Периферийные устройства вычислительной техники

Периферийные устройства вычислительной техники

2-е издание, исправленное

Лошаков С.

Национальный Открытый Университет “ИНТУИТ”
2016

2

Периферийные устройства вычислительной техники/ С. Лошаков - М.: Национальный Открытый
Университет “ИНТУИТ”, 2016

В курсе подробно описаны виды, классификации и особенности различных периферийных устройств.
Периферийное устройство – это часть технического обеспечения, конструктивно отделенная от
основного блока вычислительной системы. В курсе приводятся описание интерфейсов и
классификация запоминающих устройств. Затронуты оптические технологии. Отдельные лекции
посвящены устройствам ввода и вывода информации. А также подробно рассказано о контроллерах.

(c) ООО “ИНТУИТ.РУ”, 2013-2016
(c) Лошаков С., 2013-2016

3

Введение

Определение, аббревиатуры, элементы электрических соединений.

Периферийное устройство - это часть технического обеспечения, конструктивно
отделенная от основного блока вычислительной системы.

Аббревиатуры, терминология

PC - Personal Computer

Материнская плата - Motherboard , Mainboard

CPU - Central Processing Unit центральный процессор

HDD - Hard Disk Drive жeсткий диск

FDD,НГМД - Floppy Disk Drive, накопитель на гибких магнитных дисках

RAM, ОЗУ - Random Access Memory оперативная память

ROM, ПЗУ - Read Only Memory, постоянно запоминающее устройство

Interface - Сопряжение

Adapter - Преобразователь

Accelerator - Ускоритель

Chip - Кристалл интегральной микросхемы

Chipset - Обозначающий набор микросхем одного функционального назначения.

Элементы электрических соединений

Разъемы состоят из двух частей:

Вилки и розетки (гнезда) (“папа” и “мама” соответственно)
Джампер (от анг. Jumpers - перемычки) - это миниатюрные разъемы вилки на
печатной плате, служащие для конфигурирования аппаратных средств PC.
Слот (от англ. Slot )- это гнездо для установки плат расширения

Socket - разъем для установки процессора (CPU), Soket (Slot A/B 1/2) - разъем для
установки картриджа CPU

Функции процессора при работе с ПУ

4

При работе с ПУ процессор выполняет функции, к числу которых относится:

арбитраж (выбор устройств по приоритету);
поиск периферийного устройства по заданному адресу;
передача периферийному устройству команды на исполнение;
анализ состояния ПУ (получение от ПУ информации об его состоянии);
поиск ПУ, запрашивающего обслуживание;
прием и передача данных от ПУ;
управление памятью.

Требования к системе унифицированной связи с ПУ

обеспечение параллельной работы процессора и ПУ;
обеспечение одновременной работы нескольких ПУ;
обеспечение максимальной эффективности использования ресурса ЦП;
обеспечение одинаковых процедур взаимодействия с ПУ;
обеспечение простоты изменения конфигурации ПУ.

Первое и второе требования для медленных ПУ обеспечивается за счет рассмотренного
механизма разделения времени процессора.

Второе требование для быстрых ПУ и третье требование реализуется за счет
использования в структуре ЭИМ нескольких процессоров. В рассматриваемом случае
введение дополнительных процессоров диктуется необходимостью обеспечить
высокую эффективность обслуживания ПУ. Для уменьшения аппаратных затрат,
спецпроцессоры типа канал ввода-вывода, как правило, реализуют самые простые
функции, например, только управление обменом информации между ПУ и ОП. Так как
в таком случае канал ввода-вывода осуществляет напрямую обмен с ОП, то весьма
часто он называется каналом прямого доступа. Четвертое и пятое требования
удовлетворяются за счет использования унифицированного интерфейса ввода-вывода,
применение которого позволяет изменять конфигурацию периферийных устройств
путем отсоединения от разъемов (слотов) интерфейса уже ненужных ПУ и
подключение новых периферийных устройств.

