Глава 2.3. Пк как пример компьютерной системы. Аппаратная конфигурация пк. Аппаратные интерфейсы.

Аппаратную конфигурацию настольного ПК можно рассмотреть с двух точек зрения.

1. Внешняя конфигурация. Элементом компьютерной системы считается устройство, выполненное в отдельном корпусе.

2. Функциональная конфигурация. Элементом компьютерной системы считается устройство, выполняющее определенную функцию, независимо от его конструктивного выполнения.

Рассмотрим сначала внешнюю конфигурацию настольного ПК (рис. 2.1).

Базовую конфигурациюсоставляют 4 основных элемента:системный блок,монитор,клавиатураимышь. Все остальные элементы относятся красширенной конфигурации. Многоточие на рис.2.3.1 означает любые другие допустимые устройства, например, плоттер, дигитайзер,MIDI-клавиатуру, модем и т.д.

Рассмотрим теперь функциональную конфигурацию (рис. 2.2). Основу функциональной конфигурации ПК составляет материнская плата, которую будем обозначатьMB(mainboard,motherboard). Материнская плата устанавливается в системном блоке, все остальные устройства ПК подключаются к ней.

Основными устройствами, которые обязательно должны быть подключены к материнской плате являютсяпроцессор (CPU–CentralProcessingUnit) иоперативная память(RAM–RandomAccessMemory). Все остальные устройства подключаются к материнской плате через соответствующие адаптеры. Например, адаптером монитора является видеокарта, адаптером аудиосистемы – звуковая карта. Большинство адаптеров включают в себяконтроллеры, управляющие работой устройств. Контроллер способен осуществлять некоторые операции по управлению устройством и по передачи данных без обращения кCPU, в этом смысле каждый контроллер можно считать дополнительным кCPU узкоспециализированным процессором. При необходимости контроллер может записывать/считывать данные изRAM. Процедура прямого (минуяCPU) обмена данными между устройством иRAM называетсяпрямым доступом к памятиилиDMA (Direct Memory Access). Если устройству требуетсяDMA, ему выделяется для этого специальная область памяти (диапазон адресов).

Для подключения адаптеров устройств на материнской плате установлены специальные разъемы (слоты). Часто используется термин «порт» - это более широкое понятие, включающее, кроме типа разъема, еще и тип аппаратного интерфейса - набор соглашений о передаче сигналов. Видеокарта подключается к специальным высокоскоростным портамAGP(AcceleratedGraphicPort) илиPCIE, звуковая карта, сетевая карта и многие другие устройства – к портуPCI(PeripheralComponentInterconnect).

Адаптеры некоторых устройств входят в состав материнской платы (так называемые интегрированные адаптеры) – в этом случае на материнской плате есть разъем для подключения самого устройства. Так, например, жесткий диск можно подключить непосредственно к порту IDE, а клавиатуру и мышь – к портамPS/2.

В настоящее время для подключения периферийных устройств разработаны универсальные адаптеры USB(UniversalSerialBus) иFireWire(IEEE 1394,i-Link). Через портUSBможно подключать самые разные устройства – клавиатуру, мышь, принтер, сканер, сотовый телефон, цифровой фотоаппарат, а также внешние носители данных – флэш-накопители и переносные жесткие диски (такие устройства желательно подключать через высокоскоростной портUSB2.0). ПортFireWireобычно используется для подключения цифровых телекамер, работающих в режиме реального времени.

В последнее время все чаще используется беспроводное подключение устройств к материнской плате – обмен сигналами при этом происходит при помощи электромагнитных волн. Для такого подключения существуют специальные адаптеры BlueTooth, которые подсоединяются кUSBпорту. При помощи такого адаптера можно, например, установить беспроводную связь компьютера с сотовым телефоном, подключить компьютер к Интернету, связать настольный компьютер с ноутбуком и т.д. Более подробно особенности подключения различных устройств мы рассмотрим в следующей Главе.

Обмен данными между различными устройствами компьютера происходит при помощи электрических сигналов. Для того чтобы обмен электрическими сигналами действительно приводил к обмену данными, необходимо, чтобы взаимодействующие устройства одинаковым образом интерпретировали эти сигналы. Способы интерпретации электрических сигналов в качестве данных составляют основу аппаратных интерфейсов, в соответствии с которыми устройства взаимодействуют друг с другом.

Различают последовательные интерфейсы и параллельные интерфейсы.

В соответствии с последовательныминтерфейсомданные передаются, как последовательная цепочка бит, каждый последующий передаваемый бит следует по времени после предыдущего. Передающая шина при этом может состоять из двух проводников. Примеры последовательных интерфейсов:COM, USB, FireWire, SATA.

Параллельныйинтерфейспередает несколько бит одновременно. Количество одновременно передаваемых бит называетсяразрядностьюинтерфейса (употребляются также термины «разрядность шины» или «ширина шины», обозначающие то же самое). Число проводников в передающей шине должно превышать разрядность шины как минимум на 1 (обычно проводников в шине еще больше для обеспечения коррекции, синхронизации и других служебных функций). Примеры параллельных интерфейсов:ISA, PCI, SCSI, IDE(ATA).

Реализованные в компьютерной системе аппаратные интерфейсы являются логической основой компьютерной системы, связывающей аппаратное и программное обеспечение в единое целое. Аппаратные интерфейсы принимаются в виде стандартов и остаются постоянными в течение 10-20 лет для широкого класса выпускаемых компьютерных компонент (т.е. очень долго по сравнению со всеми остальными характеристиками компьютерной аппаратуры).

Эволюцию аппаратного обеспечения современных компьютерных систем можно проследить с точки зрения изменения базовых аппаратных интерфейсов. Так, для подключения периферийных устройств к настольным ПК за последние 20 лет сменилось 3 поколения интерфейсов

1. ISA, EISA, COM, LPT

2. PCI, AGP, IDE

3. PCIE, USB,FireWire, SATA..

В настоящее время преобладает тенденция перехода от параллельных интерфейсов к последовательным многоканальным интерфейсам, таким какUSB, FireWire, SATA.

-