Понятия_адаптер_и_контроллер

Понятия_адаптер_и_контроллер

Контроллеры, адаптеры, способы организации обмена информацией между ВУ и магистралью.

Ячейки памяти, порты и регистры

Поясним разницу между ячейками памяти, портами и регистрами. Ячейки памяти служат лишь для хранения информации — сначала ее записывают в ячейку, а потом могут прочитать, а также записать иную информацию. Порты ввода-вывода, как правило, служат для преобразования двоичной информации в какие-либо физические сигналы и обратно. Например, порт данных параллельного интерфейса формирует электрические сигналы на разъеме, к которому обычно подключают принтер. Электрические сигналы, поступающие от принтера, порт состояния того же интерфейса отображает в виде набора битов, который может быть считан процессором. Регистр — довольно широкое понятие, которое зачастую используется как синоним порта. Регистры могут служить для управления устройствами (и их контроллерами) и для чтения их состояния. Регистры (как и порты) могут образовывать каналы:

Каналы ввода-вывода данных. Пример — регистр данных СОМ-порта: байты, записываемые друг за другом в этот регистр, в том же порядке будут передаваться по последовательному интерфейсу, то есть поступать в канал вывода. Если этот интерфейс подключить к СОМ-порту другого компьютера и выполнять программные чтения его регистра данных, мы получим байт за байтом переданные данные. Таким образом, здесь регистр играет роль канала ввода.

· Каналы управления. Если запись в регистр определенных данных (битовых комбинаций) изменяет состояние некоего устройства (сигнал светофора, положение какого-то механизма. ), то регистр образует канал управления.

· Каналы состояния. Пример — регистр игрового порта (game-порт), к которому подключен джойстик. Чтение регистра дает информацию о состоянии кнопок джойстика (нажаты или нет).

Канал отличается от ячейки памяти рядом свойств. Если в ячейку памяти записывать раз за разом информацию, то последующее считывание возвращает результат последней записи, а все предшествующие записи оказываются бесполезными. Если ячейку памяти считывать раз за разом, не выполняя запись в нее, то результат считывания каждый раз будет одним и тем же (при исправной памяти). «Лишнее» чтение ячейки памяти не приведет ни к каким побочным эффектам. На этих свойствах «настоящей» памяти основаны методы ускорения работы с ней: кэширование и спекулятивное чтение. С регистрами, образующими каналы, такие вольности недопустимы. Здесь все обращения приводят к каким-либо изменениям. Кэширование и спекулятивное чтение недопустимы. Например, лишнее (спекулятивное) чтение регистра данных СОМ-порта «выдернет» байт из принимаемого потока. Операция чтения регистра состояния может быть неявным подтверждением сброса какого-либо признака (например, запроса прерывания), и она изменяет состояние устройства. Записи в канал данных (и управления) также нельзя опускать (для «ускорения»).

Каждый байт (ячейка памяти, порт, регистр) имеет собственный уникальный физический адрес. Этот адрес устанавливается на системной шине процессором, когда он инициирует обращение к данным ячейке или порту. По этому же адресу к этой ячейке (порту, регистру) могут обращаться и другие активные компоненты системы — так называемые мастера шины.

В семействе х86 и PC-совместимых компьютерах пространства адресов ячеек памяти и портов ввода-вывода разделены. Это предусмотрено с обеих сторон: процессоры позволяют, а компьютеры используют данное разделение. Нынешние 32-битные процессоры имеют разрядность физического адреса памяти 32 и даже 36 бит, что позволяет адресовать до 4 и 64 Гбайт соответственно. Пространство ввода-вывода использует только младшие 16 бит адреса, что позволяет адресовать до 65 384 однобайтных регистров. Адреса «исторических» системных устройств PC не изменились с самого рождения — это дань совместимости, которая без разделения пространств вряд ли бы обеспечивалась столько лет. Пространства памяти и портов ввода-вывода неравнозначны не только по объему, но и по способам обращения. Способов адресации к ячейке памяти в х86 великое множество, в то время как для адресации ввода-вывода их существует только два. К памяти возможна (и широко используется) виртуальная адресация, при которой для программиста, программы и даже пользователя создается иллюзия оперативной памяти гигантского размера. К портам ввода-вывода обращаются только по реальным адресам; правда, и здесь возможна виртуализация, но уже чисто программными средствами операционной системы. И, наконец, самое существенное различие пространств памяти и портов ввода-вывода: процессор может считывать инструкции для исполнения только из пространства памяти. Конечно, через порт ввода можно считать фрагмент программного кода (что и происходит, например, при считывании данных с диска), но для того чтобы этот код исполнить, его необходимо записать в память.

Регистры различных устройств могут быть приписаны как к пространству портов ввода-вывода, так и к пространству памяти. Под портом устройства, как правило, подразумевают регистр, связанный с этим устройством и приписанный к пространству портов ввода-вывода. Точность приведенной терминологии, конечно же, относительна. Так, к примеру, ячейки видеопамяти (тоже память!) служат в основном не для хранения информации, а для управления свечением элементов экрана. Понятие Memory Mapped I/O означает регистры периферийных устройств, отображенные на пространство памяти (то есть занимающие адреса именно в этом пространстве, а не в пространстве ввода-вывода).

Читайте также:  Схема_сборки_люстры_бриз

Разделение пространств памяти и ввода-вывода было вынужденной мерой в условиях дефицита адресуемого пространства 16-битных процессоров и сохранилось во всех процессорах х86. В процессорах ряда других семейств такого разделения нет, и для нужд ввода-вывода используется выделенная область единого адресного пространства. Тенденция изживания пространства ввода-вывода наблюдается в современных спецификациях устройств и интерфейсов для PC.

Компоненты компьютера соединяются друг с другом иерархией средств подключения, наверху которой стоят интерфейсы системного уровня подключения. Для этой группы интерфейсов характерно то, что в их транзакциях фигурируют физические адреса пространства памяти и (если есть) пространства ввода-вывода. Группа связанных между собой интерфейсов системного уровня образует логическую системную шину компьютера. Системную шину составляют следующие физические интерфейсы:

· шина подключения центрального процессора (или нескольких процессоров в сложных системах) — FSB (Front Side Bus — фасадная шина);

· шина подключения контроллеров памяти, оперативной и постоянной; собственно шина памяти (memory bus) системной уже не является, поскольку в ней фигурируют не системные адреса, а адреса физических банков памяти;

· шины ввода-вывода, обеспечивающие связь между центральной частью компьютера и периферийными устройствами.

Типичные представители шин ввода-вывода в IBM PC — шина ISA (отмирающая), а также шины PCI (развивающаяся в PCI-X) и PCI-E (PCI Express)2. Через шины ввода-вывода проходят все обращения центрального процессора (ЦП) к периферии. К шинам ввода-вывода подключаются контроллеры и адаптеры периферийных устройств или их интерфейсов.

Адаптер является средством сопряжения какого-либо устройства с какой-либо шиной или интерфейсом компьютера. Контроллер служит тем же целям сопряжения, но при этом подразумевается его некоторая активность — способность к самостоятельным действиям после получения команд от обслуживающей его программы. Сложный контроллер может иметь в своем составе и собственный процессор. На эти тонкости терминологии не всегда обращают внимание, и понятия «адаптер» и «контроллер» считают почти синонимами. Для взаимодействия с периферийными устройствами процессор обращается к регистрам контроллера (адаптера), «представляющего интересы» подключенных к нему устройств.

Часть перфиерийных устройств (ПУ) совмещена со своими контроллерами (адаптерами), как, например, сетевой адаптер Ethernet, подключенный к шине PCI. Другие же ПУ подключаются к своим контроллерам через промежуточные периферийные интерфейсы, находящиеся на нижнем уровне иерархии подключений. Периферийные интерфейсы — самые разнообразные из всех аппаратных интерфейсов. К периферии, подключаемой через промежуточные интерфейсы, относится большинство устройств хранения (дисковые, ленточные), устройств ввода-вывода (дисплеи, клавиатуры, мыши, принтеры, плоттеры), ряд коммуникационных устройств (внешние модемы).

Для взаимодействия с программой (с помощью процессора или сопроцессоров) адаптеры и контроллеры обычно имеют регистры ввода-вывода, управления и состояния, которые могут располагаться либо в адресном пространстве памяти, либо в пространстве портов ввода-вывода. Кроме того, используются механизмы аппаратных прерываний для сигнализации программе о событиях, происходящих в периферийных устройствах. Для обмена информацией с устройствами применяют также механизмы прямого доступа к памяти (Direct Memory Acces, DMA) и прямого управления шиной. Контроллер, который способен инициировать транзакции на системной шине, является активным компонентом компьютера. С помощью транзакций он может обращаться к другим устройствам (точнее, их контроллерам или адаптерам), обеспечивая равноранговое взаимодействие. Чаще всего ограничиваются взаимодействием контроллера с системной памятью (это проще).

Интерфейс периферийного устройства. Контроллер. Адаптер. Принципы функционирования

Шина— группа электрических линий связи, объединенных определенным функциональным назначением, служащая для передачи сигналов устройств компьютеров с целью организации их совместной работы.

В первых компьютерах применялись три основных типа шин: системные шины, локальные и периферийные. Пример использования шин в базовом компьютере представлен на рисунке.

Системная шина содержит слоты расширения(разъемы), необходимые для подключения плат контроллеров и адаптеров периферийных устройств.

В связи с этим системная шина называется еще открытой шиной,или шиной расширения,разработанной с учетом того, что пользователи, кроме стандартной периферийной аппаратуры, будут подключать свои разработанные устройства.

Работа компьютера с использованием системной шины организуется таким образом, что в какой-то момент времени одно устройство является активным (мастером, инициатором, задатчиком),а другое — пассивным устройством (исполнителем, целью).

Активными устройствамимогут быть процессоры, контроллеры прямого доступа и периферийные устройства, работающие в режиме мастера (инициатора).

Читайте также:  Кв_1_размеры_корпуса_чертежи

Активное устройство с помощью схемы арбитража, например размещенной в центральном процессоре, захватывает системную шину и выполняет передачу (прием) данных в требуемый исполнитель (из исполнителя).

Таким образом, системная шина— это сложная шина, которая содержит цепи для передачи адреса данных и сигналов управления, необходимых для реализации различных шинных операций: арбитража, прерывания, прямого доступа, пересылок данных, контроля, синхронизации и т. д.

К системным шинам относятся следующие шины: ISA, EISA, Multibus, МСА, РС1 и др. Большинство системных шин стандартизировано.

Стандарт — международное, национальное соглашение на производство различных компьютерных устройств, определяющее аппаратную, программную и конструктивную совместимость.

Например, системная шина ISА (Indastry Standart Architecture, Промышленная стандартная архитектура) устанавливает определенные требования к подключению периферийных устройств. Устройства сопряжения (адаптеры или контроллеры) различных периферийных устройств содержат стандартную часть связи с шиной ISA, а другую нестандартную часть составляют адресуемые регистры, с помощью которых выполняется обмен информацией между центральным процессором и периферийным устройством.

Стандарт системной шины определяет: размеры и форму слота расширения, назначение сигналов контактов слота, временную диаграмму циклов шины при выполнении различных операций, электрические характеристики сигналов, требования к внешней печатной плате и т. д.

Периферийное устройство — устройство ввода/вывода, подключенное через адаптер или контроллер к процессору (оперативной памяти) с помощью системной шины. Различают внешние и внутренние периферийные устройства. Внешние периферийные устройства размещены вне корпуса компьютера и подключаются к нему с помощью внешних разъемов, расположенных на его корпусе. Внутренние периферийные устройства конструктивно или выполняются в виде печатных плат, вставляемых в слоты расширения, или являются встроенными в системную (материнскую, планерную) платукомпьютера.

Термин «системная плата» был введен фирмой IBM и определяет многослойную печатную плату, на которой установлены: центральный процессор, оперативная память, слоты расширения, постоянная память, контроллеры и другие компоненты компьютера. Внешние периферийные устройства (принтер, сканер, модем и т. д.) подключаются к компьютеру с помощью различных внешних периферийных шин(RS-232/485, Centronics, USB. ), которые могут быть последовательными или параллельными.В последовательных периферийных шинах данные передаются последовательно бит за битом, а в параллельных переписывается целая группа битов за один такт.

Параллельные и последовательные периферийные шины также стандартизированы. Например, последовательная периферийная шина RS-232C определена стандартом Ассоциации электрической промышленности и предназначена для сопряжения аппаратуры передачи данных (модемов) и оконечного (терминального) оборудования данных (компьютера). Аббревиатура RS — Recommended Standard (рекомендуемый стандарт), число 232 — номер, буква «С» — серия данного стандарта. Американский стандарт RS-232C поддерживают (согласуются с ним) японские стандарты JIS и С6361 и отечественный стандарт «Стык С2».

Стандарт RS-232 соответствует стандарту V.24 и V.28 ITU — TSS (International Telecommunications Union — Technical Standards Sector, Международный телекоммуникационный Союз — Сектор технических стандартов). Рекомендации, относящиеся к модемам, имеют обозначения «V».

Кроме того, разработаны стандарты RS-422 и RS-423, позволяющие увеличить длину линий связи и скорость передачи данных. В коммуникационных контроллерах фирмы Motorola используется стандарт RS-422 для обслуживания последовательных каналов связи.

Большая разница в частотах работы процессора и системной шины привела разработчиков к мысли применения локальной шины,скорость функционирования которой выше скорости системной шины и приближается к скорости процессора. Первые локальные шины использовались для памяти, а потом их стали применять и для подключения видеоадаптеров (видеокарт),в которых для создания реалистичного изображения требовалось обрабатывать большие массивы данных с высокой скоростью. Видеоадаптер— устройство, преобразующее данные центрального процессора в текстовую и графическую информацию, выводимую на экран монитора. В технической литературе по­нятия «адаптер» и «контроллер» иногда считают синонимами, то есть пола­гают, что между ними нет четких различий. Однако адаптер— устройство сопряжения между процессором и периферийным устройством, которое свя­зано с преобразованием информации (например, в видеоадаптере) и согласо­ванием передаваемой информации, как в случае использования адаптера принтера. Контроллер— сложное устройство, обычно построенное на базе микропроцессора, управляющее работой подключенных к нему периферий­ных устройств. К основным функциям контроллера относятся: координация действий во времени, формирование потока данных, управление передачей данных и т. д.

Существует большое многообразие контроллеров, определяемое областью их применения: коммуникационные контроллеры, контроллеры управления технологическим оборудованием, контроллеры гибких и жестких дисков и др. Адаптеры или контролеры могут размещаться на плате расширения или могут быть встроены в системную плату.

Таким образом, в компьютере используется многоуровневый принцип использования шин и памяти,способ своеобразной «развязки» потоков движения и хранения информации. Похожая картина наблюдается с организацией потоков движения транспорта и их стоянок.

Читайте также:  Бортовая_удочка_на_леща_оснастка_схема

Основные устройства пк, их назначения и характеристики: 1. Микропроцессор. 2. Внутренняя память. 3. Контроллеры и адаптеры. 4. Системная шина. 5. Монитор. 6. Клавиатура.

В состав материнской платы входят такие основные компоненты:

-микропроцессор; — оперативная память (ОЗУ);

— видеокарта – для работы с графикой;

Микропроцессор

Микропроцессор (МП) – сверхбольшая интегральная схема (СБИС), реализованная в едином при кристалле (Si или Ge) площади меньше 0,1 см 2 .

Микропроцессоры различаются рядом важных характеристик:

— тактовой частотой – влияет на быстродействие

— один из способов повышения быстродействия – использование кэш – памяти, которая предназначена для согласования скорости работы устройств с процессором;

— разрядность процессора – число одновременно обрабатываемых бит современного микропроцессора.

контроллеры и адаптеры

Контроллеры (адаптеры) – электронные микро – схемы для управления устройствами компьютера (выполнение обмена данными между процессором и внешними устройствами через системную магистраль передачи данных).

Например: видеоадаптер (монитора), адаптер портов для подключения принтера, мыши, контроллеры дополнительных устройств, для подключения модема, сканера. Т. о. контроллеры на физическом уровне осуществляют подключение отдельных модулей МЭВМ к процессору и ОЗУ.

Магистраль – (системная шина) – это набор электронных линий, связывающих ЦП, основную память и периферийные устройства воедино, относительно передачи данных, служебных сигналов и адресации памяти. Благодаря модульному принципу потребитель может комплектовать компьютер нужной ему конфигурации. Например: P4 – 2,8/512DDR (PC3200)/ 50Gb/GeForce FX 128/Combo.

Характеристики мониторов:

Ø размер по диагонали от 14 до 21 дюйма;

Ø величина экранного зерна (точки) 0,28-0,25мм;

Ø разрешающая способность – число точек на экране: 800х600. Стандартный режим для 15-дюймового монитора; 1024х768 – 17 // ; 1152х864 – 19 // ; 1280х1024 20 // ; 1600х1200 – 21 // ;

Ø максимальная частота развертки (сигнала частоты обновления кадров, минимальная величина для комфортной работы 85Гц). Иначе – мерцание и утомляемость глаз (для ЭЛТ-мониторов). Цена 17 // , 19 // от 2000$ до 500$(ЭЛТ).

5. Типы по. Эволюция языков программирования.

— системное ПО; — прикладное ПО; — системы программирования.

Дальнейшее развитие языков программирования

Языки Ada и Ada 95

Языки обработки данных

Lisp и ему подобные языки

Языки параллельного программирования

Модель параллельных вычислений Linda

Понятие алгоритма. Основные свойства. Формы записи. Машина Тьюринга.

Алгоритм, от имени учёного аль-Хорезми — точный набор инструкций, описывающих порядок действий исполнителя для достижения результата решения задачи за конечное время.

Алгоритм обладает следующими свойствами:

1. Дискретность. Это свойство состоит в том, что алгоритм должен представлять процесс решения задачи как последовательное выполнение простых шагов. При этом для выполнения каждого шага алгоритма требуется конечный отрезок времени, т.е. преобразование исходных данных в результат осуществляется во времени дискретно.

2. Определенность. Каждое правило алгоритма должно быть четким, однозначным.

3. Результативность. Алгоритм должен приводить к решению за конечное число шагов.

4. Массовость. Алгоритм решения задачи разрабатывается в общем виде, т.е. он должен быть применим для некоторого класса задач, различающихся лишь исходными данными.

5. Правильность. Алгоритм правильный, если его выполнение дает правильные результаты решения поставленной задачи.

Существуют множество различных форм записи алгоритмов. Это связано с тем, что каждый исполнитель

алгоритмов "понимает" лишь такой алгоритм, который записан на его "языке" и по его правилам. Условно выделяют 4

формы записи алгоритмов:

1. Словесно-пошаговая (текстовая).

3. Запись на алгоритмическом языке .

4. Графическая форма записи (блок-схема).

Запись всякого алгоритма начинается с заголовка.

Машина Тьюринга (МТ) — абстрактный исполнитель (абстрактная вычислительная машина). Была предложена Аланом Тьюрингом в1936 году для формализации понятия алгоритма.

Машина Тьюринга является расширением конечного автомата и, согласно тезису Чёрча — Тьюринга, способна имитировать все другие исполнители (с помощью задания правил перехода), каким-либо образом реализующие процесс пошагового вычисления, в котором каждый шаг вычисления достаточно элементарен. Описание: Конкретная машина Тьюринга задаётся перечислением элементов множества букв алфавита A, множества состояний Q и набором правил, по которым работает машина. Они имеют вид: qiaj→qi1aj1dk (если головка находится в состоянии qi, а в обозреваемой ячейке записана буква aj, то головка переходит в состояние qi1, в ячейку вместо ajзаписывается aj1, головка делает движение dk, которое имеет три варианта: на ячейку влево (L), на ячейку вправо (R), остаться на месте (N)). Для каждой возможной конфигурации имеется ровно одно правило. Правил нет только для заключительного состояния, попав в которое машина останавливается. Кроме того, необходимо указать конечное и начальное состояния, начальную конфигурацию на ленте и расположение головки машины.

Ссылка на основную публикацию
Покрывало_на_коричневый_диван
Покрывало на диван: виды, дизайн, цвета, ткани для накидок. Как красиво расположить плед? Покрывало на диван является не только прекрасным...
Пожарная_сигнализация_в_подъезде_пищит
Что делать, если сработала пожарная сигнализация в подъезде? Для обеспечения высокого уровня пожарной безопасности в многоквартирном доме в его помещениях,...
Покосился_сарай_как_выровнять
Сообщества › DRIVE2 На Даче › Блог › Пизанский сарай Совет нужен — как закрепить этот падающий сарай?Падает только лицевая...
Полки_на_цепях_своими_руками
Полки в интерьере: 10 необычных идей с фото В любом доме найдется место для открытых полок. Но найти оригинальную идею...
Adblock detector