Классификация периферийных устройств

ПУ можно классифицировать по выполняемым функциям на:

устройства ввода информации;
устройства вывода информации;
внешние запоминающие устройства.

Таким образом, периферийное устройство (ПУ) - это любое отличное от центрального
процессора оборудование, обеспечивающее коммуникацию вычислительной системы с
внешними источниками и потребителями информации.

5

По назначению ПУ могут быть разбиты на три группы: регистрирующие, оперативные
и автоматические.

Регистрирующие - устройства, использующие промежуточные носители (например,
магнитоносители) для длительного хранения информации в виде, пригодном для
последующего использования в ЭВС или в виде, удобном для использования
человеком (графики, таблицы, печатный текст, чертежи).

Оперативные - устройства непосредственного, оперативного взаимодействия оператора
с ЭВМ, предназначенные для организации диалога между ЭВМ и человеком в процессе
отладки программ и решения задач. Это оперативные устройства (клавиатура, световое
перо, дигитайзеры, микрофон) и средства отображения (СО) результатов - цифровые
индикаторы, экраны, звуковые сигнализаторы.

Автоматические - устройства связи с объектом, предназначенные для ввода в ЭВС
данных непосредственно с объектов автоматизации и выдачи управляющих
воздействий на объекты. (сканеры, модемы)

По этому признаку, а также по функциональному назначению устройства можно
разделить на три группы:

низкоскоростные (порядка 10 байт/с),
среднескоростные (от 100 до 1000 байт/с)
высокоскоростные (от 104 до 106 байт/с).

Классификация устройств вывода

6

Классификация устройств ввода

Контрольные вопросы

1. Какие устройства используют для длительного хранения по назначению?
2. Какие устройства называются периферийными?
3. На какие устройства делятся ПУ по выполняемым функциям?

7

Интерфейсы

Интерфейс - его виды и особенности.

Интерфейс ввода-вывода - это понятие, которое включает логическую и аппаратную
часть. В качестве физической части выступают линии связи и электроника,
обслуживающая эти линии (усилители, формирователи, коммутаторы и т.п.).
Логическая часть интерфейса определяет набор правил обмена сигналами между
устройствами, работающими в этом интерфейсе. Набор этих правил в некоторых
случаях называются протоколом.

Интерфейс - это связь устройств автоматизированных систем друг с другом
осуществляется с помощью средств сопряжения. Все интерфейсы можно разделить на
внутренние и внешние:

Внутренние интерфейсы

Стандарт
Типичное
применение

Пиковая

пропускная
способность

Примечания

ISA
Звуковые карты,
модемы

2Мбит/
сдо8,ЗЗМбит/с

Практически не используется
начиная с 1999 г.

EISA
Сети, адаптеры SCSI
33 Мбит/с
Практически не используется,
замещается PCI

PCI
Графические карты,
адаптеры SCSI,
звуковые карты
новых поколений

133 Мбит/с (32-
битовая шина с
частотой 33
МГц)

Стандарт для периферийных
устройств

PCI-X
1 Гбит/с (64-
битовая шина с
частотой 133
МГц)

Расширение PCI, предложенное IBM,
HP, Compaq. Увеличена скорость и
количество устройств

PCI
Express
До 16 Гбит/с
Разработка “интерфейса 3-го
поколения” ( Third generation
Input/Output -3GIO ), заменяет AGP.
Последовательная шина

AGP
Графические карты
528 Мбит/с, 2х-
графика (2х-
графические
карты)

Стандарт для Intel-PC начиная с
Pentium II, сосуществует с PCI

AGP PRO
ЗD -графика
800 Мбит/с (4х-
графика)

Поддерживает видеокарты,
потребляющие мощность до 100BT(
AGP-flo25BT )

Внешние интерфейсы

8

Для интерфейса, соединяющего (физически или логически) два устройства, различают
три возможных режима обмена - дуплексный, полудуплексный и симплексный.

Режимы обмена информации

Дуплексный режим позволяет по одному каналу связи одновременно передавать
информацию в обоих направлениях. Он может быть асимметричным, если пропускная
способность в противоположных направлениях имеет существенно различающиеся
значения, или симметричным.

Полудуплексный режим позволяет передавать информацию в противоположных
направлениях поочередно, при этом интерфейс имеет средства переключения
направления канала.

Симплексный (односторонний) режим предусматривает только одно направление
передачи информации (во встречном направлении передаются только вспомогательные
сигналы интерфейса).

Параллельный интерфейс

IEEE 1284 (параллельный порт, LPT) - международный стандарт параллельного
интерфейса для подключения периферийных устройств персонального компьютера.

В основном используется для подключения к компьютеру принтера, сканера и других
внешних устройств (часто использовался для подключения внешних устройств
хранения данных), однако может применяться и для других целей, например для
организации связи между двумя компьютерами и т.д.. В основе данного стандарта
лежит интерфейс Centronics и его расширенные версии ( ECP, EPP ).

Интерфейс Centronics и стандарт IEEE 1284

Параллельный порт Centronics - порт, используемый с 1981 года в персональных
компьютерах фирмы IBM для подключения печатающих устройств, разработан фирмой

Centronics Data Computer Corporation. Изначально этот порт был разработан только
для симплексной (однонаправленной) передачи данных, так как предполагалось, что
порт Centronics должен использоваться только для работы с принтером. Впоследствии
разными фирмами были разработаны дуплексные расширения интерфейса ( byte mode,

EPP, ECP ). Затем был принят международный стандарт IEEE 1284, описывающий как
базовый интерфейс Centronics, так и все его расширения.

9

Разъeмы

Порт на стороне управляющего устройства (компьютера) имеет 25-контактный 2-
рядный разъeм DB-25-female (IEEE 1284-A) . На периферийных устройствах обычно
используется 36-контактный разъeм Centronics (IEEE 1284-B) , поэтому кабели для
подключения периферийных устройств к компьютеру по параллельному порту обычно
выполняются с 25-контактным разъeмом DB-25-male на одной стороне и 36-
контактным IEEE 1284-B на другой (AB-кабель). Изредка применяется AC-кабель с 36-
контактным разъемом MiniCentronics (IEEE 1284-C) .

Длина соединительного кабеля не должна превышать 3 метров. Конструкция кабеля:
витые пары в общем экране, либо витые пары в индивидуальных экранах.

Физический интерфейс

Базовый интерфейс Centronics является однонаправленным параллельным
интерфейсом, содержит характерные для такого интерфейса сигнальные линии 8 для
передачи данных, строб, линии состояния устройства). Данные передаются в одну
сторону: от компьютера к внешнему устройству. Но полностью однонаправленным его
назвать нельзя. Так, 4 обратные линии используются для контроля за состоянием
устройства. Centronics позволяет подключать одно устройство, поэтому для
совместного очерeдного использования нескольких устройств требуется
дополнительно применять селектор. Скорость передачи данных может варьироваться и
достигать 1,2 Мбит/с. Упрощeнная таблица сигналов интерфейса Centronics

Контакты DB-25 IEEE

1284-A

Контакты Centronics IEEE

1284-B
Обозначение
Примечание

1
1
Strobe
Маркер цикла
передачи (выход)

2
2
Data 1
Сигнал 1 (выход)

3
3
Data 2
Сигнал 2 (выход)

4
4
Data 3
Сигнал 3 (выход)

5
5
Data 4
Сигнал 4 (выход)

6
6
Data 5
Сигнал 5 (выход)

8
8
Data 6
Сигнал 6 (выход)

9
9
Data 7
Сигнал 7 (выход)

9
9
Data 8
Сигнал 8 (выход)

10