Контроллер — это специализированный процессор, управляющий работой вверенного ему внешнего устройства. Поскольку в системе появилось теперь несколько процессоров, главный из них для отличия стали называть центральным.
Наличие контроллеров существенно изменяет процессы обмена информацией внутри компьютера. Центральный процессор при необходимости произвести обмен выдает задание на его осуществление контроллеру.
В отличие от первоначальной архитектуры, для связи между отдельными функциональными узлами компьютера используется специальное устройство — шина.
Шинасостоит из трех частей:
• шины данных (для передачи данных);
• шины адреса (для передачи адресов);
• шины управления (для передачи управляющих сигналов).
Одно из достоинств описанной схемы заключается в возможности легко подключать к компьютеру новые устройства. Это называется принципом открытой архитектуры. Для пользователя открытая архитектура означает возможность свободно выбирать состав внешних устройств для своего компьютера в зависимости от круга решаемых задач.
Виды памяти
Память компьютера делится на внутреннюю — оперативнуюивнешнюю — долговременную. Основные различия внутренней и внешней памяти состоят в следующем: внутренняя память энергозависимая и «быстрая», внешняя память энергонезависимая и сравнительно «медленная».
Чем определяется быстродействие памяти? Временем доступа процессора к данным, хранящимся в устройстве памяти. Иначе говоря, тем, за какое время процессор считывает или записывает в память фиксированную порцию данных, например 1 байт. Время доступа самого современного жесткого диска (винчестера) составляет примерно 10 миллисекунд. А современная оперативная память обладает временем доступа порядка 5 наносекунд, т. е. работает примерно в миллион раз быстрее.
Конструктивно оперативная память (ОЗУ) компьютера представляет собой совокупность микросхем (чипов), обеспечивающих хранение программ и данных, оперативно обрабатываемых компьютером.
Существуют два основных типа устройств оперативной памяти: динамическая и статическая память. Динамическая память чаще всего является основной памятью, статическая — дополнительной. Динамическая память стоит много меньше статической (в расчете на единицу хранимой информации), но по быстродействию значительно уступает современным микропроцессорам. Это означает, что внутрипроцессорные операции совершаются значительно быстрее (в несколько раз), чем обмен информацией между процессором и памятью. Поскольку при исполнении программы постоянно идет обмен данными между процессором и оперативной памятью, то низкое быстодействие динамической памяти тормозит весь процесс.
Значит, дополнительно необходима пусть менее емкая, но более «быстрая» память. Это статическая память, которую еще называют кэш-па-мятью. В ней хранятся данные, к которым исполняемая программа обращается наиболее часто. Кэш-память работает практически с той же скоростью, что и процессор. Использование кэш-памяти позволяет значительно увеличить производительность системы.
Существует еще один вид устройств памяти — постоянное запоминающее устройство (ПЗУ). ПЗУ — энергонезависимое устройство, т. е. данные, находящиеся в нем, не зависят от того, включен ли компьютер. В динамической и статической памяти при исчезновении энергопитания данные практически мгновенно исчезают. В ПЗУ хранится программа запуска компьютера, которая называется BIOS (базовая система ввода/вывода). BIOS начинает работать после включения питания компьютера. Эта программа загружает с диска операционную систему и далее в работе компьютера не участвует.
На рис. 4.1 также представлен еще один вид памяти — видеопамять, обслуживающая устройство визуального отображения выводимой информации — монитор. Сначала формируется содержимое видеопамяти, а затем контроллер монитора выводит изображение на экран.
Системная плата
Конструктивно упомянутые выше устройства расположены в персональном компьютере в системном блоке (в настольном варианте ПК). Если снять крышку системного блока, то под ней мы обнаружим несколько плат, содержащих многочисленные разъемы и микросхемы. Главная из них — системная плата, называемая также материнской платой. Перечислим лишь некоторые компоненты системной платы:
Видео:MCP2515, контроллер CAN шины с интерфейсом SPIСкачать
Контроллер шины
Здесь представлены два микропроцессора, которые могут через магистраль обращаться к общими ЗУ и УВВ. Очевидно, для ЗУ и УВВ, представленных на рисунке, существует два ведущих устройства — микропроцессор 1 и микропроцессор 2. Естественно, микропроцессоры используют общие ресурсы не одновременно, а по очереди, поэтому в конкретном цикле обмена ведущим устройством является один из них. В общем случае количество микропроцессоров может быть больше двух.
