Внутренние интерфейсы компьютера

ATA (PC/AT Attachment или Advanced Technology Attachment) — параллельный интерфейс

подключения накопителей (жёстких дисков и оптических приводов) к компьютеру. Был

фактическим стандартом на платформе IBM PC.

 

Serial ATA «Последовательный ATA». Стандарт SATA существуют в в трех редакциях –

SATA-150 (SATA-I), SATA-300 (SATA-2), SATA-600 (SATA-3) в соответствии со скоростями

обмена (Мбайт/с).

 

SCSI (Small Computer System Interface) — интерфейс, разработанный для объединения на одной

шине различных по своему назначению устройств, таких как жёсткие диски, накопители на

магнитооптических дисках, приводы CD, DVD, стримеры, сканеры, принтеры и т. д.

 

ISA (Industry Standard Architecture, ISA bus) — 8-ми или 16-ти разрядная шина ввода/вывода

IBM PC-совместимых компьютеров. Служит для подключения плат расширения стандарта ISA.

 

PCI (Peripheral component interconnect) – шина ввода/вывода для подключения периферийных

устройств к материнской плате компьютера.

 

AGP (Accelerated Graphics Port) — разработанная в 1997 году компанией Intel, специализиро-

ванная 32-битная системная шина для видеокарты. Работает на тактовой частоте 66 Мгц

 

PCI Express или PCIe или PCI-E, – компьютерная шина, использующая программную модель шины PCI и физический протокол, основанный на последовательной передаче данных. В отличие от шины PCI, использовавшей для передачи данных общую шину, PCI Express,является пакетной сетью с топологией типа звезда, устройства PCI Express взаимодействуют между собой черезкоммутаторы.

 

 

40) Дайте характеристику системной шине. Раскройте ее архитектуру. Расскажите об основных разъемах.

Системная шина — это «паутина», соединяющая между собой все устройства и отвечающая за передачу информации между ними. Расположена она на материнской плате и внешне не видна. Системная шина — это набор проводников (металлизированных дорожек на материнской плате), по которым передается информация в виде электрических сигналов.

Чем выше тактовая частота системной шины, тем быстрее будет осуществляться передача информации между устройствами и, как следствие, увеличится общая производительность компьютера, т. е. повысится скорость компьютера.

В персональных компьютерах используются системные шины стандартов ISA, EISA, VESA, VLB и PCI. ISA, EISA, VESA и VLB, которые в настоящее время являются устаревшими и не выпускаются на современных материнских платах. Сегодня самой распространенной является шина PCI.

Системная шина содержит несколько десятков(в сложных системах более 100) проводников, которые в соответствии с их функциональным назначением подразделяются на отдельные шины: А – адрес, D - данных, C – управления.

Шина – А служит для передачи адреса, который формируется микропроцессором и позволяет выбрать необходимую ячейку в ОП (ПЗУ). Или адрес при обращении к внешнему устройству.

Шина – D служит для выборки команд, поступающих из ОП или ПЗУ в Управляющие Устройство микропроцессора, и для пересылки обрабатываемых данных между процессором и ОП или внешним устройством.

Шина – С передаются управляющие сигналы, определяющие режимы работы памяти (запись, считывание), интерфейсных устройств (ввод или вывод информации) и микропроцессора (запуск, запросы внешних устройств на обслуживание, информация о текущем режиме работы и другие сигналы).

Основные разьемы PCI и PCI Expres (звуковые видио сетевые карты)

41) Расскажите о существующих подходах к классификации интерфейсов. Дайте сравнительную характеристику параллельного и последовательного интерфейсов.

Интерфейсы можно классифицировать по способу передачи информации:

• параллельные интерфейсы - позволяют передавать информацию по многопроводной линии. Параллельные интерфейсы значительно повышают быстродействие системы, требуют синхронности передачи информации по каждой из линий;

• последовательный интерфейс - служит для последовательной передачи данных по двухпроводной линии.

