1. Шины расширения.

   1. ISA

ISA (Industry Standard Architecture) — 8- или 16-разрядная шина ввода/вывода IBM PC-совместимых компьютеров. Служит для подключения плат расширения стандарта ISA.

Частота 8 мгц.

При разрядности в 8 р – 8 мб/c (скорость передачи)

16 р – 16 мб/c(скорость передачи)

Конструктивно выполняется в виде 62-х или 98-контактного разъёма на материнской плате.

8 использовалось для данных, 20 — для адреса, остальные — для управляющих сигналов, а также подачи напряжений питания .

1.2 PCI

PCI ( Peripheral component interconnect)

Особенности шины PCI:

1)Разработано INTEL

2)Основополагающий принцип – мосты (осуществляет связь с другими шинами – стандартом ISA,арбитр шины)

3) Шина PCI 32-х или 64-х битный синхронный обмен данными.

4) Шина поддерживает метод передачи данных, называемый «linear burst» (метод линейных пакетов). Этот метод предполагает, что пакет информации считывается (или записывается) «одним куском», то есть адрес автоматически увеличивается для следующего байта, при этом увеличивается скорость передачи данных за счет уменьшения числа передаваемых адресов.

5)В PCI используется способ передачи данных – рукопожатие т.е существует два вида устройств:

-передающее(iniciator)

-приемное (target)

Когда передающее устройство готово к передаче оно выставляет данные на шину данных и сопровождает их соответствующим сигналом – iniciator ready ,при этом приемное устройство записывает их в свои регистры и подает сигнал taget ready,подтверждая запись данных и готовность к приему следующих.

6) передачей данных управляет не процессор,а мост DMA,установленный между ними.

7)PCI двунаправленная, в отличие от ISA приспособлено для распознавания аппаратных средств и анализа конфигурации системы в соответствие со стандартом plug and play (intel)

8)Спецификация шины PCI определяет следующие ресурсы:

1)адрес вв/выв

2)канал DMA

3)прерывание

4)диапазон памяти

9)Контроллер PCI позволяет устанавливать до 4-х слотов расширения

10) PCI-устройства оборудованы таймером, который используется для определения максимального промежутка времени, в течение которого устройство может занимать шину.

Передача данных - параллельная

Расчет пропускной способности - (f(частота) * разрядность)/8

5 в PCI 1.1 32 р. F=33 мгц

PCI 1.2 64 р. F=33 мгц

PCI 2.1 32 р. F=66 мгц

3.3 в PCI 1.2 64 р. F=66 мгц

1.3. AGP

AGP(Accelerated Graphics Port, ускоренный графический порт (порт т.е однонаправленная предназначенная только для подключения видеосистемы) – последняя разработка компании INTEL. Меньшая затрата времени на мультиплексирования адреса и данных.

Режимы	1х	2х	4х	8х
спецификация	97 год	97 год	98 год	2000 год
Уровни напряжения	3.3 в	3.3 в	1.5 в	0.8 в
Max скорость	266 мб/c	533 мб/c	1066 мб/c	2133 мб/c

1.4 PCI-express

Тип слота	Число контактов	Полоса пропускания мб/c
Х1	36	200
Х4	64	800
Х8	98	1600
Х16	164	3200
Х32	294	6400

При передаче данных по многополосным каналам используется тип передачи data stripping:

Каждый последующий байт передается по другой полосе в случае двухполосного канала(х2) все четные байты передаются по одной полосе – а нечетные по другой. Как и большинство других высокоскоростных последовательных протоколов PCI-ex использует схему передачи данных, встраивающую тактирующий сигнал в закодированные данные, тем самым обеспечивая самосихнхро.

На физ уровне применяется Манчестверский код, на логическом – алгоритм 8/10 для избежания длинной последовательности 0 и 1.

2. Интерфейс ввода-вывода.

1.2 Назначение, состав, классификация.

Интерфейс ввода\вывода – аппаратно-программный комплекс, предназначенный для подсоединения внешних устройств к системному блоку.

Все интерфейсы можно разделить на 2 группы:

- внутренние

- внешние.

На мат.плате:

-слоты расширения (для подключ.вне.устройств)

-встроенные интерфейсы

Внутренние интерфейсы предназначены для соединения процессора, памяти и других обязательных системных ресурсов. (BIOS, Chipset…)

Внешние интерфейсы предназначены для подключения не обязательных периферийных устройств.

Любой интерфейс обязательно включает драйвер, контроллер и среду передачи данных. Кроме того, внешний интерфейс может содержать разъемы.

Классификация интерфейсов

1. По способу передачи.

- последовательные

- параллельные

2. По топологии (как связываются одни элементы с другими) бывают: point-to-point (P2P) точка-точка; шина; кольцо; коммутатор.

3. По алгоритмам передачи:

Синхронные(с тактовым генератором) и асинхронные(самосинхронизирующиеся)

4. По алгоритму передачи:

— симплексные

- дуплексные

- полудуплексные

2.2 Контроллер устройств ввода-вывода

Устройства ввода/вывода, как правило, состоят из механической части и электронной части. Электронный компонент называется контроллером устройства.

Плата контроллера обычно снабжается разъемом, к которому может быть подключен кабель, ведущий к самому устройству. Многие контроллеры способны управлять двумя, четырьмя или даже восемью идентичными устройствами

Контроллер внешних устройств:

1)Преобразование логического адреса в физический

2)Из стандартной среды передачи данных в стандарт шины ввода\вывода

3 )Буферизация

4)Фиксирование прерываний IRQ Системные ресурсы вв\выв

5 )Назначается высокоскоростного канал dma

6)Адрес контроллера

7)Адрес dram,куда данные должны перейти

А дрес Лог. Физ.

I

контроллер

RQ

А дрес прерывания среда передачи

К анал DMA

Данные

2.3 Среда передачи данных:

1)Проводная

а)Витая пара

б)Коаксиал

в)оптоволокно

2)Беспроводная

а)радиочастоты(bluet.,wi-fi);

б)инфракрасные(лазерные)

2.4 Драйвер

Драйвер – программа, предназначенная для управления передачей данных,реализует протокол обмена данных(набор правил для обмена данными).

Дайвер для:

1)Устройств

2)ОС

2.5. USB

USB (Universal Serial Bus — «универсальная последовательная шина») — последовательный интерфейс передачи данных для среднескоростных и низкоскоростных периферийных устройств

Full speed – 12 мб/c

High speed -480 мб/c

Low speed – 1.5 мб/c

Для подключения периферийных устройств используется 4-х жильный кабель, при этом два провода (витая пара) используются для приёма и передачи данных, а два провода — для питания периферийного устройства(d+ d-). Благодаря встроенным линиям питания USB позволяет подключать периферийные устройства без собственного источника питания (макс напр. 5 вольт)

№ контакта	назначение	Цвет провода
1	U bus	Красный
2	D+	Белый
3	D-	зеленый
4	GND	черный
	экран	оплетка

2.5.1 Назначение. Структура (хаб, функция). Характеристики

Х аб – устройство для обеспечения подключения к

Интерфейсу других устройств.

Корневой хаб(root hub) находится подключен

к хосту.

«Функция» - логически законченное устройство,

выполняющее функцию.

Топология – 7 уровней.

Первый только хаб, последние только функции.

Хаб + несколько функция = составляющее

Устройство

Последовательно можно установить не больше 5

хабов, параллельно не более 4-ех

Порт хаба или функции, подключенной к хабу

более высокого уровня называется upstream port,

а низкого – downstreamport.

Все передачи данных инициируются хостом.

Макс количество функций - 127

Обязанности хоста:

• Следить за подключением и отключением устройств

• Организация поткоов управления между Usb устройством и хостом

• Контроль состояния устройств и ведения статистики активности

• Снабжение подключаемых устройств электропитанием

Аппаратная часть – хост-контролллер – посредник между хостом и устройством на шине.

Каждая конечная точка устройства описывается:

• Частотой обращения к шине и требованиями к задержкам

• Необходимой полосой пропускания

• Номером конечной точки

• Требованиями к обработке ошибок

• Максимальным размером кадра который может быть принят или послан.

• Типом поддерживаемой передачи данных

• Направлением осуществления передачи между конечной точной и хостом.

Информация по шине передается пакетами. Всего их определено 4 вида:

• Маркерные пакеты.

  • In - информируют USB устройство, что хост хочет читать данные из устройства

  • Out - информирует USB устройство, что хост хочет передавать данные в устройство

  • Setup - используются для обозначения начала управляющего типа передачи данных

  • SOF - пакеты начала кадра (Start of Frame Packets)

• Пакеты данных.

  • Существуют два типа пакетов данных - DATA0, DATA1 , каждый из которых способен содержать до 1024 байтов данных. У высокоскоростных устройств для пакетов данных определены два других PID-a: DATA2 и MDATA.

• Пакеты подтверждения.

  • ACK - подтверждение того, что пакет был успешно принят

  • NAK - информирует, что устройство в данный момент не может принимать либо отправлять данные. А в Interrupt транзакциях сообщает хосту, что устройство не имеет новых данных для передачи.

  • STALL - указывает, что устройство неспособно передавать или получать данные и требуется вмешательство хоста.

D+ D- дифференциальная передача по дифф.линиям(потенциальное код. – NRZ+манчестерский)

Код в USB – NRZI+8/10

3.Внешняя память Назначение. Классификация

Внешняя память: большая емкость, энергонезависисмость, долговременное хранение.

Классификация по элементам хранения информации:

1)На магнитных носителях:

• FDD(floppy)

• HDD

• Стриммер(магнитофон)

• Zip(дискета)

2)на оптических носителях

• Cd

• Dvd

• Blue-ray

3)на электроносителях

• Flash

Так же можно классифицировать по методу доступа информации:

1)Прямой (произвольный (адрес-данные))

• Hdd

• FDD

• Flash

2)Последовательный

• Cd

• Dvd

• B-ray

3.1 HDD

З апоминающее устройство (устройство хранения информации) произвольного доступа, основанное на принципе магнитной записи. Является основным накопителем данных в большинстве компьютеров. В отличие от «гибкого» диска, информация записывается на жёсткие (алюминиевые или стеклянные) пластины, покрытые слоем ферромагнитного материал

ШД – шпиндельный двигатель, на котором установлена ось и крутятся диски.

Сервосистема - предназначена для позиционирования головок по заданному адресу.

Блок управления сервосистемой содержит в себе текущий адрес и регистр нового адреса.

Текущий-новый=разность.

По разности вычисляется, в какую сторону надо сдвинуть:

- наружу

+к центру

Шаговые двигатели – при подаче напряжения они сдвигаются на 1 градус

Линеный двигатель – катушка вращается при подаче напряжения.

RWCU – отвечает за чтение/запись

Блок коммутации выбирает одну из 6 головок

Считанные данные поступают в кэш. Выбираются те данные, которые необходимы.

Буфер данных предназначен для согласования с интерфейсом в-в.

Единица жесткого диска - сектор

Сектор – минимальна порция данных, с которой диск обращается как с единым целым

571б

p refix portion

512б

suffix portion

Начало сектора, номер сектора, Контроль CRC или хемминга

Дефектация(55 байт)

Кластер – группа смежных секторов, с которой файловая система работает как с ед.информациии (от 512 б от 32 кб(при установке сис-мы))

Цилиндр – совокупность однономерных дорожек на всех поверхностях

Дефектация- указывает дефектный сектор или нет.(помечается флагом занят/свободен)

Кластер по умолчанию – 4 кб

4кб/0.5кб(сектор) = 8

Емкость винчестера – C *H*S*512

Интерфейсы: IDE,SATA(последовательный), PATA(паралелльный)

С помощью IDE можно подключать два устройства - Master(ведущий),Slave(ведомый)

SATA и PATA не поддерж.

