оконечные устройства. Контрольная работа по предмету Оконечные устройства. "Телефонные и факсимильные аппараты, терминал на базе пк "
 Скачать 0.58 Mb.
|
Арифметический сопроцессорОдной из самых важных областей применения компьютеров стало решение различных математических задач. Среди них моделирование физических процессов, проведение вычислений, необходимых для систем автоматизированного проектирования, построение трехмерных графических моделей, распознавание образов. Характерной особенностью этих задач заключается в необходимости выполнения большого количества математических операций с высокой точностью. Система команд обычного центрального процессора не содержит соответствующих команд. Поэтому для выполнения сложных вычислений был разработан специальный процессор, который стал называться арифметическим сопроцессором. Арифметический сопроцессор устанавливается на системную плату и работает совместно с центральным процессором, выполняя все арифметические операции. Как и центральный процессор, арифметический процессор имеет свою систему команд. Поэтому, если вы установили на системной плате арифметический сопроцессор, из этого не следует, что производительность системы резко повысится. Необходимо, чтобы программное обеспечение, с которым вы работаете, могло использовать этот сопроцессор. Блок прямого доступа к памяти. Обычно внешние устройства взаимодействуют с ОЗУ компьютера через его микропроцессор, такая процедура обращения к памяти компьютера со стороны внешних устройств замедляет процесс обмена данными. Для ускорения используется блок прямого доступа к памяти (минуя микропроцессор). Контроллер прерываний. Блоки компьютера и внешние устройства сигнализируют микропроцессору о своих <потребностях> с помощью специальных сигналов, которые называются сигналами прерывания. Эти сигналы передаются по линиям прерываний к контролеру прерываний. Контролер прерываний прекращает текущую задачу и выполняет запрошенную. Все линии прерываний имеют разные приоритеты. Самый высший приоритет имеет прерывание, вызванное неисправностью какого-либо блока персонального компьютера, второй приоритет имеет прерывание от клавиатуры, третий может иметь модем или манипулятор типа <мышь>, и т.д. Контроллер шины следит за состоянием шины (свободна шина или не свободна), обрабатывает запросы она передачу данных через шину. Буфер данных и адресов - служебная микросхема, которая используется при пересылке и адресации данных в микропроцессор через системную шину. Следит за состоянием клавиатуры. Системная шина - через неё осуществляется обмен информацией между микросхемами системной платы, а также обмен информацией с внешними устройствами через платы адаптеров связи. Представляет собой несколько групп проводников. Одна группа называется шиной команд - по ней передаются команды чтения, записи. Вторая группа - шина адресов, предназначена для передачи адресов источника и получателя информации, расположенных внутри персонального компьютера. Третья группа - информационная шина, или шина передачи данных - по ней передается собственно информация параллельным кодом. Существует несколько архитектур системных шин. Разные архитектуры различаются разными способами обмена, адресации и быстродействием. В состав системной шины могут входить микросхемы, на пример усилители и формирователи сигналов. Кэш-память- располагается между центральным процессором и оперативной памятью и служит для ускорения обмена данными и командами. Такая кэш память называется внешней или кэш памятью второго уровня (Level 2). Центральные процессоры серии 80486, и Pentium содержат внутреннюю кэш память или кэш память первого уровня (Level 1). Кэш-память, установленная на системной плате может иметь различный объем. Наиболее часто встречаются платы с объемом кэш-памяти 64, 128, 256, 512 Кбайт и даже больше. Внешняя кэш память выполняется на быстродействующих статических микросхемах оперативной памяти. Они представляют собой несколько микросхем в корпусах типа DIP, расположенных, как правило, около центрального процессора. Основная память (ОП) - предназначена для хранения и оперативного обмена информацией с другими устройствами компьютера. Функции памяти: • приём информации от других устройств; • запоминание информации; • выдача информации по запросу в другие устройства машины. ОП