Классификация интерфейсов ЭВМ и ПУ

Интерфейсы ЭВМ и периферийных устройств (ПУ) можно классифицировать, выделив классификационные признаки.

При таком подходе одни и те же интерфейсы могут попадать в разные классификационные группы, но это, в тоже время позволит глубже понять роль и место каждого интерфейса в общей структуре ЭВМ.

По функциональному назначению в структуре вычислительной машины или системы:

- межмашинные интерфейсы;

- системные интерфейсы;

- локальные интерфейсы;

- интерфейсы периферийных устройств;

- коммуникационные и сетевые интерфейсы.

По способу передачи данных различают параллельные и последовательные интерфейсы.

По виду среды распространения сигнала можно выделить проводные и беспроводные интерфейсы.

По организации обмена данными различают:

- интерфейс для программного обмена данными;

- интерфейс, обеспечивающий возможность обмена в режиме прерывания;

- интерфейс для режима прямого доступа в память;

По отношению к внешней среде:

- внешний, для связи с объектом взаимодействия (коллектив людей, объект управления в составе автоматизированной системы управления объектом);

- внутренний интерфейс, обеспечивающий работоспособность ЭВМ.

По производительности выделяют интерфейсы с низкой, средней и высокой производительностью.

По способу синхронизации шин бывают синхронные и асинхронные интерфейсы;

По способам обеспечения помехоустойчивости шин на физическом уровне можно выделить :

- шины с высокоуровневыми сигналами, однопроводные на каждый разряд;

- дифференциальные (два провода на каждый разряд) с низкоуровневыми сигналами;

По форме носителей информации – интерфейсы, обеспечивающие передачу уровнями напряжения и токовые интерфейсы.

По форме представления информации – аналоговые и цифровые интерфейсы.

По способам и последовательности управления сигналами интерфейса различают программно - и аппаратно управляемые интерфейсы.

По уровням протоколов, обеспечивающих обмен, существуют интерфейсы физического уровня и логические (многоуровневые) интерфейсы.

По способу распределения ресурсов между агентами шины могут быть интерфейсы с шинной организацией (распределение ресурсов во времени) и радиальной организацией (пространственное распределение ресурсов).

По "интеллекту" шинных контроллеров интерфейсы могут быть жестко "привязаны" или инвариантны к платформе.

Межмашинные интерфейсы, как правило, высокопроизводительные последовательные интерфейсы с жесткими алгоритмами управления обменом. Физическая реализация в большинстве случаев – оптоволоконная связь. Стоимость таких систем достаточно высокая.

23. Стандартные параллельные интерфейсы.

24. Последовательные интерфейсы высокой производительности.

Интерфейс USB.USB-интерфейс реализует древовидную топологию, в которой внешние устройства могут быть как оконечными, так и промежуточными разветвителями, что позволяет подключать множество устройств к одному порту USB.

Пропускная способность шины у версии USB 1.0 составляет 12 Мбит/с, у версии USB 2.0 – 480 Мбит/с. Стандарт USB 3.0 проектируется на скорость обмена 4.8 Гбит/с.

USB – шина, ориентированная на периферийные устройства, подключаемые к персональному компьютеру. Управление передачами осуществляется централизованно. PC является необходимым управляющим узлом, находящимся в ”корне” структуры шины.

Разработка стандарта была инициирована такими фирмами как - Intel, DEC, IBM, NEC, Northen Telecom и Compaq и первая версия стандарта появилась 15 января 1996 года.

Основная цель стандарта – создание возможности пользователям работать в режиме Plug & Play с периферийными устройствами. Другими словами, должна быть реализована:

- возможность подключения внешних устройств к работающему компьютеру, автоматическое распознавание его сразу после подключения и последующая установка соответствующих драйверов;

- возможность получения питания маломощных устройств от самой шины;

- скорость обмена данными по шине должна быть достаточной для подавляющего большинства периферийных устройств;

- решение проблемы нехватки ресурсов, поскольку контроллер USB занимает только одно прерывание независимо от количества подключенных к шине устройств.

Реализация вышеперечисленных функций позволяет подключать к USB практически любые периферийные устройства, в том числе и высокоскоростные - цифровые фотоаппараты, видеокамеры и накопители на жестких дисках.

