Урок 7. внутреннее устройство компьютера

Видеокарта

Ни один компьютер не может обойтись без видеокарты, которая преобразует сухие цифры и строчки кода в красивую картинку на экране. Правда, увидеть видеокарту можно далеко не всегда. Для повседневных задач и простеньких игр вам вполне может хватить интегрированной графики, которая встраивается непосредственно в процессор. Но если вы предпочитаете современные игры или работаете с тяжелой «графикой», то вам, определенно, потребуется дискретная видеокарта — отдельная плата с собственным графическим процессором и набором памяти с высокоскоростной шиной доступа к ней. Об отличиях этих типов графики мы написали здесь.

4.1. Что такое компьютер

Компьютер (англ. computer — вычислитель) представляет собой программируемое электронное устройство, способное обрабатывать данные и производить вычисления, а также выполнять другие задачи манипулирования символами.

Существует два основных класса компьютеров:

• цифровые компьютеры, обрабатывающие данные в виде двоичных
  кодов;
• аналоговые компьютеры, обрабатывающие непрерывно меняющиеся
  физические величины (электрическое напряжение, время и т.д.), которые являются
  аналогами вычисляемых величин.

Поскольку в настоящее время подавляющее большинство компьютеров являются
цифровыми, далее будем рассматривать только этот класс компьютеров и слово
«компьютер» употреблять в значении «цифровой компьютер«.

Основу компьютеров образует аппаратура (HardWare), построенная, в основном, с использованием электронных и электромеханических элементов и устройств. Принцип действия компьютеров состоит в выполнении программ (SoftWare) — заранее заданных, четко определённых последовательностей арифметических, логических и других операций.

Любая компьютерная программа представляет собой последовательность отдельных
команд.

Команда — это описание операции, которую должен выполнить компьютер. Как правило, у команды есть свой код (условное обозначение), исходные данные (операнды) и результат.

Например, у команды «сложить два числа» операндами являются слагаемые,
а результатом — их сумма. А у команды «стоп» операндов нет, а результатом
является прекращение работы программы.

Результат команды вырабатывается по точно определенным для данной команды
правилам, заложенным в конструкцию компьютера.

Совокупность команд, выполняемых данным компьютером, называется системой команд этого компьютера.

Компьютеры работают с очень высокой скоростью, составляющей миллионы — сотни
миллионов операций в секунду.

Список использованной литературы

1. Информатика: Базовый курс: учебное пособие / под ред. С.В. Симоновича. – СПб.: Питер, 2009.

2. Информатика в экономике: учебное пособие / под ред. Б.Е. Одинцова, А.Н. Романова. – М.: Вузовский учебник, 2008.

3. Информатика для экономистов: учебник / под ред. В.М. Матюшка. – М.: ИНФРА-М, 2006.

4. Информатика: учебник для вузов/ под ред. Н. В. Макаровой. – М.: Финансы и статистика, 2000.

5. Колиснеченко О.В., Шишигин И.В. Аппаратные средства ПК. – Спб.: БХВ – Петербург, 2002.

6. Экономическая информатика: учебник для вузов / под ред. В.П. Косарева. – М.: Финансы и статистика, 2006.

7. http://ru.wikipedia.org/wiki/ (энциклопедия)

8. http://ru.wikiversity.org/wiki/ (учебные материалы)

9. http://slovari.yandex.ru/ (словарь)

История

Harvard Mark I

1890: американец Герман Холлерит изобретает табуляторную машину, опираясь на некоторые идеи Бэббиджа, которая использовалась при составлении переписи населения США. Впоследствии Холлерит основал компанию, которая впоследствии стала IBM.

1893: швейцарский ученый Отто Штайгер разрабатывает первый автоматический калькулятор, который был изготовлен и использован в промышленных масштабах, известный как Миллионер.

1938: немецкий инженер Конрад Цузе завершает разработку Z1, первого компьютера, который можно рассматривать как таковой. Работающий электромеханически и с использованием реле, он был программируемым (с помощью перфоленты) и использовал двоичную систему и логику Болеана. За ней последуют улучшенные модели Z2, Z3 и Z4.

Apple II

1944: в Соединенных Штатах компания IBM создает электромеханический компьютер Harvard Mark I, разработанный командой во главе с Говардом Эйкеном. Это был первый компьютер, созданный в Соединенных Штатах.

