Аппаратные средства поддержки работы периферийных устройств.

Системная плата или материнская плата — это сложная многослойная печатная плата, на которой устанавливаются основные компоненты персонального компьютера (центральный процессор, контроллер ОЗУ и собственно ОЗУ, загрузочное ПЗУ, контроллеры базовых интерфейсов ввода-вывода). Как правило, системная плата содержит разъёмы (слоты) для подключения дополнительных контроллеров, для подключения которых обычно используются шины USB, PCI и PCI-Express.

Чипсет — набор микросхем, спроектированных для совместной работы с целью выполнения набора каких-либо функций. Так, в компьютерах чипсет, размещаемый на материнской плате выполняет роль связующего компонента, обеспечивающего совместное функционирование подсистем памяти, центрального процессора (ЦП), ввода-вывода и других. Чипсеты встречаются и в других устройствах, например, в радиоблоках сотовых телефонов.

Карта расширения (адаптер) — это печатная плата, которую помещают в слот расширения материнской платы компьютерной системы с целью добавления дополнительных функций. Один край карты расширения оснащён контактами, точно соответствующими разъёму гнезда материнской платы. Контакты обеспечивают электрическое соединение между компонентами карты и материнской платы. Плата расширения предназначена для расширения функций персонального компьютера. Может содержать оперативную память и устройства ввода-вывода. Могут обмениваться данными с другими устройствами на шине. К платам расширения относятся:

Видеокарта

Звуковая карта

Сетевая карта

 

7) Программная поддержка работы периферийных устройств ПК. (если не совпадает с конспектом - исправьте)

Функции BIOS:

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

1)Инициализация и проверка работоспособности аппаратуры

Большую 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. В случае сбоя во время прохождения POST, BIOS может выдать информацию, позволяющую выявить причину сбоя. Кроме вывода сообщения на монитор, используется звуковой сигнал, воспроизводимый при помощи встроенного динамика.

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).

2) Загрузка операционной системы

Если POST удался, BIOS ищет на доступных носителях загрузчик операционной системы 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 т. н. «тонких клиентах»).

Прерывания:

Прерывание (англ. interrupt) — сигнал, сообщающий процессору о наступлении какого-либо события. При этом выполнение текущей последовательности команд приостанавливается и управление передаётся обработчику прерывания, который реагирует на событие и обслуживает его, после чего возвращает управление в прерванный код.

В зависимости от источника возникновения сигнала прерывания делятся на:

асинхронные или внешние (аппаратные) — события, которые исходят от внешних источников (например, периферийных устройств) и могут произойти в любой произвольный момент: сигнал от таймера, сетевой карты или дискового накопителя, нажатие клавиш клавиатуры, движение мыши. Факт возникновения в системе такого прерывания трактуется как запрос на прерывание (англ. Interrupt request, IRQ);

синхронные или внутренние — события в самом процессоре как результат нарушения каких-то условий при исполнении машинного кода: деление на ноль или переполнение, обращение к недопустимым адресам или недопустимый код операции;

программные (частный случай внутреннего прерывания) — инициируются исполнением специальной инструкции в коде программы. Программные прерывания как правило используются для обращения к функциям встроенного программного обеспечения (firmware), драйверов и операционной системы.

Термин «ловушка» (англ. trap) иногда используется как синоним термина «прерывание» или «внутреннее прерывание». Как правило, словоупотребление устанавливается в документации производителя конкретной архитектуры процессора.

Прямой доступ к памяти:

Прямой доступ к памяти (англ. Direct Memory Access, DMA) — режим обмена данными между устройствами или же между устройством и основной памятью (RAM), без участия Центрального Процессора (ЦП). В результате скорость передачи увеличивается, так как данные не пересылаются в ЦП и обратно.

 

Кроме того, данные пересылаются сразу для многих слов, расположенных по подряд идущим адресам, что позволяет использование т. н. «взрывного» (burst) режима работы шины — 1 цикл адреса и следующие за ним многочисленные циклы данных. Аналогичная оптимизация работы ЦП с памятью крайне затруднена.

Драйверы:

Драйвер (англ. driver)— это компьютерная программа, с помощью которой другая программа (обычно операционная система) получает доступ к аппаратному обеспечению некоторого устройства. В общем случае, для использования любого устройства (как внешнего, так и внутреннего) необходим драйвер. Обычно с операционными системами поставляются драйверы для ключевых компонентов аппаратного обеспечения, без которых система не сможет работать. Однако для некоторых устройств (таких, как видеокарта или принтер) могут потребоваться специальные драйверы, обычно предоставляемые производителем устройства.

8) Интерфейсное подключение периферийных устройств (хз че там писать, у меня конспекта нет костя ты мудак!!!)

 

9) Шина PCI.

Назначение и технические характеристики. Конструкция разъемов.

PCI (англ. Peripheral component interconnect, дословно — взаимосвязь периферийных компонентов) — шина ввода/вывода для подключения периферийных устройств к материнской плате компьютера. Шина является синхронной(регистрация сигналов выполняется по положительному сигналу тактового импульса).

Стандарт на шину PCI определяет:

физические параметры (например, разъёмы и разводку сигнальных линий);

электрические параметры (например, напряжения);

логическую модель (например, типы циклов шины, адресацию на шине).

Спецификация шины PCI:

частота шины — 33,33 или 66,66 МГц, передача синхронная;

разрядность шины — 32 или 64 бита, шина мультиплексированная (адрес и данные передаются по одним и тем же линиям);

пиковая пропускная способность для 32-разрядного варианта, работающего на частоте 33,33 МГц — 133 Мбайт/с;

адресное пространство памяти — 32 бита (4 байта);

адресное пространство портов ввода-вывода — 32 бита (4 байта);

конфигурационное адресное пространство (для одной функции) 256 байт;

напряжение 3,3 или 5 В.

Поддержка протокола PnP

Спецификация PCI требует поддержки режима Multiple Bus Mastering (многостороннее управление шиной). В этом режиме устройства перехватывают управление шины и самостоятельно распределяют ее ресурсы.

Разъемы шины PCI

На рис. 8.4 приведена схема разъемов шины PCI. Разъем состоит из двух сегментов. Разъем с питанием +3,3 В имеет ключ в позиции контактов 12/13, предотвращающий случайную установку платы расширения с питанием +5 В в разъем шины, предназначенный для платы расширения с питанием +3,3 В. Аналогично разъем, предназначенный для плат расширения с питанием +5 В, имеет ключ в позиции контактов 50/51 для предотвращения случайной установки в него платы с питанием +3,3 В.

Порт AGP

 

AGP -(Accelerated Graphics Port) – ускоренный графический порт. Главное преимущество – это пропускная способность 1066 МБ/с. Этот интерфейс был разработан для решения двух проблем связанных с обработкой 3Д графики:

3Д графика требует выделять больше памяти для хранения данных текстур и Z-буфера.

Интерфейс AGP обеспечивает прямое соединение между графической подсистемой и ОП (выполняются требования вывода 3Д графики в режиме реального времени). Через AGP порт возможно подключение единственного типа устройств – это графические платы.

Последние экземпляры AGP работали на частоте 133 МГц.

Спецификация AGP базируется на стандарте PCI, но имеет отличия:

Шина способна передавать 2,4,8 блоков данных за 1 цикл.

Устранена мультиплексированность линий адреса и данных.

Её отличия от предшественницы, шины PCI:

работа на тактовой частоте 66 МГц;

увеличенная пропускная способность;

режим работы с памятью DMA и DME;

разделение запросов на операцию и передачу данных;

возможность использования видеокарт с большим энергопотреблением, нежели PCI

PCI Express

 

PCI Express — компьютерная шина, использующая программную модель шины PCI и высокопроизводительный физический протокол, основанный на последовательной передаче данных.

В отличие от шины PCI, использовавшей для передачи данных общую шину, PCI Express, в общем случае, является пакетной сетью с топологией типа звезда, устройства PCI Express взаимодействуют между собой через среду, образованную коммутаторами, при этом каждое устройство напрямую связано соединением типа точка-точка с коммутатором.

Кроме того, шиной PCI Express поддерживается:

горячая замена карт;

гарантированная полоса пропускания (QoS);

управление энергопотреблением;

контроль целостности передаваемых данных.

Разработка стандарта PCI Express была начата фирмой Intel после отказа от шины InfiniBand. Официально первая базовая спецификация PCI Express появилась в июле 2002 года.

Шина PCI Express нацелена на использование только в качестве локальной шины. Так как программная модель PCI Express во многом унаследована от PCI, то существующие системы и контроллеры могут быть доработаны для использования шины PCI Express заменой только физического уровня, без доработки программного обеспечения. Высокая пиковая производительность шины PCI Express позволяет использовать её вместо шин AGP и тем более PCI и PCI-X. Ожидается, что PCI Express заменит эти шины в персональных компьютерах.

