RAM-ul și procesorul central formează nucleul calculatorului. În această secțiune, ne vom uita la modul în care acest nucleu, despre care vom face referire ca pe un computer, interacționează cu dispozitive periferice, cum ar fi dispozitive de stocare, imprimante, o tastatură, un mouse, un monitor și chiar și alte computere.
Interacțiunea dintre computer și alte dispozitive trece de obicei printr-un dispozitiv intermediar, numit un controler. Vorbind de un computer personal, controlerul este o placă de circuite care se conectează la placa de bază a plăcii de bază. Controlerul este conectat prin intermediul cablurilor la dispozitivele periferice din interiorul computerului sau la conectorii conectori la care sunt conectate dispozitive externe. Adesea, controlerul în sine este un mic computer care are propriul său circuit de stocare și un procesor central care execută programul care controlează acțiunile controlerului.
Controlerul convertește semnalele și datele în ambele direcții în formate compatibile cu caracteristicile interne ale computerului și cu caracteristicile dispozitivului periferic pe care îl conectează. Astfel, fiecare controler este creat pentru un dispozitiv specific. Prin urmare, periferice noi sunt uneori vândute împreună cu controlerul. Controlerul utilizat pentru vechea unitate poate fi incompatibil cu noua unitate.
Când controlerul este introdus în placa de bază, acesta este conectat la aceeași magistrală care conectează CPU-ul și memoria RAM (Figura 2). Prin urmare, fiecare controler poate monitoriza semnalele transmise către magistrală de către procesorul central și memoria RAM, precum și să adauge propriile semnale.
Figura 2 - Controlerele conectate la magistrala
Dezvoltarea unui autobuz informatic a fost mult timp o sarcină dificilă. De exemplu, firele electrice într-un autobuz prost proiectat poate comporta ca o antenă mică: pentru a prinde semnale radio, televiziune, etc., și, astfel, rupe legătura dintre unitatea centrală de procesare a mașinii, RAM și periferice ... În plus, lungimea de autobuz (aproximativ șase inch pentru calculatoare desktop) depășește considerabil lungimea „fire“, fiind în interiorul procesorului, a căror lungime se măsoară în microni. Prin urmare, timpul necesar pentru semnalul trecut prin autobuz, este nevoie de mult mai mult timp pentru transducția semnalului în cadrul procesorului central. Ca urmare, tehnologia de a crea anvelope în toate modurile posibile încearcă să nu rămână în urma tehnologiei de creare a procesoarelor centrale. In calculatoarele moderne sunt folosite anvelope cele mai diferite care diferă în caracteristici, cum ar fi cantitatea de date transferate simultan, viteza cu care semnalul se poate schimba într-o anvelopă, proprietățile fizice ale compușilor pneuri și placa controler.
Deoarece controlerul este conectat la magistrala calculatorului, el poate comunica cu RAM în timpul acestor nanosecunde când procesorul central nu utilizează magistrala. Acest acces la controlerul RAM se numește DMA (acces direct la memorie - acces direct la memorie) și este foarte important pentru funcționarea calculatorului.
Figura 3 - I / O afișat pe memorie
De exemplu, pentru a extrage datele dintr-un anumit sector al discului, CPU poate trimite o solicitare codificată ca o secvență de biți, controlerul conectat la discul sectorului în considerare datele și le-a pus într-o anumită celulă de memorie. CPU-ul poate continua apoi să execute alte sarcini, deoarece controlerul va efectua o operație de citire și va plasa datele în RAM utilizând acces direct. Astfel, cele două procese vor fi executate în paralel. Procesorul central va executa programul și controlerul va controla transferul de date între disc și memoria principală. În același timp, resursele de calcul ale procesorului central nu sunt irosite în timpul transferului de date.
Utilizarea accesului direct la memorie are și consecințe negative: cantitatea de informații procesate de magistrala de calculatoare crește. Secvențele de biți trebuie să se deplaseze între CPU și RAM, procesor și fiecare controler, controler și RAM. Coordonarea tuturor acestor acțiuni se află pe autobuz și aceasta este principala problemă în dezvoltarea sa. Chiar și un autobuz central construit impecabil poate provoca probleme atunci când procesorul și controlorii încearcă să-l acceseze simultan. Această dificultate se numește gâtuire von Neumann, deoarece este o consecință a arhitecturii von Neumann, conform căreia procesele extrage comenzi din memoria RAM prin magistrala.
În cele din urmă, trebuie remarcat faptul că transferul de date între componentele calculatorului rareori apare numai într-o singură direcție. S-ar putea să credeți că imprimanta este un dispozitiv care primește numai date, de fapt, imprimanta trimite de asemenea informații către computer. Computerul generează și trimite caractere la imprimantă mult mai rapid decât imprimanta le poate imprima. Dacă computerul va trimite orbește date, este posibil ca imprimanta să se afle în urmă și să-și piardă unele informații. Prin urmare, un proces precum imprimarea unui document implică un dialog continuu în care computerul și dispozitivul periferic schimbă informații despre starea dispozitivului.
Un astfel de dialog conține adesea un cuvânt de stare, un șir de biți care este generat de dispozitivul periferic și trimis la controler. Bipurile de cuvinte de stare reflectă condițiile de funcționare ale dispozitivului. De exemplu, vorbind despre o imprimantă, valoarea celui mai puțin semnificativ al cuvântului de stare determină dacă există hârtie în imprimantă, următorul bit este dacă imprimanta este gata să accepte date suplimentare. În funcție de sistem, controlerul poate răspunde la informațiile despre starea dispozitivului sau le poate transmite procesorului. În ambele cazuri, fie programul de controler, fie programul executat de procesor îl pot folosi pentru a suspenda trimiterea datelor către imprimantă până la primirea informațiilor relevante despre starea dispozitivului.
Rata de transfer de date de la un computer la un alt element măsurat în biți pe secundă (bit / s) (biți per = a doua bps). kbit / s utilizate în mod obișnuit (kilobiți pe secundă de 1000 biți / sec), Mb / s (megabiți pe secundă, egală cu un milion de biți / s) și Gbit / s (gigabiți pe secundă, egală cu un miliard de biți / sec). Rata maximă de transfer a datelor depinde de tipul liniei de comunicație și de metoda de transmisie. Viteza maximă este adesea identificată în mod eronat cu lățimea de bandă a legăturii. Aceasta este, se crede că o legătură de comunicație având o lățime de bandă mare poate efectua transmisia de biți la o rată mai mare. Din păcate, în acest caz, există o utilizare incorectă a termenului, ca un „transfer de mare viteză“ poate însemna viteze diferite în diferite instalații.
Există două metode principale de transfer de date: paralele și seriale. Acești termeni denotă o metodă de transmitere a biților relativ una de cealaltă. În cazul comunicației paralele, mai multe biți sunt transmise simultan, fiecare pe un conductor separat (linii). Această tehnică vă permite să transferați rapid datele, însă necesită o linie de comunicare destul de complexă. Un exemplu este autobuzul intern al calculatorului și majoritatea canalelor de comunicare dintre computer și dispozitive periferice, cum ar fi dispozitive de stocare și imprimante. În aceste cazuri, rata de transfer a datelor este măsurată în Mbit / s și mai mare.
Dimpotrivă, prin comunicație serială, se transmite un singur bit la un moment dat. Această tehnică de transmisie a datelor este mai lentă, dar necesită un canal de comunicare mai simplu, deoarece toți biții sunt transmiși într-o linie, una după alta. Comunicarea serioasă este folosită în mod obișnuit pentru a transfera informații între computere, unde un canal de comunicare mai simplu este mai economic.
De fapt, reprezentarea lanțurilor de biți prin tonuri de frecvențe diferite (denumită modulație de frecvență) este utilizată doar pentru comunicații cu viteză mică de maximum 1200 bps. Pentru a atinge o viteză de 2400 bps, 9600 bps sau mai mult, modemul combină modificările frecvenței tonurilor, amplitudinii (volumului) și fazei (unghiul de întârziere al ciclogramei de transfer de ton circular). Pentru a obține rate de transfer chiar mai mari, se utilizează metode de comprimare a datelor, viteza de transmisie atingând 57,6 Kbps.
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: