Э. Таненбаум - Архитектура компьютера (1127755), страница 32
Текст из файла (страница 32)
2.23. Полуотражающий слой Односторонний диск толщиной 0,6 мм Алюминиевый отражатель Алюминиевый отражатель Односторонний диск толщиной 0,6 мм Полуотражающий слой Рис. 2.23. Двухсторонний ОНО-диск с двойным слоем РЧР-диск был разработан корпорацией, объединяющей 10 компаний по производству бытовой техники (семь из них японские), в тесном сотрудничестве с главными студиями Голливуда (владельцами некоторых из этих студий являлись японские компании).
Ни компьютерная, ни телекоммуникационная промышленность не была вовлечена в разработку, в результате упор был сделан на использование РЧР для проката и продажи фильмов. Перечислим некоторые стандартные особенности РЧР: возможность исключать непристойные сцены из фильма (чтобы родители могли превратить фильм типа )ч)С17г в фильм, который можно смотреть детям), шестиканальный звук, широкие возможности масштабирования. Последняя особенность позволяет РЧП-проигрывателю решать, как обрезать правый и левый края рамки изображения у таких фильмов, у которых соотношение ширины и высоты составляет 3:2, чтобы их можно было без ущерба для качества воспроизводить на экранах современных телевизоров (соотношение ширины и высоты 4:3).
Еще одна особенность, которая, вероятно, никогда не пришла бы в голову создателям компьютерных технологий, — намеренная несовместимость стандартов дисков для Соединенных Штатов, для европейских стран, для стран с других ' МС17 — фильмы, содержащие сцены секса и насилия и не предназначенные для семейного просмот- ра. — Примеч. перев.
Ввод-вывод 1 23 континентов. Голливуд ввел такую систему, потому что новые фильмы всегда сначала выпускаются на экраны в Соединенных Штатах и только после выпуска видеокассет отправляются в Европу. Это делается для того, чтобы европейские магазины видеопродукции не могли покупать видеозаписи в Америке слишком рано (вследствие этого мог сократиться объем продаж новых фильмов в Европе). Вероятно, если бы Голливуд стоял во главе компьютерной индустрии, в Америке дискеты были бы размером 3,5 дюйма, а в Европе — 9 см. Диски В!ц-йау Ничто не вечно в компьютерном бизнесе, особенно технологии хранения. Стоило только появиться стандарту ?)Ъ'Р, как тут же у него обнаружился серьезный конкурент.
Преемником РЧ?3 можно считать технологию В1п-Кау, предусматривающую применение синего лазера вместо красного. Синий лазер отличается более короткой длиной волны, а значит, повышенной точностью; за счет этого обстоятельства он позволяет уменьшать размеры лунок и площадок. На односторонних дисках В!ц-Вау умещается около 25 Гбайт данных; на двухсторонних— 50 Гбайт. Скорость передачи данных составляет 4,5 Мбит/с, что очень неплохо для оптических дисков, хотя по-прежнему несопоставимо с магнитными (напомним, стандарт АТАР?-6 предусматривает передачу данных на скорости 100 Мбит,~с, а Шгга4 БС51 позволяет поднять скорость до 320 Мбит/с). Ожидается, что диски В!п-??ау в конечном счете вытеснят и С?)-, и ?)Ч?)-диски, но на это, конечно, уйдет не один год.
Ввод-вывод Как отмечалось в начале этой главы, компьютерная система состоит из трех основных компонентов: центрального процессора, памяти (основной и вспомогательной) и устройств ввода-вывода (принтеров, сканеров и модемов). До сих пор мы рассматривали центральный процессор и память. Теперь мы поговорим об устройствах ввода-вывода и о том, как они соединяются с остальными компонентами системы. Шины Большинство персональных компьютеров и рабочих станций имеют физическую структуру, сходную с показанной на рис. 2.24. Обычно устройство представляет собой металлический корпус с большой интегральной схемой на дне, которая называется материнской платой (политкорректности ради можно называть ее системной платой).
Материнская плата содержит микросхему процессора, несколько разъемов для модулей ?)?ММ и различные вспомогательные микросхемы. Еще на материнской плате располагаются шина (она тянется вдоль платы) и несколько разъемов для подсоединения устройств ввода-вывода. Иногда шин бывает две: одна (шина РС1), с высокой скоростью передачи данных, предназначается для современных устройств ввода-вывода, а другая (шина 15А), с низкой скоро- 124 Глава 2.
Организация компьютерных систем стью передачи данных, — для устаревших устройств. В современных компьютерах шина 15А, как правило, отсутствует. зс Звуко Краевой разъем Рис. 2.24. Физическая структура персонального компьютера Логическую структуру обычного персонального компьютера иллюстрирует рис. 2.25. У данного компьютера имеется одна шина для соединения центрального процессора, памяти и устройств ввода-вывода; однако большинство систем имеют две и более шины.
Монитор Шина Рмс. 2.26. Логическая структура обычного персонального компьютера Каждое устройство ввода-вывода состоит из двух частей; одна объединяет большую часть злектроники и называется контроллером, а другая представляет собой само устройство ввода-вывода, например дисковод. Контроллер обычно располагается на плате, которая вставляется в свободный разъем.
Исключение представляют собой контроллеры устройств, являющихся неотъемлемыми составными частями компьютера (например, клавиатуры), которые иногда располагаются на материнской плате. Хотя дисплей (монитор) и нельзя назвать дополнительным устройством, соответствующий контроллер иногда располагается на встроенной плате, чтобы пользователь мог по желанию выбирать платы с гра- Ввод-вывод 125 фическими ускорителями или без них, устанавливать дополнительную память и т.
д. Контроллер связывается с самим устройством кабелем, который соединяется с разъемом на задней стороне корпуса. Контроллер управляет своим устройством ввода-вывода и для этого регулирует доступ к шине. Например, если программа запрашивает данные с диска, она посылает команду контроллеру диска, который затем отправляет диску команду поиска и другие команды. После нахождения соответствующей дорожки и сектора диск начинает передавать контроллеру данные в виде потока битов. Задача контроллера состоит в том, чтобы разбить поток битов на фрагменты и записывать каждый такой фрагмент по мере накопления битов для него в память. Отдельный фрагмент обычно представляет собой одно или несколько слов. Если контроллер считывает данные из памяти или записывает их в память без участия центрального процессора, то говорят, что осуществляется прямой доступ к памяти (О1гесг Мепюгу Ассезз, РМА).
Когда передача данных заканчивается, контроллер вызывает прерывание, вынуждая центральный процессор приостанавливать работу текущей программы и начинать выполнение особой процедуры. Эта процедура называется программой обработки прерываний, и нужна она для того, чтобы проверить, нет ли ошибок, в случае их обнаружения произвести необходимые действия и сообщить операционной системе, что процесс ввода- вывода завершен. Когда программа обработки прерывания завершается, процессор возобновляет работу программы, которая была приостановлена в момент прерывания.
Шина используется не только контроллерами ввода-вывода, но и процессором для передачи команд и данных. А что происходит, если процессор и контроллер ввода-вывода хотят получить доступ к шине одновременно? В этом случае особая микросхема, которая называется арбитром шины, решает, чья очередь первая. Обычно предпочтение отдается устройствам ввода-вывода, поскольку работу дисков и других движущихся устройств нельзя прерывать, так как это может привести к потере данных.
Когда ни одно устройство ввода-вывода не функционирует, центральный процессор может полностью распоряжаться шиной для взаимодействия с памятью. Однако если работает какое-нибудь устройство ввода-вывода, оно будет запрашивать доступ к шине и получать его каждый раз, когда ему это необходимо. Этот процесс, который притормаживает работу компьютера, называется захватом цикла памяти (сус1е згеа!1пя). Описанная структура успешно использовалась в первых персональных компьютерах, поскольку все их компоненты работали с примерно одинаковой скоростью. Однако как только центральные процессоры, память и устройства ввода- вывода стали работать быстрее, возникла проблема: шина перестала справляться с нагрузкой. В случае закрытых систем, таких как инженерные рабочие станции, решением проблемы стала разработка для следующей модели машины новой шины с более высокой скоростью передачи данных.
Поскольку никто никогда не переносил устройства ввода-вывода со старой модели на новую, такой подход работал успешно. Однако в мире персональных компьютеров большая часть пользователей, заменяя свой компьютер новой моделью, никак не рассчитывает одновременно отказываться от своих старых и привычных принтера, сканера и модема. Кроме 1 26 Глава 2. Организация компьютерных систем того, существовала целая отрасль промышленности, выпускавшая широкий спектр устройств ввода-вывода для компьютеров 1ВМ РС, и производители этих устройств совершенно не были заинтересованы в том, чтобы начинать все свои разработки заново.
Компания 1ВМ прошла этот тяжелый путь, выпустив после линейки 1ВМ РС линейку РБ/2. У компьютеров Р3/2 была новая шина с более высокой скоростью передачи данных, но большинство производителей клонов продолжали использовать старую шину РС, которая сейчас называется шиной 1ЯА (1пбпзсгу Бсапс1агс1 АгсЬ1сесФпге — стандартная промьппленная архитектура). Большинство производителей дисков и устройств ввода-вывода также продолжали выпускать контроллеры для старой модели, поэтому компания 1ВМ оказалась в весьма неприятной ситуации, поскольку в тот момент она была единственным производителем персональных компьютеров, несовместимых с линейкой 1ВМ.
В конце концов компания была вынуждена вернуться к производству компьютеров на основе шины 1БА. Отметим, что аббревиатура 13А также может расшифровываться как 1пзсгпсс)оп Яе1 АгсЬйестпге (архитектура набора команд), если речь идет об уровнях иерархии команд. Хотя влияние рынка привело к тому, что никаких изменений в старой шине сделано не было, быстрее она работать не стала, и нужно было что-то предпринять. В результате другие компании начали производить компьютеры с несколькими шинами, одной из которых была либо прежняя шина 13А, либо шина Е1$А (Ехгепс(ес) 13А — расширенная стандартная промышленная архитектура), как и 1ЯА, совместимая со старыми устройствами ввода-вывода.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
