Список компьютерных интерфейсов

Модульный принцип построения ЭВМ.

При реализации современных ЭВМ широко используется модульный принцип. Суть этого принципа сводится к тому, что ЭВМ строится из набора устройств и блоков - модулей, реализующих законченные функции и обладающих свойством независимости от других модулей. В конструктивном отношении модуль также представляет собой законченный конструктивный элемент. Отдельные модули могут быть соединены между собой в необходимую конфигурацию без изменения схем (функций) отдельных модулей.

Основное преимущество модульного принципа - возможность совершенствования ЭВМ без изменения ее функциональной организации и даже в процессе эксплуатации, путем замены отдельных блоков на новые (более быстродействующие, меньшие по размерам, потребляющие меньше энергии, более дешевые) или путем добавления новых модулей. Возможность компоновки из модулей большого количества разных по характеристикам ЭВМ, наилучшим образом приспособленных для конкретного применения; уменьшение времени восстановления работоспособности ЭВМ при отказах за счет упрощения поиска неисправности и ремонта.

Классификация интерфейсов ПК

Перейти к: навигация, поиск

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.

Классификация интерфейсов:

1) Машинные интерфейсы предназначены для организации связей между составными элементами ЭВМ, т.е. непосредственно для их построения и связи с внешней средой.

2) Интерфейсы периферийного оборудования выполняют функции сопряжения процессоров,контроллеров,запоминающих устройств и аппаратурой передачи данных.

3) Интерфейсы мультипроцессорных систем представляют собой в основном магистральные системы сопряжения, ориентированные в единый комплекс нескольких процессоров,модулей памяти, контроллеров запоминающих устройств, ограничено размещенных в пространстве.

Список компьютерных интерфейсов

В этом списке приводятся названия и краткие описания интерфейсов компьютеров. К интерфейсам относятся: порты, шины, сетевые интерфейсы.

ISA (Industry Standard Architecture — Архитектура промышленного стандарта), другое название AT-Bus. Шина ISA является основной шиной на материнских платах устаревших компьютеров типа PC AT. Спецификация PC’99 рекомендует не включать шину ISA в состав новых материнских плат для персональных компьютеров, поскольку ее применение значительно снижает общую производительность системы. На новых материнских платах этот интерфейс либо отсутствует, либо представлен всего 1-2 слотами (разъемами) расширения для подключения устаревших компонентов. Конструктивно шина ISA представляет собой разъем на материнской плате, состоящий из двух частей — 62-х контактного и примыкающего к нему 36-ти контактного сегментов. Максимальная пропускная способность шины ISA не превышает 5,55 Мбайт/с и совершенно недостаточна для современных требований. Через интерфейс ISA раньше подключались практически все компоненты персонального компьютера, такие, как видеокарты, контроллеры ввода-вывода, контроллеры жестких и гибких дисков, модемы, звуковые карты и прочие устройства.

EISA (Enhanced ISA — Расширенная ISA). В разъемы шины EISA можно вставлять как платы для шины ISA, так и для EISA. Платы для шины EISA имеют более высокую ножевую часть разъема с дополнительными рядами контактов, а слот имеет расположенный в глубине такой же ряд дополнительных контактов. Максимальная пропускная способность — 32 Мбайт/с. Поддерживает режим управления шиной со стороны любого из устройств, установленных в разъем (Bus Mastering). На современных материнских платах шина EISA уже не встречается.

VLB (VESA Local Bus — Локальная шина стандарта VESA). Этот интерфейс является 32-х разрядным расширением шины ISA. Шина VLB располагается на материнской плате и конструктивно выглядит как 116-ти контактный дополнительный разъем, продолжающий линейку слотов ISA (итого — три расположенные подряд секции). Тактовая частота шины VLB — до 50 МГц, максимальная пропускная способность 130 Мбайт/с. Через этот интерфейс подключались в основном видеокарты. Каждая компонента, установленная на шине VLB, может обмениваться данными с процессором напрямую, без промежуточной буферизации. Это увеличивает нагрузку на процессор, ухудшает прохождение сигналов по шине и снижает надежность обмена данными. Поэтому интерфейс VLB имеет жесткое ограничение на количество устанавливаемых устройств, в зависимости от тактовой частоты шины: при 33 МГц — три, 40 МГц -два, 50 МГц — одно. В настоящее время интерфейс VLB встречается только на старых компьютерах.