3.1.1 физические принципы магнитной записи

Принцип записи – ориентация магнитных доменов, плотность записи зависит от зазора записывающей головки.

3.1.2. Понятие C H S

CHS (Cylinder, Head, Sector) — система адресации сектора. Сектор на жёстком диске адресуется кортежем из трёх чисел: цилиндр-головка-сектор, именно так, как этот блок физически расположен на диске.

3.1.3. Понятие логических дисков

Логический диск -  это часть долговременной памяти компьютера, предназначенная для хранения на жестком диске информации.  Логические диски применяются для систематизации данных, находящихся на жестком диске и облегчения работы с информацией. «Логический диск» является противоположностью «физического диска», под которым понимается память какого-либо конкретного дискового носителя.

Логическим диском может быть весь винчестер, но для удобства работы с информацией, а также для обеспечения большей безопасности, жесткий диск обычно разбивают на разделы. Для системного раздела рекомендуется оставлять определенный процент от всего объема жесткого диска.

3.1.3.1 структура BOOT сектора

Partition table	(общее для всех дисков) Таблица разделов. Обозначает начало сектора, конец и активность.
MRB(master boot record)	(общее для всех дисков)Главная загрузочная запись, содержит адрес программы, под управлением которой будет загружаться ось( IPL2,lilo,grub содержится в GMOS)
VBS(value boot sector)	Загрузочный сектор тома, содержит описание файловой системы: размер кластера, размер тома – тип файловой системы (Nk-Nn)*512 = Том
FAT	Таблица размещения файлов, содержит связи между кластерами, в которых записаны файлы.
Boot-directoty	Корневой каталог – включает описание файлов, расположение на диске, их имена,тип,даты создания и изменения и указания на первый кластер.
File area	Область данных

3.1.3.2. необходимость создания лог.дисков

1)безопасность данных: системный диск(ОС),рабочий диск(данные)

2)создание нескольких ос- многооперационная система XP,Linux,Freebsd,ubuntu и др.

3)техническое обслуживание(служебные программы)

3.1.3.4 FAT Файловая система FAT (File Allocation Table) представляет собой простую файловую систему, разработанную для небольших дисков и простых структур каталогов. Название этой файловой системы происходит от метода, применяемого для организации файлов, - таблица размещения файлов (File Allocation Table, FAT), которая размещается в начале тома. В целях защиты тома на нем хранятся две копии FAT, на тот случай, если одна из них окажется поврежденной. Кроме того, таблица размещения файлов и корневой каталог должны размещаться по строго фиксированным адресам, чтобы файлы, необходимые для запуска системы, были размещены корректно. Том, отформатированный для использования файловой системы FAT, размечается по кластерам. Размер кластера по умолчанию определяется размером тома. При использовании файловой системы FAT номер кластера должен иметь длину не более 16 бит и представлять собой одну из степеней 2. Размеры кластеров по умолчанию в зависимости от размера тома приведены в таблице. При форматировании тома FAT с помощью программы Format из командной строки пользователь имеет возможность указать другой размер кластера, отличный от значения, устанавливаемого по умолчанию. Однако устанавливаемый размер не может быть меньше размера по умолчанию, указанного в таблице для соответствующего размера тома. На рисунке представлена структура тома FAT.

Рис. Структура тома FAT

Таблицы расположения файлов (области FAT1 и FAT2) содержат следующую информацию о каждом кластере тома: - Unused (кластер не используется) - Cluster in use by a file (кластер используется файлом) - Bad cluster (плохой кластер) - Last cluster in a file (последний кластер файла) Корневой каталог содержит записи для каждого файла и каждого каталога, расположенных в корневом каталоге. Единственным различием между корневым каталогом и всеми остальными каталогами является то, что корневой каталог занимает четко определенное место на диске и имеет фиксированный размер (512 записей для жесткого диска; для дискет этот размер определяется объемом дискеты). Каталоги содержат 32-байтные записи для каждого содержащегося в них файла и каждого вложенного каталога. Эти записи содержат следующую информацию: - имя (в формате "8+3"), - байт атрибутов (8 бит), - время создания (24 бит), - дата создания (16 бит), - дата последнего доступа (16 бит), - время последней модификации (16 бит), - дата последней модификации (16 бит), - номер начального кластера файла в таблице расположения файлов (16 бит), - размер файла (32 бит). Структура каталога FAT не имеет четкой организации, и файлам присваиваются первые доступные адреса кластеров на томе. Номер начального кластера файла представляет собой адрес первого кластера, занятого файлом, в таблице расположения файлов. Каждый кластер содержит указатель на следующий кластер, использованный файлом, или индикатор (OxFFFF), указывающий на то, что данный кластер является последним кластером файла. Поскольку все записи каталога имеют одинаковый размер, байт атрибутов для каждой записи описывает тип этой записи. Один бит указывает, что запись является, например, подкаталогом, в то время, как другой бит помечает запись как метку тома. Как правило, настройкой этих атрибутов управляет только операционная система. Файл FAT имеет 4 атрибута, которые могут сбрасываться и устанавливаться пользователем: - archive file (архивный файл), - system file (системный файл), - hidden file (скрытый файл), - read-only file (файл только для чтения). Ограничение системы FAT на размер логического диска составляет 2 Gb. При этом каждая запись FAT (на разделах объемом более 16 Mb) является 2-байтовым числом, следовательно, на логическом разделе может быть не более 65536 кластеров. Поэтому на дисках объемом более 1 Gb размер кластера в системе FAT составляет 32 K, т.е. "хвост" (slack) каждого файла занимает от 0 до 32 К, из чего следует, что каждая тысяча файлов поглощает в среднем 16 Mb дискового пространства. Файловую систему FAT, вследствие больших накладных расходов памяти, не рекомендуется использовать для томов, размер которых превышает 511 Mb. 3.1.3.4. NTFS

NTFS заменила файловую систему FAT. NTFS поддерживает систему метаданных и использует специализированные структуры данных для хранения информации о файлах для улучшения производительности, надёжности и эффективности использования дискового пространства. NTFS хранит информацию о файлах в главной файловой таблице — Master File Table (MFT)

Первые 16 файлов NTFS (метафайлы) носят служебный характер. Каждый из них отвечает за какой-либо аспект работы системы. Преимущество настолько модульного подхода заключается в поразительной гибкости - например, на FAT-е физическое повреждение в самой области FAT фатально для функционирования всего диска, а NTFS может сместить, даже фрагментировать по диску, все свои служебные области, обойдя любые неисправности поверхности - кроме первых 16 элементов MFT.

Метафайлы находятся корневом каталоге NTFS диска - они начинаются с символа имени "$", хотя получить какую-либо информацию о них стандартными средствами сложно. Любопытно, что и для этих файлов указан вполне реальный размер - можно узнать, например, сколько операционная система тратит на каталогизацию всего вашего диска, посмотрев размер файла $MFT. В следующей таблице приведены используемые в данный момент метафайлы и их назначение.

Метафайл	Назаначение
$MFT	сам MFT
$MFTmirr	копия первых 16 записей MFT, размещенная посередине диска
$LogFile	файл поддержки журналирования (см. ниже)
$Volume	служебная информация - метка тома, версия файловой системы, т.д.
$AttrDef	список стандартных атрибутов файлов на томе
$.	корневой каталог
$Bitmap	карта свободного места тома
$Boot	загрузочный сектор (если раздел загрузочный)
$Quota	файл, в котором записаны права пользователей на использование дискового пространства (начал работать лишь в NT5)
$Upcase	файл - таблица соответствия заглавных и прописных букв в имен файлов на текущем томе. Нужен в основном потому, что в NTFS имена файлов записываются в Unicode, что составляет 65 тысяч различных символов, искать большие и малые эквиваленты которых очень нетривиально.

3.1.3.4 служебные программ

Scandisk – выявляет фантомы (файлы, помеченные как занятые, но не принадлежащие ни к одному файлу) и помечает их как свободные.

Defrag – фрагментирования файлов (уменьшает время выборки). Файлы перезаписываются на первое свободное место.

Условия дефрагментации: не меньше 17% свободного пространства на диске.

4. Оптические диски

Оптический диск —носитель, чтение с которых ведётся с помощью оптического излучения,по принципу – единица информации – время затемнения. Его основа сделана из поликарбоната, на который нанесён специальный слой, который и служит для хранения информации. Для считывания информации используется обычно луч лазера, который направляется на специальный слой и отражается от него.

Лазер – генератор когерентного(высокочастотного стабильного) излучения.

4.2 Назначение, классификация, физические принципы записи и чтения.

Информация на лазерном диске записывается на одну спиралевидную дорожку, начинающуюся от центра диска и содержащую чередующиеся участки впадин и выступов с различной отражающей способностью.

Физическая основа оптических дисков:

t0- min глубина выемки – ¼ длины волны (L)

t1-max Чтение:

1)Призма делит луч пополам

2)он попадает на фотодатчик

3)второй луч попадает на зеркало и через призму на диск,попадает на призму

4)лучи суммируются

5)сумма попадает на фотодачик

6)считывается время затемнения

Классификация дисков происходит по плотности записи и возможности повторного использования.

4.3 стандарты cd dvd blue-ray

Существует два типа оптических дисков:

• CD-диски (CD - Compact Disk, компакт диск), на который может быть записано до 700 Мбайт информации;

• DVD-диски (DVD - Digital Versatile Disk, цифровой универсальный диск), которые имеют значительно большую информационную емкость (4,7 Гбайт), так как оптические дорожки на них имеют меньшую толщину и размещены более плотно. DVD-диски могут быть двухслойными (емкость 8,5 Гбайт), при этом оба слоя имеют отражающую поверхность, несущую информацию.

• В настоящее время (2006 год) на рынок поступили оптические диски (HP DVD и Blu-Ray), информационная емкость которых в 3-5 раз превосходит информационную емкость DVD-дисков за счет использования синего лазера с длиной волны 405 нанометров.

Накопители оптических дисков делятся на три вида:

• Без возможности записи - CD-ROM и DVD-ROM (ROM — Read Only Memory, память только для чтения). На дисках CD-ROM и DVD-ROM хранится информация, которая была записана на них в процессе изготовления. Запись на них новой информации невозможна.

• С однократной записью и многократным чтением - CD-R и DVD±R (R — recordable, записываемый). На дисках CD-R и DVD±R информация может быть записана, но только один раз.

• С возможностью перезаписи - CD-RW и DVD±RW (RW — Rewritable, перезаписываемый).На дисках CD-RW и DVD±RW информация может быть записана и стерта многократно.

Для обслуживания дисководов используется диск со щетками, противопоказано использовать диски с трещинами.

12.2 Источник бесперебойного электропитания (ИБП) - это автоматическое устройство, основная функция которого - питание нагрузки за счёт энергии аккумуляторных батарей при пропадании сетевого напряжения или выхода его параметров (напряжение, частота) за допустимые пределы. Кроме этого, в зависимости от схемы построения, ИБП корректирует параметры электропитания.

Различают три схемы построения ИБП: