Процессор системная шина порты вводы вывода

ЦП– основная составная часть любого комп., его мозг и сердце. Это устройство осуществляет обработку всей инф.,выполняет командыпользователя ируководит др. устройствами.Внешне ЦП– небольшая плата с множеством контактов с одной стороны и плоской металлической коробочкой с другой.Внутри— хранится очень сложная полупроводниковая структура из миллиардов транзисторов.Характеристика:частота— количество тактов в 1 секунду, за которые происходит передача данных.; разрядность— величина, определяющая количество информации, которое ЦП способен обработать за один такт;количество ядер (увеличивающих производительность)

Системная шина– канал, по которому процессор соединен с другими устройствами компьютера. Предназначена дляорганизации обмена информациеймежду всеми компонентами компьютера. Все основные блоки ПК подсоединены к системной шине.

К основным характеристикамсистемной шины относятсятактовая частота и разрядность канала связи (32, 64 бита, увелич.скорость обмена информацией)

– PCI -32-битная шина, позволяет подключать к материнской плате до 10 плат расширения;

— AGP –передаются только видеоданные;

— PCI Express – новое поколение шины PCI.

Слоты расширения— разъём, соединённый с системной шиной, предназначенный для вставки новых функциональных модулей, расширяющих возможности компьютера.

Через слот обычно подключаются: видеокарты, звуковые карты, сетевые карты

Слоты расширения мб универсальными(PCI, PCI-Express, ISA,) испециализированными(AGP — слот для подключения видеокарты)

Портыпредставляют собой полноценные двунаправленные порты, у которых каждый из выводов может работать как в режиме ввода, так и в режиме вывода. Позволяетподключать периферийные устройствакомпьютера. Особенности: Обращение к портам ввода/вывода возможно с использованием команд, оперирующих с байтом, отдельным битом.

Примеры портов: COM (последовательный порт), LTP (параллельный порт), USB (последовательный с высокой производительностью), PS/2 (универсальный для подключения мыши и клавиатуры)

Видео:Системная шина процессораСкачать

Вопрос13.Запоминающие устройства: классификация, принцип работы, основные характеристики.

Запоминающее устройство— носитель информации, предназначенный для записи и хранения данных.

К основным параметрамотносятсяемкость, быстродействие, стоимость и надёжность храненияинформации.

Емкость памяти— максимальное количество данных, которое в ней может храниться.( в байтах)

Быстродействие памятиопределяется временем обращения, затрачиваемым на поиск нужной информации в памяти и на ее считывание, или временем на поиск места в памяти, куда надо записать информацию.

Надёжность хранения информации— как долго и качественно она может храниться.

Классификация запоминающих устройств:

-Энергозависимые и энергонезависимые, аналоговые и цифровые,

-Постоянные (ПЗУ), содержание которых не может быть изменено конечным пользователем (например, BIOS). ПЗУ в рабочем режиме допускает только считывание информации.

-Записываемые (ППЗУ), в которые конечный пользователь может записать информацию только один раз (например, CD-R).

-Многократно перезаписываемые (ПППЗУ) (например, CD-RW).

-Оперативные (ОЗУ) — обеспечивают режим записи, хранения и считывания информации в процессе её обработки.

— Принцип работы магнитных запоминающих устройств– использует магнитные свойства материалов. Различают:дисковые и ленточныеустройства. Общая технология магнитных запоминающих устройств состоит внамагничивании переменным магнитным полем участков носителя и считывания информации.Дисковые носителинамагничиваются вдоль концентрических полей – дорожек, расположенных по всей плоскости вращающегося носителя. Головки представляют собой 2 или более магнитных управляемых контура. Изменение величины напряжения вызывает изменение направления линий магнитной индукции магнитного поля и, при намагничивании носителя, означает смену значения бита информации с 1 на 0 или с 0 на 1.(своими словами: у нас есть головка, она бежит по носителю и выполняет два действия(намагничивает или нет), при чтении информации происходит тоже самое, она(головка) бежит по носителю и смотрит на участок(намагничен он или нет).

