Файл: ПР4. Уникнення плагіату.docx

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

ТЕРНОПІЛЬСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

імені Івана Пулюя

Кафедра кібербезпеки

Реферат

на тему:

“ Інтерфейс введення-виведення”

Виконав:

Студент групи СА-11

Тернопіль 2023

ЗМІСТ

ВСТУП………………………………………………………………………..............2

Функції інтерфейсів введення-виведення……………………………………….....3

Класифікація інтерфейсів за призначенням………………………………………..4

Багаторівнева організація підсистеми введення-виведення………………………7

Висновок………………………………………………………………………...10

Список використаних джерел…………………………………………..11

ВСТУП

Інтерфейс – це сукупність ліній і шин сигналів, електричних схем, а також алгоритмів (протоколів), що здійснюють обмін інформацією між пристроями ЕОМ. Він уніфікує склад і призначення ліній зв'язку, визначає послідовність сигналів при виконанні операцій, тимчасові співвідношення і перехідні процеси в лініях[1].

Функції інтерфейсів введення-виведення

Інтерфейс вводу-виводу повинен виконувати наступні функції:

1. Інтерпретувати сигнали адреси і вибору між пам'яттю і введенням-висновком, щоб визначити звернення до нього, і в разі такого звернення визначити, до яких регістрів відбувається звернення.

2. Визначати, виконується введення або виведення; при виведенні сприйняти з шини вихідні дані або керуючу інформацію, а при введенні помістити на шину вхідні дані або інформацію про стан.

3. Вводити або виводити дані в підключений пристрій введення-виведення і перетворювати паралельні дані в формат, що сприймається пристроєм, або навпаки.

4. Посилати сигнал готовності, коли дані сприйняті або поміщені на шину даних, інформуючи процесор про завершення передачі.

5. Формувати запити переривань і (при відсутності в логіці управління шиною управління пріоритетними перериваннями) приймати підтвердження переривань і - видавати тип переривання[2].

---

Класифікація інтерфейсів за призначенням

Класифікація інтерфейсів за призначенням відображає взаємозв'язок з архітектурою реальних засобів обчислювальної техніки. Відповідно до цієї ознаки в ЕОМ і обчислювальних системах можна виділити декілька рівнів сполучень:

- машинні системні інтерфейси;

- локальні шини;

- інтерфейси периферійних пристроїв (малі інтерфейси);

- міжмашинні інтерфейси[1].

Машинні (внутрішньомашинні) системні інтерфейси призначені для організації зв'язків між складеними компонентами ЕОМ на рівні обміну інформацією з центральним процесором, ОП і контроллерами (адаптерами) ПУ[1].

Локальною шиною називається шина, що електрично виходить безпосередньо на контакти мікропроцесора, і призначена для збільшення швидкодії відеоадаптерів і контроллерів дискових накопичувачів. Вона зазвичай об'єднує процесор, пам'ять, схеми буферизації для системної шини і її контроллер, а також деякі допоміжні схеми. Типовими прикладами локальних шин є VLB і PCI[1].

Призначення інтерфейсів периферійних пристроїв (малих інтерфейсів) полягає у виконанні функцій сполучення контроллера (адаптера) з конкретним механізмом ПУ[1].

Міжмашинні інтерфейси використовуються в обчислювальних системах і мережах[1].

До інтерфейсів цієї групи відносяться LPT-, СОМ-, GAME- і MIDI-порти, шини SCSI, USB і FireWire.

Основоположником групи зовнішніх інтерфейсів є послідовний інтерфейс СОМ-порту RS-232C, що прийшов від віддалених терміналів, і використовувався раніше навіть для підключення принтерів. Він є максимально простий у реалізації і одночасно забезпечує високий рівень захисту від завад на довгих лініях. Одним із найважливіших застосувань RS-232 стало підключення ведмедики, на зміну якому прийшов стандарт PS/2.

Проте і досі COM порт використовується для управління блоками безперебійного живлення, підключення модемів, деяких фотокамер (переважно застарілих), а також багатьох інших пристроїв. Фізично роз'єм COM-порту 9- або 25-контактний SUB-D роз'єм[1].

Передача даних по лінії RS-232 відбувається побітно, послідовно один за одним, при чому можлива передача даних в обох напрямах. Передача даних відбувається в асинхронному режимі, кожен пакет даних складається із стартового біта, 8 біт даних та стопового біта, при чому як прийом, так і передача здійснюються з однаковою тактовою частотою. Для зменшення ймовірності помилок інколи у пакет даних включається додатковий біт контролю парності. Амплітуда сигналів досягає величини +/- 12В, що забезпечує високий рівень захисту даних від завад.

---

BIOS у сучасних комп'ютерах підтримує до 4-х COM портів, для обслуговування яких виділяється лише два переривання. Для СОМ1/COM3 це IRQ 4, для COM2/COM4 - IRQ 3[1].

Згодом із принтерних інтерфейсів послідовний RS-232C був витиснутий більш продуктивним паралельним інтерфейсом Centronics, реалізованим LPT-портом.

Специфікація IEEE1284 (LPT) визначає параметри паралельного інтерфейсу обміну даними із зовнішніми пристроями комп'ютера. Однонаправлений паралельний інтерфейс для підключення принтерів отримав найменування Centronics. Він об'єднує специфікацію на параметри сигналів, протоколи взаємодії і роз'єми, що використовуються. Інтерфейс Centronics реалізований на сучасних комп'ютерах як SPP (Standard Parallel Port - стандартний паралельний порт). Як роз'єм застосовується DB-25S, що розміщений на окремій планці.

Контроллер паралельного інтерфейсу підтримує 8-бітову шину даних, 5-бітову шину сигналів стану і 4-бітову шину сигналів, що управляють. Зазвичай підтримуються три 8-бітові регістри в просторі введення-виводу і одна лінія запиту переривання. Схемотехніка порту LPT базується на TTL-логіці. Швидкість обміну не вище 150 Кбайт/с при значному завантаженні процесора. Очевидно, що для сучасних пристроїв друку така швидкість абсолютно недостатня[1].

В міру росту можливостей принтерів, розширення номенклатури і вимог пристроїв уведення (сканери, дигитайзери) і пристроїв із двохнаправленним характером обміну (зовнішні диски, швидкісні модеми) продуктивності зазначених інтерфейсів виявилося недостатньо. Разом з тим виявилося, що підвищити продуктивність зовнішніх інтерфейсів можна зворотним переходам на послідовний інтерфейс, що знімає проблеми виготовлення багатожильних кабелів і багатоконтактних з'єднувачів з нормованими параметрами затримок сигналів. Ці передумови привели до появи послідовних шин USB і FireWire, що вирішують багато проблем підключення комп'ютерної периферії:

• подолання обмеження продуктивності;

• спрощення підключень – мінімізація кількості й асортименту сполучних кабелів;

• економія ресурсів ЕОМ – адрес портів, каналів DMA і ліній запитів переривань, необхідних для підключення традиційних адаптерів;

• повна підтримка технології Plug and Play[1].

USB (Universal Serial Bus) –послідовна шина підключення зовнішніх периферійних пристроїв середньої швидкодії (включаючи клавіатуру, мишу й інші пристрої), що забезпечує двохнаправленну передачу інформації. Двохжильний інтерфейс забезпечує швидкість передачі 1.5 чи 12 Мбіт/с. Пристрої підключаються по топології дерева, використовуючи хаби-розгалужувачі.

---

Унаслідок недостатньої продуктивності USB для цифрової передачі живого відеозоображення, на її базі був створений високопродуктивна послідовна шина FireWire (IEEE 1394). Цей інтерфейс із продуктивністю від 100 Мбіт/з і вище (до 1,6 Гбіт/с) призначений для підключення дисків, стримерів, сканерів, цифрових відеопристроїв і т.п[1].

SCSI (Small Computer System Interface, вимовляється «сказі») – інтерфейс системного рівня, стандартизований ANSI. SCSI-шина реалізується у виді кабельного шлейфа, що допускає з'єднання до 8 пристроїв внутрішнього і зовнішнього виконання. До шини можуть підключатися дискові внутрішні і зовнішні нагромаджувачі (вінчестери, змінні вінчестери, CD-ROM, магнітооптичні диски й ін.), стримери, сканери й інше устаткування, що вимагає інтенсивного обміну даними[1].

Інтерфейс ігрового адаптера (GAME-порту) відрізняється від описаних вище тем, що крім ввода значень дискретних (4 біти) сигналів, використовується для введення й аналогових сигналів (величини опору 4 резисторів). З самого початку порт був призначений для підключення джойстиків і інших ігрових пристроїв уведення, але може використовуватися для підключення й інших датчиків[1].

У таблиці приведені характеристики основних зовнішніх інтерфейсів.

Табл. 1 - характеристики основних зовнішніх інтерфейсів.

---

Багаторівнева організація підсистеми введення-виведення

• Обробка переривань

Переривання повинні бути приховані якомога глибше в надрах операційної системи, щоб якомога менша частина ОС мала з ними справу. Найкращий спосіб полягає у вирішенні процесу, що ініціював операцію введення-виведення, блокувати себе до завершення операції і настання переривання. Процес може блокувати себе, використовуючи, наприклад, виклик DOWN для семафора, або виклик WAIT для змінної умови, або виклик RECEIVE для очікування повідомлення. При настанні переривання процедура обробки переривання виконує розблокування процесу, який ініціював операцію введення-виведення, використовуючи виклики UP, SIGNAL або посилаючи процесу повідомлення. У будь-якому випадку ефект від переривання буде полягати в тому, що раніше заблокований процес тепер продовжить своє виконання [3].

• Драйвери пристроїв

Весь залежний від пристрою код поміщається в драйвер пристрою. Кожен драйвер управляє пристроями одного типу або, може бути, одного класу.

В операційній системі тільки драйвер пристрою знає про конкретні особливості якого-небудь пристрою. Наприклад, тільки драйвер диска має справу з доріжками, секторами, циліндрами, часом установлення головки та іншими чинниками, що забезпечують правильну роботу диска.

Драйвер пристрою приймає запит від пристроїв програмного шару і вирішує, як його виконати. Типовим запитом є читання n блоків даних. Якщо драйвер був вільний під час надходження запиту, то він починає виконувати запит негайно. Якщо ж він був зайнятий обслуговуванням іншого запиту, то знову надійшов запит приєднується до черги вже наявних запитів, і він буде виконаний, коли настане його черга [3].

Перший крок у реалізації запиту вводу-виводу, наприклад, для диска, полягає в перетворенні його з абстрактної форми в конкретну. Для дискового драйвера це означає перетворення номерів блоків у номери циліндрів, головок, секторів, перевірку, чи працює мотор, чи знаходиться голівка над потрібним циліндром. Коротше кажучи, він повинен вирішити, які операції контролера потрібно виконати і в якій послідовності.

Після передачі команди контролеру драйвер повинен вирішити, чи блокувати себе до закінчення заданої операції чи ні. Якщо операція займає значний час, як при друці деякого блоку даних, то драйвер блокується до тих пір, поки операція не завершиться, і обробник переривання не розблокує його. Якщо команда введення-виведення виконується швидко (наприклад, прокрутка екрана), то драйвер очікує її завершення без блокування.

---