содержит два вида запоминающих устройств: - ПЗУ– постоянное запоминающее устройство (ROM — Read Only Memory – память только для чтения); - ОЗУ – оперативное запоминающее устройство (RAM — Random Access Memory – память с произвольным доступом). В ПЗУ данные занесены при изготовлении. ПЗУ предназначено для хранения постоянной программной и справочной информации (BIOS – Basic Input-Output System – базовая система ввода-вывода). ПЗУ позволяет оперативно только считывать информацию, хранящуюся в нем (изменить информацию в ПЗУ нельзя). ОЗУ предназначено для оперативной записи, хранения и считывания информации (программ и данных), непосредственно участвующей в информационно-вычислительном процессе, выполняемом ПК в текущий период времени. Внешняя память - относится к внешним устройствам ПК и используется для долговременного хранения любой информации, которая может когда-либо потребоваться для решения задач. В частности, во внешней памяти хранится все программное обеспечение компьютера. Устройства внешней памяти, или, иначе, внешние запоминающие устройства (ВЗУ), весьма разнообразны. Внешние устройства ПК (периферийные устройства) – важнейшая составная часть любого вычислительного комплекса. Внешние устройства обеспечивают взаимодействие компьютера с окружающей средой: пользователями, объектами управления и другими ПК. Внешние устройства подключаются к системному блоку компьютера через специальные разъемы на задней стенке компьютера – порты ввода-вывода. Порты ввода-вывода (I/O port) - аппаратура сопряжения, позволяющая подключить к микропроцессору другое устройство. Порты ввода-вывода соединяется с контроллерами портов ввода-вывода, установленными на материнской плате. Порты ввода-вывода бывают следующих типов: параллельные порты, (обозначаемее LPT1 – LPT4) – обычно используются для подключения принтеров; последовательные (обозначаемее COM1 – COM4) – обычно к ним подключаются мышь, модем, и др. устройства ; игровой порт – к его разъему подключается джойстик. К внешним устройствам относятся: внешние запоминающие устройства или внешняя память ПК (НГМД, НЖМД, CD ROM); устройства ввода информации; клавиатура — устройство для ручного ввода числовой, текстовой и управляющей информации в ПК; графические планшеты (дигитайзеры) — для ручного ввода графической информации, изображений путем перемещения по планшету специального указателя (пера); при перемещении пера автоматически выполняется считывание координат его местоположения и ввод этих координат в ПК; сканеры (читающие автоматы) — для автоматического считывания с бумажных носителей и ввода в ПК машинописных текстов, графиков, рисунков, чертежей устройства указания (графические манипуляторы) — для ввода графической информации на экран дисплея путем управления движением курсора по экрану с последующим кодированием координат курсора и вводом их в ПК (джойстик — рычаг, «мышь», трекбол — шар в оправе, световое перо и др.); сенсорные экраны — для ввода отдельных элементов изображения, программ или команд с полиэкрана дисплея в ПК: цифровые фото/видеокамеры устройства вывода информации; графопостроители (плоттеры) — для вывода графической информации (графиков, чертежей, диаграмм, рисунков) на бумажный носитель; принтеры — печатающие устройства для вывода информации на бумажный носитель. диалоговые средства пользователя; видеотерминалы (мониторы) — устройство для отображения вводимой и выводимой информации: Видеотерминал состоит из видеомонитора (дисплея) и видеоконтроллера (видеоадаптера). Видеоконтроллеры входят в состав системного блока ПК (находятся на видеокарте, устанавливаемой в разъем материнской платы), а видеомониторы — это внешние устройства ПК. Видеомонитор, дисплей, или просто монитор, — устройство отображения текстовой и графической информации на экране. Размер экрана монитора задается обычно величиной его диагонали в дюймах. Наиболее распространены — 14, 15, 17-дюймовые мониторы. Основной характеристикой монитора является разрешающая способность. Измеряется разрешающая способность максимальным количеством точек, размещающихся по горизонтали и по вертикали на экране монитора. Могут использоваться как цветные, так и монохромные мониторы. устройства речевого ввода-вывода информации - это различные микрофонные акустические системы, различные синтезаторы звука, выполняющие преобразование цифровых кодов в буквы и слова, воспроизводимые через динамики или звуковые колонки, подсоединенные к компьютеру. средства связи и телекоммуникации Используются для подключения ПК к каналам связи, к другим ПК и компьютерным сетям: например, сетевые адаптеры. В качестве сетевого адаптера чаще всего используется модем (модулятор-демодулятор). Модемы могут быть внутренними и внешними. 2. Плата адаптера последовательного порта компьютера, ее устройство и выполняемые функции. Практически каждый компьютер оборудован хотя бы одним асинхронным, последовательным адаптером. Обычно он представляет собой отдельную плату или же расположен прямо на системной плате компьютера. Его иногда называют асинхронным адаптером RS-232-C, или портом RS-232-C. Асинхронный адаптер обычно содержит несколько портов последовательной передачи данных (COM-портов), через которые к компьютеру можно подключать различные внешние устройства. Порты последовательной передачи данных используются очень широко. Чаще всего через них к компьютеру подключается манипулятор мышь, модем, дигитайзер. Иногда через COM-порт подключаются графопостроители, сканеры, принтеры, интерфейсы источников бесперебойного питания. Если установлено несколько компьютеров близко друг от друга, то их можно связать с помощью специального кабеля, называемого нуль-модемом. Этот кабель подключается к COM-портам обоих компьютеров, что позволяет организовать обмен данными с относительно высокими скоростями - до 115000 бит/с. Каждому COM-порту соответствует несколько портов ввода/вывода, через которые программа обращается к нему, и одно аппаратное прерывание. На этапе инициализации модули BIOS присваивают каждому COM-порту уникальный номер. Например, компьютер может иметь четыре порта COM1 - COM4. Обычно компьютер оснащен одним или двумя портами последовательной передачи данных. Эти порты расположены либо на системной плате, либо на отдельной плате, вставляемой в слоты расширения системной платы. Бывают специальные платы, содержащие четыре или восемь портов последовательной передачи данных. Их часто используют для подключения нескольких модемов и факс-модемов к одному компьютеру.  Рис. 11. структурная схема платы адаптера последовательного портаСердцем последовательного асинхронного адаптера служит микросхема универсального асинхронного приемопередатчика (UART - Universal Asynchronous Receiver Transmitter). Вы можете встретить несколько разновидностей этой микросхемы - Intel 8250, 16450, 16550, 16550A. Микросхема UART 8250 в ее исходном виде использовалась только в старых моделях компьютеров IBM PC и IBM PC/XT. Современные микросхемы - UART 16450, 16550 и 16550A, изготовленные по новой технологии, позволяют достичь более высокой скорости обмена данными, а также обладают расширенными аппаратными возможностями. Точная последовательность операций, выполняемых UART в каждой конкретной ситуации, контролируется внешними параметрами. В общих чертах работу UART в режимах приема/передачи можно описать следующим образом. При передаче символа UART должен выполнить следующие операции: Принять кодовую комбинацию символа в параллельной форме через системную шину компьютера; Преобразовать кодовую комбинацию символа в последовательность отдельных битов (параллельно-последовательное преобразование); Сформировать старт-стоповую кодовую комбинацию символа путем добавления к информационным разрядам стартового, стопового и, возможно, бита паритета (четности или нечетности). Передать старт-стопную комбинацию символа на интерфейс с требуемой скоростью; Сообщить о готовности к передаче следующего символа. При приеме символа UART должен выполнить обратную последовательность действий: Принять данные в последовательной форме; Проверить правильность структуры старт-стопной комбинации: стартовый бит, информационные разряды, бит паритета; если выявлена ошибка - выдать сигнал ошибки; Осуществить проверку паритета - если выявлена ошибка, то выдать сигал ошибки; Преобразовать старт-стопную комбинацию символа в последовательность информационных разрядов и передать их а параллельной форме в оперативную память компьютера; Сообщить, что символ принят. Преобразование ТТЛ - уровней в уровни интерфейса RS-232 и наоборот, производится передатчиками и приемниками EIA, входящими в состав микросхем. Обычно передача