Центральные устройства ЭВМ

Вычислительные системы, сети и телекоммуникации
Центральные устройства ЭВМ
Комплекс технических средств, реализующих
функцию памяти называется
запоминающим устройством (ЗУ)
ЗУ необходимы
для размещения в них команд и данных
Они обеспечивают центральному процессору
доступ к программам и информации
Классификация запоминающих устройств:
• основная (оперативная) память
• сверхоперативная память (СОЗУ)
• внешние запоминающие устройства
© МЦИТ ГУАП 2008
Вычислительные системы, сети и телекоммуникации
Центральные устройства ЭВМ
Основная память включает два типа устройств:
• оперативное запоминающее устройство
(ОЗУ или RAM - Random Access Memory)
• постоянное запоминающее устройство
(ПЗУ или ROM - Read Only Memory)
© МЦИТ ГУАП 2008
Вычислительные системы, сети и телекоммуникации
Центральные устройства ЭВМ
ОЗУ предназначено
для хранения переменной информации и
допускает изменение своего содержимого
в ходе выполнения процессором
вычислительных операций с данными
и может работать в режимах
• записи
• чтения
• хранения
© МЦИТ ГУАП 2008
Вычислительные системы, сети и телекоммуникации
Центральные устройства ЭВМ
ПЗУ содержит информацию,
которая не должна изменяться в ходе
выполнения процессором вычислительных
операций, например стандартные программы
и константы
Чаще всего информация заносится в ПЗУ
перед установкой микросхемы в ЭВМ,
но есть и перезаписываемые ПЗУ
Основными операциями, которые может
выполнять ПЗУ, являются
• чтение
• хранение
ПЗУ является энергонезависимым элементом
© МЦИТ ГУАП 2008
Вычислительные системы, сети и телекоммуникации
Центральные устройства ЭВМ
Базовым запоминающим элементом ОЗУ
являются элементы, имеющих два устойчивых
состояния, которые могут меняться извне
Таковым элементом может быть:
• бистабильная ячейка
• триггер
• магнитный элемент с катушкой
перемагничивания
• и др.
© МЦИТ ГУАП 2008
Вычислительные системы, сети и телекоммуникации
Центральные устройства ЭВМ
Принцип работы ПЗУ – наличие «0» или «1» на выходе
Функции элементов памяти в ПЗУ выполняют перемычки в виде
проводников, полупроводниковых диодов или транзисторов
+5 в
«1»
«0»
0в
Занесение информации в микросхему ПЗУ называется
ее программированием, а устройство, с помощью
которого заносится информация – программатором
Программирование ПЗУ заключается в устранении
(прожигании) перемычек
© МЦИТ ГУАП 2008
Вычислительные системы, сети и телекоммуникации
Центральные устройства ЭВМ
Основной составной частью ОЗУ является
массив элементов памяти (ЭП), объединенных
в матрицу
При матричной организации памяти
реализуется координатный принцип
адресации ЭП
Адрес делится на две части (две координаты) –
ХиY
На пересечении этих координат находится
элемент памяти, чья информация должна быть
прочитана или изменена
© МЦИТ ГУАП 2008
Вычислительные системы, сети и телекоммуникации
Центральные устройства ЭВМ
ОЗУ связано с остальным микропроцессорным
комплектом ЭВМ через системную магистраль (СМ)
© МЦИТ ГУАП 2008
Вычислительные системы, сети и телекоммуникации
Центральные устройства ЭВМ
По шине управления передается сигнал,
определяющий, какую операцию необходимо
выполнить
По шине данных передается информация,
записываемая в память или считываемая
из нее
По шине адреса передается адрес
участвующих в обмене элементов памяти
© МЦИТ ГУАП 2008
Вычислительные системы, сети и телекоммуникации
Центральные устройства ЭВМ
Элементы памяти матрицы группируются
блоками (обычно равными или кратными
байту), часто называемые ячейками памяти
Адресация производится только к ячейке
памяти. Максимальная емкость памяти
определяется количеством (m) линий
в шине адреса системной магистрали: 2m
IBM PC XT шина адреса CM содержит 20 линий
максимальный объем ОП 220байт = 1Мбайт
