Краткие теоретические сведения

Интерфейс – это совокупность средств сопряжения и связи (на механическом и логическом уровнях), обеспечивающая эффективное взаимодействие систем или их частей. Механический уровень: число проводов, элементы связи, типы соединений, разъемы, номера контактов и т.п. Логический уровень: сигналы, их длительность, полярность, частоты и амплитуда, протоколы взаимодействия.

 

Внутренние интерфейсы системной платы

Внутренний интерфейс – это система связи и сопряжения узлов и блоков компьютера между собой. Представляет собой совокупность электрических линий связи, схем сопряжения с компонентами компьютера, протоколов (алгоритмов) передачи и преобразования сигналов.

Способы подключения устройств к системной шине

Разъем используется для системных устройств, обычно встроен в материнскую плату. Устройство, подключенное к разъему, с точки зрения архитектуры является жизненно необходимым для работы ПК. Системная шина также имеет разъемы на материнской плате для подключения контроллеров. Наиболее распространенными являются PCI, AGP и PCI-Express. Используя разъем, устройство подключается непосредственно к системной шине.

 

Порт представляет собой аналог разъема с тем отличием, что он предназначен для подключения внешних устройств, не соединяющихся напрямую с материнской платой. Работу устройств, подключенных посредством порта, обычно контролирует операционная система. Различают следующие виды портов:

••параллельные порты, в которых данные передаются параллельными блоками (LPT);

•• последовательные порты, в которых данные передаются последовательно друг за другом (COM);

•• последовательно-параллельные порты, в которых данные передаются последовательно, но параллельными блоками (USB).

Контроллер обеспечивает сопряжение внешнего устройства и системной платы. Контроллеры бывают либо интегрированными (встроенными) в материнскую плату (контроллер клавиатуры, жесткого диска и т.д.), либо выполняются в виде отдельной платы, вставляющейся в разъем на материнской плате, в этом случае контроллер называют адаптером (видеоадаптер, сетевой адаптер и т.д.).

Интерфейсы периферийных устройств IDE и SCSI

Интерфейсом накопителей называется набор электроники, обеспечивающий обмен информацией между контроллером устройства (кеш-буфером) и компьютером. Интерфейсы устройств связывают устройство с контроллером, подключенным к какой-либо системной шине или интерфейсу передачи данных.

 

В настоящее время в настольных ПК IBM-PC, чаще других, используются две разновидности интерфейсов ATAPI – AT Attachment Packet Interface (Integrated Drive Electronics – IDE; Enhanced Integrated Drive Electronics – EIDE) и SCSI (Small Computers System Interface).

Интерфейс IDE

Семейство интерфейсов накопителей IDE (Integrated Drive Electronics) пришло на смену интерфейсам ST506 и ESDI, использовавшимся для подключения жестких дисков к соответствующим контроллерам. В IDE впервые введена стандартная шина для обмена с контроллером за счет использования совмещенной с диском специальной электроники для управления диском и этой шиной (отсюда и название интерфейса). В результате параметры диска (число головок/дорожек/секторов) для устройств IDE уже имеют некий абстрактный смысл, непосредственно не связанный с физическими параметрами накопителя. Трансляцию логических параметров в физические и осуществляет электроника диска. В качестве синонима интерфейса IDE применяется термин ATA (AT Attachment).

Интерфейс EIDE имеет первичный и вторичный каналы,

к каждому из которых можно подключить два устройства, т.е. всего их может быть четыре. Это может быть жесткий диск, CD-ROM или переключатель дисков. В будущем возможна будет установка ленточного накопителя с разъемом EIDE, но

к нему потребуется специальное программное обеспечение. Два устройства на одном канале EIDE должны поочередно

взаимодействовать с шиной. Если на одном канале находятся жесткий диск и CD-ROM, жесткий диск вынужден ждать, пока доступ к CD- ROM будет завершен. Поскольку CD-ROM

– устройство относительно медленное, производительность падает. Поэтому эффективнее подключать CD-ROM ко вторичному каналу, а жесткий диск – к первичному (рис. 15). Первичный и вторичный каналы работают относительно независимо друг от друга (с помощью управляющей микросхемы EIDE).

 

 

Рисунок 15 - Интерфейс EIDE

Физически интерфейс IDE реализован при помощи плоского 40- жильного кабеля, на котором могут быть разъемы для подключения одного или двух устройств. Общая длина кабеля не должна превышать 45 см, причем между разъемами должно быть расстояние не менее 15 см.