1944: в Англии создаются компьютеры Colossus (Colossus Mark I и Colossus Mark 2) с целью расшифровки коммуникаций немцев во время Второй мировой войны.

1946: в Пенсильванском университете введен в эксплуатацию ENIAC (электронный числовой интегратор и калькулятор), который работал на клапанах и был первым электронным компьютером общего назначения.

EDVAC

IBM System 360

1947: в Bell Laboratories Джон Бардин, Уолтер Хаузер Браттейн и Уильям Шокли изобретают транзистор.

1950: Кэтлин Бут создает язык ассемблер для выполнения операций на компьютере без необходимости замены соединительных кабелей, но с помощью перфокарт (программа или операция, сохраненная для использования при необходимости), которые были подвержены повреждениям. По этой причине, в конце этого года начинается разработка языка программирования.

1951: начинает работать EDVAC, задуманный Джоном фон Нейманом, который, в отличие от ENIAC, был не десятичным, а двоичным, и в нем была первая программа, предназначенная для хранения.

1953: IBM производит свой первый компьютер в промышленных масштабах, IBM 650. Расширяется использование языка ассемблера для компьютерного программирования. Транзисторные компьютеры заменяют клапанные, что знаменует начало второго поколения компьютеров.

1957: Джек С. Килби создает первую интегральную схему.

IBM PC

1964: появление IBM 360 знаменует собой начало третьего поколения компьютеров, в которых печатные платы с несколькими элементарными компонентами заменяются платами интегральных схем.

1965: Olivetti выпускает Programma 101, первый настольный компьютер.

1971: Nicolet Instruments Corp. выводит на рынок Nicolet 1080, компьютер научного назначения, основанный на 20-битных регистрах.

Стив Джобс и Билл Гейтс

1971: Intel представляет первый коммерческий микропроцессор, первый чип: микропроцессор Intel 4004, разработанный Федерико Фаггином и Марсианом Хоффом.

1975: Билл Гейтс и Пол Аллен основывают Microsoft.

1976: Стив Джобс, Стив Возняк, Майк Марккула основали Apple.

1977: Apple представляет первый крупномасштабный персональный компьютер Apple II, разработанный Стивом Джобсом и Стивом Возняком.

1981: на рынок выходит IBM PC, который станет коммерчески успешным, ознаменует революцию в области персональных компьютеров и определит новые стандарты.

Применение[]

Трёхмерная карта поверхности участка земной суши, построенная при помощи компьютерной программы

Первые компьютеры создавались исключительно для вычислений (что отражено в названиях «компьютер» и «ЭВМ»). Даже самые примитивные компьютеры в этой области во много раз превосходят людей (если не считать некоторых уникальных людей-счётчиков). Не случайно первым высокоуровневым языком программирования был Фортран, предназначенный исключительно для выполнения математических расчётов.

Вторым крупным применением были базы данных. Прежде всего, они были нужны правительствам и банкам. Базы данных требуют уже более сложных компьютеров с развитыми системами ввода-вывода и хранения информации. Для этих целей был разработан язык Кобол. Позже появились СУБД со своими собственными языками программирования.

Третьим применением было управление всевозможными устройствами. Здесь развитие шло от узкоспециализированных устройств (часто аналоговых) к постепенному внедрению стандартных компьютерных систем, на которых запускаются управляющие программы. Кроме того, всё бо́льшая часть техники начинает включать в себя управляющий компьютер.

Четвёртое. Компьютеры развились настолько, что стали главным информационным инструментом как в офисе, так и дома. Теперь почти любая работа с информацией зачастую осуществляется через компьютер — будь то набор текста или просмотр фильмов. Это относится и к хранению информации, и к её пересылке по каналам связи. Основное применение современных домашних компьютеров — навигация в Интернете и игры.

Пятое. Современные суперкомпьютеры используются для компьютерного моделирования сложных физических, биологических, метеорологических и других процессов и решения прикладных задач. Например, для моделирования ядерных реакций или климатических изменений. Некоторые проекты проводятся при помощи распределённых вычислений, когда большое число относительно слабых компьютеров одновременно работает над небольшими частями общей задачи, формируя таким образом очень мощный компьютер.

Наиболее сложным и слаборазвитым применением компьютеров является искусственный интеллект — применение компьютеров для решения таких задач, где нет чётко определённого более или менее простого алгоритма. Примеры таких задач — игры, машинный перевод текста, экспертные системы.

