Informační systémy 2
Hardware PC Interní a externí interface
24.3.2015
IS2-2015-05
1
Sběrnice (anglicky bus) je skupina signálových vodičů, kterou lze rozdělit na skupiny řídicích, adresních a datových vodičů (v případě paralelní sběrnice) nebo sdílení dat a řízení na společném vodiči (nebo vodičích) u sériových sběrnic. Sběrnice má za účel zajistit přenos dat a řídicích povelů mezi dvěma a více elektronickými zařízeními. Přenos dat na sběrnici se řídí přenosovým protokolem. V případě modulární architektury elektronického zařízení nebo počítače je sběrnice po mechanické stránce vybavena konektory uzpůsobenými pro připojení modulů.
24.3.2015
2
Technické prostředky počítačové techniky Komunikace mikroprocesoru s okolím
řadič klávesnice
řadič DMA řadič přerušení
paměť cache
lokální sběrnice
Rychlá V/V zařízení
operační paměť
mikroprocesor
Rozšiřující desky
ostatní zařízení na základní desce
systémová sběrnice 24.3.2015
3
Technické prostředky počítačové techniky Sběrnice Základní parametr sběrnice: přenosová rychlost: šířka datové a adresní části sběrnice řídící frekvence
Standardy – nejčastější typy: – – – – –
ISA 8 - bitová, ISA 16 -bitová EISA-Bus (Extended ISA) MCA - Microchannel-Architektura - (IBM) PCI (Peripheral Component Interconected) AGP - jednoúčelová sběrnice určená pro připojeni grafického rozhraní (karty) k systému, přenosová rychlost 260 MB/s - 2 GB/s – PCI-Express (PCIe) - sériová implementace sběrnice PCI 24.3.2015
+4
Technické prostředky počítačové techniky ISA - Industrial System Architecture – 1981: princip - vyvedené vnější signály procesoru
Řešení „Localbus“ rozděluje sběrnici na dvě oblasti: • lokální (propojuje graf.karty, síť. karty, HD, SCSI...) - integrována přímo do sběrnice procesoru, ovládány jeho taktovou frekvencí POZNÁMKA: Při vyšších frekvencích (nad cca 30 MHz) se uplatňuje vliv elektromagnetického záření – nejvíce z konektorů (fungují jako antény), proto lokální sběrnice obsahuje velmi omezený počet konektorů (obvykle 2-3)
• vnější sběrnice: pro ostatní zařízení (desky)
24.3.2015
5
Technické prostředky počítačové techniky existují různé sběrnice typu „Localbus“ – př. PCI PCI - Peripheral Component Interconect – Intel – novější typ „inteligentní“ sběrnice, šířka 32 nebo 64 bitů, burst režim, přenosová rychlost < 130 MB/s (260 MB/s) – autokonfigurace karet v kartě nainstalován "autokonfigurační registr", který si procesor přečte a rozpozná, která karta v slotu PCI je instalována (t.j. odpadá manuální nastavování)
24.3.2015
+6
Technické prostředky počítačové techniky
PCI - Expres Propustnost PCI-E (2.0) je: - 500 MB/s (obousměrný provoz 1 GB/s) na obrázku prostřední (nejkratší) - 2 GB/s (resp. 4 GB/s) na obrázku nahoře - 8 GB/s (obousměrně 16 GB/s) nejdelší 2 sloty na obrázku
24.3.2015
+7
Technické prostředky počítačové techniky
Rozhraní PC - interface Typy rozhraní: • paralelní rozhraní • sériové rozhraní • synchronní rozhraní (přítomnost
synchronizačních signálů – hodinové pulsy)
• asynchronní rozhraní (nepřítomnost synchronizačních signálů)
24.3.2015
+8
Technické prostředky počítačové techniky
Rozhraní PC - interface Řeší způsob připojení vnějších zařízení
Paralelní rozhraní Centronix • •
původně jednosměrné (pro tiskárny "CENTRONICS“) od r. 1994 je standard obousměrný
příkazy
použití paralelních kabelů o větší délce vyžaduje zesilovače signálů (resp. oddělovače segmentů vedení) – jinak se v přenášených datech začnou objevovat chyby
