Добавить материал и получить бесплатное свидетельство о публикации в СМИ
Эл. №ФС77-60625 от 20.01.2015
Свидетельство о публикации

Автоматическая выдача свидетельства о публикации в официальном СМИ сразу после добавления материала на сайт - Бесплатно

Добавить свой материал

За каждый опубликованный материал Вы получите бесплатное свидетельство о публикации от проекта «Инфоурок»

(Свидетельство о регистрации СМИ: Эл №ФС77-60625 от 20.01.2015)

Инфоурок / Информатика / Конспекты / Конспект урока на тему: "Подключение периферийных устройств. Последовательные порты" (10 класс)
ВНИМАНИЮ ВСЕХ УЧИТЕЛЕЙ: согласно Федеральному закону № 313-ФЗ все педагоги должны пройти обучение навыкам оказания первой помощи.

Дистанционный курс "Оказание первой помощи детям и взрослым" от проекта "Инфоурок" даёт Вам возможность привести свои знания в соответствие с требованиями закона и получить удостоверение о повышении квалификации установленного образца (180 часов). Начало обучения новой группы: 28 июня.

Подать заявку на курс
  • Информатика

Конспект урока на тему: "Подключение периферийных устройств. Последовательные порты" (10 класс)

библиотека
материалов

10 А класс

Тема урока: «Подключение периферийных устройств. Последовательные порты»

Цели: 

          знакомство с подключением периферийных устройств, с последовательными портами;

          воспитание информационной культуры учащихся, внимательности, аккуратности, дисциплинированности, усидчивости;

          развитие познавательных интересов, навыков работы с мышью и клавиатурой, самоконтроля, умения конспектировать. 



Оборудование: мультимедиа


Ход урока

  1. Орг. момент

  2. Постановка целей и задач

  3. Изучение нового материала

Универсальная последовательная шина

Основу для появления у РС столь впечатляющих мультимедийных возможностей, какими всего пару лет назад могли похвастаться лишь дорогие специализированные станции, заложили такие технологические достижения, как мощные микропроцессоры от Intel, AMD, IBM и Cyrix, передовые трехмерные графические подсистемы, функционально богатое программное обеспечение. Благодаря им персональные компьютеры стали куда привлекательнее для массовых покупателей, в большинстве своем далеких от компьютерных наук.

Впрочем, у компьютеров платформы РС по-прежнему остается ахиллесова пята - их "недружественная" к пользователю подсистема ввода-вывода. Так сказать, у прекрасного лебедя при ближайшем знакомстве обнаруживается искривленный хребет. При подключении новых устройств пользователям все еще приходится сражаться с малопонятными настройками и элементами архитектуры РС, включая запросы прерываний IRQ, каналы прямого доступа к памяти DMA и адреса портов ввода-вывода. Да и с подсоединением кабелей к разъемам, которых на задней стенке системного блока полным-полно, у многих возникают затруднения.

Как решение многих из этих проблем сегодня предлагается универсальная последовательная шина (Universal Serial Bus, USB), обеспечивающая персональные компьютеры новыми мультимедийными возможностями, доступными всем пользователям независимо от уровня компьютерной подготовки. Свыше половины выпущенных в прошлом году машин было оборудовано контроллером USB, в этом сезоне поголовно все машины будут производиться с таким портом.

Периферия внутренняя и внешняя

Периферийные устройства, используемые в составе персонального компьютера, разделяются на два больших класса: встраиваемые, или внутренние, которые расположены внутри системного блока, и внешние, то есть находящиеся вне его - на рабочем столе пользователя.

Примерами внутренней периферии служат дисковые IDE-контроллеры, хост-адаптеры шины SCSI, жесткие диски, приводы CD-ROM, факс-модемные платы, звуковые и видеоадаптеры. К внешней периферии относятся более знакомые пользователю устройства - мониторы, мыши, клавиатуры, внешние модемы, сканеры, принтеры, аудиоколонки и внешние дисковые накопители (CD-ROM, магнитооптика и т.п.).

Попытки модернизации персонального компьютера (апгрейда), сопряженные с установкой новой или заменой имеющейся внутренней периферии, разумеется, обычно сложнее в техническом плане и в большей степени пугают пользователей. Основные причины две: во-первых, открывание корпуса компьютера, увешанного кабелями снаружи и набитого ими внутри, уже само по себе не самая приятная задача, а во-вторых, шины, с которыми обычно связаны такие апгрейды (например, древняя, но все еще популярная шина PC-AT ISA), весьма тяжело переконфигурировать при установке нового адаптера.

Шлейфы и сборки внутри РС часто выглядят как крысиное гнездо, отбивая охоту к возне с апгрейдом даже у самых опытных пользователей. Кроме того, вставляя в слот на материнской плате новый адаптер, пользователь часто сталкивается с необходимостью переставлять мудреные DIP-переключатели, искать на адаптере какие-то непонятные перемычки или изменять установки в BIOS компьютера.

По сравнению с этим подсоединение внешней периферии происходит значительно безболезненнее, поскольку по крайней мере для этого не надо вскрывать компьютер. Принтеры, клавиатуры и мышки - пример внешних устройств, подключаемых к уже имеющимся у компьютера портам ввода-вывода. К сожалению, многие внешние устройства, такие как сканеры и видеокамеры, часто комплектуются собственным контроллером, поэтому пользователю приходится пройти все "круги ада". К тому же даже такая простая, на первый взгляд, процедура, как подключение к последовательному порту компьютера внешнего модема, зачастую вызывает проблемы.

Последовательные и параллельные порты РС базируются на устаревшей технологии обмена данными между компьютером и периферийным устройством, которая не поддерживает автоматического распознавания устройств при подключении. Вместо этого конфигурационное программное обеспечение вынуждено руководствоваться догадками о том, какого типа устройство было подключено. А такое "распознавание" далеко не всегда проходит успешно, иными словами, компьютер не всегда правильно идентифицирует периферийное устройство.

Кроме того, у последовательных и параллельных портов есть еще один существенный недостаток - они способны обеспечить работу в каждый момент времени только одного периферийного устройства. Даже если к параллельному порту с помощью специального переходника кроме принтера подключен, скажем, и дисковод, то работать с ними можно только по очереди.

Сложности с подключением, перечисление которых нагнало на вас тоску, не радуют и производителей, поскольку противоречат современным требованиям к простоте использования и инсталляции внешней периферии. Исходя из этих требований группа лидирующих в компьютерной индустрии компаний создала и изо всех сил продвигает на рынок новый стандарт, получивший название универсальной последовательной шины, то есть USB.

Эта шина предлагает решение многих из упомянутых выше проблем и позволяет пользователям сосредоточиться на работе с РС как с информационным и мультимедийным комплексом, а не на инсталляции и конфигурировании оборудования. USB обеспечивает подключение внешней периферии в истинном режиме Plug & Play, так что пользователи с ее помощью могут просто присоединить устройство к компьютеру и не волноваться, что оно будет неправильно опознано.

Архитектура USB

Шина USB представляет собой последовательный канал с пропускной способностью 12 мегабит в секунду, который может использоваться широким спектром периферийных устройств. Сигналы и питающее напряжение передаются по четырехжильному кабелю, структура которого показана на рис. 1.

USB может использоваться для подключения к компьютеру клавиатур, мышей, джойстиков, модемов, принтеров, сканеров, приводов CD-ROM, аудиоустройств (например, микрофонов и колонок), цифровых фото- и видеокамер, а также другой мультимедийной периферии. Ее архитектура не налагает ограничений на типы подключаемых к шине устройств, но выдаются рекомендации, как это должно делаться, и оговаривается максимальная ширина полосы пропускания, которую может использовать устройство. Таким образом, прежде чем принять решение об использовании шины USB, разработчики должны сравнить требуемую для работы создаваемых ими устройств полосу пропускания сигнала с возможностями, предоставляемыми архитектурой USB.

USB - шина с маркерным доступом, сходная по своей организации с другими существующими маркерными шинами, такими как, например, локальные сети Token Ring или FDDI. Хост-контроллер USB передает в шину маркеры *, или токены, и устройство, которое обнаружит совпадение адреса в токене со своим, получает возможность передать хосту или принять от него данные. Хост-контроллер также управляет питанием по USB, поддерживая операции приостановления и восстановления работы компьютерной периферии (suspend/resume).

Технология USB использует многоуровневую топологию "звезда", допускающую одновременное подключение к шине до 127 периферийных устройств. Корнем ** является хост-контроллер USB, который управляет всем трафиком *** в шине. Такая топология позволяет подключать к одной логической шине многочисленные устройства, не создавая задержек для тех устройств, которые подключаются позднее. В отличие от других шинных архитектур USB не требует от устройств запоминания и дальнейшей передачи пакетов, поэтому передача пакетов на нижние уровни происходит без задержек.

Специальной компонентой архитектуры шины USB является USB-хаб (см. рис. 2). Хабы играют в архитектуре USB центральную роль, поскольку они обеспечивают поддержку таких ключевых функций, как ветвление шины (то есть предоставляют дополнительные точки подключения периферийных устройств), детектирование подсоединения и отсоединения устройств и управление их питанием. USB-хабы рассматриваются как класс USB-устройств, и их функционирование подробно расписано в официальной спецификации этой шины.

Достоинства USB

"Горячее" подключение и отключение

Одно из главных преимуществ шины USB состоит в поддержке "горячего" подключения и отключения периферийных устройств. Это означает, что пользователи могут подсоединить к компьютеру новое устройство и начать с ним работать, не выключая и не перезагружая систему. Насколько это удобно, хорошо знают владельцы ноутбуков, пользующиеся выполненной в виде РС-карт периферией - модемами и адаптерами локальной сети, внешними дисководами и т.п.

Когда USB-хаб обнаруживает новое устройство, он ставит об этом в известность хост-систему. Системное программное обеспечение "допрашивает" это устройство, определяет его возможности и правильно конфигурирует его для совместной работы с другими устройствами. Кроме того, операционная система компьютера самостоятельно загружает соответствующий устройству программный драйвер, так что приложения пользователя могут немедленно начать работать с новой периферией.

На рис. 3 показаны основные шаги последовательности подключения и активизации устройства для шины USB.

Классы USB-устройств

Спецификация USB определяет набор стандартных операций, которые должны поддерживать абсолютно все USB-устройства. Эти стандартные операции гарантируют некоторую согласованность в базовом поведении устройств, когда они подключаются к шине. Кроме того, разработчики USB-периферии определяют дополнительные классы USB-устройств, чтобы стандартизировать поведение схожих устройств.

Например, чтобы очертить круг стандартных функций, был описан класс устройств пользовательского ввода, получивший название USB Human Input Devices (HID). Соответствующие этому классу устройства извлекают выгоду из базового уровня их поддержки, встроенного в большинство операционных систем. С точки зрения пользователя это означает, что знакомая с USB операционная система автоматически конфигурирует соответствующие классу HID устройства и полностью поддерживает их работу.

Когда пользователь подключает к USB новое устройство, драйверы устройств стандартного класса получают возможность связаться с ним, определить его возможности и в дальнейшем либо взаимодействовать с устройством на уровне базового класса, либо перепоручить это специализированному драйверу. За счет этого производители USB-периферии могут дифференцировать свои продукты, обеспечивая поддержку функциональных возможностей, дополнительных по отношению к задаваемым стандартным классом USB-устройств. В то же время соответствие стандартным классам USB гарантирует всеобщую поддержку таких устройств операционными системами.

USB и естественные типы данных

В распоряжении USB-устройств оказываются специальные возможности шины, помогающие предоставить пользователям расширенную функциональность периферийного оборудования. Так, например, шина USB обеспечивает доставку потоков данных естественного типа, таких как аудио- и телефонные данные, используя поддержку со стороны USB передачи изохронных (непрерывных) данных, периферийные устройства могут передавать и принимать данные в строго определенном и заранее известном виде. USB позволяет также неизохронным устройствам мирно сосуществовать со своими полностью зависящими от потока данных коллегами.

К примеру, USB с легкостью поддерживает одновременный трафик данных к паре цифровых аудиоколонок, в то время как для управления игровой программой используется джойстик, а на подключенном к USB принтере в фоновом режиме идет печать документов. Архитектура шины дает потоку аудиоданных возможность обрабатываться с наивысшим приоритетом (как для изохронного устройства), оставляя достаточно шинного времени для обслуживания джойстика. Принтеру достается все оставшееся сверх этого время для приема печатаемых данных.

USB создавалась с целью предоставить сбалансированную шинную архитектуру, в то же время "скрывая" ее сложность от периферийных устройств, подключенных к шине. Управлением полосой пропускания шины занимаются хост-контроллер USB и системное программное обеспечение, а устройства освобождены от этих забот и могут сосредоточиться на выполнении своих прямых обязанностей.

Встроенная помехозащищенность

Архитектура USB включает несколько функциональных возможностей, призванных обеспечить общую помехозащищенность и надежность шины. USB-устройства пользуются хорошо проработанными электрическим и шинным протоколами. К описанию электрического интерфейса прилагается набор стандартных тестов, которыми производители USB-устройств могут воспользоваться для обеспечения гарантированной электрической совместимости своих продуктов. Шинный протокол относительно прост и основывается на других проверенных практикой протоколах похожих шин с маркерным доступом.

Электрическая часть интерфейса USB может быть выполнена на базе общедоступных КМОП-компонент, благодаря чему ускоряется разработка и широкое продвижение "строительных блоков" для USB-устройств. Это должно вылиться в появление все большего количества периферии, подключаемой к компьютеру по USB.

Для обеспечения совместимости различных реализаций USB-устройств предложена схема, успешно опробованная на других индустриальных инициативах, таких, например, как внедрение шины PCI. Перед выпуском продуктов на рынок производители могут их протестировать в лабораторных условиях с использованием специальных средств.

Заключение
Персональные компьютеры прошли долгий путь эволюции от любительских устройств до современных информационных комплексов общего назначения. Начинающие пользователи сегодня намного меньше зависят от проблем с инсталляцией и конфигурированием, поскольку производители все время ищут пути, как упростить пользование РС.

С этой точки зрения персональные компьютеры остро нуждаются в как можно более простом способе подключения разнообразных периферийных устройств. Разработчики USB учли многие из этих требований и обеспечили возможность подключения к компьютеру внешних устройств в режиме Plug & Play. Кроме того, что USB расширяет круг приложений для РС с использованием уже выпускаемой периферии, она оставляет место для творчества разработчиков, постоянно мечтающих о совершенно новых областях эффективного применения персональных компьютеров.
http://www.nestor.minsk.by/kg/1998/01/kg80103a.jpg

http://www.nestor.minsk.by/kg/1998/01/kg80103b.jpghttp://www.nestor.minsk.by/kg/1998/01/kg80103c.jpg





  1. Подведение итогов

  2. Д/з











5



Подайте заявку сейчас на любой интересующий Вас курс переподготовки, чтобы получить диплом со скидкой 50% уже осенью 2017 года.


Выберите специальность, которую Вы хотите получить:

Обучение проходит дистанционно на сайте проекта "Инфоурок".
По итогам обучения слушателям выдаются печатные дипломы установленного образца.

ПЕРЕЙТИ В КАТАЛОГ КУРСОВ

Автор
Дата добавления 03.02.2016
Раздел Информатика
Подраздел Конспекты
Просмотров533
Номер материала ДВ-412076
Получить свидетельство о публикации
Похожие материалы

Включите уведомления прямо сейчас и мы сразу сообщим Вам о важных новостях. Не волнуйтесь, мы будем отправлять только самое главное.
Специальное предложение
Вверх