Часть 3 - Технические средства реализации информационных процессов (Т.В. Лукьянова - Конспект лекций по информатике), страница 5

Шины и портыВо время выполнения программы процессор постоянно обращается к оперативной памяти. Он выбирает из оперативной памяти команды программы и обрабатываемые данные, а также записывает в память результаты их обработки. Для передачивсей этой информации процессор и оперативная память соединяются между собойпучком (жгутом) проводов. По каждому проводу жгута передается только один битинформации.

Кроме собственно передачи данных между оперативной памятью и процессором, для обеспечения правильности этой передачи информацию нужно сопровождать некоторыми управляющими сигналами. Контроль над правильностью передачи информации по проводам обеспечивают специальные электронные схемы.Комплекс, состоящий из пучка проводов и электронных схем, обеспечивающихправильную передачу информации внутри компьютера, называют магистралью, системной шиной или просто шиной.Иногда, когда хотят подчеркнуть, что речь идет об отдельной части магистрали,по которой передаются адреса байтов оперативной памяти, говорят: «адреснаяшина».

А когда говорят о части шины, отвечающей за передачу содержимого этихбайтов, применяют название «шина данных».Число проводов в шине называется ее разрядностью. Разрядность шины данныхтесно связана с длиной машинного слова и часто бывает ей равна. Разрядность адресной шины определяет максимально возможный для данной машины объем адресногопространства, то есть максимально возможный объем оперативной памяти. Так,например, при двадцатичетырехразрядной адресной шине объем адресного пространства равен 224байт (16 Мбайт), а при тридцатишестиразрядной — 236байт (64 Гбайт).Шина связывает между собой не только процессор и оперативную память, фактически все устройства компьютера — диски, клавиатура, дисплей и т. д.

— так илииначе принимают и передают данные через шину (Рис. 3.8). Для этого в шине предусмотрены стандартные разъемы, к которым подключаются те или иные устройствакомпьютера.В современных компьютерах предусмотрено несколько специализированныхшин, которые соединяют друг с другом оперативную память и процессор, процессори дисплей и т. д.

Такая схема обеспечивает существенное повышение мощности и эффективности работы компьютера. Специализированные шины, входящие в состав современного компьютера, отличаются друг от друга не только разрядностью, но и ещеодной важнейшей характеристикой — скоростью обмена, которую у шин называютеще и пропускной способностью.

От разрядности и скорости обмена зависит тип иколичество устройств компьютера, которые могут быть подсоединены к той или инойшине.19Рис. 3.8. Упрощенная схема устройства персонального компьютераДля повышения производительности ПК, наряду с системной шиной используются локальные шины, связывающие между собой процессор и внешние устройства.Последние подключают к системной шине через слоты (разъемы) расширения, имеющие специфический внешний вид для каждой из них. Назначение слотов на материнской плате – подключение различных плат сопряжения с внешними устройствамии реализация дополнительных возможностей. В частности, можно упомянуть следующие шины: ISA (Industry Standard Architecture — стандарт промышленной архитектуры) иEISA (Extended ISA — расширенный ISA) — устаревшие шины для подключения внешних устройств со скоростью обмена от 8 до 33 Мбайт/с; PCI (Peripheral Component Interconnect — соединитель периферийных компонент) — современная высокоскоростная шина для подсоединения внешних (периферийных) устройств со скоростью обмена до 500 Мбайт/с, а модификацияPCI-Х имеет скорость до 1 Гбайт/с; IDE (Integrated Drive Electronics — интегрированное электронное устройство)и EIDE (Extended IDE — расширенный IDE) — шина и стандарт для подключения к материнской плате жестких, оптических дисков и мобильных дисководов; скорость обмена данными до 100 Мбайт/с.Внутренние порты, расположенные на материнской плате, служат для подключения устройств: Serial ATA – дисковые устройства (HD, DVD) соответствующего типа; ATA IDE – дисковые устройства (HD, CD, DVD) соответствующего типа.ATA (Advanced Technology Attachment) – спецификация интерфейса для подключения дисковых устройств.

IDE (Integrated Drive Electronics) – диск со встроенным контроллером управления для подключения c помощью параллельного интерфейса спецификации ATA.20Serial ATA – новый последовательный интерфейсобмена данными с накопителями информации. SATA является развитием параллельного интерфейса ATA (IDE),который после появления SATA был переименован вPATA (Parallel ATA).SATA использует 7-контактный разъём вместо 40контактного разъёма у PATA. SATA-кабель имеет меньшую площадь, за счёт чего уменьшается сопротивлениевоздуху, обдувающему комплектующие компьютера,упрощается разводка проводов внутри системного блока.Рис. 3.9. КабелиНа Рис. 3.9 показаны кабели подключения для дисподключения IDE и SATAков параллельного и последовательного интерфейсов.Первая версия SATA предусматривала работу шины на частоте 1,5 ГГц, обеспечивающей пропускную способность приблизительно в 1,2 Гбит/с (150 Мбайт/с).Вторая версия стандарта — SATA- II или SATA 2.0 работает на частоте 3 ГГц, обеспечивает пропускную способность до 3 Гбит/с.

Спецификация SATA Revision 3.0(SATA III или SATA 3.0) представлена в июле 2008 и предусматривает пропускнуюспособность до 6 Гбит/с.В мобильных компьютерах для подключения плат расширения памяти и периферийных устройств (модемов, сетевых карт, сменных жестких дисков и т.д.) используются 68-контактные разъемы стандарта PC-card, ранее называвшиеся PCMCIA(Personal Computer Memory Card International Association). Они предназначены дляподсоединения малогабаритных версий указанных устройств размером 54x85,6 ммтолщиной 3-3,5 или 10,5 мм.Интерфейс PCMCIA был разработан специально для портативных компьютеров и используется практически всегда только для них.

Необходимость создания нового интерфейса вызвана тем, что в notebook'ах нет возможности для установки обычных плат расширения, потому что там отсутствуют слоты, куда бы эти самые картыможно было бы вставить. PCMCIA расшифровывается как Personal Computer MemoryCard International Association и представляет собой своего рода расширение системной шины портативного РС.Внешний порт – разъем на задней или передней панели системного блока, используется для подключения различных устройств: USB – принтеры, сканеры, внешние модемы, TV-тюнеры, клавиатура, мышь,внешние дисковые накопители, Flash Drive и многое другое; IEEE-1394 – цифровые видеокамеры, дисковые устройства; PS/2 – клавиатура и мышь; при наличии интегрированной видеоподсистемы разъем DVI – цифровой выходна монитор или VGA – аналоговый (см. рисунок 2.8);21 при наличии интегрированной аудиоподсистемы разъемы для подключения колонок и микрофона. Кроме того, могут присутствовать устаревшие на сегодняшний день порты: COM – мышь, модем и пр.; LPT – принтер, сканер.Новые интерфейсы подключения внешних устройств – USB, SATA, IEEE-1394(FireWire), DVI представляют собой последовательные шины (Serial Bus) с небольшим количеством проводов (4 – 7) в кабеле.Параллельные шины ATA, IDE, LPT имеют значительно большее количествопроводников в кабеле (IDE 40 или 80 проводов, LPT – 18) и, соответственно, контактов на разъемах.Скорость работы современных последовательных шин выше, чем параллельных.Наиболее часто используется в настоящее время порт USB (Universal Serial Bus– универсальная последовательная шина), которая имеет 3 типа: USB, USB 2.0 и USB3.0.

Особенности этой шины: высокая скорость передачи информации – до 480 Мб/с для USB 2.0; до 5 Гбит/сдля USB 3.0; длина кабеля подключения – до 5 м; количество подключаемых устройств (включая размножители) – до 127; возможно подключение устройств с различными скоростями обмена; возможность подключать и отключать устройства при работающем компьютере; возможность подавать питание напряжением 5 V на маломощные периферийных устройства (ток до 900 mA); кабель подключения имеет различные разъемы для подключения к компьютеру(тип «А») и к внешнему устройству (тип «B»).Шина USB предоставляет в полной мере возможность использования технологии Plug&Play для периферийных устройств, т.

е. при подключении нового устройства к работающему компьютеру (наиболее часто в настоящее время – флэш-накопителей, внешних жестких дисков, «мышь» на ноутбуках и т. п.) происходит его автоматическое распознавание и установка соответствующих драйверов, необходимыхдля работы с этим устройством. Для использования большого количества USB портовприменяются USB-концентраторы (хабы), как внешние, так и встроенные в монитор,клавиатуру и пр.Для связи мобильных компьютеров с настольными, а также для подключенияразличных устройств довольно широко используется беспроводный интерфейс, работающий в инфракрасном диапазоне – IrDa.

Подобная связь имеет ряд преиму22ществ: низкую цену, невысокое энергопотребление и отсутствие вредных высокочастотных излучений. Первый стандарт IrDa (Infrared Data Association) появился в июне1994 г.; скорость передачи данных может составлять 1,152 или 4,0 Мбит/с.В 1998 г. была начата разработка альтернативной технологии Bluetooth, использующей для передачи данных высокочастотный радиоканал (2,4 -2,48 ГГц). Скорость передачи данных (в зависимости от используемого режима) составляет 420 или720 Кбит/с, связь обеспечивается на расстоянии до 100 м.3.5.6.

Оперативная памятьОперативная память – один из основных компонентов компьютера, предназначенный для хранения информации (программ и обрабатываемых программамиданных) во время исполнения программ на компьютере.Оперативная память (RAM – Random Access Memory, ОЗУ) – устройство, предназначенное для хранения обрабатываемой информации (данных) и программ, управляющих процессом обработки информации.

Конструктивно оперативная память изготавливается в виде небольших печатных плат с рядами контактов, на которых размещаются интегральные схемы памяти (модули памяти), различающиеся по размеруи количеству контактов, по быстродействию, по объему.Для того чтобы какая-либо программа начала свое выполнение, она должна бытьзагружена в оперативную память. Оперативная память является энергозависимой,т.е. хранит информацию, пока компьютер включен (подано питание на модуль оперативной памяти). В оперативную память программа и данные для ее работы попадаютиз других устройств, т.