URZĄDZENIA WEJŚCIA-WYJŚCIA

Transkrypt

1 Wykład czwarty URZĄDZENIA WEJŚCIA-WYJŚCIA PLAN WYKŁADU Budowa ogólna komputerów PC Urządzenia zewnętrzne w PC Podział urządzeń zewnętrznych Obsługa przerwań Bezpośredni dostęp do pamięci Literatura 1/24

2 Budowa komputerów PC Komputery tego typu posiadają budowę modułową, umożliwiającą dostosowywanie konfiguracji sprzętowej do potrzeb użytkownika. Podstawowe bloki funkcjonalne PC to: Płyta główna Napędy (dysków elastycznych, dysków twardych, czytników płyt CD, DVD) Zasilacz Klawiatura jako urządzenie wejścia Monitor jako urządzenie wyjścia. 2/24

3 DEFINICJA Płyta główna (ang. motherboard) podstawowy element funkcjonalny komputera typu PC, zawierający: Mikroprocesor Koprocesor (starsze typy płyt) Pamięć operacyjną ulotną (RAM) Pamięć stałą (EPROM) zawierającą procedury POST oraz system BIOS Pamięć CMOS wraz z zegarem czasu rzeczywistego Układy odpowiedzialne za przepływ informacji między poszczególnymi blokami funkcjonalnymi komputera (ang. chipset) Karty rozszerzeń Ponadto na płycie głównej znajduje się wiele złączy oraz zworek. 3/24

4 Standardy płyt głównych ATX - wymiary 12 x9,6 - maksymalnie 7 gniazd rozszerzeń: - 3 x ISA - 3 x PCI - 1 x ISA/PCI - złącza pamięci RAM - CPU - złącza IDE, FDD - złącza urządzeń I/O - 20 stykowe złącze zasilacza: +-12V, +-5V, +3.3V 4/24

5 Standardy płyt głównych cd. MicroATX - wymiary 11,2 x 8,2-4 gniazda rozszerzeń: - 1 x ISA - 1 x PCI - 1 ISA/PCI - 1 x AGP AT - wymiary 12 x 12 5/24

6 Mikroprocesor umieszcza się na płycie w specjalnym miejscu (gnieździe). Typy gniazd dla mikroprocesorów: - Socket - Slot Różnice między gniazdami to: - liczba nóżek - parametry elektryczne (wys. napięcia) 6/24

7 PROCESOR GNIAZDO NÓŻEK UWAGI Pentium Socket dźwignia Pentium Pro Socket j.w. Pentium II Slot złącze kr. Pentium III Slot 1 Socket Pentium 4 Socket Socket K6-I/II/III Socket 7 K7 (Athlon) Slot A 242 p. Slot 1 K7 (Duron) Socket A 462 p. Socket 7 7/24

8 Pamięć typu RAM umieszczana jest na płycie głównej w tzw. bankach. Są to gniazda w których umieszcza się karty z pamięcią. Możliwe typy: - SIMM - DIMM 8/24

9 Pamięć operacyjna (RAM) przechowuje dane oraz programy, aktualnie wykorzystywane przez użytkownika. Ze względu na rozmiar współczesnego oprogramowania rozmiar RAM jest rzędu setek MB (megabajtów). Wśród pamięci RAM dominują pamięci typu DRAM (tanie, ale dość wolne). W związku z tym wprowadza się pamięci podręczne (ang. cache) Stosowane są różne poziomy pamięci cache: - L1, - L2 oraz - L3. Każdy kolejny poziom obejmuje pamięć coraz szybszą, ale o coraz mniejszej pojemności Pracą pamięci cache steruje kontroler (ang. cache controller) 9/24

10 DEFINICJA Pamięć CMOS przechowuje informacje dotyczące konfiguracji komputera: - Typy dysków elastycznych, - typy dysków twardych, - typ karty graficznej, - ustawienia daty, czasu itp. Dostęp do pamięci CMOS umożliwia program konfiguracyjny SETUP (bądź jego odpowiednik). Ponieważ dane te muszą być ciągle dostępne, a ponadto zegar wymaga stałego zasilania, pamięć CMOS do pracy wymaga baterii, zwykle zainstalowanej na płycie głównej. 10/24

11 Karty rozszerzeń: - graficzne - dźwiękowe - modemu - sieciowe - inne (np. sterowniki interfejsów) Znane są różne standardy gniazd rozszerzeń: - ISA - PCI - AGP (grafika) - AMR/CNR (audio) 11/24

12 Standard ISA - 16 bitowa szyna danych - 24 bitowa szyna adresowa - 2 sekcje: - 62 styki (8 bitów danych) - 36 styków (16 bitów danych) - maksymalna przestrzeń adresowa 64 kb - taktowanie zegarem 8 MHz - maksymalna szybkość pracy 8 MB/s Magistrala PCI - wprowadzona na rynek w 1992 (firma Intel) - przeznaczona do obsługi kart wymagających dużej szybkości transmisji (kontrolery HDD, karty sieciowe, k. graficzne, k. multimedialne itp.) - taktowana zegarem 33 MHz - 32 bitowa szyna danych - 32 bitowa szyna adresowa - maksymalna szybkość pracy 132 MB/s 12/24

13 Znane są różne klasyfikacje urządzeń I/O: - ze względu na tryb pracy, - ze względu na przeznaczenie, - ze względu na stosowany format danych, - ze względu na sposób dostępu. Klasyfikacja ze względu na tryb pracy: - urządzenia znakowe - urządzenia blokowe W przypadku urządzeń znakowych najmniejszą jednostką jest jeden znak, w przypadku urządzeń blokowych jeden blok. Przykłady: urządzenia znakowe drukarki, monitory; urządzenia blokowe dyski. Klasyfikacja urządzeń I/O ze względu na przeznaczenie: - urządzenia wejścia - urządzenia wyjścia Przykład: urządzenie wejściowe klawiatura, urządzenie wyjściowe monitor. UWAGA: niektóre urządzenia (np. dyski) mogą być traktowane jako urządzenia wejściowo-wyjściowe, gdyż mogą służyć zarówno do wprowadzania danych, jak i do wyprowadzania wyników. 13/24

14 Klasyfikacja urządzeń ze względu na stosowany format danych: - czytelny dla człowieka, - nieczytelny dla człowieka. Przykład: format danych czytelny dla człowieka: drukarka, format danych nieczytelny dla człowieka dysk. 14/24

15 DEFINICJA Operacja wejścia/wyjścia polega na wymianie informacji pomiędzy pamięcią operacyjną (RAM), a urządzeniem zewnętrznym. Operacje wejścia/wyjścia mogą być realizowane na dwa sposoby: - pod nadzorem procesora (ang. PIO mode) - bez udziału procesora (ang. DMA mode) Tryb PIO (ang. Programmed Input/Output) polega na tym, że procesor generuje wszystkie sygnały sterujące oraz adresy niezbędne do przesłania informacji z/do pamięci RAM W trakcie wykonywania operacji PIO procesor nie może wykonywać innej pracy, stąd tryb PIO obniża stopień wykorzystania CPU Przykładem operacji wykonywanych w trybie PIO są przerwania 15/24

16 DEFINICJA Przerwanie zdarzenie powodujące zmianę trybu pracy procesora (np. błąd parzystości pamięci, naciśnięcie klawisza na klawiaturze itp.) Przerwanie rozpoczyna urządzenie I/O, które wysyła sygnał na linię IRQ# (ang. Interrupt Request). Kontroler przerwań (ang. interrupt controller), zarządzający obsługą przerwań, sygnałem INTR powiadamia o tym procesor. Procesor przerywa wykonywanie aktualnie wykonywanego programu, co potwierdza sygnałem INTA, po czym rozpoczyna obsługę przerwania (tzn. wymianę informacji między urządzeniem, a pamięcią RAM). Każde urządzenie ma swój, unikatowy, numer przerwania (IRQ3, IRQ4 itp.) 16/24

17 Jeśli dwa urządzenia zgłoszą jednocześnie przerwania, to zostanie obsłużone najpierw to, które ma niższy numer IRQ (tzn. wyższy priorytet). Bezpośredni dostęp do pamięci Wymiana informacji pomiędzy urządzeniem I/O, a pamięcią RAM bez udziału procesora to DMA (ang. Direct Memory Access) Procesor inicjalizuje pracę kontrolera DMA (ang. DMA controller), lecz w trakcie jego pracy może wykonywać inne operacje (programy). 17/24

18 Operacja DMA jest inicjalizowana sygnałem DRQ# (ang. DMA Request). Kontroler DMA zgłasza do procesora sygnał HRQ, co oznacza gotowość rozpoczęcia sesji DMA. Procesor odpowiada sygnałem HLDA, po czym kontroler DMA za pomocą sygnału DACK powiadamia urządzenie I/O o ustawieniu trybu DMA. Wówczas rozpoczyna się transmisja danych. 18/24

19 Przestrzeń adresowa i porty urządzeń I/O Komputery wyposażone w procesory 8088 miały 20 bitową szynę danych Maksymalna przestrzeń adresowa 1 MB Niektóre systemy operacyjne nie przekroczyły tzw. bariery 640 kb (np. MS-DOS) Dostępna była pamięć główna (ang. main memory) do 640 kb, następnie 384 kb pamięci rozszerzonej (ang. upper memory, high memory); powyżej 1 MB pamięć wirtualna Obecnie komputery PC mają 32 bitową szynę adresową Maksymalna przestrzeń adresowa 4 GB 19/24

20 Przestrzeń adresowa i porty urządzeń I/O Wymiana informacji między CPU a urządzeniami I/O odbywa się za pomocą portów I/O Za pomocą portów są obsługiwane: klawiatura, mysz, skaner, modem, napędy dysków, monitor, drukarka Każde urządzenie I/O ma własną grupę portów, wykorzystywanych podczas wymiany danych z CPU Porty wykorzystują te same linie adresowe, co CPU w kontakcie z pamięcią, lecz z użyciem innych sygnałów sterujących (IOW lub IOR) 20/24

21 Przykłady portów: F DMA#1 (8237) F IRQ#1 (8259) F zegar (8254) F klawiatura (8042) 1F0-1F8 HDD F LPT2 (Centronics) 278-2FF COM2 (RS 232 C) 3A0-3AF video mono 3D0-3DF video color 3F0-3F7 FDD 21/24

22 Klawiatura jest sterowana za pomocą układu (procesora) 8042, wbudowanego zwykle w jeden z układów chipseta. W pamięci stałej tego procesora zapisany jest program obsługujący klawiaturę. Z systemem klawiatura jest łączona za pomocą złącza typu DIN (5-stykowe) bądź PS/2. Ostatnio też pojawiają się klawiatury bezprzewodowe. 22/24

23 Zasilacz (ang. Power Supply Connector) układ zapewniający napięcie określonej wysokości o ustalonych parametrach. Starsze płyty wymagały napięć +5V, -5V, +12V, -12V; nowsze (ATX) oferują dodatkowo napięcie +3.3V. 23/24

24 Ogólne zasady działania komputera typu PC - po włączeniu komputera jest wykonywany POST - w przypadku wykrycia błędów (braków sprzętu, awarii itp.) POST wykonuje odpowiednią procedurę - po zakończeniu POST poszukiwane jest urządzenie, z którego zostanie załadowany system operacyjny W zależności od wieku sprzętu urządzeniem bootującym może być stacja dysków elastycznych, dysk twardy, czytnik płyt CD, urządzenie dołączone do portu USB (np. dysk przenośny) Jeśli na dysku zainstalowano system operacyjny, następuje jego ładowanie; jeśli nie zostaje wypisany komunikat o błędzie 24/24