Технические средства информатизации ЛЕКЦИЯ 13 -14 1

Технические средства информатизации ЛЕКЦИЯ #13 -14 1

Оперативная информация о сдаче практических заданий публикуется здесь: http: //yadi. sk/d/EDsbarde. K 3 NWG 2

Общее устройство ПК / Шины и интерфейсы ПК • Интерфейс - совокупность возможностей, способов и методов взаимодействия двух систем, устройств или программ для обмена информацией между ними, определённая их характеристиками, характеристиками соединения, сигналов обмена и т. п. • Примеры интерфейсов в жизни и ЭВМ: ? ? ? ; • Интерфейсы ПК представляют собой линии связи (шины), сигналы, схемы и алгоритмы (протоколы) для осуществления обмена информацией между устройствами, компонентами ПК и т. д. • Внутренние – шины и др. для связи внутренних компонент ПК; • Внешние – порты и др. для связи ПК с периферией (+ сетевые интерфейсы); 3

Общее устройство ПК / Шины и интерфейсы ПК Интерфейсы по назначению: • Специализированные (подключение узкого класса устройств, специфические протоколы передачи данных): Ø VGA, IDE/ATA, интерфейсы клавиатуры/мыши и др. ; • Универсальные (протоколы передачи данных не привязаны к передаваемым данным): Ø COM-порт, USB, SCSI и др. ; • Выделенные (один слот/разъем <-> одно устройство): Ø COM-порт, AGP, VGA и др. ; • Разделяемые (один слот/разъем <-> много устройства): Ø USB, IDE/ATA, SCSI, PCI и др. 4

Общее устройство ПК / Шины и интерфейсы ПК • Шина ПК (компьютерная шина) - подсистема, которая передает данные между функциональными блоками ПК. В этой подсистеме выделяется 3 уровня: - Механический; - Физический (электрический, оптический, др. ); - Управляющий (логический). • Шина определяет набор разъемов для физического подключения устройств, карт и кабелей. • Шина, связывающая только два устройства, называется портом. • Обмен информацией через шину может быть с более чем одним устройством. 5

Общее устройство ПК / Шины и интерфейсы ПК Архитектура шины включает: • Линии для обмена данными (шина данных); Для передачи информации между устройствами (RAM, CPU и др. ); • Линии для адресации данных (шина адреса); Для передачи адреса отправителя и (или) получателя данных. • Линии управления данными (шина управления); Для передачи служебных сигналов: записи/считывания, готовности к приему/передаче данных, подтверждения приема данных, аппаратного прерывания, управления и других. • Контроллер шины; Для управления процессом обмена данными и служебными сигналами. 6

Общее устройство ПК / Шины и интерфейсы ПК Основные характеристики шин: • Разрядность шины (число параллельных проводников в шине); • Частота – число передач информации за 1 секунду; • Пропускная способность - определяет количество информации, передаваемых по шине за секунду (== частота*разрядность); Поведение устройств, подключаемых к шине: - Bus masters (устройства, которые могут сами управлять работой шины); - Bus slaves (устройства, которые только отвечают на посылаемые запросы); Дополнительные свойства шин: - Мультиплексированная шина (адрес + данные передаются вместе); - Арбитраж шины (механизм выбора устройства для следующего цикла шины, когда несколько устройств расположено на одной шине); 7

Общее устройство ПК / Шины и интерфейсы ПК Группы шин ПК (по функциональному назначению): • Системная шина ( + шина кэш-памяти) – соединение CPU с Чипсетом: Ø Front Side Bus (FSB), Back side bus (BSB), Hyper. Transport, Quick. Path Interconnect (QPI) и др. • Шина памяти (обмен информацией между чипсетом и RAM): Ø PCI, PCI-X, ISA, и др. • Шины ввода-вывода (связь с периферией): - Локальная (скоростная шина до быстрых устройств) Ø PCI, AGP, PCI-ex и др. - Стандартная (до медленных устройств) Ø ISA, PCI-X, USB и др. 8

Общее устройство ПК / Шины и интерфейсы ПК Классификация шин по способу передачи данных (подходы к организации процесса): - Параллельный интерфейс - для каждого бита передаваемой группы используется своя сигнальная линия, все биты группы передаются одновременно за один квант времени. Пример: LPT-порт(8 бит), ATA/ATAPI (16 бит), SCSI (8 или 16 бит), PCI (32 или 64 бита) и др; - Последовательный интерфейс - используется лишь одна сигнальная линия, и биты группы передаются друг за другом по очереди; на каждый из них отводится свой квант времени (битовый интервал). Пример: COM-порт, USB, Fire. Wire, PCI Express, интерфейсы локальных и глобальных сетей. 9

Общее устройство ПК / Шины и интерфейсы ПК Ø Параллельный интерфейс требует большое количество проводов и контактов разъемов в соединительном кабеле => громоздкость и дороговизна кабелей и интерфейсных цепей. Ø Последовательный интерфейс требует функционально более сложные приемопередающие узлы сложнее, но гораздо проще и дешевле кабели и разъемы. • Повышение пропускной способности параллельных интерфейсов – двойная синхронизация DDR (Dual Data Rate) - Ultra. DMA и Ultra_SCSI (у накопителей) и DR SDRAM (у памяти); • Повышение пропускной способности последовательных интерфейсов – замена среды канала связи, например с металла на оптику. Шины могут быть: - Асинхронные (передача в любой момент); - Синхронными (передача по тактовому импульсу генератора тактовых частот); 10

Общее устройство ПК / Шины и интерфейсы ПК Системная шина: I. Front Side Bus (FSB) - м/у процессором и чипсетом: • Архитектура от Intel, + есть Back Side Bus для кэш-ей; • Параллельная, мультиплексированная, асинхронная; • QDR-шина (Quadruple Data Rate, 4 пакета данных за 1 такт), DDRшина (Double Data Rate, 2 пакета данных за 1 такт), SDR-шина (Single Data Rate, 1 пакет данных за 1 такт); II. Hyper. Transport: • Архитектура от AMD, + выделение шины к памяти; • HT-тунель двойной, синхронный, передача пакетов; • Последовательный интерфейс (DDR); // Intel-аналог – QPI-шина. 11

Общее устройство ПК / Шины и интерфейсы ПК Шины ввода-вывода для подключения периферийных устройств: • Шина PCI (Peripheral Component Interconnect): Синхронная передача данных, частота – 33 или 66 МГц; Разрядность – 32 или 64 бит; Пропускная способность (теоретическая): 133 – 533 Мбайт/с; Параллельная, децентрализованная (поддерживает bus mastering и арбитраж); Мультиплексированная (данные и адреса передаются по одной линии), с пакетной передачей данных; § Напряжение: 3. 3 или 5 В; § § § Шина поддерживает до 4 -(8? ) устройств, есть PCI-PCI мосты; 12

Общее устройство ПК / Шины и интерфейсы ПК Шины ввода-вывода для подключения периферийных устройств: • Шина PCI: § Стандарт шины определяет: o Физические параметры (разъемы – см. рисунок); o Электрические параметры, разводка; o Логическую модель (адресация на шине и др. ) и др. ; § Подключаемые “устройства”: o o o Видеокарты; Звуковые карты; Сетевые карты; Платы-контроллеры (например, Sata); Прочие платы расширений. 13

Архитектура типичной системы первых поколений ПК Компоновка шин в системе Pentium 4 14

Общее устройство ПК / Шины и интерфейсы ПК Шины ввода-вывода для подключения периферийных устройств: • Шина PCI-X: § § § Расширение шины PCI; Новые частоты – 100, 133, 266 и 533 МГц; Частично обратно совместима с платами расширения PCI; Коррекция ошибок чётности при передаче данных (ECC - error-correcting code); Пропускная способность ~ 1 Гбит/с и больше (зависит от частоты и разрядности); 15

Общее устройство ПК / Шины и интерфейсы ПК Шины ввода-вывода для подключения периферийных устройств: • Шина AGP (Accelerated Graphics Port, ускоренный графический порт): § Предпосылки появления: o Недостаточная пропускная способность шины PCI; o Ограничение энергопотребления видеокарт на шине PCI; § Характеристики AGP: o Основывается на шине PCI, тактовая частота - 66 МГц, разрядность - 32 или 64 бит; o Увеличенная пропускная способность (rev. 2 x – 4 x – 8 x == число блоков за такт, ~ 500 Мбайт/с – ~ 2 Гбайт/с); o Допустимо бóльшее энергопотребление видеокартами по сравнению с PCI; o Имеется [гипотетическая] возможность реализации технологий подобных SLI && Cross. Fire; 16

Общее устройство ПК / Шины и интерфейсы ПК Шины ввода-вывода для подключения периферийных устройств: • Шина AGP (Accelerated Graphics Port): § Особые режимы работы с памятью: o DMA (Direct Memory Access, основная память – это та, которая встроенная); o DME (Direct in Memory Execute, ОЗУ + Видео Память == общее адресное пространство); § Передача данных и запросов может быть: o По одному каналу; o По разным (дополнительная линия связи для запросов – можно посылать не дожидаясь ответов => больше скорость). § Шина повсеместно вытеснена PCI-Express. =( 17