IBM PC AT CM содержит 24 линии
максимальный объем ОП 16 Мбайт
Начиная с МП i80386, шина адреса содержит 32 линии
максимальный объем ОП 232байта = 4Гбайта
© МЦИТ ГУАП 2008
Вычислительные системы, сети и телекоммуникации
Центральные устройства ЭВМ
Микросхемы памяти могут строиться на
статических (SRAM) и динамических (DRAM) ЭП
В качестве статического ЭП чаще всего
выступает статический триггер
В качестве динамического ЭП может
использоваться электрический конденсатор,
сформированный внутри кремниевого
кристалла
© МЦИТ ГУАП 2008
Вычислительные системы, сети и телекоммуникации
Центральные устройства ЭВМ
Статические ЭП
способны сохранять свое состояние (0 или 1)
неограниченно долго (при включенном
питании)
Динамические ЭП
с течением времени записанную в них
информацию теряют (например, из-за
саморазряда конденсатора), поэтому они
нуждаются в периодическом восстановлении
записанной в них информации – в регенерации
© МЦИТ ГУАП 2008
Вычислительные системы, сети и телекоммуникации
Центральные устройства ЭВМ
Микросхемы элементов памяти динамических
ОЗУ отличаются от аналогичных ЭП
статических ОЗУ меньшим числом
компонентов в одном элементе памяти,
в связи с чем имеют меньшие размеры и могут
быть более плотно упакованы в кристалле
Из-за необходимости регенерации
информации динамические ОЗУ имеют более
сложные схемы управления
© МЦИТ ГУАП 2008
Вычислительные системы, сети и телекоммуникации
Центральные устройства ЭВМ
Основными характеристиками ОЗУ являются
объем и быстродействие
Объем современных ОЗУ практически
ограничен только разрядностью системной
магистрали
Быстродействие чаще всего определяют через
время доступа (1-10 нсек)
© МЦИТ ГУАП 2008
Вычислительные системы, сети и телекоммуникации
Центральные устройства ЭВМ
На производительность ЭВМ влияют не только
время доступа, но и такие параметры (связанные с
ОЗУ), как тактовая частота и разрядность шины
данных системной магистрали
Если тактовая частота недостаточно высока, то ОЗУ
простаивает в ожидании обращения
При тактовой частоте, превышающей возможности
ОЗУ, в ожидании будет находиться системная
магистраль, через которую поступил запрос в ОЗУ
Разрядность шины данных (8, 16, 32 или 64 бита)
определяет длину информационной единицы,
которой можно обменяться с ОЗУ за одно
обращение
© МЦИТ ГУАП 2008
Вычислительные системы, сети и телекоммуникации
Центральные устройства ЭВМ
Интегральной характеристикой производительности ОЗУ
с учетом частоты и разрядности является пропускная
способность, которая измеряется в
мегабайтах в секунду
© МЦИТ ГУАП 2008
Вычислительные системы, сети и телекоммуникации
Центральные устройства ЭВМ
Сверхоперативные ЗУ используются для хранения небольших
объемов информации и имеют
значительно
меньшее
время
(в 2 - 10 раз) считывания/записи,
чем основная память
СОЗУ
обычно
регистрах
и
структурах
строятся
на
регистровых
© МЦИТ ГУАП 2008
Вычислительные системы, сети и телекоммуникации
Центральные устройства ЭВМ
По
назначению
регистры
делятся
на регистры хранения и регистры сдвига
Информация
в
регистры
может
заноситься и считываться либо параллельно,
сразу всеми разрядами, либо последовательно,
через
один
из
крайних
разрядов
с
последующим
сдвигом
занесенной
информации
Сдвиг записанной в регистр информации
может производиться вправо или влево (если
регистр допускает сдвиг информации в любом
направлении, он называется реверсивным)
© МЦИТ ГУАП 2008
Вычислительные системы, сети и телекоммуникации
Центральные устройства ЭВМ
Регистры могут
единую структуру.
быть
объединены
в
Возможности
такой
структуры
определяются способом доступа и адресации
регистров.
Если
к
любому
регистру
можно
обратиться для записи/чтения по его адресу,
такая регистровая структура образует СОЗУ
с произвольным доступом.
Безадресные регистровые структуры могут
образовывать два вида устройств памяти:
• магазинного типа
• память с выборкой по содержанию
(ассоциативные ЗУ)
© МЦИТ ГУАП 2008
Вычислительные системы, сети и телекоммуникации
Центральные устройства ЭВМ
При записи в регистровую структуру
(рис. а) через один регистр, а считывание –
через другой, то такая память является
аналогом линии задержки и работает по
принципу «первым вошел – первым вышел»
(FIFO - first input, first output)
При записи и чтении через один и тот же
регистр (рис. б), такое устройство называется
стековой памятью, работающей по принципу
«первым
вошел
–
последним
вышел»
(FILO - first input, last output)
© МЦИТ ГУАП 2008
Вычислительные системы, сети и телекоммуникации
Центральные устройства ЭВМ
Память магазинного типа образуется из
последовательно соединенных регистров
© МЦИТ ГУАП 2008
Вычислительные системы, сети и телекоммуникации
Центральные устройства ЭВМ
Память
с
выборкой
по
содержанию является безадресной
Обращение
осуществляется по
маске,
которая
поисковый образ
к
ней
специальной
содержит
Информация считывается из
памяти,
если
часть
ее
соответствует поисковому образу,
зафиксированному в маске
© МЦИТ ГУАП 2008
Вычислительные системы, сети и телекоммуникации
Центральные устройства ЭВМ
В
микропроцессорах
ассоциативные
ЗУ
используются в составе кэш-памяти для хранения
адресной части команд и операндов исполняемой
программы.
При этом нет необходимости обращаться к ОП за
следующей командой или требуемым операндом:
достаточно поместить в маску необходимый адрес,
если искомая информация имеется в СОЗУ, то она будет
сразу выдана
Обращение к ОП будет необходимо лишь при
отсутствии требуемой информации в СОЗУ
За счет такого использования СОЗУ сокращается
число обращений к ОП, а это позволяет экономить
время, так как обращение к СОЗУ требует в 2 – 10 раз
меньше времени, чем обращение к ОП
© МЦИТ ГУАП 2008
Вычислительные системы, сети и телекоммуникации
Центральные устройства ЭВМ
Кэш-память двух типов:
кэш-память I уровня –
встроенная в кристалл процессора память
объем от 16 кбайт
время доступа: 5 – 10 нс
кэш-память II уровня –
в виде отдельной микросхемы (внешняя кэш-память)
объем от 256 кбайт
время доступа: 15 нс
© МЦИТ ГУАП 2008
Вычислительные системы, сети и телекоммуникации
Размещение информации в основной памяти IBM PC
Адресуемой единицей информации основной памяти IBM PC
является байт.
В младших адресах располагаются
блоки операционной системы (векторы
прерываний,
зарезервированная
область
памяти
BIOS,
драйверы
устройств,
дополнительные
обработчики прерываний DOS и BIOS,
командный процессор операционной
системы)
© МЦИТ ГУАП 2008
Вычислительные системы, сети и телекоммуникации
Размещение информации в основной памяти IBM PC
После операционной системы располагается область памяти, отведенная пользователю.
Область
памяти
пользователя
заканчивается адресом 9FFFF.
Этот
адрес
является
физической
границей оперативного ЗУ, последним адресом
640-Кбайтовой основной памяти .
Остальное адресное пространство (128
Кбайт с адреса А0000 по BFFFF) отведено под
видеопамять, которая физически размещается
не в ОП, а в адаптере дисплея
© МЦИТ ГУАП 2008
Вычислительные системы, сети и телекоммуникации
Размещение информации в основной памяти IBM PC
После
видеопамяти
расположено
адресное
пространство
(256
Кбайт)
постоянного запоминающего устройства (ПЗУ),
хранящего программы базовой системы вводавывода (BIOS — Basic Input-Output System).
Эта часть ОП еще называется ROM-BIOS.
Из отведенных 256 Кбайт непосредственно
ПЗУ занимает 64 Кбайта, а остальные 192
Кбайта оставлены для расширения ПЗУ.
© МЦИТ ГУАП 2008
Вычислительные системы, сети и телекоммуникации
Размещение информации в основной памяти IBM PC
Запись в ОП (и чтение из нее) может осуществляться не
только байтами, но и машинными словами
Старший байт
Младший байт
7 6 5 4 3 2 1 0 7 6 5 4 3 2 1 0
Номера разрядов
в байтах
Машинное слово характеризуется не всеми адресами
занятых байтов, а только одним – адресом младшего
байта слова
При записи слова младший байт размещается по адресу,
который является адресом машинного слова, старший
байт машинного слова размещается в следующем по
порядку байте ОП, имеющем номер, увеличенный на 1
(здесь действует мнемоническое правило
«младший байт — по младшему адресу»)
© МЦИТ ГУАП 2008
Вычислительные системы, сети и телекоммуникации
Размещение информации в основной памяти IBM PC
При чтении из ОП двух следующих подряд
байтов машинного слова их принято
размещать слева направо: сначала первый
из прочитанных байтов (с меньшим адресом),
а затем — следующий. В результате
происходит «вращение» байтов
Младший байт
Старший байт
7 6 5 4 3 2 1 0 7 6 5 4 3 2 1 0
Номера разрядов
в байтах
© МЦИТ ГУАП 2008
Вычислительные системы, сети и телекоммуникации
Размещение информации в основной памяти IBM PC
При записи отдельных байтов каждый байт
располагается в ОП по своему адресу, при чтении
никакого вращения не происходит.
При записи же в ОП единиц информации;
имеющих в своем составе больше одного байта,
адресом информационной единицы является адрес
самого младшего байта, запись в ОП ведется побайтно,
начиная
с
самого
младшего
байта,
каждый
последующий байт располагается в ячейке, адрес
которой на 1 больше предыдущего.
Иными словами, запись машинного или двойного
слова производится справа налево, тогда как при
чтении считанные байты обычно располагаются слева
направо
—
происходят
«вращение»
байтов,
перестановка их местами, что необходимо учитывать
при работе с ОП на физическом уровне.
© МЦИТ ГУАП 2008
Вычислительные системы, сети и телекоммуникации
Управление внешними устройствами
Состав вычислительных машин:
• Процессор
• Основная память
• Периферийные устройства (ПУ):
• внешние запоминающие устройства (ВЗУ)
• устройства ввода-вывода (УВВ)
Передача информации с периферийного
устройства в ЭВМ называется операцией
ввода, а передача из ЭВМ в ПУ — операцией
вывода
© МЦИТ ГУАП 2008
Вычислительные системы, сети и телекоммуникации
Центральный процессор ЭВМ
© МЦИТ ГУАП 2008
Вычислительные системы, сети и телекоммуникации
Управление внешними устройствами
Принципы построения систем ввода-вывода
ЭВМ:
• возможность реализации машин с переменным
составом оборудования
• одновременная работа процессора над
программой и выполнение периферийными
устройствами процедур ввода-вывода
• стандартизация и унификация операций
ввода-вывода
• автоматические распознавание и реакция ядра
ЭВМ на многообразие ситуаций, возникающих
в ПУ (готовность устройства, отсутствие носителя,
различные нарушения нормальной работы и др.)
© МЦИТ ГУАП 2008
Вычислительные системы, сети и телекоммуникации
Управление внешними устройствами
Технология обращения к внешним устройствам —
интерфейс
Унифицированная технология —
понятие стандартного интерфейса
Стандартизация интерфейсов ввода-вывода —
возможности гибкого и оперативного изменения
конфигураций вычислительных машин
(количество и состав внешних устройств,
расширять комплект ЭВМ за счет подключения
новых устройств)
Концепция виртуальных устройств — совмещение
различных типов ЭВМ, операционных систем
© МЦИТ ГУАП 2008
Вычислительные системы, сети и телекоммуникации
Управление внешними устройствами. Классификация интерфейса ввода-вывода
В зависимости от использования можно
выделить 3 типа интерфейса:
• машинно-ориентированный
• системный
• приборный
© МЦИТ ГУАП 2008
Вычислительные системы, сети и телекоммуникации
Управление внешними устройствами. Классификация интерфейса ввода-вывода
Машинно-ориентированный интерфейс –
интерфейсы, которые решают задачу подключения
конкретного периферийного устройства (УВВ) к ЭВМ
конкретного типа
Системный интерфейс –
сопряжение устройств (модулей), имеющих системное
назначение и исполнение, т.е. основное назначение
которых создание системы. Системный интерфейс не
решает конкретную задачу ввода/вывода, а, прежде
всего, стандартизует устройства для решения этой
задачи
Приборный интерфейс
предназначен для соединения различных приборов,
в т.ч. работающих автономно от ЭВМ
© МЦИТ ГУАП 2008
Вычислительные системы, сети и телекоммуникации
Управление внешними устройствами. Классификация интерфейса ввода-вывода
Интерфейс ввода-вывода
характеризуется 4 функциями:
• буферирование
• дешифрация адреса или выбор
устройства
• дешифрация адреса команды