— Дисковые устройства делят нагибкие и жесткиенакопители и носители.Основным свойствомдисковых магнитных устройств являетсязапись информации на носитель на концентрические замкнутые дорожки. Плоский дисковый носитель вращается в процессе чтения/записи, чем и обеспечивается обслуживание всей концентрической дорожки. Для ОС данные на дисках организованы в дорожки и секторы. Дорожки представляют собой узкие концентрические кольца на диске. Каждая дорожка разделена на части, называемые секторами. При чтении или записи устройство всегда считывает или записывает целое число секторов независимо от объёма запрашиваемой информации.

— Оптический носитель информации. Процесс записи и считывания информации осуществляется при помощи лазера. Двоичный ноль представляется как в виде углубления, так и в виде основной поверхности, а двоичная единица представляется в виде границы между ними. (устройство такое же, как и в дисковых магнитных устройствах). Своими словами: бежит головка по диску и прожигает диск(если нужен в двоичный 0 — то прожигает дырочку, если 1, то ничего не делает), считывает также, бежит по диску и пускает лазер, если лазер попадает на экран(преломляется правильно), то 1. если нет, то 0.

— Принцип функционирования жёстких дисков аналогичен этому принципу для гибких магнитных дисков.

Видео:5 Системная шина,6 Порты ввода вывода, 7 Контроллеры накопителейСкачать

Назначение и виды портов ввода-вывода на компьютере

— А почему у тебя в учебном классе все системные блоки под столами стоят?
— А мне нравится наблюдать, как студентки USВ—порт ищут.

Система ввода-вывода информации, наряду с процессором и памятью — это одна из важнейших систем компьютера. И расположенные в системном блоке порты ввода-вывода являются важнейшей частью архитектуры персонального компьютера.

Читайте также: Алюминиевые шины прямоугольного сечения таблица

Назначение и разновидности портов в/в

Термин «порт» пришел в компьютерный лексикон из схемотехники. В ней портом ввода-вывода называют любое аппаратное решение, которое позволяет какому-либо контролеру или процессору обмениваться информацией с устройствами ввода-вывода напрямую, минуя память. Например, у популярного семейства микроконтроллеров AVR портами называются контакты, позволяющие обмениваться данными с внешними устройствами.

Применительно же к архитектуре ПК портами ввода-вывода можно назвать разъемы, позволяющие подключать к компьютеру периферийные устройства, а также обслуживающие эти разъемы микросхемы.

Назначение портов ввода-вывода – передача и прием информации за пределы компьютера. К портам в/в могут подключаться различные устройства, ответственные за прием, обработку, передачу и преобразование информации в вид, удобный для восприятия пользователем.

В данной статье мы не будем затрагивать порты, которые можно встретить исключительно на платах расширения, а кратко расскажем лишь о функциях и особенностях портов, которые чаще всего находятся на самой материнской плате.

Список портов ввода-вывода, обычно использующихся в персональном компьютере:

• Параллельный (LPT)
• Последовательный (COM)
• Игровой
• Разъем Ethernet
• Разъем PS/2 (мышь)
• Разъем PS/2 (клавиатура)
• USB
• VGA-разъем и прочие видеовыходы
• Аудиоразъемы для подключения динамиков, микрофона, и.т.д.

Порты в/в на материнской плате форм-фактора ATX:

1 – Разъем PS/2 (мышь); 2 – Разъем PS/2 (клавиатура); 3 – Выход Ethernet; 4 – Два разъема USB; 5 – Разъем последовательного порта; 6 – Разъем параллельного порта; 7 – Разъем VGA; 8 – Игровой порт; 9 – Аудиопорты (слева направо: линейный выход, вход, микрофон).

Часто в компьютерном обиходе к портам ввода-вывода ПК относят лишь традиционные, низкоскоростные порты ввода-вывода, существовавшие еще в первых IBM-совместимых компьютерах — это параллельный, последовательный и игровой порты. Следует отметить, что на материнских платах современных компьютеров эти порты встречаются нечасто.

