URZĄDZENIA PERYFERYJNE SYSTEMÓW ELEKTRONICZNYCH Marek Niedostatkiewicz Katedra Metrologii i Systemów Elektronicznych ETI PG 2003/2005

program wykładu 1. Klasyfikacja urządzeń peryferyjnych systemów elektronicznych i komputerowych 2. Sprzętowa i programowa integracja urządzeń w systemie. 3. Urządzenia wejściowe - interfejsu użytkownika. 4. Urządzenia wyjściowe - wyświetlacze, drukarki i plotery. 5. Urządzenia do zapisu i odczytu danych: pamięci, dyski magnetyczne i optyczne, karty pamięciowe 6. Urządzenia do transmisji danych

URZĄDZENIA PERYFERYJNE SYSTEMÓW ELEKTRONICZNYCH 1. Klasyfikacja Marek Niedostatkiewicz Katedra Miernictwa Elektronicznego ETI PG 2003/2005

UPSE - klasyfikacja Podział komputera: Urządzenia zewnętrzne: jednostka centralna+urządzenia zewnętrzne-peryferyjne (aktualny także dla aplikacji embedded) Urządzenia zewnętrzne: urządzenia sterowane przez jednostkę centralną i umożliwiające wprowadzanie, wyprowadzanie, przesyłanie i przechowywania informacji. Jednostka centralna steruje urządzeniami zewnętrznymi bezpośrednio lub za pośrednictwem dodatkowych układów pośredniczących zwanych sterownikami.

UPSE - klasyfikacja Podział: - urządzenia wejściowe - urządzenia wyjściowe - urządzenia komunikacyjne - urządzenia przechowywania informacji

UPSE - klasyfikacja Urządzenia wejściowe: świat zewnętrzny odbiór informacji konwersja na postać cyfrową JEDNOSTKA CENTRALNA Urządzenia wejściowe: Urządzenia przeznaczone do wprowadzania informacji

UPSE - klasyfikacja Urządzenia wejściowe: klawiatury myszy pióra świetlne manipulatory ekrany i pulpity dotykowe skanery kamery cyfrowe czytniki kodów kreskowych czytniki kart magnetycznych, transponderowych i elektronicznych wejściowe urządzenia dźwiękowe

zrozumiałą dla odbiorcy UPSE - klasyfikacja JEDNOSTKA CENTRALNA konwersja na postać zrozumiałą dla odbiorcy świat zewnętrzny Urządzenia wyjściowe: Urządzenia przeznaczone do wyprowadzania informacji

UPSE - klasyfikacja Urządzenia wyjściowe: drukarki monitory wyświetlacze plotery wyjściowe urządzenia dźwiękowe

UPSE - klasyfikacja Urządzenia komunikacyjne: konwersja danych na postać odpowiednią dla medium tramsmisyjnego JEDNOSTKA CENTRALNA demodulacja i dekodowanie JEDNOSTKA CENTRALNA Urządzenia komunikacyjne: przesyłanie danych za pomocą medium transmisyjnego nadawanie, odbiór i przetwarzanie informacji np. karty sieciowe i modemy

długotrwałe przechowywanie UPSE - klasyfikacja długotrwałe przechowywanie informacji JEDNOSTKA CENTRALNA nośnik Pamięci zewnętrzne: dyski magnetyczne dyski optyczne pamięci taśmowe karty pamięciowe

UPSE - klasyfikacja Historia urządzeń peryferyjnych: maszyny do liczenia Pascala i Leibniza XVIIw. zespoły kół poruszane drewnianymi kołkami, cyfry wyniku w okienkach maszyny tkackie XVIIIw. taśmy i karty perforowane 1833 Babbage - maszyna do liczenia tablic matematycznych urządzenie drukujące wynik rysik do prezentacji graficznej mechaniczny czytnik kart perforowanych

UPSE - klasyfikacja Historia urządzeń peryferyjnych: 1884 elektryczny czytnik kart perforowanych w maszynie do liczenia wyników spisu ludności USA 1946 ENIAC czytnik i perforator kart Holleritha (1928r.) zestaw lampek dalekopisy i terminale ekranowe VDT

UPSE - klasyfikacja Historia urządzeń peryferyjnych: ODRA - karty perforowane, monitor tekstowy, drukarka wierszowa, zewnętrzne pamięci dyskowe i taśmowe systemy okienkowe: program Sketchpad (Sutherland) do rysowania piórem świetlnym, koncepcja rozwinięta przez twórcę myszy Engelbarta.

UPSE - klasyfikacja Możliwości komunikacyjne człowieka: Czytanie Prędkość [KB/s] Opóźnienie[ms] Słuchanie 8000-60000 10 Czytanie 0,030-0,375 10 Rozpozn. wzorca 125000 10 Pisanie 0,010-0,020 100 Mówienie 0.03-0,015 100

UPSE - klasyfikacja Możliwości komunikacyjne człowieka: Ograniczenia: pasmo widzialnych fal od 0.4um do 0.75um pasmo słyszalnych fal od 15Hz do 20kHz do kilku milionów kolorów i 200 odcieni szarości rozdzielczość widzenia 120’ kątowych (0.28mm z odl. 0.5m) brak wrażliwości na polaryzację światła mniejsza wrażliwość wzroku na barwę niż natężenie bezwładność wzroku

URZĄDZENIA PERYFERYJNE SYSTEMÓW ELEKTRONICZNYCH 2. Sprzętowa i programowa integracja urządzeń w systemach Marek Niedostatkiewicz Katedra Miernictwa Elektronicznego ETI PG 2003

UPSE - Integracja urządzeń w systemach sprzętowa - interfejs programowa - protokół sterujący Interfejs - połączenie (układ pośredniczący) pomiędzy elementami systemu i zbiór procedur komunikacyjnych; organizuje wymianę danych pomiędzy elementami systemu (transmisja danych i instrukcji sterujących interfejsu). Podział na F.I, F.U, K.I, K.U. Protokoły sterujące: specyficzne dla danego urządzenia język K.U. sterujących F.U. (np. kody ESC lub język PCL dla drukarek, język SCPI dla przyrządów pomiarowych) UPSE - Integracja urządzeń w systemach

UPSE - Integracja urządzeń w systemach INTERFEJS PN-83/T-06536 definiuje pojęcie Systemu Interfejsu zbioru niezależnych od urządzeń elementów mechanicznych, elektrycznych i funkcjonalnych koniecznych w procesie wymiany informacji między urządzeniami (kable, złacza, nadajniki i odbiorniki linii, funkcje interfejsowe z opisem logicznym, linie sygnałowe, zależności czasowe oraz zasady sterowania.

UPSE - Integracja urządzeń w systemach MAGISTRALA SYSTEMU INTERFEJSU Droga komunikacyjna pomiędzy jednostkami systemu, złożona z szyn magistrali. Szyna magistrali - podzbiór linii magistrali za pomocą którego przesyłany jest określony rodzaj informacji (dane, adres). Szyny jednokierunkowe / dwukierunkowe multiplikowane / niemultiplikowane danych / adresowe / rozkazów / zarządzania / zasilania Topologie: gwiazdowe / pętlowe / magistralowe

UPSE - Integracja urządzeń w systemach ŁĄCZA Podział ze względu na ilość linii i sposób transmitowania informacji szeregowe lokalne RS232C, USB, IEEE1394) sieciowe (Ethernet, ATM, Token Ring) równoległe lokalne (ISA, PCI, GPIB)

UPSE - Integracja urządzeń w systemach ŁĄCZA Podział ze względu na równoczesność transmisji w obu kierunkach simpleks dane przesyłane tylko w jednym kierunku pół-dupleks dane przekazywane naprzemiennie w dwóch kierunkach dupleks dane przekazywane jednocześnie w obu kierunkach

UPSE - Integracja urządzeń w systemach ŁĄCZA Podział ze względu na sposób wydzielania bitów i znaków transmisja synchroniczna charakterystyczne punkty ze strumienia danych są wyznaczane przez dodatkowe sygnały zegarowe (synchronizacji) dodatkowa linia lub razem z danymi informacja przesyłana w stałych odstępach czasu

UPSE - Integracja urządzeń w systemach ŁĄCZA Podział ze względu na sposób wydzielania bitów i znaków transmisja asynchroniczna dane przesyłane w zmiennych odstępach czasu sygnalizacja momentu przesyłania jednostki informacji za pomocą bitów startu i stopu - ramka danych za pomocą dodatkowej linii transmisja izochroniczna (wideo)

UPSE - Integracja urządzeń w systemach Obsługa transmisji w systemie komputerowym przepytywanie system przerwań kanały bezpośredniego dostępu do pamięci

UPSE - Integracja urządzeń w systemach Obsługa transmisji w systemie komputerowym przepytywanie Odpytywanie urządzenia w ściśle określonych miejscach programu - sprawdzanie wszystkich urządzeń. PLUSY prostota MINUSY strata mocy procesora nieznany czas reakcji na zdarzenie procesor steruje przepływem danych

UPSE - Integracja urządzeń w systemach Obsługa transmisji w systemie komputerowym system przerwań Urządzenie zgłasza przerwanie sprzętowe, procesor przerywa realizację pogramu głównego i rozpoczyna obsługę przerwania. PLUSY przewidywalny czas reakcji na zdarzenie MINUSY procesor steruje przepływem danych istnieje możliwość wyłączenia przerwań niezbedny jest arbitraż przerwań

UPSE - Integracja urządzeń w systemach Obsługa transmisji w systemie komputerowym kanały bezpośredniego dostępu do pamięci Procesor ustawia parametry transmisji danych z układu IO do pamięci. Później, kontroler DMA przejmuje zarządzanie magistralą i autonomicznie przesyła dane do pamięci. zakończnie transmisji jest sygnalizowane przez przerwanie PLUSY przewidywalny czas reakcji na zdarzenie procesor jest wolny w czasie przesyłania danych dane są przesyłane z maksymalną prędkością MINUSY złożoność

UPSE - Integracja urządzeń w systemach Obsługa transmisji w systemie komputerowym URZĄDZENIA UMIESZCZONE W PRZESTRZENI PROCESORA Urządzenia mapowane w przestrzeni I/O procesora osobne wyprowadzenia procesora do komunikacji IO Urządzenia mapowanie w przestrzeni pamięci procesora sygnały zapisu i odczytu wspólne z pamięcią URZĄDZENIA STEROWANE PRZEZ INTERFEJSY

URZĄDZENIA PERYFERYJNE SYSTEMÓW ELEKTRONICZNYCH Marek Niedostatkiewicz Katedra Metrologii i Systemów Elektronicznych ETI PG 2003/2005