Но в ЭВМ необходимо управлять еще и режимами работы контроллеров разнообразных ВУ, многие из которых являются достаточно сложными устройствами. При этом каждый контроллер воспринимает определенный, присущий только данному ВУ набор команд управления (приказов ВУ). Организовать в этом случае передачу каждого приказа ВУ по отдельной линии системного интерфейса не представляется возможным по двум причинам. Во-первых, при разработке микропроцессора и системного интерфейса достаточно трудно предусмотреть все возможные применения ЭВМ на его основе, а, следовательно, и используемые в ЭВМ ВУ. И, во-вторых, для каждого дополнительного управляющего сигнала потребуется отдельный вывод в БИС микропроцессора. Таким образом, возникают чисто конструктивные ограничения на количество используемых в системном интерфейсе управляющих сигналов, связанных с числом выводов в БИС микропроцессора. Решение указанной проблемы осуществляется путем мультиплексирования шины данных, т. е. использования ее для обмена с контроллерами ВУ как данными (в одни моменты времени), так и частью управляющей информации (в другие моменты времени).
Однако пересылаемая информация должна размещаться в различных регистрах контроллера ВУ: данные — в регистре данных, а
управляющая информация — в одном или нескольких регистрах состояния и управления (количество этих регистров возрастает с увеличением сложности ВУ и уменьшением разрядности передаваемых слов, т. е. разрядности шины данных). Это ставит новую задачу — выбор одного или нескольких регистров контроллера ВУ. Наиболее просто эта задача решается выделением каждому регистру контроллера собственного адреса в системе адресов ЭВМ. В этом случае организация обмена информацией микропроцессора с регистрами контроллеров не потребует дополнительных линий системного интерфейса, так как для адресации регистров используется шина адреса. Таким образом, в ЭВМ каждому ВУ выделяется столько адресов, сколько регистров в его контроллере. Итак, подключение любого внешнего устройства к ЭВМ осуществляется через контроллер ВУ, при этом способы структурной и функциональной организации контроллеров ВУ определяются двумя основными факторами:
• форматами данных и режимами работы конкретных ВУ;
• типом системного интерфейса ЭВМ.
Влияние первого из этих факторов на организацию контроллеров ВУ достаточно очевидно. В самом деле, нерационально было бы создавать единый универсальный контроллер, обеспечивающий, например, подключение к компьютеру простых устройств
типа цифровых индикаторов и сложных устройств типа накопителей на магнитных дисках. Именно поэтому на практике применяют самые разнообразные контроллеры ВУ: от простейших для подключения к ЭВМ датчиков одиночных сигналов до очень сложных, сравнимых по сложности с процессорами ЭВМ, например, для сопряжения ЭВМ с аппаратурой видеозаписи.
Второй фактор — тип интерфейса — определяет способ организации электронных схем контроллеров ВУ, обеспечивающих связь с шинами интерфейса, в первую очередь — схем распознавания адресов ВУ. Однако такое положение дел, когда для каждого типа ВУ требуется уникальный контроллер, конечно, не устраивало ни разработчиков средств вычислительной техники (ЭВМ и ВУ), ни ее пользователей. Наиболее перспективным оказался путь стандартизации набора информационных и управляющих сигналов, которыми обмениваются контроллер и ВУ. Так, для разных типов ЭВМ были разработаны контроллеры, обеспечивающие связь с ВУ по стандартному параллельному и по стандартному последовательному каналам передачи данных.
Рассмотрим типичные структуры контроллеров ВУ, применяемых в ЭВМ с различными системными интерфейсами (приложение 3). Основу контроллера ВУ составляют несколько регистров, которые служат для временного хранения передаваемой информации. Каждый регистр имеет свой адрес, и часто такие регистры называют портами ввода-вывода. Регистры входных и выходных данных работают соответственно только в режиме чтения и только в режиме записи. Регистр состояния работает только в режиме чтения и содержит информацию о текущем состоянии ВУ (включено/выключено, готово/не готово к обмену данными и т. п.). Регистр управления работает только в режиме записи и служит для приема из ЭВМ приказов для ВУ. В контроллерах, используемых для подключения достаточно простых ВУ (клавиатура, мышь и т. п.), удается совместить в один регистры состояния и управления, что позволяет сократить количество используемых в контроллере портов ввода-вывода, а следовательно, и адресов, выделенных для данного ВУ.
Логика управления контроллера ВУ выполняет селекцию адресов регистров контроллера, прием, обработку и формирование управляющих сигналов системного интерфейса, обеспечивая тем самым обмен информацией между регистрами контроллера и шиной данных системного интерфейса ЭВМ. Приемопередатчики шин адреса и данных служат для физического подключения электронных схем контроллера к соответствующим шинам системного интерфейса (приложение 4).
Сравнение двух контроллеров показывает, что между ними нет принципиальных различий в порядке использования регистров. Различия в структурах контроллеров, вызванные различной организацией системных интерфейсов, проявляются только в построении логики управления (по-разному организованы прием селекция адресов) и способе подключения к шинам системного интерфейса. В настоящее время используются в основном программируемые контроллеры, режимы, работы которых устанавливаются специальными командами ЭВМ или определяются программами обмена с ВУ. Программируемые контроллеры настраивают на конкретный режим обмена данными, присущий ВУ: синхронный или асинхронный, с использованием сигналов прерывания или безих использования, на заданную скорость обмена и т. д. Настройка таких контроллеров на требуемый режим обмена производится программным путем с помощью специальных команд (управляющих слов), передаваемых из процессора в контроллер ВУ перед началом обмена. Управляющее слово записывается в специальный регистр и инициирует заданный режим обмена с ВУ. Стандартизация интерфейсов ввода-вывода и использование БИС для реализации логических схем интерфейсов и контроллеров ВУ позволяет конструктивно реализовать контроллер (интерфейс ввода-вывода) на материнской плате либо непосредственно в ВУ. Такая реализация интерфейсов и контроллеров создает у пользователя иллюзию их отсутствия и некоторую несогласованность в структурных и функциональных схемах ЭВМ. Тем не менее в любой ЭВМ всегда можно достаточно четко выделить компоненты системы ввода-вывода, что крайне необходимо при изучение как ЭВМ, так и способов их использования в различных системах. Примерами контроллеров, как правило, располагаемых на материнских платах современных ПЭВМ, могут служить устройства последовательного и параллельного интерфейсов, называемые также последовательным и параллельным портами соответственно. Контроллеры дисковых накопителей размещаются непосредственно на диске, а контроллеры видеомонитора, называемые также видеоадаптерами, — на отдельной плате (видеоплате).
ГЛАВА II. РАЗРАБОТКА ИНСТРУКЦИОННЫХ ПОСОБИЙ ПО ПОДКЛЮЧЕНИЮ ВНЕШНИХ УСТРОЙСТВ КОМПЬЮТЕРА
2.1 Исследовательская выборка и описание инструкционных пособий по подключению внешних устройств компьютера
Исследование проводилось в школе № 4 города Николаевска/на/Амуре, в 8 классе состоящем из 21 человека.
Изучив научно – методическую литературу по данному вопросу, просмотрев учебники по информатике мы сделала вывод, что нигде не дается инструкции по подключению к компьютеру внешних устройств, а без правильного подключения работа компьютера осуществляться не будет. Поэтому мы решила разработать различные варианты по подключению внешних устройств к ПК, и выяснить какой из них является более эффективным.
Сначала тема «Подключение внешних устройств к компьютеру» была объяснена детям учителем. Затем каждый ученик пробовал самостоятельно подключить компьютер, а я фиксировала результаты.
Из результатов мы сделали вывод, что учащиеся тему усвоили плохо, самостоятельно и без ошибок компьютер никто подключить не смог. Дети не хотели выходить и демонстрировать свои умения по подключению внешних устройств к компьютеру.
Для лучшего усвоения этой темы, я предлагаю разработать варианты по подключению компьютера, тогда эту тему можно будет дать учащимся даже на самостоятельное изучение.
Целью практической части является разработка инструкций по подключению внешних устройств ПК.
Гипотеза:
Если учащиеся будут владеть эффективным способом подключения различных устройств компьютера, то это обеспечит правильное взаимодействие основных устройств компьютера и качество знаний по данной теме.
Разработав, две инструкции по подключению внешних устройств к компьютеру, мы предложили учащимся изучить тему самостоятельно с помощью этих инструкции. Одной группе была предложена словесная инструкция:
Инструкция по подключению электропитания и внешних устройств компьютера.
До включения компьютера следует:
· Подключить системный блок и монитор компьютера к электросети;
· Соединить системный блок компьютера соответствующими кабелями с клавиатурой, монитором и другими внешними устройствами (принтером, мышью и т.д.)
Обычно разъемы для подключения электропитания и внешних устройств находятся на задней стенке системного блока компьютера. В портативных компьютерах эти разъемы могут находиться и с боковых сторон системного блока.