Телекоммуникации и Информатика и вычислительная техника Ульяновск 2007 2
 Скачать 1.77 Mb.
|
|
Fast ATA-2 или Enhanced IDE (EIDE – расширенный IDE), использующий как традиционную адресацию по номерам головки, цилиндра и сектора, таки адресацию логических блоков (Logic Block Address – LBA), поддерживает емкость диска до 2500 Мбайт и скорость обмена до 16,7 Мбайт/с. К адаптеру EIDE, поддерживающему стандарт, может подключаться до четырех накопителей, в том числе и CD-ROM, и накопитель на магнитной ленте. ATAPI (ATA Package Interface) – стандарт, созданный стем, чтобы напрямую подключать к интерфейсу АТА не только жесткие диски, но и дисководы CD-ROM, стримеры, сканеры и т. д. Версии интерфейса АТА-3 и Ultra ATA обслуживают диски большей емкости, имеют скорость обмена до 33 Мбайт/с, поддерживают технологию SMART (Self Monitoring Analysis and Report Technology – технологию самостоятельного следящего анализа и отчета, позволяющую устройствам сообщать о своих неисправностях, и ряд других сервисов. Современные версии интерфейса ATA/ATAPI-5, ATA/ATAPI-6 по протоколам UDMA66, 100, 133 обеспечивают пиковую пропускную способность 66, 100, 133 Мбайт/с, соответственно. На материнских платах реализованы два канала IDE, к каждому из которых возможно подключение до двух устройств. SCSI (Small Computer System Interface) является более сложными мощным интерфейсом и широко используется в трех версиях SCSI-1, SCSI-2 и SCSI-3. Это универсальные периферийные интерфейсы для любых классов внешних устройств. Фактически SCSI является упрощенным вариантом системной шины компьютера, поддерживающим до восьми устройств. Такая организация требует от устройств наличия определенных контроллеров – например, в жестких дисках SCSI все функции кодирования-декодирования, поиска сектора, коррекции ошибок и т. п. возлагаются на встроенную электронику, а внешний контроллер выполняет функции обмена данными между устройством и компьютером – часто в автономном режиме, безучастия центрального процессора. Интерфейсы SCSI-1 имеют битовую шину SCSI-2 и SCSI-3 – 16- или битовую и рассчитаны на использование в мощных машинах-серверах и рабочих станциях. Существует многоразличных спецификаций данного интерфейса, отличающихся пиковой пропускной способностью, максимальным числом подключаемых устройств, предельной длиной кабеля. Пропускная способность может достигать 80, 160 Мбайт/с и более. Все устройства управляются специальным контроллером, реализованным чаще в виде отдельной платы расширения, устанавливаемой в свободный разъем на материнской плате. Выпускаются и материнские платы со встроенными контроллерами SCSI. RS-232 – интерфейс обмена данными по последовательному коммуникационному порту (СОМ-порту). Управление работой СОМ-портов осуществляется специальной микросхемой UART16550A, расположенной на материнской плате. Физически разъем СОМ-порта может быть 25- или контактным. С помощью данного интерфейса осуществляется работа и подключение таких устройств, как внешний модем, мышь и т. д. IEEE 1284 (Institute of Electrical and Electronic Engineers 1284 – стандарт Института инженеров по электротехнике и электронике 1284) – стандарт, описывающий спецификации параллельных скоростных интерфейсов SPP (Standard Parallel Port – стандартный параллельный порт, EPP (Enhanced Parallel Port – улучшенный параллельный порт, ЕСР (Extended Capabilities Port – порт с расширенными возможностями, как правило, используемых для подключения через параллельные порты компьютера (порты) таких устройств, как принтеры, внешние запоминающие устройства, сканеры, цифровые камеры. Со стороны порта установлен стандартный разъем DB-25 (25 контактов, а со стороны устройства используется разъем типа Centronics. Контроллер параллельного порта размещен на материнской плате. Serial ATA. В конце 2000 года группа компаний Working Group (Intel, IBM, Maxtor, Quantum, Seagate и др) анонсировала новый чрезвычайно эффективный последовательный интерфейс Serial обеспечивающий пропускную способность от 1500 Мбит/с по жильному кабелю (вместо жильного, используемого параллельным АТА). Интерфейс SATA широко применяется в компьютерах Pentium 4 для подключения винчестеров. Разъемы и соединительные кабели Serial ATA благодаря малому количеству контактов весьма компактны, что упрощает подключение накопителей и благоприятно сказывается на организации охлаждения компонентов ПК. Контроллеры Serial ATA вводятся в качестве дополнительных некоторыми изготовителями системных плата разработчики наборов микросхем уже предложили модификации южных мостов, совместимые с этим интерфейсом. Тем временем организация Serial