¿Conocimientos básicos de las interfaces de la placa base?
La conexión y el intercambio de datos entre la CPU y los dispositivos y memorias externos deben realizarse a través de dispositivos de interfaz. La primera se denomina interfaz de E/S. , mientras que esta última se denomina interfaz de memoria. La memoria generalmente funciona bajo el control síncrono de la CPU y el circuito de interfaz es relativamente simple. Hay muchos tipos de dispositivos de E/S y sus circuitos de interfaz correspondientes también son diferentes. Por lo tanto, es habitual referirse a la interfaz solo como. la interfaz de E/S.
1. El concepto de interfaz de E/S
1. Clasificación de interfaces
La función de la interfaz de E/S es realizar la transferencia de la CPU. Las E/S a través del bus del sistema. Los circuitos O se conectan con dispositivos periféricos. Según la complejidad del circuito y el equipo, el hardware de la interfaz de E/S se divide principalmente en dos categorías:
(1) E/S. O chip de interfaz
La mayoría de estos chips son circuitos integrados, que ingresan diferentes comandos y parámetros a través de la CPU y controlan circuitos de E/S relacionados y periféricos simples para realizar las operaciones correspondientes. contadores, controladores de interrupciones y controlador DMA, interfaz paralela, etc.
(2) Tarjeta de control de interfaz de E/S
Hay varios circuitos integrados que se componen en un solo componente según cierta lógica, ya sea directamente en la placa base con la CPU, o como un complemento Enchúfelo en la ranura del bus del sistema.
Según el objeto de conexión de la interfaz, se pueden dividir en interfaz serie, interfaz paralela, interfaz de teclado e interfaz de disco.
2. Función de la interfaz
Debido a la gran variedad de periféricos de computadora, casi todos los cuales utilizan equipos de transmisión electromecánica, la CPU tiene los siguientes problemas al intercambiar datos con I/. Dispositivos O Problema:
No coinciden las velocidades: la velocidad de funcionamiento de los dispositivos de E/S es mucho más lenta que la de la CPU y, debido a los diferentes tipos, la diferencia de velocidad entre ellos también es muy grande. Por ejemplo, la velocidad de transmisión del disco duro es más rápida que la de la CPU. La impresora imprime mucho más rápido.
Desajuste de temporización: Cada dispositivo de E/S tiene su propio circuito de control de temporización y transmite datos a su propia velocidad, que no se puede unificar con la temporización de la CPU.
No coincide el formato de la información: diferentes dispositivos de E/S almacenan y procesan información en diferentes formatos. Por ejemplo, se puede dividir en serie y paralelo, también se puede dividir en formato binario, codificación ACSII y codificación BCD; , etc. .
No coinciden los tipos de información: diferentes dispositivos de E/S utilizan diferentes tipos de señales, algunas son señales digitales y otras son señales analógicas, por lo que los métodos de procesamiento utilizados también son diferentes.
Basado en las razones anteriores, el intercambio de datos entre la CPU y los periféricos debe completarse a través de la interfaz. Generalmente la interfaz tiene las siguientes funciones:
(1) Configurar el almacenamiento de datos y. lógica de almacenamiento en búfer, para adaptarse a la diferencia de velocidad entre la CPU y los periféricos, la interfaz generalmente consta de algunos registros o chips de RAM. Si el chip es lo suficientemente grande, también puede realizar la transmisión de datos por lotes;
(2) Capaz de realizar conversión de formato de información, como conversión en serie y paralelo;
(3) Capaz de coordinar las diferencias en el tipo y nivel de información entre la CPU y los periféricos, como el controlador de conversión de nivel, convertidor digital/analógico o analógico/digital, etc.;
(4) coordinar las diferencias de tiempo;
(5) funciones de decodificación de direcciones y selección de dispositivos;
(6) Configure las interrupciones y la lógica de control de DMA para garantizar que las interrupciones y las señales de solicitud de DMA se generen cuando las interrupciones y DMA estén habilitadas, y que el procesamiento de interrupciones y la transmisión de DMA se completen después de recibir las interrupciones y las respuestas de DMA.
3. Métodos de control de la interfaz
La CPU controla los periféricos a través de la interfaz de las siguientes maneras:
(1) Método de consulta del programa
En este método, la CPU consulta el estado actual del periférico especificado a través de instrucciones de E/S. Si el periférico está listo, se realiza la entrada o salida de datos. De lo contrario, la CPU espera y consulta en un bucle.
La ventaja de este método es que tiene una estructura simple y solo requiere una pequeña cantidad de circuitos de hardware. La desventaja es que debido a que la velocidad de la CPU es mucho mayor que la de los periféricos, es difícil. generalmente está en estado de espera y la eficiencia del trabajo es muy baja
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(2) Método de procesamiento de interrupción
En este método, la CPU ya no espera pasivamente, sino que puede ejecutar otros programas Una vez que el periférico está listo para el intercambio de datos, puede solicitar la solicitud de servicio de la CPU; si la CPU responde a la solicitud, detendrá temporalmente la ejecución del programa actual y transferirá para ejecutar el programa de servicio correspondiente a la solicitud. Una vez finalizado, continuará ejecutando el programa originalmente interrumpido.
Las ventajas del método de procesamiento de interrupciones son obvias: no solo le ahorra a la CPU el tiempo dedicado a consultar el estado de los periféricos y esperar a que estén listos, sino que también mejora la eficiencia del trabajo de la CPU. También satisface los requisitos de los periféricos en tiempo real. Sin embargo, a cada dispositivo de E/S se le debe asignar un número de solicitud de interrupción y un programa de servicio de interrupción correspondiente. Además, se necesita un controlador de interrupciones (chip de interfaz de E/S) para gestionar las solicitudes de interrupción generadas por el dispositivo de E/S. como configurar máscara de interrupción, prioridad de solicitud de interrupción, etc.
Además, la desventaja del método de procesamiento de interrupciones es que cada vez que se transmite un carácter, se debe realizar una interrupción, se debe iniciar el controlador de interrupciones y se debe retener y restaurar la escena para que la Se puede continuar con la ejecución del programa original, lo que requiere una gran cantidad de trabajo. De esta manera, si se requiere una gran cantidad de intercambio de datos, el rendimiento del sistema será muy bajo.
(3) Método de transferencia DMA (acceso directo a memoria)
Una de las características más obvias de DMA es que no utiliza software sino que utiliza un controlador especializado para controlar la memoria y Memoria externa. El intercambio de datos entre dispositivos no requiere intervención de la CPU, lo que mejora en gran medida la eficiencia de la CPU.
Antes de realizar la transferencia de datos DMA, el controlador DMA solicitará derechos de control del bus desde la CPU. Si la CPU lo permite, entregará los derechos de control. Por lo tanto, durante el intercambio de datos, los derechos de control del bus. son controlados por el controlador DMA. Una vez completada la transferencia, el controlador DMA devuelve el control del bus a la CPU.
2. Interfaces comunes
1. Interfaz paralela
En la actualidad, la interfaz paralela en la computadora se utiliza principalmente como puerto de impresora, y la interfaz no. Ya no utiliza un conector de 36 pines. Es un conector en forma de D de 25 pines. El llamado "paralelo" significa que los datos de 8 bits se transmiten a través de líneas paralelas al mismo tiempo, lo que mejora enormemente la velocidad de transmisión de datos, pero la longitud de la línea de transmisión paralela es limitada, porque a medida que aumenta la longitud, La interferencia aumentará y es probable que se produzcan errores.
Hay cinco puertos paralelos comunes: 4 bits, 8 bits, la mitad de 8 bits, EPP y ECP. La mayoría de las PC están equipadas con puertos paralelos de 4 u 8 bits, y muchas computadoras portátiles. utilice el chipset Intel386. La máquina está equipada con un puerto EPP y las computadoras que admiten todas las especificaciones de puerto paralelo IEEE1284 están equipadas con un puerto paralelo ECP.
Puerto paralelo estándar de 4 bits, 8 bits, la mitad de 8 bits: el puerto de 4 bits solo puede ingresar datos de 4 bits a la vez, pero puede generar datos de 8 bits; puede ingresar y emitir datos de 8 bits a la vez; también es posible la mitad de 8 bits.
Puerto EPP (Puerto Paralelo Mejorado): Desarrollado por Intel y otras empresas, permite la transmisión de datos bidireccional de 8 bits y se puede conectar a diversos dispositivos que no sean impresoras, como escáneres, adaptadores LAN, unidades de disco. y unidades de CDROM.
Puerto ECP (Puerto Paralelo Extendido): Desarrollado por Microsoft y HP, puede admitir ciclos de comandos, ciclos de datos y direccionamiento de múltiples dispositivos lógicos que se pueden utilizar en un entorno multitarea. .
En la actualidad, casi todas las placas base 586 tienen zócalos de puerto paralelo integrados, denominados Paralle1 o LPT1, que son zócalos de doble fila de 26 pines.
2. Interfaz serie
Otra interfaz estándar para computadoras es el puerto serie. Las PC actuales generalmente tienen al menos dos puertos serie, COM1 y COM2. El puerto serie se diferencia del puerto paralelo en que sus datos e información de control se transmiten en serie uno por uno. De esta forma, aunque la velocidad será menor, la distancia de transmisión es mayor que la del puerto paralelo, por lo que se debe utilizar el puerto serie para comunicaciones de larga distancia. Por lo general, COM1 usa un conector en forma de D de 9 pines, mientras que algunos COM2 usan un conector DB25 de estilo antiguo.
3. Interfaz de disco
(1) Interfaz IDE
La interfaz IDE también se llama puerto ATA. Solo puede conectar dos discos duros con una capacidad. de no más de 528M El costo de la interfaz es muy bajo, por lo que fue muy popular durante los períodos 386 y 486. Sin embargo, la mayoría de las interfaces IDE no admiten la transferencia de datos DMA y solo pueden usar instrucciones del puerto PCI/O estándar para transferir todos los comandos, estados y datos. Casi todas las placas base 586 integran dos zócalos de interfaz IDE de doble fila de 40 pines, etiquetados como IDE1 e IDE2 respectivamente.
