🗊Презентация Периферийные устройства ПК. Технические средства встроенных систем

Периферийные устройства ПК. Технические средства встроенных систем Лекция 8 (По материалам Мухаметова В.Н.)

4096tb@gmail.com Тема письма: БГУИР. … .

Лекция 5. Структура процессора. Архитектуры CISC и RISC. Архитектура процессора Intel .

Лекция 6. Адресация. Режимы работы процессора. Управление памятью.

Лекция 7. Производительность. Многопроцессорные системы

Лекция 8. Периферийные устройства ПК. Технические средства встроенных систем

Интерфейсы

Процессорные интерфейсы

Процессорные интерфейсы

Процессорные интерфейсы

Процессорные интерфейсы

Процессорные интерфейсы

Внутренние интерфейсы ATA -- Adv.Tech. Attachment for Disk Drives) IDE ATA -- Integrated Disk Electronics ATAPI -- ATA Package Interface SCSI – Small Computer System Interface до 640 Мбайт/с SATA – Serial ATA до 300 Мбайт/с SAS -- Serial Attached SCSI до 600 Мбайт/с

Внутренние интерфейсы Для плат расширения: ISA -- Industrial Standard Architecture до 32 Мбайт/с PCI -- Peripheral Component Interconnect до 133 Мбайт/с AGP – Accelerated Graphics Port до 1066 Мбайт/с (2.0 до 2132 Мбайт/с ) PCI-X (66, 133, 266, 533) до 4,26 Гбайт/с, “Hot Plug” PCI Express, PCI-E (x1, x2, x4, x8, x16) до 8 Гбайт/с (2×4 Гбайт/с) каждый канал

Архитектура компьютера с шиной PCI

PCI Express

LVDS

Внешние интерфейсы RS-232C (COM port) - до 115 Kбит/с (~ 10 Кбайт/с) Centronics (LPT port) - 30 – 100 Кбайт/с IEEE-1284 (EPP, ECP) - до 1-2 Мбайт/с (зависит от кабеля) USB 1.0 – до 12 Мбит/с (до 1.5 Мбайт/с) 2.0 – до 480 Мбит/с (до 60 Мбайт/с) 3.0 – до 4.8 Гбит/с (*)(до 600 Мбайт/с) IEEE-1394 (FireWire 800) – до 90 Мбайт/с IEEE-1394b (FireWire S3200) – до 3.2 Гбит/с (до 400 Мбайт/с)

Внешние интерфейсы

Внешние интерфейсы

USB Universal Serial Bus

USB Universal Serial Bus

Поддерживаемые скорости Low Speed (1.1, 2.0) rate of 1.5 Mbit/s (187 KB/s). Full Speed (1.1, 2.0) rate of 12 Mbit/s (1.5 MB/s). Hi-Speed (2.0) rate of 480 Mbit/s (60 MB/s). Super-Speed (3.0) rate of 4.8 Gbit/s (600 MB/s).

Скорость  -- до 10 Гб/с Питание -- до 100Вт, до 20 В Симметричность разъема до 10 000 подключений тунеллирование

Разъемы USB

Кабели и разъёмы USB 1.x и 2.0

Изображения разъёмов USB 3.0

PoweredUSB USB на MB

Подключение устройств

Компоненты USB

Логическая передача данных Клиентское ПО посылает IRP-запросы драйверу USBD. Драйвер USBD разбивает запросы на транзакции. Драйвер контроллера хоста принимает от системного драйвера шины перечень транзакций, планирует и контролирует их. Хост-контроллер интерфейса шины USB формирует кадры. Кадры передаются последовательной передачей битов.

Общая схема составляющих USB-протокола

Типы передач данных Control Transfers (управляющие передачи) Bulk Data Transfers (массивы данных) Interrupt Transfers (передача по прерываниям) Isochronous Transfers (изохронные передачи)

Планирование операций хостом Изохронные передачи – наивысший приоритет Обслуживание передач прерываний Передача массивов данных По истечении 90% интервала обслуживания хост автоматически переключается на обслуживание управляющих передач (гарантировано 10% полосы пропускания)

Транзакции Все транзакции состоят из трех пакетов: Маркер-пакет Пакет данных (или сообщение об их отсутствии) Пакет подтверждения

Последовательности пакетов

Составляющие USB Host controller Root Hub Hub Function Device Port Logical Device

Hub Преобразует 1 порт в несколько портов Распознает подключение и отключение устройств Позволяет управлять питанием в порты Может разрешать или запрещать каждый порт

Функция Принимает информацию по шине USB Передает информацию по шине USB Функция требует конфигурирования перед использованием.

Endpoint Endpoint – часть USB устройства. Имеет уникальный номер. Всегда есть нулевая точка (endpoint zero), а также до 15 точек IN и до 15 точек OUT. Pipe (канал) – это логическое соединение host endpoint

Device Устройство – это хаб, функция или их комбинация (Compound Device)

Периферия

Flash memory Изобретена в Японии (Toshiba) в 1984 г. Хранит информацию в массиве транзисторов с плавающим затвором Плавающий затвор изолирован и может удерживать электроны до 10 лет Для стирания на управляющий затвор подаётся высокое напряжение Скорость может доходить до 100 Мб/с Имеет ограниченное число циклов перезаписи (обычно около 10 тысяч раз)

HDD Накопители В 1956 году IBM представила первый накопитель на жестких магнитных дисках В 1973 году, накопитель IBM-3340 - «Винчестер» 1997 — максимальная ёмкость 10 Гб 2005 — максимальная ёмкость 500 Гб 2007 — Hitachi представляет первый коммерческий накопитель ёмкостью 1 Тб

Технологии записи Методы: параллельной записи – 150 Gbit/in² перпендикулярной записи – 400 - 500 Gbit/in² структурированной магнитной среды (Patterned Magnetic Media) – 1 Tbit/in² тепловой магнитной записи HAMR (Heat-Assisted Magnetic Recording) – до 50 Tbit/in²

Технологии записи

Технологии записи

Интерфейсы Interfaces IDE – Integrated Drive Electronics (1 Gbit/s) SCSI – Small Computers System Interface (2.4 Gbit/s) SATA – Serial ATA (2.56 Gbit/s)

CD и DVD Для CD и DVD используется лазер, работающий на красных волнах. Чтобы вместить больше данных на DVD, был уменьшен физический размер питов. Чтобы повысить точность считывания (и уменьшить питы), необходимо уменьшить длину волны лазера (с 650 до 405 нм). Используется диск диаметром 12 см.

Blu-ray Disc, HD-DVD Формат HD-DVD записывает на один слой 15 Гбайт информации и 30 Гбайт на два слоя. Однослойный диск Blu-ray (BD) может хранить 33 Гб, двухслойный диск может вместить 66 Гб. Важным различием между двумя форматами является толщина прозрачного слоя, который защищает записывающий слой. У дисков DVD и HD-DVD толщина полимерного прозрачного слоя составляет 0,6 мм, у Blu-ray она равна всего лишь 0,1 мм.

Форматы Blu-ray дисков

5 октября 2009 года японская корпорация TDK сообщила о создании записываемого Blu-ray диска емкостью 320 Гигабайт. 5 октября 2009 года японская корпорация TDK сообщила о создании записываемого Blu-ray диска емкостью 320 Гигабайт. Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Технологии записи

Голографический метод записи Голографический метод записи на носитель отличается от других методов, существовавших до сих пор. Современные способы записи позволяют записывать один бит на носитель в один момент времени. В отличие от них, голографический способ позволяет записывать миллионы бит одной вспышкой лазерного луча. Благодаря этому, значительно возрастает скорость записи данных.

Голографический метод записи

Устройства ввода

Устройства ввода Клавиатура Мышь Трекбол Тачпад Планшет Сканер Сенсорный экран (Touch Screen) Микрофон Видеокамера Коммутатор консоли Устройства идентификации

Сенсорные экраны Применение: Инфокиоски, терминалы Планшетные компьютеры Смартфоны

Типы сенсорных экранов резистивные, емкостные (двух типов), матричные, индуктивные, на ПАВ – поверхностно-акустических волнах (SAW – surface acoustic wave ), На инфракрасном (ИК) излучении, с использованием видеокамеры.

