Шины материнской платы, порты персональных компьютеров

Министерство  образования Российской Федерации

НОУ «Гуманитарно-социальный институт»

 

Факультет: «Управления  и информатики»

 

Кафедра : «Информационные    

  технологии и системы»

 

 

 

 

 

 

 

 

Курсовая работа

По дисциплине: «Интерфейсы  информационных систем»

На тему: «Шины материнской платы,

порты персональных компьютеров»

 

 

 

 

 

Работу выполнил студент  группы 21:               Гикашвили И.Г.

Проверил :

проф., к.т.н. Черников Ю.Г

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Люберцы-2009

Оглавление

1. Введение………………………………………………………………………….2
2. Шины…………………………………………………………………………...3-6
1. Extended ISA……………………………………………………………..…7
2. Industry Standard Architecture……………………………………………...8
3. Low Pin Count……………………………………………………………….9
4. Peripheral Component Interconnect…………………………………….10-11
5. PCI Express …………………………………………………………….12-14
6. HyperTransport………………………………………………………....15-17
7. Serial Peripheral Interface Bus……………………………………………..18
8. Advanced Technology Attachment……………………………………19-21
9. Serial ATA…………………………………………………………….22-23
10. Small Computer System Interface…………………………………….24-26
3. Порты……………………………………………………………………………27
1. Параллельный порт…………………………………………………..28-30
2. Последовательный порт…………………………………………………31
3. USB……………………………………………………………………32-36
4. IEEE 1394……………………………………………………………. 37-41
5. PS/2……………………………………………………………………….42
4. Заключение …………………………………………………………………..43
5. Список Литературы………………………………………………………….44

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.Введение

Толковый словарь по вычислительным системам определяет понятие интерфейс, как границу раздела двух систем, устройств или программ; элементы соединения и вспомогательные схемы  управления, используемые для соединения устройств. Также интерфейсы позволяют  подключать к персональным (и не только) компьютерам разнообразные  периферийные устройства и их контроллеры. По способу передачи информации интерфейсы подразделяются на параллельные и последовательные. В первом случае все биты передаваемого  слова (обычно байта) выставляются и  передаются по соответствующим, параллельно  идущим проводам одновременно. В ПК (персональном компьютере) традиционно  используется параллельный интерфейс Centronics, который осуществляется LPT-портами. В последовательном же интерфейсе биты передаются друг за другом, обычно по одной  линии. Этот интерфейс в ПК обеспечивают COM-порты в соответствии со стандартом RS-232C. Интерфейс RS-232C широко распространен  в различных ПУ (периферийных устройствах) и терминалах. Широко используется последовательный интерфейс синхронной и асинхронной передачи данных.

К внешним интерфейсам  кроме портов относятся шины. В  современных компьютерах все  большее значение приобретают внешние  шины, которые необходимы для подключения  различных устройств: например, внешних  жестких дисков, CD-, DVD-устройств, сканеров, принтеров, цифровых камер и прочего.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.Шины

Компьютерная шина (от англ. computer bus, bidirectional universal switch — двунаправленный универсальный коммутатор) — в архитектуре компьютера подсистема, которая передаёт данные между функциональными блоками компьютера. В отличие от связи точка—точка, к шине можно подключить несколько устройств по одному набору проводников.

Ранние компьютерные шины представляли собой параллельные электрические шины с несколькими подключениями, но сейчас данный термин используется для любых физических механизмов, предоставляющих такую же логическую функциональность, как параллельные компьютерные шины. Современные компьютерные шины используют как параллельные, так и последовательные соединения. В случае USB и некоторых других шин могут также использоваться хабы.

Ранние компьютерные шины были группой проводников, подключающей компьютерную память и периферию к процессору. Почти всегда для памяти и периферии использовались разные шины.

Одним из первых усовершенствований стало использование прерываний. До их внедрения компьютеры выполняли операции ввода-вывода в цикле ожидания готовности периферийного устройства. Это было бесполезной тратой времени для программ, которые могли делать другие задачи. Также, если программа пыталась выполнить другие задачи, она могла проверить состояние устройства слишком поздно и потерять данные. Поэтому инженеры дали возможность периферии прерывать процессор. Прерывания имели приоритет, так как процессор может выполнять только код для одного прерывания в один момент времени, а также некоторые устройства требовали меньших задержек, чем другие.

Некоторое время спустя, компьютеры стали распределять память между  процессорами. На них доступ к шине также получил приоритеты.

