Параллельные и последовательные интерфейсы

Интерфейс – это коммутационное устройство, позволяющее одному устройству взаимодействовать с другими и устанавливать соответствие между выходами одного устройства и выходами другого.

Аналоговая информация отображает процесс непрерывный во времени и произвольный по величине (звук).

Передача аналоговой информации осуществляется при подключении микрофона к компьютеру. Дискретная информация отображает процесс конечным числом значений. Элементарная единица измерения дискретной информации – 1 бит (Да или Нет, 1 или 0). Цифровая информация – это последовательность чисел.

Параллельный интерфейс – для каждого бита передаваемой группы имеется своя сигнальная линия и все биты группы передаются одновременно за один квант времени (LPT-порт).

Последовательный интерфейс – использует лишь одну сигнальную линию и биты группы передаются друг за другом по очереди, на каждой из них отводится свой битовый интервал (COM-порт).
Организация параллельного интерфейса проще и наглядней, так же он обеспечивает более быструю передачу данных поскольку биты передаются сразу.

Недостатки:

Большое количество проводов и контактов, разъемов и соединительных кабелей.

У последовательного интерфейса приемно-передающие узлы функционально сложнее, но кабель и разъем гораздо меньше.

И для последовательного и для параллельного интерфейса максимальная тактовая частота определяется достижимым быстродействием приема передающей цеп устройств и частотными свойствами этих проводов и кабелей. В параллельном интерфейсе есть явление перекоса, существенно влияющий на достижимый предел тактовой частоты. Суть его в том, что сигналы одновременно переданные с одного конца интерфейсного кабеля доходят до другого конца не одновременно из-за отклонения характеристик кабеля.

На время прохождения влияет:

- Длинна провода.

- Свойство изоляции соединительных элементов.

В последовательном интерфейсе явление переноса отсутствует, т.е. тактовую частоту можно повышать до предела при возможностях приемно-передающей цепи.

Структура и архитектура ЭВМ.

Структура компьютера – это совокупность его функционального элемента и связи между ними. Архитектура компьютера считается его представлением на некотором общем уровне включающим описание пользовательских возможностей программирования системы команд, системы адресации, организации памяти. Архитектура определяет принцип действия информационной связи и взаимное соединение основных логических узлов компьютера (Процессор, ОЗУ, ПЗУ и ВЗУ).

Принцип Фон-Неймона:

1) Использование двоичной системы счисления вычислительной техники. Преимущество перед десятичной системой счисления заключается в том что устройства можно делать достаточно простыми, арифметические и логические операции в двоичной системе счисления выполняются проще.

2) Программное управление ЭВМ. Работа ЭВМ управляется программой состоящей из набора команд. Команды выполняются последовательно друг за другом, с созданием машины хранившей память о программе было положено начало тому, что мы называем программированием.

3) Память компьютера используется не только для хранения данных, но и программ, при этом и команды, и программы, и так же кодируются в двоичной системе счисления. Поэтому в определенных ситуациях над командами можно выполнять те же операции и действия, что и над данными.

4) Ячейки памяти ЭВМ имеют адреса, которые последовательно пронумерованы. В любой момент времени можно обратиться к ячейке по ее адресу.

5) Принцип №4 дает возможность использовать переменные в программировании.

6) Возможность условного перехода в процессе выполнения программы, несмотря на то что команды выполняются последовательно. В программе возможно реализовать возможность перехода к любому участку кода.

Самым главным принципом можно теперь назвать то, что теперь программа не является постоянной частью машины, поэтому программу стало возможно легко изменить.

Машина Фон-Неймана состоит из:

1) Запоминающее устройство (ЗУ).

2) Арифметико-логическое устройство (АЛУ).

3) Устройство управления (УУ).

4) Устройства ввода/вывода.

Программы и данные вводятся в память из устройства ввода через АЛУ.

Все команды программ записываются в соседние ячейки памяти, а данные для обработки могут содержаться в произвольных ячейках. У любой программы последней командой должна быть команда завершения работы.

Команда состоит из указания какую операцию следует выполнить и указание адресов ячеек памяти, где хранятся данные над которыми следует выполнить указанную операцию, а так же адреса ячейки куда следует записать результат.

В 1946 году группа ученых во главе с Джоном фон Нейманом(Герман Толдстайн, Артур Берик), опубликовали статью “ Предварительное рассмотрение логической конструкции электронного вычислительного устройства ”.

Первыми пятью компьютерами, в которых были реализованы основные особенности архитектуры фон Неймона:

1) Манчестерский МEPN - 1948 г. (Университет Манчестера)

2) EDSAC – 1949 г. 6 мая. (Кембриджский университет)

3) BINAC – август 1949 г. (США)

4) CSIR MK1 – ноябрь 1949 г. (Австралия)

5) SEAC – 9 мая 1950 г. (США)

Самым главным следствием этих принципов можно назвать то, что теперь программа уже не была постоянной частью машины, программу стало легко изменить, не меняя в этом периоде аппаратуру.

Классическая архитектура ЭВМ, построенная по принципу фон Неймана (фон-неймановская архитектура) и реализованная в вычислительных машинах первого и второго поколений, представ­лена на рис. 1 и содержит следующие основные блоки:

• арифметическо-логическое устройство (АЛУ), выполняющее арифметические и логические операции;

• управляющее устройство (УУ), организующее процесс вы­полнения программ;

• внешнее запоминающее устройство (ВЗУ), или память, для хранения программ и данных;

• оперативное запоминающее устройство (ОЗУ);

• устройства ввода и вывода информации (УВВ).

Рис. 1 Архитектура ЭВМ, реализующая принципы фон Неймана: направление потоков информации; — направление управляющих сигналов от процессора к узлам ЭВМ

Программа и данные вводятся из устройства ввода через АЛУ. Все команды программы записываются в соседние ячейки памяти, а данные для обработки могут содержаться в производственных ячейках. Команда состоит из указания какую операцию следует выполнитьи указания адресов ячеек, где хранятся данные, над которыми следует выполнить указанную операцию, а так же адреса ячейки куда следует записать результаты. АЛУ – выполняет указанные командами операции и выводит их в память или устройства вывода. Принципиальные различия между ЗУ и устройством вывода заключается в том, что в ЗУ данные хранятся в виде удобном для обработки компьютером, а на устройства вывода поступают, так как удобно оператору. УУ- управляет всеми частями компьютера, от управляющего устройства на другие поступают сигналы, а от других устройств, УУ получает информацию об их состояниях. Управляющие устройства содержат специальный регистр (ячейку), которая называется счетчик команд. После загрузки программы и данных в память счетчика команд записывается адрес первой команды программы. УУ считывает из памяти содержимое в ячейки памяти адреса, в которой находится счетчик команд и помещал его в специальные устройства, которые называются регистрами команд.

В результате выполнения любой команды счетчик команд изменяется на единицу и следовательно указывает на выполнение следующей команды программы.

Дата добавления: 2014-01-11