Контроллеры и их назначение

HD Audio

HD Audio (от англ. high definition audio - звук высокой четкости) является эволюционным продолжением спецификации AC'97, предложенным компанией Intel в 2004 году, обеспечивающим воспроизведение большего количества каналов с более высоким качеством звука, чем при использовании интегрированных аудиокодеков AC'97. Аппаратные средства, основанные на HD Audio, поддерживают 24-разрядное качество звучания (до 192 кГц в стереорежиме, до 96 кГц в многоканальном режимах - до 8 каналов).

Формфактор кодеков и передачи информации между их элементами остался прежним. Изменилось только качество микросхем и подход к обработке звука.

Сравнение спецификаций

Ac97: 20 бит 96 кГц максимум , Полоса пропускания 11,5 Мб/с, Определённый канал DMA, Одно звуковое устройство в системе, Опорная частота задаётся извне, основным кодеком, Фиксированная полоса пропускания Стабильность работы зависит от стороннего ПО третьих фирм, Ограниченное автоопределение и переопределение, Стереомикрофон или 2 микрофона

HD Audio: 24 бит 192 кГц максимум, 48 Мб/с выход, 24 Мб/с вход, Задаваемая полоса пропускания, Несколько логических звуковых устройств, Опорная частота берётся от чипсета,

универсальная архитектура звукового драйвера от Microsoft, Полное автоопределение и переопределение, Поддержка массива из 16 микрофонов, максимум

Преимущества HD Audio

Полноценная поддержка новых форматов, таких как DVD-Audio

Полноценная поддержка новых форматов, таких как Dolby Digital Surround EX, DTS ES

Более широкая полоса пропускания позволяет использовать большее число каналов в более детальных форматах

Используются только необходимые ресурсы

DMA каналы общего назначения Поддержка многопоточности и нескольких подобных устройств

Поддержка концепции Digital Home / Digital Office, вывод разных звуков на разные выводы для мультирумных возможностей и отдельного голосового чата во время онлайн-игр

Единый высококачественный задающий генератор для синхронизации

Единый драйвер для большей стабильности OS и базовой функциональности, не требуется специальная установка драйверов

Полная поддержка Plug and Play

Более точные ввод и распознавание речи

5. Сетевые адаптеры общие сведения

Сетевой адаптер (Network Interface Card, NIC) - это периферийное устройство компьютера, непосредственно взаимодействующее со средой передачи данных, которая прямо или через другое коммуникационное оборудование связывает его с другими компьютерами. Это устройство решает задачи надежного обмена двоичными данными, представленными соответствующими электромагнитными сигналами, по внешним линиям связи. Как и любой контроллер компьютера, сетевой адаптер работает под управлением драйвера операционной системы и распределение функций между сетевым адаптером и драйвером может изменяться от реализации к реализации.

В первых локальных сетях сетевой адаптер с сегментом коаксиального кабеля представлял собой весь спектр коммуникационного оборудования, с помощью которого организовывалось взаимодействие компьютеров. Сетевой адаптер компьютера-отправи-теля непосредственно по кабелю взаимодействовал с сетевым адаптером компьютера-получателя. В большинстве современных стандартов для локальных сетей предполагается, что между сетевыми адаптерами взаимодействующих компьютеров устанавливается специальное коммуникационное устройство (концентратор, мост, коммутатор или маршрутизатор), которое берет на себя некоторые функции по управлению потоком данных.

Сетевой адаптер обычно выполняет следующие функции:

Оформление передаваемой информации в виде кадра определенного формата. Кадр включает несколько служебных полей, среди которых имеется адрес компьютера назначения и контрольная сумма кадра, по которой сетевой адаптер станции назначения делает вывод о корректности доставленной по сети информации.

Получение доступа к среде передачи данных. В локальных сетях в основном применяются разделяемые между группой компьютеров каналы связи (общая шина, кольцо), доступ к которым предоставляется по специальному алгоритму (наиболее часто применяются метод случайного доступа или метод с передачей маркера доступа по кольцу). В последних стандартах и технологиях локальных сетей наметился переход от использования разделяемой среды передачи данных к использованию индивидуальных каналов связей компьютера с коммуникационными устройствами сети, как это всегда делалось в телефонных сетях, где телефонный аппарат связан с коммутатором АТС индивидуальной линией связи. Технологиями, использующими индивидуальные линии связи, являются 100VG-AnyLAN, ATM и коммутирующие модификации традиционных технологий - switching Ethernet, switching Token Ring и switching FDDI. При использовании индивидуальных линий связи в функции сетевого адаптера часто входит установление соединения с коммутатором сети.

Кодирование последовательности бит кадра последовательностью электрических сигналов при передаче данных и декодирование при их приеме. Кодирование должно обеспечить передачу исходной информацию по линиям связи с определенной полосой пропускания и определенным уровнем помех таким образом, чтобы принимающая сторона смогла распознать с высокой степенью вероятности посланную информацию. Так как в локальных сетях используются широкополосные кабели, то сетевые адаптеры не используют модуляцию сигнала, необходимую для передачи дискретной информации по узкополосным линиям связи (например, телефонным каналам тональной частоты), а передают данные с помощью импульсных сигналов. Представление же двоичных 1 и 0 может быть различным.

Преобразование информации из параллельной формы в последовательную и обратно. Эта операция связана с тем, что для упрощения проблемы синхронизации сигналов и удешевления линий связи в вычислительных сетях информация передается в последовательной форме, бит за битом, а не побайтно, как внутри компьютера.

Синхронизация битов, байтов и кадров. Для устойчивого приема передаваемой информации необходимо поддержание постоянного синхронизма приемника и передатчика информации. Сетевой адаптер использует для решения этой задачи специальные методы кодирования, не использующие дополнительной шины с тактовыми синхросигналами. Эти методы обеспечивают периодическое изменение состояния передаваемого сигнала, которое используется тактовым генератором приемника для подстройки синхронизма. Кроме синхронизации на уровне битов, сетевой адаптер решает задачу синхронизации и на уровне байтов, и на уровне кадров.

Сетевые адаптеры различаются по типу и разрядности используемой в компьютере внутренней шины данных - ISA, EISA, PCI, MCA.

Сетевые адаптеры различаются также по типу принятой в сети сетевой технологии - Ethernet, Token Ring, FDDI и т.п. Как правило, конкретная модель сетевого адаптера работает по определенной сетевой технологии (например, Ethernet). В связи с тем, что для каждой технологии сейчас имеется возможность использования различных сред передачи данных (тот же Ethernet поддерживает коаксиальный кабель, неэкранированную витую пару и оптоволоконный кабель), сетевой адаптер может поддерживать как одну, так и одновременно несколько сред. В случае, когда сетевой адаптер поддерживает только одну среду передачи данных, а необходимо использовать другую, применяются трансиверы и конверторы.

Трансивер (приемопередатчик, transmitter+receiver) - это часть сетевого адаптера, его оконечное устройство, выходящее на кабель. В первом стандарте Ethernet, работающем на толстом коаксиале, трансивер располагался непосредственно на кабеле и связывался с остальной частью адаптера, располагавшейся внутри компьютера, с помощью интерфейса AUI (attachment unit interface). В других вариантах Ethernet'а оказалось удобным выпускать сетевые адаптеры (да и другие коммуникационные устройства) с портом AUI, к которому можно присоединить трансивер для требуемой среды.

Основные типы сетей использующихся в настоящее время это Ethernet и Wi-Fi.

Проводные сети

Современные сети Ethernet работают по проводным каналам связи и используют для этого кабели тапа UTP или STP (Unshielded Twisted Pair или Shielded Twisted Pair), известные ещё под названием «витая пара», в таких проводах используется 4 перекрученных между собой пары проводов по которым достигается скорость до 1 Гбита/с, на данный момент шире распространены сетевые адаптеры развивающие скорость до 100Мбит/с, в них используются те же технологии и те же кабели что и в 1Гбит/с сетях, поэтому сети 1Гбит/с являются обратно совместимыми как с сетями 100Мбит/с так и с сетями 10Мбит/с по витой паре.

Основной характеристикой сетевого адаптера стоит считать максимальную скорость. Сети 1000Мбит уже достаточно давно представлены на рынке, но оборудование 100Мбит всё еще широко представлено в ассортименте и может быть вполне актуально для сетей не столь требовательных к ширине сетевого канала.

Беспроводные сети

Беспроводные сети (их также называют WAN - Wireless local Area Network) появились сравнительно недавно, и пока не обрели такого широкого распространения как проводные, как ввиду не столь высокой скорости, в сравнении с проводными сетями (в рамках данного абзаца их можно обозначить как LAN), до 300Мбит/с, так и достаточно сильным затуханием сигнала при прохождении через препятствия, а так же более высокой стоимости. Казалось бы скорость 300Мбит/с могла бы быть вполне достаточной для большинства сетей, да и расстояние в 150 метров, на которое может действовать связь, тоже. Но тут есть ряд оговорок все это обозначения берутся в идеальных условиях. Скажем связь на скорости 300 мегабит в секунду возможно и будет установлена, но на расстоянии 2-3 метра прямой видимости, увеличение дальности пагубно скажется на скорости, да и скорость эта вполне условна. Проблема в том, что для защиты беспроводных сетей используются различные протоколы шифрования, забивая канал избыточными данными, да и доля служебной информации довольно высока. При скорости соединения 300Мбит/с реальная скорость полезных данных будет около 100Мбит. Причём скорость связи 300Мбит может быть установлена на стандарте IEEE 802.11N, который ещё не стандартизирован, поэтому устройства разных производителей вряд ли разовьют скорость 300Мбит. Официальную стандартизацию прошли лишь стандарты 802.11 a\b\g, потолок скорости последней из них 54Мбита/с, а реальная около 25 ти.

Поэтому и сфера применения таких сетей весьма ограничена

6. Южный мост

Южный мост (от англ. Southbridge) (функциональный контроллер), также известен как контроллер-концентратор ввода-вывода (от англ. I/O Controller Hub, ICH).

Обычно это одна микросхема, которая связывает «медленные» (по сравнению со связкой «центральный процессор-ОЗУ») взаимодействия (например, Low Pin Count, Super I/O или разъёмы шин для подключения периферийных устройств) на материнской плате с ЦПУ через северный мост, который, в отличие от южного, обычно подключён напрямую к центральному процессору.

Компоненты южного моста [править] Проверить информацию..

Функционально южный мост включает в себя:

контроллеры шин PCI, PCI Express, SMBus, I2C, LPC, Super I/O

DMA контроллер;

контроллер прерываний;

PATA (IDE) и SATA контроллеры;

часы реального времени (Real Time Clock);

управление питанием (Power management, APM и ACPI);

энергонезависимую память BIOS (CMOS).

Южный мост также может включать в себя звуковой контроллер (обычно AC'97 или Intel HDA), контроллер Ethernet, RAID-контроллеры, контроллеры USB, контроллеры FireWire и аудиокодек.

Реже южный мост включает в себя поддержку клавиатуры, мыши и последовательных портов, но обычно эти устройства подключаются с помощью другого устройства - Super I/O (контроллера ввода-вывода).

Поддержка шины PCI включает в себя традиционную спецификацию PCI, но может также обеспечивать поддержку шины PCI-X и PCI Express. Хотя поддержка шины ISA используется достаточно редко, она осталась, что интересно, неотъемлемой частью современного южного моста. Шина SM используется для связи с другими устройствами на материнской плате (например, для управления вентиляторами). Контроллер DMA позволяет устройствам на шине ISA или LPC получать прямой доступ к оперативной памяти, обходясь без помощи центрального процессора.

Контроллер прерываний обеспечивает механизм информирования ПО, исполняющегося на ЦПУ, о событиях в периферийных устройствах. IDE интерфейс позволяет «увидеть» системе жёсткие диски. Шина LPC обеспечивает передачу данных и управление SIO (это такие устройства, как клавиатура, мышь, параллельный, последовательный порт, инфракрасный порт и флоппи-контроллер) и BIOS ROM (флэш).

APM или ACPI функции позволяют перевести компьютер в «спящий режим» или выключить его.

Системная память CMOS, поддерживаемая питанием от батареи, позволяет создать ограниченную по объёму область памяти для хранения системных настроек (настроек BIOS).

7. Северный мост

Северный мост (англ. Northbridge; в отдельных чипсетах Intel, также - контроллер-концентратор памяти англ. Memory Controller Hub, MCH[1]) - системный контроллер[2] [3] чипсета на материнской плате платформы x86, к которому в рамках организации взаимодействия подключены:

через Front Side Bus - микропроцессор,

если в составе процессора нет контроллера памяти, то через шину контроллера памяти - оперативная память,

через шину графического контроллера - видеоадаптер (в материнских платах нижнего ценового диапазона видеоадаптер часто встроенный). В таком случае северный мост, произведенный Intel, называется GMCH (от англ. Chipset Graphics and Memory Controller Hub) [1]).

Название можно объяснить представлением архитектуры чипсета в виде карты. В результате контроллер-концентратор памяти будет располагаться на вершине карты, на севере.

Исходя из назначения, северный мост определяет параметры (возможный тип, частоту, пропускную способность):

системной шины и, косвенно, процессора (исходя из этого - до какой степени может быть разогнан компьютер),

оперативной памяти (тип - например SDRAM, DDR, её максимальный объем),

подключенного видеоадаптера.

Во многих случаях именно параметры и быстродействие северного моста определяют выбор реализованных на материнской плате шин расширения (PCI, PCI Express) системы.

В свою очередь, северный мост соединён с остальной частью материнской платы через согласующий интерфейс и южный мост.

На этапе, когда технологии производства не позволяют скомпенсировать возросшее, вследствие усложнения внутренней схемы, тепловыделение чипа, современные мощные микросхемы северного моста, помимо пассивного охлаждения (радиатора), для своей бесперебойной работы требуют использования индивидуального вентилятора или системы жидкостного охлаждения.

В современных системах, начиная от Intel Nehalem и AMD Sledgehammer отсутствует северный мост в виде отдельного контроллера (чипа). Его функция была перенесена в центральный процессор, тем самым упростив проектирование системных плат и уменьшив количество активных компонентов последнего.

8. Контроллер прерываний

Контроллер прерываний (англ. Programmable Interrupt Controller, PIC) - микросхема или встроенный блок процессора, отвечающий за возможность последовательной обработки запросов на прерывание от разных устройств.

Как правило представляет собой электронное устройство, иногда выполненное как часть самого процессора или же сложных микросхем его обрамления, входы которого присоединены электрически к соответствующим выходам различных устройств. Номер входа контроллера прерываний обозначается «IRQ». Следует отличать этот номер от приоритета прерывания, а также от номера входа в таблицу векторов прерываний (INT). Так, например, в IBM PC в реальном режиме работы (в этом режиме работает MS-DOS) процессора прерывание от стандартной клавиатуры использует IRQ 1 и INT 9.

В первоначальной платформе IBM PC используется очень простая схема прерываний. Контроллер прерываний представляет из себя простой счётчик, который либо последовательно перебирает сигналы разных устройств, либо сбрасывается на начало при нахождении нового прерывания. В первом случае устройства имеют равный приоритет, во втором устройства с меньшим (или большим при обратном счёте) порядковым номером обладают большим приоритетом.

Заключение

В данной работе контроллеры были рассмотрены в общих чертах. Подводя итоги:

Компьютерные контроллеры выполняют функции обмена данными между процессором и внешними устройствами (память, клавиатура и т.д.)

Существуют контроллеры памяти, видео контроллеры, контроллеры клавиатуры и мыши,

сетевые контроллеры.

Южный мост (от англ. Southbridge) (функциональный контроллер), также известен как контроллер-концентратор ввода-вывода (от англ. I/O Controller Hub, ICH).

В современных системах, начиная от Intel Nehalem и AMD Sledgehammer отсутствует северный мост в виде отдельного контроллера (чипа). Его функция была перенесена в центральный процессор, тем самым упростив проектирование системных плат и уменьшив количество активных компонентов последнего.

Список используемой литературы

1. Мишель Ж. Программируемые контроллеры: архитектура и применение. - М.: Машиностроение, 1986

2. Э. Парр. Программируемые контроллеры: руководство для инженера. - М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2007. - 516 с. ISBN 978-5-94774-340-1

3. Петров И.В. Программируемые контроллеры. Стандартные языки и приемы прикладного проектирования / Под ред. проф. В.П. Дьяконова. - М.: СОЛОН-Пресс, 2004. - 256 c. ISBN 5-98003-079-4

Размещено на Allbest.ru