Архитектура ЭВМ и ВС Тема 1 8 Интерфейсы

Архитектура ЭВМ и ВС Тема 1. 8. Интерфейсы Преподаватель: Шершова Л. Н.

Тема 1. 8. Интерфейсы Занятие 22. 1) Понятие интерфейса. Классификация интерфейсов. 2) Организация взаимодействия ПК с периферийными устройствами. 3) Чипсет: назначение и схема функционирования. Занятие 23. 1) Общая структура ПК с подсоединенными периферийными устройствами. 2) Системная шина и ее параметры. Интерфейсные шины и связь с системной шиной. 3) Внешние интерфейсы компьютера. Занятие 24. 1) Последовательные и параллельные порты. 2) Последовательный порт стандарта RS-232: назначение, структура кадра данных, структура разъемов. 3) Параллельный порт ПК: назначение и структура разъемов. 4) Назначение, характеристики и особенности внешних интерфейсов USB и IEEE 1394 (Fire. Wire). 5) Интерфейс стандарта 802. 11 (Wi-Fi). Занятие 25. 1) Определение архитектуры системной платы. 2) Определение внутренних интерфейсов системной платы. Занятие 26. 1) Подключение внешних устройств IDE и SCSI. 2) Работа с внешними интерфейсами ПК.

Тема 1. 8. Интерфейсы Занятие 22. 1) Понятие интерфейса. Классификация интерфейсов. 2) Организация взаимодействия ПК с периферийными устройствами. 3) Чипсет: назначение и схема функционирования. Interface (англ. сущ. ) - сопряжение, поверхность раздела, перегородка, interface (англ. ) – соединять, взаимодействовать, interface (англ. прил. ) – граничный. Обобщив полученные данные перевода, можно сделать вывод, что интерфейс – это граница в двух системах, средах, программах или устройствах, а условия взаимодействия через эту границу определяются как характеристиками тех самых систем/ сред/ устройств/ программ, так и условиями соединения. Причем, данное понятие распространяется не только на информационно-вычислительные системы, но и на любые другие не связанные с IT. Например, известный каждому человеку со школьной скамьи процесс диффузии тоже своего рода интерфейс, а вилка (или ложка) обеспечивает удобный и интуитивно-понятный процесс транспортирования еды между тарелкой и организмом человека. В информационно-вычислительной технике, например, при использовании персонального компьютера, связь между человеком и его ПК осуществляется посредством клавиатуры и мыши, в то время как клавиатура и мышь осуществляют связь с компьютером по внутреннему соединению и вызову соответствующих программ, а программы, в свою очередь, тоже связаны между собой посредством взаимодействия друг с другом. Таким образом, нажав клавишу «Пуск» на процессоре вашего компьютера, вы, легким движением руки, запустили цепную реакцию из сложных интерфейсов, результатом этой цепной реакции является приглашение ввести пароль, для входа в данный персональный компьютер, ноутбук, нэтбук и т. д. Из простого примера с загрузкой компьютера понятно, что систем взаимодействия внутри обычного ПК существует великое множество, но любое хаотичное множество можно классифицировать и из хаоса создать четко организованный порядок.

Тема 1. 8. Интерфейсы Занятие 22. 1) Понятие интерфейса. Классификация интерфейсов. 2) Организация взаимодействия ПК с периферийными устройствами. 3) Чипсет: назначение и схема функционирования. На примере загрузки ПК можно выделить 3 типа интерфейса: 1. Пользовательский – то есть пользователь выполняет какие-либо действия. В данном случае: нажал на клавишу «Пуск» . 2. Аппаратный - то есть соединение осуществляется на уровне контактов внутри аппаратного обеспечения ( «железа» ). В случае с загрузкой ПК: вследствие механического воздействия произошел контакт кнопки «Пуск» и встроенной в процессор клеммы. 3. Программный – то есть взаимодействие на программном уровне, когда одна программа обменивается данными с другой. В примере это стандартный запуск загрузочных системных файлов: config. sys, bio. sys, утилиты и т. п. Каждый из этих трех типов взаимодействия можно разбить еще на подтипы: 1. Пользовательский интерфейс: 1. 1. Тактильный – клавиатура ( «клавиша «Пуск» ), мышка, джойстик… 1. 2. Интерфейс командной строки – ПК выполнят действия команд, вводимых пользователем с клавиатуры, например, в командной строке dos. 1. 3. Графический - программные функции ПК вызываются посредством перехода по графическим объектам на экране (например, кликнули мышкой по иконке с конвертиком, и загрузилась электронная почта). 1. 4. Диалоговый - примером могут быть всем известные поисковики Яндекс или Гугл. 1. 5. И т. д.

