reforef.ru 1
Теоретическая часть курса

"Периферийные устройства"


 
**Введение.
?Распределение системных ресурсов для обслуживания периферийных устройств(IRQ, I/O, DMA, UMB).
**Системный блок. Cистемная плата.
Память:**Оперативная память. Кэш память.  **Типы памяти. Основные характеристики.
Шины и интерфейсы подключения периферии: **ISA,EISA,MCA,VESA(local bus), PCMCIA,PCI,USB,FireWare,
** RS-232, LPT, IDE, SCSI.

Носители информации:

**Флоппи-диски
**Накопители данных на жестких магнитных дисках.
**Стриммеры.
**RAID массивы.
Оптические накопители(CD_ROM, DVD).

Сменные накопители высокой плотности записи:
**Обзор сменных накопителей.
**Магнитооптические накопители(подробно).

Видеосистема компьютера.
Введение. Режимы и принципы работы. Устройство типичной видео карты.

Видеопамять. Типы.

Шина AGP.
Монитор
Аппаратная 2D и 3D акселерация.
Интерфейсы прикладного программирования: DirectX, OpenGL и др.

Телекоммуникационные периферийные устройства.
Модемы,   *Сетевые адаптеры.
Звук: *Звуковые платы.
**Печатающие устройства: Принтеры, Плоттеры.
**Устройства ввода:

Сканеры, Клавиатура, Графические планшеты и устройства перьевого ввода. Манипуляторы ("Мышь","TrackBall" и "TrackPoint".).


**Источники бесперебойного питания:UPS.

Глоссарий

Введение

    Периферийные устройства - это любые дополнительные вспомогательные устройства, которые можно подключить к компьютеру для расширения функциональных возможностей. В технической литературе под периферией принято понимать все, что находится вне системного блока. Большинство устройств подсоединяются через специальные гнезда(разъемы), находящиеся обычно на задней стенке системного блока компьютера.


Перечень периферийных устройств бесконечен. Кроме монитора и клавиатуры, общеизвестную периферию составляют:


  •  принтер - устройство для вывода на печать текстовой и графической информации;

  •  модем - связь с другими компьютерами по телефонной линии;

  •  сканер - ввод в компьютер текстовой или графической информации;
  •  мультимедийные устройства - ввод и вывод звуковых и видео сигналов, обслуживание драйверов CD ROM;


  •  сетевые адаптеры - связь с другими компьютерами по специальным линям связи компьютерных сетей;

  •  дисковые накопители(CD-ROM, HDD, FDD, ZIP и др.).

    Для некоторых устройств (сканер) требуются специальные платы адаптеров, которые служат промежуточным звеном между компьютером и устройством и выполняют низкоуровневое управление.

    Все периферийные устройства относятся к аппаратному обеспечению. Некоторые устройства могут вставляться внутрь системного блока компьютера (например модем, сетевой адаптер, плата мультимедиа). Для подключения таких устройств к компьютеру необходимо, чтобы на основной электронной плате компьютера - системной (материнской плате) имелись свободные гнезда (разъемы, или слоты) расширения для подключения устройств.


    Для взаимодействия периферийных устройств необходим обмен информацией между оперативной памятью и внешними устройствами. Такой обмен называется вводом-выводом. Но этот обмен не происходит непосредственно: между любым внешним устройством и оперативной памятью в компьютере имеются два промежуточных звена:

1. Для каждого внешнего устройства в компьютере имеется управляющая электронная схема. Эта схема называется контроллером или адаптером. Некоторые контроллеры(например, контроллер дисков) могут управлять сразу несколькими устройствами.


2. Все контроллеры и адаптеры взаимодействуют с микропроцессором и оперативной памятью через системную магистраль передачи данных, которую обычно называют системной шиной.

    Все вышеперечисленное и является предметом данного курса. Учитывая важность понимания взаимодействия периферийных устройств с основными функциональными модулями компьютера и постоянное совершенствование компьютерных средств мы рассмотрим основы функционирования электронных модулей системного блока с целью систематизации знаний об основных узлах компьютера (процессор, память, видеоадаптер) и выяснения ключевых тенденций развития компьютерной технологии. Другая цель курса - получить базовые сведения по методам модернизации компьютера и диагностики неисправностей, поскольку выпускник  должен:


  •  Иметь ясное представление о работе и взаимодействии подсистем компьютера на функциональном, логическом, аппаратном и программном уровнях;

  •  понимать какие подсистемы и почему ограничивают возможности компьютера;
  •  уметь выявлять неисправности на программном уровне и на уровне функциональных модулей, локализуя неисправность на уровне конструктивном (узел).




Разделение системных ресурсов компьютера


    Казалось бы нет ничего проще, чем установить в ПК дополнительный адаптер или сетевую плату. Вставил аккуратно в разъем расширения и включай. Но практика показывает, что и для этой нехитрой процедуры есть свои правила, при несоблюдении которых компьютер начинает себя вести непредсказуемо. Попробуем разобраться в чем здесь дело. Большинство адаптеров ПК, выполненных в виде отдельных плат, используют как минимум один из следующих системных ресурсов:


  •  Порты ввода/вывода;

  •  верхние блоки памяти UMB;

  •  линии запросов прерываний IRQ;

  •  каналы прямого доступа к памяти DMA.

    Неправильное совместное использование этих ресурсов ведет к конфликтам, которые могут быть устранены грамотной настройкой аппаратных средств системы.

    Порты ввода - вывода.

    Схемотехника РС -совместимых ПК позволяет определить до 65536 портов ввода/вывода. Большинство из них, как правило, не используется. Каждому из них присвоен свой шестнадцатеричный номер (адрес порта). Первое, что необходимо знать, это диапазон адресов портов ввода/вывода с шиной ISA: от 0 до 3FFh включительно. Сюда входят порты контроллеров клавиатуры, жестких и гибких дисков, видеоадаптеров, последовательных и параллельных интерфейсов и т.д. Есть специальный диапазон адресов портов, предназначенных для плат прототипов, которые могут быть разработаны независимыми производителями (это 300h - 31Fh).


    Как правило, порты ввода/вывода используются блоками, т.е. имеется базовый адрес порта, который обычно указывается в документации, и еще несколько адресов, также используемых данным устройством (на практике можно предположить, что за базовым занято еще 15 адресов). Например контроллер

параллельного интерфейса кроме базового занимает еще два порта: первый порт соответствует регистру данных, второй - регистру статуса и третий -

регистру управления. А вообще для этого контроллера резервируется 16 адресов.

    Часто возможна ситуация, когда контроллеры интерфейсов, игровой порт (или контроллер гибкого и жесткого диска) выполнены на одной плате. Установка диапазона адресов портов, через которые осуществляется обмен информацией и управление, осуществляется установкой специальных перемычек (jumpers) или включением/выключением двухпозиционных переключателей (DIP-switches).

    Прерывания.

    В ПК имеется довольно развитая система прерываний. В РС/ХТ использовалась микросхема i8259 в качестве контроллера прерываний, которая имеет восемь входов для сигналов прерываний (IRQ0 - IRQ7). Поскольку процессор реагирует на события последовательно, то контроллер устанавливает для каждого из своих входов приоритет (наивысший IRQ_0). В современных РС/АТ количество линий прерываний увеличено до 15, которые реализуются каскадным включением двух i8259 (к IRQ2 подключен второй контроллер).


    Чтобы грамотно разделить этот системный ресурс надо, чтобы каждая линия прерывания обслуживала только одно устройство. Любая плата адаптера,

контроллера (например стример) позволяет изменять номера прерываний: разрешать, запрещать, назначать. Обычно это выполняется с помощью перемычек, переключателей или программно. Для того, чтобы узнать какие номера прерываний (и какими устройствами) используются в данной момент в ПК, можно воспользоваться программой Checkit (либо активизировать меню ?Система? в Windows 95). У РС/АТ обычно свободно четыре линии запроса прерываний IRQ10, 11, 12 и 15 (13 и 14 используются сопроцессором и винчестером).


    Прямой доступ
к памяти.

    В случае передачи данных в режиме ПДП (DMA), периферийное устройство связано с памятью непосредственно, минуя ЦП. Такой режим используется для

ускорения передачи данных, если передаются большие объемы. В РС/АТ имеется 8 каналов ПДП, часто функции контроллеров ПДП выполняют контроллеры периферийных устройств. Канал 0 ПДП используется для регенерации ОЗУ, 1 и 2 (или 2 и 3) используются для передачи данных между гибким диском и винчестером и ОЗУ.


    Рекомендации по использованию каналов ПДП такие же как и линий прерываний IRQ. Необходимо учитывать, что бывают исключения - одному устройству
требуется два канала ПДП (например платы сбора данных).
 

       Распределение памяти.

    Обычно базовая емкость ОЗУ - 1МВ, но DOS может обращаться только к 640 КВ, поэтому эту память называют стандартной. Вся базовая память может быть разбита на 16 областей по 64 КВ каждая, их называют страницами и они могут быть пронумерованы от 0 до F: 0,1,......9, A,B,...F. Тогда стандартная память занимает от 0 до 9. Следующие 384 КВ зарезервированы для системного использования и называются верхними блоками памяти (UMB, Upper Memory Blocks). Эта область памяти резервируется под:

  •  Видеопамять;

  •  модули ROM BIOS;

  •  ROM VGA/SVGA, HD BIOS.

    Существует область памяти, называемая областью верхней памяти HMA (High Memory Area),расположенная за 1 МВ (за системным ROM BIOS) и имеющая размер 64 КВ (без 16 байт), которая доступна в реальном режиме работы процессоров начиная с 286 и образовалась она в результате не совсем корректно спроектированной эмуляции процессора 8088 при отмене циклического перехода от старших адресов к младшим. Оставшаяся память носит название расширенной памяти (EMA).


    Как использовать память в адресах старше 1 МВ:

Все сложности старых операционных систем (MS DOS и др.) по использованию памяти выше одного мегабайта уже решены. Подавляющее большинство современных опреционных систем являются 32-х или даже 64-х разрядными и адресуют линейно оперативную память.