МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ
ТЕРНОПІЛЬСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
імені Івана Пулюя
Кафедра кібербезпеки
Реферат
на тему:
“ Інтерфейс введення-виведення”
Виконав:
Студент групи СА-11
Тернопіль 2023
ЗМІСТ
ВСТУП………………………………………………………………………..............2
Функції інтерфейсів введення-виведення……………………………………….....3
Класифікація інтерфейсів за призначенням………………………………………..4
Багаторівнева організація підсистеми введення-виведення………………………7
Висновок………………………………………………………………………...10
Список використаних джерел…………………………………………..11
ВСТУП
Інтерфейс – це сукупність ліній і шин сигналів, електричних схем, а також алгоритмів (протоколів), що здійснюють обмін інформацією між пристроями ЕОМ. Він уніфікує склад і призначення ліній зв'язку, визначає послідовність сигналів при виконанні операцій, тимчасові співвідношення і перехідні процеси в лініях[1].
Функції інтерфейсів введення-виведення
Інтерфейс вводу-виводу повинен виконувати наступні функції:
1. Інтерпретувати сигнали адреси і вибору між пам'яттю і введенням-висновком, щоб визначити звернення до нього, і в разі такого звернення визначити, до яких регістрів відбувається звернення.
2. Визначати, виконується введення або виведення; при виведенні сприйняти з шини вихідні дані або керуючу інформацію, а при введенні помістити на шину вхідні дані або інформацію про стан.
3. Вводити або виводити дані в підключений пристрій введення-виведення і перетворювати паралельні дані в формат, що сприймається пристроєм, або навпаки.
4. Посилати сигнал готовності, коли дані сприйняті або поміщені на шину даних, інформуючи процесор про завершення передачі.
5. Формувати запити переривань і (при відсутності в логіці управління шиною управління пріоритетними перериваннями) приймати підтвердження переривань і - видавати тип переривання[2].
Класифікація інтерфейсів за призначенням
Класифікація інтерфейсів за призначенням відображає взаємозв'язок з архітектурою реальних засобів обчислювальної техніки. Відповідно до цієї ознаки в ЕОМ і обчислювальних системах можна виділити декілька рівнів сполучень:
- машинні системні інтерфейси;
- локальні шини;
- інтерфейси периферійних пристроїв (малі інтерфейси);
- міжмашинні інтерфейси[1].
Машинні (внутрішньомашинні) системні інтерфейси призначені для організації зв'язків між складеними компонентами ЕОМ на рівні обміну інформацією з центральним процесором, ОП і контроллерами (адаптерами) ПУ[1].
Локальною шиною називається шина, що електрично виходить безпосередньо на контакти мікропроцесора, і призначена для збільшення швидкодії відеоадаптерів і контроллерів дискових накопичувачів. Вона зазвичай об'єднує процесор, пам'ять, схеми буферизації для системної шини і її контроллер, а також деякі допоміжні схеми. Типовими прикладами локальних шин є VLB і PCI[1].
Призначення інтерфейсів периферійних пристроїв (малих інтерфейсів) полягає у виконанні функцій сполучення контроллера (адаптера) з конкретним механізмом ПУ[1].
Міжмашинні інтерфейси використовуються в обчислювальних системах і мережах[1].
До інтерфейсів цієї групи відносяться LPT-, СОМ-, GAME- і MIDI-порти, шини SCSI, USB і FireWire.
Основоположником групи зовнішніх інтерфейсів є послідовний інтерфейс СОМ-порту RS-232C, що прийшов від віддалених терміналів, і використовувався раніше навіть для підключення принтерів. Він є максимально простий у реалізації і одночасно забезпечує високий рівень захисту від завад на довгих лініях. Одним із найважливіших застосувань RS-232 стало підключення ведмедики, на зміну якому прийшов стандарт PS/2.
Проте і досі COM порт використовується для управління блоками безперебійного живлення, підключення модемів, деяких фотокамер (переважно застарілих), а також багатьох інших пристроїв. Фізично роз'єм COM-порту 9- або 25-контактний SUB-D роз'єм[1].
Передача даних по лінії RS-232 відбувається побітно, послідовно один за одним, при чому можлива передача даних в обох напрямах. Передача даних відбувається в асинхронному режимі, кожен пакет даних складається із стартового біта, 8 біт даних та стопового біта, при чому як прийом, так і передача здійснюються з однаковою тактовою частотою. Для зменшення ймовірності помилок інколи у пакет даних включається додатковий біт контролю парності. Амплітуда сигналів досягає величини +/- 12В, що забезпечує високий рівень захисту даних від завад.
BIOS у сучасних комп'ютерах підтримує до 4-х COM портів, для обслуговування яких виділяється лише два переривання. Для СОМ1/COM3 це IRQ 4, для COM2/COM4 - IRQ 3[1].
Згодом із принтерних інтерфейсів послідовний RS-232C був витиснутий більш продуктивним паралельним інтерфейсом Centronics, реалізованим LPT-портом.
Специфікація IEEE1284 (LPT) визначає параметри паралельного інтерфейсу обміну даними із зовнішніми пристроями комп'ютера. Однонаправлений паралельний інтерфейс для підключення принтерів отримав найменування Centronics. Він об'єднує специфікацію на параметри сигналів, протоколи взаємодії і роз'єми, що використовуються. Інтерфейс Centronics реалізований на сучасних комп'ютерах як SPP (Standard Parallel Port - стандартний паралельний порт). Як роз'єм застосовується DB-25S, що розміщений на окремій планці.
Контроллер паралельного інтерфейсу підтримує 8-бітову шину даних, 5-бітову шину сигналів стану і 4-бітову шину сигналів, що управляють. Зазвичай підтримуються три 8-бітові регістри в просторі введення-виводу і одна лінія запиту переривання. Схемотехніка порту LPT базується на TTL-логіці. Швидкість обміну не вище 150 Кбайт/с при значному завантаженні процесора. Очевидно, що для сучасних пристроїв друку така швидкість абсолютно недостатня[1].
В міру росту можливостей принтерів, розширення номенклатури і вимог пристроїв уведення (сканери, дигитайзери) і пристроїв із двохнаправленним характером обміну (зовнішні диски, швидкісні модеми) продуктивності зазначених інтерфейсів виявилося недостатньо. Разом з тим виявилося, що підвищити продуктивність зовнішніх інтерфейсів можна зворотним переходам на послідовний інтерфейс, що знімає проблеми виготовлення багатожильних кабелів і багатоконтактних з'єднувачів з нормованими параметрами затримок сигналів. Ці передумови привели до появи послідовних шин USB і FireWire, що вирішують багато проблем підключення комп'ютерної периферії:
подолання обмеження продуктивності;
спрощення підключень – мінімізація кількості й асортименту сполучних кабелів;
економія ресурсів ЕОМ – адрес портів, каналів DMA і ліній запитів переривань, необхідних для підключення традиційних адаптерів;
повна підтримка технології Plug and Play[1].
USB (Universal Serial Bus) –послідовна шина підключення зовнішніх периферійних пристроїв середньої швидкодії (включаючи клавіатуру, мишу й інші пристрої), що забезпечує двохнаправленну передачу інформації. Двохжильний інтерфейс забезпечує швидкість передачі 1.5 чи 12 Мбіт/с. Пристрої підключаються по топології дерева, використовуючи хаби-розгалужувачі.
Унаслідок недостатньої продуктивності USB для цифрової передачі живого відеозоображення, на її базі був створений високопродуктивна послідовна шина FireWire (IEEE 1394). Цей інтерфейс із продуктивністю від 100 Мбіт/з і вище (до 1,6 Гбіт/с) призначений для підключення дисків, стримерів, сканерів, цифрових відеопристроїв і т.п[1].
SCSI (Small Computer System Interface, вимовляється «сказі») – інтерфейс системного рівня, стандартизований ANSI. SCSI-шина реалізується у виді кабельного шлейфа, що допускає з'єднання до 8 пристроїв внутрішнього і зовнішнього виконання. До шини можуть підключатися дискові внутрішні і зовнішні нагромаджувачі (вінчестери, змінні вінчестери, CD-ROM, магнітооптичні диски й ін.), стримери, сканери й інше устаткування, що вимагає інтенсивного обміну даними[1].
Інтерфейс ігрового адаптера (GAME-порту) відрізняється від описаних вище тем, що крім ввода значень дискретних (4 біти) сигналів, використовується для введення й аналогових сигналів (величини опору 4 резисторів). З самого початку порт був призначений для підключення джойстиків і інших ігрових пристроїв уведення, але може використовуватися для підключення й інших датчиків[1].
У таблиці приведені характеристики основних зовнішніх інтерфейсів.
Табл. 1 - характеристики основних зовнішніх інтерфейсів.