Общее устройство ПК / Шины и интерфейсы ПК Шины ввода-вывода для подключения периферийных устройств: • Шина PCI-Express: Определяет гибкий, масштабируемый, высокоскоростной интерфейс; Двунаправленная (2 линии, туда-обратно) последовательная передача данных; Программная модель PCI-шины (набор процедур и правил); Соединения типа «Точка-Точка» , топология типа «Звезда» через коммутаторы, «горячее» подключение-отключение системных устройств, отсутствие потребности в шинном арбитраже; § Бóльшие энерго-возможности, чем AGP и/или PCI; § Большая пропускная способность (x 1 - x 32 линий, v 1. 0 -4. 0, сотни гигабит в секунду …); § Разные форм-фактора (интерфейсы) для разных спецификаций (x 1 - x 32); Используется, в основном, для видеокарт, но может использоваться для других плат расширения – сетевых карт, звуковых карт и подключения периферийных устройств. § § 18

Общее устройство ПК / Шины и интерфейсы ПК Шины ввода-вывода для подключения периферийных устройств: • Интерфейс ATA (Advanced Technology Attachment) / IDE (Integrated Drive Electronics): § § § § Параллельный интерфейс для подключения накопителей (HDD/CD-DVD); Интерфейс устройств со встроенным контроллером; Допускается два устройства на шлейфе; Модификации с учетом синхронизации DDR; Пропускная способность от ~3 Мбайт/с до ~150 Мбайт/с; Физическое исполнение шлейфа – 40 или 80 жил (Ultra-режимы); Иногда – ограничение максимального объема накопителя; 19

Общее устройство ПК / Шины и интерфейсы ПК Шины ввода-вывода для подключения периферийных устройств: • Интерфейс SCSI: § § § § Параллельный интерфейс для подключения накопителей и другой периферии; Контроллер SCSI (некий аналог УУ); 25, 50, 68 контактов на разъем; Шина SCSI содержит 8 линий данных + линия контроля четности + 9 управляющих линий; До 4 – 15 подключаемых устройств; Ширина шины – 8 или 16 бит; Большая пропускная способность (от ~5 Мбайт/с до ~640 Мбайт/с); Длина шлейфов – 6 -10 метров; 20

Общее устройство ПК / Шины и интерфейсы ПК Шины ввода-вывода для подключения периферийных устройств: • Шины / интерфейсы SATA: § Последовательный интерфейс для обмена информацией с накопителями; § Физическое представление – 7 контактов для передачи информации (+ довесок в 15 контактов для питание накопителя, может отсутствовать); § Развитие (и замена) ATA-интерфейса; § 1 разъем <-> 1 устройство, нет конфликтов, задержек между обменом информацией; § Поддержка горячей замены устройств; § «Переходники» с SATA на IDE и c IDE на SATA; § Два канала передачи данных ↔; § Огромная пропускная способность – до 6 Гбит/с (750 Мбайт/с); § e. SATA (External SATA) – внешний интерфейс Sata; Есть еще m. Sata для ноутбуков; 21

Общее устройство ПК / Шины и интерфейсы ПК Шины ввода-вывода для подключения периферийных устройств: • Шины / интерфейсы SATA: 22

Общее устройство ПК / Шины и интерфейсы ПК Шины ввода-вывода для подключения периферийных устройств: • USB (Universal Serial Bus): § Последовательный интерфейс передачи данных; § § § § Физическое исполнение – 2 линии для обмена данными, 2 линии – питание; Питание подключаемого устройства через интерфейс; Универсальность по части подключаемых устройств (замена); Горячее подключение устройств; Есть Mini-USB, Micro-USB; Пропускная способность – сотни мегабит / с. Симметричность разъемов – минус. 23

Общее устройство ПК / Шины и интерфейсы ПК Шины ввода-вывода для подключения периферийных устройств: • IEEE 1394 (Fire. Wire, i-Link): § Последовательная высокоскоростная шина для обмена информацией между ПК и другими электронными устройствами (ПК, принтеры/сканеры/мультимедия); § Горячее подключение; § Пропускная способность: ~100 - ~3200 Мбит/с в различных спецификациях; § Наличие питания через шину; § Поддержка до 63 устройств; 24

Общее устройство ПК / Шины и интерфейсы ПК Шины ввода-вывода для подключения периферийных устройств: • HDMI интерфейс: § Передача видеоданных высокого разрешения и многоканального цифрового аудио-сигнала; § Замена DVI и VGA; § Цифровой; § Пропускная способность до 10 Гбит/с; § Плата за лицензию; Прочие мультимедиа-интерфейсы: DVI, VGA(D-Sub), S-Video, SCART, 25

Общее устройство ПК / Шины и интерфейсы ПК Шины ввода-вывода для подключения периферийных устройств: • Интерфейсы прочей периферии: • PS/2 порт – мышь и клавиатура. • Игровой порт (Gameport/MIDI-port); • Аудио-порты: SPDIF; 26

27

Спасибо за внимание 28