• синхронизация и управление
© МЦИТ ГУАП 2008
Вычислительные системы, сети и телекоммуникации
Управление внешними устройствами
В общем случае для организации и проведения
обмена данными между двумя устройствами
требуются специальные средства:
• специальные управляющие сигналы
и их последовательности
• устройства сопряжения
• линии связи
• программы, реализующие обмен
Весь этот комплекс линий и шин, сигналов,
электронных схем, алгоритмов и программ,
предназначенный для осуществления обмена
информацией, называется интерфейсом
© МЦИТ ГУАП 2008
Вычислительные системы, сети и телекоммуникации
Управление внешними устройствами
Соединение между собой нескольких
устройств осуществляется через шины
интерфейса
В зависимости от использования можно
выделить 3 типа интерфейса:
• машинно-ориентированный
• системный
• приборный
© МЦИТ ГУАП 2008
Вычислительные системы, сети и телекоммуникации
Управление внешними устройствами
Машинно-ориентированный интерфейс –
интерфейсы, которые решают задачу подключения
конкретного периферийного устройства (УВВ) к ЭВМ
конкретного типа
Системный интерфейс –
сопряжение устройств (модулей), имеющих системное
назначение и исполнение, т.е. основное назначение
которых создание системы. Системный интерфейс не
решает конкретную задачу ввода/вывода, а, прежде
всего, стандартизует устройства для решения этой
задачи
Приборный интерфейс
предназначен для соединения различных приборов,
в т.ч. работающих автономно от ЭВМ
© МЦИТ ГУАП 2008
Вычислительные системы, сети и телекоммуникации
Управление внешними устройствами
В зависимости от типа соединяемых устройств
различаются:
• внутренний интерфейс ЭВМ
(например, интерфейс системной шины, НМД),
предназначенный для сопряжения элементов
внутри системного блока ПЭВМ
• интерфейс ввода-вывода
для сопряжения различных устройств с системным
блоком (клавиатурой, принтером, сканером,
мышью, дисплеем и др.)
• интерфейсы межмашинного обмена
(для обмена между разными машинами) — для
сопряжения различных ЭВМ (например, при
образовании вычислительных сетей)
• интерфейсы «человек — машина»
для обмена информацией между человеком и ЭВМ
© МЦИТ ГУАП 2008
Вычислительные системы, сети и телекоммуникации
Управление внешними устройствами
Интерфейс может быть внутриплатный,
межплатный и межблочный
По способу передачи адресов и данных
различают интерфейс:
• с совмещенным шинам адреса и данных
• с разделенными шинам адреса и данных
По способу передачи информации различают:
• последовательный и параллельный интерфейс
• синхронный и асинхронный интерфейс
© МЦИТ ГУАП 2008
Вычислительные системы, сети и телекоммуникации
Управление внешними устройствами
Недостаток последовательного интерфейса –
низкое (?) быстродействие (устранение
недостатка – использование новейших
достижений физики и технологии
коммуникаций).
Недостаток параллельного интерфейса связан,
с так называемым, «перекосом» информации
из-за различного времени передачи по
параллельным физическим линиям.
Наиболее простой способ устранения
последнего недостатка – это стробирование
передаваемых сигналов
© МЦИТ ГУАП 2008
Вычислительные системы, сети и телекоммуникации
Управление внешними устройствами
Синхронный интерфейс –
сигнал на физических линиях поддерживается
в течении заранее заданного времени
Точка отсчета заданного времени
осуществляется за счет подачи сигнала строба
или синхронизации
Синхронизация должна работать исходя из
быстродействия самого медленного
устройства, подключенного к интерфейсу
© МЦИТ ГУАП 2008
Вычислительные системы, сети и телекоммуникации
Управление внешними устройствами
При асинхронном способе
о каждой передаче должно быть сообщено
дополнительно либо с помощью специальных сигналов
в начале и конце передачи, либо по специальным
линиям
Прием последующей информации производится только
после получения подтверждения о приеме предыдущей
информации, получением так называемого сигналаквитанции (передача с квитированием)
Для асинхронного интерфейса время передачи
информации равно сумме времени передачи
управления сигнала по линиям запроса и ответа плюс
время передачи самой информации
© МЦИТ ГУАП 2008
Вычислительные системы, сети и телекоммуникации
Управление внешними устройствами
В зависимости от степени участия
центрального процессора в обмене данными
в интерфейсах может использоваться три
способа управления обменом:
• режим сканирования (синхронный обмен) или
программно-управляемая передача (программный
способ)
• асинхронный обмен или использование
прерываний
• прямой доступ к памяти
© МЦИТ ГУАП 2008
Вычислительные системы, сети и телекоммуникации
Управление внешними устройствами
Программный способ (режим сканирования)
Чтение состояния
ПУ
Нет
ПУ
готово к обмену?
