Министерство образования Российской Федерации

Псковский государственный политехнический институт

А.И. Юдов

Периферийные устройства ЭВМ

УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ

Санкт-Петербург/Псков

Издательство СПбГПУ

2005

УДК 681.32

Рекомендовано к изданию

Научно-методическим советом

Псковского государственного политехнического института (ППИ)

Рецензенты:

-Ильин С.Н., зам. генерального директора ОАО «СКБ ВТ»;

-Юдов А.И., начальник отдела информатизации ППИ.

Юдов А.И. Администрирование локальных вычислительных сетей. Учебное пособие. -СПб/Псков, Изд. СПбГПУ, 2005 - 212 с: ил.

Учебное пособие «Администрирование локальных вычислительных сетей» по дисциплине ЭВМ и телекоммуникации» (ОПД.Ф.010) предназначено для студентов Псковского государственного политехнического института специальности 220100 «Вычислительные машины, комплексы, системы и сети очно-заочной форм обучения.

В учебном пособии изложены принципы построения информ но-вычислительных сетей, вопросы обеспечения безопасности пер< мых данных и ресурсов ИВС.

Учебное пособие может использоваться студентами родст специальностей и специализаций других форм обучения.

© Псковский государственный политехнический инстит (ППИ), 2005 © А.И. Юдов

ъ

ОГЛАВЛЕНИЕ

Раздел 1 «Эволюция периферийных интерфейсов пк» 1. Что такое периферийные устройства

    Большинство окружающих нас компьютеров построены по классической схеме Фон-Неймановской машины образца 1945 года. По этой схеме компьютер состоит из центрального процессора (ЦП, CPU), памяти и устройств ввода-вывода. Процессор исполняет программы, находящиеся в памяти; память предназначена для хранения программ и данных, доступных процессору; устройства ввода-вывода (УВВ) предназначены для связи с внешним миром. Время внесло небольшие коррективы в названия этих «трех китов», и сейчас то, что попадало под название УВВ, называют периферийными устройствами. Процессор (один или несколько), память и необходимые элементы, связывающие их между собой и другими устройствами, называют центральной частью компьютера. Периферийные устройства (ПУ)  — это все программно-доступные элементы компьютера, не попавшие в его центральную часть. Их можно разделить по назначению на несколько классов.

•     Устройства хранения данных(устройства внешней памяти)  — дисковые (магнитные, оптические, магнитооптические), ленточные (стримеры), твердотельные (карты, модули и устройства USB на флэш-памяти). Эти устройства используются для энергонезависимого сохранения информации из памяти и загрузки этой информации в оперативную память. В каком виде хранится информация на этих устройствах, нам не так уж важно (главное  — правильно считать то, что сохранили).

•     Устройства ввода-вывода, служащие для преобразование информации из внутреннего представления в компьютере (биты и байты) в форму, доступную окружающим, и обратно. Сюда относятся дисплеи (устройства отображения, т.е. вывода), клавиатура и мышь (устройства ввода), принтеры и сканеры, плоттеры и дигитайзеры, джойстики, акустические системы и микрофоны, телевизоры и видеокамеры, устройства телеуправления и телеметрии. Любопытно, что в этих парах обычно лидируют устройства вывода, появляющиеся в компьютерах раньше соответствующих устройств ввода. Под окружающими подразумевается и человек (и другие биологические объекты), и различные технические устройства (компьютер несложно приспособить для управления любым оборудованием, были бы датчики и исполнительные устройства). В какую форму эти устройства преобразуют двоичную информацию — определяется их назначением.

•     Коммуникационные устройства, служащие для передачи информации между компьютерами и (или) их частями. Сюда относятся модемы (проводные, радио, инфракрасные…), адаптеры локальных и глобальных сетей. Здесь преобразования информации нужны только для преодоления каких-то расстояний.     Главным действием в компьютере является исполнение программного кода центральным процессором, и ЦП должен иметь возможность взаимодействия с ПУ. Процессор ничего не умеет, кроме того, как обращаться к ячейке (читать или писать байт, слово, двойное слово) пространства памяти или пространства ввода-вывода, а также реагировать на аппаратные прерывания. Таким образом, любое периферийное устройство должно представляться процессору набором регистров (ячеек) и, необязательно, быть источником прерываний.

    2. Как подключаются периферийные устройства

    Между центральной частью компьютера и периферийными устройствами имеется иерархия средств подключения, на верху которой стоят шины расширения ввода-вывода. Их самые яркие представители в IBM PC  — шина ISA (отмирающая) и шина PCI (развивающаяся). Через шину расширения проходят все обращения ЦП к периферии, и на этой шине как раз и фигурируют адреса памяти и ввода-вывода, по которым обращается процессор. К шине расширения подключаются контроллеры и адаптеры ¹ периферийных устройств или их интерфейсов. Часть ПУ совмещена со своими контроллерами (адаптерами), как, например, сетевой адаптер Ethernet, подключенный к шине PCI. Другие же ПУ подключаются к контроллеру через промежуточный периферийный интерфейс, который и является предметом нашего обсуждения.

    К периферии, подключаемой через промежуточные интерфейсы, относится большинство устройств хранения (дисковые, ленточные), устройств ввода-вывода (клавиатуры, мыши, принтеры, плоттеры), ряд коммуникационных (внешние модемы). Традиционный подход к организации подключения заключался в том, что для каждого такого ПУ к шине расширения подключался свой контроллер интерфейса, к которому подключалось свое устройство  — одно, в лучшем случае  — небольшая группа устройств. Именно так устроен LPT-порт  — адаптер интерфейса, к которому подключается принтер (подключение цепочки устройств к нему придумали с опозданием). Также и к COM-порту можно подключить или модем, или мышь, или другое устройство (одно). Диски ATA можно подключать к контроллеру всего по 1-2 на канал, устройства SCSI  — до 7 или 15  — рекорд множественности традиционных подключений. Для взаимодействия с ПУ процессор обращается к регистрам контроллера, «представляющего интересы» подключенных к нему устройств.     Для периферийных устройств в процессорах x86, применяемых в PC-совместимых компьютерах, специально выделено пространство ввода-вывода (I/O Space)  — область, отдельная от памяти. Размер пространства адресов ввода-вывода 64 Кбайт; в этой области могут располагаться регистры периферийных устройств разрядностью 1, 2 или 4 байт и для обращения к ним имеется несколько специальных инструкций процессора. Регистры ПУ могут отображаться и в пространстве памяти  — областях, свободных от оперативной и постоянной памяти. Разные регистры разных устройств не должны пересекаться по адресам в своих пространствах  — в этом заключается требование бесконфликтного распределения ресурсов по адресам..