Сенсорные ПАВ-панели ( технические характеристики)

Сенсорные ПАВ-панели

Сенсорные ПАВ-панели Пьезоэлектрические преобразователи для осей X и Y посылают электрический сигнал частотой пять мегагерц, после чего кристалл преобразовывает импульс в сверхзвуковой. Волны направлены перпендикулярно друг другу и образуют координатную сеть всего поля панели. Когда Вы касаетесь экрана, Вы поглощаете часть волны, проходящей в этот момент через место контакта. Пьезоэлектрические преобразователи для осей X и Y посылают электрический сигнал частотой пять мегагерц, после чего кристалл преобразовывает импульс в сверхзвуковой. Волны направлены перпендикулярно друг другу и образуют координатную сеть всего поля панели. Когда Вы касаетесь экрана, Вы поглощаете часть волны, проходящей в этот момент через место контакта.

Сенсорные ПАВ-панели Уникальной особенностью является возможность определять силу прикосновения - координату Z. Переведенные в цифровую форму данные передаются на компьютер. Этот процесс занимает считанные миллисекунды.

Резистивная сенсорная панель

При касании наружного слоя, выполненного из тонкого прозрачного пластика, его внутренняя проводящая поверхность совмещается с проводящим слоем основной стеклянной пластины, играющей роль каркаса конструкции, благодаря чему происходит изменение сопротивления всей системы. Изменение фиксируется микроконтроллером, передающим координаты точки касания При касании наружного слоя, выполненного из тонкого прозрачного пластика, его внутренняя проводящая поверхность совмещается с проводящим слоем основной стеклянной пластины, играющей роль каркаса конструкции, благодаря чему происходит изменение сопротивления всей системы. Изменение фиксируется микроконтроллером, передающим координаты точки касания

Емкостные сенсорные экраны

Матричные сенсорные экраны

Устройства вывода

Устройства вывода Монитор Принтер Плоттер Проектор Аудио устройства

Мониторы ЭЛТ (с электронно-лучевой трубкой) CRT (cathode ray tube ) ЖКИ (на жидкокристаллическом индикаторе) LCD (liquid crystal display ) Плазменные панели PDP (plasma display panel ) OLED-мониторы OLED (Organic Light-Emitting Diode) Проекционный

Электронно-лучевая трубка

Электронно-лучевая трубка В электронно-лучевой трубке (ЭЛТ) используется поток электронов, сконцентрированный в форме луча или пучка лучей. Управление пространственным положением луча осуществляется отклоняющей системой с помощью электрических и магнитных полей, управление плотностью тока – с помощью электрических полей. В трубках с магнитным управлением отклоняющая система состоит из двух пар отклоняющих катушек.

Жидкокристаллический дисплей

Жидкокристаллический дисплей Лампа излучает неполяризованный свет. Пройдя через поляризатор, свет будет иметь преимущественное направление. Если поставить второй поляризатор, где ось поляризации перпендикулярна первому, то свет попросту не пройдёт. Если разместить между двумя поляризаторами жидкий кристалл, то он сможет повернуть ось поляризации света таким образом, чтобы она совпадала с осью второго поляризатора. Если подать на кристалл электрический ток, то он будет поворачиваться в зависимости от разницы потенциалов. Изменяя напряжение на краях жидкого кристалла, можно задать оттенки цвета.

Плазменная панель

Плазменная панель Принцип действия плазменной панели основан на свечении специальных люминофоров (фосфоресцирующие вещества) при воздействии на них ультрафиолетового излучения. В свою очередь это излучение возникает при электрическом разряде в среде сильно разреженного газа.

Плазменная панель

OLED-дисплей

OLED-дисплей При прохождении тока напряжением от 2.5 V, базовый слой начинает излучать фотоны, их поток становится все более интенсивным по мере увеличения силы тока, усиливаясь практически линейно, и позволяя при напряжении менее 10 В получить яркость более 1000 Кд /м2. Цвет излучаемого света зависит от используемого материала.