Обмен данными
© МЦИТ ГУАП 2008
Вычислительные системы, сети и телекоммуникации
Управление внешними устройствами
Режим сканирования упрощает
подготовку
к обмену, но имеет ряд
недостатков:
• процессор постоянно задействован
и не может выполнять другую
работу
• при большом быстродействии
периферийного устройства
процессор не успевает организовать
обмен данными
© МЦИТ ГУАП 2008
Вычислительные системы, сети и телекоммуникации
Управление внешними устройствами
В асинхронном режиме
центральный процессор выполняет основную
роль по организации обмена, но в отличие
от режима сканирования не ждет готовности
устройства, а осуществляет другую работу.
Обмен инициируется УВВ.
Процессор должен иметь спец. вход,
периодически опрашиваемый. Наличие сигнала на этом входе заставляет процессор отложить исполнение текущей программы и перейти в режим обслуживания прерываний (приоритет и запрет прерываний).
© МЦИТ ГУАП 2008
Вычислительные системы, сети и телекоммуникации
Управление внешними устройствами
Организация прерываний требует:
• опознания (идентификации) устройства,
запросившего прерывание
• сохранения состояния процессора, т.е. его
активных регистров для возврата
• переход на выполнение спец. программы в
зависимости от поступившего прерывания с
последующим возвратом
• восстановление состояния процессора до
прерывания, т.е. восстановление содержимого
активных регистров, в т.ч. управления, счетчика
команд и т.д.
Прерывания могут быть реализованы
как аппаратно, так и программно
© МЦИТ ГУАП 2008
Вычислительные системы, сети и телекоммуникации
Управление внешними устройствами
Прямой доступ к памяти (DMA — Direct Memory Access) –
способ обмена данными, обеспечивающий автономно от
процессора установление связи и передачу данных
между основной памятью и внешним устройством
Обмен ведет контроллер прямого доступа к памяти, а не
центральный процессор
Контроллер прямого доступа к памяти перед началом
обмена программируется с помощью центрального
процессора: в него передаются адреса основной памяти
и количество передаваемых данных
Об окончании обмена контроллер прямого доступа к
памяти сообщает процессору. В этом случае участие
центрального процессора косвенное
© МЦИТ ГУАП 2008
Вычислительные системы, сети и телекоммуникации
Управление внешними устройствами
Два стандартных интерфейса
для связи ЦП с внешними
устройствами:
• параллельный (типа
Centronics или Bitronics)
• последовательный (типа
RS-232)
© МЦИТ ГУАП 2008
Вычислительные системы, сети и телекоммуникации
Управление внешними устройствами
Последовательный интерфейс - RS-232C
• Скорость передачи < 19200 бит/с
Длина линии < 15 м
Уровни сигналов + 12 В
• Терминальное (DTE)
и связное (DCE) оборудование
• Первое служит конечным пунктом
приема/передачи
(terminate – оканчивать)
• Второе для обеспечения связи
(connect - соединять, пример - модем)
© МЦИТ ГУАП 2008
Вычислительные системы, сети и телекоммуникации
Управление внешними устройствами
Стандартный интерфейс RS-232C
аппаратно реализуется с помощью
25 контактного разъема (терминальное
оборудование - вилка, связное - розетка)
Три группы сигналов интерфейса RS-232C
• последовательные данные
(первичный и вторичный,
прием и передача)
• управляющие сигналы квитирования
• сигналы синхронизации
© МЦИТ ГУАП 2008
Вычислительные системы, сети и телекоммуникации
Управление внешними устройствами
Параллельный интерфейс –
обмен одновременно всеми разрядами
передаваемой информационной единицы
(чаще всего — байта или машинного слова)
Параллельный интерфейс – интерфейс
CENTRONICS (ИРПР-М)
В этом интерфейсе можно выделить три
группы сигналов и линий:
• информационные
• управления
• заземления и электропитания
© МЦИТ ГУАП 2008
Вычислительные системы, сети и телекоммуникации
Управление внешними устройствами
Среди сигналов управления наиболее
значимыми являются:
• STROBE (строб)
• ACKNLG (подтверждение)
• BUSY (занятость)
Кроме того, могут быть линии
и соответствующие сигналы:
•
•
•
•
•
•
INIT (сброс)
SLCTIN (выбор)
SLCT (готовность приемника)
ERROR (ошибка)
PE (конец бумаги)
AUTO FD (авт. перевод строки)
© МЦИТ ГУАП 2008
Вычислительные системы, сети и телекоммуникации
Управление внешними устройствами
Алгоритм работы интерфейса CENTRONICS
DATA
STROBE
ACKNLG
2.5-5 мкс
ìêñ
min 0.5 мкс
ìêñ
BUSY
max 0.4 мкс
ìêñ
© МЦИТ ГУАП 2008
Вычислительные системы, сети и телекоммуникации
Управление внешними устройствами. Интерфейс системной шины
Интерфейс системной магистрали :
• параллельные проводники
на материнской плате,
которые называются линиями
• алгоритмы,
в соответствие с которыми передаются
сигналы
• правила интерпретации сигналов
• дисциплины обслуживания запросов
• специальные микросхемы,
обеспечивающие эту работу
© МЦИТ ГУАП 2008
Вычислительные системы, сети и телекоммуникации
Управление внешними устройствами. Интерфейс системной шины
MULTIBUS – родоначальник системного интерфейса (20 линий
адресов, 16 линий данных, 50 управляющих и служебных линий)
Для IBM PS-2 в 1987 г. был разработан стандарт «Микроканал» —
МСА (Micro Channel Architecture). В нем 24-разрядная шина адреса.
Шина данных увеличена до 32 бит
Для IBM PC XT был разработан стандарт ISA (Industry Standart
Architecture), который имеет две модификации — для XT и AT. В ISA XT
шина данных — 8 бит, шина адресов — 20 бит, шина управления — 8
линий. В ISA AT шина данных увеличена до 16 бит
Стандарт EISA (Extended ISA) — это жестко стандартизованное
расширение ISA до 32 бит
Стандарт VESA (VESA Lokal Bas, или VLB) – расширение стандарта
ISA для обмена видеоданными с адаптером SVGA
Стандарт PCI (Peripheral Component Interconnect) разработан
фирмой Intel для ЭВМ с МП Pentium (дополнительные функции:
автоматическая конфигурацая периферийных устройств, работа при
пониженном напряжении питания, возможность работы
с 64-разрядным интерфейсом)
© МЦИТ ГУАП 2008
Вычислительные системы, сети и телекоммуникации
Управление внешними устройствами
Стандарт USB (Universal Serial Bus) —
универсальный последовательный интерфейс,
обеспечивающий обмен со скоростью 12 Мбайт/с
и подключение до 127 устройств
Стандарт PCMCIA (Personal Computer Memory
Card International Association) —
интерфейс блокнотных ПЭВМ для подключения
расширителей памяти, модемов, контроллеров дисков и
стриммеров, сетевых адаптеров и др. Системная
магистраль, выполненная по этому стандарту, имеет
минимальное энергопотребление, ШД — на 16 линий,
ША — на 24 линии
© МЦИТ ГУАП 2008
Вычислительные системы, сети и телекоммуникации
Управление внешними устройствами
Интерфейсы внешних запоминающих
устройств IBM PC
Для подключения жестких магнитных дисков:
• ST506/412
• ESDI (Enhanced Small Device Interface)
• SCSI (Small Computer System Interface)
• IDE (Integrated Drive Electronics),
известный так же как АТА (AT Attachement)
• EIDE (Enhanced-IDE)
• SATA
© МЦИТ ГУАП 2008
Вычислительные системы, сети и телекоммуникации
Управление внешними устройствами
Способы организации совместной работы
периферийных и центральных устройств
Три режима связи ЭВМ и внешнего устройства:
• симплексный
• полудуплексный
• дуплексный
© МЦИТ ГУАП 2008
Вычислительные системы, сети и телекоммуникации
Управление внешними устройствами
Симплексный режим –
передача данных может вестись только в
одном направлении: один передает, другой
принимает
Полудуплексный режим –
поочередный обмен данными в обоих
направлениях
Дуплексный режим –
передача и прием одновременно в двух
встречных направлениях
© МЦИТ ГУАП 2008