ATA Working Group, отвечающая за разработку этого стандарта, уже опубликовала спецификацию второй версии последовательного дискового интерфейса – Serial ATA-II, обеспечивающего пропускную способность до 300 Мбайт/с и полную обратную совместимость с первой версией Serial ATA (табл. 8.5). Таблица 8.5 Пропускная способность, Мбайт/с АТА133 133 Ultra320 SCSI 320 FibreChannel 200 Serial ATA 150 Serial ATA-II 300 USB 2.0 60 FireWire (IEEE 1394) 50 Универсальные последовательные периферийные шины USB (Universal Serial Bus) – универсальная последовательная шина, появилась в 1995 году и призвана заменить такие устаревшие интерфейсы, как RS-232 (СОМ- порти параллельный интерфейс IEEE 1284 (порт, то есть прийти на смену последовательными параллельным портам – все устройства подключаются к одному разъему, допускающему установку многочисленных устройств и позволяет производить замену, устройств без необходимости выключения и перезагрузки компьютера. После физического подсоединения устройства правильно опознаются и автоматически конфигурируются. Шина USB самостоятельно определяет, что именно подключили к компьютеру, какой драйвер и ресурсы понадобятся устройству. Для адекватной работы шины необходима операционная система, которая корректно с ней работает. В данном случае такой ОС является Windows 98, 2000, ХР. К шине USB можно одновременно подключить до 127 устройств, практически любых мониторы, принтеры, сканеры, клавиатуры и т. д. Каждое устройство, подключенное на первом уровне, может работать в качестве коммутатора – то есть к нему, при наличии соответствующих разъемов, могут подключаться еще несколько устройств. Обмен по интерфейсу – пакетный, скорость обмена – 12 Мбит/с. В 2001 году появилась следующая спецификация интерфейса USB 2.0 (начальный стандарт USB 1.1), обеспечивающая пропускную способность 480 Мбит/с. Поддерживается также дополнительный подканал со скоростью обмена данными в 1,5 Мбит/с для медленных устройств клавиатуры, мыши, модема. Шина USB реализует как синхронный (нужный, например, при проведении телеконференций, таки асинхронный режимы передачи данных. IEEE 1394 (Institute of Electrical and Electronic Engineers 1394 – стандарт Института инженеров по электротехнике и электронике 1394) – новый и перспективный последовательный интерфейс, предназначенный для подключения внутренних компонентов компьютера и внешних устройств. IEEE 1394 известен также под именем Fire Wire. Цифровой последовательный интерфейс FireWire характеризуется высокой надежностью и качеством передачи данных, его протокол поддерживает гарантированную передачу критичной повремени информации, обеспечивая прохождение видео- и аудиосигналов в реальном масштабе времени без заметных искажений. При помощи шины FireWire можно подсоединить друг к другу огромное количество различных устройств по технологии Plug and Play и практически в любой конфигурации, чем она выгодно отличается от названных ранее трудно конфигурируемых шин типа SCSI. К одному контроллеру возможно подключение до 63 устройств на один порт с помощью единого шестижильного кабеля. Пропускная способность интерфейса составляет от 100–400 Мбит/с до 1600 Мбит/с. Этот интерфейс будет использоваться для подключения жестких дисков, дисководов CD-ROM и DVD-ROM, а также высокоскоростных внешних устройств, таких как цифровые видеокамеры, видеомагнитофоны и т. д. PCMCIA (Personal Computer Memory Card International Association – ассоциация производителей плат памяти для персональных компьютеров) – внешняя шина компьютеров класса ноутбуков. Другое название модуля PCMCIA – PC Card. Шина имеет разрядность 16/26 (данные/адрес, адресное пространство – 64 Мбайт), поддерживает автоконфигурирование, возможно подключение и отключение устройств в процессе работы компьютера. Конструктов – миниатюрный контактный разъем. Контакты питания сделаны более длинными, что позволяет вставлять и вынимать карту при включенном питании компьютера. 189 ACPI (Advanced Configuration Power Interface – расширенный интерфейс кон- фигурирования и питания) – интерфейс, представляющий собой единую систему управления питанием для всех компонентов компьютера. Поддерживается новейшими модификациями BIOS материнских плат. Радиоинтерфейс Bluetooth В 1998 г. разработана технология беспроводной передачи данных, которая получила название Bluetooth. Новый интерфейс позволил соединять друг с другом практически любые устройства ноутбуки, принтеры, цифровые фотоаппараты, мобильные телефоны. Для беспроводного интерфейса Bluetooth отведен частотный диапазон от 2,4 до 2,48 ГГц. Поскольку радиоэфир имеет помехи естественного и искусственного происхождения, то для использования в интерфейсе Bluetooth был предложен принцип скачкообразной перестройки частоты в пределах отведенного диапазона по псевдослучайному алгоритму. Дальность надежного соединения для устройств с интерфейсом Bluetooth составляет от 10 дом и более. Скорость передачи данных в асимметричном режиме до 721 Кбит/с, а в симметричном – 432,6 Кбит/с в обоих направлениях. Для целей безопасности в спецификации интерфейса предложено использовать аутентификацию и шифрование данных с ключом длиной от 8 до 128 битов. Контрольные вопросы 1. Состав системного блока ПЭВМ. 2. Что такое чипсет (ChipSets)? 3. Что входит в архитектуру системной платы 4. Какие функции выполняет микропроцессор 5. Основные характеристики микропроцессора. 6. Виды памяти в ПЭВМ 7. Назовите назначение ОЗУ и ПЗУ. 8. Логическая структура основной памяти ПЭВМ. 9. Принцип работы клавиатуры. 10. Основные типы и характеристики системных шин ПЭВМ. 190 9. ВНЕШНИЕ ЗАПОМИНАЮЩИЕ УСТРОЙСТВА 9.1. Классификация и характеристики внешних запоминающих устройств Внешние запоминающие устройства (ВЗУ) обеспечивают долговременное хранение программ и данных. ВЗУ классифицируются по ряду признаков (рис. 9.1): виду носителя, типу конструкции, принципу записи и считывания информации, методу доступа. При этом под носителем понимается материальный объект, способный хранить информацию. В зависимости от типа носителя все ВЗУ можно подразделить на магнитные накопители, оптические накопители и полупроводниковую память (флэш-память). Магнитные Оптические Полупроводниковые Внешние запоминающие устройства НГМД НЖМД НМЛ Рис. 9.1. Классификация ВЗУ Кроме основной своей характеристики – информационной емкости дисковые накопители характеризуются и двумя другими показателями (табл. 9.1): временем доступа скоростью считывания последовательно расположенных байтов. Время доступа (access time) к информации на диске, то есть время, которое дисковод затрачивает до начала чтения-записи данных, складывается из нескольких составляющих времени перемещения магнитной головки на нужную дорожку (seek time); времени установки головки и затухания ее колебаний (setting time); временем ожидания вращения (rotation latency) – ожидания момента, когда из-за вращения диска нужный сектор окажется под головкой. Таблица 9.1 Тип накопителя Емкость, Мбайт Время доступа, мс Скорость считывания, Кбайт/с FDD 1,2; 1,44 65 – 100 55 – 150 HDD 1 000 – 250000 5 – 30 500 – 6000 DVD 4700 – 17000 150 – 200 1380 CD-ROM 250 – 1500 50 – 300 150 – 3000 CD-RW 120 – 1000 50 – 150 150 – 3000 НМОД 128 – 2600 50 – 150 300 – 6000 Диски относятся к машинным носителям информации с прямым доступом. Понятие прямой доступ применительно к диску означает, что ПК может обратиться к дорожке, на которой начинается участок с искомой информацией или куда нужно записать новую информацию, непосредственно, где бы ни находилась головка чте- ния-записи накопителя. После доступа к информации происходит ее последовательное считывание (скорость считывания (transfer rate) 2 Мбайт/с и выше). Флэш-память относится к классу EEPROM (Electrical Erasable Programmable Read Only Memory) – электрически перезаписываемая постоянная память. Флэш- память обладает сочетанием высокой плотности информации (ячейки меньше ячеек DRAM), энергонезависимого хранения, электрического стирания и записи и высокой надежности. Флэш-память имеет время доступа 35–200 нс. Стирание информации занимает 1–2 секунды, запись байта занимает время порядка 10 мкс. 9.2. Накопители на гибких магнитных дисках В общем случае под накопителем на магнитных дисках понимают устройство, обеспечивающее запись и считывание данных с вращающихся магнитных дисков. Магнитный диск – носитель информации в форме круглой пластины (диска, поверхность которой покрыта магнитным материалом. Принцип записи цифровой информации на магнитный диск заключается в следующем (рис. 9.2). Дисковод вращает диск под магнитной головкой, которая может двигаться по радиусу диска, при этом каждое ее положение создает на диске кольцевой путь – дорожку. Количество дорожек определяется числом различных положений головки. Информация записывается на диске вдоль дорожки путем подачи на головку тока записи, который создает магнитный поток, проходящий через зазор головки и магнитный слой диска. Изменением направления сигнала в обмотке головки изменяют полярность намагничивания. Считывание информации происходит за счет индуцирования тока в обмотке головки при перемещении под головкой намагниченных участков дорожки. Рис. 9.2. Магнитная запись цифровой информации Гибкий магнитный диск, состоящий из круглой полимерной подложки, покрытой с обеих сторон тонким слоем магнитного материала и помещенной в специальную пластиковую упаковку, называется дискетой. Дискеты используются для хранения данных и переноса их между компьютерами, оснащенными НГМД. Конструктивно НГМД состоит из четырех основных элементов рабочий двигатель, обеспечивающий постоянную скорость вращения дискеты об./мин); рабочие головки, предназначенные для записи и чтения данных. Дисковод оснащается двумя комбинированными головками (для чтения и записи каждая, которые располагаются над рабочими поверхностями дискеты – одна головка предназначена для верхней, а другая – для нижней поверхности дискеты шаговые двигатели, предназначенные для движения и позиционирования головок управляющая электроника, отвечающая за передачу и преобразование информации, которую считывают или записывают головки. Головка записи-считывания Сектор Трек дорожка) Кластер Дискета устанавливается в дисковод, автоматически в нем фиксируется, после чего механизм накопителя раскручивается до номинальной частоты вращения. В накопителе вращается дискета, магнитные головки остаются неподвижными. При этом дискета вращается только при обращении к ней (чтении или записи данных. Чтобы не нарушалась постоянная скорость вращения привода, дисковод всегда должен работать только в горизонтальном или вертикальном положении. Процессор взаимодействует с НГМД через специальный контроллер гибких дисков. Необходимое условие использования дискеты для записи и чтения информации – ее форматирование, те. разбиение (разметка) на определенные участки, по номерам которых можно определить любую запись на диске. Для форматирования дисков операционные системы используют специальные команды для DOS – это команда Format. Дискета разбивается на дорожки (треки, а дорожки на сектора (рис. 9.2). Сектор представляет собой минимальную физическую единицу хранения информации на диске, его размер, как правило, равен 512 байт. Секторы на дорожке записываются последовательно. Между каждым сектором остается промежуток, предназначенный для синхронизации. Дорожки нумеруются начиная от края к центру диска, при этом каждая дорожка имеет одно и тоже количество секторов. Таким образом, на дорожках, расположенных ближе к центру диска, информация записывается более плотно. Дорожки с одинаковыми номерами на различных поверхностях диска (в общем случае – пакета дисков) образуют цилиндр Доступ к информации записанной водном цилиндре, осуществляется без перемещений магнитных головок. В настоящее время наибольшее распространение получили дюймовые (89 мм) дискеты высокой плотности DS/HD (double-side /high-density – две стороны, высокая плотность. Для них число дорожек на одной стороне равно 80, количество секторов на дорожках – 18, соответственно, емкость диска 80 18 2 512 = 1 474 560 байт, или 1 440 Кбайт, или 1,44 Мбайт. Основные характеристики магнитного диска приведены в табл. 9.2. Основные функции управления дисководом реализуются встроенным в материнскую плату контроллером FDD. Он осуществляет кодирование информации, поиск дорожек и секторов, синхронизацию, коррекцию ошибок. Таблица 9.2 Параметр ГМД 3,5 дюйма (89 мм) Полная емкость (Кбайт) 1600 Рабочая емкость (Кбайт) после форматирования 1440 Плотность записи (бит/мм) 558 Плотность дорожек (дорожек/мм) 5,3 Число дорожек на одной стороне диска 80 Число поверхностей (сторон) 2 Среднее время доступа (мс) 65 Скорость передачи (Кбайт/с) 150 Скорость вращения (оборотов/мин) 360 Число секторов 18 Емкость сектора дорожки (байт) 512 Структура записи данных вдоль дорожки диска показана на рис. 9.3. Данные КК ПИП МС ДИП МД АМ АД НС АС КК Сектор 1 ПМП МНД ДМП Сектор Рис. 9.3. Структура данных на дорожке гибкого диска Данные содержат служебную и рабочую (данные пользователя) информацию. Служебная информация необходима для синхронизации работы НГМД. Она идентифицирует дорожку и включает домаркерный промежуток (ДМП), маркер начала дорожки (МНД), послемаркерный промежуток (ПМП); 195 сектор и включает маркер сектора (МС, доинформационный промежуток (ДИП), маркер данных (МД), данные, контрольные коды (КК), послеинформацион- ный промежуток (ПИП); маркер сектора содержит адресный маркер (AM), адрес дорожки (АД, номер стороны дискеты (НС, адрес сектора на дорожке (АС) и контрольные коды (КК). Все промежутки заполняются нулевыми байтами и используются для создания временных интервалов при чтении-записи, необходимых системе управления. Маркер или метка – это определенный для каждого признака идентифицирующий код. Контрольные коды вводятся для проверки достоверности информации на дорожке. |