WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


Pages:     || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 20 |
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ТИХООКЕАНСКИЙ ИНСТИТУТ ДИСТАНЦИОННОГО ОБРАЗОВАНИЯ И ТЕХНОЛОГИЙ И. В. Соппа ВВЕДЕНИЕ В АРХИТЕКТУРУ ПЕРСОНАЛЬНОГО КОМПЬЮТЕРА © Издательство Дальневосточного университета 2001 ВЛАДИВОСТОК 2001 г.

Оглавление Введение...................................................................................................................................................................... 3 Глава 1. Интерфейсы.................................................................................................................................................. 4 1.1. Основные функции и принципы организации интерфейсов........................................................................ 4 1.2. Принцип магистральности интерфейсов....................................................................................................... 5 1.3. Принцип селекции или арбитража................................................................................................................. 7 1.4. Принцип синхронизации и среда интерфейса............................................................................................. 11 1.5. Системные магистрали персональных компьютеров................................................................................. 13 Глава 2. Системы ввода/вывода персональных компьютеров.............................................................................. 22 2.1. Базовая система ввода/вывода персональных компьютеров...................................................................... 22 2.2. Спецификация Plug&Play.............................................................................................................................. 24 2.3. Клавиатура...................................................................................................................................................... 25 2.4. Обслуживание клавиатуры по прерываниям BIOS и DOS......................................................................... 2.5. Манипуляторы курсора................................................................................................................................. 2.6. Классификация и принцип работы видеосистем ПК.................................................................................. 2.6. Текстовый режим работы видеосистем........................................................................................................ 2.7. Организация дисплейных страниц и управление курсором....................................................................... 2.8. Графический режим работы видеосистем................................................................................................... 2.10. Особенности графического программирования........................................................................................ 2.11. Принцип работы и классификация печатающих устройств..................................................................... 2.11. Матричные принтеры.................................................................................................................................. Глава 3 Дисковая система персональных компьютеров........................................................................................ 3.1. Технология магнитного диска...................................................................................................................... 3.2. Методы кодирования информации на магнитных дисках.......................................................................... 3.3. Форматирование накопителей на гибких магнитных дисках.................................................................... 3.4. Логическая организация данных на дискете............................................................................................... 3.5. Общая характеристика накопителя на жестких дисках. Фактор чередования......................................... 3.6. Логическая организация данных на жестком диске................................................................................... 3.7. Форматирование жесткого диска................................................................................................................. 3.8. Контроллеры накопителей на гибких магнитных дисках.......................................................................... 3.9. Интерфейсы HDD........................................................................................................................................... 3.10. Оптические диски........................................................................................................................................ 3.11. Стримеры...................................................................................................................................................... Глава 4. Устройства расширения функциональных возможностей ПК............................................................... 4.1. КЭШ-память................................................................................................................................................... 4.2. Общая характеристика систем передачи данных........................................................................................ 4.3. Модемы........................................................................................................................................................... 4.4. Организация сетей......................................................................................................................................... 4.5. Протоколы компьютерных сетей................................................................................................................ Введение Не вызывает сомнения тот факт, что появление в 1981 году первого персонального компьютера произвело настоящую информационную революцию. Открытая (модульная) архитектура IBM PC в совокупности с операционной системой МS-DOS версия 1.0 сделала применение персональных компьютеров (ПК) в быту, на производстве, в коммерческой деятельности действительно массовым. Заложенная при создании первого ПК возможность постоянного его обновления и совершенствования была обеспечена исключительно совместимостью данного семейства ПК как на аппаратном, так и программном уровнях. За прошедшее с 1981 года время, естественно, многое в вычислительной технике изменилось.



Производительность компьютеров возросла в тысячи раз, их архитектура постоянно совершенствовалась. Однако до сих пор миллионы и миллионы пользователей продолжают работать именно на IBM- совместимых персональных компьютерах с присущей им модульной архитектурой, которая практически не претерпела существенных изменений за последние 20 лет.

Настоящее учебное пособие - это конспект лекций для студентов ВУЗов, изучающих дисциплины «Архитектура ПК», «Технические средства компьютерных систем» и смежные им. В пособии рассматривается устройство основных модулей IBM-совместимых компьютеров, в основном, на аппаратном уровне, и излагаются вопросы организации взаимодействия между этими модулями. При этом основное внимание уделяется не столько техническим особенностям изготовления модулей, сколько физическим принципам и идеологии их работы в составе ПК.

Именно поэтому многие разделы пособия изложены достаточно подробно, а некоторые - носят исключительно обзорный характер.

Изложение материала построено исходя из того, что стремительные изменения в элементной базе и схемотехнике ПК не дают возможности рассмотрения конкретных технических решений. Здесь важно понять принципы построения тех или иных устройств и механизм взаимодействия между ними.

В пособии также изложен материала о компьютерах, построенных в соответствии со спецификацией Plug and Play. Разработка данной спецификации была предпринята с целью решения проблемы конфигурации аппаратных средств вследствие модернизации ПК. После ее опубликования в 1993 году поддержка стандарта Plug and Play со стороны производителей ПК, программного и аппаратного обеспечения к ним стала набирать силу и широко внедряться на практике. Однако появление спецификации Plug and Play не изменяет общей идеологии построения персонального компьютера, а предоставляет пользователям дополнительный сервис.

Глава 1. Интерфейсы 1.1. Основные функции и принципы организации интерфейсов Под интерфейсом понимают совокупность аппаратных и программных средств, обеспечивающих непосредственное взаимодействие между составными частями вычислительной системы на основе информационной, электрической и конструктивной совместимости. Основные функции интерфейса заключаются в непосредственной организации этой совместимости на базе интерфейсных БИС, дискретных элементов и физических элементов связи.

Под информационной совместимостью подразумевают унифицированный набор и структуру шин, принятую разрядность и формат кодов данных, адреса или команд, а также совместимость временных соотношений между управляющими сигналами.

Под электрической совместимостью подразумевают согласованность статических и динамических характеристик электрических сигналов, генерируемых составными частями системы.

Конструктивная совместимость подразумевает согласованность конструктивных элементов интерфейсов, а именно: типоразмеров печатных плат, каркасов, типов разъемов и карт их распайки.

В зависимости от назначения все интерфейсы подразделяются на системные и измерительные. Системные интерфейсы предназначены для организации взаимодействия между составными частями персонального компьютера или сервера. Физически они расположены на системных платах компьютеров и не допускают изменения их конфигурации на аппаратном уровне. На базе измерительных интерфейсов строят автоматизированные модульные измерительные системы и робототехнические комплексы (автоматизированные технологические линии) на производстве. Измерительные интерфейсы допускают их замены или переналадки в процессе эксплуатации.

Независимо от типа интерфейса они имеют следующую обобщенную структурную блоксхему, которая изображена на рис. 1.1.

Интерфейс Контроллер Магистраль интерфейса...

ИМ1 ИМ2 ИМn К сопрягаемым внешним устройствам ЭВМ (ЦП) Рис. 1.1. Структурная блок-схема интерфейса В его состав входят контроллер, магистраль интерфейса и интерфейсные модули. Функции контроллера заключаются в обеспечении взаимодействия между центральным процессором (ЦП) или внешней ЭВМ (ПК) и интерфейсными модулями (ИМ), а также в обеспечении межмодульных связей между ИМ внутри интерфейса. При этом, если интерфейс является системным, то контроллер (здесь чаще его называют chipset) непосредственно встроен в системную магистраль компьютера. В измерительных интерфейсах контроллер связан с внешним персональным компьютером.

Физическими элементами связи между контроллером (chipset) и интерфейсными модулями служат линии интерфейса – набор параллельных проводников, по которым в строго определенном формате, с соблюдением необходимой последовательности передаются данные, коды команд, состояния или адреса, а также требуемые сигналы управления. Совокупность всех этих линий называют магистралью интерфейса. По режиму работы магистраль интерфейса подразделяется на одно- и двунаправленную. В случае двунаправленной магистрали предполагается передача информации в любом из направлений по единым линиям связи, в то время как для однонаправленной магистрали существуют различные линии связи для каждого из направлений передачи информации.





В качестве интерфейсных модулей в системных интерфейсах выступают компоненты персонального компьютера, такие как, дисковая подсистема, видеосистема, контроллер клавиатуры, порты ввода/вывода и т.п. Эти компоненты могут быть интегрированы непосредственно на системной плате компьютера, а могут быть размещены на отдельных (интерфейсных) платах, которые устанавливаются в специальные разъемы, называемые слотами расширения. В измерительных интерфейсах применяют набор интерфейсных модулей, обеспечивающих связь стандартного внешнего (сопрягаемого) оборудования с магистралью интерфейса. В качестве внешнего оборудования могут выступать: электроизмерительные приборы – частотомеры, вольтметры, генераторы и т.п. или технологическое оборудование – станки, роботы, конвейеры, манипуляторы и т.п. Возможно совместное использование как тех, так и других.