Тема 1. 8. Интерфейсы Занятие 22. 1) Понятие интерфейса. Классификация интерфейсов. 2) Организация взаимодействия ПК с периферийными устройствами. 3) Чипсет: назначение и схема функционирования. 2. Аппаратный интерфейс: 2. 1. Сетевое взаимодействие – соединение между ПК (ноутбком, нетбуком и т. д. ) и сетью (локальной или глобальной). 2. 2. Связь через сетевой шлюз – локальная сеть подключается к более крупной сети. 2. 3. Компьютерная шина – то есть своего рода коммутатор внутри отдельно взятого электронного устройства. 2. 4. И так далее. 3. Программный интерфейс 3. 1. Набор переменных и процедур функции. 3. 2. Взаимодействие при программировании приложений – библиотека команд программирования. 3. 3. Удаленный вызов процедур – позволят с одного компьютера управлять другим (другими), удаленные рабочие столы. 3. 4. Объектно- ориентированное программирование. 3. 5. И т. д.

Тема 1. 8. Интерфейсы Занятие 22. 1) Понятие интерфейса. Классификация интерфейсов. 2) Организация взаимодействия ПК с периферийными устройствами. 3) Чипсет: назначение и схема функционирования. Понятие интерфейса. Классификация интерфейсов Задача объединения в один комплекс различных блоков ЭВМ, устройств хранения и отображения информации, периферийной аппаратуры, решается с помощью унифицированных систем сопряжения – интерфейсов. Под интерфейсом понимают совокупность схемо-технических средств, обеспечивающих непосредственное взаимодействие составных элементов вычислительной системы. Основным назначением интерфейса является унификация внутрисистемных и межсистемных связей и устройств. В соответствии с функциональным назначением интерфейсы можно разделить на следующие основные классы: 1) Машинные (системные) интерфейсы предназначены для организации связей между составными элементами ЭВМ, т. е. непосредственно для их построения и связи с внешней средой. 2) Интерфейсы периферийного оборудования (общие и специализированные) выполняют функции сопряжения процессоров, контроллеров, запоминающих устройств и аппаратурой передачи данных. 3) Интерфейсы мультипроцессорных систем (программно-управляемых модульных систем и приборов) представляют собой в основном магистральные системы сопряжения, ориентированные в единый комплекс нескольких процессоров, модулей памяти, контроллеров запоминающих устройств, ограничено размещенных в пространстве. 4) Интерфейсы сетей передачи данных и др. Мы будем рассматривать ВНУТРЕННИЕ ИНТЕРФЕЙСЫ (ШИНЫ); ВНЕШНИЕ ИНТЕРФЕЙСЫ (ПОРТЫ) и ИНТЕРФЕЙСЫ ПРОЦЕССОРОВ.

Тема 1. 8. Интерфейсы Все интерфейсы персонального компьютера USB RJ 45 для LAN и ISDN RJ 11 для модемов S-Video (Hosiden, Y/C) SCART HDMI Serial ATA (SATA) ATA/133 (Parallel ATA, Ultra. DMA/133 или E-IDE) PCI Express: последовательная шина PCI и PCI-X: параллельные шины Разъемы питания и стандарты ATX Интерфейс VGA для монитора Интерфейс DVI для монитора Тюльпан (Cinch/RCA) Каждый компьютер, будь то настольная система или ноутбук, использует огромное число разъемов, как внутри, так и снаружи. Рассмотрим все существующие интерфейсы. Дадим понятия слотов, портов и интерфейсов ПК, а также о всём спектре устройств, которые можно к ним подключить. Будем придерживаться следующего деления интерфейсов: 1) Внешние интерфейсы для подключения периферии. 2) Внутренние интерфейсы, расположенные в корпусе ПК. Далее см. ЛЕКЦИЮ 1. 8.

Тема 1. 8. Интерфейсы Организация взаимодействия ПК с периферийными устройствами Устройства взаимодействия ПК с внешним по отношению к нему миром называют «периферийные устройства» персонального компьютера (от слова «периферия» , т. е. отдаленная территория в общем смысле этого слова). В компьютерной терминологии термин «периферия» объединяет собой все устройства ПК, кроме процессора и оперативной памяти. Есть и другие термины для этих устройств, например, «устройства ввода-вывода данных» , «дополнительные устройства» и др.

Тема 1. 8. Интерфейсы Организация взаимодействия ПК с периферийными устройствами Периферийные устройства персонального компьютера бывают внутренние и внешние. Внутренние устройства устанавливаются внутрь ПК (внутрь системного блока). Примеры внутренних периферийных устройств персонального компьютера – это жесткие диски, встроенный привод CD-/DVD- дисков и т. п. Внешние устройства подключаются к портам ввода-вывода, при этом за взаимодействие этих устройств внутри ПК отвечают порты ввода-вывода. Примеры внешних периферийных устройств персонального компьютера – это принтеры, сканеры, внешние (подключаемые извне ПК) приводы CD-/DVD- дисков, камеры, манипулятор «мышь» , клавиатура и т. п. Каждое внутреннее устройство имеет контроллер (от английского слова controller – устройство управления). Для внешних устройств эту функцию выполняет контроллер порта, к которому это устройство подключено. Этот контроллер порта ввода-вывода автоматически перестраивается в режим работы с внешним устройством, подключаемым к этому порту. Во всем остальном внутренние и внешние периферийные устройства персонального компьютера работают по одним и тем же принципам. Контроллер периферийного устройства (и контроллер порта ввода-вывода) подключается к общей шине ПК. Соответственно, получается, что все периферийные устройства персонального компьютера подключены к общей шине компьютера через контроллеры. И к этой же общей шине подключаются процессор и оперативная память ПК. Контроллер осуществляет постоянное взаимодействие с процессором и оперативной памятью ПК через общую шину ПК. Контроллер отвечает за получение информации от процессора и из оперативной памяти, и за передачу данных процессору или в оперативную память.

Тема 1. 8. Интерфейсы Организация взаимодействия ПК с периферийными устройствами Данная схема связи с периферийным устройством позволяет быстродействующему процессору работать, не замедляя работы из-за относительной по сравнению с процессором медлительности периферийных устройств персонального компьютера. Контроллер периферийного устройства работает со скоростью процессора, не замедляя его работу. А задержки приема-передачи информации от периферийного устройства к процессору и наоборот компенсирует контроллер устройства, беря на себя соответствующие функции «притормаживания» приема-передачи данных. Такой подход позволяет согласовать между собой высокопроизводительные устройства (процессор и память) с относительно медленными периферийными устройствами персонального компьютера. Быстродействующие периферийные устройства, например, жесткие диски, могут работать с оперативной памятью в режиме прямого доступа. Это означает, что контроллеры этих устройств могут записывать/считывать данные из ячеек оперативной памяти, минуя обработку этих данных процессором. Подобный режим позволяет не перегружать процессор. Некоторые периферийные устройства персонального компьютера могут иметь и собственную оперативную память, а также собственный специализированный процессор для автономной обработки данных. Это позволяет еще больше разгружать основной процессор и основную оперативную память. К таким устройствам относится, например, видеокарта, которая осуществляет вывод информации на экран монитора.

Тема 1. 8. Интерфейсы Организация взаимодействия ПК с периферийными устройствами Некоторые видеокарты, например, игровые, которые предназначены для воспроизведения на экране монитора трехмерных картинок с быстро меняющимся пейзажем, кроме всего прочего могут иметь в своем составе специальный процессор, ускоряющий обработку данных. Требования к конфигурации игровых компьютеров значительно выше, чем к офисным ПК, так как периферийные устройства игрового ПК должны «помогать» основному процессору компьютера в воспроизведении игровых ситуаций, строящихся на сложной трехмерной графике, разнообразном движении, звуковом сопровождении и т. п. Благодаря периферийным устройствам компьютер становится доступным для работы пользователей. С появлением «дружественных» пользователям периферийных устройств компьютеры стали незаменимыми помощниками людей.

Тема 1. 8. Интерфейсы Чипсет: назначение и схема функционирования Чипсет (ch. IPset) - это набор БИС (обычно 1 -3 микросхемы), функционально эквивалентный микросхемам, входящим в стандартную конфигурацию микропроцессорной системы. Как правило, чипсет интегрирует в себе функции следующих устройств: • контроллера оперативной памяти; • контроллеров кэш-памяти 2 -го и/или 3 -го уровня; • контроллеров ПДП; • контроллеров приоритетных прерываний; • контроллера клавиатуры; • контроллера мыши PS/2; • контроллера инфракрасного порта; • таймера реального времени; • моста шины PCI; • моста шины ISA и др. Обычно в составе чипсета выделяют: 1. северный мост (North Bridge) - системный контроллер, в который входит контроллер системной шины, шин AGP и PCI, ОЗУ и кэш-памяти (для наборов под обычный Pentium); 2. южный мост (SOUTh Bridge) - периферийный контроллер, включающий контроллеры EIDE, клавиатуры, моста PCI-to-PCI, последовательных/параллельных портов, шины USB и других подобных устройств. Выбор чипсета во многом определяет конфигурацию МПС и ее производительность. Если МП можно заменить, а емкость ОЗУ увеличить, то замена чипсета однозначно связана с заменой системной платы, а ограничения чипсета также однозначно ограничивают возможности замены других элементов МПС: МП, ОЗУ, внешних устройств.

Тема 1. 8. Интерфейсы Чипсет: назначение и схема функционирования Чипсет накладывает ограничения на следующие функциональные характеристики системы в целом: тип памяти, тип кэш-памяти второго и/или третьего уровня, тип МП, максимальная частота системной шины, тип шины PCI (32 - или 64 разрядная); поддержка многопроцессорной конфигурации и некоторые другие характеристики. Практика показывает, что разница в производительности системных плат разных фирм, построенных с применением одного и того же чипсета, составляет от силы несколько процентов, между тем как тот же параметр для различных чипсетов может отличаться на порядок. Рассмотрим использование чипсета на примере организации микропроцессорной системы на базе МП Pentium III на ядре Katmai. Структура микропроцессорной системы с использованием чипсета. Частота шины PCI составляет 33 МГц и при частоте системной шины и 66, и 100 МГц (используется деление частоты на 2 и 3 соответственно). AGP (Accelerated Graphi. CS Port) 32 -разрядная шина (тактовая частота всегда 66 МГц), используемая для подключения графического адаптера и позволяющая ускорить обмен данными между графическим адаптером и основной памятью. В режиме AGP 2 х эффективная частота в 133 МГц обеспечивается использованием обоих фронтов импульсов частоты 66 МГц. Шина ISA работает на частоте 8 МГц. За ее функционирование отвечает мост PCI/ISA, являющийся обычным PCI-устройством (просто встроенным в чипсет). Системная шина может работать на разной частоте, но все эти варианты совместимы по разводке и электрически, что создает почву для "разгона". Таким образом, при смене частоты системной шины, например, с 66 на 100 МГц замене подлежат лишь три устройства: процессор, чипсет и память. Никакие другие устройства не заметят подмены шины - ни AGP видеоадаптеры, ни любой из PCI-контроллеров, ни старые ISA-карты. В этом и заключается принципиальное отличие шины 100 МГц от шины 66 МГц, разогнанной до 75/83 МГц. В первом случае новый чипсет обеспечивает работу PCI на частоте 33 (100/3) МГц, во втором старый чипсет и не подозревает о "разгоне" и продолжает делить частоту системной шины на 2, а в итоге частота PCI-шины равна 37, 5 или 41, 5 МГц, что может привести к неправильной работе некоторых PCI-устройств.

Тема 1. 8. Интерфейсы Чипсет: назначение и схема функционирования Блок-схема чипсета ATI Radeon Xpress 1270

Тема 1. 8. Интерфейсы Занятие 22. 1) Понятие интерфейса. Классификация интерфейсов. 2) Организация взаимодействия ПК с периферийными устройствами. 3) Чипсет: назначение и схема функционирования. Контрольные вопросы: 1. Что такое интерфейс? 2. Каково основное назначение интерфейса? 3. Приведите классификацию интерфейсов в соответствии с функциональным назначением. 4. Для чего предназначены машинные интерфейсы? 5. Какие функции выполняют интерфейсы периферийных устройств? 6. Что представляют собой интерфейсы мультипроцессорных систем? 7. Для чего предназначены внутренние и внешние интерфейсы? 8. Какие устройства называют периферийными? 9. Назовите некоторые периферийные устройства. 10. Какие бывают периферийные устройства и чем отличаются? 11. Что такое контроллер за что он отвечает? 12. Что означает работа контроллера с оперативной памятью в режиме прямого доступа? 13. Могут ли иметь периферийные устройства собственную память и процессор? 14. Что такое чипсет? 15. Что обычно выделяют в составе чипсета? 16. На какие функциональные характеристики системы накладывает ограничения чипсет?