Автор работы: Пользователь скрыл имя, 30 Января 2013 в 20:33, курс лекций
Микропроцессор (МП) — центральное устройство ПК, предназначенное для управления работой всех блоков машины и для выполнения арифметических и логических операций над информацией.
После физического подсоединения устройства правильно опознаются и автоматически конфигурируются: USB самостоятельно определяет, что именно подключили к компьютеру, какой драйвер и ресурсы понадобятся устройству, после чего все это выделяет без вмешательства пользователя. Для адекватной работы шины необходима операционная система, которая корректно с ней работает. В данном случае такой ОС является Windows 95 и выше.
К шине USB можно одновременно подключить до 127 практически любых устройств: 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 теперь называется USB 1.1), обеспечивающая пропускную способность 480 Мбит/с.
Поддерживается также
Стандарт IEEE 1394
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 FireWire — «огненный провод» (хотя это название — собственность Apple и на компьютерах других производителей не применяется, как и цифровой интерфейс iLink компании Sony, также соответствующий стандарту IEEE 1394).
Цифровой последовательный интерфейс FireWire характеризуется высокой надежностью и качеством передачи данных, его протокол поддерживает гарантированную передачу критичной по времени 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&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 восьмижильного кабеля. Пропускная способность интерфейса составляет 100-400 Мбит/с, а в будущем ожидается даже 1600 Мбит/с. Этот интерфейс может использоваться для подключения жестких дисков, дисководов CD-ROM и DVD-ROM, а также высокоскоростных внешних устройств, таких как цифровые видеокамеры, видеомагнитофоны и т. д.
Последовательный интерфейс SATA
В конце 2000 года группа компаний Working Group (Intel, IBM, Maxtor, Quantum, Seagate и др.) анонсировала новый чрезвычайно эффективный последовательный интерфейс Serial ATA (SATA), обеспечивающий пропускную способность 1500 Мбит/с по 8-жильному кабелю. Версия SATA 2 имеет скорость передачи уже 3000 Мбит/с. В последующих версиях предполагается увеличение скорости обмена данными до 6000 Мбит/с (550 Мбайт/с). Интерфейс Serial ATA призван сменить параллельный интерфейс ATA (IDE). Последняя версия — Ultra ATA 100/133 с пиковой скоростью передачи данных 133 Мбайт/с (максимально достижимая скорость обмена по такому типу каналов).
Плоский широкий 80-проводный шлейф для передачи данных, используемый в АТА, заменен узким двухпроводным шлейфом в SATA. Это облегчает их прокладку в системном блоке и доступ к его компонентам, улучшает вентиляцию блока. SATA имеет программную совместимость со своим предшественником, большую пропускную способность и, кроме того, не требует напряжения питания 5 В, которое нужно для АТА (Необходимо всего 0,5 В, что согласуется с современной тенденцией понижения всех питающих напряжений). SATA обеспечивает значительно лучшую помехозащищенность данных за счет использования методов обнаружения и исправления ошибок. Многие фирмы уже выпускают дисковые накопители с интерфейсом SATA емкостью 300 Гбайт со скоростью вращения 15 000 оборотов в минуту и высочайшей надежностью (более 1 млн часов наработки на отказ).
Последовательный интерфейс SAS
В 2004 году представлены интерфейсы Serial Attached SCSI — SAS со скоростью 3 Гбит/с (пиковая скорость 6 Гбит/с). Обещаны второе и третье поколения интерфейса со скоростью до 12 Гбит/с. Многие фирмы готовы выпускать SAS-винчестеры. В частности, уже в феврале 2004 года фирма Seagate анонсировала семейство 2,5-дюймовых SAS-винчестеров.
Семейство последовательных интерфейсов PCI Express
Пожалуй, наиболее перспективно и представляет существенный интерес семейство последовательных интерфейсов PCI Express, информация о базовом протоколе которого появилась в июле 2002 года. PCI Express использует совокупность независимых последовательных каналов передачи данных. Поскольку при передаче используется помехозащищенное кодирование, каждый байт представляется 10 битами. Пропускная способность одного канала 200 Мбайт/с. Лицензированы 1-, 2-, 4-, 8-, 16- и 32-канальные версии (до 6,4 Гбайт/с). В режиме дуплесной передачи все эти цифры пропускной способности удваиваются.