PCI (Peripheral Component Interconnect — Соединение внешних компонентов). Этот интерфейс не совместим ни с одним из предшествующих. Поддерживает тактовую частоту до 33 МГц (вариант PCI 2.1 — до 66 МГц), имеет максимальную пропускную способность до 132 Мбайт/с на частоте 33 МГц для 32-х разрядной шины (264 Мбайт/с для 32-x разрядных и 528 Мбайт/с для 64-х разрядных данных на частоте 66 МГц). Конструктивно разъем состоит из двух следующих подряд секций по 64 контакта. Внутри второй секции имеется пластмассовая поперечная перегородка (ключ) для предотвращения неправильной установки карт. Разъемы PCI и карты к ним поддерживают уровни сигналов либо 5 В., либо 3,3 В., либо оба уровня (универсальные). В первых двух случаях карты должны соответствовать уровню сигнала разъема, универсальные карты ставятся в любой разъем. Интерфейс PCI обеспечивает поддержку режимов Bus Mastering и автоматической конфигурации компонентов при установке (Plug-and-Play). Все слоты PCI на материнской плате сгруппированы в сегменты, число разъемов в сегменте ограничено четырьмя. Если сегментов несколько, они соединяются посредством так называемых мостов (bridge).

PCMCIA (Personal Computer Memory Card International Association — Стандарт международной ассоциации производителей плат памяти для персональных компьютеров). Интерфейс PCMCIA служит для подключения внешних устройств к мобильным компьютерам класса NoteBook. Поддерживает автоматическую конфигурацию Plug-and-Play, подключение и отключение устройств в процессе работы компьютера («горячее» подключение). Конструктивно представляет собой миниатюрный 68-ми контактный разъем.

USB (Universal Serial Bus — Универсальная последовательная шина). К одному USB каналу можно цепочкой подключить до 127 внешних устройств. На современных материнских платах обычно имеется по два канала USB на контроллер. Обмен данными по шине USB проходит в пакетном режиме при максимальной пропускной способности до 12 Мбит/с, в версии 2.0 скорость увеличена до 300Мбит/с.

AGP (Accelerated Graphics Port — Ускоренный графический порт). Этот интерфейс предназначен исключительно для подключения видеоадаптеров. Шина AGP позволяет видеоадаптеру связываться с оперативной памятью непосредственно, разгружая тем самым системную шину. В оперативной памяти размещаются параметры трехмерных объектов, требующие быстрого доступа как со стороны процессора, так и со стороны видеоадаптера. Максимальная пропускная способность шины AGP в режиме четырёхкратного умножения AGP/x4 — до 1066 Мбайт/с. Конструктивно выглядит как отдельный разъем на материнской плате. Никакие другие компоненты, кроме видеоадаптеров, к AGP подключить нельзя.

IEEE 1394 (Institute of Electrical and Electronic Engineers 1394 — Стандарт института инженеров по электротехнике и электронике № 1394) имеет другое название FireWire (Огненный провод). С помощью интерфейса IEEE1394 могут подключаться как внутренние, так и внешние устройства (всего до 127 устройств на один контроллер). Максимальная пропускная способность достигает 50 Мбайт/с; разрабатываются модификации интерфейса, способные передавать данные со скоростью 200 Мбайт/с и даже 800 Мбайт/с. Главным достоинством интерфейса IEEE1394 являются скорость и простота подключения нескольких устройств по единому шестижильному кабелю: две жилы обеспечивают питание, четыре — служат для обмена данными. Согласно требованиям спецификации РС’99, новый интерфейс призван заменить IDE/ATA при подключении жестких дисков, CD-ROM и DVD дисководов, а также рекомендуется для соединения с высокоскоростными внешними устройствами — цифровыми видеокамерами, видеомагнитофонами, различными накопителями.