Классификация интерфейсов по синхронности:

• синхронный интерфейс - в синхронном интерфейсе передающее устройство (ПУ) передает на линии и поддерживает его в течении заранее установленного интервала. Интервал устанавливается исходя из характеристик самого медленного в системе устройства. За это время приемное устройство должно получить информацию;
• асинхронный интерфейс - используется обрамление каждого сигнала стартового и стопового битами, либо схема запрос-ответ реализованная посредствам дополнительной линии. По этой линии от приемника возвращается сигнал подтверждения о завершении приема порции информации, такой сигнал называется квитанцией, а саму передачу квитированием. Интервал синхронизации зависит от длительности распространения сигнала в двух направлениях и длительности приема информации в приемном устройстве, это быстрее чем у синхронных устройств. Асинхронный интерфейс обеспечивает более надежную передачу информации за подтверждения приема-передачи.

Выделим центральное устройство (ЦУ), к которому подключаются ПУ нескольких типов. Тогда можно дать следующую классификацию ПУ по способу подключения устройств друг к другу (рис. 11.1):

 

 

Рис. 11.1 - Классификация ПУ по способу подключения устройств друг к другу

 

• радиальный тип включения (1) - используются индивидуальные для каждого пользователя ПУ линии, по которым производится передача данных только между этим ПУ и ЦУ. Очередность приёма информации определяется ЦУ;
• магистральный тип включения (2) - использует коллективную линию для всех ПУ на основе разделения времени. Сигнал на любой линии становится доступным сразу всем устройствам для организации обмена между ЦУ и ПУ, в ПУ должны быть предусмотрены схемы выделения адреса (номера) и схемы коммутации. Всем ПУ присваиваются адреса которые фиксируются на специальном регистре находящемся в ПУ. Процедура адресации использует следующие правила - если сообщение передаётся из ЦУ в ПУ, то передаче этого сообщения предшествует передача адреса ПУ. Каждое ПУ производит сравнение переданного адреса и своего собственного, при совпадении передается сигнал готовности к приему. Если передается сообщение от ПУ к ЦУ, то магистраль проверяется на свободность. Любое ПУ имеет право выслать на одну коллективную линию сигнал запроса на обслуживание, ЦУ определяет, какое ПУ выставило запрос. Разрешения на передачу сообщения получает то ПУ, которое готово;
• цепочный тип включения (3) - передаче данных от ЦУ к ПУ предшествует передача адреса, но этот адрес проходит последовательно через все ПУ, это замедляет процедуру адресации, однако при цепочном интерфейсе не требуется перебор всех адресов. Разрешение получает только одно ПУ. Если ПУ готово, то дальнейшее распространение блокируется, а ПУ получает разрешение. Приоритеты определяются порядком прохождения через ПУ сигнала запроса.

Магистральный параллельный интерфейс (МПИ) — стандарт, определяющий набор контактов и процедуры обмена по 16-разрядной шине с совмещением (мультиплексированием) адреса и данных.

Стандарт не определяет физической реализации интерфейса.

Принцип работы

Связь между двумя устройствами, подключенными к интерфейсу, осуществляется по принципу «управляющий»—"управляемый" (активный—пассивный). В каждый момент времени только одно устройство является активным. Активное (управляющее) устройство управляет циклами обращения, при необходимости обслуживает прерывания и осуществляет арбитраж.

Связь между устройствами является замкнутой и асинхронной. В ответ на обращение, пассивное устройство выставляет специальный сигнал, означающий что пассивное устройство присутствует и готово осуществлять дальнейший обмен. Если в течение 10 мкс ответ не получен, происходит прерывание специального вида. Таким образом, процесс обмена между устройствами не зависит от времени ответа (в пределах 10 мкс) или длины канала. Отсутствие или неисправность пассивного устройства может быть легко определена при отсутствии ответа.

После́довательный порт, англ. serial port (а также серийный порт или COM-порт, англ. communications port) — двунаправленный последовательный интерфейс.

Последовательным данный порт называется потому, что информация через него передаётся по одному биту, бит за битом (в отличие от параллельного порта). Хотя некоторые другие интерфейсы компьютера — такие как Ethernet, FireWire и USB — также используют последовательный способ обмена, название «последовательный порт» закрепилось за портом, имеющим стандарт RS-232C.

Особенностью данного порта по сравнению с другими "последовательными" технологиями является факт отсутствия каких-либо временных требований между 2 байтами. Временные требования есть только между битами одного байта (включая старт, стоп и четность), величина, обратная временной паузе между битами одного байта, называется baud rate - скорость передачи. Также в этой технологии отсутствует понятие "пакет".

 

Назначение

Наиболее часто для последовательного порта персональных компьютеров используется стандарт RS-232C. 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, спутниковыми ресиверами, кассовыми аппаратами, а также с приборами систем безопасности объектов.

