Внешние устройства компьютера

Содержание темы : Параллельный и последовательный интерфейсы. Контроллеры внешних устройств. Драйверы устройств. Внешние запоминающие устройства: накопители на гибких и жестких магнитных дисках, оптические диски, флэш-память. Видеоконтрольные устройства: видео-карты и мониторы. Устройства ввода и вывода информации: принтеры, сканеры, графопостроители. Основные характеристики внешних устройств. Выбор внешних устройств для решения задач документоведения.

Для согласования интерфейсов периферийные устройства подключаются к шине не напрямую, а через свои контроллеры (адаптеры) и порты примерно по такой схеме:

Контроллеры и адаптеры представляют собой наборы электронных цепей, которыми снабжаются устройства компьютера с целью совместимости их интерфейсов. Контроллеры, кроме этого, осуществляют непосредственное управление периферийными устройствами по запросам микропроцессора.

Порты устройств представляют собой некие электронные схемы, содержащие один или несколько регистров ввода-вывода и позволяющие подключать периферийные устройства компьютера к внешним шинам микропроцессора.

Портами также называют устройства стандартного интерфейса: последовательный, параллельный и игровой порты (или интерфейсы).

Последовательный порт обменивается данными с процессором побайтно, а с внешними устройствами — побитно. К последовательному порту обычно подсоединяют медленно действующие или достаточно удалённые устройства, такие, как мышь и модем.

Параллельный порт получает и посылает данные побайтно. К параллельному порту подсоединяют более "быстрые" устройства — принтер и сканер.

Через игровой порт подсоединяется джойстик. Клавиатура, монитор и мышь подключаются к своим специализированным портам, которые представляют собой просто разъёмы.

Некоторые компьютеры имеют встроенные модемы и сетевые адаптеры, тогда они располагают, соответственно, телефонным и сетевым внешними интерфейсами.

Подключение стандартных внешних устройств обычно не вызывает никаких проблем: надо только присоединить устройство к компьютеру соответствующим стандартным кабелем и (возможно) установить на компьютер программный драйвер.

Гораздо сложнее ситуация, когда к компьютеру требуется присоединить нестандартное внешнее устройство. В этом случае необходимо доскональное знание особенностей используемых интерфейсов и умение эффективно с ними работать.

Конкретные программы, предназначенные для взаимодействия с конкретными устройствами, называют драйверами. Они расширяют возможности DOS по управлению устройствами ввода-вывода компьютера (клавиатурой, жестким диском, мышью и т.д.), оперативной памятью и т.д. С помощью драйверов возможно подключение к компьютеру новых устройств или нестандартное использование имеющихся устройств.

Чаще всего для подключения нестандартных внешних устройств используются системная магистраль ISA, параллельный интерфейс Centronics (LPT) и последовательный интерфейс RS-232C (COM).

Основные шинные интерфейсы материнских плат:

LPT (Интерфейс Centronics). Основным назначением интерфейса Centronics (отечественный аналог — стандарт ИРПР-М) является подключение к компьютеру принтеров различных типов (из-за чего его называют принтерным портом). Поэтому распределение контактов разъема, назначение сигналов, программные средства управления интерфейсом ориентированы именно на такое применение. В то же время, с помощью данного интерфейса можно подключать к компьютеру и многие другие стандартные внешние устройства (например, сканеры, дисководы и т.д.), а также нестандартные внешние устройства.

Максимальная длина соединительного кабеля по стандарту — 1,8 м. Максимальная скорость обмена — 100 Кбайт/с.

Формирование и прием сигналов интерфейса Centronics производится путем записи и чтения выделенных для него портов ввода/вывода. В компьютере может использоваться три порта Centronics, обозначаемых LPT1 (базовый адрес 378), LPT2 (базовый адрес 278) и LPT3 (базовый адрес 3BC).

Интерфейс RS-232C. Интерфейс RS-232C предназначен для подключения к компьютеру стандартных внешних устройств (принтера, сканера, модема, мыши и др.), а также для связи компьютеров между собой. Основными преимуществами использования RS-232C по сравнению с Centronics являются возможность передачи на большие расстояния (по стандарту длина соединительного кабеля может доходить до 15 метров) и гораздо более простой кабель (с меньшим количеством проводов). В то же время работать с RS-232C несколько сложнее. Данные в интерфейсе RS-232C передаются в последовательном коде (бит за битом) побайтно. Каждый байт обрамляется стартовым и стоповыми битами. Данные могут передаваться как в одну, так и в другую сторону по разным проводам (дуплексный режим). Скорость передачи — до 14,4 Кбайт/с (115,2 Кбит/с).

PCI (Peripherial Component Interconnect). Стандарт подключения внешних устройств, введенный в ПК на базе процессора Pentium. По своей сути, это интерфейс локальной шины с разъемами для подсоединения внешних компонентов. Данный интерфейс поддерживает частоту шины до 66 МГц и обеспечивает быстродействие до 264 Мбайт/с независимо от количества подсоединенных устройств. Важным нововведением этого стандарта является поддержка механизма plug-and-play, суть которого состоит в том, что после физического подключения внешнего устройства к разъему шины PCI происходит автоматическая конфигурация этого устройства.

FSB (Front Side Bus). Начиная с процессора Pentium Pro для связи с оперативной памятью используется специальная шина FSB. Эта шина работает на частоте 100-133 МГц и имеет пропускную способность до 800 Мбайт/с. Частота шины FSB является основным параметром, именно она указывается в спецификации материнской платы. За шиной PCI осталась лишь функция подключения новых внешних устройств.

AGP (Advanced Graphic Port). Специальный шинный интерфейс для подключения видеоадаптеров. Разработан в связи с тем, что параметры шины PCI не отвечают требованиям видеоадаптеров по быстродействию. Частота этой шины - 33 или 66 МГц, пропускная способность до 1066 Мбайт/с.

USB (Universal Serial Bus). Стандарт универсальной последовательной шины определяет новый способ взаимодействия компьютера с периферийным оборудованием. Он разрешает подключать до 256 разных устройств с последовательным интерфейсом, причем устройства могут подсоединяться цепочкой. Производительность шины USB относительно небольшая и составляет 1,55 Мбит/с. Среди преимуществ этого стандарта следует отметить возможность подключать и отключать устройства в "горячем режиме" (то есть без перезагрузки компьютера), а также возможность объединения нескольких компьютеров в простую сеть без использования специального аппаратного и программного обеспечения.

Serial ATA (SATA). стандарт SATA подразумевает последовательную передачу данных, а потому в кабелях передачи данных используются всего две дифференциальные пары. Одна из них работает на передачу, а другая - на прием. Всего же в кабеле SATA допускается использование 7 проводников, три из которых "земля". Максимальная длина кабеля при этом составляет 1 м.

По сравнению с традиционным параллельным интерфейсом интерфейс Serial АТА имеет большую помехозащищенность и мало восприимчив к электромагнитным помехам благодаря использованию низкоуровневых дифференциальных сигналов. Уровень сигнала измеряется не по отношению к "земле", а по отношению к уровню сигнала в соседнем проводе, то есть как разница сигналов в двух проводниках.

В первой версии стандарта Serial ATA (SATA 1.0) предусмотрена максимальная пропускная способность 150 Мбайт/с, а об ограничениях на размеры дисков можно просто забыть на ближайшие лет десять. В следующих версиях SATA предусматривается удвоение скорости передачи, то есть сначала будет 300, а затем и 600 Мбайт/с.

PCI Express. Шина PCI Express разрабатывалась корпорацией Intel совместно с многочисленными ведущими компаниями, такими как Dell, Hewlett-Packard, IBM и т.д. Она относится уже к третьему поколению архитектуры ввода-вывода и называется также 3GIO (Third Generation Input Output). Особенно важно, что новая архитектура PCI Express будет совместима на программном уровне с шиной PCI. Основная особенность новой шины PCI Express заключается в том, что это не параллельная, а последовательная шина, работающая по принципу «точка-точка» (peer-to-peer). На физическом уровне шина образована двумя парами проводников: одна пара служит для передачи данных, а вторая — для их приема

Масштабируемость и универсальность — вот две основные концепции, заложенные в архитектуре новой шины PCI Express.

Универсальность шины PCI Express должна заключаться в том, чтобы она заменила шину, связывающую северный мост чипсета с графическим адаптером, шину, объединяющую северный и южный мосты чипсета, а также PCI-шину. Кроме того, в дальнейшем шина PCI Express станет единой технологией ввода-вывода для настольных ПК, мобильных компьютеров, серверов, телекоммуникационных платформ, рабочих станций и встраиваемых устройств. Результатом, как ожидается, станет широкое применение новой технологии во всех категориях платформ и экономичность перехода на технологии ввода-вывода следующего поколения.

Масштабируемость шины PCI Express состоит в том, что шина позволяет наращивать пропускную способность от 2,5 Гбит/с вплоть до 10 Гбайт/с (80 Гбит/с). Для сравнения отметим, что пропускная способность шины PCI-X c частотой 133 МГц составляет 1,06 Гбит/с.