Интерфейсы современных компьютеров. Виды, типы, характеристики

Федеральное агентство по образованию

ГОУ ВПО

Всероссийский заочный финансово-экономический  институт

Кафедра прикладной информатики

 

 

 

 

 

КУРСОВАЯ РАБОТА

            по дисциплине: информатика

                          тема: Интерфейсы современных компьютеров.

                              Виды, типы, характеристики

 

 

 

 

          Преподаватель:

          Работа выполнена:

          Факультет:

    

 

 

 

 

 

Уфа 2012

 

Соодержание

Введение…………………………………………………………………………....1

Интерфейсы современных  компьютеров. Виды, типы, характеристики……....3

Практическая часть…………………………………………………………….....23

Заключение………………………………………………………………………..31

Список литературы……………………………………………………………….32

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

Компьютер - это электронной  прибор, предназначенный для автоматизации  создания, хранения, обработки и  транспортировки данных. В основе любого современного компьютера, лежит тактовый генератор, вырабатывающий через равные интервалы времени электрические сигналы, которые используются для приведения в действие всех устройств компьютерной системы. Управление компьютером фактически сводится к управлению распределением сигналов между устройствами. Такое управление может производиться автоматически (в этом случае говорят о программном управлении) или вручную с помощью внешних органов управления. В современных компьютерах внешнее управление в значительной степени автоматизировано с помощью специальных аппаратно-логических интерфейсов, к которым подключаются устройства управления и ввода данных (клавиатура, мышь, джойстик и другие). В отличие от программного управления такое управление называют интерактивным.

Состав вычислительной системы  называется конфигурацией, отдельно рассматривают  аппаратную конфигурацию вычислительных систем и их программную конфигурацию.

Современные компьютеры и  вычислительные комплексы имеют  блочно-модульную конструкцию - аппаратную конфигурацию, необходимую для исполнения конкретных видов работ, можно собирать из готовых узлов и блоков. По способу расположения устройств относительно центрального процессорного устройства (ЦПУ— Central Processing Unit, CPU) различают внутренние и внешние устройства. Внешними, как правило, являются большинство устройств ввода-вывода данных (их также называют периферийными устройствами) и некоторые устройства, предназначенные для длительного хранения данных. Согласование между отдельными узлами и блоками выполняют с помощью переходных аппаратно-логических устройств, называемых аппаратными интерфейсами.

Интерфе́йс (англ. interface - сопряжение, поверхность раздела, перегородка)  граница раздела двух систем, устройств или программ, определённая их характеристиками, характеристиками соединения, сигналов обмена и т. п. Совокупность унифицированных технических и программных средств и правил (описаний, соглашений, протоколов), обеспечивающих взаимодействие устройств и/или программ в вычислительной системе или сопряжение между системами. Понятие интерфейса распространяется и на системы, не являющиеся вычислительными или информационными. (Википедия)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Интерфейсы современных  компьютеров. Виды, типы, характеристики. Многочисленные интерфейсы, присутствующие в архитектуре любой вычислительной системы, можно условно разделить на следующие основные классы:

-системные интерфейсы  ЭВМ;

-периферийного оборудования (общие и специализированные);

-программно-управляемых  модульных систем и приборов;

-интерфейсы сетей передачи  данных и другое.

Различные микросхемы и устройства, образующие ПК, должны быть соединены  друг с другом таким образом, чтобы  они имели возможность обмениваться данными и целенаправленно системно управляться. Эта проблема решена путем  применения унифицированных шин. Используется набор проводников (на системной  плате это печатные проводники), к которым подключены разъемы - гнезда (socket) или слоты (slot). В слоты расширения могут вставляться платы адаптеров (контроллеров) отдельных устройств и, что особенно важно, новых устройств. Таким образом, любой компонент, вставленный в слот, может взаимодействовать с каждым подключенным к шине компонентом персонального компьютера.

Шина представляет собой  набор проводников (линий), соединяющий  различные компоненты компьютера для  подвода к ним питания и  обмена данными. В минимальной комплектации шина имеет три типа линий:

-управления;

-адреса;

-данных.

Обычно системы включают два типа шин:

-системная шина, соединяющая  процессор с ОЗУ и кэш-памятью  2-го уровня;

-множество шин ввода-вывода, соединяющие процессор с различными  периферийными устройствами. Последние  соединяет с системной шиной  мост, который встроен в набор  микросхем (chipset), обеспечивающий функционирование процессора.

                          Оперативная

                     Вторичная шина                                                     память

    ЦП  Вторичная

                     Системная шина              Кеш-память

                                                                         (L2)

                                            Первичная шина

                                                       Периферийные

              Мост              Шина ввода-вывода       устройства

 

Системные интерфейсы и интерфейсы ввода-вывода

 

Внутренние интерфейсы

ISA. Историческим достижением компьютеров платформы IBM PC стало архитектуры, получившей статус промышленного стандарта ISA (Industry Standard Architecture), другое название AT-Bus. Она не только позволила связать все устройства системного блока между собой, но и обеспечила простое подключение новых устройств через стандартные разъемы (слоты). Пропускная способность шины, выполненной по такой архитектуре, составляет до 5,5 Мбайт/с. 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. Расширением стандарта ISA стал стандарт EISA (Extended ISA), отличающийся увеличенным разъемом и увеличенной производительностью (до 32 Мбайт/с). Поддерживает режим управления шиной со стороны любого из устройств, установленных в разъем (Bus Mastering). После 2000 года выпуск материнских плат с разъемами IS A/EISA и устройств, подключаемых к ним, прекратился.

VLB. Шина VLB была расширением шины ISA только для процессоров Intel 80486 и использовала его технические особенности. По сути, на контакты дополнительного слота выходили физические линии системной шины (процессор-память). Таким образом, процессор мог напрямую обращаться к буферам и памяти контроллеров, работающих на шине VLB. Для процессора это выглядело как дополнительные модули обычной памяти (общее адресное пространство). Таким образом, процессор работал с устройством на тех же скоростях, что и с памятью (в то время как ISA использовала тактовую частоту 8МГц и 16битную шину), что и обеспечивало высокое быстродействие.

В случае процессоров Pentium и NexGen функциональность шины VLB реализовывалась с помощью дополнительных мостов в чипсете, что приводило к катастрофическому падению производительности.

Основным недостатком  интерфейса VLB стало то, что предельная частота локальной шины и, соответственно, ее пропускная способность зависят  от числа устройств, подключенных к  шине. Так, например, при частоте 50 Мщ к шине может быть подключено только одно устройство (видеокарта). Для сравнения скажем, что при частоте 40 Мгц возможно подключение двух, а при частоте 33 Мгц — трех устройств.

МСА (MicroChannel Architecture). MCA - микроканальная архитектура - была введена в пику конкурентам фирмой IBM для своих компьютеров PS/2 начиная с модели 50. Шина МСА несовместима с ISA/EISA и другими адаптерами.

Эта шина не обладала обратной совместимостью с ISA, но содержала ряд  передовых для своего времени  решений:

-8/16/32-разрядную передачу  данных;

-пропускную способность  20 Мбайт/с при частоте шины 10 МГц;

-поддержку нескольких  активных устройств. Работу координирует  устройство, называемое арбитром  шины (САСР - Central Arbitration Control Point). При распределении функций управления шиной арбитр исходит из уровня приоритета, которым обладает то или иное устройство или операция. Всего таких уровней четыре (в порядке убывания):

-регенерация системной  памяти;

-прямой доступ к памяти (DMA);

-платы адаптеров;

-процессор.

LPC. Шина Low Pin Count («малоконтактный» интерфейс), или LPC, используется на IBM-совместимых персональных компьютерах для подсоединения низкоскоростных устройств, таких, как «преемственные» (legacy) устройства ввода-вывода (последовательный и параллельный порты, клавиатура, мышь, контроллер НГМД). Физически LPC обычно подсоединяется к чипу «Южного моста». Шина LPC была предложена Intel в 1998 году как замена для шины ISA.

Спецификация LPC определяет 7 электросигналов для двунаправленной передачи данных, 4 из которых несут мультиплексированные адрес и данные, оставшиеся 3 - управляющие сигналы (кадр, сброс, синхросигнал).