SCSI (Small Computer System Interface — Интерфейс малых компьютерных систем). Существует несколько вариантов интерфейса SCSI (читается «скази»), отличающихся количеством подключаемых устройств, максимальной пропускной способностью и максимальной длиной шлейфа. Через интерфейс SCSI чаше всего подключаются высокоскоростные устройства, такие, как жесткие диски, CD дисководы, сканеры. Для обеспечения работы компонентов с интерфейсом SCSI требуется наличие на компьютере специального SCSI хост-адаптера, вставляемого в слот расширения материнской платы или встроенного в системную плату. Существуют следующие спецификации SCSI:SCSI-1;Fast SCSI-2;FastWide SCSI-2;Ultra SCSI-2;UltraWide SCSI-2;Ultra SCSI-3.

Скорость передачи данных по шине SCSI может составлять от 5 Мб/с (SCSI-1) до 80 Мб/с (SCSI-3), частота шины от 5 (SCSI-1) до 40 (SCSI-3) мегагерц, количество подключаемых устройств от 8 (SCSI-1, Fast SCSI-2, Ultra SCSI-2) до 16 (FastWide SCSI-2, UltraWide SCSI-2, Ultra SCSI-3), длина шлейфа от 1,5 (Ultra SCSI-2, UltraWide SCSI-2) до 12 (Ultra SCSI-3) метров. Все устройства SCSI подключаются по цепочке, причем первое (то есть SCSI хост-адаптер) и последнее устройства в цепочке должны иметь так называемые терминаторы для согласования электрических характеристик в цепи.

UAS (USB Attached SCSI) — используется для высокоскоростного обмена с USB-устройствами хранения, таких как жесткие диски, твердотельные диски и флэш-накопители . UAS зависит от протокола USB, и использует стандартные набора команд SCSI. Предназначен для непосредственного решения недостатков USB устройства хранения данных класса Bulk-Only Transports (BOT).

IDE (ATA) (Integrated Drive Electronics — Встроенная электроника накопителя; AT Attachment — Подключение к AT). Этот интерфейс предназначен только для подключения жестких дисков и других накопителей. В большинстве случаев контроллер IDE/ATA встроен в системную плату и поддерживает два разъема IDE (Primary — Первичный и Secondary — Вторичный), к каждому из которых можно подключать по два устройства (Master и Slave — ведущий и ведомый). Максимальная пропускная способность интерфейса IDE — до 66 Мбайт/с (по протоколу Ultra DMA-66). Для обеспечения совместимости с накопителями, отличными от жестких дисков, существует протокол обмена данными ATAPI (АТА Packet Interface — Пакетный интерфейс АТА). Согласно требованиям спецификации РС’99, интерфейс IDE/ATA будет постепенно заменяться интерфейсом IEEE 1394.

SATA (Serial ATA) — последовательная шина ATA. В версии 2 имеет скорость до 300МБ/с (скорость передачи кодированных данных 3 Гбод)

SAS (Serial Attached SCSI) — последовательная версия SCSI (частично совместима с SATA)

Device Bay (Установочный узел). Спецификация этого интерфейса описывает механические, электрические и программные требования к подсоединяемым компонентам. Этот новый интерфейс должен заменить существующие сегодня разнотипные стандарты на разъемы устройств (ISA, SCSI, COM, LPT, IDE). Физически представляет собой разъемы трех типоразмеров — DB32, DB20, DB13, к которым должны подключаться как внешние, так и внутренние компоненты. Требует наличия специального контроллера. Разъемы содержат шины питания и данных и конструктивно выполнены так, чтобы не допустить неправильной установки. Предусмотрено «горячее» включение в систему, соединение с интерфейсами USB и IEEE1394.

RS-232C — интерфейс обмена данными по последовательному коммуникационному порту СОМ (COMmunication — Связь). Для поддержки портов (до четырех) с этим последовательным интерфейсом на системной плате имеется специализированная микросхема UART16550A. Физически разъем СОМ порта может быть 25-ти (оригинальный интерфейс RS-232) или 9-ти контактным. Гарантированный обмен данными обеспечивается по кабелю длиной 30 метров и более. По спецификации РС’99 интерфейс RS-232 должен заменяться интерфейсом USB.

IEEE 1284 , LPT (англ. Line Print Terminal; также параллельный порт, порт принтера) — международный стандарт параллельного интерфейса для подключения периферийных устройств персонального компьютера. Интерфейс поддерживает одностороннюю (SPP) или двустороннюю (ЕРР, ЕСР) передачу данных при пиковой пропускной способности до 5 Мбайт/с (ЕСР). Интерфейс IEEE1284 обычно используется для подключения принтеров, сканеров, цифровых фотокамер и других внешних запоминающих устройств через параллельные порты компьютера (LPT). Встроенный контроллер параллельного порта имеется на материнской плате. В настоящее время интерфейс IEEE I284 рекомендуется заменять на интерфейсы USB и IEEE 1394.

BIOS (англ. basic input/output system — «базовая система ввода-вывода») — реализованная в виде микропрограмм часть системного программного обеспечения, которая предназначается для предоставления операционной системе API доступа к аппаратуре компьютера и подключенным к нему устройствам.

В персональных IBM PC-совместимых компьютерах, использующих микроархитектуру x86, BIOS представляет собой набор записанных в микросхему EEPROM (ПЗУ) персонального компьютера микропрограмм (образующих системное программное обеспечение), обеспечивающих начальную загрузку компьютера и последующий запуск операционной системы.

Подробнее по этой теме см.: Начальная загрузка компьютера.

Для новых платформ компания Intel на замену традиционному BIOS предлагает Extensible Firmware Interface.

Основные производители BIOS для ноутбуков, персональных компьютеров и серверов (кроме продавцов-производителей):

American Megatrends (AMI)

Award Software (англ.)русск.

Phoenix Technologies

Для компьютеров на базе иных платформ для обозначения встроенного ПО используются другие термины. Например, в архитектуре SPARC такой набор микропрограмм может называться PROM, или Boot.

Назначение BIOS материнской платы

Инициализация и проверка работоспособности аппаратуры

Бо́льшую часть BIOS материнской платы составляют микропрограммы инициализации контроллеров на материнской плате, а также подключённых к ней устройств, которые, в свою очередь, могут иметь управляющие контроллеры с собственными BIOS.

Сразу после включения питания компьютера, во время начальной загрузки компьютера, при помощи программ записанных в BIOS, происходит самопроверка аппаратного обеспечения компьютера — POST (power-on self-test). В ходе POST BIOS проверяет работоспособность контроллеров на материнской плате, задаёт низкоуровневые параметры их работы (например, частоту шины и параметры центрального микропроцессора, контроллера оперативной памяти, контроллеров шин FSB, AGP, PCI, USB). Если во время POST случился сбой, BIOS может выдать информацию, позволяющую выявить причину сбоя. Если нет возможности вывести сообщение на монитор, BIOS издаёт звуковой сигнал через встроенный динамик.

Подробнее по этой теме см.: POST (аппаратное обеспечение).

Подробнее по этой теме см.: Extended System Configuration Data.

Подробнее по этой теме см.: Звуковые сигналы BIOS.

Подробнее по этой теме см.: Коды ошибок BIOS.

Загрузка операционной системы

Если во время работы POST удался, BIOS ищет на доступных носителях загрузчик операционной системы MBR и передаёт управление операционной системе. Операционная система по ходу работы может изменять большинство настроек, изначально заданных в BIOS.

В некоторых реализациях BIOS позволяет производить загрузку операционной системы через интерфейсы, изначально для этого не предназначенные (USB и IEEE 1394), а также производить загрузку по сети (применяется, например, в так называемых «тонких клиентах»).

Утилиты, доступные без загрузки ОС

Старые IBM PC/XT, которые не имели полноценной операционной системы, либо её загрузка не была необходима пользователю, вызывали встроенный интерпретатор языка BASIC. В некоторых BIOS’ах реализуется дополнительная функциональность:

Воспроизведение аудио-CD или DVD-дисков.