Такая схема может применяться в разных случаях, например, если нужно осуществить обмен данными между двумя микропроцессорами через общее ЗУ, или иметь доступ из нескольких МПС к одному УВВ, через которое подключен какой-либо датчик.
Читайте также: Шины не пригодны для эксплуатации
На рис. 1 представляет упрощенное представление системы с несколькими микропроцессорами. В реальности, системы будет выглядеть следующим образом (рис. 2):
У каждого микропроцессора имеются свои персональные ЗУ и УВВ, находящиеся целиком и полностью в его распоряжении. Вместе с микропроцессором они образуют микропроцессорную систему. В то же время, каждый микропроцессор имеет доступ к общим ресурсам — ЗУ и УВВ.
Магистрали (шины), соединяющие все эти устройства, имеют свою классификацию (рис. 3):
Магистраль, выходящая из микропроцессора называется локальной шиной микропроцессора. Она является мультиплексированной (в большинстве случаев). Магистраль, соединяющая микропроцессор с УВВ и ЗУ, находящимися в его персональном распоряжении, называется резидентной шиной. Магистраль, соединяющая микропроцессор с общими ЗУ и УВВ носит название системной шины. Резидентная и системная шины не мультиплексированы.
Очевидно, для подключения УСО к микропроцессору в данном случае мы должны использовать специальную схему — схему шинного интерфейса (СШИ). Она должна располагаться в месте соединения всех трех шин (см. рис. 3). СШИ должна решать следующие задачи:
1. Демультиплексирование локальной ШАД;
2. Хранение адреса в течение всего цикла обмена;
3. Подключение микропроцессора (локальной шины) к системной или резидентной шине, в зависимости от того, по какой шине будет происходить обмен.
Отдельно должен решаться вопрос о порядке подключении к системной шине (СШ). Очевидно, что к общим ресурсам (ЗУ, УВВ) в некий момент времени может иметь доступ только один микропроцессор. Следовательно, должна существовать возможность проверки занятости СШ. Также необходимо предусмотреть механизм для разрешения конфликтных ситуаций, например, когда два или более микропроцессора одновременно попытаются получить доступ к общим ресурсам. Все эти вопросы будут рассмотрены нами позже, пока же сосредоточимся на создании СШИ, решающей сформулированные выше три задачи.
Очевидно, что СШИ должно быть две — одна будет обеспечивать подключение к СШ, другая — к РШ. Естественно, в каждом цикле обмена работать будет либо одна, либо другая СШИ (рис. 4):
Рассмотрим более детально саму схему шинного интерфейса (рис. 5):
Если посмотреть на сформулированные ранее три задачи, которые должна решать СШИ, мы можем увидеть, что две первые из них совпадают с задачами, которые решала рассмотренная в предыдущем разделе схема демультиплексирования. Следовательно, она может быть положена в основу СШИ.
Остается третья задача: обеспечение подключения/отключения от локальной шины (в соответствии с сигналом, передаваемым по специальной линии «Разрешение подключения к шине»). На выходе СШИ мы имеем три шины: адреса, данных и управления. Задача отключения шины данных фактически уже решена в схеме демультиплексирования: при неактивном сигнале DEN шина данных отключена от локальной шины. Отключение шины адреса также может быть выполнено в рамках известной нам схемы демультиплексирования путем подачи сигнала «Разрешение подключения к шине» на вход OE буферного регистра.
Для отключения шины управления используется специальное устройство, называемое контроллером шины (рис. 6).
Контроллер шины предназначен для решения задач управления шинным интерфейсом.
Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет
Видео:Sm контроллер шины что это, 1Скачать
Электронные платы, контроллеры и шины
2.5 Электронные платы, контроллеры и шины
Электронные платы. Электронная начинка IBM PC, как правило, выполняется из нескольких модулей — электронных плат. Каждая плата представляет собой плоский кусок пластика, на котором укреплены электронные компоненты (микросхемы, конденсаторы и т.д.) и различные разъемы. Внутри электронной платы проложены проводники для соединения смонтированных на плате компонент между собой.
Материнская плата. Самой большой электронной платой в компьютере является системная, или материнская, плата (см. рис). На ней обычно располагаются основной микропроцессор, оперативная память, кэш-память, шина (или шины) и BIOS. Кроме того, там находятся электронные схемы (контроллеры), управляющие некоторыми устройствами компьютера. Так, контроллер клавиатуры всегда находится на материнской плате. Часто там же находятся и контроллеры для других устройств (жестких дисков, дисководов для дискет и т.д.).
Читайте также: Камера в радиальную шину
Контроллеры. Электронные схемы, управляющие различными устройствами компьютера, называются контроллерами. Во всех компьютерах IBM PC имеются контроллеры для управления клавиатурой, монитором, дисководами для дискет, жестким диском и т.д.
Интегрированные контроллеры. В современных компьютерах многие контроллеры входят в состав материнской платы. Такие контроллеры называются встроенными или интегрированными (в материнскую плату). Так, контроллер клавиатуры всегда является встроенным. На современных материнских платах обычно имеются встроенные контроллеры дискет, портов ввода-вывода, контроллер жестких дисков, иногда — видеоконтроллер.
Платы контроллеров. Разным пользователям в компьютере нужен разный набор контроллеров. Поэтому все контроллеры компьютера встраиваются в материнскую плату только в некоторых специальных компьютерах. В большинстве компьютеров некоторые контроллеры располагаются на отдельных электронных платах — платах контроллеров (см. рис. справа). Эти платы вставляются в специальные разъемы (слоты) на материнской плате компьютера.
С помощью добавления и замены плат контроллеров пользователь может модифицировать компьютер, расширяя его возможности и настраивая его по своим потребностям. Например, пользователь может добавить в компьютер факс-модем, звуковую карту, плату приема телепередач и т.д.
Шины. При вставке в разъем материнской платы контроллер подключается к шине — магистрали передачи данных между оперативной памятью и контроллерами. В современных компьютерах обычно имеются две шины:
· шина ISA для контроллеров низкоскоростных устройств (то есть
· для обмена данными с клавиатурой, мышью, дисководами для
· дискет, модемом, звуковой картой и т.д.)
· шина PCI для обмена данными с высокоскоростными устройствами -(жесткими дисками, видеоконтроллером и т.д.).
В более старых компьютерах могут быть и другие шины — EISA, VESA (VLB) и др. Впрочем, для обеспечения совместимости даже современные серверы локальных сетей обычно оснащаются шиной EISA.
Разъемы шин. Каждый контроллер может быть подключен лишь к той шине, на которую он рассчитан. Поэтому разъемы различных шин сделаны разными, чтобы их нельзя было перепутать. При покупке контроллеров следует знать, разъемы каких шин имеются в Вашем компьютере, так как иначе купленный контроллер окажется бесполезен.
Контроллеры портов ввода-вывода. Одним из контроллеров, которые присутствуют почти в каждом компьютере, является контроллер портов ввода-вывода. Часто этот контроллер интегрирован в состав материнской платы. Контроллер портов ввода-вывода соединяется кабелями с разъемами на задней стенке компьютера, через которые к компьютеру подключаются принтер, мышь и некоторые другие устройства. Порты ввода-вывода бывают следующих типов:
•параллельные (обозначаемые LPT1-LPT4), к соответствующим
разъемам на задней стенке компьютера (имеющим 25 гнезд) обыкновенно подключаются принтеры;
•последовательные (обозначаемые СОМ 1-COM3). К соответствующим разъемам на задней стенке компьютера (имеющим 9 или 25 штырьков) обычно подсоединяются мышь, модем и другие устройства;
•игровой порт — к его разъему (имеющему 15 гнезд) подключается джойстик. Игровой порт имеется не у всех компьютеров.
Как правило, контроллер портов компьютера поддерживает один параллельный и два последовательных порта.
Разъемы шины USB. В некоторых новых компьютерах имеются разъемы универсальной последовательной шины USB. Разъемы и кабели шины USB похожи на телефонные (у импортных телефонов). По-видимому/скоро будут выпущены модели клавиатур, мышей, принтеров, модемов, дисководов компакт-дисков, сканеров и т.д., подключаемые к шине USB. При этом к каждому устройству, подключенному к шине USB, можно подключать другие USB-устройства (всего может быть подключено до 127 устройств). Для этого, по-видимому, каждое (или почти каждое) USB-устройство будет иметь два или три разъема USB. USB-устройства можно будет подсоединять и отсоединять при работающем компьютере. Возможно, в недалеком будущем в компьютерах вместо разъемов клавиатуры, портов и джойстика будут иметься только два-три маленьких разъема USB.
Видео:Как устранить проблему с sm контроллер шиныСкачать
Роль внутренней шины в стандартном контроллере
Одним из наиболее важных узлов контроллера является внутренняя шина. Хотя без микропроцессорных устройств управления и обладали большими функциональными возможностями, но, однако, они имели очень существенный недостаток, а именно, у них отсутствовала шина. Причиной этого было то, что у таких устройств управления каждый модуль был уникален, то есть решал какую-то свою задачу в автоматизации. Соединения между такими модулями представляло собой сложное сплетение проводов.
Читайте также: Камеры пневматических шин автомобильных отработанные состав отхода
Появление микропроцессоров позволило очень сильно упростить схему соединений между модулями и сделать её регулярной и однотипной. Причиной такого упрощения явилось разделение функций между функциональными модулями и ЦПУ. За функциональными модулями остались наиболее общие функции, что позволило существенно упростить их внутреннюю структуру и унифицировать их связь с ЦПУ. К общим функциям относятся приём и передача сигналов, а также их частичная обработка. К частичной обработке сигналов можно отнести усиление, сравнение, селекцию, фильтрацию, гальваническую развязку, преобразование аналоговых сигналов в цифровой код, преобразование цифрового кода в аналоговый сигнал и так далее. Функциональные модули стали более универсальными, и этой универсальности в значительной мере способствовала унификация входных и выходных сигналов, которые для всех типов контроллеров стали иметь одинаковые диапазоны изменения. Функции полной обработки сигналов и дополнительные функции, вытекающие из индивидуальных особенностей объектов управления и контроля, были возложены на ЦПУ и прикладное программное обеспечение. Значительному упрощению соединений между модулями УСО и ЦПУ также способствовало появление двунаправленных магистральных приёмопередатчиков, выходы которых имеют третье состояние. Благодаря таким приёмопередатчикам схему соединений между модулями УСО и ЦПУ удалось превратить в полноценную шину, соединяющую параллельно одноимённые входы и выходы модулей УСО и ЦПУ. Первоначальное схемное решение, основанное на параллельном соединении выходов модулей УСО по схеме «монтажное ИЛИ», снижало нагрузочную способность шины и несколько усложняло схемное построение входных каскадов модулей УСО.
Внутренняя шина конструктивно может быть выполнена по-разному. Если контроллер имеет каркасное построение, то внутренняя шина может быть выполнена в виде соединительной печатной платы с разъёмными соединителями (розетками), в которые вставляются модули УСО и ЦПУ. При распределённой установке модулей контроллера в шкафу соединение между ними может производиться с помощью ленточного кабеля. Если контроллер выполнен в виде конструктивно законченных модулей, устанавливаемых на DIN-рейку, то шина в таком контроллере может быть реализована с помощью шинных соединителей.
Контроллеры первого поколения имели нестандартную внутреннюю шину. То есть каждый изготовитель выбирал свой тип разъёмного соединителя, и распределял по его контактам соединительные проводники различного назначения так, как ему было удобнее. И хотя размеры печатных плат модулей контроллера были стандартизованы (то есть их размеры выбирались из стандартного ряда), модули контроллеров различных изготовителей были несовместимы ни по типу соединителей, ни по привязке сигналов к контактам соединителей.
С увеличением мощности микропроцессоров изготовители контроллеров стали переходить на стандартную внутреннюю шину (контроллеры второго поколения). В качестве стандарта была выбрана укороченная шина ISA. Аббревиатура ISA это наименование стандарта, который определил тип соединителя, привязал сигналы к контактам этого соединителя, а также установил уровни передаваемых сигналов. Благодаря этому модули контроллеров разных производителей, выполненные в одном стандарте, стали взаимозаменяемыми.
Внутренняя шина контроллеров, разработанных на основе микропроцессора, функционально разбита на три части: 8-разрядная шина данных, разрядная шина адреса и шина управления. Однако шина данных осталась восьмиразрядной, хотя разрядность процессоров повысилась. Это объясняется тем, что основное время в контроллерах тратится на обработку данных, и здесь чем выше разрядность процессора, тем быстрее она осуществляется. ЦПУ опрашивает модули УСО по программно определённому циклу, длительность которого для большинства объектов управления в силу их инерционности задаётся равной одной — двум секундам. На опрос модулей тратится сравнительно мало времени (порядка нескольких миллисекунд). Переход на шестнадцати разрядную шину данных даёт выигрыш во времени несколько микросекунд, что не оправдывает затраты на аппаратные средства. Увеличение разрядности шины данных приводит к увеличению контактов на соединителях модулей, а в некоторых случаях требует дополнительного соединителя, что может привести к увеличению типоразмеров плат модулей контроллера и соединительной платы. Кроме того, увеличение разрядности шины данных приводит к увеличению количества элементов в модулях и повышает трудоёмкость изготовления изделия. Поэтому увеличение разрядности контроллеров на данном этапе развития микропроцессорной техники пока экономически нецелесообразно.
- 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
MC34063 - универсальный ШИМ контроллер для Понижающих, Повышающих и Инвертирующих преобразователей.Скачать
лекция 403 CAN шина- введениеСкачать
ТОП простых схем ШИМ регуляторовСкачать
Логический LIN пробник, цифровой тестер лин, к лайн шины автомобиля. На Ардуино, OLED I2C, TJA 1020Скачать
Трансиверы CAN шины TJA1050, MCP2551 как альтернатива RS485Скачать
Мини ШИМ регулятор (контроллер) двигателя постоянного тока PWM 3В – 35В 5А 90ВтСкачать
Другие устройства в диспетчере устройств как убрать Windows 11.Неизвестное устройство.PCI-контроллерСкачать
Как работает LIN шина автомобиля. K-Line L-Line шины данных. Лин шина автомобиля. Lin-bus networkСкачать
BLDC контроллер своими руками на микроконтроллере STM32Скачать
Sm контроллер шины windows 7/32 bit chipset SM Bus controller and others driversСкачать
CAN шина👏 Как это работаетСкачать
E-scooter. Ч№3. Схема контроллера. Принцип работы.Скачать
Металлизация переходных отверстий в реальной работе. Разработка индикатора CAN шины на STM32F103.Скачать
"Мультитриггерратор" 🌟 Драйвер для Бесколлекторных Двигателей от CD и HDDСкачать
Код 28 — для устройства не установлены драйверы в Windows 10 и Windows 7 (решение)Скачать
ШИРОТНО - ИМПУЛЬСНАЯ МОДУЛЯЦИЯ. Такого в книгах не найти. #диммер #светодиод #шимСкачать
Видеоурок 1. DALI — управление в режиме Broadcast.Скачать