Наличие единой магистрали интерфейса неизбежно приводит к ситуациям, когда по единому информационному каналу требуется организовать взаимодействие одновременно между тремя и более интерфейсными модулями. Если это допустить, то на магистрали возникнет столкновение двоичной информации от разных источников, что приведет к ее искажению и появлению чрезмерных токовых нагрузок. Понятно, что в такой ситуации достоверная передача информации невозможна. Кроме того, некоторые БИС не выдерживают больших токовых нагрузок и выходят из строя. Следовательно, необходимо выделение только одного из источников информации и монопольное предоставление в его распоряжение магистрали интерфейса. Для решения этой задачи служат схемы селекции или арбитража, месторасположение которых, в общем случае, строго не регламентировано и зависит от типа используемого оборудования.

Искажение передаваемой информации также возникает в случаях, когда смены событий в различных частях интерфейса не согласованы. Например, один ИМ начинает передачу, а другой, являющийся приемником, не готов в данный момент к ее приему. В этом случае информация будет просто потеряна. Для устранения таких ситуаций необходимо засинхронизовать смены событий в приемнике и передатчике.

Таким образом, принятая структурная блок-схема интерфейса требует соблюдения определенных принципов, которые являются основными при их проектировании и построении. К ним относят следующие: принцип магистральности, принцип селекции или арбитража и принцип синхронизации. Перейдем к рассмотрению этих принципов.

1.2. Принцип магистральности интерфейсов Общепринято магистраль интерфейса делить на две группы – информационную и управляющую. В этом случае информационная группа линий интерфейса образует информационную магистраль, а управляющая – магистраль управления. Составными частями каждой из магистралей служат шины. Шина представляет собой набор проводников, по которым одновременно передается логически связанная совокупность сигналов.

В интерфейсах информационная магистраль может состоять из следующего набора шин:

шины команд (ШК), шины данных (ШД), шины адреса (ША) и шины состояния (ШС). То есть данная магистраль предназначена для передачи по ней кодов команд, данных, адреса и кодов состояния.

Коды команд используются для программирования микропроцессора, контроллера и интерфейсных БИС с целью обеспечения необходимого взаимодействия или выполнения ими определенных микроинструкций. В большинстве измерительных интерфейсов регламентируется минимальный набор кодов команд типа "Чтение/запись в регистр", "Конец передачи", "Начальная установка" и т. п. В системных интерфейсах набор кодов команд существенно расширен, поскольку включает в себя систему команд установленного в компьютере микропроцессора.

Коды данных используются для передачи данных. При этом, для измерительных интерфейсов, эти коды в основном соответствуют двоичному представлению символов в стандартах КОИ-7 (КОИ-8) или АSCII-кодировке. В системных интерфейсах к ним следует добавить любой двоичный код, воспринимаемый микропроцессором или интерфейсами модулями как данные. Основной характеристикой, как шины команд, так и шины данных является их разрядность.

Коды адреса используются для идентификации отдельных составных частей системы (ячеек памяти, регистров, портов ввода/вывода) с целью организации обращения к ним. Коды адреса могут передаваться либо в двоичной форме, либо с помощью позиционного кода, когда активизируется одна из линий ША. В системных интерфейсах используют только двоичную форму кодов адресов.

Коды состояния используются системой для передачи сообщений о состоянии устройства сопряжения. Как правило, эти коды формируются в ответ на коды команд чтения регистра состояния или просто информируют ЦП или контроллер о текущем функционировании устройства.

В последнее время наметилась тенденция к сокращению количества интерфейсных линий.

В связи с этим большинство интерфейсов имеют только две информационных шины: шина адреса и шина данных. В этом случае коды команд и коды состояния передаются по шине данных, а назначение ША остается без изменений. Кроме того, наиболее широко используемая в современных компьютерах магистраль PCI использует для передачи кодов команд, данных, состояния и адреса единый набор проводников. Такой режим передачи называют мультиплексным.

Pages:     || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 20 |










© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.