Интерфейсы внешних устройств.

 

План: 1. Основные устройства системы ввода-вывода.

2. Базовая система ввода-вывода

 

Устройства ввода-вывода (УВВ) входят в состав периферийных устройств ЭВМ. Передача информации с периферийного устройства (ПУ) в ядро ЭВМ называется операцией ввода, а передача из ядра ЭВМ в периферийное устройство - операцией вывода.

Устройства ввода включают:

1. Клавиатура – устройства ввода электромеханического типа;
2. Сканеры – устройства ввода информации в графическом виде с возможностью последующей программной оцифровки;
3. Графические планшеты – устройства ввода графиков, схем, чертежей с последующей возможностью программной обработки – диджитайзеры;
4. Устройства ввода управляющей информации:

- мышь;

- джойстик;

- световое перо.

Устройства вывода:

1. Экранные пульты:

- алфавитно-цифровые дисплеи – для вывода алфавитно-цифровой информации;

- графические дисплеи на ЭЛТ – и текст и графика;

- векторные дисплеи с режимом регенерации изображения и параметрическим способом получения контура графического образа на экране, предназначены для получения статических и динамических изображений в виде совокупности точек, отрезков векторов и символов;

- растровые дисплеи – предназначены для получения изображения в виде совокупности точек, отрезков, векторов, символов и закрашенных областей (с помощью матрицы точечных элементов изображения – пикселей);

2. графопостроители – устройства вывода графической информации на бумажные носители;

3. печатающие устройства – принтеры, плоттеры;

4. ВЗУ.

Устройства ввода-вывода информации (УВВ) предназначены для обеспечения связи внешних объектов или человека-оператора с вычислительной системой.

Так как ЭВМ понимает лишь язык физических состояний, кодируемых двоичными числами, то в УВВ обычно производится кодирование (декодирование) информации пересылаемой в ЭВМ (принимаемой от ЭВМ). Данные, закодированные соответствующим образом, передают по линиям связи двумя способами:

- параллельным;

- последовательным.

Когда ЭВМ должна обмениваться данными с удаленными УВВ или другими ЭВМ, то относительно большое расстояние между объектами предопределяет последовательный (побитный) обмен данными. В качестве средства связи чаще всего используют телефонные линии или радиоканал.

При использовании двухпроводной линии связи или радиоканала между УВВ и ЭВМ следует устройства для преобразования данных из параллельного кода в последовательный код и наоборот.

Передача данных по линиям связи осуществляется с использованием следующих режимов:

· симплексный;

· полудуплексный;

· дуплексный.

Все периферийные устройства ввода должны коммутироваться с ЭВМ таким образом, чтобы данные, вводимые пользователем, могли не только корректно поступать в компьютер, но и в дальнейшем эффективно обрабатываться. В случае вывода информация, поступающая на монитор, принтер или другие внешние периферийные устройства, должна быть предварительно обработана таким образом, чтобы соответствовать спецификации соответствующих вы­ходных устройств.

Связь устройств ЭВМ друг с другом осуществляется с помощью средств сопряжения - интерфейсов.

Интерфейс представляет собой совокупность физических средств сопряжения (коннекторов, разъемов), линий и шин, сигналов, электронных схем и алгоритмов, предназначенную для осуществления обмена информацией между устройствами. От характеристик интер­фейсов во многом зависят производительность и надежность вычислительной машины.

Время ответа – характеристика системы ввода-вывода ­– является одним из самых главных показателей производительности ЭВМ. Время ответа определяется временем, прошедшим с момента подачи запроса на ввод-вывод до момента начала передачи данных.

При разработке систем ввода-вывода должны быть решены следующие проблемы:

1. Должна быть обеспечена возможность реализации машин с переменным составом оборудования.

2. Для эффективного использования оборудования ЭВМ должны реализовываться параллельная во времени работа процессора над программой и выполнение периферийными устройствами процедур ввода-вывода.

3. Необходимо стандартизировать программирование операций ввода-вывода для обеспечения их независимости от особенностей периферийного устройства.

4. Необходимо обеспечить автоматическое распознавание и реакцию ядра ЭВМ на многообразие ситуаций, возникающих в ПУ (готовность устройства, различные неисправности и т.п.).

При конструировании ЭВМ широко применяются различные средства унификации.

Средства вычислительной техники проектируются на основе модульного принципа, который заключается в том, что отдельные устройства выполняются в виде конструктивно законченных модулей, из которых можно собирать ЭВМ в различных конфигурациях.

При обмене между ПУ и ЭВМ используются унифицированные форматы данных. Преобразование унифицированных форматов данных в индивидуальные, приспособленные для отдельных ПУ, производится в самих ПУ. Унификации также подвергают все компоненты интерфейса, а также формат и набор команд процессора для операций ввода-вывода. Унификация распространяется на семейство моделей ЭВМ.

Для обеспечения параллельной работы процессора и пери­ферийных устройств схемы управления вводом-выводом отделяют от процессора. Выполнение общих функций возлагают на общие для групп периферийного оборудования унифицированные устройства - контроллеры прямого доступа к памяти, процессоры ввода-вывода.

BIOS (Basic Input Output System) - базовая система ввода/выво­да. Содержит набор основных функций управления стандартными внешними устройствами PC.

Назначение ROM BIOS состоит в выполнении наиболее простых и универсальных услуг, связанных с осуществлением ввода-вывода.

ROM BIOS выполняет три основные функции:

· предоставляет операционной системе аппаратные драйверы и осуществляет сопряжение между материнской платой и остальным PC;

· содержит тест проверки системы, так называемый POST (Power On Self Test), который проверяет при включении PC все важнейшие компоненты;

· содержит программу установки параметров BIOS и аппаратной кон­фигурации PC – CMOS Setup.

Изменения конфигурации (например, информация о новом винчестере) за­писываются в специальную область памяти (и оттуда считываются ROM BIOS), называемую CMOS RAM. Эта область памяти (емкостью 100–129 байт) pacположена в контроллере периферии 82С206. Для того чтобы записанные зна­чения не были потеряны, контроллер обеспечивается питанием аккумулятор­ной батареи. Таким образом, информация о конфигурации PC остается в памяти, даже если долго не включать компьютер. Эта аккумуляторная батарея обеспечивает хранение установок CMOS Setup и работу системного таймера, т е. устройства для отсчета текущего времени.

 

Литература:

1. Ларионов A.M., Майоров С.А., Новиков Г.И. Вычислительные.комплексы, системы и сети. -Л.: Энергоатомиздат, 1987.

2. Хамахер К., Вранешич З., Захи С. Организация ЭВМ. -СПб.: Питер, 2003 - 848с: ил.

3. Таненбаум Э. Архитектура компьютера. -СПб.: Питер, 2003 - 704 с.