Системная шина адаптеры контроллеры периферийных устройств (7 видео)

Системная шина адаптеры контроллеры периферийных устройств

Рассмотрим устройство компьютера на примере самой распространенной компьютерной системы персонального компьютера. Персональным компьютером (ПК) называют сравнительно недорогой универсальный микрокомпьютер, рассчитанный на одного пользователя. Персональные компьютеры обычно проектируются на основе принципа открытой архитектуры.

Принцип открытой архитектуры заключается в следующем:

Регламентируются и стандартизируются только описание принципа действия компьютера и его конфигурация (определенная совокупность аппаратных средств и соединений между ними). Таким образом, компьютер можно собирать из отдельных узлов и деталей, разработанных и изготовленных независимыми фирмами-изготовителями.
Компьютер легко расширяется и модернизируется за счёт наличия внутренних расширительных гнёзд, в которые пользователь может вставлять разнообразные устройства, удовлетворяющие заданному стандарту, и тем самым устанавливать конфигурацию своей машины в соответствии со своими личными предпочтениями.

Упрощённая блок-схема, отражающая основные функциональные компоненты компьютерной системы в их взаимосвязи, изображена на рисунке 2.26.

Рис. 2.26. Общая структура персонального компьютера с подсоединенными периферийными устройствами

Для того, чтобы соединить друг с другом различные устройства компьютера, они должны иметь одинаковый интерфейс (англ. interface от inter между, и face лицо).

Интерфейс это средство сопряжения двух устройств, в котором все физические и логические параметры согласуются между собой.

Если интерфейс является общепринятым, например, утверждённым на уровне международных соглашений, то он называется стандартным.

Каждый из функциональных элементов (память, монитор или другое устройство) связан с шиной определённого типа адресной, управляющей или шиной данных.

Для согласования интерфейсов периферийные устройства подключаются к шине не напрямую, а через свои контроллеры (адаптеры) и порты примерно по такой схеме:

Контролер или адаптер Порт Шина»>

Контроллеры и адаптеры представляют собой наборы электронных цепей, которыми снабжаются устройства компьютера с целью совместимости их интерфейсов. Контроллеры, кроме этого, осуществляют непосредственное управление периферийными устройствами по запросам микропроцессора.

Порты устройств представляют собой некие электронные схемы, содержащие один или несколько регистров ввода-вывода и позволяющие подключать периферийные устройства компьютера к внешним шинам микропроцессора.

Портами также называют устройства стандартного интерфейса: последовательный, параллельный и игровой порты (или интерфейсы).

Последовательный порт обменивается данными с процессором побайтно, а с внешними устройствами побитно. Параллельный порт получает и посылает данные побайтно.

К последовательному порту обычно подсоединяют медленно действующие или достаточно удалённые устройства, такие, как мышь и модем. К параллельному порту подсоединяют более «быстрые» устройства принтер и сканер. Через игровой порт подсоединяется джойстик. Клавиатура и монитор подключаются к своим специализированным портам, которые представляют собой просто разъёмы.

Основные электронные компоненты, определяющие архитектуру процессора, размещаются на основной плате компьютера, которая называется системной или материнской (MotherBoard). А контроллеры и адаптеры дополнительных устройств, либо сами эти устройства, выполняются в виде плат расширения (DаughterBoard дочерняя плата) и подключаются к шине с помощью разъёмов расширения, называемых также слотами расширения (англ. slot щель, паз).

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

Системная шина адаптеры контроллеры периферийных устройств

Учебное пособие «компьютеры: шины, контроллеры, периферийные устройства» по рассматриваемым темам соответствует требованиям учебной программы высшего образования «периферийные устройства», включающей внешнее оборудование эвм, устройства связи, преобразования, вывода, ввода и модемы. Основное внимание уделено вопросам системотехнического построения контроллеров различных типов с учетом накопленного опыта в этой области. Приведены практические задания и контрольные вопросы с их решениями и ответами. Кроме того, представлены проверочные задания, содержащие необходимые сведения по следующим устройствам: гибким и жестким дискам, дисплеям, принтерам, dma, com-порту (уапп), lpt-порту, клавиатуре и примеры программ работы указанных устройств, написанных с помощью языка ассемблера.

Рассмотрены принципы построения пространственных интерфейсов ввода-вывода на базе микросхем коммутационных устройств и составлен морфологический граф функциональной классификации интерфейсов, способствующий развитию инженерного мышления.

Для студентов вузов прежде всего специальности «вычислительные машины, комплексы, системы и сети», а также для студентов смежных специальностей и пользователей компьютерной техники.

Данная книга является электронной версией издания:
Авдеев В.А., Гузик В.Ф. Учебное пособие «Компьютеры: шины, контроллеры, периферийные устройства». Таганрог: ТРТУ, 2001 — 536 с.

Рецензенты:
— Кафедра вычислительных машин Московского государственного горного университета – зав. каф. д.т.н., профессор Горбатов В.А.;
— доцент кафедры «Компьютерные системы и сети» Баскаков И.В. (МГТУ им. Н.Э. Баумана).

Рекомендовано учебно-методическим объединением вузов по университетскому политехническому образованию в качестве учебного пособия для студентов направлений 654600 и 552800 «Информатика и вычислительная техника».

Видео:🖥️ Периферийное устройство Bluetooth драйвер WindowsСкачать

Краткие теоретические сведения

Интерфейс – это совокупность средств сопряжения и связи (на механическом и логическом уровнях), обеспечивающая эффективное взаимодействие систем или их частей. Механический уровень: число проводов, элементы связи, типы соединений, разъемы, номера контактов и т.п. Логический уровень: сигналы, их длительность, полярность, частоты и амплитуда, протоколы взаимодействия.

Внутренние интерфейсы системной платы

Внутренний интерфейс – это система связи и сопряжения узлов и блоков компьютера между собой. Представляет собой совокупность электрических линий связи, схем сопряжения с компонентами компьютера, протоколов (алгоритмов) передачи и преобразования сигналов.

Способы подключения устройств к системной шине

Разъем используется для системных устройств, обычно встроен в материнскую плату. Устройство, подключенное к разъему, с точки зрения архитектуры является жизненно необходимым для работы ПК. Системная шина также имеет разъемы на материнской плате для подключения контроллеров. Наиболее распространенными являются PCI, AGP и PCI-Express. Используя разъем, устройство подключается непосредственно к системной шине.

Порт представляет собой аналог разъема с тем отличием, что он предназначен для подключения внешних устройств, не соединяющихся напрямую с материнской платой. Работу устройств, подключенных посредством порта, обычно контролирует операционная система. Различают следующие виды портов:

••параллельные порты, в которых данные передаются параллельными блоками (LPT);

•• последовательные порты, в которых данные передаются последовательно друг за другом (COM);

•• последовательно-параллельные порты, в которых данные передаются последовательно, но параллельными блоками (USB).

Контроллер обеспечивает сопряжение внешнего устройства и системной платы. Контроллеры бывают либо интегрированными (встроенными) в материнскую плату (контроллер клавиатуры, жесткого диска и т.д.), либо выполняются в виде отдельной платы, вставляющейся в разъем на материнской плате, в этом случае контроллер называют адаптером (видеоадаптер, сетевой адаптер и т.д.).

Интерфейсы периферийных устройств IDE и SCSI

Интерфейсом накопителей называется набор электроники, обеспечивающий обмен информацией между контроллером устройства (кеш-буфером) и компьютером. Интерфейсы устройств связывают устройство с контроллером, подключенным к какой-либо системной шине или интерфейсу передачи данных.

В настоящее время в настольных ПК IBM-PC, чаще других, используются две разновидности интерфейсов ATAPI – AT Attachment Packet Interface (Integrated Drive Electronics – IDE; Enhanced Integrated Drive Electronics – EIDE) и SCSI (Small Computers System Interface).

Интерфейс IDE

Семейство интерфейсов накопителей IDE (Integrated Drive Electronics) пришло на смену интерфейсам ST506 и ESDI, использовавшимся для подключения жестких дисков к соответствующим контроллерам. В IDE впервые введена стандартная шина для обмена с контроллером за счет использования совмещенной с диском специальной электроники для управления диском и этой шиной (отсюда и название интерфейса). В результате параметры диска (число головок/дорожек/секторов) для устройств IDE уже имеют некий абстрактный смысл, непосредственно не связанный с физическими параметрами накопителя. Трансляцию логических параметров в физические и осуществляет электроника диска. В качестве синонима интерфейса IDE применяется термин ATA (AT Attachment).

Интерфейс EIDE имеет первичный и вторичный каналы,

к каждому из которых можно подключить два устройства, т.е. всего их может быть четыре. Это может быть жесткий диск, CD-ROM или переключатель дисков. В будущем возможна будет установка ленточного накопителя с разъемом EIDE, но

к нему потребуется специальное программное обеспечение. Два устройства на одном канале EIDE должны поочередно

взаимодействовать с шиной. Если на одном канале находятся жесткий диск и CD-ROM, жесткий диск вынужден ждать, пока доступ к CD- ROM будет завершен. Поскольку CD-ROM

– устройство относительно медленное, производительность падает. Поэтому эффективнее подключать CD-ROM ко вторичному каналу, а жесткий диск – к первичному (рис. 15). Первичный и вторичный каналы работают относительно независимо друг от друга (с помощью управляющей микросхемы EIDE).

Системная шина адаптеры контроллеры периферийных устройств

Рисунок 15 — Интерфейс EIDE

Физически интерфейс IDE реализован при помощи плоского 40- жильного кабеля, на котором могут быть разъемы для подключения одного или двух устройств. Общая длина кабеля не должна превышать 45 см, причем между разъемами должно быть расстояние не менее 15 см.

Существует несколько разновидностей интерфейса IDE, совместимых снизу вверх друг с другом. Одно из последних достижений в этой области – интерфейсы Ultra ATA/66 и Ultra ATA/100, позволяющие осуществлять передачу данных со скоростью

66 МВ/сек и 100 МВ/сек соответственно. Периферийные шины используются в основном для внешних запоминающих устройств. Интерфейс IDE (Integrated Drive Electronics) – интерфейс устройств со встроенным контроллером. Поддерживает несколько способов обмена.

SATA (Serial ATA) – последовательный интерфейс обмена данными с накопителями информации. Для подключения используется 8-pin разъем. SATA является развитием параллельного интерфейса ATA (IDE), который после появления SATA был переименован в PATA (Parallel ATA). Стандарт SATA (SATA150) обеспечивал пропускную способность равную 150 МБ/с (1,2 Гбит/с). SATA 2 (SATA300). Стандарт SATA 2 увеличивал пропускную способность вдвое, до 300 МБ/с (2,4 Гбит/с), и позволяет работать на частоте 3 ГГц. Стандартны SATA и SATA 2 совместимы между собой, однако для некоторых моделей необходимо вручную устанавливать режимы, переставляя джамперы. SATA 3, хотя по требованию спецификаций правильно называть SATA 6Gb/s. Этот стандарт в двое увеличил скорость передачи данных до 6 Гбит/с (600 МБ/с). Также к положительным нововведениям относится функция программного управления NCQ и команды для непрерывной передачи данных для процесса с высоким приоритетом.

Интерфейс SCSI

К шине SCSI можно подключить до 7 устройств, а к шине Wide SCSI – до 15 устройств. В обычной среде производительность одного жесткого диска не очень отличается от производительности интерфейса SCSI. Преимущество SCSI состоит скорее в том, что несколько устройств могут пользоваться шиной одновременно, освобождая ее, когда она не требуется.

Рисунок 16 — Интерфейс SCSI

Интерфейс SCSI (рис. 16) был разработан в конце 1970-х го-дов организацией Shugart Associates. Интерфейс SCSI является параллельным. К шине одновременно может быть подключено до восьми устройств, включая основной контроллер SCSI (или хост- адаптер). Контроллер SCSI является по сути самостоятельным процессором и имеет свою собственную BIOS (которая иногда может размещаться в BIOS материнской платы). Он выполняет все операции по обслуживанию и управлению шиной SCSI, освобождая от этого центральный процессор.

Интерфейс SCSI (Small Computer System Interface) является стандартным интерфейсом для подключения приводов компакт- дисков, звуковых плат и внешних устройств массовой памяти. Спецификацией SCSI предусматривается параллельная передача данных по 8, 16 или 32 линиям данных. Структура SCSI, по существу, является магистральной, хотя устройства

включаются в нее по принципу последовательной цепочки. Каждое SCSI-устройство имеет два разъема – один входной, а другой выходной. Все устройства объединяются в последовательную цепочку, один конец которой подключается к контроллеру интерфейса. Все устройства работают независимо и могут обмениваться данными как с компьютером, так и друг с другом. К шине SCSI можно подключить до 8 устройств, включая основной контроллер SCSI (хост-адаптер). Контроллер SCSI является, по сути, самостоятельным процессором и имеет свою собственную BIOS. К шине Wide SCSI подключается до 15 устройств.

Порядок выполнения

1. Изучить внутренний интерфейс системной платы. Разобраться, какие способы подключения устройств к системной шине используются на ПК.

2. Определить, какие типы разъемов есть на материнской плате целевого компьютера.

3. Дать характеристику периферийных устройств целевого компьютера.

4. Подключить жесткий диск к системной плате.

5. Подключить CD-ROM к системной плате.

6. Сделать выводы о наличии и назначении внешних устройств ПК.

Содержание отчета

2. Цель лабораторной работы.

3. Заполнить таблицу 25 «Внешние устройства ПК».

Таблица 25-Внешние устройства ПК

Внешние устройства ПК	Основные характеристики внешних устройств	Типы разъемов на материнской плате
1	2	3

Контрольные вопросы

1. Назовите виды интерфейсов для ПК.

2. Скажите, какие параллельные и последовательные порты существуют?

3. Перечислите интерфейсы накопителей.

4. Дайте сравнительную характеристику интерфейса IDE.

5. Скажите, развитием какого интерфейса является интерфейс SATA.

6. Дайте сравнительную характеристику шины SCSI.

7. Сделайте выводы о наличии и назначении основных устройств ПК, как они взаимосвязаны.

Практическая работа 8

Тема: Программирование арифметических и логических команд

Цель: изучить основные машинные операции для реализации простых вычислений.

источники: