Внешние интерфейсы ПК (порты LPT, COM, шины SCSI, USB). 6

ВСЕРОССИЙСКИЙ ЗАОЧНЫЙ ФИНАНСОВО-ЭКОНОМИЧЕСКИЙ  ИНСТИТУТ

 КАФЕДРА АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ ОБРАБОТКИ ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

КУРСОВАЯ  РАБОТА

по  дисциплине “Информатика”

на  тему «Внешние интерфейсы ПК (порты LPT, COM, шины SCSI, USB)» 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Исполнитель: Ильина Мария Сергеевна

специальность Финансы и кредит

группа 41

№ зачетной книжки 09ФФД40143

Руководитель: Красникова Галина Евгеньевна 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Москва - 2010

содержание

    Введение

    Интерфейс (от англ. interface — поверхность раздела, перегородка) – совокупность средств и методов взаимодействия между элементами системы.

    Интерфейсы  являются основой взаимодействия всех современных информационных систем. Если интерфейс какого-либо объекта (персонального компьютера, программы, функции) не изменяется (стабилен, стандартизирован), это даёт возможность модифицировать сам объект, не перестраивая принципы его взаимодействия с другими объектами.

    Например, научившись работать с одной программой под Windows, пользователь с легкостью освоит и другие – потому, что они имеют одинаковый интерфейс.

    В вычислительной системе взаимодействие может осуществляться на пользовательском, программном и аппаратном уровнях.

    Актуальность исследования определятся тем в архитектуре современных компьютеров все большее значение принимают внешние интерфейсы, служащие для подключения различных устройств. Сегодня это могут быть, например, внешние жесткие диски, CD-, DVD-устройства, сканеры, принтеры, цифровые камеры и прочее.

    Внешние интерфейсы – средства сопряжения с внешними по отношению к компьютеру в целом устройствами.

    Целью данной курсовой работы является изучение внешних интерфейсов ПК.

    Основными задачами данной курсовой работы является:

• общая характеристика внешних интерфейсов ПК;
• рассмотрение шин SCSI, USB и портов LTP и COM.

    В практической части курсовой работы рассматривается решение экономической задачи на ПК по данным организации, с использованием нескольких доступных пакетов прикладных программ: табличного процессора Microsoft Office Excel.

    Для выполнения и оформления данной курсовой работы была использована операционная система Microsoft Windows XP Professional (версия 2002 года) Service Pack 2 с помощью пакета прикладных программ Microsoft Office: табличного процессора MS Excel и текстового редактора MS Word на ПК. Краткие характеристики ПК: данная работа была выполнена на персональном компьютере AMD Athlon  (TM) XP 2000+ с тактовой частотой процессора 1.66 ГГц, оперативной памятью 160 ГБ и видеокартой RADEON 9200 SE Family. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

    1. Теоретическая часть

    Внешние интерфейсы ПК (порты  LPT, COM, шины SCSI, USB)

    Общая характеристика

    Пользователь  персонального компьютера, часто  сталкивается с понятием «интерфейс», так как в сфере информационных технологий за этим понятием могут скрываться мало похожие друг на друга вещи. Так называются и видимые на экране монитора окна приложений с элементами управления, и какие-то разъемы, на задней панели компьютера, а еще и какие-то протоколы.

    В английском языке слово «interface»  обычно обозначает прослойку или среду, разделяющую или связывающую различные объекты. В вычислительной технике термин «интерфейс» обычно используют для обозначения совокупности правил взаимодействия некоторой группы компонентов вычислительной системы и правил построения технических средств, обеспечивающих это взаимодействие. Пользователь взаимодействует с компьютером, на основании того, что отображается на экране монитора, т. е. взаимодействует с программой через интерфейс пользователя.

    Однако  компьютер взаимодействует не только с пользователем. Он также «общается» и с рядом других устройств, которые могут находиться внутри компьютера (внутренние устройства – накопители на жестких дисках, приводы CD/DVD и т. п.) и вне его (внешние устройства – клавиатура, принтер, разнообразные датчики и т. д.). В этом случае под интерфейсом – это система передачи данных между компьютером и устройствами, описанная некоторым стандартом. Следует заметить, что внешние устройства могут находиться на значительном удалении от компьютера – на расстоянии десятков и сотен метров. Основной задачей интерфейса является осуществление совместимости программных, аппаратных и конструктивных средств, обеспечивающих взаимодействие различных функциональных элементов в едином процессе обработки информации в ЭВМ на этапах сбора, преобразования и обработки, хранения и выдачи результатов и управляющих воздействий.

    Различают системные (или внутренние) интерфейсы, предназначенные для обеспечения  взаимодействия компьютера с внутренними  устройствами, и внешние интерфейсы, предназначенные для работы с внешними устройствами. Системные интерфейсы способны обеспечить высокую скорость обмена (от сотен Мбайт/с до 4,3 Гбайт/с), но на ограниченном расстоянии (от 15 см до 1,0). Внешние интерфейсы допускают передачу информации на гораздо большие расстояния (от 1 до 1200 м), но скорость передачи информации при этом существенно меньше – в лучшем случае составляет несколько сотен Мбайт/с на небольших расстояниях, не превышающих несколько метров. При передаче информации на большие расстояния скорость передачи существенно падает.

    Следует учесть, что обмен информацией  между устройствами имеет две  составляющие – аппаратную и программную части. Аппаратная часть описывает электрические и временные характеристики сигналов, их функциональное назначение, конструктивное исполнение (схемная реализация, типы разъемов и их разводку) и т.п. Программная часть описывает реализацию протоколов, т. е. договоренность о правилах передачи данных.

    Современные ПК обладают, определенным набором  интерфейсов, разъемы которых обычно устанавливаются на материнской плате и выводятся на заднюю панель компьютера, как показано на рис. 1. Типы интерфейсов и их количество зависят от типа материнской платы и могут существенно различаться для различных плат.

    Порт LPT

    Порт  параллельного интерфейса был введен в ПК для подключения принтера – LPT-порт (Line PrinTer – построчный принтер).

    Адаптер параллельного интерфейса представляет собой набор регистров, расположенных  в пространстве ввода/вывода. Регистры порта адресуются относительно базового адреса порта, стандартными значениями которого являются 386h, 378h и 278h. Порт имеет внешнюю 8-битную шину данных, 5-битную шину сигналов состояния и 4-битную шину управляющих сигналов.

    Наиболее  распространенным применением LPT-порта является, естественно, подключение принтера. Практически все принтеры могут работать с портом в режиме SPP, но применение расширенных режимов дает дополнительные преимущества:

    Двунаправленный режим (Bi-Di) дает дополнительные возможности  для сообщения состояния и параметров принтера. Скоростные режимы (Fast Centronics) существенно повышают производительность практически любого принтера (особенно лазерного), но могут потребовать более качественного кабеля.

    Режим ЕСР потенциально самый эффективный, и он имеет системную поддержку во всех вариантах Windows. Из распространенных семейств ЕСР поддерживают принтеры HP DeskJet моделей BXX, LaserJet начиная с 4-го, современные модели фирмы Lexmark требуют применения кабеля по частотным свойствам соответствующего IEEE 1284.

    Подключение сканера к LPT-порту эффективно, только если порт обеспечивает, хотя бы двунаправленный  режим (Bi-Di), поскольку в основном здесь используется ввод. Но лучше  использовать порт ECP, если этот режим  поддерживается сканером.

    Порт COM

    Серийный  порт или COM-порт (произносится «ком-порт», от англ. Communication port) – двунаправленный  последовательный интерфейс, предназначенный  для обмена байтовой информацией.

    Последовательным  данный порт называется потому, что  информация через него передаётся по одному биту, бит за битом (в отличие от параллельного порта). Хотя некоторые другие интерфейсы компьютера – такие как Ethernet, FireWire и USB – также используют последовательный способ обмена. Название «последовательный порт» закрепилось за портом, имеющим стандарт RS-232C, и предназначенным изначально для обмена информацией с модемом.

    Этот  порт соответствует регистру передавемых  данных. Если в LPT байт данных передается по 8-ми линиям по биту на каждую, и состояние  каждой линии можно было легко  посмотреть, то в COM порту байт данных передается бит за битом по одной линии (относительно земли) и посмотреть что там передается с помощью одних светодиодов не удасться. Для этого нужно специальное устройство – преобразователь потока последовательных данных в парраллельный, т.н. USART (Universal Synchronous/Asynchronous Receiver Transmitter). Например, он есть в составе материнской платы компьютера, снабженного COM портом, в любом более мение серьезном микроконтроллере.

    Для передачи в порт 3F8h необходимо записать байт передаваемых данных. После приема данных от внешнего устройства они могут быть прочитаны из этого порта. В зависимости от состояния бита управляющего слова, выводимого в управляющий регистр с адресом 3F8h, назначение порта 3F8h изменяться. Если этот бит равен 0, порт используется для записи передаваемых данных.Если же этот бит равен 1, порт используется для вывода значения младшего байта делителя частоты тактового генератора. Изменяя содержимое делителя, можно изменять скорость передачи данных. Старший байт делителя записывается в порт 3F9h.

    Шины SCSI

    SCSI (англ. Small Computer System Interface, произносится  «скази» –интерфейс, разработанный для объединения на одной шине различных по своему назначению устройств, таких как жёсткие диски, накопители на магнитооптических дисках, приводы CD, DVD, стримеры, сканеры, принтеры и т. д. Раньше имел неофициальное название Shugart Computer Systems Interface в честь создателя Алана Ф. Шугарта

    Теоретически  возможен выпуск устройства любого типа на шине SCSI.

    Основным  предназначением SCSI-шины во время разработки первой спецификации в 1985 году было "обеспечение  аппаратной независимости подключаемых к компютеру устройств определенного  класса".

    В отличие от жестких шин расширния SCSI-шина реализуется в виде отдельного кабельного шлейфа, который допускает соединение до 8 устройств (спецификация SCSI-1) внутреннего и внешнего исполнения. Одно из них – хост адаптер (Host Adapter) связывает шину SCSI с системной шиной компьютера, семь других свободны для периферии.

    К шине могут подключаться:

• дисковые внутренние и внешние накопители (CD-ROM, винчестеры, сменные винчестеры, магнитооптические диски и др.);
• стримеры;
• сканеры;
• фото- и видеокамеры;
• другое оборудование, применяемое не только для IBM PC.

    Каждое  устройство, подключенное к шине, имеет свой идентификатор SCSI ID, который передается позиционным кодом по 8-битной шине данных (отсюда и ограничение на количество устройств на шине).Устройство (ID) может иметь до 8 подустройств со своими LUN (Logical Unit Number – логический номер устройства).

    Любое устройство может инициировать обмен  с другим целевым устройством (Target).

    Режим обмена по SCSI-шине может быть:

• асинхронным;
• синхронным с согласованием скорости (Synchronous Negotiation), где передача данных контролируется по паритету.

    После стандартизации в 1986 году SCSI начал широко применяться в компьютерах Apple Macintosh[источник не указан 193 дня], Sun Microsystems. В компьютерах, совместимых с IBM PC, SCSI не пользуется такой популярностью в связи  со своей сложностью и сравнительно высокой стоимостью и применяется преимущественно в серверах.

    SCSI широко применяется на серверах, высокопроизводительных рабочих  станциях; RAID-массивы на серверах  часто строятся на жёстких  дисках со SCSI-интерфейсом (однако, в серверах нижнего ценового диапазона всё чаще применяются RAID-массивы на основе SATA). В настоящее время устройства на шине SAS постепенно вытесняют устаревшую шину SCSI.

    Система команд SCSI на уровне программного обеспечения  употребляется в единых стеках поддержки устройств хранения данных в ряде операционных систем, таких, как Microsoft Windows.

          Существует реализация системы команд SCSI поверх оборудования (контроллеров и кабелей) IDE/ATA/SATA, называемая ATAPI – ATA Packet Interface. Все используемые в компьютерной технике подключаемые по IDE/ATA/SATA приводы CD/DVD/Blu-Ray используют эту технологию.

    Шины USB

      Шина USB (Universal Serial Bus) - универсальная шина, предназначенная для легкого  и быстрого подключения периферийных устройств. Стандарт разработали семь компаний: Compaq, Digital Equipment, IBM, Intel, Microsoft, NEC и Northern Telecom. USB-шнур представляет собой две скрученные пары: по одной паре происходит передача данных в каждом направлении (дифференциальное включение), а другая есть линия питания (+5 V). Благодаря встроенным линиям питания, обеспечивающим ток до 500 мА, USB часто позволяет применять устройства без собственного блока питания (если эти устройства потребляют ток силой не более 500 мА).

    Разработка  спецификаций на шину USB производится в рамках международной некоммерческой организации USB Implementers Forum (USB-IF), объединяющей разработчиков и производителей оборудования с шиной USB.

    Возможности USB следуют из ее технических характеристик:

• высокая скорость обмена (full-speed signaling bit rate) – 12 Mb/s;
• максимальная длина кабеля для высокой скорости обмена – 5 m;
• низкая скорость обмена (low-speed signaling bit rate) – 1.5 Mb/s;
• максимальная длина кабеля для низкой скорости обмена – 3 m;
• максимальное количество подключенных устройств (включая размножители) – 127;
• возможно подключение устройств с различными скоростями обмена;
• отсутствие необходимости в установке пользователем дополнительных элементов, таких как терминаторы для SCSI;
• напряжение питания для периферийных устройств – 5 V;
• максимальный ток потребления на одно устройство – 500 mA (это не означает, что через USB можно запитать устройства с общим током потребления 127 x 500 mA=63.5 A).

    Поэтому целесообразно подключать к USB практически  любые периферийные устройства, кроме цифровых видеокамер и высокоскоростных жестких дисков. Особенно удобен этот интерфейс для подключения часто подключаемых/отключаемых приборов, таких как цифровые фотокамеры. Конструкция разъемов для USB рассчитана на многократное сочленение (расчленение).

    Возможность использования  только двух скоростей  обмена данными ограничивает применяемость  шины, но существенно уменьшает количество линий интерфейса и упрощает аппаратную реализацию.

    Питание непосредственно от USB возможно только для устройств с малым потреблением, таких как клавиатуры, мыши, джойстики и т.п.

    Для подключения периферийных устройств  к шине USB используется четырёхпроводный кабель, при этом два провода в  дифференциальном включении используются для приёма и передачи данных, а  два провода – для питания периферийного устройства. Благодаря встроенным линиям питания USB позволяет подключать периферийные устройства без собственного источника питания (максимальная сила тока, потребляемого устройством по линиям питания шины USB, не должна превышать 500 мА).

    К одному контроллеру шины USB можно  подсоединить до 127 устройств по топологии  «звезда», в том числе и концентраторы. На одной шине USB может быть до 127 устройств и до 5 уровней каскадирования хабов, не считая корневого.

    В настоящее время широко используются устройства, выполненные в соответствии со спецификацией USB 2.0. Ведётся внедрение в производство устройств спецификации USB 3.0.

    Заключение

    Рассмотрев  различные виды внешних интерфейсов, можно сделать вывод, что постепенно растет и популярность и они являются необходимыми, потому что применяются в первую очередь с целью подключения перефирийных устройств, которые расширяют возможности ПК. А также шины и порты позволяют обмениваться данным различным пользователям, необходимо и удобно. В наше время имеются перспективы развития исследуемого вопроса. Особенный интерес во всем мире на сегодняшний день уделяется внедрению беспроводных средств связи и интерфейсов, которые завоёвывают всё большую популярность у пользователей.  Эти технологии имеют большую пропускную способность, что разрешает передавать цифровые аудио – и видеопотоки. Также ещё одно ценное качество – отсутствие проводов, а значит, и высокая мобильность.

    Вопрос  усложнения интерфейсной части внешних  устройств во многом определяется переходом с операционной системы типа CPM или MS-DOS на OC типа Windows или Linux. Современные операционные системы обеспечивают программисту и пользователю возможность нормальной работы с сетевыми ресурсами, мощные графические средства, безопасность многозадачного подхода к программированию. Но за эти и другие ставшие привычными удобства приходится расплачиваться утратой способности пользовательской программы обрабатывать сигналы в реальном времени. Даже на уровне драйвера ядра такие возможности сильно ограничены, не говоря уже о неоправданном возрастании сложности, а значит и стоимости программирования при перенесении функциональности прикладной задачи на уровень ядра ОС.

    Эти причины привели к тому, что  любое современное внешнее устройство, предназначенное для связи с реальным миром, в интерфейсной части содержит средства обработки и буферизации данных. Часто в качестве такого средства выступает цифровой сигнальный процессор (DSP), как дешевая реализация мощного вычислителя со встроенными интерфейсными средствами. Поэтому  исследованная автором курсовая работа является весьма актуальной.

    Цель поставленная в данной курсовой работе достигнута.

    Порт LPT в основном используется для подключения  к компьютеру принтера, сканера и  других внешних устройств (часто  использовался для подключения внешних устройств хранения данных), однако может применяться и для других целей (организация связи между двумя компьютерами, подключение каких-либо механизмов телесигнализации и телеуправления).

    COM-порт  морально устарел, но ещё нередко присутствует на современных компьютерах и используется в промышленном и узкоспециальном оборудовании. В настоящее время активно вытесняется интерфейсом USB.

          Шины SCSI широко применяется  на серверах, высокопроизводительных рабочих станциях; RAID-массивы на серверах часто строятся на жёстких дисках со SCSI-интерфейсом (однако, в серверах нижнего ценового диапазона всё чаще применяются RAID-массивы на основе SATA). В настоящее время устройства на шине SAS постепенно вытесняют устаревшую шину SCSI.

          Шины USB при подключении периферийного устройства вырабатывается аппаратное прерывание и управление получает драйвер HCD (Host Controller Driver) контроллера USB (USB Host Controller – UHC на сегодняшний день интегрирован во все выпускаемые чипсеты), он опрашивает устройство и получает от него идентификационную информацию, исходя из которой управление передается драйверу, обслуживающему данный тип устройств. UHC контроллер имеет корневой (root) концентратор (Hub), обеспечивающий подключение к шине устройств USB. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

    2. Практическая часть  работы

          2.1. Общая характеристика  задачи

       Рассмотрим  следующую задачу:

       В организации ведется журнал расчета  подоходного налога с зарплат  сотрудников в разрезе подразделений. Виды подразделений представлены  в Таблице 1. При этом работает следующее правило: все вычеты предоставляются согласно Таблице 2 только работникам «основного» места работы, остальные работники платят налог с общей суммы.

1. Построить таблицы по приведенным ниже данным.
2. Организовать межтабличные связи для автоматического заполнения графы журнала расчета налога на доходы с физических лиц (НДФЛ) (Таблица 3): «Наименование подразделения», «НДФЛ».
3. Настроить проверку в поле «Вид места работы» на вводимые значения с выводом сообщения об ошибке.
4. Определить помесячную сумму уплаченного сотрудником налога (за несколько месяцев).
5. Определить общую сумму НДФЛ по каждому подразделению.
6. Определить общую перечисляемую организацией сумму НДФЛ за месяц.
7. Построить гистограмму по данным сводной таблицы.

    Данная  задача будет решена с помощью Microsoft Excel.

       Таблица 1

       Список  подразделений организации

Таблица 2

      Ставки  льгот и налогов

Таблица 3

Журнал  расчета налога на доходы с физических лиц