Конструкция разъемов для USB рассчитана на многократное сочленение и расчленение. Питание непосредственно от USB возможно для устройств с малым энергопотреблением, таких как клавиатуры, мыши, джойстики и даже сканеры и т.п.

Архитектура USB определяется следующими критериями:

- легко реализуемое расширение набора периферийных устройств РС;

- дешевое решение, поддерживающее высокую скоростьпередачи;

- полная поддержка вреальном времени передачи аудио и (сжатых) видеоданных;

- интеграция с выпускаемыми устройствами;

- доступность в РС всех конфигураций и размеров;

- обеспечение стандартного интерфейса, способного быстро завоевать рынок;

- создание новых классов устройств.

С точки зрения пользователя, привлекательны следующие черты USB:

- простота кабельнойсистемы и подключений;

- скрытие подробностей электрического подключенияотпользователя;

- возможность самоидентификации периферийных устройств;

- автоматическая связь устройств с драйверами и их конфигурирование;

- возможность динамического подключения и реконфигурирования ПУ.

25. USB – перспективная высокопроизводительная последовательная шина для периферийных устройств персонального компьютера.

------//--------

26. Периферийные устройства.

27.Средства ввода информации в вычислительных системах.

Сюда можно отнести клавиатуру, обеспечивающую ввод символьной информации и манипуляторы, предназначенные для интерактивного взаимодействия с ЭВМ. Кроме ввода символьной информации, клавиатура обеспечивает возможность управления компьютером.

Клавиатура выполнена, как правило, в виде отдельного устройства, подключаемого к компьютеру через стандартный последовательный интерфейс (на сегодня это PS/2 или USB – проводные интерфейсы и IrDA, Bluetooth и Wi-Fi – беспроводные интерфейсы). Малогабаритные компьютеры используют встроенную в их корпус клавиатуру. Современная типовая клавиатура состоит из 104-х расположенных в едином корпусе клавиш. Традиционно все имеющиеся на компьютере клавиши делят на две группы:
- Буквенно-цифровые, предназначенные для ввода информации.

Нажатие каждой из этих клавиш генерирует команду вывода на экран образбуквы или цифры. Назначение этих клавиш является постоянным и не меняется - в независимости от активизируемых на компьютере программ. Буквенные клавиши могут использоваться как в режиме латинских, так и русских букв. Схема их расположения (раскладка) соответствует той, которая используется в традиционных пишущих машинках. Особой является группа цифровых клавиш в правой части клавиатуры: она может работать в буквенно-цифровом режиме.
- Функциональные клавиши предназначены для управления компьютером. Для разных программ клавиши могут соответствовать различным операциям. Однако, среди функциональных клавиш есть такие, которые выполняют одинаковые функции в любой программе.

клавиши перехода между файлами, управление громкостью и т.д.).

Клавиатура выполнена в виде двумерной матрицы ключей, замыкаемых при нажатии соответствующих клавиш, а также схемы управления для формирования кода при замыкании ключа, исключения неоднозначности кодирования и выполнения других управляющих функций. Эти функции выполняет периферийный процессор или контроллер клавиатуры (далее просто контроллер). Все горизонтальные линии матрицы подключены через резисторы к источнику питания +5 В. Контроллер имеет два порта - выходной и входной. Входной порт подключен к горизонтальным линиям матрицы (X), а выходной - к вертикальным (Y).

Устанавливая по очереди на каждой из вертикальных линий уровень напряжения, соответствующий логическому ”0”, контроллер опрашивает состояние горизонтальных линий. Если ни одна клавиша не нажата, уровень напряжения на всех горизонтальных линиях соответствует логической ”1”

Если пользователь нажимает на клавишу, то соответствующая вертикальная и горизонтальная линии окажутся замкнутыми. Когда на этой вертикальной линии контроллер установит значение логического ”0”, то уровень напряжения на горизонтальной линии также будет соответствовать логическому ”0”. Как только на одной из горизонтальных линий появится уровень логического ”0”, контроллер фиксирует нажатие на клавишу. Он посылает в центральный компьютер запрос на прерывание и номер клавиши в матрице. Аналогичные действия выполняются и тогда, когда пользователь отпускает нажатую ранее клавишу. Номер клавиши, посылаемый контроллером, однозначно связан с топологией клавиатурной матрицы и не зависит напрямую от обозначений, нанесенных на поверхность клавиш. Этот номер называется скэн-кодом (Scan Code).

Как пример манипулятора можно привести устройство ввода, называемое ”мышь”. Это оптомеханическое устройство (”мышь” с шариком или трекбол – перевернутая ”мышь” с увеличенным шариком). Достоинства: отточенность технологии, дешевизна конечного продукта.

Сканером (scanner) называется устройство, позволяющее вводить в компьютер образ изображения, представленных в виде текста, рисунков, слайдов, фотографий или другой графической информации. Существует несколько методов считывания образов изображения. Они делятся на следующие типы: с нулемерной, одномерной и двумерной разверткой.

При нулемерной развертке (рис.5.3.) используются одиночный фотодатчик и вращающийся барабан, который осуществляет двумерное движение вокруг датчика. Документ охватывает барабан, и развертка по строкам осуществляется вращением барабана. Развертка по кадру выполняется перемещением в направлении оси вращения барабана.

При одномерной развертке (рис. 5.4) используется формирователь сигналов изображений на приборе с зарядовой связью (ПЗС) – Charge - Coupled Device (CC D), который имеет расположенные в линию фотодатчики для считывания строки целиком. Сам документ перемещается для развертки по кадру. Данный метод называется методом твердой развертки или плоскостной развертки. Используется в настоящее время большинством факсимильных аппаратов и настольных сканеров.

При двумерной развертке (рис. 5.5) используется матричный формирователь сигналов изображений – массив CC D, для которого элементы изображения расположены в виде двумерного массива на плоскости кристалла. При этом не производится механической развертки. Этот метод развертки используется также в цифровых фотоаппаратах, видеокамерах.

Дигитайзер (digitizer) - это кодирующее устройство, обеспечивающее ввод двумерного (в том числе и полутонового) или трехмерного (3D -дигитайзеры) изображения в компьютер в виде растровой таблицы.

28.Средства отображения информации в вычислительных системах.

Совокупность устройств связи, обработки, отображения графической информации и устройств интерактивного взаимодействия называют графическим дисплеем (ГД) или просто дисплеем. Традиционно дисплеи выполнены в виде конструктивно законченного устройства с блоком питания, интерфейсными разъемами для связи с центральным процессором (ЦП) и разъемами, обеспечивающими диалог с пользователем. Удаление от ЦП может достигать несколько сотен метров и даже километров. Первоначально дисплеи были прерогативой больших ЭВМ или графических станций и стоили десятки тысяч долларов.

Любая современная видеокарта состоит из следующих модулей (рис.5.24):

Графического процессора (GPU), видеоконтроллера с одним или двумя RAMDAC, , контроллеров управления внутренней шиной, монитором и внешним интерфейсом, видеопамяти и видео-ПЗУ с записанной в нее базовой (главной) системой ввода вывода (Basic Input/Output System –BIOS).

Эффективное управление работой видеокарты осуществляет видеодрайвер.

Рис. 5.24. Блок-схема графической видеокарты

Графический процессор (Graphics processing unit, GPU) –управляет расчётами выводимого изображения, производит обработку команд трёхмерной графики. Этот модуль – основа графической платы, и он определяет быстродействие и возможности всей платы. Видеоконтроллер – формирует изображение в видеопамяти, выдаёт команды RAMDAC на формирование сигналов развёртки для монитора и обрабатывает запросы центрального процессора.

Цифро–аналоговый преобразователь (ЦАП) или RAMDAC – (Random Access Memory Digital-to-Analog Converter) – используется для преобразования изображения, которое формирует видеоконтроллер, в уровни интенсивности цвета, посылаемые на аналоговый монитор.

Видеопамять – обеспечивает хранение изображения, генерируемого и постоянно изменяемого GPU и выводимое на экран монитора (или нескольких мониторов). В видеопамяти также хранятся промежуточные не отображаемые на экране фрагменты изображения и другие данные.