С помощью COM-порта можно соединить два компьютера, используя так называемый «нуль-модемный кабель» (см. ниже). Использовался со времен MS-DOS для перекачки файлов с одного компьютера на другой, в UNIX для терминального доступа к другой машине, а в Windows (даже современной) - для отладчика уровня ядра.

Достоинством технологии является крайняя простота оборудования. Недостатком является низкая скорость, крупные размеры разъемов, а также зачастую высокие требования к времени отклика ОС и драйвера и высокое количество прерываний (одно на половину аппаратной очереди, т.е. 8 байт).

42) Расскажите об интерфейсах в современных ПЭВМ.

 

• ISA (Industry Standard Architecture — Архитектура промышленного стандарта), другое название AT-Bus. Шина ISA является основной шиной на материнских платах устаревших компьютеров типа PC AT. Спецификация PC’99 рекомендует не включать шину ISA в состав новых материнских плат для персональных компьютеров, поскольку ее применение значительно снижает общую производительность системы. На новых материнских платах этот интерфейс либо отсутствует, либо представлен всего 1-2 слотами (разъемами) расширения для подключения устаревших компонентов. Конструктивно шина ISA представляет собой разъем на материнской плате, состоящий из двух частей — 62-х контактного и примыкающего к нему 36-ти контактного сегментов. Максимальная пропускная способность шины ISA не превышает 5,55 Мбайт/с и совершенно недостаточна для современных требований. Через интерфейс ISA раньше подключались практически все компоненты персонального компьютера, такие, как видеокарты, контроллеры ввода-вывода, контроллеры жестких и гибких дисков, модемы, звуковые карты и прочие устройства.

• EISA (Enhanced ISA — Расширенная ISA). В разъемы шины EISA можно вставлять как платы для шины ISA, так и для EISA. Платы для шины EISA имеют более высокую ножевую часть разъема с дополнительными рядами контактов, а слот имеет расположенный в глубине такой же ряд дополнительных контактов. Максимальная пропускная способность — 32 Мбайт/с. Поддерживает режим управления шиной со стороны любого из устройств, установленных в разъем (Bus Mastering). На современных материнских платах шина EISA уже не встречается.

• VLB (VESA Local Bus — Локальная шина стандарта VESA). Этот интерфейс является 32-х разрядным расширением шины ISA. Шина VLB располагается на материнской плате и конструктивно выглядит как 116-ти контактный дополнительный разъем, продолжающий линейку слотов ISA (итого — три расположенные подряд секции). Тактовая частота шины VLB — до 50 МГц, максимальная пропускная способность 130 Мбайт/с. Через этот интерфейс подключались в основном видеокарты. Каждая компонента, установленная на шине VLB, может обмениваться данными с процессором напрямую, без промежуточной буферизации. Это увеличивает нагрузку на процессор, ухудшает прохождение сигналов по шине и снижает надежность обмена данными. Поэтому интерфейс VLB имеет жесткое ограничение на количество устанавливаемых устройств, в зависимости от тактовой частоты шины: при 33 МГц — три, 40 МГц -два, 50 МГц — одно. В настоящее время интерфейс VLB встречается только на старых компьютерах.

• PCI (Peripheral Component Interconnect — Соединение внешних компонентов). Этот интерфейс не совместим ни с одним из предшествующих. Поддерживает тактовую частоту до 33 МГц (вариант PCI 2.1 — до 66 МГц), имеет максимальную пропускную способность до 132 Мбайт/с на частоте 33 МГц для 32-х разрядной шины (264 Мбайт/с для 32-x разрядных и 528 Мбайт/с для 64-х разрядных данных на частоте 66 МГц). Конструктивно разъем состоит из двух следующих подряд секций по 64 контакта. Внутри второй секции имеется пластмассовая поперечная перегородка (ключ) для предотвращения неправильной установки карт. Разъемы PCI и карты к ним поддерживают уровни сигналов либо 5 В., либо 3,3 В., либо оба уровня (универсальные). В первых двух случаях карты должны соответствовать уровню сигнала разъема, универсальные карты ставятся в любой разъем. Интерфейс PCI обеспечивает поддержку режимов Bus Mastering и автоматической конфигурации компонентов при установке (Plug-and-Play). Все слоты PCI на материнской плате сгруппированы в сегменты, число разъемов в сегменте ограничено четырьмя. Если сегментов несколько, они соединяются посредством так называемых мостов (bridge).

• PCMCIA (Personal Computer Memory Card International Association — Стандарт международной ассоциации производителей плат памяти для персональных компьютеров). Интерфейс PCMCIA служит для подключения внешних устройств к мобильным компьютерам класса NoteBook. Поддерживает автоматическую конфигурацию Plug-and-Play, подключение и отключение устройств в процессе работы компьютера («горячее» подключение). Конструктивно представляет собой миниатюрный 68-ми контактный разъем.

• USB (Universal Serial Bus — Универсальная последовательная шина). К одному USB каналу можно цепочкой подключить до 127 внешних устройств. На современных материнских платах обычно имеется по два канала USB на контроллер. Обмен данными по шине USB проходит в пакетном режиме при максимальной пропускной способности до 12 Мбит/с, в версии 2.0 скорость увеличена до 300Мбит/с.

• AGP (Accelerated Graphics Port — Ускоренный графический порт). Этот интерфейс предназначен исключительно для подключения видеоадаптеров. Шина AGP позволяет видеоадаптеру связываться с оперативной памятью непосредственно, разгружая тем самым системную шину. В оперативной памяти размещаются параметры трехмерных объектов, требующие быстрого доступа как со стороны процессора, так и со стороны видеоадаптера. Максимальная пропускная способность шины AGP в режиме четырёхкратного умножения AGP/x4 — до 1066 Мбайт/с. Конструктивно выглядит как отдельный разъем на материнской плате. Никакие другие компоненты, кроме видеоадаптеров, к AGP подключить нельзя.

• IEEE 1394 (Institute of Electrical and Electronic Engineers 1394 — Стандарт института инженеров по электротехнике и электронике № 1394) имеет другое название FireWire (Огненный провод). С помощью интерфейса IEEE1394 могут подключаться как внутренние, так и внешние устройства (всего до 127 устройств на один контроллер). Максимальная пропускная способность достигает 50 Мбайт/с; разрабатываются модификации интерфейса, способные передавать данные со скоростью 200 Мбайт/с и даже 800 Мбайт/с. Главным достоинством интерфейса IEEE1394 являются скорость и простота подключения нескольких устройств по единому шестижильному кабелю: две жилы обеспечивают питание, четыре — служат для обмена данными. Согласно требованиям спецификации РС’99, новый интерфейс призван заменить IDE/ATA при подключении жестких дисков, CD-ROM и DVD дисководов, а также рекомендуется для соединения с высокоскоростными внешними устройствами — цифровыми видеокамерами, видеомагнитофонами, различными накопителями.

• SCSI (Small Computer System Interface — Интерфейс малых компьютерных систем). Существует несколько вариантов интерфейса SCSI (читается «скази»), отличающихся количеством подключаемых устройств, максимальной пропускной способностью и максимальной длиной шлейфа. Через интерфейс SCSI чаше всего подключаются высокоскоростные устройства, такие, как жесткие диски, CD дисководы, сканеры. Для обеспечения работы компонентов с интерфейсом SCSI требуется наличие на компьютере специального SCSI хост-адаптера, вставляемого в слот расширения материнской платы или встроенного в системную плату. Существуют следующие спецификации SCSI: SCSI-1;Fast SCSI-2;FastWide SCSI-2;Ultra SCSI-2;UltraWide SCSI-2;Ultra SCSI-3.

Скорость передачи данных по шине SCSI может составлять от 5 Мб/с (SCSI-1) до 80 Мб/с (SCSI-3), частота шины от 5 (SCSI-1) до 40 (SCSI-3) мегагерц, количество подключаемых устройств от 8 (SCSI-1, Fast SCSI-2, Ultra SCSI-2) до 16 (FastWide SCSI-2, UltraWide SCSI-2, Ultra SCSI-3), длина шлейфа от 1,5 (Ultra SCSI-2, UltraWide SCSI-2) до 12 (Ultra SCSI-3) метров. Все устройства SCSI подключаются по цепочке, причем первое (то есть SCSI хост-адаптер) и последнее устройства в цепочке должны иметь так называемые терминаторы для согласования электрических характеристик в цепи.

• UAS (USB Attached SCSI) — используется для высокоскоростного обмена с USB-устройствами хранения, таких как жесткие диски, твердотельные диски и флэш-накопители. UAS зависит от протокола USB, и использует стандартные набора команд SCSI. Предназначен для непосредственного решения недостатков USB устройства хранения данных класса Bulk-Only Transports (BOT).

• IDE (ATA) (Integrated Drive Electronics — Встроенная электроника накопителя; AT Attachment — Подключение к AT). Этот интерфейс предназначен только для подключения жестких дисков и других накопителей. В большинстве случаев контроллер IDE/ATA встроен в системную плату и поддерживает два разъема IDE (Primary — Первичный и Secondary — Вторичный), к каждому из которых можно подключать по два устройства (Master и Slave — ведущий и ведомый). Максимальная пропускная способность интерфейса IDE — до 66 Мбайт/с (по протоколу Ultra DMA-66). Для обеспечения совместимости с накопителями, отличными от жестких дисков, существует протокол обмена данными ATAPI (АТА Packet Interface — Пакетный интерфейс АТА). Согласно требованиям спецификации РС’99, интерфейс IDE/ATA будет постепенно заменяться интерфейсом IEEE 1394.

• SATA (Serial ATA) — последовательная шина ATA. В версии 2 имеет скорость до 300МБ/с (скорость передачи кодированных данных 3 Гбод)

• SAS (Serial Attached SCSI) — последовательная версия SCSI (частично совместима с SATA)

 

• Device Bay (Установочный узел). Спецификация этого интерфейса описывает механические, электрические и программные требования к подсоединяемым компонентам. Этот новый интерфейс должен заменить существующие сегодня разнотипные стандарты на разъемы устройств (ISA, SCSI, COM, LPT, IDE). Физически представляет собой разъемы трех типоразмеров — DB32, DB20, DB13, к которым должны подключаться как внешние, так и внутренние компоненты. Требует наличия специального контроллера. Разъемы содержат шины питания и данных и конструктивно выполнены так, чтобы не допустить неправильной установки. Предусмотрено «горячее» включение в систему, соединение с интерфейсами USB и IEEE1394.

• RS-232C — интерфейс обмена данными по последовательному коммуникационному порту СОМ (COMmunication — Связь). Для поддержки портов (до четырех) с этим последовательным интерфейсом на системной плате имеется специализированная микросхема UART16550A. Физически разъем СОМ порта может быть 25-ти (оригинальный интерфейс RS-232) или 9-ти контактным. Гарантированный обмен данными обеспечивается по кабелю длиной 30 метров и более. По спецификации РС’99 интерфейс RS-232 должен заменяться интерфейсом USB.

• IEEE 1284, LPT (англ. Line Print Terminal; также параллельный порт, порт принтера) — международный стандарт параллельного интерфейса для подключения периферийных устройств персонального компьютера. Интерфейс поддерживает одностороннюю (SPP) или двустороннюю (ЕРР, ЕСР) передачу данных при пиковой пропускной способности до 5 Мбайт/с (ЕСР). Интерфейс IEEE1284 обычно используется для подключения принтеров, сканеров, цифровых фотокамер и других внешних запоминающих устройств через параллельные порты компьютера (LPT). Встроенный контроллер параллельного порта имеется на материнской плате. В настоящее время интерфейс IEEE I284 рекомендуется заменять на интерфейсы USB и IEEE 1394.

43) Раскройте понятие периферийные устройства ВТ. Расскажите об основных типах устройств и их назначениях.

Перифери́йное устро́йство — аппаратура, которая позволяет использовать вычислительные возможности процессора.

1. Отдельно взятое устройство из класса периферийных устройств компьютера. Класс периферийных устройств появился в связи с разделением вычислительной машины на вычислительные (логические) блоки — процессор(ы) и память хранения выполняемой программы и внешние, по отношению к ним, устройства, вместе с подключающими их интерфейсами. Таким образом, периферийные устройства, расширяя возможности ЭВМ, не изменяют её архитектуру.
2. Периферийными устройствами также можно считать внешние по отношению к системному блоку компьютера устройства.

Устройства ввода (можно отнести клавиатуру и мышь) сканер, микрофон, джойстик.

Устройства вывода (возможно монитор) принтер, колонки, проектор.

Устройства хранения данных флешь накопитель, внешний жесткий диск.

44) Расскажите об общих правилах и принципах сборки и модернизации ЭВМ. Установки основных блоков ЭВМ.