99583

Каналы (интерфейсная аппаратура)

Контрольная

Информатика, кибернетика и программирование

Для каналов интерфейсная аппаратура определить область применения разработать структурную и функциональную схемы для характерных примеров применения. Адреса соответствующих портов для каналов 0-3 равны соответственно 01h 03h 05h и 07h; - разрешить работу канала выполнив запись в регистр маски каналов по адресу 0Ah. Приведем назначение каналов DMA для IBM AT: Поле Описание 0 Зарезервировано 1 Зарезервировано 2 Адаптер накопителя на гибком магнитном диске НГМД 3 Адаптер накопителя на магнитном диске НМД 4 Используется для...

Русский

2016-09-25

200 KB

0 чел.

 РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ОТКРЫТЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

по дисциплине

ПЕРИФЕРИЙНЫЕ УСТРОЙСТВА
ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ
ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА

Москва

2008

Задание на контрольную работу

  1.  Определить совокупность программных и аппаратных средств, обеспечивающих обмен данными между ПУ и ядром. Описать взаимодействие ПУ с ядром ЭВМ.

  1.  Разработать структурную схему системы с определением выполняемых функций периферийными устройствами.

  1.  Описать виды взаимодействия ПУ с ядром ЭВМ.

  1.  Для каналов (интерфейсная аппаратура) определить область применения, разработать структурную и функциональную схемы для характерных примеров применения.

  1.  Для аппаратуры мультимедиа описать организацию работ, определить область применения, проработать блок-схему алгоритма функционирования ПУ при реализации заданной организации работ.

 Каналы (интерфейсная аппаратура)

Канал ввода-вывода (КВВ) представляет собой совокупность аппаратных и программных средств, предназначенных для организации, управления обменом и непосредственной передачи данных между ОП и ПУ . Таким образом, КВВ является функциональным элементом системы ввода-вывода.

Он образует маршрут передачи данных между ОП и ПУ и осуществляет управление обменом, начиная от установления связи и заканчивая завершением передачи и разрушением установленной связи. Физическая разновидность КВВ отличается широким разнообразием, однако независимо от её функции подключения ПУ к КВВ выполняется специальными аппаратными средствами(средствами интерфейса) в соответствии с определенными стандартами.

Основные функции КВВ.

Основные функции КВВ можно разделить на три группы. В первую группу можно отнести функции по установлению логической связи между ПУ и ОП, т.е. по образованию передачи данных.

Вторая группа функций КВВ связанна непосредственно с передачей данных между ПУ и ОП и включает в себя:

- определение текущего адреса ячейки памяти для записи или чтения одной единицы информации, передаваемому по созданному каналу передачи;

- преобразование форматов данных используемых в ПУ и ОП;

-   контроль передаваемых данных;

- определение особых условий в процессе выполнения операции.

К числу таких операций можно отнести завершение процесса передачи определенной порции информации  и потребность в дополнительной управляющей информации для каких-либо компонентов, возникновение ошибки и пр.

Третья группа функций связанна с завершением обмена и разрушением канала:

- определение момента завершения обмена, т.е. завершена ли передача информации;

- определение причины завершения обмена,  т.е. завершена ли передача всех необходимых данных или в процессе обмена обнаружена ошибка;

- информирование ЦП об изменении состояния компонентов;

- передача управляющей информации.  

Перечисленные функции КВВ реализуются различными сочетаниями аппаратных и программных средств. Если все функции управления обменом осуществляются средствами интерфейса и аппаратурой ЦП то такой интерфейс называют программным. С помощью программного интерфейса ЦП обеспечивается не совмёщенный режим ввода-вывода, при котором управление ПУ и операциями обработки осуществляется последовательно, и совмещенный режим при котором ПУ имеет автономные схемы управления.

Программное управление обменом или программный интерфейс КВВ реализуется средствами управления интерфейсом и аппаратурой ЦП, которая используется для управления обменом в течении всей операции ввода-вывода непрерывно. В свободное от управления обменом время аппаратура ЦП используется для выполнения операций обработки.

Основные характеристики КВВ:

- Номинальная пропускная способность, т.е. число байт данных, которые могут быть переданы посредством КВВ между ПУ и ОП за единицу времени.

- Нагрузочная способность, т.е. наибольшее число ПУ, которое может обслуживать КВВ.

Т.е. каналы (интерфейсная аппаратура) применяется для подключения ПУ к ЭВМ.


Контроллер прямого доступа к памяти

Прямой доступ к памяти (Direct Memory Access - DMA) применяется для выполнения операций передачи данных непосредственно между оперативной памятью и устройствами ввода/вывода. Обычно это такие устройства, как НГМД, НМД, стримеры.

При использовании DMA процессор не участвует в операциях ввода/вывода. Контроллер прямого доступа сам формирует все сигналы, необходимые для обмена данными с устройством. Скорость такого непосредственного обмена значительно выше, чем при традиционном обмене с использованием центрального процессора и команд INP, OUT.

Заметим, что контроллеры DMA в компьютерах IBM PC/XT IBM PC/AT различаются, но совместимы снизу вверх. Поэтому вначале мы расскажем о первом типе контроллеров, затем займемся контроллером DMA компьютера IBM PC/AT.

Контроллер прямого доступа IBM PC/XT 

Контроллер прямого доступа IBM PC/XT реализован на базе микросхемы Intel 8237A и содержит четыре канала. Эти каналы используются следующим образом:

Номер канала

Для чего применяется

0

Обновление содержимого динамической памяти компьютера.

Этот канал имеет наивысший приоритет

1

Не используется

2

Адаптер накопителя на гибком магнитном диске НГМД

3

Адаптер накопителя на магнитном диске НМД.

Этот канал имеет низший приоритет

Инициализация канала DMA

Для инициализации канала программа должна выполнить следующие шаги:

- сбросить триггер байтов командой записи в регистр 0Ch;

       - задать режим работы канала, выполнив запись по адресу 0Bh в регистр режима MR;

       - записать младшие 16 бит 20-битового адреса области памяти, которая будет использована для передачи данных, в регистр базового адреса. Адрес порта зависит от номера канала: канал 0 использует адрес 00h, канал 1 - 02h, канал 2 - 04h, канал 3 - 06h;

- записать номер страницы (старшие 4 бита 20-битового адреса) в регистр страниц 81h;

- загрузить регистр циклов прямого доступа к памяти CWR значением, на 1 меньшим требуемого количества передаваемых байт. Адреса соответствующих портов для каналов 0-3, равны, соответственно, 01h, 03h, 05h и 07h;

       - разрешить работу канала, выполнив запись в регистр маски каналов по адресу 0Ah.

Сразу после разрешения канал начинает передачу данных. После окончания передачи устройство обычно вырабатывает прерывание, которое служит признаком окончания операции ввода или вывода данных.

Контроллер прямого доступа IBM AT 

Контроллер DMA компьютера IBM PC/AT совместим снизу вверх с контролером IBM PC/XT. Он состоит из двух каскадно включенных микросхем Intel 8237A-5. Второй контроллер обслуживает каналы DMA с номерами 4-7.

Приведем назначение каналов DMA для IBM AT:

Поле

Описание

0

Зарезервировано

1

Зарезервировано

2

Адаптер накопителя на гибком магнитном диске (НГМД)

3

Адаптер накопителя на магнитном диске (НМД)

4

Используется для каскадного соединения с первым контроллером DMA

5-7

Зарезервировано

В разных моделях компьютеров назначение каналов DMA могут различаться. Кроме того, современные компьютеры допускают изменение назначения каналов с помощью программы BIOS Setup.

Каналы 0-3 являются 8-разрядными, а каналы 4-7 - 16-разрядными.

В связи с этим используются все 8 бит регистров страниц. Формируется 24-битовый адрес из 16 младших бит адреса, которые записываются в базовые регистры и 8 старших бит адреса, которые записываются в регистры страниц.

Размер страницы составляет 128 Кбайт, поэтому при передаче данных с использованием DMA не должна пересекаться граница 128 Кбайт.

Регистры каналов DMA

Приведем описание регистров каналов DMA для IBM PC/AT.

Регистры страниц

Приведем назначение и адреса регистров страниц контроллера для IBM AT:

Порт

Описание

81h

Регистр страниц канала 2

82h

Регистр страниц канала 3

83h

Регистр страниц канала 1

87h

Регистр страниц канала 0

89h

Регистр страниц канала 6

8Bh

Регистр страниц канала 5

8Ah

Регистр страниц канала 7

8Fh

Регенерация динамической памяти

Для 16-разрядных каналов 4-7 передача данных начинается с границы слова и все адреса относятся к 16-разрядным словам.

Работа периферийной аппаратуры мультимедиа

Даже последняя MPC-спецификация (MPC-3) уже устарела, поэтому Intel и Microsoft регулярно публикуют спецификации PC 97, PC 98, PC 99 и PC 2000. Более подробная информация о MPC-спецификациях приведена в дополнении на прилагаемом компакт-диске, а о PC-спецификациях можно прочитать на Web-узле по адресу: http://www.pcdesguide.com.

Звуковая плата является обязательным условием создания мультимедиа-компьютера(Multimedia PC — MPC). Что такое мультимедиа? В это понятие входит целый ряд компьютерных технологий, связанных с аудио, видео и способами их хранения. В самых общих чертах, мультимедиа — это возможность объединить изображение, звук и данные. В основном мультимедиа подразумевает добавление к компьютеру звуковой платы и накопителя CD-ROM.

Цифровая обработка звука

Метод натуральной цифровой записи звука называется PCM (Pulse Code Modulation — импульсно-кодовая модуляция). Он заключается в том, что в ходе записи в течение каждой секунды многократно регистрируется текущая амплитуда звуковой волны. Некоторое значение амплитуды принимается как максимально возможное в данной звукозаписи. В соответствии с выделенным для оцифровки единичным элементом данных максимальному значению присваивается самое большое целое число. Далее текущее значение амплитуды масштабируется относительно максимального числа и округляется до ближайшего целого. В результате получается единичный снимок (кадр) звуковой волны. Цифровая звукозапись представляет собой последовательность таких кадров.

 Оцифровка аналогового сигнала производится цифро-аналоговыми преобразователями (ЦАП). Аналого-цифровые преобразователи (АЦП) выполняют обратную задачу. Часто оба устройства объединяют в одном блоке, называемом кодеком (кодировщик-декодировщик).

Цифровые преобразования вносят специфические искажения в аналоговый сигнал. Из-за того, что в цифровом представлении доступен только ряд целых дискретных значений сигнала, появляется практически непрерывный паразитный сигнал, называемый шумом дискретизации, Кроме того, частота и глубина дискретизации оказывают взаимное влияние друг на друга.

Технологии цифрового синтеза звука

Первый (и наиболее древний) способ синтеза звука получил название FM (Frequency Modulation — частотная модуляция). Аудиосигнал получают путем смешивания синусоидальных сигналов, формируемых генераторами FM-синтезатора и изменения их звучания с помощью амплитудно-частотной модуляции. Каждый генератор вместе со своей схемой управления частотой и амплитудой сигнала образует так называемый «оператор». В звуковых картах применяют двух- или четырехоператорный FM-синтез. Качество получаемого таким образом звука может удовлетворить только очень невзыскательного слушателя. Но звуковые файлы получаются компактными.

Достаточно высокий уровень по качеству звучания предлагает технология Wave Table — волнового табличного синтеза. Музыкальные WT-файлы состоят из компактных двоичных сообщений в формате MIDI. В этом формате один байт предназначен для определения одного инструмента. Он содержит 8 бит информации, которая сообщает звуковой карте о желаемом звучании (выбор инструментов, нотные ряды, продолжительность и интенсивность звука и многое другое). Если говорить упрощенно, в некоем месте хранятся образцы звучания различных источников. При воспроизведении фрагмента в формате WT аудиокарта вытаскивает из этого укромного места образцы и преобразует их в соответствии с указаниями программы. С переходом на шину PCI появилась возможность хранить образцы в оперативной памяти компьютера и извлекать их в режиме реального времени.

Формат цифрового звука Dolby Digital 5.1

Формат Dolby Digital описывает способ формирования в общей сложности до шести раздельных каналов звука. Пять каналов считаются основными, в каждом из них предусмотрено воспроизведение полного частотного спектра (от 3 до 20 000 Гц). Один канал считается дополнительным, потому что отводимая ему полоса частот составляет всего от 3 до 120 Гц. Отсюда вытекает и обозначение числа каналов — 5.1.

  Пять основных каналов разделяются по функциям следующим образом: левый, правый и центральный фронтальные каналы, левый и правый тыловые каналы. Низкочастотный канал предназначен для подключения сабвуфера и призван имитировать звуковые эффекты. Для сжатия данных, кодирования и смешивания каналов применяется технология АС-3 (Audio Coding, version 3). Благодаря этой технологии данные в формате Dolby Digital получаются упакованными в один поток (файл), который может передаваться как между отдельными устройствами обработки звукового сигнала, так и внутри звукового тракта устройств практически без потери качества. Для восстановления исходных каналов требуется наличие декодера Dolby Digital, который представляет собой всего лишь микропрограммный код, извлекаемый из ПЗУ цифровым сигнальным процессором. В результате на выходе получаются шесть раздельных каналов.

  В формате Dolby Digital использована технология «разделяемых битов», а также модель маскирования звуков, не воспринимаемых человеческим слухом, Исходный сигнал перед обработкой кодеком Dolby Digital анализируется по спектральному и динамическому параметрам. В зависимости от результатов анализа он разбивается на шесть независимых каналов, а каждый из них — на. узкие частотные диапазоны. Частотный диапазон оцифровывается отдельно, ему динамически выделяется доля разрядов кодовой таблицы (глубина оцифровки до 20 бит).

 

Интерфейсы коммутации звука

На задней панели расположены внешние разъемы входа-выхода. Внешний сигнал может поступать на входы Line In, Mic In, Aux In. MIDI. На самой звуковой карте расположен четырехконтактный разъем для подключения аудиовыхода CD-ROM. Разъем Line In (линейный вход) типа «мини-джек» предназначен для подключения внешних источников звука: тюнеров, DVD/CD-плейеров и других устройств. Чувствительность линейного входа обычно составляет 0.1-0,3 В. Сигнал с линейного входа полностью проходит звуковой тракт. Отдельный разъем Mic In (микрофонный вход) типа «мини-джек» используют только для подключения микрофонов, он обладает чувствительностью 3-10 мВ. Сигнал, поступающий с микрофона, обрабатывается предусилителем, повышающим его уровень до нормального. Далее путь сигнала проходит через звуковой тракт. Разъем Aux In (микшерный вход), обычно типа «мини-джек», используют для подключения внешнего источника сигнала, который необходимо смешать с сигналом внутреннего источника. Для этого сигнал с разъема Aux In поступает на выходной микшер звуковой карты, минуя основной звуковой тракт.

К порту MIDI (Musical Instrument Device Interface) подключают джойстик или электронные музыкальные инструменты (клавиатуры MIDI, синтезаторы, электрогитары и пр.). Порт MIDI двунаправленный, разъем подключен к микросхеме UART MPU-401 по интерфейсу типа «токовая петля», с питанием от передатчика и гальванической развязкой цепей приемника. Внутренний разъем Audio CD используют для подключения выхода аудиоканала CD-ROM. При этом сигнал, считанный с компакт-диска, минует усилитель CD-ROM и поступает в звуковой тракт карты напрямую. Выходы звуковой карты обычно именуются Line Out, Speaker Out, Digital Out. Все они подключены через выходной микшер, занимающийся распределением и, при необходимости, смешением сигналов. К выходу Line Out (разъем типа «мини-джек») подключают внешние усилители, наушники и другие аудиоустройства. На выход Speaker Out (разъем типа «мини-джек») поступает усиленный стереофонический сигнал. На некоторых звуковых картах применяют два разъема Speaker Out, один для подключения фронтальных колонок, другой для тыловых. На звуковых картах последнего поколения стало правилом хорошего тона устанавливать разъем SPDIF (Sony/Philips Digital Interface Format — формат цифрового интерфейса фирм Sony и Philips), который служит для передачи звуковых сигналов в цифровой форме на внешние компоненты.

Звуковые карты PCI

Звуковые карты с интерфейсом PCI сейчас разделены на несколько категорий по возможностям и цене. Есть группа очень простых карт, у которых нет ничего, кроме разъемов и простенького кодека АС'97. Следующую категорию (так называемый «mainstream»), составляют карты, отличающиеся разнообразием моделей. Такие платы обычно основаны на цифровых сигнальных процессорах, обеспечивающих поддержку формата 5.1 и трехмерного звука. В «основном потоке» отметим изделия Philips (линейка Edge: Seismic, Rhytmic), Abit (Home Theater AU10 5.1), Genius (SoundMakerLive 5.1), TurtleBeach (Santa Cruz), Hercules (Game Theater), Creative(SoundBlaster Live!) и целой группы продуктов менее известных фирм (обычно на чипах FM801 или СМ/8738). «Верхним средним классом» можно назвать звуковые карты выпускаемые  компанией Creative с линейками звуковых карт Audigy/Audigy2.

В последнее время фактическим стандартом на параметры звуковой карты стала поддержка формата Dolby Digital 5.1 и аппаратное ускорение обработки трехмерного звука в режимах, совместимых с DirectSound 3D. Не секрет, что интегрированные на материнской плате чипы АС'97 не обеспечивают нормальное звуковое сопровождение в современных играх — происходит так называемый «затык» звука. Центральный процессор не успевает справляться с тяжелой физикой, геометрией, да еще и трехмерным звуком. Самые распространенные в игровых программах 3D sound API (Microsoft Direct SoundSD, Creative EAX и Aureal A3D) для нормальной, без торможения, работы требуют специализированных DSP. Для меломанов предназначены активно внедряемые в «топовые» модели звуковых карт возможности обработки звука с повышенной глубиной и частотой дискретизации (до 32/192), вывода аудиопотока на несколько колонок (вплоть до формата 7.1), подключения внешних элементов по цифровым и оптическим каналам.

Литература:

  1.  Марголис А.  Поиск и устранение неисправностей в персональных компьютерах. - К.: фирма "Дианетика", 1994г.
  2.  Лецкий Э.К. Информационные технологии на ж.д. транспорте- М:УМК МПС России,2000.
  3.  Ларионов А.М. Периферийные устройства в вычислительных системах-М.:Высшая школа 1991.
  4.  Леонтьев В. Новейшая энциклопедия персонального компьютера-М:Олма-Пресс образование.2005


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

16518. АНАЛИЗ СЛОЖНЫХ ЛИНЕЙНЫХ ЦЕПЕЙ 186.5 KB
  АНАЛИЗ СЛОЖНЫХ ЛИНЕЙНЫХ ЦЕПЕЙ Методические указания к лабораторной работе № 3 по курсам Основы теории цепей Теория электрических цепей для студентов направлений Радиотехника Телекоммуникации Информационная безопасность АНАЛИЗ СЛОЖНЫХ ЛИНЕЙ...
16519. ИНДУКТИВНО-СВЯЗАННЫЕ ЦЕПИ 188.5 KB
  ИНДУКТИВНОСВЯЗАННЫЕ ЦЕПИ Методические указания к лабораторной работе № 4 по курсам Основы теории цепей Теория электрических цепей для студентов направлений Радиотехника Телекоммуникации Информационная безопасность Составители Е.В. Вострец
16520. ИССЛЕДОВАНИЕ ЧАСТОТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК 126.5 KB
  ИССЛЕДОВАНИЕ ЧАСТОТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК Методические указания к лабораторной работе № 5 по курсам Основы теории цепей Теория электрических цепей для студентов направлений Радиотехника Телекоммуникации Информационная безопасность Составител...
16521. ЧАСТОТНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ РЕЗОНАНСНЫХ ЦЕПЕЙ 217.5 KB
  ЧАСТОТНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ РЕЗОНАНСНЫХ ЦЕПЕЙ Методические указания к лабораторной работе № 6 по курсам Основы теории цепей Теория электрических цепей для студентов направлений Радиотехника Телекоммуникации Информационная безопасность Сост
16522. СВЯЗАННЫЕ КОЛЕБАТЕЛЬНЫЕ КОНТУРЫ 155 KB
  СВЯЗАННЫЕ КОЛЕБАТЕЛЬНЫЕ КОНТУРЫ Методические указания к лабораторной работе № 7 по курсам Основы теории цепей Теория электрических цепей для студентов направлений Радиотехника Телекоммуникации Информационная безопасность СВЯЗАННЫЕ КОЛЕБАТЕ...
16523. ИЗМЕРЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ СИГНАЛОВ И ЦЕПЕЙ 643.91 KB
  Отчет по лабораторной работе №3 ИЗМЕРЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ СИГНАЛОВ И ЦЕПЕЙ 1.Цель работы Экспериментальное подтверждение основных теоретических разделов курса ознакомление с некоторыми приборами и овладение методикой основных электрических измерений. Так ж
16524. Поверка вольтметра В-7-72 и генератора ГЗ-118 100 KB
  Поверка вольтметра В772 и генератора ГЗ118 Лабораторная работа №3 Цель и задачи работы В данной лабораторной работе необходимо провести исследование различных способов измерения разности фаз двух гармонических колебаний на примере осцилло...
16525. ИССЛЕДОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК И ПАРАМЕТРОВ ПОЛЕВЫХ ТРАНЗИСТОРОВ 202.94 KB
  ИССЛЕДОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК И ПАРАМЕТРОВ ПОЛЕВЫХ ТРАНЗИСТОРОВ. Отчет по лабораторной работе №5 по дисциплине Электроника Цель работы Ознакомиться с конструкцией полевых транзисторов с управляющим pn переходом их принципом действия характеристиками и параметр...
16526. РАЗРАБОТКА И РЕАЛИЗАЦИЯ АЛГОРИТМА ЛЕКСИЧЕСКОГО АНАЛИЗАТОРА 61.5 KB
  Лабораторная работа № 3/4 РАЗРАБОТКА И РЕАЛИЗАЦИЯ АЛГОРИТМА ЛЕКСИЧЕСКОГО АНАЛИЗАТОРА 2.1. Введение Цель работы: Ознакомиться с теоретическими и практическими основами построения блока лексического анализа компилятора Глава 1. Общая характеристика процесса ко