Видео-ПЗУ (Video ROM) – постоянное запоминающее устройство, в которое записаны видео – BIOS, экранные шрифты, служебные таблицы и

т. п.Видео – BIOS видеоадаптера подобна системной BIOS, но полностью независима от нее.

Полнофункциональную и правильную работу современного графического адаптера обеспечивает видеодрайвер – специальное программное обеспечение, поставляемое производителем видеокарты и загружаемое в процессе запуска операционной системы. Видеодрайвер используется для реализации интерфейса между видеоадаптером и операционной системой с запущенными в ней приложениями.

Современная плазменная технология идеально подходит для создания индикационных панелей больших размеров. Принцип работы плазменной панели состоит в управляемом холодном разряде разреженного инертного газа (неона или ксенона), находящегося в ионизированном состоянии (холодная плазма).

Уже в самом названии технологии OLED (Organic Light Emitting Diode) содержится два кардинальных отличия от технологий ЖК – мониторов. Это ”органический” и ”светоизлучающий”. Впервые предложенная фирмой Kodak схема ”органического” светоизлучающего диода с двумя слоями органических соединений на сегодняшний день остается основной.

Видеопроектор (проектор) - устройство, напрямую подключаемое к компьютеру или источнику видеосигнала (видеомагнитофону, видеокамере и т.д.) вместо компьютерного монитора. Внутри видеопроектора находится мощный источник света и преобразователь входного сигнала в изображение. В зависимости от конструкции этого преобразователя, видеопроекторы делятся на однопанельные и трехпанельные. Принцип работы однопанельного видеопроектора аналогичен обычному пленочному проектору, только формирование изображения обеспечивает LCD - панель. В трехпанельных видеопроекторах (рис. 5.36) излучение от лампы расщепляется на три основных цвета (красный, зеленый, синий) с помощью dichroic-фильтров ( многослойных зеркал) – DM1, 2. Затем каждый пучок света проходит через свою LCD-панель. Далее пучки объединяются внутри проектора (линзы С1-С3, зеркала DM3),

и с помощью объектива С формируется изображение на экране. Трехпанельная схема дороже однопанельной, но обеспечивает более естественную передачу цветов и более высокие характеристики световых потоков и разрешающей способности.

Печатающие устройства, или принтеры (от англ. Printer) предназначены для вывода алфавитно-цифровой (текстовой) и графической информации на бумагу или подобный ей носитель. Классификация выпускаемых для ПЭВМ принтеров по технологии печати приведена на рис. 5.37. Принтеры ударного типа характеризуются тем, что изображение на бумагу наносится механическим способом. Из них в ЭВМ применяются устройства с литерной печатью (литерные принтеры) и точечно-матричные принтеры. В безударных принтерах передвижение бумаги и печатающей головки по-прежнему осуществляется механическим способом, но для формирования изображения на бумаге используются немеханические принципы. Наибольшее распространение в ЭВМ получили следующие виды безударной технологии печати: струйная, термографическая, электрографическая (лазерная). По причине высоких технических характеристик считаются перспективными и используются электростатическая и магнитографическая технологии. Электрочувствительные принтеры используются редко.

Электронно-лучевая трубка (ЭЛТ, или CRT, Cathode Ray Tube) обеспечивает формирование изображения на ”дне” (экране) герметичной стеклянной колбы. ЭЛТ, используемые в современных мониторах, имеют следующие основные элементы:

- электронные пушки (по одной на каждый цвет RGB-триады или одну, но испускающую три пучка);

- отклоняющую систему, то есть набор электронных ”линз”, формирующих пучок электронов;

- маску, обеспечивающую точное попадание электронов от пушки каждого цвета в ”свои” точки экрана;

-слой люминофора, формирующий изображение при попадании электронов в точку соответствующего цвета.

Графопостроитель, или плоттер (от англ. Plotter), - это устройство вывода, представляющие выводимые из ЭВМ данные в форме рисунка или графика на бумаге или другом подобном ей носителе информации. Графопостроители являются высококачественной альтернативой принтерам при выводе изображений. Графопостроители - это дополнительные ПУ, которые используются при автоматизированном проектировании

29.Средства хранения данных в вычислительных системах.