Внешние устройства компьютера

Остановимся на каждом устройстве, чтобы понимать, как развиваются технологии и что из старых моделей мы видели, а что не застали.

Принтеры – волшебное перо и фотостанок в одном приборе

Эти полезные приборы представлены 3 основными типами:

Матричные бьют через чернильную ленту по бумаге стержнями, переводя рисунок на основу (бумагу). Это медленные, шумные и низкое производительные модели. Принцип действия и качество подобны печатным машинкам.

Струйные модели подкупают дешевизной, невероятно красочным изображением (есть и черно-белые модели). Чернила попадают на бумагу через сопла (трубочки) в виде тончайшей струйки. Печатают не быстро. Изображение (особенно на фотобумаге) через время поблекнет, напечатанные рисунки боятся воды (растекаются цветными пятнами), а высокая цена на сменные картриджи часто перекрывает невысокую цену самого печатающего устройства.

Лазерные работают быстро (до 30 стр./мин), бесшумно и очень качественно (от 1200 точек на дюйм. Недешевые, расходники, особенно для цветных моделей стоят дорого.

Сканеры или глаза компьютера

При помощи этого устройства в ПК можно ввести символьные и графические данные. Наиболее часто встречаются ручные и планшетные модели.

Ручные сканеры чаще используются в торговых точках, отделениях перевозки и на складах. При помощи такого компактного прибора оператор считывает штрих-код и работает с позицией.

Если ручная модель используется для работы с текстом или картинками, то его водят построчно по листу, пока она не распознает все нужные данные.

Планшетные модели используют для «считывания» сразу целого листа. Крышка поднимается, внутрь кладется нужный объект, а после закрытия крышки и запуска программы ПК «распознает» информацию на нем.

Благодаря специальным программам компьютер не просто получает картинку, он «распознает» символы, переводя его из картинки в текст. Но чтобы все получилось, качество сканированного изображения должно быть высоким плюс хорошая программа.

Веб-камера или глаза ПК

Чтобы общаться с помощью видео, организовывать видеоконференции, дистанционное обучение понадобится веб-камера. Она не заменит полноценную видеокамеру, зато она крохотная и работает от компьютера, через USB-порт.

Качество изображения и высокая цветопередача вряд ли возможна, ведь назначение такой мини-камеры – подача видеосигнала с высокой скоростью, чтобы картинка не замирала, была «живой».

Преимущества и недостатки компьютерных шин

Компьютерные шины играют ключевую роль в передаче данных в компьютерных системах. Они обеспечивают взаимодействие между различными компонентами компьютера, такими как процессор, память, периферийные устройства и другие. Несмотря на то, что шины являются важным элементом компьютерной архитектуры, они имеют свои преимущества и недостатки.

Преимущества компьютерных шин:

1. Скорость передачи данных: Одним из главных преимуществ компьютерных шин является их способность передавать данные с высокой скоростью. Чем быстрее шина, тем быстрее компоненты компьютера могут обмениваться данными.
2. Универсальность: Компьютерные шины являются универсальными интерфейсами, позволяющими подключать различные устройства к компьютеру без необходимости создавать специальные порты или разъемы для каждого устройства.
3. Расширяемость: Шины позволяют расширять возможности компьютера путем добавления новых компонентов или устройств. Например, с помощью шины PCI можно добавить новую видеокарту или сетевую карту без необходимости модификации самой материнской платы.
4. Простота подключения: Подключение устройств к компьютерной шине обычно происходит с помощью соответствующего разъема или слота. Это облегчает процесс установки и замены компонентов.

Недостатки компьютерных шин:

• Ограничение пропускной способности: Хотя шины могут передавать данные с высокой скоростью, их пропускная способность ограничена. При подключении большого количества устройств к одной шине может возникнуть конфликт и недостаточная пропускная способность для всех устройств.
• Зависимость от устройств: Шины являются интерфейсами, которые должны быть совместимы с подключаемыми устройствами. Если устройство не совместимо с используемой шиной, оно не сможет быть подключено или будет работать с ограниченной функциональностью.
• Возможность сбоев и ошибок: Компьютерные шины могут стать источником сбоев и ошибок в работе компьютера. Если шина несовместима с другими компонентами или неисправна, это может привести к неполадкам и снижению производительности системы.

Заключение

Компьютерные шины играют важную роль в передаче данных в компьютерных системах. Они имеют свои преимущества, такие как высокая скорость передачи данных, универсальность, расширяемость и простота подключения. Однако, они также имеют некоторые недостатки, такие как ограничение пропускной способности, зависимость от устройств и возможность сбоев и ошибок. Понимание преимуществ и недостатков компьютерных шин помогает улучшить производительность и надежность компьютерных систем.

Cистемная шина материнской платы, устройство и функции системной шины

Устройство и функции системной шины.

Часто люди, интересующиеся компьютерной тематикой, встречают в интернете такой термин, как системная шина. Но что же это такое? Эта статья подробно расскажет об одном из важнейших элементов компьютерной системы.

Системная шина – это устройство которое связывает между собой различные функциональные блоки компьютера, а ее задачей является передача данных между ними. Строго говоря это магистраль, состоящая из проводниковых элементов, по которым информация передается в виде электрического сигнала. Соответственно, чем больше тактовая частота, на которой шина работает, тем быстрее осуществляется обмен данными между элементами компьютерной системы.

Системная шина состоит из адресной шины, шины управления и данных. Каждая шина используется для передачи конкретной информации: по адресной передаются адреса (ячеек памяти и устройств), шина управления служит для передачи управляющих сигналов устройствам, а данные соответственно передаются посредством шины данных.

Типы системных шин.

В современных компьютерах используются шины нескольких видов. Материнские платы с процессорами Intel, оснащаются шинами QPB типа. Они способны передавать данные 4 раза за такт, а вот платы с процессорами AMD используют шины EV6, передающие данные 2 раза за один такт. Кстати, в последних моделях своих процессоров AMD вообще отказывается от стандартной системной шины, её роль будет выполнять технология HyperTransport.

Так как шина передает данные несколько раз за такт, её эффективная частота обычно в несколько раз выше реальной, то есть шина, имеющая фактическую частоту 200 мГц и передающая данные 4 раза за один такт, будет работать с эффективной частотой в 800 мГц

Это важно понимать для оценки производительности шины и расчета возможностей её разгона

Следует учитывать и тот факт, что системная шина имеет ограничения по разгону, потому что превышение допустимого уровня тактовой частоты может привести к неисправности и нарушениям в работе. В то же время системная шина будет нормально функционировать при показателях частоты, которые ниже указанных на упаковке, не превышающих допустимый уровень.

Пропускная способность системных шин.

Одним из важных параметров, который характеризует системную шину является пропускная способность. Она определяет максимальное количество информации, которая передается по шине данных за одну секунду (Бит/с). Для определения величины пропускной способности следует частоту шины (частота считывания данных) умножить на количество Бит, переданных за один такт. Количество данных за такт соответствует показателю разрядности процессора. На современных процессорах показатель разрядности составляет 64 Бит.

Используя формулу и известные данные получаем:

Это и будет величиной пропускной способности магистрали, соединяющей чипсет (или северный мост) с процессором

Связанные с материнской платой ОЗУ, видеоадаптер и жесткий диск между собой функционируют посредством магистралей, среди которых системная шина является самой важной

На деле системная шина фактически соединяет процессор и чипсет. А вот чипсет напрямую соединяется с различными устройствами компьютера (ОЗУ, видеоадаптер, USB) используя вспомогательные шины (шина памяти, графического контроллера, PCI, PCI Express и LPC), частоты которых отличаются от показателей системной шины.

Итак, данная статья отвечает на вопрос: что такое системная шина, каковы ее устройство и функции, какие виды системных шин существуют, а также как вычислить значение пропускной способности.

Как работает компьютерная шина? Компоненты и особенности

По сути, операция состоит в пропускании электрических сигналов через металлические проводники и их приеме другим компонентом в соответствии с интегрированными протоколами, которыми они управляют вместе.

Они также могут управлять оцифрованными сигналами и устанавливать их пропускную способность в зависимости от количества повторений, которые они могут выполнить за определенное время, с разбивкой по категориям путем отправки этой частоты и ширины данных. Эти отношения обратно пропорциональны друг другу.

Составные части автобуса:

• кабели , используется для передачи электроэнергии.

Бляшка, который содержит цепь дорожек, дорожек и других элементов, напечатанных проводящими материалами или не электрическими. Его задача — управлять и передавать данные между компонентами.

Сопротивления, как мы уже назвали, это электронные компоненты, предназначенные для работы в качестве сопротивления, то есть они анализируют передачу, которая существует между двумя точками электрической частоты, генерируя контроль максимального тока, протекающего через них.

Конденсаторы работают, чтобы накапливать энергию и в то же время передавать ее различным элементам, которым немедленно требуется электричество. Ваша работа пассивна.

Основные компоненты

Системная шина: Это подсистема, которая передает данные внутри компьютера. Компьютерная шина обеспечивает логическое соединение между различными периферийными устройствами компьютера. Процессоры используют шину управления, чтобы общаться с другими устройствами в компьютере. Адресная шина используется для указания физического адреса. Процессор при определении местоположение памяти читает или пишет на адресной шине. Значения, которое он должен читать или писать посылаются на шину данных. Таким образом, шина данных осуществляет доставку обрабатываемых данных. Параллельная шина способна нести несколько данных параллельно, а последовательная шина передает данные в битной форме. Внутренняя шина соединяет внутренние компоненты компьютера с материнской платой, внешняя шина соединяет внешние периферийные устройства с материнской платой.

 Системная шина Блок-схема

• AGP: Сокращенно ускоренный графический порт, является точкой крепление видеокарты к материнской плате компьютера.
• HyperTransport: Это компьютерная шина с низкой латентностью, которая использует высокую пропускную способность и действует двунаправленным образом.
• PCI: (Component Interconnect – взаимодействие периферийных компонентов) относится к шине компьютера подключения периферийных устройств к материнской плате.
• PCI Express: Это формат интерфейса карты компьютера.
• USB: (Universal Serial Bus — универсальная последовательная шина), выступает в качестве интерфейса к компьютеру. USB является наиболее популярным устройством для подключения внешних устройств.
• QuickPath: Также известен как общий интерфейс системы, QuickPath является процессором меж-соединений точка-точка, и находится в тесной конкуренции с HyperTransport.
• Serial ATA: Это компьютерная шина, которая позволяет передавать данные между запоминающими устройствами хранения и материнской платой.
• Serial Attached SCSI: Это последовательный интерфейс точка-точка. Обеспечивает передачу данных с устройств хранения, таких как жесткие диски.

Центральный процессор: Это набор логических машин, которые могут выполнять компьютерные программы. Фундаментальная функция процессора — это выполнение последовательности сохраненных инструкций, известных как программы. Во время своего первого шага работы, процессор извлекает команды из памяти программ. Этот этап известен как стадия «загрузки». В стадии «декодировать», процессор разбивает инструкции на части, после чего выполняет их. В течение четвертого этапа обратной записи, процессор записывает результаты обработанных инструкций в памяти.

Центральный процессор	Компьютерный вентилятор

Компьютерный вентилятор: Он прикреплен к центральному процессору и используется, чтобы понизить его температуру. Вентиляторы в корпусе компьютера помогают поддерживать постоянный поток воздух, тем самым охлаждая компоненты компьютера.

Прошивка: Это компьютерная программа, которая встраивается в аппаратное устройство. Это что-то среднее между аппаратным и программным обеспечением. Будучи частью компьютерной программы, она похожа на программное обеспечение, в то же время тесно связана с аппаратными средствами и делает ее близкой к аппаратным компонентам.

Материнская плата: Это центральный печатная плата, сокращенно PCB, которая образует сложную электронную систему компьютера. Материнская плата обеспечивает компьютерную систему со всеми электрическими соединениями, базовой схемой, и компонентами, необходимыми для его функционирования.

Материнская плата	Блок питания

Блок питания: Этот компонент отвечает за подачу питания к компьютеру. Он преобразует энергию переменного тока от электросети в низкое напряжение постоянного тока для внутренних компонентов компьютера.

Оперативная память: Память с произвольным доступом, сокращенно ОЗУ, физическая память компьютера. Она используется для хранения запущенных программ и крепится к материнской плате.

Звуковая карта	Оперативная память

Видеокарта	Открытый корпус компьютера

Звуковая карта: Это плата расширения компьютера, которая позволяет производить вход и выход аудио сигналов на и от компьютера. Звуковые карты обеспечивают работу мультимедийных приложений с аудио компонентами.

Видеокарта: Видеоадаптер, который также известен как видеокарта представляет собой аппаратный компонент, который генерирует и выводит изображения на дисплее.

Контроллеры хранения: Они расположены на материнской плате или на картах расширения. Контроллеры хранения включают в себя контроллеры для жестких дисков, CD-ROM и других устройств.

1 Устройства всоставе персонального компьютера IBM-PC

Системный
блок, монитор, клавиатура и периферийные
устройства

Внешний
вид персонального компьютера может иметь
самые разнообразные формы. Как правило, мы
можем выделить несколько крупных объектов,
оформленных в виде отдельных компонент
соединенных кабелями или шлейфами,
представляющих персональный компьютер
непосредственно и периферийные
компоненты. В зависимости от
реализации исполнения и дизайна корпуса
системного блока, монитора
и клавиатуры они могут быть
объединены в один или более общих корпусов
и выполняться как совершенно
самостоятельные отдельные элементы.

Совместимость и протоколы

При выборе шин для персонального компьютера важно обратить внимание на их совместимость и поддерживаемые протоколы. Совместимость определяет, с какими устройствами и технологиями шина может работать. Поддерживаемые протоколы, в свою очередь, представляют собой набор команд и правил, по которым осуществляется передача данных между устройствами через шину

Поддерживаемые протоколы, в свою очередь, представляют собой набор команд и правил, по которым осуществляется передача данных между устройствами через шину.

Современные шины для персональных компьютеров имеют различные уровни совместимости с предыдущими версиями технологий. Наиболее распространенной и совместимой шиной является USB (Universal Serial Bus). USB-шину можно использовать для подключения множества устройств, таких как клавиатура, мышь, принтер, флеш-накопитель и прочее. USB имеет несколько версий, которые отличаются скоростью передачи данных и поддерживаемыми устройствами. Для каждой версии USB существуют соответствующие кабели и разъемы.

Однако, помимо USB, существуют и другие шины, такие как Thunderbolt, HDMI, DisplayPort, Ethernet и др. Каждая из них имеет свои особенности и область применения. Например, Thunderbolt является одной из самых быстрых шин и может использоваться для подключения внешних мониторов, жестких дисков и других устройств. HDMI и DisplayPort предназначены для передачи видеосигнала на мониторы и телевизоры. Ethernet предназначена для подключения к сети и обеспечения доступа к интернету.

Важно также обратить внимание на поддерживаемые протоколы шин. Например, USB может поддерживать различные протоколы передачи данных, такие как USB 2.0, USB 3.0 и USB 3.1. Версии протокола определяют скорость передачи данных и возможности подключаемых устройств

Более новые версии протокола обычно предлагают большую скорость передачи данных и более широкий набор поддерживаемых устройств

Версии протокола определяют скорость передачи данных и возможности подключаемых устройств. Более новые версии протокола обычно предлагают большую скорость передачи данных и более широкий набор поддерживаемых устройств.

При выборе шин для персонального компьютера нужно учитывать как совместимость с другими устройствами, так и поддерживаемые протоколы. В идеале, выбранная шина должна поддерживать все необходимые устройства и обеспечивать высокую скорость передачи данных. В случае несовместимости или отсутствия поддерживаемых протоколов, устройства могут не работать или работать с ограничениями.

2.1. Постановка задачи

Предприятие ООО «Энергос» осуществляет деятельность, связан­ную с обеспечением электроэнергией физических и юридических лиц, и производит расчеты по предоставленным услугам. Данные, на основании которых производятся расчеты по оплате, представ­лены на рис. 1.1.

1. Построить таблицу согласно рис. 1.1.

2. Результаты вычислений представить в виде таблицы, содержа­щей данные о расходе электроэнергии и сумму к оплате (рис. 1.2), и в графическом виде.

3. Организовать межтабличные связи для автоматического фор­мирования документа «Квитанция об оплате электроэнергии» при помощи функций ВПР или ПРОСМОТР.

4. Сформировать и заполнить квитанцию на оплату электроэнер­гии (рис. 1.3). 5. Построить и проанализировать графический отчет по получен­ным результатам.

Информационная модель решения задачи

Информационная модель, отражающая взаимосвязь исходных и результирующих документов

Итоги

Как мы видим, последовательные интерфейсы пришли в компьютерную индустрию всерьёз и надолго. Не за горами времена, когда такие почётные долгожители, как PCI, IDE(PATA), SCSI, совсем уйдут со сцены, ибо преемники – PCI Express, Serial ATA, Serial Attached SCSI – уже агрессивно отвоёвывают позиции у «старичков». В стане процессорных шин пока паритет – архитектура K8 компании AMD c организацией процессорной шины на основе HyperTransport уже зарекомендовала себя как удачное решение, но и компания Intel с «последней редакцией» параллельной шины FSB (QPB) чувствует себя довольно уверенно и не собирается от неё отказываться.

Что касается возможной войны технологий PCI Express и HyperTransport, то здесь не тот случай – уж слишком разные сферы применения уготованы разработчиками этим решениям. Для вторжения в сферу сверхбыстрых передач у PCI Express недостаточно пропускной способности (максимум 8 ГБ/с для х16 против 41 ГБ/с у HyperTransport). Что касается работы HyperTransport с периферийными контроллерами, то данная шина не обладает для этого достаточными возможностями протоколов в силу своего изначального предназначения – замены процессорной шины, первое упоминание о «горячем» подключении появилось лишь в спецификации HyperTransport 3.0, да и стандартом пока что не предусмотрено внешних разъёмов.

Архитектура интерфейсов ввода-вывода

Интерфейсы памяти и ввода-вывода связаны с логикой управления шиной. Между ней и интерфейсами находятся только электрические проводники шины; следователь­но, интерфейсы должны быть спроектированы для передачи и приема сигналов, совместимых с логикой управления шиной и ее временной диаграммой. При наличии сход­ства интерфейсов памяти и ввода-вывода между ними имеются и существенные различия.

Интерфейс ввода-вывода должен выполнять следующие функции:

1. Интерпретировать сигналы адреса и выбора между памятью и вводом-выводом, чтобы определить обращение к нему, и в случае такого обращения определить, к каким регистрам происходит обращение.

2. Определять, выполняется ввод или вывод; при выводе воспринять с шины выход­ные данные или управляющую информацию, а при вводе поместить на шину входные данные или информацию о состоянии.

3. Вводить или выводить данные в подключенное устройство ввода-вывода и преобра­зовывать параллельные данные в формат, воспринимаемый устройством, или наоборот.

4. Посылать сигнал готовности, когда данные восприняты или помещены на шину данных, информируя процессор о завершении передачи.

5. Формировать запросы прерываний и (при отсутствии в логике управления шиной управления приоритетными прерываниями) принимать подтверждения прерываний и — выдавать тип прерывания.

6. Принимать сигнал сброса и реинициализировать себя и, возможно, подключенное Устройство.

Схема типичного интерфейса ввода-вывода

Главные функции интерфейса сводятся к преобразованию сигналов между системной шиной и устрой­ством ввода-вывода и реализации буферов, необходимых для удовлетворения двух на­боров временных ограничений. Значительная часть функций интерфейса выполняется блоком, находящимся на рисунке справа. Часто он реализуется в виде микросхемы, но иногда функции этого блока могут быть разбросаны по нескольким приборам. Очевид­но, его функции полностью определяются устройством ввода-вывода, с которым дол­жен взаимодействовать интерфейс.

Интерфейс можно разделить на две части, взаимодействующие с устройством и с си­стемной шиной. Первая из них определяется устройством, а вторые части всех интерфейсов в данной системе довольно похожи, так как они связаны с одной и той же ши­ной. В них должны быть шинные драйверы и приемники, схемы преобразования интер­фейсных сигналов управления в соответствующие квитирующие сигналы и схемы для дешифрирования появляющихся на шине адресов.

Квитирование — установка переключателя в положение, соответствующее полученному сигналу. Квитирование используется для надежной синхронизации работы ЭВМ и периферийного оборудования: между ними осуществляется обмен сигналами управления и сигналами состояния с целью взаимной синхронизации. Метод передачи данных с квитированием позволяет согласовать скорости выполнения операций в медленных УВВ и в быстрых ЦП.

Логику квитирования нельзя спроектировать, не зная управляющих сигналов, необходимых основному интерфейсному устройству, а эти сигналы в различных интерфейсах варьируются. Обычно эта логика должна воспринимать сигналы считывания/записи, определяющие направление передачи, и выдавать для микросхем 8286 сигналы ОЕ (Output Enable) и Т (Transmit). Через эту логику должны также проходить линии запроса прерывания, готовности и сброса. Иногда управляющие линии шины проходят через логику квитирования неизменными (т. е. подключаются прямо к основному интерфейсному устройству).