Міністерство освіти і науки України
Національний університет “Львівська політехніка”
Кафедра ЕОМ
Периферійні пристрої
Конспект лекцій
для студентів базового напряму 6.050102 - “Комп’ютерна інженерія”
Затвердженона засіданні кафедри ”Електронні обчислювальні машини” Протокол №6 від01. 02. 2010 року
Львів – 2010
Периферійні пристрої: Конспект лекцій для студентів базового напряму 6.050102 - “Комп’ютерна інженерія” / Укладач Парамуд Я.С. – Львів: Національний університет “Львівська політехніка”, 2010. - 37 с.
Укладач Парамуд Я.С., к. т. н, доцент
Рецензент Самотий В. В., д. т. н, проф.
Відповідальний за випуск: Мельник А. О., д. т..н., проф., завідувач кафедри
Лекція 1.1. Основні визначення з ПП. Основні визначення та класивікація інтерфейсів ПП.
Основні визначення.
Периферійні пристрої (ПП) комп’ютерів – це пристрої, які функціонально знаходяться поза межами ядра комп’ютера і призначені для уведення, виведення, запам’ятовування, відображення, реєстрації інформації.
Ядро комп’ютера – центральні процесорні пристрої, основну пам'ять, центральні засоби введення/виведення інформації.
Інтерфейси периферійних пристроїв (ПП) – це сукупність правил, які визначають вимоги до електричних, програмних та конструктивних засобів для реалізації взаємодії між пристроями комп’ютера чи комп’ютерної системи. В переважній більшості інтерфейси ПП стандартизовані. Це може бути стандарти на рівні фірм, окремих країн чи міжнародні.
Для забезпечення стандартизації інтерфейс має мати електричну, програмну та конструктивну сумісність.
Електрична сумісність – це узгодженість та структура ліній зв’язку, структури та складу електричних сигналів, їх форми та параметрів, обмеження на відстань між пристроями.
Програмна сумісність – це узгодженість алгоритмів взаємодії між різними компонентами периферійної підсистеми згідно з логічними умовами режимів роботи. Логічні умови режимів роботи визначають формати даних, адрес, команд, станів пристроїв, набори та часові характеристики процедур взаємодії між пристроями.
Конструктивна сумісність – це узгодженість конструктивних елементів, які забезпечують стандартизоване підєднання різних пристроїв в периферійній системі. КС може бути не повною.
Лінії зв’язків інтерфейсів ПП.
Лінія зв’язку – це середовище, яке забезпечує взаємодію між пристроями через відповідні сигнали. Переважно використовуються електричні сигнали. В деяких випадках використовуються радіосигнали, оптичні і інфрачервоні.
Для передачі електричного сигналу між 2-ма пристроями має бути замкнуте електричне коло у якому електричний струм протікає через провідник від передавача до приймача у прямому напрямку і від приймача до передавача у зворотному напрямку(ці провідники відповідно прямі і зворотні провідники). Зворотні провідники у багатьох випадках об’єднують і використовується одна земля для певної групи провідників. В якості лінії зв’язку інтерфейсів ПП можуть використовуватись:
Друковані провідники
Об’ємі провідники
Коаксіальний кабель.
В коаксіальних кабелях прямим провідником завжди є центральна жила а зворотнім провідником (сигнальною землею) використовується екран. В багатьох інтерфейсах ПП використовується більше ніж 1 прямий провідник (до сотні).
В випадках коли є багато прямих провідників уся сукупність лінії зв’язку інтерфейсу ПП називається магістраллю інтерфейса. В свою чергу магістраль інтерфейса може ділитись на окремі групи ліній зв’язку за функціональним призначенням. Частіше ділить на 3 групи, які називаються шини інтерфейсу, а саме:
Шина даних.
Шина адрес.
Шина управління.
Шина даних призначена для обміну між пристроями, безпосередніми даними які в основному використовуються для обчислювального процесу. Кількість ліній зв’язку у шині даних в переважній більшості кратна байту. Найчастіше це 1-о та 2-о байтові шини даних, рідше 3-ох, 4-ох, 6-ох, 8-ох. В деяких інтерфейсах для по-тактового, по-байтового контролю на непарність у шині даних використовується спеціальна лінія зв’язку.
Шина адрес призначена для обміну піж пристроями, кодами номерів ПП та портів введення/виведення, кодів комірок пам'яті. Використовуються двійкові адресні коди і кількість ліній зв’язку у шині адрес визначає так званий адресний простір інтерфейсу, якщо N це кількість ліній зв’язку ліній адрес то адресних простір буде 2N.
Шина управління включає лінії зв’язку через які пристрої обмінюються сигналами управління, використовуються для загального управління магістраллю, обміном даними, адресами, командами, інформацією про стан, контролю правильності функціонування інтерфейсної магістралі.
Способи з’єднання ПП в системах.
Використовуються 3 базові способи з’єднання:
Радіальний
Магістральний
Ланцюговий
Однак на практиці з’єднання пристрою відносять до цього способу, за яким реалізовано з’єднання переважної більшості ліній зв’язку.
Радіальний передбачає з’єднання тільки двох пристроїв, коли один із них є каналом введення/виведення комп’ютера а другий є ПП.
Переваги: Таке з’єднання відзначається простотою реалізації, забезпечує можливість високої продуктивності обміну інформації, високі показники надійності.
Недолік: Великі затрати на фізичні лінії зв’язку а також складність реалізації периферійної підсистеми із великою кількістю ПП.
Магістральний передбачає використання спільної магістралі до якої короткими відведеннями під’єднуються пристрої. Теоретично кількість пристроїв не обмежується. Практично це кількість обмежується функціональними можливостями магістральних формувачів та приймачів. Крім цього велика кількість пристроїв на магістралі веде до непродуктивного використання пристроїв, оскільки вони змушені витрачати багату часу на очікування в обміні інформацією через магістраль.
Переваги: відносна простота реалізації периферійних підсистем. Для кількості пристроїв яка не перевищує 20 шт. а також мінімізацією затрат на фізичну реалізацію лінії зв’язку.
Ланцюговий спосіб передбачає під’єднання один за одним ПП у периферійній підсистемі із використанням спеціальних комутаційних вузлів у кожному пристрої.
Переваги і недоліки: суттєвих немає і використовується рідко у спеціалізованих комп’ютерних системах
Основні технічні характеристики інтерфейсів ПП.
Швидкість обміну даними в установленому режимі. Вимірюється в кількості інформації, якою можуть обмінюватись пристрої за 1 секунду. Відповідно це можуть бути біти, Кбіти, Мбіти або байти, Кбайти, Мбайти. Цю характеристику ще називають продуктивність.
Кількість периферійних пристроїв, яка можу бути у периферійній підсистемі. Може лежати в широких межах від 1 до 2048 ПП.
Максимальна відстань між ПП у периферійних системах. Від десятків см до десятків кілометрів.
Якісна характеристика – це складність апаратних та програмних засобів для реалізації периферійної підсистеми, яка немає прямого показника а вимірюється через вартість.
Характеристики - класифікаторів інтерфейсів ПП.
За способом з’єднання компонент у периферійній підсистемі (інтерфейси:радіальні, магістральні, ланцюгові).
За способом обміну даними: послідовні у яких за один такт в одному напрямку може передаватись тільки один біт даних; паралельний інтерфейс у якому за один такт в одному напрямку може передаватись 2-а або більше біт даних.
За режимами обміну даними: симплексний - коли інтерфейс забезпечує можливість обміну даними лише в одному напрямку і одним з пристроїв є передавачам а інший приймачем; дуплексний - інтерфейс забезпечує можливість обміну даними у двох напрямках через різні лінії зв’язку; напівдуплексні - інтерфейс забезпечує обмін даними в обох напрямках через одні і ті ж лінії зв’яжу в режимі розподілу часу.
Спосіб синхронізації обміну: синхронний - синхронізація спеціальними сигналами; асинхронний - організація обміну з використанням сигналів управління типу запит-відповідь або з використанням спеціальних стартових синхронізуючих сигналів передавача.
Використання цих 4 класифікаційних ознак забезпечує подання/характеристику основних властивостей інтерфейсу ПП. Наприклад класифікація інтерфейсу що він радіальний, паралельний, напівдуплексний асинхронний однозначно відносить його до певного класу інтерфейсів ПП. За цими класифікаційними ознаками можна визначити основі особливості практично усіх інтерфейсів ПП.
Лекція 2.1. Основні характеристики, склад і призначення ліній зв'язку, особливості обміну інформацією і виконання основних операцій інтерфейсів ЗШ, Q-bus, ISA, EISA