Видео:03. Основы устройства компьютера. Память и шина. [Универсальный программист]Скачать

Параллельный порт (LPT)

Главная особенность параллельного порта – одновременная передача данных по нескольким линиям. Эта черта сближает LPT с внутренними шинами компьютера. Основное назначение параллельного порта – подключения внешних устройств, и в большинстве случаев таким устройством является принтер.

Первые версии параллельного порта имели одностороннюю направленность, то есть, данные по кабелю могли передаваться лишь в одну сторону – к периферийному устройству. В дальнейшем были введены усовершенствованные стандарты интерфейса LPT, в которых данные могли передаваться в обе стороны.

Видео:Шины ввода-выводаСкачать

Последовательный порт (COM)

Этот порт отличает последовательная передача данных по одной линии. Последовательная передача означает, что биты информации передаются по линии один за другим. Кроме того, передача данных в последовательном порту является двунаправленной. Как правило, COM предназначен для подключения таких периферийных устройств, как мышь или модем. В качестве разъема порта на материнской плате компьютера используется 9-штырьковый разъем DE-9 типа «вилка».

Видео:GPIO STM32 Программирование портов ввода-выводаСкачать

Игровой порт

На сегодняшний день этот порт не так уж часто встречается на материнских платах. Кроме того, его не поддерживают современные операционные системы, такие, как Windows 7. Тем не менее, его до сих пор можно увидеть на звуковых картах. Разъемом порта является коннектор c 15-ю контактами.

Как можно догадаться из названия порта, он предназначен, прежде всего, для подключения джойстиков. Особенностью порта является возможность подключить к нему сразу два устройства. Кроме того, в звуковых картах игровой порт часто используется для подключения MIDI – устройств, например, таких, как синтезаторы. Поскольку он способен работать с аналоговыми и аналого-цифровыми устройствами, то в обслуживающую его микросхему встроен аналого-цифровой преобразователь.

Видео:Как работает компьютер? Шины адреса, управления и данных. Дешифрация. Взгляд изнутри!Скачать

PS/2

Разъем PS/2 используется в компьютере для подключения мыши и/или клавиатуры. Несмотря на то, что он был разработан довольно давно, еще в середине 1980-x, тем не менее, он до сих активно используется в компьютерах. В некоторых материнских платах находятся два универсальных разъема, к которым можно подключить и мышь, и клавиатуру, в других же существует два отдельных разъема для мыши и клавиатуры. При этом разъем зеленого цвета предназначен для подключения мыши, синего – для клавиатуры. Оба разъема выполнены в формате mini-DIN c 9 контактами.

Порт USB, о котором будет подробно рассказано в отдельной статье, является наиболее скоростным, универсальным и производительным портом в/в в современных компьютерах. Именно по этой причине USB практически вытеснил многие другие порты. Обычно в компьютере используется несколько разъемов для подключения устройств USB.

Видео:Лекция 322. Atmega 8: Порты ввода-выводаСкачать

Заключение

Порты в/в персонального компьютера является неотъемлемой частью его системы ввода- вывода и предназначены для подсоединения различных периферийных устройств. Наличие портов ввода-вывода позволяет пользователю вводить информацию в компьютер, получать ее от других компьютеров и устройств, а также передавать ее.

Видео:GPIO STM32 Схемотехника портов ввода-выводаСкачать

Системная шина микропроцессора

Системная шина процессора предназначена для обмена информацией микропроцессора с любыми внутренними устройствами микропроцессорной системы (контроллера или компьютера). В качестве обязательных устройств, которые входят в состав любой микропроцессорной системы, можно назвать ОЗУ, ПЗУ, таймер и порты ввода-вывода. Структурная схема простейшего микропроцессорного устройства приведена на рисунке 1.

Читайте также: Шина потолочная двухрядная алюминий

В состав системной шины в зависимости от типа процессора входит одна или несколько шин адреса, одна или несколько шин данных и шина управления. Несколько шин данных и адреса применяется для увеличения производительности процессора и используется только в сигнальных процессорах. В универсальных процессорах и контроллерах обычно применяется одна шина адреса и одна шина данных.

В понятие шины вкладывают разное значение при рассмотрении различных вопросов. В простейшем случае под понятием шина подразумевают параллельно проложенные провода, по которым передаётся двоичная информация. При этом по каждому проводу передаётся отдельный двоичный разряд. Информация может передаваться в одном направлении, как, например, для шины адреса или шины управления, или в различных направлениях (для шины данных). По шине данных информация передаётся либо к процессору, либо от процессора в зависимости от операции записи или чтения, которую в данный момент осуществляет процессор.

В любом случае все сигналы, необходимые для работы системной шины формируются микросхемой процессора как это рассматривалось при изучении операционного блока. Иногда для увеличения скорости обработки информации функции управления системной шины берёт на себя отдельная микросхема (например контроллер прямого доступа к памяти или сопроцессор). Арбитраж доступа к системной шине при этом осуществляет контроллер системной шины (в простейшем случае достаточно сигнала занятости шины).

В некоторых случаях в понятие шина дополнительно включают требования по уровням напряжения, которыми представляются нули и единицы, передаваемые по её проводам. В состав требований могут быть включены длительности фронтов передаваемых сигналов, типы используемых разъёмов и их распайка, последовательность передаваемых сигналов и скорость их передачи.

Рисунок 1. Структурная схема подключения микропроцессорных устройств к системной шине

При подключении различных устройств к системной шине возникает вопрос — как различать эти устройства между собой? Единственный способ сделать это использовать индивидуальный адрес для каждого устройства, подключенного к системной шине микропроцессора. Так как адресация производится к каждой ячейке устройства индивидуально, то возникает понятие адресного пространства, занимаемого каждым устройством и адресного пространства микропроцессорного устройства в целом.

Видео:07. Основы устройства компьютера. Ввод-вывод. [Универсальный программист]Скачать

Адресное пространство микропроцессорного устройства.

Адресное пространство микропроцессорного устройства изображается графически прямоугольником, одна из сторон которого представляет разрядность адресуемой ячейки этого микропроцессора, а другая сторона — весь диапазон доступных адресов для этого же микропроцессора. Обычно в качестве минимально адресуемой ячейки памяти выбирается восьмиразрядная ячейка памяти (байт). Диапазон доступных адресов микропроцессора определяется разрядностью шины адреса системной шины. При этом минимальный номер ячейки памяти (адрес) будет равен 0, а максимальный определяется из формулы:

Для шестнадцатиразрядной шины это будет число 65535 (64K). Адресное пространство этой шины и распределение памяти микропроцессорной системы, изображённой на рисунке 1, приведено на рисунке 2, а распределение памяти микропроцессорной системы, изображённой на рисунке 1, приведено на рисунке 3.

Рисунок 2. Адресное пространство шестнадцатиразрядной шины адреса

Рисунок 3. Распределение памяти микропроцессора с шестнадцатиразрядной шиной адреса

Микропроцессоры после включения питания и выполнения процедуры сброса всегда начинают выполнение программы с определённого адреса, чаще всего нулевого. Однако есть и исключения. Например процессоры, на основе которых строятся универсальные компьютеры IBM PC или Macintosh стартуют не с нулевого адреса. Программа должна храниться в памяти, которая не стирается при выключении питания, то есть в ПЗУ.

Выберем для построения микропроцессорной системы микросхему ПЗУ объёмом 2 килобайта, как это показано на рисунке 1. При рассмотрении построения блока обработки сигналов мы договорились, что процессор после сброса начинает работу с нулевого адреса, поэтому разместим ПЗУ в адресном пространстве начиная с нулевого адреса. Для того, чтобы нулевая ячейка ПЗУ оказались расположенной по нулевому адресу адресного пространства микропроцессора, старшие разряды шины адреса должны быть равны 0.

При построении схемы необходимо декодировать старшие пять разрядов адреса (определить, чтобы они были равны 0). Это выполняется при помощи дешифратора адреса, который в данном случае вырождается в пятивходовую схему «ИЛИ» Это связано с тем, что внутри ПЗУ уже есть одиннадцативходовый дешифратор адреса. При использовании дешифратора адреса, обращение к ячейкам памяти выше двух килобайт не приведёт к чтению ячеек ПЗУ, так как на входе выбора кристалла CS уровень напряжения останется высоким.

Теперь подключим микросхему ОЗУ. Для примера выберем микросхему объёмом 8 Кбайт. Для выбора любой из ячеек этой микросхемы достаточно тринадцатибитового адреса, поэтому необходимо дополнительно декодировать три оставшихся разряда адреса. Так как начальные ячейки памяти адресного пространства уже заняты ПЗУ, то использовать нельзя. Выберем следующую комбинацию цифр 001 и используем известные нам принципы построения схемы по произвольной таблице истинности. Дешифратор адреса выродится в данном случае в трёхвходовую схему «И-НЕ» с двумя инверторами на входе. Схема этого дешифратора приведена на рисунке 1. Приведённый дешифратор адреса обеспечивает нулевой уровень сигнала на входе CS только при комбинации старших бит 001. Обратите внимание, что так как объём ПЗУ меньше объёма ОЗУ, то между областью адресов ПЗУ и областью адресов ОЗУ образовалось пустое пространство неиспользуемых адресов памяти.

Читайте также: Шина кама 221 235 70r16

И, наконец, так как все микропроцессоры предназначены для обработки данных, поступающих извне, то в любой микропроцессорной системе должны присутствовать порты ввода-вывода. Порт ввода-вывода отображается в адресное пространство микропроцессорного устройства как одиночная ячейка памяти, поэтому порт ввода вывода можно разместить по любому свободному адресу. Проще всего построить дешифратор числа FFFFh. В этом случае дешифратор превращается в обычную 16-ти входовую схему «И-НЕ», поэтому и выберем эту ячейку памяти в адресном пространстве микропроцессора для размещения порта ввода-вывода.

Видео:AVR 2# Порты ввода вывода. Теория.Скачать

Способы расширения адресного пространства микропроцессора.

Известно, что размер адресного пространства определяется разрядностью счётчика команд микропроцессора. Достаточно часто при развитии микропроцессорной системы возможности адресного пространства исчерпываются. В таком случае приходится прибегать к методам расширения адресного пространства.

Для расширения адресного пространства можно воспользоваться параллельным портом. Внешние выводы параллельного порта при этом используются в качестве старших битов адресной шины. Такой метод расширения адресного пространства называется страничным методом адресации. Регистр данных параллельного порта при использовании его для расширения адресного пространства будет называться переключателем страниц. Схема использования параллельного порта в качестве переключателя страниц памяти приведена на рисунке 4.

Рисунок 4. Использование параллельного порта в качестве переключателя страниц памяти

В этой схеме параллельный порт используется в качестве простейшего контроллера памяти микропроцессорного устройства. При применении восьмиразрядного параллельного порта в микропроцессорной системе появились дополнительные восемь линий адреса. В результате адресное пространство микропроцессорной системы увеличилось до 16 Мегабайт. Структура нового адресного пространства приведена на рисунке 5, а принцип формирования нового адреса с использованием переключателя страниц приведён на рисунке 6.

Рисунок 5. Структура страничного адресного пространства

Рисунок 6. Формирование адреса с использованием переключателя страниц

Метод страничной адресации прост в реализации и при формировании адреса физической памяти не приводит к дополнительным временным задержкам, но при использовании многозадачного режима работы процессора для каждой активной задачи выделяется целая страница в системной памяти микропроцессора. При такой работе в системной памяти процессора остаётся много неиспользуемых областей. Решить возникшую проблему позволяет метод сегментной организации памяти.

При сегментном методе организации памяти для расширения адресного пространства используется базовый регистр, относительно которого производится адресация команд или данных в программе. Разрядность базового регистра обычно выбирают равной разрядности счётчика команд. В качестве базового регистра, как и при страничной организации памяти, можно использовать параллельный порт.

Для формирования физического адреса используется параллельный двоичный сумматор. На входы этого сумматора подаётся содержимое базового регистра и содержимое счётчика команд. Суммирование производится со смещением содержимого базового регистра влево на несколько бит относительно счётчика команд (рисунок 8). В результате максимальный размер сегмента определяется разрядностью программного счётчика, а максимальная неиспользуемая область памяти — смещением базового регистра относительно программного счётчика.

Адресное пространство при использовании сегментного метода адресации приведено на рисунке 7.

Рисунок 7. Пример адресного пространства с разделением на сегменты

Количество сегментов определяется количеством базовых регистров. Сегменты могут перекрываться в адресном пространстве, и тем самым может регулироваться размер памяти, который отводится под каждый конкретный сегмент памяти. В компьютерах семейства IBM PC имеются четыре базовых регистра, определяющих сегмент данных, сегмент программы, сегмент стека и дополнительный сегмент. Информацию в базовые регистры заносит операционная система при переключении задач.

Рисунок 8. Формирование адреса при сегментной адресации

Ещё одним распространённым способом увеличения адресного пространства является применение окон. При использовании окон производится расширение не всего адресного пространства, а только его части. Внутри адресного пространства выделяется некоторая область, которая называется окном. В это окно может отображаться часть другого адресного пространства.

При использовании окон может быть использован как страничный метод отображения адресного пространства, так и сегментный метод отображения адресного пространства в окно.

При использовании страничного метода отображения, конкретная страница другого адресного пространства, которая в данный момент отображается в окно памяти, определяется переключателем страниц, построенному по такому же принципу как это было рассмотрено на рисунке 4.

При использовании сегментного метода отображения, конкретная область адресного пространства, которая будет отображаться в окно, определяется содержимым базового регистра. Если разрядность адреса вспомогательного адресного пространства, отображаемого в окно основной памяти, совпадает с разрядностью базового регистра, то любая область вспомогательной памяти может быть отображена в основную память с точностью до байта.

Принцип построения оконной адресации при отображении страниц показан на рисунке 9.

Рисунок 9. Применение окна для расширения адресного пространства

Оконная адресация часто используется при развитии микропроцессорных семейств, когда размера областей памяти, отведённых для конкретных задач в младших моделях семейства, не хватает для старших моделей семейства, а при этом нужно поддерживать аппаратную совместимость с младшими моделями семейства. В качестве примера можно привести микросхемы I81c96 фирмы INTEL или TMS320c5410 фирмы Texas Instrument, где для расширения области регистров специальных функций используется оконная адресация.

Понравился материал? Поделись с друзьями!

Вместе со статьей «Системная шина микропроцессора» читают:

• Свежие записи
  • Нужно ли менять пружины при замене амортизаторов
  • Скрипят амортизаторы на машине что делать
  • Из чего состоит стойка амортизатора передняя
  • Чем стянуть пружину амортизатора без стяжек
  • Для чего нужны амортизаторы в автомобиле

  🎦 Видео

  Порты ввода-вывода | Первая программа | Микроконтроллеры с нуля #4Скачать

  

  Betaflight - порты ввода-выводаСкачать

  

  АПС Л15. Ввод-выводСкачать

  

  SigmaDSP Processor. С чего начать? Быстрый старт и первый проект.Скачать

  

  МЭ(МЕ) порт ввода\вывода в Applied Energistics 2 - майнкрафт 1.7.10Скачать

  

  STM32 GPIO. Скорость работы портов ввода-вывода.Скачать

  

  Семинар 2. Построение портов ввода/вывода микропроцессорной системы.Скачать

  

  Системная шина персонального компьютера AGPСкачать

  

  Л.2. Цифровые регистры портов ввода/вывода AVR (DDRx, PORTx, PINx)Скачать

  

  Системная шина персонального компьютера ISAСкачать