данных осуществляется на одной или нескольких стандартных скоростей: 50, 75, 110, 150, 300, 600, 1200, 2400, 4800, 9600, 19200, 38400, 57600 или 115200 Бод. Средства BIOS компьютера поддерживают скорости только до 9600 Бод включительно. Тактовая частота составляет 1,432 МГц и стабилизирована благодаря использованию кварцевого генератора. Из этой частоты формируются все остальные необходимые частоты. Внешне каждый COM-порт асинхронного, последовательного адаптера представлен собственным разъемом. Существует два стандарта на разъемы COM-порта: это DB25 и DB9. Первый разъем имеет 25, а второй 9 выводов. Несмотря на то, что разъем DB25 содержит в два с половиной раза больше выводов, чем DB9, они передают одинаковые сигналы.  Рис. 12. Разъемы последовательных портов Разводка разъема DB25 со стороны последовательного асинхронного адаптера выглядит следующим образом: Табл. 6
Разводка разъема DB9 со стороны последовательного асинхронного адаптера: Табл. 7
Только два вывода этих разъемов используются для передачи и приема данных. Остальные передают различные вспомогательные и управляющие сигналы. На практике для подсоединения того или иного устройства может понадобиться различное количество сигналов. Адреса COM-портов, как правило, бывают стандартными. Первый адаптер COM1 обычно имеет базовый адрес 3F8h и занимает диапазон адресов от 3F8h до 3FFh. Второй адаптер COM2 имеет базовый адрес 2F8h и занимает адреса 2F8h...2FFh. Третий адаптер COM3 имеет базовый адрес 3E8h и занимает диапазон адресов от 3E8h до 3EFh. Четвертый адаптер COM4 имеет базовый адрес 2E8h и занимает адреса 2E8h...2EFh. Тем не менее, для некоторых компьютеров адреса COM-портов могут иметь другие значения. Порты асинхронного адаптера могут вырабатывать прерывания: Табл. 8
Порты COM1 и COM3 асинхронного, последовательного адаптера вырабатывают прерывание IRQ4, а порты COM2 и COM4 вырабатывают прерывание IRQ3. Некоторые платы последовательного асинхронного адаптера позволяют присвоить COM-портам другие линии IRQ, например, IRQ5 или IRQ7. 3. Назначение и устройство модема. Модем- (модулятор - демодулятор) устройство передачи цифровой информации при помощи аналоговых сигналов путем их модуляции- изменения во времени одной или нескольких характеристик аналогового сигнала: частоты, амплитуды и фазы. При этом модулируемый аналоговый сигнал называется несущим (carrier) и обычно представляет собой сигнал постоянной частоты и амплитуды (несущая частота). Исходный цифровой сигнал подается на модулятор, преобразующий его в серию изменений несущего аналогового сигнала, по линии связи передаваемого демодулятору, который по этим изменениям воссоздает исходный цифровой сигнал. Для получения симметричной двунаправленной линии связи модулятор и демодулятор объединяются в одном устройстве - модеме. Подключив модем к компьютеру, вы обретаете массу новых возможностей. Теперь, чтобы передать файл с документом или программой вашему знакомому или в свой офис, не нужно записывать его на дискету и ехать с ней через весь город. Достаточно воспользоваться модемом и передать файл через телефонный канал. Так как телефонными линиями опоясан фактически весь земной шар, то модем позволяет за несколько минут передать файл в любую точку мира. Передача файла - самое простое применение модема, помогающее сэкономить массу времени и денег. Существуют более интересные возможности использования модема, которые могут открыть вам доступ к гигантским объемам всевозможной информации. Одной из самых интересных возможностей применения модемов является доступ к глобальным сетям компьютеров. В настоящее время, вы бесплатно или заплатив определенную сумму денег, можете получить доступ к таким сетям как Internet, FidoNet, GlasNet, Relcom. Другая возможность, открывающая доступ к новым технологиям - доступ с удаленного компьютера к локальной сети компьютеров через телефонный канал. Это позволит получить полный доступ с домашнего компьютера к ресурсам локальной сети офиса. Модем можно использовать не только для работы, но и для развлечений. Существуют игры, в которые можно играть вместе, соединив компьютеры с помощью модема по телефонному каналу. Так, новая версия популярной игры DOOM фирмы ID Software позволяет вам сражаться с монстрами и бродить по коридорам вдвоем. Присутствие партнера переводит игру на новый уровень, пока недоступный искусственному интеллекту компьютера. Если есть компьютер, сканер и печатающее устройство, то при помощи факс-модема можно выполнять все операции предоставляемые факсом. Модем может быть выполнен конструктивно либо как плата, устанавливаемая внутри компьютера, подобно любым другим платам расширения, либо как отдельное устройство, которое подключается к компьютеру через порт асинхронного, последовательного адаптера. Так как внешние и внутренние модемы реализуют одинаковые функции, то принципиальной разницы между ними не существует. Внешние модемы являются более мобильными, чем внутренние. Внешний модем легко можно отсоединить от одного компьютера и подключить к другому. Для этого надо переключить только один разъем. Если же надо переключить внутренний модем, приходится отсоединять массу разъемов, открывать корпус компьютера, вынимать плату модема. Затем надо собрать компьютер обратно. Чтобы модемы могли обмениваться друг с другом информацией, надо, чтобы они использовали одинаковые способы преобразования цифровых данных в аналоговые и обратно. Другими словами, модемы должны применять одинаковые способы модуляции и демодуляции сигналов. Чтобы все модемы, выпускаемые различными фирмами, могли соединяться друг с другом, было решено определить ряд рекомендаций, которым они должны соответствовать. Для разработки стандартов передачи данных был создан специальный международный консультативный комитет по телеграфии и телефонии (International Consultative Committee for Telegraphy and Telephony - CCITT). В настоящее время этот комитет разработал большое количество различных рекомендаций, определяющих способы модуляции и демодуляции сигналов, алгоритм соединения модемов, протоколы коррекции ошибок, протоколы сжатия передаваемой информации и т. д. Все рекомендации CCITT пронумерованы и практически все рекомендации, регламентирующие работу модемов, имеют в своем названии (перед номером) префикс V. Наиболее распространенные рекомендации международного консультативного комитета по телеграфии и телефонии, а также их краткие характеристики представлены в следующей таблице. Табл. 9
Скорость передачи информации, указанная в таблице, измеряется в битах за секунду. Скорость передачи информации это не единственная величина, определяющая производительность модема при работе в соответствии с данной рекомендацией CCITT. Существует еще две важные характеристики - режим передачи информации (дуплексный или полудуплексный) и способ передачи информации (асинхронный или синхронный). Дуплексный и полудуплексный режимыДуплексный режим работы модема позволяет одновременно передавать данные в двух направлениях. В дуплексном режиме работают модемы, соответствующие рекомендациям CCITT V.21, V.22, V.22 bis и V.32. Полудуплексный режим, так же как и дуплексный, позволяет передавать данные в обоих направлениях, но только в разные моменты времени. Сначала данные передаются в одну сторону, а затем в обратную. Таким образом, модем сможет и принимать и передавать данные, однако по сравнению с дуплексным модемом при одинаковой скорости передачи полудуплексный сможет передать в два раза меньше данных. В общем случае дуплексные протоколы обладают большей производительностью, чем полудуплексные. Тем не менее, для тех приложений, в которых основной поток данных передается в одном направлении, вполне можно воспользоваться полудуплексными модемами. Так, практически все протоколы, используемые в факс-модемах для передачи факсов, полудуплексные: V.17, V.27 bis, V.27 ter, V.29. Асинхронная и синхронная передача данныхВ асинхронном режиме информация передается следующим образом. Каждый передаваемый байт предваряется стартовым битом и заканчивается одним или двумя стоповыми битами. Иногда также передается дополнительный бит четности, используемый для проверки целостности передаваемого байта. В синхронном режиме данные передаются одним потоком. Байт за байтом, бит за битом. Стартовые и стоповые биты отсутствуют. При одинаковой скорости в синхронном режиме можно передать больше полезной информации, чем в асинхронном. Практически все современные модемы имеют похожие, функциональные схемы, состоящие из основного процессора, сигнального процессора, оперативного запоминающего устройства (ОЗУ, RAM), постоянного запоминающего устройства (ПЗУ, ROM), перепрограммируемого запоминающего устройства (Non-Volatile RAM, NVRAM - неразрушающая память с прямым доступом), собственно модулятора/демодулятора, схемы согласования с линией и динамика. Основной процессор фактически является встроенным микрокомпьютером, отвечающим за прием и выполнение команд, буферизацию и обработку данных - кодирование, декодирование, сжатие/распаковку и т.п., а также за управление сигнальным процессором. Сигнальный процессор (DSP, Digital Signal Processor - цифровой сигнальный процессор) и модулятор/демодулятор занимаются непосредственно операциями с сигналом - модуляцией/демодуляцией, разделением частотных полос, подавлением эха и т.п. В качестве таких процессоров также используются либо специализированные, ориентированные на конкретный набор способов и протоколов модуляции (AT&T, Rockwell, Exar), либо универсальные со сменной микропрограммой (например, TMS), позволяющие впоследствии дорабатывать и изменять алгоритмы работы. В зависимости от типа и сложности модема основная, интеллектуальная нагрузка смещается в сторону DSP или модулятора/демодулятора. В низкоскоростных (300..2400 бит/с) модемах основную работу выполняет модулятор/демодулятор, в скоростных (4800 бит/с. и выше) - DSP. В ПЗУ хранятся программы для основного и сигнального процессоров (firmware). ПЗУ может быть однократно перепрограммируемым (PROM), перепрограммируемым со стиранием ультрафиолетом (EPROM) или перепрограммируемым электрически (EEPROM, Flash ROM). Последний тип ПЗУ позволяет оперативно менять прошивки по мере исправления ошибок или появления новых возможностей. ОЗУ используется в качестве временной памяти при работе основного и сигнального процессоров; оно может быть как раздельным, так и общим. В ОЗУ хранится также текущий набор параметров модема (active profile). В NVRAM хранятся сохраненные наборы параметров модема (stored profiles), один из которых загружается в текущий набор при каждом включении или сбросе. Обычно имеется два сохраненных набора - основной (profile 0) и дополнительный (profile 1). По умолчанию для инициализации используется основной набоp, но есть возможность переключиться на дополнительный. Ряд модемов имеет более двух сохраненных наборов. Схемы согласования с линией включают разделительный трансформатор процессора для передачи сигнала, оптопару для опознания сигнала звонка (Ring), реле подключения к линии ("поднятия трубки", off-hook) и набора номера, а также элементы создания нагрузки в линии и защиты от перенапряжений. Вместо реле могут применяться бесшумные электронные ключи. В некоторых модемах применяются дополнительные оптопары для контроля напряжения линии. Подключение к линии и набор номера могут выполняться как одним, так и раздельными ключами. На динамик (speaker) выводится усиленный сигнал с линии для слухового контроля ее состояния. Динамик может быть включен на время набора номера и соединения, во время всего соединения, а также отключен совсем. Внешние модемы дополнительно содержат схему формирования питающих напряжений (обычно +5, +12 и -12 В) из одного переменного (реже - постоянного) напряжения источника питания. Кроме этого, внешние модемы имеют разъем для связи с компьютером. 4. Задача 1. Закодировать кодом ASCII (таблица 10) 9 первых символов своей фамилии и имени. В каждую комбинацию добавить бит проверки на четность. Табл. 10  Решение: 9 первых символов моей фамилии и имени VOLKOVALE. Согласно таблице №10 находим для каждого символа кодовую комбинацию и добавляем, бит проверки на четность. Данные заносим в таблицу №11. Табл. 11
2. Сформировать структуру трех кадров в формате, принятом в протоколе передачи файлов X-Modem. В поле <данные> каждого кадра должно содержаться по три комбинации из предыдущего пункта задачи. Решение: Пакет информации представляет собой последовательность из 132 байт. Структура пакета: Заголовок пакета. В качестве заголовка выступает код 01h (SOH). Два байта – номер пакета. Первый байт – собственно номер, а второй его дополнение (для контроля ошибок). Тело пакета – 128 байт. Байт контрольной суммы. Контрольная сумма охватывает номер пакета и тело пакета (представляет собой остаток от деления на 255 суммы значений кодов знаков, входящих в блок данных) Для сопровождения обмена используются служебные символы, представленные в таблице 12. |