УСТРОЙСТВА И ИНТЕРФЕЙСЫ ВВОДА-ВЫВОДА

Основные признаки классификации и типы устройств ввода-вывода

Устройства ввода-вывода (УВВ) можно классифицировать следующим образом:

  1. По направлению передачи информации:

    1. Устройства ввода (клавиатура, мышь, микрофон, датчики).

    2. Устройства вывода (монитор, проектор, колонки, исполнительные механизмы).

    3. Устройства ввода-вывода (накопители на магнитных дисках, лентах).

  2. По источнику-назначению информации:

    1. Пользователь.

    2. Внешняя память.

    3. Другие компьютеры (коммуникационные устройства: сетевые платы, модемы, адаптеры ISDN, концентраторы, коммутаторы).

    4. Объект управления (устройства связи с объектом: датчики, преобразователи, исполнительные механизмы).

Классификация устройств взаимодействия пользователя с машиной

В свою очередь, устройства взаимодействия пользователя с машиной имеют различные признаки классификации и выделяемые по ним типы:

  1. Интерактивность взаимодействия:

    1. Диалоговые средства (монитор, клавиатура, мышь, звуковые устройства).

    2. Недиалоговые средства (принтер, графопостроитель, сканер, дигитайзер, цифровые видеокамеры и фотоаппараты).

  2. Используемые органы и системы человека:

    1. Зрение (монитор).

    2. Слух (звуковые устройства).

    3. Опорно-двигательный аппарат, осязание (клавиатура, мышь).

Видно, что диалоговые средства задействуют органы чувств непосредственно, тогда как недиалоговые — опосредованно, через промежуточные носители — бумагу, пленку и др. Видно также, что не задействованы вовсе такие органы чувств, как вкус и обоняние. Трудность в том, что здесь нужно генерировать определенные вещества (или соответствующие импульсы в мозге).

Классификация устройств внешней памяти

Устройства внешней памяти классифицируются в основном по типу носителя информации:

  1. Магнитная лента (стриммер, магнитофон, видеомагнитофон).

  2. Магнитный диск.

  3. Оптический диск.

  4. Магнитооптический диск.

  5. Кристалл полупроводника.

Следует упомянуть также и о перфокартах. Хотя они сейчас практически уже не используются, но будучи бумажными важны в концептуальном плане как некий промежуточный тип между машинным и немашинным носителем информации.

Типы и виды интерфейсов ввода-вывода в ЭВМ

Классификация интерфейса с устройствами ввода-вывода

Признаки классификации и типы интерфейса с устройствами ввода-вывода таковы:

  1. Пересечение с адресным пространством памяти (основным адресным пространством) процессора:

    1. Изолированный ввод-вывод.

    2. Ввод-вывод по принципу доступа к памяти.

Преимущества изолированного ввод-вывода в том, что он не занимает адресного пространства МП. Недостаток: программная часть ограничивается командами IN и OUT. Для ввода-вывода по принципу доступа к памяти можно использовать весь набор команд, но недостаток в том, что он занимает часть адресного пространства. В основном используется изолированный ввод-вывод.

  1. По способу синхронизации работы процессора с устройствами ввода-вывода или, точнее, что инициирует обмен — процессор или устройство ввода-вывода:

    1. Ввод-вывод по опросу (синхронный ввод-вывод).

    2. Ввод-вывод по прерыванию (асинхронный ввод-вывод).

  2. По количеству линий данных:

    1. Параллельный.

    2. Последовательный.

  3. По направлению передачи информации:

    1. Односторонний (симплекс).

    2. Двусторонний поочередный (полудуплекс).

    3. Двусторонний (дуплекс).

  4. По топологии:

    1. Многоточечные (магистральные) (SCSI, КОП).

    2. Двухточечные (радиальные):

      1. Параллельные:

        1. BS4421 (ИРПР).

        2. Centronics (ИРПР-М) (36 (Centronics) — 25 (DB-25) контактов).

      2. Последовательные:

        1. CL (Current Loop) (ИРПС, токовая петля) — асинхронная передача постоянного тока по 4-проводной дуплексной линии.

        2. RS-232C (Стык С2) — синхронно-асинхронный, разъем 25 или 9 контактов, самый распространенный вариант — “коротко-замкнутая петля” (“нуль модема”). В последнем случае TxDDTEсоединяется с RxDDCE, RTSDTE— с CTSDCE.

        3. RS-422, RS-423 (С2-ИС) — усовершенствованный по скорости RS-232C, архитектура и программирование такие же.

Также интерфейсы можно классифицировать по типу устройств, для соединения которых они предназначены.

Аппраратно интерфейс реализуется совокупностью микросхем, отдельной микросхемой или входит в состав микросхемы вместе с другими интерфейсами. При этом одни интерфейсы могут подключаться через другие. Например, SCSI подключается к шине PCI. ISAтакже подключается черезPCI. ИнтерфейсIDEвначале подключался к шинеISA, а затем — кPCI.

Важной характеристикой интерфейса является производительность (пропускная способность, скорость). Она определяется как произведение количества линий данных на тактовую частоту или количество передач (транзакций) в секунду, если за один такт даные могут быть переданы несколько раз.

Шина ISA

ISA (Industry Standard Architecture) имеет следующие характеристики:

  • частота — 8 МГц;

  • количество контактов — 62 или 98: данные — 8 или 16, адрес — 24;

  • максимальная скорость — 15 Мбайт/с.

Шина PCI

Шина PCI (Peripheral Component Interconnect) разработана фирмой Intel.

Первая версия шины имела тактовую частоту 33 МГц, количество контактов — 124 (данные — 32) и 188 (данные — 64), скорость — 126 и 252 Мбайт/с.

PCI 2.1 работает на частоте 33-66 МГц. Отсюда максимальная скорость — 66 МГц x 8 байтов (64 разряда) ? 504 Мбайт/с. Позволяет подключать до десяти внешних устройств. Еще одним свойством этой шины является автоматическое конфигурирование внешних устройств (plug-n-play).

PCI-X— расширение PCI по частоте: 100, 133, 266 и 533 МГц.

Шина AGP

AGP (Accelerated Graphics Port). Данные 32 разряда. Тактовая частота — 66 МГц. Скорость — 252 Мбайт/с. Для AGP 2X, 4X, 8X частота и скорость умножаются на соответствующий коэффициент. AGP 1X и 2X — 3,3 В, AGP 4X и 8X — 1,5 В.

PCI Express

PCI Express (PCI-E) — шина, разработанная Intel, использующая программную модель шины PCI и высокопроизводительный физический протокол, основанный на последовательной передаче данных.

Пропускная способность PCI Express 1x— 0,5 Гбайт/с, PCI Express 16x— 8 Гбайт/с, PCI Express версии 2.0 — в два раза выше.

Интерфейс IDE

IDE (Integrated Drive Electronics) или (ATA (AT Attachment). Первоначально использовался для подключения винчестеров. Разъем — 40 контактов (данные — 16). Имеет возможность подключения до двух устройств.

Существует несколько разновидностей интерфейса IDE, совместимых снизу вверх друг с другом. Существует расширение спецификации IDE для поддержки иных типов накопителей с интерфейсом IDE (приводов CD-ROM, CD-R и DVD-ROM, накопителей LS-120 и ZIP, магнитооптики, стримеров и т. п.), которое называется ATAPI (ATA Packed Interface).

Интерфейс IDE поддерживает два типа обмена данными:

  1. Программируемый ввод-вывод (PIO, Programmed Input/Output).

  2. Прямой доступ к памяти (DMA, Direct Memory Access).

При программируемом вводе-выводе обмен данными производится через регистры процессора под его непосредственным управлением. В режиме прямого доступа к памяти контроллер интерфейса IDE и контроллер прямого доступа к памяти, расположенный на материнской плате, пересылают данные между диском и оперативной памятью, не загружая центральный процессор.

Скорость обмена зависит от разновидности интерфейса и способа обмена данными:

  • PIO Mode 3 — 11,1 Мбайт/с;

  • PIO Mode 4 и Single Word DMA Mode 2 — 16,7 Мбайт/с;

  • Multi Word DMA Mode 2 — 20 Мбайт/с;

  • Ultra ATA (Ultra DMA, ATA-33, DMA-33) при использовании режима DMA Mode 3 — 33.3 Мбайт/с;

  • Ultra ATA-66 — 66Мбайт/с;

  • Ultra ATA/100 — 100 Мбайт/с.

Интерфейс SCSI

SCSI (Small Computer System Interface) используется для подключения винчестеров, стримеров, сменных жестких и магнитооптических дисков, сканеров, CD-ROM и CD-R, DVD-ROM и т. п. До 7 или 15 устройств, помимо контроллера (хост-адаптера).

Разъемы интерфейса SCSI отличаются большим разнообразием. Их можно разделить на два типа: для подключения внешних и внутренних устройств. Количество контактов: 25, 50 или 68. Существует множество разновидностей интерфейса SCSI, отличающихся шириной шины данных — 8 или 16 бит (Wide) и частотой тактовых импульсов:

  • SCSI-1 — 5 МГц, 5 МБайт/с;

  • Fast SCSI (SCSI-2) — 10 МГц, 10 МБайт/с;

  • Fast Wide SCSI — 10 МГц, 20 МБайт/с;

  • Ultra SCSI — 20 МГц, 20 МБайт/с;

  • Ultra Wide SCSI — 20 МГц, 40 МБайт/с;

  • Ultra 2 SCSI — 40 МГц, 40 МБайт/с;

  • Ultra2 Wide SCSI — 40 МГц, 80 МБайт/с;

  • Ultra3 SCSI — 40 МГц, 160 МБайт/с;

  • Ultra-320 SCSI — 80 МГц, 320 МБайт/с;

  • Ultra-640 SCSI — 160 МГц, 640 МБайт/с.

SATA

SATA (Serial ATA)является развитием параллельного интерфейса ATA (IDE). Существует несколько версий SATA:

  • SATA1. x— до 1,5 Гбит/с;

  • SATA2. x— до 3 Гбит/с;

  • SATA3. x— до 6 Гбит/с;

Serial Attached SCSI (SAS)

Интерфейс Serial Attached SCSI (SAS) разработан для замены параллельного интерфейса SCSI. Позволяет достичь более высокой пропускной способности, чем SCSI, — до 3 Гбит/с.

Интерфейс USB

USB — Universal Serial Bus, универсальная последовательная шина.

Для подключения периферийных устройств к шине USB используется четырёхпроводный кабель, при этом два провода в дифференциальном включении используются для приема и передачи данных, а два провода — для питания периферийного устройства.

К одному порту может быть подключено до 127 устройств, включая концентраторы, через цепочку концентраторов (хабов).

Режимы и производительность USB 1.0:

  • Low-Speed — 1,5 Мбит/с;

  • Full-Speed — 12 Мбит/с.

Режимы и производительность USB 2.0:

  • Low-speed— 10-1500 Кбит/c(клавиатура, мышь, джойстик);

  • Full-speed— 0,5—12 Мбит/с (аудио-, видеоустройства);

  • Hi-speed— 25—480 Мбит/с (видеоустройства, устройства хранения информации).

 
Оригинал текста доступен для загрузки на странице содержания
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   Скачать