Шина LPC предусматривает  только 4 линии вместо 8 или 16 для ISA, но она имеет полосу пропускания ISA (33 МГц). Другим преимуществом LPC является то, что количество контактов для  присоединяемых устройств равно 30 вместо 72 для эквивалента ISA.

Локальные шины

VESA (VL-bus). Исторически появилась первой и была создана специально для лучшего микропроцессора того времени 480DX/2. В зависимости от используемого центрального процессора тактовая частота шины может составлять от 20 до 66 МГц.

Стандарт шины VL 1.0 поддерживает 32-разрядный тракт данных, но его  можно использовать и в 16-разрядных  устройствах. Стандарт 2.0 рассчитан  на 64-битовую шину в соответствии с новыми процессорами. Спецификация 1.0 ограничена частотой 40 МГц, а 2.0 - 50 МГц. В спецификации 2.0 шина поддерживает до 10 устройств, 1.0 - только три. Устойчивая скорость передачи составляет до 106 Мбайт/с (для 64-разрядной шины - до 260 Мбайт/с).

Шина VL-bus явилась шагом вперед по сравнению с ISA как по производительности, так и по дизайну. Однако и эта шина не была лишена недостатков, главными из которых являлись следующие:

-ориентация на 486-й процессор. VL-bus жестко привязана к шине процессора 80486, которая отличается от шин Pentium и Pentium Pro/Pentium II;

-ограниченное быстродействие. Как уже было сказано, реальная  частота VL-bus не больше 50 МГц. Причем при использовании процессоров с множителем частоты шина использует основную частоту (так, для 486DX2-66 частота шины составит 33 МГц);

-схемотехнические ограничения.  К качеству сигналов, передаваемых  по шине процессора, предъявляются  очень жесткие требования, соблюсти  которые можно только при определенных  параметрах нагрузки каждой линии  шины;

-ограничение количества  плат, вытекающее из необходимости  соблюдения ограничений на нагрузку  каждой линии.

PCI. Интерфейс PCI (Peripheral Component Interconnect  стандарт подключения внешних компонентов) был введен в персональных компьюте-рах, выполненных на базе процессоров Intel Pentium. По своей сути это тоже интерфейс локальной шины, связывающей процессор с оперативной памятью, в которую врезаны разъемы для подключения внешних устройств. Для связи с основной шиной компьютера (ISA/ EISA) используются специальные интерфейсные преобразователи — мосты PCI (PCIBridge). В современных компьютерах функции моста PCI выполняют микросхемы микропроцессорного комплекта (чипсета).

Данный интерфейс поддерживает частоту шины 33 МГц и обеспечивает пропускную способность 132 Мбайт/с. Последние  версии интерфейса поддерживают частоту  до 66 МГц и обеспечивают производительность 264 Мбайт/с для 32-разрядных данных и 528 Мбайт/с для 64-разрядных данных. Шина децентрализована, нет главного устройства, любое устройство может стать инициатором транзакции. Для выбора инициатора используется арбитраж с отдельно стоящей логикой арбитра. Арбитраж «скрытый», не отбирает времени — выбор нового инициатора происходит во время транзакции, исполняемой предыдущим инициатором.

Транзакция состоит из 1 или 2 циклов адреса (2 цикла адреса используются для передачи 64-битных адресов, поддерживаются не всеми устройствами, дают поддержку DMA на памяти более 4 Гб) и одного или многих циклов данных. Транзакция со многими циклами данных называется «пакетной» (burst), понимается как чтение/запись подряд идущих адресов и даёт более высокую скорость — один цикл адреса на несколько, а не на каждый цикл данных, и отсутствие простоев (на «успокоение» проводников) между транзакциями.

PCI Express (PCX). Стандарт PCX определяет гибкий, масштабируемый, высокоскоростной, последовательный, «горячего подключения» интерфейс, программно-совместимый с PCI. В отличие от предшественника, PCX поддерживает систему связи «точка-точка», подобную ГиперТранспорту AMD, а не многоточечную схему, используемую в параллельной шинной архитектуре. Это устраняет потребность в шинном арбитраже, обеспечивает низкое время ожидания и упрощает «горячее» подключение-отключение системных устройств.