Последовательный и параллельный интерфейсы. СОМ-порт, LPT-порт

Последовательный порт или COM-порт (от англ. COMmunication port) – двунаправленный последовательный интерфейс, предназначенный для обмена байтовой информацией. Последовательный потому, что информация через него передаётся по одному биту, бит за битом. Ранее последовательный порт использовался для подключения терминала, позже для модема или мыши. Сейчас он используется для соединения с источниками бесперебойного питания, для связи с аппаратными средствами разработки встраиваемых вычислительных систем.

Хотя некоторые другие интерфейсы компьютера – такие как Ethernet, FireWire и USB – также используют последовательный способ обмена, название «последовательный порт» закрепилось за портом, предназначенным изначально для обмена информацией с модемом. С помощью COM-порта можно соединить два компьютера, используя так называемый "нуль-модемный кабель". Наиболее часто используются Д-образные разъёмы: 9- и 25-контактные. Максимальная скорость передачи обычно составляет 115200 бит/с.

В настоящее время в персональных компьютерах всё ещё встречается данный вид интерфейса, не смотря на значительное вытеснения другими портами: PS/2 (подключение мыши и клавиатуры), USB универсальная последовательная шина с питанием. COM-порты в операционной системе типа Windows – это именованные каналы для передачи данных, называемые обычно COM1, COM2 и т.д. по порядку обнаружения драйверов соответствующих устройств. Например, для обмена информации черезBluetooth многие драйверы представляются операционной системе как COM-порт.

IEEE 1284 (порт принтера, параллельный порт, LPT – Line Print Terminal) – международный стандарт параллельного интерфейса для подключения периферийных устройств персонального компьютера. В основном используется для подключения к компьютеру принтера, сканера и других внешних устройств (часто использовался для подключения внешних устройств хранения данных), однако может применяться и для других целей (организация связи между двумя компьютерами, подключение каких-либо механизмов телесигнализации и телеуправления).

§ 66 Интерфейсы FireWire (IEEE 1394), FibreChannel.

IEEE 1394 (FireWire, i-Link) – последовательная высокоскоростная шина, предназначенная для обмена цифровой информацией между компьютером и другими электронными устройствами. Преимущества:

- горячее подключение – возможность переконфигурировать шину без выключения компьютера

- различная скорость передачи данных – 100, 200 и 400 Мбит/с (до 3200 Мбит/с 1394b)

- гибкая топология – равноправие устройств, допускающее различные конфигурации (возможность «общения» устройств без компьютера)

- высокая скорость – возможность обработки мультимедиа-сигнала в реальном времени

- открытая архитектура – отсутствие необходимости использования специального программного обеспечения

- наличие питания прямо на шине

- подключение до 63 устройств

Шина IEEE 1394 может использоваться для создания компьютерной сети, подключения аудио и видео мультимедийныхустройств, подключения принтеров и сканеров, подключения жёстких дисков, массивов RAID. Кабель представляет собой 2 витые пары – А и B, распаянные как A к B, а на другой стороне кабеля как B к A. Также возможен необязательный проводник питания. Устройство может иметь до 4 портов (разъемов). В одной топологии может быть до 64 устройств. Максимальная длина пути в топологии – 16. Топология древовидная, замкнутые петли не допускаются.

Fibre Channel или FC – высокоскоростной интерфейс передачи данных, используемый для взаимодействия рабочих станций, мейнфреймов, суперкомпьютеров и систем хранения данных. Порты устройств могут быть подключены напрямую друг к другу (point-to-point), быть включены в управляемую петлю (arbitrated loop) или в коммутируемую сеть, называемую «тканью» (англ. fabric).

Топологии Fibre Channel:

× Точка-Точка (FC-P2P). Используется для связи между двумя устройствами – передатчик первого соединён с ресивером второго и наоборот. Все отправленные кадры предназначены для второго устройства – то есть отсутствует адресация.