PCI Express XI (одноканальный вариант) может быть использован для любых карт расширения, PCI Express x8 и х16 — только для видеокарт. Простейшая системная топология с интерфейсом PCI Express показана на рис 10.4.
Рис. 10.4. Простейшая системная топология с интерфейсом PCI Express
Следует отметить, что использование интерфейсов PCI Express возможно только при подключении шины PCI Express xl6 (x32) PCI Express к северному мосту (МСН) системного чипсета, а шин PCI Express xl — к южному (ICH).
В таблице 10.2 представлены основные характеристики шин семейства PCI.
Таблица 10.2. Характеристики шин семейства PCI
Версия |
Разрядность шины, бит |
Рабочая частота, МГц |
Скорость передачи, Мбайт/с* |
PCI 1.0 |
32 |
33 |
132 |
PCI2.1 |
32 |
66 |
266 |
PCI 2.2 |
64 |
133 |
532 |
, PCI X 1.0 |
64 |
133 |
1066 |
PCIXDDR |
64 |
133 |
2100 |
PCI X QDR |
64 |
133 |
4200 |
PCI Express xl |
8** |
2500 |
266 |
PCI Express x2 |
8, 2 линии |
2500 |
532 |
PCI Express x4 |
8, 4 линии |
2500 |
1066 |
PCI Express x8 |
8, 8 линий |
2500 |
2132 |
PCI Express xl6 |
8, 16 линий |
2500 |
4200 |
PCI Express x32 |
8, 32 линии |
2500 |
8400 |
* Скорость передачи
данных приведена в
**В каждой линии 2 канала: прямой и обратный для обеспечения дуплексной передачи; в каждом канале два подканала для передачи прямого и инверсного кодов с целью контроля достоверности передачи.
Прикладные программные интерфейсы
Для эффективной работы с видео- и аудиоинформацией разработаны прикладные программные интерфейсы API (Application Program \Interface):
□ Direct X — для работы с графикой;
□ Open GL — для работы с трехмерной (3D) графикой;
□ Open ML — для работы с мультимедиа (видео- и аудиоинформацией, в том числе и с трехмерной графикой).
Беспроводные (wireless) интерфейсы применяются для передачи данных на расстояния от нескольких десятков сантиметров до нескольких километров. Они наиболее удобны для пользователей, но при небольших расстояниях их стоимость выше проводных. Тем не менее, они востребованы во всех своих вариантах, и беспроводные технологии сейчас развиваются чрезвычайно интенсивно.
Беспроводные интерфейсы ЭВМ можно разделить на две группы:
1. Интерфейсы, предназначенные
для подсоединения к ЭВМ
2. Интерфейсы для подключения
ЭВМ к компьютерным сетям (
К первой группе интерфейсов относятся инфракрасные интерфейсы IrDA, радиоинтерфейсы: Bluetooth, WUSB, WSATA и др. Ко второй группе относятся интерфейсы WiFi, WiMax и др.
Интерфейсы IrDA
Одним из первых беспроводных интерфейсов, нашедших применение в компьютерах, был стандарт IrDA, связь в котором осуществляется по каналу инфракрасного излучения. Инфракрасный диапазон использовался в разных электронных системах для связи устройств друг с другом довольно давно, а в 1993 году международной коммерческой организацией Infrared Data Association был разработан стандарт IrDA, призванный решить проблему совместимости инфракрасных систем передачи информации. Протокол IrDA был включен в операционную систему Windows 95 как стандарт для организации обмена данными по инфракрасному каналу с длиной волны 880 нм на расстояние до 1 м.
Стандарт имеет несколько
□ SIR (Slow Infrared) со скоростью передачи от 2,4 до 115,2 Кбит/с;
□ MIR (Medium Infrared) со скоростью передачи от 576 до 1152 Кбит/с;
□ FIR (Fast Infrared) ) со скоростью передачи от 4 до 16 Мбит/с.
Итак, стандарт IrDA поддерживает связь по принципу «точка — точка» в пределах прямой видимости на расстоянии не более 1 м со скоростью до 16 Мбит/с. Канал передачи данных узконаправленный, что обеспечивает приличную его помехозащищенность.
Интерфейс Bluetooth
Bluetooth — технология передачи данных по радиоканалам в диапазоне частот около 2,5 ГГц на короткие расстояния даже при отсутствии прямой видимости между устройствами. Первоначально Bluetooth («голубой зуб») рассматривалась как альтернатива инфракрасным соединениям между различными портативными устройствами. Но сейчас эта технология получила гораздо более широкое распространение, вплоть до применения в локальных сетях небольших офисов, где стандарт Bluetooth иногда позиционируется как замена традиционных проводных технологий.
Стандарт Bluetooth был разработан совместными усилиями фирм IBM, Ericsson, Toshiba, Intel и Nokia. Первоначальная версия протокола предусматривала дальность передачи до 100 м, скорость передачи до 100 Кбайт/с. Для обеспечения безопасности частота, на которой передается информация, регулярно автоматически меняется. К одному каналу Bluetooth может быть подключено до 7 устройств. Современная высокоскоростная версия Bluetooth 2.0 обеспечивает скорость передачи до 1,5 Мбайт/с.
Следует отметить, что в 2004 году появились более интересные варианты беспроводных интерфейсов, и перспективы использования Bluetooth существенно сузились. Пока этот недавно еще очень многообещающий интерфейс сохраняет свое положение только при подключении беспроводных гарнитур: мыши и клавиатуры.
Интерфейс WUSB
Фирма Intel в качестве основной замены Bluetooth предложила беспроводную версию интерфейса USB — интерфейс WUSB (Wireless USB), который, по ее прогнозам, к 2006 году должен был вытеснить «голубой зуб». При переходе от USB к WUSB не понадобится даже менять драйверы устройств в операционной системе. Просто вместо кабеля будет использоваться радиоканал.
В WUSB используется технология разработанного в Intel беспроводного интерфейса UWB (Ultra Wide Band), получившего свое название из-за использования им очень широкой полосы частот: от 3,1 до 10,6 ГГц. Пиковая скорость передачи данных в этой технологии изменяется в зависимости от дальности передачи: при расстоянии до 2 м скорость может достигать 60 Мбайт/с, а при расстоянии 10 м снижается до 12 Мбайт/с.
В ближайшие годы обещают появление беспроводных интерфейсов WSATA и семейства интерфейсов WPCI Express.
Семейство интерфейсов WiFi
Интерфейсы WiFi относятся к группе интерфейсов, обеспечивающих беспроводной доступ компьютеров к сетям. Базовый стандарт IEEE 802.11 или WiFi (Wireless Fidelity — «беспроводная преданность») был разработан в 1997 году и обеспечивал передачу данных по радиоканалу 2,4 ГГц со скоростью до 250 Кбайт/с. Позже появились версии IEEE 802.11a, IEEE 802.11b, IEEE 802.11g, повысившие скорость передачи до 7-14 Мбайт/с, а в нелицензированном режиме IEEE 802.1 lg turbo— и до 56 Мбайт/с. Скорость передачи зависит от дальности и интенсивности помех. Максимальная дальность — примерно 100 м, в пределах прямой видимости возможно и некоторое увеличение дальности. Разрабатывается стандарт IEEE 802.11i, в котором предусмотрены серьезные меры по защите информации, в частности, системы шифрования информации и аутентификации пользователей.
Для работы с интерфейсом WiFi необходимы компьютер, укомплектованный адаптером WiFi — беспроводной сетевой интерфейсной картой NIC (Network Interface Card), и локальная сеть с точками доступа АР (Access Point), которые, являясь стационарными устройствами, выполняют роль моста между беспроводным и проводным сегментами этой сети.