(2) Interfaz EIDE
La interfaz EIDE se ha mejorado mucho con respecto a la interfaz IDE y actualmente es la interfaz más popular. En primer lugar, los periféricos que admite ya no son 2 sino 4. Además de los discos duros, los dispositivos compatibles también incluyen unidades de CD-ROM, dispositivos de copia de seguridad en disco, etc. En segundo lugar, el estándar EIDE cancela el límite de 528 MB y lo reemplaza por un límite de 8GP. En tercer lugar, EIDE tiene una mayor tasa de transferencia de datos y admite los estándares PIO modo 3 y modo 4.
4. Interfaz SCSI
SCSI (Small Computer System Interface) es una interfaz de sistema informático pequeño que los discos duros se utilizan ampliamente en computadoras que realizan procesamiento de gráficos y servicios de red. Además de discos duros, la interfaz SCSI también puede conectar unidades de CD-ROM, escáneres, impresoras, etc. Tiene las siguientes características:
Puede conectar 7 dispositivos periféricos al mismo tiempo;
La configuración del bus es Paralelo de 8 bits, 16 bits o 32 bits;
El espacio máximo permitido en el disco duro es de 8,4 GB (algunos han llegado a los 9,09 GB);
Mayor velocidad de transferencia de datos, IDE es de 2 MB por segundo, SCSI generalmente puede alcanzar 5 MB por segundo, FASTSCSI (SCSI-2) puede alcanzar 10 MB por segundo, el último SCSI-3 puede incluso alcanzar 40 MB por segundo, mientras que EIDE solo puede alcanzar un máximo de 16,6 MB por segundo;
El costo es mucho mayor que el de las interfaces IDE y EIDE. Además, el disco duro de interfaz SCSI debe usarse junto con la tarjeta de interfaz SCSI también es mucho más. Más caro que la interfaz IED y EIDE.
Las interfaces SCSI son inteligentes y pueden comunicarse entre sí sin aumentar la carga sobre la CPU. Al transferir datos entre dispositivos IDE y EIDE, la CPU debe intervenir, mientras que el dispositivo SCSI desempeña un papel activo en el proceso de transferencia de datos y puede ejecutarse específicamente dentro del bus SCSI hasta que se complete antes de notificar a la CPU.
5. Interfaz USB
El último estándar de interfaz serie USB es lanzado conjuntamente por importantes empresas como Microsoft, Intel, Compaq, IBM, etc. Proporciona comunicación térmica fuera del chasis. Con la conexión plug-and-play, los usuarios ya no necesitan abrir el chasis y apagar la alimentación al conectar periféricos. En cambio, utilizan un método de "cascada" cada dispositivo USB utiliza un conector USB para conectarse a la toma USB de un. dispositivo periférico y él mismo Proporciona una toma USB para el siguiente dispositivo USB. A través de esta conexión, un controlador USB puede conectar hasta 127 periféricos y la distancia entre cada periférico puede ser de hasta 5 metros. El conector redondo USB unificado de 4 pines reemplazará los numerosos teclados de puertos serie/paralelo (ratón, MÓDEM) y otros enchufes detrás del chasis. USB puede identificar de forma inteligente la inserción o extracción de dispositivos periféricos en la cadena USB. Además de conectar teclados, ratones, etc., el USB también puede conectar periféricos de baja velocidad como RDSI, sistemas telefónicos, audio digital, impresoras y escáneres.
3. Ranura de expansión de E/S
La ranura de expansión de E/S es la ruta para la transmisión de señales de E/S y es una extensión del bus del sistema. Se puede utilizar cualquier opción estándar. insertada, como tarjeta de visualización, tarjeta de descompresión, tarjeta de MODEM y tarjeta de sonido, etc. A través de la ranura de expansión de E/S, la CPU puede direccionar, leer y escribir todos los chips de interfaz de E/S y tarjetas de control conectados al canal.
Según los diferentes tipos de bus, las ranuras de expansión de la placa base se pueden dividir en ISA, EISA, MAC, VESA y PCI.
(1) Ranura ISA
Negro, dividido en 8 bits y 16 bits. La ranura de expansión de 16 bits puede acomodar tarjetas de control de 8 y 16 bits, pero la ranura de expansión de 8 bits solo puede acomodar tarjetas de 8 bits.
(2) Ranura EISA
Marrón, la apariencia y la longitud son las mismas que las de la tarjeta ISA de 16 bits, pero la profundidad es mayor y las tarjetas de control ISA y EISA se pueden insertado.
(3) Ranura VESA
Marrón, ubicada debajo de la ranura de expansión ISA de 16 bits, utilizada junto con la ranura ISA.
(4) Ranura PCI
Blanca, siempre y cuando la ranura VESA, paralela a la ranura ISA, no necesite usarse con la ranura ISA, y solo se puede insertar en la tarjeta de control PCI. ¿Debido al espacio limitado en la placa base, la ranura PCI debe ocupar la posición de la ranura ISA?