× Управляемая петля (FC-AL). Устройства объединены в петлю – передатчик каждого устройства соединён с ресивером следующего. Каждое устройство имеет уникальный для петли физический адрес управляемой петли (Arbitrated Loop PhysicalAddress, AL_PA). Естественно такое подключение не является надёжным – при сбое любого члена петли нарушается её работа, поэтому часто используются повторители (Hub), представляющие собой многопортовые устройства и замыкающие FC-AL цепь при сбое компонента.

× Коммутируемая связная архитектура (FC-SW). Основана на применении коммутаторов (fabric switches). Позволяет подключать огромное количество устройств, легко расширяется.

§ 67 Многомашинные вычислительные системы.

Вычислительная система (ВС) – совокупность взаимосвязанных и взаимодействующих процессоров или ЭВМ, периферийного оборудования и программного обеспечения, предназначенная для сбора, хранения, обработки и распределения информации.

Многомашинная система (ММС) – это вычислительный комплекс, включающий в себя несколько компьютеров (каждый из которых работает под управлением собственной операционной системы), а также программные и аппаратные средства связи компьютеров, которые обеспечивают работу всех компьютеров комплекса как единого целого.

В настоящее время наиболее широко используют двухмашинные вычислительные комплексы, которые могут работать в одном из следующих режимов.

1. 100% - ное горячее резервирование. Обе ЭМВ в этом режиме исправны и работают параллельно, выполняя одни те же операции над одной и той же информацией (дуплексный режим). После выполнения каждой команды результаты преобразования сравниваются и при их совпадении процесс вычислений продолжается. При этом в памяти обоих ЭВМ в каждый момент находится одна и та же информация. При обнаружении несовпадения в результатах обработки неисправная ЭВМ выводится на ремонт, а исправная ЭВМ продолжает работать под контролем встроенной в ЭВМ системы автоматического контроля.

2. Одна исправная ЭВМ решает задачи без дублирования, а другая ЭВМ находится в режиме «Профилактика», в котором осуществляется прогон контролирующих тестов. Если основная ЭВМ продолжает не в состоянии выполнить задачу, то резервная может прекратить "Профилактику" и начать работу параллельно с основной.

Задание режимов работы вычислительного комплекса возможно программным путем или с помощью команд прямого управления или с пульта управления комплекса.

ММС могут быть однородными и неоднородными. Однородные системы содержат однотипные ЭВМ или процессоры.Неоднородные ММС состоят из ЭВМ различного типа.

По типу организации многомашинные ВК можно разделить на две группы: незвязанные и связанные.

Несвязанные ВК состоят из центральной и периферийной ЭВМ, между которыми нет прямого физического соединения и отсутствуют какие-либо совместно исполняемые аппаратные средства. Целесообразность их применения определяется тем, что операции ввода-вывода информации и вычисления совмещаются во времени. Небольшая и недорогая ЭВМ выполняет медленные операции ввода-вывода информации (считывание с перфокарт, печать и т. и.), а центральная ЭВМ — высокоскоростные операции, обмениваясь в процессе вычислений с ВЗУ.

Связанные ВК включают несколько ЭВМ, которые совместно используют общие аппаратные средства. В таких ВК, обе ЭВМ могут выполнять, две различные программы автономно или во взаимодействии друг с другом.

Наличие нескольких тесно связанных ЭВМ в составе единой ВС позволяет существенно уменьшить время вычислений благодаря параллельному выполнению на отдельных ЭВМ различных подзадач (пакетов программ), входящих в общую задачу.

§ 68 Многопроцессорные вычислительные системы.

Вычислительная система (ВС) – совокупность взаимосвязанных и взаимодействующих процессоров или ЭВМ, периферийного оборудования и программного обеспечения, предназначенная для сбора, хранения, обработки и распределения информации.

Вычислительная система называется многопроцессорной (МПС), если она содержит несколько процессоров, работающих с общей ОП (общее поле оперативной памяти) и управляется одной общей операционной системой, которая оперативно распределяет вычислительную нагрузку между процессорами. Каждый из процессоров может относительно независимо от остальных выполнять свою программу.

Сам по себе процессорный блок не является законченным компьютером и поэтому не может выполнять программы без остальных блоков многопроцессорного компьютера – памяти и периферийных устройств. Все периферийные устройства являются для всех процессоров многопроцессорной системы общими. Территориальную распределенностьмногопроцессорная система не поддерживает - все его блоки располагаются в одном или нескольких близко расположенных конструктивах, как и у обычного компьютера.

Основное достоинство МПС - его высокая производительность, которая достигается за счет параллельной работы нескольких процессоров, обеспечивающей быстрый обмен информацией между процессорами; повышения эффективности работы и улучшения распределения нагрузки в системе; обеспечения наиболее экономичного обслуживания экстренных заданий и заданий при пиковых нагрузках; достижения высокого коэффициента эффективного использования ресурсов для создания новых типов архитектуры комплекса.

Еще одним важным свойством МПС является отказоустойчивость, т.е. способность к продолжению работы при отказах некоторых элементов, например процессоров или блоков памяти. При этом производительность, естественно, снижается, но не до нуля, как в обычных системах, в которых отсутствует избыточность.

Свойства МПС – высокая надёжность и живучесть, т.к. система сохраняет работоспособность, пока работоспособны хотя бы по одному модулю каждого типа устройств.

Основные особенности построения МПС: 1) система включает в себя один или несколько процессоров; 2) центральная память системы должна находиться в общем пользовании и к ней должен быть обеспечен доступ от всех процессоров системы; 3) система должна иметь общий доступ ко всем устройствам ввода-вывода, включая каналы; 4) система должна иметь единую ОС, управляющую всеми аппаратными и программными средствами; 5) в системе должно быть предусмотреновзаимодействие элементов аппаратного и программного обеспечения на всех уровнях: на уровне системного программногообеспечения, на программном уровне при решении задач пользователей (возможность перераспределения заданий), на уровне обмена данными и др.

МПС могут быть однородными и неоднородными. Однородные системы содержат однотипные ЭВМ или процессоры. В неоднородных МПС используются различные специализированные процессоры, например процессоры для операций с плавающей запятой, для обработки десятичных чисел, процессор, реализующий функции операционной системы, процессор для матричных задач и др.

§ 69 Многопроцессорная ВС типа ОКМД.

Высокопараллельные ВС в зависимости от ее структуры могут одновременно обрабатывать множественный поток данных или команд. Под потоком команд понимается последовательность команд, выполняемых ВС, а потоком данных – последовательность данных, обрабатываемых под управлением потока команд.

Высокопараллельные ВС структуры типа ОКМД – одиночный поток команд и множественный поток данных (SIMD –Single Instruction – Multiplе Data) получили название матричных ВС. Они содержат некоторое количество одинаковых сравнительно простых быстродействующих процессоров (ПР), соединенных друг с другом так, что образуется сетка (матрица), в узлах которых размещаются процессоры. Все НР выполняют одну и ту же команду, но над разными операндами, доставляемыми процессорам из памяти несколькими потоками данных

§ 70 Многопроцессорная ВС типа МКОД.

Высокопараллельные ВС в зависимости от ее структуры могут одновременно обрабатывать множественный поток данных или команд. Под потоком команд понимается последовательность команд, выполняемых ВС, а потоком данных – последовательность данных, обрабатываемых под управлением потока команд.

Высокопараллельные ВС структуры типа МКОД – множественный поток команд и одиночный поток данных (MISD –Multiple Instruction – Single Data) получили название конвейерных ВС. Такие ВС содержат цепочку последовательно соединенных процессоров (ПР), так что информация на выходе одного ПР является входной информацией для другого ПР. Каждый ПР обрабатывает соответствующую часть задачи, передавая результаты соседнему ПР, который использует их в качестве исходных данных.

Поиск по сайту: