 |
Зачем нужны контролеры и шины
|
|
|
|
Чтобы компьютер мог работать, необходимо, чтобы в его оперативной памяти, находилась программа и данные. А попадают они туда из различных устройств компьютера – клавиатуры, дисководов и т. д. Иногда по традиции эти устройства называют внешними, хотя некоторые из них могут находиться внутри системного блока. Результаты выполнения программ также выводятся на различные устройства – монитор, принтер, диски и т. д.
Обмен информацией между оперативной памятью и устройствами (они называются устройствами ввода-вывода) не происходит непосредственно: между любым устройством и оперативной памятью имеется два промежуточных звена:
1. Для каждого устройства в компьютере имеется электронная схема, которая им управляет. Эта схема называется контролером, или адаптером. Некоторые контролеры (например, контролер дисков) могут управлять сразу несколькими устройствами.
2. Все контролеры (адаптеры) взаимодействуют с микропроцессором и оперативной памятью через системную магистраль передачи данных, которую в просторечии называют шиной.
Виды шин
Подобно тому, как в городе может быть больше одной улицы, так и на материнской плате может быть не одна магистраль передачи данных. Обычно в современных компьютерах имеются две, а иногда и три разных типов шин. Это связано с тем, что разработанная для IBM PC AT в начале 80-х годов шина ISA оказалась слишком медленной и не смогла пропускать без существенных задержек объемы информации. Высокоскоростных устройств, появившихся в середине 80-х годов – жестких быстродействующих дисков, видеоконтроллеров и т. д. Поэтому сейчас шина ISA обычно используется лишь для подключения низкоскоростных устройств (контролеров портов ввода-вывода, звуковых карт и т. д.).
|
|
|
А для подключения высокоскоростных устройств были разработаны более высокоскоростные шины – сначала MCA и EISA, потом VESA, и затем PCI. Сейчас большинство выпускаемых компьютеров оснащаются шинами PCI и ISA.
Контролеры портов ввода-вывода
Одним из контролеров, которые присутствуют почти в каждом компьютере, является контролер портов ввода-вывода. Часто этот контролер интегрирован в материнскую плату. Контролер портов ввода-вывода соединяется кабелями с разъемами на задней стенке компьютера, через которые к компьютеру подключается принтер, мышь и некоторые другие устройства.
Порты ввода-вывода бывают следующих типов:
Параллельные (обозначаемые LTP1-LTP4), к соответствующим разъемам на задней стенке компьютера (имеющим 25 гнезд см. рисунок), обыкновенно подключаются принтеры.
Последовательные (обозначаемые COM1-COM3). К соответствующим разъемам на задней стенке компьютера (имеющим 9 или 25 штырьков), обычно присоединяют мышь, модем и другие устройства.
Игровой порт – к его разъему (имеющему 15 гнезд, см. рисунок) подключается джойстик. Игровой порт имеется не у всех компьютеров.
Как правило, контролер портов компьютера поддерживает один параллельный и два последовательных порта.
Замечание:
1. Параллельные порты выполняют ввод и вывод с большой скоростью, чем последовательные (за счет использования большего количества проводов в кабеле).
2. Некоторые устройства (скажем, отдельные высокоскоростные модемы) могут подключаться и к параллельным и к последовательным портам.
3. Иногда через параллельные и последовательные порты по специальному кабелю осуществляется обмен информации между двумя компьютерами.
Носители информации
Дисководы для дискет.
Гибкие диски (дискеты) позволяют переносить документы и программы с одного компьютера на другой, а также хранить информацию, не используемую постоянно на компьютере. Практически все компьютеры имеют хотя бы один дисковод для дискет. Однако как носитель информации дискеты используются все меньше, поскольку они недостаточно надежны и имеют малую по современным меркам емкость.
|
|
|
Наиболее распространены дискеты размером 3,5 и 5,25 дюйма (89 и133 мм).
Часто дискеты размером 5,25 называют пятидюймовыми, а размером 3,5-трехдюймовыми. Трехдюймовые дискеты предпочтительней, поскольку они обеспечивают более надежно, чем пятидюймовые дискеты, хранение информации.
Дискеты различаются друг от друга по своей емкости, то есть по количеству информации, которое на них можно записать. Трехдюймовые дискеты чаще всего имеют емкость 1,44 Мбайта, хотя встречаются старые –емкостью 720 Кбайт. Пяти дюймовые дискеты чаще всего имеют емкость 360 Кбайт (обозначение – Double Side/Double Density, DS/DD) или 1,2 Мбайта (обозначение Double Side/High Density, DS/HD). Дискеты емкостью 360 Мбайт используются очень редко. Они считаются устаревшими.
Пятидюймовые дискеты емкостью 1,2 Мбайта имеют специальное магнитное покрытие, которое позволяет записывать на них более узкую дорожку информации. Это магнитное покрытие труднее размагнитить и намагнитить, чем обычное и поэтому такие дискеты не могут использоваться в дисководах для дискет, емкостью 360 Мбайт. Различить эти два типа дискет можно по тому, что на дискетах емкостью 360 Кбайт вокруг внутреннего отверстия обычно имеется темное кольцо, а у дискет емкостью 1,2Мбайт – нет.
Емкость трехдюймовых дискет определить просто, дискеты емкостью 1,44 Мбайта имеют специальную прорезь (см. рис 3.6), а на дискетах емкостью 720 Кбайт ее нет.
На дискетах размером 5,25 дюйма имеется прорезь для защиты от записи. Если эту прорезь заклеить, то на дискету нельзя будет произвести запись. На дискетах размером 3,5 дюйма вместо прорези защиты от записи имеется специальный переключатель-защелка, разрешающая или запрещающая запись на дискету. Здесь, однако, запись на дискету разрешена, если отверстие, закрываемое защелкой, закрыто, и запрещена, если это отверстие открыто.
Типы дисководов
Дисководы для пятидюймовых и трехдюймовых дискет отличаются друг от друга по внешнему виду. Наиболее распространены трехдюймовые дисководы, поддерживающие дискеты емкостью 1,44 Мбайта, и пятидюймовые дисководы, поддерживающие дискеты емкостью 1,2 Мбайта. На многих современных компьютерах устанавливается только один трехдюймовый дисковод, так как пятидюймовые дисководы считаются устаревшими.
|
|
|
Дисководы для компакт-дисков и CD-рекодеры.
С помощью дисководов для компакт-дисков компьютеры могут считывать специальные компьютерные компакт-диски, а также проигрывать аудио компакт-диски. Компьютерные компакт-диски используются для распространения комплексов программ, данных большого объема, например каталогов, перечней, энциклопедий и т. д. Особенно удобны компакт-диски для распространения мультимедиа-приложений (программ, сочетающих движущиеся изображения, текст и звук), обучающих, демонстрационных и игровых программ.
Внешне компьютерные компакт-диски не отличаются от аудио компакт-дисков (разве лишь нанесенных на них надписями). Диаметр компакт-диска составляет 12 см, верхняя сторона у них используется как этикетка, а нижняя (из белого металла, точнее, алюминия)- содержит информацию. Часто компакт-диски называют CD-ROM (Compact Disk-Read Only Memory).
Компьютерный компакт-диск может содержать до 650 Мбайт информации, то есть столько же, сколько 450 дискет емкостью 1,44 Мбайта. При этом чтение компакт-дисков выполняется в десятки раз быстрее, чтение дискет, а как носители информации компакт-диски гораздо надежнее дискет.
Компакт-диски можно использовать только для чтения содержащейся на них информации. Запись данных на компакт-диски осуществляется при их изготовлении посредством выдавливания процессором углублений на подложке компакт-диска, так что эти участки перестают отражать свет. В дисководах для компакт-дисков нанесенная информация считывается лучом лазера. Для защиты информации от повреждений на подложку наносится прозрачное покрытие.
Вместе с обычными компакт-дисками есть также диски с подложкой золотого цвета. Это так называемые CD-R диски, в них подложка действительно содержит золото. Информация на них наносится лучом лазера на специальных приводах - CD-рекордерах, а считываться они могут как обычные компакт-диски, на дисководах для компакт-дисков. CD-R диски допускают лишь однократную запись информации стереть или исправить записанные на CD-R диск данные невозможно.
|
|
|
Быстродействие дисковода определяется скоростью чтения данных и временем доступа к информации. Для сообщения о скорости чтения данных обычно указывают, во сколько раз дисковод вращает диск быстрее, чем дисководы для аудио компакт-дисков. Так дисководы одинарной скорости обеспечивают скорость чтения 150 Кбайт/с, с двойной скорости - около 300 Кбайт/с, четырехкратной скорости - около 600 Кбайт/с, шестикратной скорости –около 900 Кбайт/с, восьмикратной - около 1200 Кбайт/с и т.д.
Интерфейс дисковода для компакт-дисков это тип контроллера, к которому дисковод должен присоединятся. В продаже имеются дисководы:
· С нестандартным (proprietary) интерфейсом типа Sony, Panasonic и т.д. Это уже сильно устаревшие модели, снятые с производства, где-то в 1994 году. Они должны подключаться к соответствующим контроллерам, расположенным либо на столь же старых звуковых платах, либо на отдельных платах, поставляемых с дисководом.
· С IDE-интерфейсом, то есть подключаемые к контроллерам IDE (EIDE).Это наиболее хорошо выпускаемые модели.
· Со SCSI-интерфейсом, т.е. подключаемые к SCSI- контроллеру, однако в высоко производительных компьютерах оснащенных SCSI-контроллером, применение таких дисководов может быть оправданно, т.к. они обычно быстрее работают и меньше загружают процессор.
· Для использования с портативными компьютерами продаются внешние дисководы, довольно дорогие, подключаемые через PC-карту или через параллельный порт.
Дисководы для компакт-дисков отличаются также:
· По способу загрузки компакт-диска в устройство;
· По размеру встроенного буфера для хранения информации, считанной с компакт-диска от 8 Кбайт до 1 Мбайта.
· По поддерживаемым стандартам компакт-дисков.
CD-чейнджеры
CD-чейнджеры - дисководы с магазином компакт- дисков. В них можно загрузить несколько компакт-дисков, и при обращении к любому из них он автоматически и довольно быстро (за несколько секунд) заменит, установит нужный диск в дисковод (если его там не было). Такое устройство может быть очень удобно для пользователя, работающего с многочисленными компакт-дисками.
CD-рекордеры
CD- рекордеры - это устройства для записи информации на CD-R диски. Впрочем, они могут и читать компакт-диски. CD-рекодеры отличаются по скорости работы с дисками, наиболее распространены двухскоростные и четырехскоростные устройства. Двухскоростной CD-рекодер позволяет записать один диск чуть меньше чем за 40 минут, четырехскоростной чуть быстрее 20 минут. Профессиональные CD-рекодеры (рассчитанные на массовое тиражирование CD-R дисков) могут иметь шестикратную скорость работы и быть оснащены автоподачей CD-R дисков.
|
|
|
Жесткие диски.
Накопители на жестком диске (они же жесткие диски, они же винчестеры) предназначены для постоянного хранения информации, используемой при работе с компьютером: программ операционной системы, часто используемых пакетов программ, редакторов документов, баз данных и т. д. Из всех устройств хранения данных (если не считать оперативную память), жесткие диски обеспечивают наиболее быстрый доступ к данным (обычно 7-20 миллисекунд), высокие скорости чтения и записи данных (до 5 Мбайт в секунду).
Накопители на жестком диске, прежде всего, отличаются друг от друга следующими характеристиками:
· Быстродействием, то есть временем доступа к информации и скоростью чтения и записи информации.
· Емкостью, то есть тем, сколько информации помещается на диске.
· Интерфейсом, тот есть типом контроллера, к которому должен подсоединяться жесткий диск.
Емкость диска
Основная характеристика жесткого диска - это его емкость. Первые жесткие диски имели емкость 5 Мбайт. Сейчас в выпускаемые компьютеры устанавливаются жесткие диски емкостью от 800 Мбайт до 1,6 Гбайт. Диски емкостью 2-4 Гбайта переходят из разряда элитной продукции в разряд ширпотреба. Диски емкостью до 500 Мбайт считаются устаревшими, они практически уже не производятся. Максимальная емкость на данный момент – 9,1 Гбайт.
Скорость работы диска
Скорость работы диска характеризуется двумя показателями: временем доступа к данным на диске и скорость чтения/записи данных на диске. Эти характеристики соответствуют друг с другом приблизительно так же, как время разгона и максимальная скорость автомобиля. В настоящее время типичное время доступа у современных дисков - около 10-12 мс. Более быстрые диски имеют время доступа около 7-8 мс.
Скорость чтения-записи зане только от диска, но и от его контроллера, типа шины, быстродействия процессора и т. д. У обычных современных дисков скорость ввода-вывода составляет 2-3 Мбайт в секунду, у быстрых - 4-5 Мбайт в секунду и более.
Виды интерфейсов
Различные устройства хранения данных отличаются друг от друга по своему интерфейсу, то есть типу контроллера, к которому они должны подключатся. Наиболее широко используются следующие типы контроллеров:
IDE – наиболее широко используемый интерфейс, так как большинство компьютеров оснащено контролерами IDE или EIDE (EIDE – это усовершенствованный вариант IDE). Различия между ними существенны в основном для жестких дисков: IDE-контроллеры ограничивают объем жесткого диска 528 Мбайтами и не поддерживают быстрые режимы передачи данных, реализованные в современных жестких дисках. Кроме того, IDE-контроллеры позволяют подключить только два устройства, EIDE-четыре.
SCSI – различные варианты этих контроллеров применяются на компьютерах, используемых как серверы для локальных сетей, а также в издательском деле, автоматизированном проектировании и многих других отраслях. SCSI-контроллеры обеспечивают существенные преимущества – высокое быстродействие, широкий диапазон подключаемых устройств, возможность подключения 7 и даже 31 устройств на один контроллер. Однако SCSI-контроллеры и устройства дороже контроллеров и устройств с интерфейсом IDE/
LPT – так обозначаются устройства, подключаемые к параллельному порту (к которому обычно подключается принтер). Поскольку параллельный порт работает весьма медленно, такие устройства целесообразно использовать только с портативными компьютерами.
Стримеры
Одним из наиболее распространенных устройств для создания резервных копий являются стримеры- устройства для записи информации на кассеты с магнитной лентой (картриджи). Стримеры обеспечивают самое дешевое хранение данных, разные стримеры отличаются друг от друга по емкости, типу используемых кассет, исполнению (внешнему виду) и интерфейсу (метод подключения к компьютеру), скорости и надежности записи информации на ленту.
Емкость стримера
Большинство стримеров аппаратно поддерживают сжатие данных, при этом помещенные на ленту данные сжимаются примерно в два раза. Обычно указывается емкость кассет без учета сжатия данных.
Виды кассет
Кассету с одного стримера практически невозможно прочесть на стримере другого типа. В стримерах начального уровня обычно применяются кассеты с шириной ленты 1/4 дюйма, размером 82 на 62 на 15 мм (они часто обозначаются 3,5, так как кассеты вставляются в отсек шириной 3,5 дюйма).
Классы стримеров
Различные стримеры условно можно разделить на три уровня по области их применения.
Стримеры начального класса, рассчитанные на индивидуального пользователя. Как правило, они имеют невысокую емкость - до 1 Гбайта, и низкое быстродействие - не более 500-800 Кбайт в сек.
Стримеры среднего класса. Могут использоваться рабочими группами и подразделениями предприятий. Чаще всего их устанавливают на сервере локальной сети. Емкость таких стримеров - от 2 до 8 Гбайт, а скорость чтения и записи - 2-3 Мбайта в секунду.
Стримеры высшего класса. Обычно используются для создания резервных копий больших объемов данных. Емкость - свыше 8 Гбайт, скорость чтения и записи - более 8 Мбайт в секунду.
Мониторы и видеоконтроллеры.
Монитор (дисплей) компьютера IBM PC предназначен для вывода на экран текстовой и графической информации. Монитор похож на телевизор, поскольку оба они формируют изображение с помощью кинескопа, но внутренне они сильно отличаются. Мониторы могут показывать более четкое и детальное изображение, чем любые телевизоры, зато телевизоры значительно интеллектуальнее - они должны расшифровывать полученный от антенны сигнал, отшлифовывать помехи и т. д., а монитор получает видеосигнал в готовом виде по кабелю от видеоконтроллера. Мониторы бывают цветные и монохромные, отличаются друг от друга по размеру (обычно диагональ кинескопа от 14 до 21 дюйма).
| Разрешение | Монитор |
| 800*600 | 14-дюймовый монитор |
| 1024*768 | 15-дюймовый монитор с зерном, меньшим 0,28 мм или с зерном 0,28 мм с большим полем изображения - от 14,1 дюйма, т. е. 35,8 см, или почти любой 17-дюймовый монитор. |
| 1280*1024 | 17-дюймовый монитор с зерном 0,25-0,26 мм (при зерне 0,26 мм также и с большим полем изображения: диагональ поля изображения –от 16,2 дюйма, т. е. 41,6 см), или практически любой монитор размером более 17 дюймов. |
| 1600*1200 | 21-дюймовый монитор с зерном 0,25-0,26 мм при зерне 0,26 мм также и с большим полем изображения: диагональ поля изображения от 20,4дюйма, т. е. 52 см. |
Видеоконтроллеры
Электронные схемы компьютера, обеспечивающие формирование сигнала и тем самым определяющие изображение, показываемое монитором, называется видеоконтроллером. Он обычно выполняется в виде специальной платы, вставляемой в разъем системной шины компьютера, но на многих компьютерах он входит в состав системной (материнской платы).
видеоконтроллер получает от микропроцессора компьютера команды по формированию изображения, конструирует это изображение в своей служебной памяти-видеопамяти, и одновременно преобразует содержимое видеопамяти в сигнал, подаваемый на монитор-видеосигнал.
На IBM PC- совместимых компьютерах видеоконтроллеры могут работать в различных режимах. Эти режимы бывают двух видов: текстовые и графические.
Графический режим
В графическом режиме работающая с монитором программа выводит изображение в виде прямоугольной сетки точек, цвет каждой из которых может задаваться отдельно. Т.о., на экран в графическом режиме можно выводить тексты, графики, рисунки и т. д. А при выводе текстов можно использовать шрифты, любые размеры, цвета и расположение букв. Большинство современных операционных систем и рассчитанные на них программы используют именно графический режим монитора.
Текстовый режим
В текстовом режиме монитор условно разбивается на отдельные участки-знакоместа, чаще всего на 25 строк по 80 символов (знакомест). В каждое знакоместо может быть введен один из 256 заранее заданных символов. В число этих символов входят буквы, цифры, знаки препинания и различные специальные символы. Для каждого знакоместа на экране работающая с экраном программа сообщает видеоконтроллеру всего два байта, байт с кодом символа и байт с кодом цвета символа и цвета фона. А видеоконтроллер по этим данным формирует изображение на экране.
MDA,CGA,RGA и VGA- это видеостандарты, созданные фирмой IBM. Они использовались в подавляющем большинстве производимых в начале и середине 80-х годов видеоконтроллеров и мониторов.
| Цвет/моно | Текстовые режимы | Графические режимы | |
| MDA | Моно | 80*25, 2 цвета | - |
| CGA | Цветной | 80*25, 16 цветов | 640*200,2цвета;320*200, 4 цвета. |
| EGA | Цветной | 80*25 и 80*43,16 цветов | 640*350,16цветов + режим CGA |
| VGA | цветной | 80*25 и 80*50, 16 цветов | 640*480,16цветов;320*200,256 цветов + режим CGA и EGA. |
Цифровые мониторы TTL
Термином TTL (Transistor Transistor Logic) обозначают стандартную серию цифровых микросхем, применяемых в электротехнике, сигналы имеют только два состояния: логической “1” и логического “0”.
Монохромные мониторы
Сигналы управления в монохромных мониторах формируются графическими картами MDA или Hercules. Понятие монохромный монитор означает, что точка на экране может быть только светлой или темной.
Hercules – монитор способен отображать изображение с разрешением 728 на 348 точек, причем только в виде светлых и темных точек. Hercules – мониторы компактнее и легче других мониторов.
|
|
|