Существует несколько разновидностей интерфейса IDE, совместимых снизу вверх друг с другом. Одно из последних достижений в этой области – интерфейсы Ultra ATA/66 и Ultra ATA/100, позволяющие осуществлять передачу данных со скоростью

66 МВ/сек и 100 МВ/сек соответственно. Периферийные шины используются в основном для внешних запоминающих устройств. Интерфейс IDE (Integrated Drive Electronics) – интерфейс устройств со встроенным контроллером. Поддерживает несколько способов обмена.

SATA (Serial ATA) – последовательный интерфейс обмена данными с накопителями информации. Для подключения используется 8-pin разъем. SATA является развитием параллельного интерфейса ATA (IDE), который после появления SATA был переименован в PATA (Parallel ATA). Стандарт SATA (SATA150) обеспечивал пропускную способность равную 150 МБ/с (1,2 Гбит/с). SATA 2 (SATA300). Стандарт SATA 2 увеличивал пропускную способность вдвое, до 300 МБ/с (2,4 Гбит/с), и позволяет работать на частоте 3 ГГц. Стандартны SATA и SATA 2 совместимы между собой, однако для некоторых моделей необходимо вручную устанавливать режимы, переставляя джамперы. SATA 3, хотя по требованию спецификаций правильно называть SATA 6Gb/s. Этот стандарт в двое увеличил скорость передачи данных до 6 Гбит/с (600 МБ/с). Также к положительным нововведениям относится функция программного управления NCQ и команды для непрерывной передачи данных для процесса с высоким приоритетом.

 

Интерфейс SCSI

К шине SCSI можно подключить до 7 устройств, а к шине Wide SCSI – до 15 устройств. В обычной среде производительность одного жесткого диска не очень отличается от производительности интерфейса SCSI. Преимущество SCSI состоит скорее в том, что несколько устройств могут пользоваться шиной одновременно, освобождая ее, когда она не требуется.

 

Рисунок 16 - Интерфейс SCSI

 

Интерфейс SCSI (рис. 16) был разработан в конце 1970-х го-дов организацией Shugart Associates. Интерфейс SCSI является параллельным. К шине одновременно может быть подключено до восьми устройств, включая основной контроллер SCSI (или хост- адаптер). Контроллер SCSI является по сути самостоятельным процессором и имеет свою собственную BIOS (которая иногда может размещаться в BIOS материнской платы). Он выполняет все операции по обслуживанию и управлению шиной SCSI, освобождая от этого центральный процессор.

Интерфейс SCSI (Small Computer System Interface) является стандартным интерфейсом для подключения приводов компакт- дисков, звуковых плат и внешних устройств массовой памяти. Спецификацией SCSI предусматривается параллельная передача данных по 8, 16 или 32 линиям данных. Структура SCSI, по существу, является магистральной, хотя устройства

включаются в нее по принципу последовательной цепочки. Каждое SCSI-устройство имеет два разъема – один входной, а другой выходной. Все устройства объединяются в последовательную цепочку, один конец которой подключается к контроллеру интерфейса. Все устройства работают независимо и могут обмениваться данными как с компьютером, так и друг с другом. К шине SCSI можно подключить до 8 устройств, включая основной контроллер SCSI (хост-адаптер). Контроллер SCSI является, по сути, самостоятельным процессором и имеет свою собственную BIOS. К шине Wide SCSI подключается до 15 устройств.

 

Порядок выполнения

1. Изучить внутренний интерфейс системной платы. Разобраться, какие способы подключения устройств к системной шине используются на ПК.

2. Определить, какие типы разъемов есть на материнской плате целевого компьютера.

3. Дать характеристику периферийных устройств целевого компьютера.

4. Подключить жесткий диск к системной плате.

5. Подключить CD-ROM к системной плате.

6. Сделать выводы о наличии и назначении внешних устройств ПК.

Содержание отчета

(отчет в электронном виде)

1. Номер, тема работы.

2. Цель лабораторной работы.

3. Заполнить таблицу 25 «Внешние устройства ПК».

4. Выводы.

 

Таблица 25-Внешние устройства ПК

 

Внешние устройства ПК	Основные характеристики внешних устройств	Типы разъемов на материнской плате
1	2	3

Контрольные вопросы

1. Назовите виды интерфейсов для ПК.

2. Скажите, какие параллельные и последовательные порты существуют?

3. Перечислите интерфейсы накопителей.

4. Дайте сравнительную характеристику интерфейса IDE.

5. Скажите, развитием какого интерфейса является интерфейс SATA.

6. Дайте сравнительную характеристику шины SCSI.

7. Сделайте выводы о наличии и назначении основных устройств ПК, как они взаимосвязаны.

Практическая работа 8

Тема: Программирование арифметических и логических команд

Цель: изучить основные машинные операции для реализации простых вычислений.