Уровни:

На физическом уровне линия PCI Express представляет собой две низковольтные дифференциальные пары проводов. Использование именно низковольтных дифференциальных сигналов (когда уровень сигнала в одном проводе измеряется относительно уровня сигнала в другом проводе) позволяет уменьшить влияние электромагнитных помех. Кроме того, с целью увеличения помехоустойчивости при передаче используется кодирование 8b/10b, которое производится на подуровне PCS.

При приеме данные на физическом уровне претерпевают обратный порядок преобразования, то есть первоначально данные с частотой 2,5 ГГц поступают в дифференциальный приемник, после чего преобразуются к параллельному 10-битному интерфейсу. По этому интерфейсу данные, уже с частотой 250 МГц, подвергаются декодированию 10b/8b и по 8-битному интерфейсу поступают в блок преобразования к параллельному 16-битному типу. По 16-битной шине с частотой 125 МГц данные передаются на верхние уровни.

Уровень представления данных отвечает за достоверность получаемых данных. На этом уровне каждому пакету присваивается свой порядковый номер и добавляется контрольная сумма CRC. При приеме данных на уровне представления контрольная сумма проверяется и, если пакет данных регистрируется как битый, формируется запрос на повторную передачу пакета.

Уровень транзакций получает запросы на запись или чтение от программного уровня и формирует пакеты запросов на передачу. Некоторые запросы требуют подтверждения, и уровень транзакций также получает ответные пакеты от уровня представления данных.

На уровне транзакций каждый пакет данных снабжается заголовком, в котором содержится уникальный идентификатор пакета, а также степень приоритета пакета.

 

Вопрос №11 (PCI Express)

Причина появления этой шины:

Необходимо наращивать производительность всех компонентов ПК, и это достигается в основном за счет увеличения тактовых частот, что приводит к увеличению влияния помех.

Потому, в успех создания высокопроизводительного интерфейса, они проектируют (ориентируются) на последовательный способ передачи, на базе дифференциальных линий. Кроме того последовательная шина позволит легко организовать масштабиуемость.

1 ОС и приложения (протокол PCI PnP)

2 Драйвера (протокол драйвера PCI)

3 Транзакция (протокол упаковки данных и маршрутизация)

4 Сетевой уровень (интеграция данных)

5 Физический уровень (последовательный канал «точка-точка»)

6 Механические компоненты (слоты, шины, форм-фактор)

На самом верхнем уровне располагаются прикладные команды, использующие PCI устройства. Для них в архитектуре ничего не меняется. Т.е. при обмене данными приложения просто обращаются к ОС.

На этом уровне архитектура полностью совместима с инт.PCI, и потому яв-я прозрачной для любой ОС, поддерживающей PCI, тем самым обеспечена поддержка спецификации ASPI и PnP, без доработки программных компонентов.

Транзакция – логич. Единица работы, сост. Из запроса, или запросов, и результатов его обработки. На этом уровне происходит первоначальная упаковка данных, передача их конкретному получателю, и контроль доставки сообщения.

Указывается физич. Адрес назначения пакета получив адрес контроллеры шины принимают решения о направлении пакета в конкретную физическую линию. Располагаются коды обнаружения и исправления ошибок в принятом пакете CRC, номер пакета пр. атрибуты.

в основании архитектурной модели размещается физическая реализация шины передачи данных; две дифф. Пары проводников с импедансом 50 Ом.

В качестве рабочих напряжений выбраны уровни: логический 0 (от 0,2 до 0,4 В) и логическая 1 (от 0,4 до 0,8 В). На пряжение питания 0,8 В. Интерфейс позволяет объединить в шину несколько независимых линий передачи данных (1,2,4,8,16,32). Данные распределяется поровну между линиями по схеме: 1 байт на 1 линию, 2 байт на 2 линию.

А11 и В11: напряжение питания (+12В,+3,3В); GND; WARE#; PRSNT1#-сигнал обнаружения при гор.замене;PERST-сброс карты;SMB_CLK,SMB_data.

А12,В12 и далее: PETp0, PETn0 – выходы передачи сигнальных пар 0; PERp0,PERn0 – выходы приемников сигнальных пар 0;PRSNT2# - (аналогичко с 1);REFCLKI-сигналы опорной частоты.