К. Хамахер, З. Вранешич, С. Заки - Организация ЭВМ - 5-е издание (2003) (1114649), страница 71
Текст из файла (страница 71)
Многие компьютеры снабжены микрофонами — либо встроенными, либо подключенными в качестве внешних устРойств. Воспринимаемый микрофоном звук преобразуется в аналоговый электрический сигнал, который перед обработкой компьютером должен быть преобразован в цифровую форму. Для этого аналоговый сигнал дискретизируется и аналогово-цифровой преобразователь (АЦП) через определенные промежутки времени (период дискретизации) замеряет характеристики звука и генерирует соответствующие п-разрядные значения. Аналоговый звуковой сигнал, замеряемый в конкретный момент времени, называется отсчетом. Количество битов, п, выбирается исходя из требуемой точности представления звука.
Позже, когда эти данные передаются на динамик, обратный цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП) восстанавливает исходный аналоговый сигнал из цифрового формата. 306 Глава 4. Ввод-вывод В процессе дискретизации генерируется непрерывный поток числовых значений, поступающих через равные промежутки времени. Этот процесс синхронизируется с помощью тактового сигнала. Процесс, последовательные события которого происходят через равные промежутки времени, называется изохронныл, Для того чтобы при оцифровке звука сохранялись те его составляющие, которые меняются с очень большой скоростью, частота дискретизации должна быть очень высокой. Если она составляет з значений в секунду, максимальная частота звука, фиксируемая в ходе оцифровки, будет равна з/2.
Например, человеческая речь адекватно записывается при частоте дискретизации 8 кГц, что позволяет сохранять звуковые частоты до 4 кГц. Для более высоких звуков, которые должны записываться музыкальными системами, требуется большая частота дискретизации. Стандартная частота дискретизации цифрового звука составляет 44,1 кГц.
Каждый отсчет передается посредством 4 байт данных, что позволяет представить достаточно широкий диапазон уровней звука (динамический диапазон), необходимый для высококачественного воспроизведения звука. В результате скорость потока данных составляет около 1,4 Мбит/с. Для процесса оцифровки голоса или музыки важно сохранить точное соответствие частоты дискретизации записи и воспроизведения звука. Значительное расхождение тактовой частоты при записи и воспроизведении звука совершенно недопустимо. Поэтому механизм пересылки данных между компьютером и музыкальной системой должен обеспечивать строго одинаковые промежутки времени между отсчетами. В противном случае потребуется сложная схема буферизации и повторного тактирования.
С другой стороны, вполне допустимы отдельные ошибки и пропущенные отсчеты. Они либо вовсе не замечаются слушателем, либо приводят к возникновению щелчов при воспроизведении записи. К качеству графических и видеофайлов предъявляются похожие требования, но для их передачи нужна значительно более широкая полоса пропускания канала. Термин «полоса пропускания» означает пропускную способность коммуникационного канала, измеряемую в битах или байтах в секунду.
Для воспроизведения видео с качеством коммерческого телевидения ~оставляющие его отдельные изображения должны иметь объем около 16 Кбайт и передаваться со скоростью 30 изображений в секунду, для чего необходима полоса пропускания 44 Мбит/с. Для более качественного видео, такого как НРТЪ' (Н18Ь Рейшгюп ТЪ'), требуются более высокие характеристики. Запоминающие устройства болъшого объема, в частности жесткие диски и СР-КОМ,предъявляют несколько иные требования к коммуникационным интерфейсам. Как рассказывается в главе 5, эти устройства являются частью иерархии памяти компьютера.
Их соединение с компьютером должно обладать пропусхной способностью порядка 50 Мбит/с. Особенности функционирования диска таковы, что при его работе происходят задержки порядка миллисекунды. Поэтому небольшие дополнительные задержки при пересылке данных между диском и компьютером не имеют значения, равно как и незначителъные колебания частоты. Технология р1и9-елг1-р! еу По мере того как компьютеры все активнее входят в нашу повседневную жизнь, вх существование становится все более незаметным (как говорят в компьютерном 4.7.
Стандартные интерфейсы ввода-вывода 307 мире, прозрачным) для пользователя. Например, используя домашний театр, в состав которого входит как минимум один компьютер, пользователь не должен выключать этот компьютер или перезапускать систему, для того чтобы присоединить или отсоединить одно из устройств. Технология р1цй-апд-р1ау предполагает, что новое устройство, скажем дополнительный динамик, можно подключить в любое время прямо к работшощей системе.
Система должна сама обнаружить новое устройство, идентифицировать его и соответствующее ему программное обеспечение (драйвер, а также другие необходимые для его работы средства), назначить ему адреса и установить логические соединения для взаимодействия с другими устройствами.
Этот принцип налагает немалое количество требований и имеет множество следствий на всех уровнях системы, от аппаратного обеспечения до операционной системы и прикладных программ. Одной из главных задач разработчиков шины ()5В была именно реализация принципа р1цй-апс1-р1ау. Архитектура ЦЗВ Из сказанного выше следует, что для поддержки таких разнообразных устройств необходима коммуникационная система, отличающаяся низкой стоимостью, гибкостью и широкой полосой пропускания для пересылки данных. При этом нужно учесть, что устройства ввода-вывода могут располагаться на некотором расстоянии от компьютера. Для удовлетворения высоких требований к полосе пропускания требуется широкая шина, по которой могут параллельно передаваться 8, 16 н более битов информации.
Однако большое количество проводов повышает стоимость и усложняет конструкцию шины, делает ее неудобной для использования. Кроме того, из-за проблем со сдвигом данных (об этом говорилось в разделе 4.5.3) довольно сложно разработать широкую шину, по которой можно было бы передавать данные на большие расстояния. С расстоянием величина сдвига увеличивается, из-за чего снижается скорость пересылки данных.
Для шины ПЯВ выбран последовательный формат пересылки данных, обеспечивающий ее наименьшую стоимость и наибольшую гибкость. Тактирующий сигнал и данные кодируются вместе и передаются как единый сигнал. В результате нет никаких ограничений в отношении тактовой частоты нли расстояний, связанных со сдвигом данных, благодаря чему становится возможной высокая пропускная способность соединений с высокой тактовой частотой. Как уже упоминалось ранее, шина ПЯВ поддерживает три скорости пересылки данных, а именно 1,5; 12 и 480 Мбит/с, что соответствует нуждам самых разных устройств ввода-вывода.
Для того чтобы к шине ()ЗВ можно было одновременно подключать большое количество устройств, удаляемых и подсоединяемых в любое время, эта шина имеет древовидную структуру (рис. 4.43). В узлах дерева располагаются устройства, называемые хабами и действующие как промежуточные управляющие компоненты между хостом и устройствами ввода-вывода. Корневой хаб соединяет все дерево с хост-компьютером. Листьями дерева являются устройства ввода-вывода (клавиатура, динамики, соединение с Интернетом, цифровой телевизор и т. п.), в терминологии ()ЯВ называемые функциями.
Для согласованности с остальной частью книги мы будем по-прежнему называть их устройствами ввода-вывода. 308 Глава 4. Ввод-вывод Рис. 4.43. Структура дерева ОВВ Показанная на рисунке древовидная структура позволяет соединять множество устройств с помощью простых последовательных соединений вточка-точка». Каждый хаб имеет ряд портов, к которым можно подключать любые устройства, в том числе и другие хабы. В нормальном режиме хаб копирует полученное входное сообщение в свои выходные порты.
В результате посланное компьютером сообщение передается всем устройствам ввода-вывода, но отвечает на него только адресуемое устройство. В этом отношении УБВ функционирует подобно шине, показанной на рис. 4.1. Однако в отличие от этой шины сообщение от устройства ввода-вывода пересылается только вверх, в направлении корневого узла, и другие устройства его не получают. Таким образом, УБВ дает возможность хосту взаимодействовать с устройствами ввода-вывода, но не позволяет им взаимодействовать друг с другом. Давайте посмотрим, как древовидная структура соединений П Б В отвечает задачам этой шины. Дерево позволяет подключать к компьютеру большое количество 4.7. Стандартные интерфейсы ввода-вывода 309 устройств, используя всего один или несколько портов (корневые хабы).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