Обновление самого BIOS’а (с внешних носителей).

Использование простых браузеров.

[править]

Простейший драйвер

IBM-совместимые компьютеры изначально конструировались как предельно расширяемые. Поэтому работа с дисками и экраном, в более ранних системах выполнявшаяся через порты ввода-вывода и блоки памяти, были реализованы через функции BIOS. Также BIOS содержит несколько важных интерфейсов, упрощающих программирование — такие, как работа с экраном в телетайпном режиме или сканирование клавиатуры — что также обусловливает её «базовость».

Современные ОС, такие, как Windows и Linux, имеют свои драйверы, не использующие BIOS. Однако функциями BIOS широко пользуются простейшие ОС (такие, как DOS), а также все ОС в момент загрузки и в «аварийных» режимах.

С развитием компьютерных систем в BIOS продолжали использоваться устаревшие технологии: прежде всего «реальный режим» работы процессора x86.

Для принципиальной замены BIOS рядом производителей вычислительных систем (Unified EFI Forum, UEFI) предложена и внедряется технология EFI.

Конфигурирование оборудования

BIOS’ы материнских плат, как правило, содержат много настроек:

Настройка времени системных часов и даты календаря.

Настройка периферии, не приспособленной к работе в режиме «plug and play». Например, жёсткие диски начала 1990-х годов, работающие в CHS-режиме; COM- и LPT-порты.

Запуск аппаратуры в форсированном (или, наоборот, щадящем) режиме, сброс до заводских настроек.

Активация/отключение встроенного в материнскую плату оборудования (USB-, COM- и LPT-портов, встроенного видео-, сетевого или звукового адаптера).

Отключение некоторых тестов, что ускоряет загрузку ОС.

Активация обходных ветвей для известных ошибок ОС: например, если Windows 95 отказывается загружаться на машине без флоппи-дисковода, BIOS может перенаправить векторы IRQ так, чтобы ОС поняла, что дисковода нет[1]. Если неудачно написанный драйвер не работает с SerialATA-винчестерами, BIOS может эмулировать поведение старого IDE-диска.

Очерёдность носителей, с которых производится загрузка компьютера: жёсткий диск, USB-накопители, CD-ROM, загрузка с сетевой платы по технологии PXE и т. д. Если загрузка с первого носителя не удалась, BIOS пробует второй по списку, и т. д.

Неверные настройки BIOS могут нарушить работу компьютера. Справочную информацию по настройке можно найти в инструкции к материнской плате или в сети[2][3].

Программа настройки BIOS (англ. BIOS Setup) вызывается во время проверки работоспособности нажатием определённой клавиши. Наиболее распространённые — Del , F2 , F10 или Esc . Кроме того, существуют определённые комбинации клавиш, позволяющих запустить микропрограмму восстановления (перезаписи) BIOS в микросхеме в случае повреждения её аппаратно, либо вирусом, а также восстановить заводские настройки, позволяющие запустить компьютер после неверных настроек или в случае неудачного разгона.

SLIC (Software Licensing Description Table)

С выходом операционной системы Windows Vista производители компьютеров стали внедрять в BIOS SLIC-таблицу (ACPI_SLIC table или Software LICensing Description Table). Данная таблица хранит описание сведений о лицензировании программного обеспечения. Является одним из трёх компонентов OEM OFF-LINE активации для операционной системы семейства Microsoft Windows. Если пользователь выполняет новую установку Windows, ему необходимо иметь SLIC в BIOS’е, код продукта OEM и цифровой сертификат OEM для выполнения активации.

Код продукта OEM (OEM SLP или System Locked Pre-installation (англ.)русск.), специальный двадцатипятизначный OEM SLP ключ-лицензия, доступный только крупным производителям комплектующих, является вторым компонентом OEM OFF-LINE активации. Третий же — цифровой сертификат OEM (OEM Certificate), XML-файл с расширением *.xrm-ms, который корпорация Microsoft выдает каждому крупному производителю ПК персональный. По определённому алгоритму операционная система проверяет эти три компонента и, при успешной проверке, автоматически активируется.

Поиск по сайту: