Контроллеры портов ввода-вывода

Логическое устройство компьютера

В этом разделе мы расскажем Вам о том, для чего предназначены различные блоки, модули и периферийные устройства современного персонального компьютера, а так же о том, как они взаимодействуют друг с другом.

Рассмотрим принципиальную схему работы компью­тера.

Микропроцессор

Самым главным элементом в компьютере, «мозгом», является микропроцессор - электронное устройство в небольшом корпусе, выполняющее все вычисления и обра­ботку информации. Процессор осуществляет выполнение про­грамм, работающих на компьютере, и управляет работой осталь­ных устройств компьютера. В настоящее время, как правило, используются микропроцессоры, разработанные одной из сле­дующих фирм: Intel, АМD или IВМ.

Микропроцессоры отличаются друг от друга двумя основны­ми характеристиками: типом (моделью) и тактовой частотой. Тактовая частота указывает, сколько элементарных операций (тактов) микропроцессор выполняет за одну секунду, т. е. такто­вая частота характеризует быстродействие компьютера - чем она выше, тем быстрее осуществляется работа компьютера. Тактовая частота измеряется в мегагерцах (МГц).

Оперативная память

Следующим очень важным элемен­том компьютера является оперативная память. Именно из нее процессор и сопроцессор берут программы и исходные данные для обработки, в нее они записывают полученные результаты. Название «оперативная» эта память получила потому, что она работает очень быстро, и процессору не приходится ждать при чтении данных из памяти или записи в память. Однако содер­жащиеся в ней данные сохраняются только до тех пор, пока компьютер включен, при выключении компьютера содержимое оперативной памяти стирается.

Оперативная память компьютера состоит из двух частей: ос­новная память и расширенная память (или дополнительная па­мять). Основная память имеет размер 640 Кбайт. Так, например, если компьютер имеет 32 Мбайта оперативной памяти, то 640 Кбайт из них - основная память, а 31360 Кбайт - расширен­ная (или дополнительная).

Для достаточно быстрых компьютеров необходимо обеспечить быстрый доступ к оперативной памяти, иначе микропроцессор будет простаивать и быстродействие компьютера уменьшится. Для этого такие компьютеры могут оснащаться кэш-памятью, т. е. «сверхоперативной» памятью относительно небольшого объема (обычно от 256 до 512 Кбайт), в которой хранятся наиболее часто используемые участки оперативной памяти. Кэш-память распола­гается «между» микропроцессором и оперативной памятью, и при обращении микропроцессора к памяти сначала производит­ся поиск нужных данных в кэш-памяти. Поскольку время дос­тупа к кэш-памяти в несколько раз меньше, чем к обычной па­мяти, а в большинстве случаев необходимые микропроцессору данные содержатся в кэш-памяти, среднее время доступа к памя­ти уменьшается.

Контроллеры и шина

Для работы компьютера необходимо, чтобы в оперативной памяти находились программа и данные. А попадают они туда из различных устройств компьютера - кла­виатуры, дисководов для магнитных дисков и т. д. Обычно эти устройства называют внешними, хотя некоторые из них могут находиться не снаружи компьютера, а встраиваться внутрь сис­темного блока. Результаты выполнения программ также выводят­ся на внешние устройства - монитор, диски, принтер и т. д.

Таким образом, для работы компьютера необходим обмен ин­формацией между оперативной памятью и внешними устройст­вами. Такой обмен называется вводом-выводом. Но этот обмен не происходит непосредственно: между любым внешним устройст­вом и оперативной памятью в компьютере имеется два промежу­точных звена.

Для каждого внешнего устройства в компьютере есть электронная схема, которая им управляет. Эта схема называется контроллером, или адаптером. Некоторые контроллеры (например, контроллер дис­ков) могут управлять сразу несколькими устройствами.

Все контроллеры и адаптеры взаимодействуют с микропро­цессором и оперативной памятью через системную магистраль передачи данных, которую в просторечии называют шиной.

Электронные платы

Для упрощения подключения уст­ройств электронные схемы компьютера состоят из нескольких модулей - электронных плат. На основной плате компьютера - системной, или материнской, обычно располагаются основной микропроцессор, сопроцессор, оперативная память и шина.

Схемы, управляющие внешними устройствами компьютера (контроллеры и адаптеры), находятся на отдельных платах, вставляющихся в унифицированные разъемы (слоты) на мате­ринской плате. Через эти разъемы контроллеры устройств подключаются непосредственно к системной магистрали пе­редачи данных в компьютере - шине.

Таким образом, наличие свободных разъемов шины обеспечивает возможность добав­ления к компьютеру новых устройств. Чтобы заменить одно устройство другим (например, устаревший адаптер монитора на новый), надо просто вынуть соответствующую плату из разъема и вставить вместо нее другую. Несколько сложнее осуществляется замена самой материнской платы.

Контроллеры портов ввода-вывода

Одним из контроллеров, которые присутствуют почти в каждом компьютере, является контроллер портов ввода-вывода. Эти порты бывают следующих типов: параллельные (обозначаемые LРТ1-LРТ4), к ним обыкно­венно подключаются принтеры; асинхронные последовательные (обозначаемые СОМ1-СОМЗ), через которые обычно подсоеди­няются мышь, модем и т. д.

Некоторые устройства могут подключаться и к параллельным, и к последовательным портам. Параллельные порты выполняют ввод и вывод с большей скоростью, чем последовательные, за счет использования большого числа проводов в кабеле.