OLED-дисплей Как и жидкокристаллические дисплеи, светодиодные экраны могут иметь либо активную, либо пассивную матрицу. В пассивных матрицах каждый пиксель включается в том случае, когда на горизонтальную и вертикальную строки, характеризующие его местоположение, подается напряжение. В активной же матрице каждый пиксель управляется как минимум двумя транзисторами.

OLED-дисплей Пионером на этом рынке стала компания Sony, которая выпустила в 2007г свой 11-дюймовый OLED-монитор SonyDrive XEL-1. Толщина панели дисплея составляет 3 мм, коэффициент контрастности 1.000.000:1, с этого момента о таком параметре как время отклика можно забыть - он близок к нулю.

OLED-дисплей Sony Corp представила прототип OLED-телевизора, толщина которого составляет менее 1 миллиметра. Базируется он на показанном ранее диодном OLED-экране толщиной 0,3 мм. Презентация новинки проходила на японской выставке Ceatec 2008. October 5th, 2008

Принтеры Матричные Термопринтеры Струйные электростатические пьезоэлектрические пузырьковые Лазерные (а также светодиодные) Твердокрасочные (SolidInk) Сублимационные

Лазерный принтер Внутри находится барабан (селеновый), на который равномерно наводится электрический заряд. Этот заряд отталкивает тонер (черный, или цветной в зависимости от типа принтера). Лазерный луч наносит рисунок, соответствующий выводимому отпечатку, здесь происходит «стекание» заряда, тонер не отталкивается. Затем тонер переносится на лист бумаги. Чтобы картинка не осыпалась, лист проходит через печку – специальный нагреватель, который запекает тонер на бумаге.

Лазерный принтер

Лазерный принтер

Струйный принтер

Струйный принтер

Созвездие Евриона (EURion Constellation)

Если такая защита присутствует на банкноте, то некоторые цветные принтеры и копиры отказываются печатать изображения этих банкнот. Если такая защита присутствует на банкноте, то некоторые цветные принтеры и копиры отказываются печатать изображения этих банкнот. С 1996 г. и до настоящего времени эту защиту в своих банкнотах использовали более 30 стран.

Наличие только пяти таких окружностей (одного созвездия) достаточно, чтобы заблокировать работу прибора. Технические детали алгоритма такой защиты не разглашаются даже для изготовителей защищённой продукции. Наличие только пяти таких окружностей (одного созвездия) достаточно, чтобы заблокировать работу прибора. Технические детали алгоритма такой защиты не разглашаются даже для изготовителей защищённой продукции. Появилась даже «еврионизация» (eurionize) – программа, которая вставляет в документ в формате PostScript созвездие Евриона. С её помощью созвездие Евриона можно встроить в любой продукт.

Плоттеры Планшетные Рулонные

Проекторы

LCD-проектор

DLP-проектор

Этапы загрузки компьютера Turn-on, POST, BIOS, MBR

Turn-on После нажатия кнопки включения компьютера блок питания производит самотестирование напряжений. Если все соответствует норме, то на процессор подается напряжение и сигнал сброса. Процессор сбрасывает свою память и начинает работу. После включения персонального компьютера (ПК) на базе процессора семейства Intel 80x86, его процессор начинает работу в реальном режиме адресации с сегментной организацией и выполнение инструкций процессора с адреса FFFF:0, инициализированного в паре регистров CS:IP (Code Segment : Instruction Pointer) после снятия сигнала RESET. В конце доступного процессору адресного пространства оперативной памяти из ПЗУ материнской платы загружается загрузчик базовой системы ввода-вывода (BIOS), на который передается выполнение по инструкции безусловного перехода, отображенной по адресу FFFF:0.

