией Intel в конце 2000, предназначен для использования в высокопроизводительных настольных ПК и призван обеспечить максимальную производительность новейших технологий цифровой обработки видео, игр и в полной мере реализовать появляющиеся Web-технологии. В настоящее время процессоры Pentium 4 имеют тактовую частоту 1,3-3,4 ГГц. Процессор работает с 64-битной системной шиной на частоте 800 МГц (100 МГц х 8).Скорость обмена данными между контроллером памяти и процессором Pentium 4 достигает 3,2 Гбита/с, что обеспечивает малое время реакции системы. Для установки процессора используется разъем Socket-478.

Модельный ряд процессоров компании AMD так же достаточно широк. Процессор Athlon впервые представлен в июне 2000. Он оснащен высокопроизводительной кэш-памятью первого уровня объемом 128 Кбайт и размещенной на кристалле кэш-памятью второго уровня объемом 512 Кбайт, расширенной поддержкой технологии 3Dnow! и 24-мя новыми инструкциями, улучшающими возможности процессора в целочисленных вычислениях. AMD Athlon работает со 100 или 133-мегагерцевой системной шиной на удвоенной частоте. Модификации Athlon выпускаются с тактовыми частотами от 650 МГц до 3 ГГц и выше. Для установки процессора используется разъем на материнской плате Socket А (Socket-462).