Классический и простой способ обеспечить приоритеты прерываний или  доступа к шине заключался в цепном подключении устройств.

DEC(Digital Equipment Corporation) отмечала, что две разные шины могут быть излишними и дорогими для малых, серийных компьютеров и предложила отображать периферийные устройства на шину памяти, так, что они выглядели как области памяти. В то время это было очень смелым решением и критики предсказывали ему провал.

Первые миникомпьютерные шины представляли пассивные объединительные платы, подключенные к контактам микропроцессора. Память и другие устройства подключались к шине с использованием тех же контактов адреса и данных, что  и процессор. Все контакты были подключены параллельно. В некоторых случаях, например в IBM PC, необходимы дополнительные инструкции процессора для генерации сигналов, чтобы шина была настоящей шиной ввода-вывода.

Во многих микроконтроллерах и встраиваемых системах шины ввода-вывода до сих пор не существует. Процесс передачи контролируется ЦПУ, который в большинстве случаев читает и пишет информацию в устройства, так, как будто они являются блоками памяти. Все устройства используют общий источник тактового сигнала. Периферия может запросить обработку информации путём подачи сигналов на специальные контакты ЦПУ, используя какие-либо формы прерываний. Например, контроллер жёсткого диска уведомит процессор о готовности новой порции данных для чтения, после чего процессор должен считать их из области памяти, соответствующей контроллеру. Почти все ранние компьютеры были построены по таким принципам, начиная от Altair с шиной S-100, заканчивая IBM PC в 1980-х.

Такие простые шины имели серьёзный  недостаток для универсальных компьютеров. Всё оборудование на шине должно было передавать информацию на одной скорости и использовать один источник синхросигнала. Увеличение скорости процессора было не простым, так как требовало такого же ускорения всех устройств. Это часто приводило к ситуации, когда очень быстрым процессорам приходилось замедляться для возможности передачи информации некоторым устройствам. Хотя это допустимо для встраиваемых систем, данная проблема непозволительна для коммерческих компьютеров. Другая проблема состоит в том, что процессор требуется для любых операций, и когда он занят другими операциями, реальная пропускная способность шины может значительно страдать.

Такие компьютерные шины были сложны в настройке, при наличии широкого спектра оборудования. Например, каждая добавляемая карта расширения могла  требовать установки множества  переключателей для задания адреса памяти, адреса ввода-вывода, приоритетов  и номеров прерываний.

Компьютерные шины «второго поколения», решали некоторые из вышеперечисленных проблем. Они обычно разделяли компьютер на две «части», процессор и память в одной и различные устройства в другой. Между частями устанавливался специальный контроллер шин (bus controller). Такая архитектура позволила ускорять скорость процессора без влияния на шину, разгрузить процессор от задач управления шиной. При помощи контроллера устройства на шине могли взаимодействовать друг с другом без вмешательства центрального процессора. Новые шины имели лучшую производительность, но также требовали более сложных карт расширения. Проблемы скорости часто решались увеличением разрядности шины данных, с 8-ми битных шин первого поколения до 16 или 32-х битных шин во втором поколении. Также появилась программная настройка устройств для упрощения подключения новых устройств, ныне стандартизованная как Plug-n-play.

Однако новые шины, так же как  и предыдущее поколение, требовали  одинаковых скоростей от устройств  на одной шине. Процессор и память теперь были изолированы на собственной  шине и их скорость росла быстрее, чем скорость переферийной шины. В  результате, шины были слишком медленны для новых систем и машины страдали от нехватки данных. Один из примеров данной проблемы: видеокарты быстро совершенствовались, и им не хватало пропускной способности даже новых шин Peripheral Component Interconnet (PCI). Компьютеры стали включать в себя Accelerated Graphics Port (AGP) только для работы с видеоадаптерами. В 2004 году AGP снова стало недостаточно быстрым для мощных видеокарт и AGP стал замещаться новой шиной PCI Express

Увеличивающееся число внешних  устройств стало применять собственные  шины. Когда были изобретены приводы  дисков, они присоединялись к машине при помощи карты, подключаемой к  шине. Из-за этого компьютеры имели  много слотов расширения. Но в 1980-х и 1990-х были изобретены новые шины SCSI и IDE решившие эту проблему и оставив большую часть разъёмов расширения в новых системах пустыми. В наше время типичная машина поддерживает около пяти различных шин.

Шины стали разделять на внутренние (local bus) и внешние (external bus). Первые разработаны для подключения внутренних устройств, таких как видеоадаптеры и звуковые платы, а вторые предназначались для подключения внешних устройств, например, сканеров. IDE является внешней шиной по своему предназначению, но почти всегда используется внутри компьютера.

Шины «третьего поколения» в  настоящее время находятся в процессе выхода на рынок. Они обычно позволяют использовать как большие скорости, необходимые для памяти, видеокарт и межпроцессорного взаимодействия, так и небольшие при работе с медленными устройствами, например, приводами дисков. Также они стремятся к большей гибкости в терминах физических подключений, позволяя использовать себя и как внутренние и как внешние шины, например для объединения компьютеров. Это приводит к сложным проблемам при удовлетворении различных требований, так что большая часть работ по данным шинам связана с программным обеспечением, а не с самой аппаратурой. В общем, шины третьего поколения больше похожи на компьютерные сети, чем на изначальные идеи шин, с большими накладными расходами, чем у ранних систем. Также они позволяют использовать шину нескольким устройствам одновременно.

Примеры внутренних компьютерных шин:

Параллельные

• Extended ISA или EISA
• Industry Standard Architecture или ISA
• Low Pin Count или LPC
• Peripheral Component Interconnect или PCI
• VESA Local Bus или VLB

Последовательные

• HyperTransport
• PCI Express или PCIe
• Serial Peripheral Interface Bus или шина SPI
• FireWire, чаще используется как внешняя

Примеры внешних компьютерных шин

• Advanced Technology Attachment или ATA (также известна, как PATA, IDE, EIDE, ATAPI)
• Serial ATA
• USB, Universal Serial Bus
• SCSI, Small Computer System Interface

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.1.Extended ISA

EISA (англ. Extended Industry Standard Architecture) — шина для IBM-совместимых компьютеров. Была анонсирована в конце 1988 группой производителей IBM-совместимых компьютеров в ответ на введение фирмой IBM закрытой шины MCA в компьютерах серии PS/2.

EISA расширяет распространённую  шину ISA до 32 разрядов и позволяет подключать к шине более одного ЦПУ. Адресное пространство, по сравнению с ISA, увеличено до 4 ГБ. EISA является надмножеством ISA, поэтому, в отличие от MCA, к ней можно подключать старые платы, предназначенные для работы с 8- и 16- разрядными версиями ISA: имеется как электрическая, так и механическая совместимость.

Хотя шина EISA менее совершенна, чем MCA, она была принята многими  производителями, так как шина MCA являлась закрытой и все права  на неё принадлежали IBM. В конце концов, даже компания IBM выпустила несколько машин, которые использовали шину EISA. Использование шины EISA было дорогостоящим (хотя и дешевле MCA), так что EISA не получила распространения в персональных компьютерах. Однако, она получила распространение в серверах, так как была приспособлена для задач, требующих большой пропускной способности шины (например, обмен с HDDи работа в сети). Большинство выпущенных EISA карт были либо контроллерами шины SCSI либо сетевыми контроллерами.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.2.Industry Standard Architecture

ISA (от англ. Industry Standard Architecture, ISA bus,) — 8-ми или 16-ти разрядная шина ввода/вывода IBM PC-совместимых компьютеров. Служит для подключения плат расширения стандарта ISA. Конструктивно выполняется в виде 62-х или 98-контактного разъёма на материнской плате.

С появлением материнских плат формата ATX шина ISA перестала широко использоваться в компьютерах, хотя встречаются ATX-платы с AGP 4x, 6 PCI и одним (или двумя) портами ISA. Но пока её ещё можно встретить в старых AT-компьютерах, а также в промышленных компьютерах.

Для встроенных систем существует вариант компоновки шины ISA, отличающийся применяемыми разъёмами — шина PC/104.

Впервые шина ISA появилась на компьютерах IBM PC/XT в 1981 году. Это была 8-ми битная шина с тактовой частотой 4,77 МГц и скоростью передачи данных 4,77 МБ/с. Разъём состоял из 62-х контактов, из них 8 — для данных, 20 — линии адреса, 6 — для прерываний от IRQ2 до IRQ7.

В 1984 году шина была усовершенствована — стала способной передавать 16-бит данных за такт, увеличена тактовая частота до 8 МГц, размер адресуемой памяти был увеличен с 4 МБ до 16 МБ. Разъём увеличили на 36 контактов, при этом он остался совместим с 8-битными картами расширения, под данные теперь отводилось 16 линий, под адрес 24 линии и под прерывания 11 линий шины.