Пояснительная записка (1231534), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Ужесейчас можно наблюдать, что в компьютерах различного ценового класса – от рабочих станций до суперкомпьютеров (суперсерверов) – используется один и тот же тип микропроцессора. Различия в стоимости ипроизводительности определяются практически только организациейсистем памяти и ввода-вывода. Для таких систем одной из наиболееправильных оценок производительности является время ответа (времямежду моментом ввода пользователем задания и получением результата), которое учитывает все накладные расходы, связанные с выполнением задания в системе, включая ввод-вывод.
Организация вводавывода существенно влияет на качественные показатели, причем внаибольшей степени тогда, когда речь идет о взаимодействии с оперативной памятью, дисковыми накопителями, видеоадаптерами, звуковыми и другими устройствами.Эти устройства связаны посредством специальных интерфейсов,которые могут быть организованы как одна или несколько специальновыделенных общих шин, к которым подключаются все подсистемы. Традиционно шины делятся на внутренние шины памяти и накопителей, магистральную шину ввода-вывода (системный интерфейс) и периферийное оборудование. Системный интерфейс имеет большую протяженность по сравнению с внутренней шиной, может поддерживать большееколичество устройств, и, как правило, соответствует одному из шинныхстандартов.
Необходимость сохранения баланса по мере роста быстро11действия микропроцессоров привела к многоуровневой организациишин системного интерфейса.Количество и типы устройств ввода-вывода в вычислительных системах не фиксируется, что позволяет пользователю самому подбиратьнеобходимую конфигурацию. Системный интерфейс может рассматриваться как шина расширения, обеспечивающая постепенное наращивание устройств. Разработанные стандарты позволяют разработчикамвнешних устройств работать независимо. Успех того или иного стандарта, в значительной степени, определяется принятием его такими организациями, как ANSI (Национальный институт по стандартизации США)или IEEE (Институт инженеров по электротехнике и электронике). Крометого, стандарт шины может быть разработан одним из комитетов постандартизации (например, FutureBus).Периферийные устройства, такие, как принтер, модем, мышь,сканер и другие включаются через устройства, называемые адаптерами.Взаимодействие осуществляется через интерфейс, определяющий типсоединения, уровень и длительность электрических сигналов протоколаобмена.
Стандартные последовательные и параллельные интерфейсыназывают портом ввода-вывода. Последовательный порт обеспечиваетпередачу информационных бит данных последовательно один за другим, а параллельный – передает несколько бит данных одновременно.Эти особенности накладывают определенные требования на организацию протокола обмена информацией.Набор внешних устройств может включать устройства ввода, вывода или двунаправленные.
При этом каждое устройство может работать по-своему, а обмен информацией обеспечивает драйвер устройства или базовая система ввода-вывода. Направления и скорости обмена для периферийного оборудования находятся в большом диапазоне иэто должно быть учтено при обслуживании таких устройств.12С точки зрения пользователя, характеристики производительности устройств ввода-вывода являются субъективными, однако для разработчика это имеет существенное значение. При разработке системыуправления объектами необходимо в первую очередь, определиться схарактеристиками объектов, их количеством, характером информации,требуемой скорости передачи, длительностью управляющих сигналов.Эти и многие другие параметры определяют тип интерфейса устройствас компьютером.Практически во всех компьютерах присутствуют стандартные порты ввода-вывода:– параллельные (LPT1-LPT4), к ним обычно присоединяют принтеры и сканеры, что должно учитываться разработчиком устройства связи с объектом (УСО);– асинхронные последовательные порты (COM1-COM4), к которым подключаются: мышь, модем и другие устройства;– игровой порт для подключения джойстика;– порт USB (универсальная последовательная шина).
Он является наиболее перспективным и имеет высокую скорость ввода-вывода. Кнему подключаются новые модели принтеров, сканеров, модемов. Главным его достоинством является возможность подключения целой цепочки устройств. По скорости обмена наилучшие показатели имеет спецификация USB2.0. Скорость его работы превосходит параллельные порты, которые, в свою очередь, выполняют ввод-вывод с большей скоростью, чем последовательные за счет использования большего числапроводов в кабеле.Помимо стандартных, в компьютере могут применяться системные интерфейсы:– ISA посредством слота расширения, работающая на частоте 8МГц, что соответствует максимальной скорости передачи 16 Мбайт/с;13– EISA, обеспечивающая адресное пространство 4 Гбайта и32-разрядную передачу данных.
Она тактируется частотой 8 МГци обеспечивает пропускную способность 33 Мбайт/с;– PCI – поддерживает 32-разрядный канал передачи данных стактовой частотой 33 МГц и имеет пропускную способность 120 Мбайт/с.Кроме того, применяются шины MCA, VL-bus, VME, SCSI и другие.Для подключения видеооборудования используется шина AGP.При построении систем управления и контроля необходимо выбрать один из интерфейсов, разработать функциональные и принципиальные схемы, провести подбор и расчет элементов схем, создать программное обеспечение.Анализ функциональных схем позволяет находить наиболее оптимальные решения по выбору элементной базы, а возможность программирования некоторых фаз в работе (например, исключение аппаратного генератора тактовых импульсов с заменой его на программный)приводит к упрощению схемы на этапе реализации УСО.Разработка устройств сопряжения предусматривает два способавзаимодействия компьютера и исполнительных устройств.
Первый способ основан на создании устройства для включения в слоты расширенияПК (ISA, EISA, PCI), т.е. реализуется на основе интерфейсного модуля,включаемого в шину системного интерфейса персонального компьютера(ПК).В качестве недостатков этого способа можно отметить следующие:– для устройства сопряжения (УСО) следует применять промышленный способ изготовления печатных плат (требуется высокая плотность монтажа, что не всегда возможно в лабораторных условиях);– в современных ПК может возникнуть проблема, связанная с недостатком свободных аппаратных прерываний, не говоря уже о сложно14сти настройки подобного устройства, особенно если устройство работает в режиме аппаратных прерываний;– на материнских платах формата microATX/AT может просто нехватить места для платы сопряжения (на таких платах обычно устанавливается всего 1–2 PCI или ISA-разъема), а также возникнет проблема сфизическим размещением платы в корпусе вследствие его малых габаритов;– многие производители материнских плат для современных ПКне включают в состав своих изделий шину ISA (хотя она широко применяется в промышленных компьютерах), следовательно, разработчикдолжен быть уверен в том, с какой компьютерной платформой ему придется работать.В качестве достоинств можно назвать следующие:– освобождение внешних интерфейсов ввода-вывода, что решаетпроблему подключения периферийных устройств;– разрядность шин определяет большое адресное пространство,т.е.
возможность подключения (адресации) большего (относительноCOM и LPT) количества устройств;– большая (относительно COM и LPT) скорость передачи данных.Говоря о достоинствах и недостатках системного интерфейса,следует помнить, что если он и дает большие возможности работы сустройствами, но зато предъявляет более жесткие требования как к аппаратной части, так и к программному обеспечению.Второй способ реализации УСО заключается в использованиивнешних периферийных интерфейсов (параллельных – LPT-порт, последовательных – COM, USB).
Он предусматривает применение стандартных портов и программирование контроллера ввода-вывода.Отметим недостатки:15– количество внешних интерфейсов ввода-вывода ограничено(LPT, COM, USB), однако на данный момент эти порты активно используются стандартными устройствами (модемы, мыши, принтеры, сканерыи др.);– в большинстве случаев требуется внешний источник питания,если устройство потребляет много электроэнергии или порт не оснащенцепями источника питания;– невысокая скорость передачи данных и малое адресное пространство ограничивают область применения и функциональность.Достоинства:– практически неограниченные физические размеры УСО;– простота физической реализации монтажных схем;– более безопасны в случае нештатных ситуаций (короткое замыкание цепей питания на плате УСО), так как при самых неблагоприятныхусловиях выйдет из строя только устройство или контроллер порта ввода-вывода, но ни в коем случае не вся материнская плата.Как видно из вышеизложенного, в наличии разработчика УСОимеются различные варианты использования портов ПК для подключения внешних устройств как по реализации (с точки зрения скорости подключения) и адресуемости подключаемых устройств, так и по удобствуразработки и внедрения.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