POST Первое что делает процессор - получает из BIOS POST-программу (Power-On Self Test - самотестирование при включении). Программа инициализации BIOS с помощью программы POST проверяет, что устройства компьютера работают корректно и инициализирует их. В соответствие с этой программой начинается тестирование составляющих компьютера:

POST Тестирование процессора; Копирование BIOS в оперативную память и проверка контрольных сумм BIOS; Проверка регенерации памяти и тестирование 64 Кбайт нижней памяти; Настройка чипсета; Поиск и настройка видеоадаптера - именно в этот момент на экране монитора появляются первые сообщения; Полное тестирование оперативной памяти; Тестирование клавиатуры и других устройств ввода-вывода; Проверка контрольной суммы CMOS и состояния батарейки; Инициализация COM и LPT-портов; Инициализация дисководов и IDE-устройств; Распределение системных ресурсов; Поиск других устройств, содержащих свой BIOS; Вызов программного прерывания BIOS INT 19h, по которому ищется загрузочный сектор.

Инициализация компонент материнской платы и подключенных периферийных уст-в

Затем BIOS опрашивает по порядку устройства из заранее сформированного (в консольной утилите CMOS SETUP) списка загрузочных устройств, пока не найдет загрузочное устройство. Если такое устройство не будет найдено, BIOS выведет на консоль ПК сообщение об ошибке и процесс загрузки будет остановлен. Затем BIOS опрашивает по порядку устройства из заранее сформированного (в консольной утилите CMOS SETUP) списка загрузочных устройств, пока не найдет загрузочное устройство. Если такое устройство не будет найдено, BIOS выведет на консоль ПК сообщение об ошибке и процесс загрузки будет остановлен. При обнаружении BIOS’ом загрузочного устройства, с последнего будет произведена попытка чтения данных его нулевого сектора (512 байт, в которых должна находиться загрузочная запись). После успешного завершения чтения данных нулевого сектора загрузочного устройства в оперативную память по начальному адресу 0000:7С00, BIOS передает на этот адрес дальнейшее исполнение инструкций процессора.

Загрузчик ОС Управление передается загрузчику операционной системы, который загружает ОС в компьютер. Если в результате всех этих манипуляций произойдет какой-либо сбой, то компьютер выдаст определенную комбинацию звуковых сигналов или на экран выведется сообщение об ошибке.

Нулевой сектор загрузочного жесткого диска содержит так называемую «Главную загрузочную запись» (MBR — Master Boot Record), содержащую как данные первых четырёх записей таблицы разделов, так и инструкции процессора Intel 80x86, обеспечивающие поиск по этим записям активного раздела, с которого, посредством одной из функций базовой системы ввода-вывода — INT 13h (англ. Int 13h), реализованной в виде обработчика прерывания процессора, будет считана загрузочная запись операционной системы. Этот загрузочный сектор, как правило, зависит от операционной системы и должен произвести загрузку в оперативную память ядра операционной системы с последующей передачей на него исполнения инструкций процессора. Нулевой сектор загрузочного жесткого диска содержит так называемую «Главную загрузочную запись» (MBR — Master Boot Record), содержащую как данные первых четырёх записей таблицы разделов, так и инструкции процессора Intel 80x86, обеспечивающие поиск по этим записям активного раздела, с которого, посредством одной из функций базовой системы ввода-вывода — INT 13h (англ. Int 13h), реализованной в виде обработчика прерывания процессора, будет считана загрузочная запись операционной системы. Этот загрузочный сектор, как правило, зависит от операционной системы и должен произвести загрузку в оперативную память ядра операционной системы с последующей передачей на него исполнения инструкций процессора.

Если активного раздела не существует, или загрузочный сектор активного раздела некорректен, MBR может загрузить резервный начальный загрузчик и передать управление ему. Если активного раздела не существует, или загрузочный сектор активного раздела некорректен, MBR может загрузить резервный начальный загрузчик и передать управление ему. Резервный начальный загрузчик должен выбрать раздел (зачастую с помощью пользователя), загрузить его загрузочный сектор и передать ему управление, который, в свою очередь, передаёт управление непосредственно загрузчику ОС Дальнейшие этапы загрузки зависят от типа/версии установленной ОС.