Informační systémy 2 Hardware PC Interní a externí interface IS2-2015-05 24.3.2015 1
Sběrnice (anglicky bus) je skupina signálových vodičů, kterou lze rozdělit na skupiny řídicích, adresních a datových vodičů (v případě paralelní sběrnice) nebo sdílení dat a řízení na společném vodiči (nebo vodičích) u sériových sběrnic. Sběrnice má za účel zajistit přenos dat a řídicích povelů mezi dvěma a více elektronickými zařízeními. Přenos dat na sběrnici se řídí přenosovým protokolem. V případě modulární architektury elektronického zařízení nebo počítače je sběrnice po mechanické stránce vybavena konektory uzpůsobenými pro připojení modulů. 24.3.2015 2
lokální sběrnice Technické prostředky počítačové techniky Komunikace mikroprocesoru s okolím Rychlá V/V zařízení operační paměť řadič klávesnice řadič DMA paměť cache mikroprocesor řadič přerušení Rozšiřující desky ostatní zařízení na základní desce systémová sběrnice 24.3.2015 3
Technické prostředky počítačové techniky Sběrnice Základní parametr sběrnice: přenosová rychlost: šířka datové a adresní části sběrnice řídící frekvence Standardy nejčastější typy: ISA 8 - bitová, ISA 16 -bitová EISA-Bus (Extended ISA) MCA - Microchannel-Architektura - (IBM) PCI (Peripheral Component Interconected) AGP - jednoúčelová sběrnice určená pro připojeni grafického rozhraní (karty) k systému, přenosová rychlost 260 MB/s - 2 GB/s PCI-Express (PCIe) - sériová implementace sběrnice PCI 24.3.2015 4 +
Technické prostředky počítačové techniky ISA - Industrial System Architecture 1981: princip - vyvedené vnější signály procesoru Řešení Localbus rozděluje sběrnici na dvě oblasti: lokální (propojuje graf.karty, síť. karty, HD, SCSI...) - integrována přímo do sběrnice procesoru, ovládány jeho taktovou frekvencí POZNÁMKA: Při vyšších frekvencích (nad cca 30 MHz) se uplatňuje vliv elektromagnetického záření nejvíce z konektorů (fungují jako antény), proto lokální sběrnice obsahuje velmi omezený počet konektorů (obvykle 2-3) vnější sběrnice: pro ostatní zařízení (desky) 24.3.2015 5
Technické prostředky počítačové techniky existují různé sběrnice typu Localbus př. PCI PCI - Peripheral Component Interconect Intel novější typ inteligentní sběrnice, šířka 32 nebo 64 bitů, burst režim, přenosová rychlost < 130 MB/s (260 MB/s) autokonfigurace karet - v kartě nainstalován "autokonfigurační registr", který si procesor přečte a rozpozná, která karta v slotu PCI je instalována (t.j. odpadá manuální nastavování) 24.3.2015 6 +
Technické prostředky počítačové techniky PCI - Expres Propustnost PCI-E (2.0) je: - 500 MB/s (obousměrný provoz 1 GB/s) na obrázku prostřední (nejkratší) - 2 GB/s (resp. 4 GB/s) na obrázku nahoře - 8 GB/s (obousměrně 16 GB/s) nejdelší 2 sloty na obrázku 24.3.2015 7 +
Technické prostředky počítačové techniky Rozhraní PC - interface Typy rozhraní: paralelní rozhraní sériové rozhraní synchronní rozhraní (přítomnost synchronizačních signálů hodinové pulsy) asynchronní rozhraní (nepřítomnost synchronizačních signálů) 24.3.2015 8 +
Technické prostředky počítačové techniky Rozhraní PC - interface Řeší způsob připojení vnějších zařízení Paralelní rozhraní Centronix původně jednosměrné (pro tiskárny "CENTRONICS ) od r. 1994 je standard obousměrný Data Strobe Busy Ack Platná data data adresy příkazy Nevýhoda použití paralelních kabelů o větší délce vyžaduje zesilovače signálů (resp. oddělovače segmentů vedení) jinak se v přenášených datech začnou objevovat chyby t 1 t 2 t 3 t 4 24.3.2015 9 +
Rozhraní PC - interface Sériové rozhraní nejstarší rozhraní, asynchronní port - RS 232, RS 232C, V24 IRQ 3 - COM 2, IRQ 4 - COM 1 25 kolíkový nebo 9 kolíkový konektor CANNON / často i jiný - problémy/ norma" 15/20 000 (vzdálenost do 15m, rychlost do 20 kbd) "on" napětí > 3V, "off" napětí < -3V data adresy příkazy Data se přenášejí po jednom vodiči v jeden okamžik se přenáší vždy jeden bit 24.3.2015 10
Rozhraní PC - interface SCSI Small Computer System Interface (poslední verze SCSI Ultra 5) připojování rychlých periferií (disky serverů, CD/DVD-ROM, streamery, optické disky...) logika řadiče přímo v periferním zařízení - umožňuje zónový záznam (Zone Bit Recording - ZBR) inteligentní interface - periferní zařízení se "oslovuje" úplnými příkazy (Common Command Set - CCS) vysoká přenosová rychlost - počítá se až s 640 MB/s (Ultra 5) sériová verze SCSI, nejrychlejší FC AL 6 Gb 700 MB/s připojování až 8 nebo 16 zařízení (vyšší číslo = vyšší priorita) nastavení adresy "v řadě" přenosy asynchronní i synchronní plochý kabel do 12 m terminátor SCSI zař. 1 zař. 2 zař. 3 terminátor 24.3.2015 11 PC
USB - Universal Serial Bus Rozhraní PC - interface standard sériové sběrnice vyvinutý firmami Compaq, Intel, IBM, Microsoft, v roce 1995 hlavním cílem - definovat externí rozšiřující sběrnici umožňující snadné připojování periferních zřízení - tzv. functions K host controlleru je připojen tzv. root hub (kořenový rozbočovač), ke kterému je možné připojit: USB zařízení (může obsahovat i USB hub) USB hub: zařízení, které slouží jako rozbočovač pro připojení dalších USB zařízení Tímto vzniká stromová (pyramidová) fyzická topologie, avšak logická topologie (princip komunikace) odpovídá topologii sběrnice 2 diferenciální datové vodiče + 2 napájecí vodiče 5 V/500 ma podpora Plug and Play přenosové rychlosti 1,5 Mb/s (USB1), 480 Mb/s (USB 2), 4,8 Gb/s (USB3) podpora současných operací na více zařízeních připojení až 127 zařízení možnost připojování za chodu počítače napájení 5V součástí interface 24.3.2015 13
USB - Universal Serial Bus Rozhraní PC - interface Je rovněž možné, aby zařízení mělo svůj vlastní napájecí zdroj Připojování zařízení se provádí pomocí standardního 4 vodičového kabelu Jednotlivá zařízení je možné k USB sběrnici připojovat (odpojovat) i za chodu počítače (hot-swap) a je úkolem programového vybavení, aby příslušné změny rozpoznalo 24.3.2015 14
Rozhraní PC - interface USB - Universal Serial Bus - přenos dat Dva typy přenosového modelu: Tok dat (stream) - izochronní přenos dat v reálném čase. Nemá přesně definovanou strukturu - není prováděna žádná korekce chyb. Zpráva (message) využívá asynchronní přenos. Zabezpečení přenosu zajišťuje CRC (Cyclic Redundancy Check) Zařízení typu slave se musí synchronizovat s datovým tokem: Používá se k tomu metoda NRZI (Non Return to Zero Inverted). Nuly v datech vedou ke změně úrovně, jedničky nechávají úroveň beze změny. Kódování a dekódování signálů je hardwarovou záležitostí. Přijímač musí být schopen získat signál, přijmout a dekódovat data. Speciální prostředky zajišťují, aby nedocházelo ke ztrátě synchronizace. Obsahuje-li původní datový tok šest po sobě jdoucích jedniček, přidá vysílač automaticky jednu nulu (vkládání bitů bit-stuffing), aby se tím vynutila změna úrovně. Wireless USB - výrobci by rádi navázali na úspěch USB rychlosti: od 110 Mbit/s na vzdálenost 10 m až po 480 Mbit/s na vzdálenost 3 m. Připojit půjde až 127 zařízení sdílející tuto sběrnici 24.3.2015 15
Rozhraní PC - interface IrDA IrDA zařízení komunikuji pomocí infračervených LED diod s vlnovými délkami vyzařovaného světla 875 nm IrDA 1.0 a 1.1 pracují do vzdálenosti 1.0 m při maximální úrovni okolního osvětlení 10 klux (denní svit slunce) Rychlosti jsou pro IrDA 1.0 do 115,2 kb/s, pro verzi 1.1. do 1.152 Mb/s Pulsně polohová modulace (PPM) 4 Mb/s Formát dat je stejný jako na sériovém portu, tedy asynchronně vysílané slovo uvozené startbitem 24.3.2015 16
Rozhraní PC - interface Bluetooth základní vlastnosti bezdrátová radiokomunikace miniaturní velikost nízká cena (při vysokých objemech produkce) robustní spojení krátký dosah (standardně 10m) malý příkon (vyplývajícího z tohoto omezeného dosahu) automatické konfigurace (uživatelsky jednoduchá technologie) Bluetooth 4.0 (2011): větší dosah (až 100 metrů) menší spotřeba elektrické energie podpora šifrování AES-128. Bluetooth 2.0 EDR (Enhanced Data-Rate) zavádí novou modulační techniku a zvyšuje tak datovou propustnost na trojnásobnou hodnotu oproti Bluetooth 1.2 (2,1 Mbit/s) 24.3.2015 17
Rozhraní PC - interface Firewire (IEEE 1394) základní vlastnosti Plug and Play (automatická detekce a konfigurace) - jednoduché (žádné) nastavení -> odpadají nastavení ID, přepínače, terminátory... Hot Swap (možnost připojení a odpojení za chodu) vysoká přenosová rychlost 800Mbit/s, nová verze 3,2 Gb/s (možnost až na 6,4 Gb/s) datový tok nemusí řídit procesor univerzální použití, orientace ale zejména na multimédia poněkud vyšší cena implementace FireWire na rozdíl od USB není tak hodně rozšířen. Ačkoli nominální rychlost FireWire 400 (400 Mbit/s) se zdá být nižší než u USB 2.0 (480 Mbit/s), v reálu FireWire dosahuje vyšších rychlostí přenosu dat než USB 2.0, zejména díky svému přenosovému protokolu 24.3.2015 18
Rozhraní PC - interface HDMI High-Definition Multimedia Interface přenos nekomprimovaného obrazového a zvukového signálu v digitálním formátu. propojování zařízení typu počítač, satelitní televizní přijímač, DVD přehrávač nebo A/V receiver s kompatibilním zařízením podporuje přenos videa ve standardní, rozšířené nebo high-definition kvalitě, a až 8-kanálový digitální zvuk. nezávisí na různých televizních a satelitních standardech, protože přenáší nekomprimovaná video data. V současnosti existují čtyři typy HDMI konektorů: A, B, C, D. Přenosové rychlosti až 10,2 Gb/s... 24.3.2015 19