Дисковые массивы – это решение проблемы увеличения емкости устройств хранения информации. Название RAID (Redundant Arrays of inexpensive Disks) переводится как ”резервирующие массивы недорогих дисков”.

Идея RAID проста: несколько дисков под общим управлением могут не только увеличить суммарный объем накопителя, но и повысить надежность хранения информации при возросшей скорости передачи данных. Такие устройства целесообразно использовать для хранения огромных массивов данных, электронных библиотек и т.д. при совместной работе с мощным сервером (или несколькими серверами).

Накопитель CD-ROM (Compact Disk-Read Only Memory) состоит из привода CD-ROM (считывателя компакт-дисков) и оптического диска. Привод CD-ROM состоит из загрузочного устройства, системы управления приводом, оптико-механического блока, блока систем автоматического регулирования, универсального декодера и интерфейсного блока.

Сюда можно отнести флэш – накопители , накопители на цилиндрических магнитных доменах (ЦМД – накопители) и твердотельную память. Впервые флэш – память (Flash полное название Flash Erase EEPROM) была разработана компанией Toshiba в 1984 году, и уже на следующий год было начато промышленное производство 256 Кбит микросхем. В 1988 году фирма Intel разработала собственный вариант флэш-памяти, а в 1994 году освоила серийное производство микросхем флэш – памяти по 0,6 микронной технологии.

30.Классификация ЭВМ и систем. Классификация Флинна.

Самой ранней и наиболее известной является классификация архитектур вычислительных систем (ВС), предложенная в 1966 году М. Флинном. Классификация базируется на понятии потока, под которым понимается последовательность элементов, команд или данных, обрабатываемая процессором. На основе числа потоков команд и потоков данных Флинн выделяет четыре класса архитектур: SISD, MISD, SIMD, MIMD [1].

Общая структура ВС по классификации Флинна представлена на
рис. 1.1.

Рис. 1.1. Структура ВС по классификации Флинна

ВС семейства SISD (single instruction stream / single data stream),
рис.1.1, а). - одиночный поток команд и одиночный поток данных. К этому классу относятся, прежде всего, классические последовательные электронные вычислительные машины, или иначе, машины фон-неймановского типа, например, РС, PDP-11, VAX 11/780. В таких машинах есть только один поток команд, все команды обрабатываются последовательно друг за другом и каждая команда инициирует одну операцию с одним потоком данных.

Не имеет значения тот факт, что для увеличения скорости обработки команд и скорости выполнения арифметических операций может применяться конвейерная обработка - как машина CDC 6600 со скалярными функциональными устройствами, так и CDC 7600 с конвейерными попадают в этот класс.

ВС класса SIMD представлены на рис. 1.1, б.

SIMD (single instruction stream / multiple data stream) - одиночный поток команд и множественный поток данных. В архитектурах подобного рода сохраняется один поток команд, включающий, в отличие от предыдущего класса, векторные команды. Это позволяет выполнять одну арифметическую операцию сразу над многими данными - элементами вектора. Способ выполнения векторных операций не оговаривается, поэтому обработка элементов вектора может производится либо процессорной матрицей, как в ILLIAC IV, либо с помощью конвейера, как, например, в машине CRAY-1.

MISD (multiple instruction stream / single data stream), рис.1.1, в - множественный поток команд и одиночный поток данных. Определение подразумевает наличие в архитектуре многих процессоров, обрабатывающих один и тот же поток данных. На сегодняшний день специалисты в области архитектуры компьютеров до сих пор не могут привести убедительный пример реально существующей вычислительной машины (системы), построенной на данном принципе. Ряд исследователей относят конвейерные электронные вычислительные машины к данному классу, однако это не нашло окончательного признания в научном сообществе. Считается, что пока данный класс пуст.

MIMD (multiple instruction stream / multiple data stream), рис.1.1, г. - множественный поток команд и множественный поток данных. Этот класс предполагает, что в вычислительной системе есть несколько устройств обработки команд, объединенных в единый комплекс и работающих каждое со своим потоком команд и данных.

31. Архитектурные особенности организации ЭВМ различных классов.

Поиск по сайту: