6.

Устройства внешней памяти (внешние запоминающие устройства) ПЭВМ также выполняют функции двустороннего обмена информацией и служат для постоянного хра­нения программ и данных. Однако они представляют область памяти, к которой процессор непосредственно обращаться не может. Для того чтобы использовать информацию, хранящуюся во внешней памяти, ее необходимо предварительно передать в основную (внут­реннюю оперативную) память. Устройства хранения данных — в основном устанавливаются в системном блоке. К техническим средствам внешней памяти отно­сятся накопители на гибких (НГМД/FDD) и жестких (НЖМД/HDD) магнитных дисках, магнитных лентах (НМЛ), магнитных картах (НМК) и др. В современных вычислительных системах широкое распространение получили оптические (CDROM, CD-R, CD-RW, DVD-ROM) магнитооптические носители Iomega ZIP 100/250, Iomega JAZ, usb-флэш - память и др. Для установки современного ПО, а также исполнения ряда приложений (особенно игр), прослушивания музыки (аудио-CD и диски с файлами формата МРЗ), просмотра фильмов компьютер должен иметь привод CD-ROM или DVD-ROM (который читает и CD). Для выпуска собственной продукции, а также ар­хивирования данных и копирования CD/DVD к компьютеру подключают CD/DVD-рекордер. Для архивирования и переноса больших объемов данных приме­няют магнитооптические диски, устройства ZIP, JAZ и стримеры. Устройства хра­нения подключаются к шинам АТА (только внутренние), SCSI, USB, FireWire, a также к LPT-порту.

Устройства межкомпьютерной связи и телекоммуникаций (коммуникационные устройства) позволяют связывать компьютеры между со­бой и с сетью Интернет. К коммуникационным устройствам относятся модемы и контроллеры локальных сетей. Модем позволяет связываться с другими компьютерам и сетями по телефонной сети общего пользо­вания или по специальным выделенным линиям. Модем в ПК может выполнять множество функций: пересылку данных (в том числе и получение всех услуг Интернета, включая Интернет-телефонию и видеосвязь), прием и передачу фак­сов, автоответчик, телефонный секретарь и др. Модемы устанавливаются в сло­т расширения PCI (ранее в ISA или PC-Card) или подключаются внешне, как правило, к СОМ-портам или шине USB. Контроллеры локальных сетей позволяют обмени­ваться данными с гораздо более высокими скоростями, но на меньшие расстоя­ния, например в пределах здания. Появление локальных сетей на базе оптоволоконных линий связи и современное сетевое оборудование позволяет использовать контроллеры локальных сетей для подключения к сети Интернет. Локальные сети используют для совместного доступа нескольких ПК к общей периферии (принтеры, плоттеры, устройства хранения данных) и обеспечения связи для клиент-серверных приложений. Сетевые устройства, требующие электропитания для функционирования относятся к активному оборудованию, а устройства не требующие электропитания – к пассивному.

Датчики управления и наблюдения.

Для промышленных и инструментальных компьютеров периферия (подклю­чаемые объекты управления и наблюдения) содержат аналоговые и дискретные датчики и исполнительные устройства. Для их подключения выпускают различ­ные карты сопряжения (и отдельные устройства внешнего исполнения), содер­жащие аналого-цифровые и цифроаналоговые преобразователи, порты ввода и вывода дискретных сигналов с различными параметрами. С помощью этих уст­ройств и надлежащего программного обеспечения компьютер можно научить все­му, чему угодно — от медицинской диагностики до управления военной и кос­мической техникой.

14. Системные ресурсы используемые ПУ. Распределение системных ресурсов

Для того чтобы программы могли взаимодействовать со своими устройствами, не мешая другим (и не получая от них помех), все системные ресурсы — адреса памяти и ввода-вывода, запросы прерываний и каналы DMA — должны быть бесконфликтно распределены между системными (из набора микросхем) контроллерами и контроллерами внешних устройств устройствами¹.

Для адресов памяти и портов ввода-вывода бесконфликтность означает, что диапазоны соответствующих адресов всех имеющихся устройств не должны пе­рекрываться. Это в первую очередь касается адресов, по которым выполняется чтение. Если устройства, конфликтующие по чтению, находятся на одной физи­ческой шине, то результат чтения будет неопределенным из-за электрического конфликта. Если конфликтующие устройства находятся на разных шинах, то будут прочитаны данные только одного устройства, но какого именно — зависит от настройки мостов, соединяющих шины. Конфликт по адресам для записи час­то сознательно используют для одновременной передачи информации в несколько устройств (например, в PnP ISA). Информация при этом не иска­жается. Однако незапланированные конфликты по записи могут приводить к неожиданным побочным эффектам в работе устройств, не ожидающих данной записи.

Для самого главного ведущего устройства — центрального процессора — безразлично, к какой из шин подключено устройство: он только задает адрес и тип операции. Операции записи обычно выполняются широковещательно — рас­пространяются по всем шинам. Операции чтения маршрутизируются — факти­чески чтение по конкретному адресу памяти или порта обычно выполняется толь­ко с одной из шин.

Для линий запросов прерываний бесконфликтность трактуется несколько слож­нее. В классической системе ISA одну линию запроса может использовать толь­ко одно устройство, все остальные варианты — конфликтные. В системах РnР ISA (имеющих PnP BIOS, более гибко программируемый контроллер прерыва­ний и устройства ISA PnP) при корректных настройках устройства РnР аппаратно могут использовать разделяемые (общие для нескольких устройств) ли­нии прерываний. На обычные карты (устройства) ISA эта возмож­ность, как правило, не распространяется. Однако и для устройств РnР возмож­ны конфликты программ, работающих с этими устройствами, если в них не за­ложена возможность разделяемости прерываний. В системах с PCI разделяемость прерываний аппаратно предусмотрена, но, опять-таки, возможны программные (причина в драйверах) и аппаратные конфликты (некорректно спроектированные карты). В комбинированных сис­темах ISA/PCI доступные линии запросов преры­ваний делятся между старыми (legacy) устройствами ISA и устройствами РnР ISA и PCI, во второй группе разделяемые прерывания в принципе допустимы (но при «правильном» ПО).

Для каналов DMA бесконфликтным, как правило, является лишь монополь­ное использование канала одним устройством (хотя бывают и редкие исключе­ния). На старых устройствах каналы выбирались двумя джамперами¹. Естественно, они должны устанавливаться со­гласовано, на один и тот же номер канала.

Системные устройства могут быть встроены в системную плату, а также уста­навливаться в слоты шин расширения. Системные ресурсы должны распреде­ляться между всеми этими устройствами. В распределении всегда имеется отно­сительно неизменная часть (устройства системной платы, установленные ее из­готовителем) и переменная часть, определяемая составом карт, установленных пользователем. Настройками CMOS Setup могут быть заданы ресурсы устройств системной платы, а часть из них может быть даже отключена, если вместо них используются адаптеры, установленные в слоты расширения.

Ресурсы устанавливаемых карт задаются либо вручную, либо автоматически, в зависимости от возможностей шин. карт расширения и BIOS. Цель полной автоматизации — достичь идеала PnP (Plug-and-Play, включай и играй), когда от пользователя требуется лишь механически установить новое устройство, а даль­ше все распределения и установки драйверов выполняются без его участия.

Наиболее распространенной для подключения карт расширения ПК явля­ется шина PCI. В шину PCI изначально были заложены возможности автоматического конфигурирования устройств, и она поддерживает стандарт PnP в полном объеме. Например, шина ISA не имела механиз­мов автоматического конфигурирования и распределения ресурсов, так что все заботы по конфигурированию устанавливаемых адаптеров и разрешению конф­ликтов ложились на пользователя. Задача конфигурирования осложнялась и из-за отсутствия общего механизма автоматической передачи установленных пара­метров прикладному и системному программному обеспечению. После конфигу­рирования адаптеров, выполняемого обычно переключением джамперов (в соответствии с документацией на устройство), установленные параметры заноси­лись в какие-либо конфигурационные файлы, специфичные для каждого про­граммного продукта. При этом, естественно, возможны ошибки.

Некоторое облегчение конфигурирования принесло применение в адаптерах энергонезависимой памяти (NVRAM, EEPROM), хранящей конфигурации на­строек, в том числе и использования системных ресурсов. Конфигурирование этих адаптеров выполняется программно специальной утилитой, а не с помо­щью джамперов. Отсюда и два их названия: Software Configured (программно-конфигурируемые) или Jumperless (свободные от джамперов).

Сейчас большин­ство карт ISA поддерживают спецификацию PnP ISA, благодаря чему во многих случаях с пользователя действительно снимаются заботы по кон­фигурированию.

Пример конфликтов. При конфигурировании устройств возможны разные неожиданные эффекты. Например, возможен конфликт, если контроллер гибких дисков и контроллер АТА расположены на разных платах, а тем более на разных шинах, разделенных буферами. Дело в том, что бит смены носителя НГМД исторически находится по адресу дополнительного регистра состояния АТА (см. п. 13.1.2) и результат считывания по этому адресу зависит от многих факторов. Это, наверное, един­ственный случай, когда устройство должно передавать на шину не целый байт, и причины этого чисто исторические: в PC/AT контроллер НГМД был на одной плате с первой моделью контроллера НЖМД, и эта завязка не создавала не­удобств. А дальше эти контроллеры обрели относительную самостоятельность, но для программной совместимости регистровую модель сохранили для обоих устройств. Все остальные конфликты в этом плане более тривиальны, хотя не­приятностей могут доставить немало.

Кроме периферийных устройств конфигурированию подлежат и мосты PCI, соединяющие все шины современных ПК. При конфигурировании мостов им указывается распределение системных ресурсов по шинам, которые они связы­вают. Таким образом задаются пути транслирования управляющих сигналов по шинам и управление буферами данных, обеспечивая для каждого адреса памяти или ввода-вывода единственную шину назначения, по крайней мере для опера­ций чтения (операции записи в принципе могут быть и широковещательными). Подобная «маршрутизация» необходима и для сигналов запросов прерывания (каналы DMA к шине PCI отношения не имеют). Конфигурирование мостов, как правило, происходит без участия пользователя, хотя некоторыми пара­метрами (выделением определенных ресурсов) можно управлять с помощью CMOS Setup.

22.

1)Внешние интерфейсы

* Шина СОМ

* Интерфейс IrDA

* Шина LPT

* Шина USB

* Шина FireWire

* Порт Bluetooth

Разделение шинной архитектуры компьютера на внешние и внутренние компоненты весьма условное. Тем не менее, ряд интерфейсов считаются внешними, поскольку предназначены для подключения периферийных устройств. Хотя ничто не мешает использо­вать SCSI или SATА как для внешних, так и для внутренних устройств. Развитие беспроводных интерфейсов вообще размывает границу между внутренними, внешними и удаленными устройствами.

2)Внутренний интерфейс

Все компоненты компьютерной системы соединяются между собой по­средством интерфейса. Интерфейс можно упрощенно представить как совокупность сигнальных линий (шину), объединенных по назначению (данные, адреса, управление), с определенными электрическими характеристиками и про­токолами обмена данными. Шина интерфейса обслуживается контролле­рами и служебными устройствами (буфера, регистры, мосты), а также программной оболочкой (драйверами и операционной системой).

Используемые в настоящее время шины отличаются по разрядности, способу передачи сигнала (последовательные или параллельные), про­пускной способности, количеству и типу поддерживаемых устройств, а также протоколу работы. Шины могут быть синхронными (осуществляю­щими передачу данных только по тактовым импульсам) и асинхронными (осуществляющими передачу данных в произвольные моменты времени), а также использовать различные схемы арбитража (то есть способа со­вместного использования шины несколькими устройствами).

Как правило, шины ПК можно представить в виде некой иерархиче­ской структуры — шинной архитектуры. Важнейший принцип шинной архитектуры компьютеров класса IBM PC — открытость², то есть доступность спецификаций для всех производителей.

К внутренним традиционно относят интерфейсы, предназначенные для подключения компонентов, находящихся внутри системного блока компьютера. Среди внутренних интерфейсов можно выделить системные шины, которые обеспечивают работу базовых компонентов платформы и не рассчитаны на подключение каких-либо дополнительных устройств. Например, к системным относятся шины GTL, HyperTransport, SMBus, V-Link, DMI и подобные им специализированные интерфейсы.

30.

 ЕРР³ (Enhanced Parallel Port) Mode — двунаправленный обмен данными, при котором управляющие сигналы интерфейса генерируются аппаратно во время цикла обращения к порту (чтения или записи в порт). Эффекти­вен при работе с устройствами внешней памяти, адаптерами локальных сетей.

 ЕСР (Extended Capability Port) Mode — двунаправленный обмен данными с возможностью аппаратного сжатия данных по методу RLE (Run Length Encoding) и использования FIFO-буферов и DMA. Управляющие сигналы интерфейса генерируются аппаратно. Эффективен для принтеров и сканеров.

38. USB (Universal Serial Bus) — универсальный последовательный канал — пос­ледовательная шина подключения внешних периферийных устройств среднего быстродействия (включая клавиатуру, мышь и другие устройства). Она обес­печивает двунаправленную передачу информации, включая и изохронный класс передачи (негарантированная доставка данных с постоянной скоростью), необ­ходимый для работы аудиокодеков. Двухпроводной интерфейс обеспечивает скорость передачи 1,5 или 12 Мбит/с. Устройства подключаются по топологии дерева, используя хабы — разветвители. По производительности USB недоста­точно для цифровой передачи живого видеоизображения, поэтому появился интерфейс FireWire (огненный провод) — также последовательная шина с официальным названием IEEE 1394. Этот интерфейс с производительностью от 100 Мбит/с и выше (до 1,6 Гбит/с) пред­назначен для подключения дисков, стриммеров, сканеров, цифровых видео­устройств и т. п. Фирмы, производящие цифровые видеокамеры уже включают этот интерфейс в стандартный набор интерфейсов.

Интерфейсы USB и FireWire поддержаны такими крупными компаниями компьютерной индустрии как Intel, Microsoft и Compaq. Они включаются в систему Plug and Play, a подключение к ним дополнительных устройств не требует предоставления де­фицитных системных ресурсов — линий прерываний, каналов DMA, адресов ввода/вывода и памяти.

С появлением USB и Fire Wire в качестве характеристики интерфейса стала фигурировать и топология соединения. Для интерфейсов RS-232C и Centronics практически однозначно применялась двухточечная топология PC — устройство (или PC - PC). Исключениями из этого правила являются различные устройства безопасности и защиты данных (Security devices), которые подклю­чаются к СОМ- или LPT-портам, но имеют разъем для подключения внешнего устройства.