Strobe Busy Ack t1 24.3.2015
adresy
Nevýhoda
Platná data
Data
data
t2
t3
t4
+9
Rozhraní PC - interface
Sériové rozhraní – nejstarší rozhraní, asynchronní port - RS 232, RS 232C, V24 – IRQ 3 - COM 2, IRQ 4 - COM 1 – 25 kolíkový nebo 9 kolíkový konektor CANNON / často i jiný - problémy/ – „norma" 15/20 000 (vzdálenost do 15m, rychlost do 20 kBd) – "on" napětí > 3V, "off" napětí < -3V data adresy příkazy
• Data se přenášejí po jednom vodiči v jeden okamžik se přenáší vždy jeden bit
24.3.2015
10
Rozhraní PC - interface SCSI „Small Computer System Interface“ (poslední verze SCSI Ultra 5) • připojování rychlých periferií (disky serverů, CD/DVD-ROM, streamery, optické disky...) • logika řadiče přímo v periferním zařízení - umožňuje zónový záznam (Zone Bit Recording - ZBR) • inteligentní interface - periferní zařízení se "oslovuje" úplnými příkazy (Common Command Set - CCS) • vysoká přenosová rychlost - počítá se až s 640 MB/s (Ultra 5) • sériová verze SCSI, nejrychlejší FC AL 6 Gb – 700 MB/s • připojování až 8 nebo 16 zařízení (vyšší číslo = vyšší priorita) • nastavení adresy "v řadě" zař. SCSI • přenosy asynchronní i synchronní 1 zař. • plochý kabel do 12 m PC 2 • terminátor zař.
3 24.3.2015
terminátor
11
Rozhraní PC - interface USB - Universal Serial Bus • standard sériové sběrnice vyvinutý firmami Compaq, Intel, IBM, Microsoft,… v roce 1995 • hlavním cílem - definovat externí rozšiřující sběrnici umožňující snadné připojování periferních zřízení - tzv. functions • K host controlleru je připojen tzv. root hub (kořenový rozbočovač), ke kterému je možné připojit: – USB zařízení (může obsahovat i USB hub) – USB hub: zařízení, které slouží jako rozbočovač pro připojení dalších USB zařízení Tímto vzniká stromová (pyramidová) fyzická topologie, avšak logická topologie (princip komunikace) odpovídá topologii sběrnice – – – – – – – 24.3.2015
2 diferenciální datové vodiče + 2 napájecí vodiče 5 V/500 mA podpora Plug and Play přenosové rychlosti 1,5 Mb/s (USB1), 480 Mb/s (USB 2), 4,8 Gb/s (USB3) podpora současných operací na více zařízeních připojení až 127 zařízení možnost připojování za chodu počítače napájení 5V součástí interface 13
Rozhraní PC - interface USB - Universal Serial Bus • Je rovněž možné, aby zařízení mělo svůj vlastní napájecí zdroj • Připojování zařízení se provádí pomocí standardního 4 vodičového kabelu
Jednotlivá zařízení je možné k USB sběrnici připojovat (odpojovat) i za chodu počítače (hot-swap) a je úkolem programového vybavení, aby příslušné změny rozpoznalo 24.3.2015
14
Rozhraní PC - interface USB - Universal Serial Bus - přenos dat Dva typy přenosového modelu: • Tok dat (stream) - izochronní přenos dat v reálném čase. Nemá přesně definovanou strukturu - není prováděna žádná korekce chyb. • Zpráva (message) využívá asynchronní přenos. Zabezpečení přenosu zajišťuje CRC (Cyclic Redundancy Check) Zařízení typu slave se musí synchronizovat s datovým tokem: – Používá se k tomu metoda NRZI (Non Return to Zero Inverted). Nuly v datech vedou ke změně úrovně, jedničky nechávají úroveň beze změny. Kódování a dekódování signálů je hardwarovou záležitostí. Přijímač musí být schopen získat signál, přijmout a dekódovat data. Speciální prostředky zajišťují, aby nedocházelo ke ztrátě synchronizace. – Obsahuje-li původní datový tok šest po sobě jdoucích jedniček, přidá vysílač automaticky jednu nulu (vkládání bitů – bit-stuffing), aby se tím vynutila změna úrovně.
Wireless USB - výrobci by rádi navázali na úspěch USB rychlosti: od 110 Mbit/s na vzdálenost 10 m až po 480 Mbit/s na vzdálenost 3 m. Připojit půjde až 127 zařízení sdílející tuto sběrnici 24.3.2015
15
Rozhraní PC - interface IrDA
• IrDA zařízení komunikuji pomocí infračervených LED diod s vlnovými délkami vyzařovaného světla 875 nm • IrDA 1.0 a 1.1 pracují do vzdálenosti 1.0 m při maximální úrovni okolního osvětlení 10 klux (denní svit slunce) • Rychlosti jsou pro IrDA 1.0 do 115,2 kb/s, pro verzi 1.1. do 1.152 Mb/s • Pulsně polohová modulace (PPM) – 4 Mb/s • Formát dat je stejný jako na sériovém portu, tedy asynchronně vysílané slovo uvozené startbitem
24.3.2015
16
Rozhraní PC - interface Bluetooth – základní vlastnosti • • • • • • •
bezdrátová radiokomunikace miniaturní velikost nízká cena (při vysokých objemech produkce) robustní spojení krátký dosah (standardně 10m) malý příkon (vyplývajícího z tohoto omezeného dosahu) automatické konfigurace (uživatelsky jednoduchá technologie)
Bluetooth 4.0 (2011): • větší dosah (až 100 metrů) • menší spotřeba elektrické energie • podpora šifrování AES-128. Bluetooth 2.0 EDR (Enhanced Data-Rate) zavádí novou modulační techniku a zvyšuje tak datovou propustnost na trojnásobnou hodnotu oproti Bluetooth 1.2 (2,1 Mbit/s)
24.3.2015
17
Rozhraní PC - interface Firewire (IEEE 1394) – základní vlastnosti • Plug and Play (automatická detekce a konfigurace) - jednoduché (žádné) nastavení -> odpadají nastavení ID, přepínače, terminátory... • Hot Swap (možnost připojení a odpojení za chodu) • vysoká přenosová rychlost – 800Mbit/s, nová verze – 3,2 Gb/s (možnost až na 6,4 Gb/s) • datový tok nemusí řídit procesor • univerzální použití, orientace ale zejména na multimédia • poněkud vyšší cena implementace FireWire na rozdíl od USB není tak hodně rozšířen. Ačkoli nominální rychlost FireWire 400 (400 Mbit/s) se zdá být nižší než u USB 2.0 (480 Mbit/s), v reálu FireWire dosahuje vyšších rychlostí přenosu dat než USB 2.0, zejména díky svému přenosovému protokolu 24.3.2015
18
Rozhraní PC - interface
HDMI – High-Definition Multimedia Interface • přenos nekomprimovaného obrazového a zvukového signálu v digitálním formátu. • propojování zařízení typu počítač, satelitní televizní přijímač, DVD přehrávač nebo A/V receiver s kompatibilním zařízením • podporuje přenos videa ve standardní, rozšířené nebo high-definition kvalitě, a až 8-kanálový digitální zvuk. • nezávisí na různých televizních a satelitních standardech, protože přenáší nekomprimovaná video data. • V současnosti existují čtyři typy HDMI konektorů: A, B, C, D. Přenosové rychlosti až 10,2 Gb/s... 24.3.2015
19
