Студопедия Главная Случайная страница Задать вопрос

Разделы: Автомобили Астрономия Биология География Дом и сад Другие языки Другое Информатика История Культура Литература Логика Математика Медицина Металлургия Механика Образование Охрана труда Педагогика Политика Право Психология Религия Риторика Социология Спорт Строительство Технология Туризм Физика Философия Финансы Химия Черчение Экология Экономика Электроника

Освещение. Рис. 5.21. Древовидная система USB-портов

Рис. 5.21. Древовидная система USB-портов

На верхнем уровне иерархии находится корневой HUB, который порождает 4 USB-порта первого уровня. Один из этих портов можно использовать для подключения USB-хаба 1 уровня USB Hub 1. Этот хаб порождает четыре USB-порта 2 уровня, один из которых можно использовать для подключения USB-хаба 2 уровня USB Hub 2. Процесс размножения порта можно продолжать далее.

USB-Hub представляет собой концентратор с одним портом и драйвером Upstream и четырьмя портами и драйверами Downstream. Драйвер Upstream служит для подключения USB-хаба к вышестоящему по иерархии хабу. К драйверам Downstream подключаются оконечные устройства (функции по терминологии USB) или они образуют USB-порты.

Схема драйвера Downstream показана на рис. 5.22. Драйвер состоит из передатчика, управляющего контроллера, который одновременно является приёмником, и источника питания Е1, который чрез резистор R1 подключён к линии Vbus, питающей подключаемые к драйверу устройства.

 


Рис. 5.22. Схема USB драйвера Downstream.

Передатчик драйвера образует источник напряжения Е2 и электронные переключатели S1 и S3. Передатчик с помощью переключателей S1.1 и S1.2 создаёт в линиях D+ и D– двуполярные импульсы, которые передают логические нули. Передаче нуля соответствует переключение полярности. При передаче единицы полярность сигнала не меняется. Такой метод кодирования называется NRZI-кодирование. Этот метод реализуется блоком NRZI coder, построенном на обычном JK-триггере. При передаче логического нуля происходит перепад напряжения между линиями D+ и D–, по которому создаётся внутренний синхроимпульс, который выделяется Decoder'ом ведомого драйвера. Декодер создаёт два сигнала: синхронизации sync и поступления данных data in. Входом приёмника являются выводы Line D+ и Line D–.

Управление процессом обмена данным осуществляется контроллером, который создаёт сигналы управления:

ОЕ – останов передачи, разомкнуть контакты ключа S2;

SEO – замкнуть линии D+ и D– на общий провод;

FLS/LS – выбор скорости передачи (низкая Low или полная Full).

Сигналы управления воздействуют на ключи и переключатели через усилители У1 – У4. В приёмной линии стоит операционный усилитель Dif с дифференциальным входом. Сигналы, пришедшие по линии D+ и D–, усиливаются усилителями DL+ и DL–.

Драйвер Upstream несколько отличается от драйвера Downstream:

отсутствует источник питания Е1;

у драйвера высокой скорости линия D+, а у драйвера низкой скорости линия D– через резистор 1,5К соединена с источником питания 3,0 – 3,6 В.

Следует иметь в виду, что технология обмена данными USB имеет множество спецификаций USB v.1.1, USB v.2.0, USB v.3.0, USB OTG v.1.0 и v.1.3 (расширенные) и Wireless USB v.1.0 и v.1.3 (беспроводные).

 

5.5.5. Инфракрасный IrDA-порт

Инфракрасный порт предназначен для организации беспроводной связи в компьютерных системах и в системах связи в пределах прямой видимости на расстоянии до 1м. Предполагается, что на пути прохождения инфракрасных лучей отсутствуют задымления и различные непрозрачные преграды, а также мощные источники света. Схема инфракрасного канала показана на рис. 5.23.

 

 


Рис. 5.23. Схема организации инфракрасного канала IrDA

Канал передачи инфракрасными лучами образуется приёмопередатчиками, построенными на светодиодах с углом излучения 30º и PIN-диодах с углом приёма 15º. Приёмопередатчики управляются процессорами и присоединяются к ним через различные шины. Они могут быть как выносные, так и внутренние.

Внутренние приёмопередатчики низких скоростей строятся на обычных микросхемах портов UART и управляются микросхемами 16450/16550 через модуляторы-демодуляторы. Они могут быть построены также на последовательных COM-портах посредством их переконфигурации и т.д. На высоких скоростях применяются специализированные микросхемы и карт расширения. Внешние ИК-адаптеры выпускаются в виде отдельных блоков с интерфейсами COM или USB.

В настоящее время существуют следующие стандарты, определяющие работу порта IrDA:

IrDA 1.1 SIR (стандарт группы IDA) и HP-SIR (Hewlet-Paccard) –
9,6 – 115,2 кБит/с;

IrDA HDLC, он же IrDA MIR – 0,576 и 1,152 Мбит/с;

IrDA FIR – 4 Мбит/с;

ASK IR – 9,6 – 57,6 Кбит/с.

Работа порта регламентируется сетевыми протоколами физического уровня (IrDA SIR, ASK IR, IrDA HDLC, и IrDA FIR), протоколом доступа IrLAP, протоколом управления соединением IrLMP, протоколом транспортного уровня Tiny TP, протоколом-эмулятором проводных подключений IrCOMM, протоколом доступа к сетям IrLAN и протоколом объектного обмена.

 

5.5.6. Радиоинтерфейс BlueTooth

BlueTooth (ВТ) де факто является стандартом передачи информации радиоволнами на небольшие расстояния. На физическом уровне стандарт предусматривает существование у связанных радиоканалом устройств передатчиков и приёмников, работающих в диапазоне частот 2402 – 2480 МГц, в котором законодательно предусмотрено свободное использование частот[22]. Мощность передатчиков 1, 2,5 и 100 мВт с возможностью регулировки "вниз". Аппаратура ВТ может подключаться к шинам расширения, например PC Card, шине USB, COM-порту.

Передача данных ведётся в последовательном коде с частотной девиацией (отклонением частоты от несущей) положительной для логических единиц и отрицательной – для логических нулей. Использование одной несущей частоты ограничено 625 мкс. Эта длительность называется тайм-слотом. Тайм-слоты имеют нумерацию от 0 до 227. Длинные пакеты передаются в течение нескольких тайм-слотов. Во время передачи ведётся счёт слотов. По окончании передачи слота передатчик переходит на другую несущую частоту. Если пакет информации передавался в течение нескольких слотов, то по окончании передачи пакета частоты слотов, задействованных во время его передачи пропускаются.

Последовательность перехода с одной несущей частоты на другую определяется псевдослучайной последовательностью 79 (для Франции 23) чисел. Последовательность частот образует один канал связи BlueTooth. Множество устройств связанных таким каналом называется пикосетью. В пикосеть может входить одно ведущее устройство (мастер) и до 7 активных ведомых устройств. Одни и теже ведомые устройства могут входить в разные пикоскти, а мастер пикосети может являться ведомым устройством другой пикосети.

Между мастером и ведомым устройством уcтанавливаются синхронные (SCO) и асинхронные (ACL link) связи. Мастер может посылать широковещательные сообщения, адресованные всем ведомым устройствам. Посредством таких сообщений он может давать или общие команды или задавать адрес конкретного ведомого устройства. Ведомое устройство может передавать данные только в случае его вызова мастером.

Для связей SCO и SCL предусмотрено по 4 вида пакетов. Три из четырёх видов пакетов SCL защищаются контрольной суммой, пакеты SCO – нет. Для защиты от ошибок в ряде пакетов применяется избыточное кодирование с передачей одного бита трижды или с формированием из 10 битов одного 15 битного символа на основе кода Хемминга.

Стандарт определяет пять логических каналов:

LC – для низкоуровневого контроля;

LM – для обмена информацией между менеджерами соединений ведущего и ведомого устройств;

US – для синхронного потока данных;

UA/UI – для передачи пользовательских пакетов данных в целом и фрагментированном виде.

Безопасность каналов BlueTooth обеспечивается аутентификацией пользователей и шифрования данных

Над физическим уровнем работают следующие протоколы:

L2CAP – протокол адаптации и управления логической связью;

SDP обнаружение сервисов;

RFCOMM – эмуляция последовательного 9-проводного RS-232 порта для протокола L2CAP в целях замены традиционных кабельных соединений на радиоканалы;

TCS BIN – определение сигнализации вызова для связи устройств;

HCI – интерфейс хост-контроллера – набор команд для управления радиосвязью, получения информации о состоянии устройств и собственно передачи данных.

Для каждого из способов подключения аппаратуры ВТ существует свой протокол транспортного уровня HCI, чем обеспечивается независимость транспортного протокола от способа подключения.

 

5.5.7. Порт FareWare

Порт FireWare предназначен для подключения внешних устройств по одноимённой шине. Шина содержит четыре провода для передачи данных и два провода для питания внешних устройств. Шина поддерживает асинхронный и изохронный режимы передачи данных. Скорость передачи до 800 Мбит/с, ожидается рост скорости передачи до 3,2 Гбит/с. Данные пересылаются пакетами, в промежутке между которыми передаётся служебная информация.

 

5.5. Принципы работы и организация принтеров

 

5.6. Принципы работы и организация сканеров

 

 


6. ОРГАНИЗАЦИЯ ОБМЕНА ИНФОРМАЦИЕЙ МЕЖДУ
ЦЕНТРАЛЬНЫМ ПРОЦЕССОРОМ, ВНУТРЕННЕЙ ПАМЯТЬЮ
И ВНЕШНИМИ УСТРОЙСТВАМИ

6.1. Система шин вычислительной машины: общие принципы

Множество каналов связи между устройствами вычислительной машины образует систему соединений, обеспечивающих обмен информацией между:

· центральным процессором и памятью;

· центральным процессором и модулями ввода-вывода;

· памятью и модулями ввода-вывода.

За время развития вычислительных машин системы соединений прошли путь развития (рис. 6.1) от системы непосредственных связей до сложных иерархических систем. На рис. 6.1 приняты обозначения: ЦП – центральный процессор, ПАМ – память, МВВ – модуль ввода-вывода, А, А1, А2 – адаптеры.

 

               
   
   
     
 
 

 


а) б) в) г)

Рис. 6.1. Эволюция систем соединений: системы непосредственных связей (а),
одношинная (б), двухшинная (в) и иерархическая (г) системы

В системе непосредственных связей процессор имеет связи с каждым устройством, и устройства имеют связи, не затрагивающие процессор. В одношинной архитектуре все устройства связаны через одну общую шину, которую можно назвать системной шиной. В двухшинной системе процессор поддерживает две шины: шину связи с памятью и шину связи с устройствами ввода-вы­вода. В иерархической многошинной системе процессор и память связаны системной шиной, адаптер А образует подчинённую шину расширения, а адаптеры А1 и А2 – шины связи с устройствами ввода-вывода. Возможен и другой вариант, в котором отсутствует адаптер А, а адаптеры А1 и А2 присоединены к системной шине и образуют две подчинённые шины расширения.

Следует иметь в виду, что по шинам передаются адреса, команды и данные. Порядок их передачи от использования линий шин до последовательности и способа их передачи регулируются шинными протоколами. Например, в системной шине могут существовать отдельно шина команд, шина адресов и шина данных. Но возможен и другой вариант: по одной и той же шине передаются и команды, и адрес, и данные. Процесс передачи адресов, команд и данных может быть как синхронным, так и асинхронным. В настоящее время по назначению выделяют шины следующих видов:

· шины "процессор – память";

· шины ввода-вывода;

· системные шины.

Наиболее высокие требования по производительности предъявляются к шинам "процессор – память", самые низкие – к шинам ввода-вывода. Если системная шина является единственной, то к ней также предъявляются высокие требования по производительности, но резервы производительности таких шин быстро исчерпываются, и приходится переходить на другие протоколы передачи данных.

В любой системе шин всегда возможен случай обращения к одной и той же шине нескольких устройств. Возникает конкуренция между устройствами за роль ведущего устройства. Этот конфликт разрешает система арбитража шин.

 

6.2. Шины "процессор – память"

В современных вычислительных системах работа процессора с памятью стала весьма сложным процессом, превратившего простую шину в сложную систему шин (рис. 6.2).

 


Рис. 6.2. Система шин, соединяющих процессор с памятью

Системная шина загружена работой как с памятью (ОЗУ) и кэш-памятью, так и с другими устройствами. Такой режим работы разделением шины резко снижает производительность системы. Для её повышения введена Передняя шина или Front-Side Bus (FSB), которая загружена только работой с оперативной памятью. Однако связь процессора с кэш-памятью 2 уровня по системной шине также противоречит идее кэша: кэш является быстродействующей памятью, а связь с ним осуществляется по разделяемой медленными устройствами шине. Поэтому введена специальная Тыльная шина или Back-Side Bus (BSB).

Наличие двух шин BSB и FSB позволяет процессору обращаться к двум устройствам памяти одновременно. Описанная архитектура связи процессора и памяти получила название Dual Independent Bus (DIB).

При проектировании системы шин связи процессора и памяти разработчики "выжимают" все возможности повышения производительности, вплоть до обеспечения минимальной длины линий связи указанных шин.

 

6.3. Системная шина

6.3.1. Структура системной шины

Системная шина исторически является самой первой шиной, обеспечившей связь процессора с другими устройствами по единому интерфейсу и единой системе линий. В настоящее время ширина системной шины достигает нескольких сотен линий.

Любая операция обмена данными по системной шине называется транзакцией, которая происходит в следующем порядке:

· ведущее устройство выставляет адрес вызываемого устройства;

· ведущее устройство выставляет данные на шину данных;

· ведущее и ведомое устройство обмениваются сигналами, управляющими процессом передачи данных.

Вторая и третья операции могут выполняться одновременно. Но адрес всегда выставляется первым.

Наиболее популярна системная шина с тремя группами линий связи: шиной адреса, шиной данных и шиной управления. В шину управления входят и линии питания различных внутренних устройств.

Шина адреса служит для передачи адресов ячеек памяти, регистров процессоров, портов ввода-вывода. Структура адреса может быть самой разнообразной: от простого числа, до комплекса чисел, указывающих устройство и номер байта в этом устройстве. В ряде случаев адрес дополняется вспомогательной информацией, для передачи которой задействуются специальные линии шины управления. В настоящее время ширина шины адреса составляет до 36 линий, что позволяет иметь адресное пространство ёмкостью до 64Гбайт. В перспективе ожидается переход на ширину до 40 линий.

Шина данных служит для пересылки данных между модулями системы. В настоящее время ширина шины данных равна 32, 64 или 128 бит. К шине данных предъявляются повышенные требования по пропускной способности. Объём данных, передаваемых в течение одной транзакции, называют словом. Слово может передаваться единой комбинацией битов или побайтно. Длина передаваемого слова существенно влияет на производительность системы, т.к. укорочение слова увеличивает число обращений к памяти при одном и том же объёме передаваемых данных.

Шина управления состоит из семи групп линий связи:

· линии сигналов управления транзакциями (2 – 8 линий), по которым передаются: тип транзакции, количество битов и номера байтов слова, тип адреса, идентификационный номер протокола, управляющего обменом данными;

· линии передачи статуса (состояния) или кода возникшей ошибки (1 – 4 линии);

· линии арбитража (3 –11 линий);

· линии прерываний (1 или 2 линии), по которым передаются сигналы запроса на обслуживание от ведомых устройств;

· линии организации последовательных локальных сетей (1 – 4 линии), разгружающие быстрые линии от последовательной передачи данных;

· линии позиционного кода (4 – 5 линий), позволяющие идентифицировать разъёмы системной платы или вставленные в них дочерние платы;

· линии тактирования и синхронизации (2 – 6 линий) для передачи тактовых импульсов и сигналов синхронизации.

Существуют системные шины, которые передают адреса и данные по одним и тем же линиям (рис. 6.3). Такие шины называются мультиплексируемыми, т.е. переключаемыми. Ведущие устройства таких шин присоединяются к системной шине через мультиплексоры (МП), каждый из которых имеет два входа "адрес" (А) и "данные" (D) и один выход, подключённый к системной шине. Ведомые устройства подключаются к системной шине через демультиплексоры (ДМП), каждый из которых имеют один вход, подключённый к системной шине, и два выхода "адрес" (А) и "данные" (D), к которым подключено устройство.

       
   

 



а) б)

Рис. 6.3. Шина с мультиплексированием адреса и данных
в режиме передачиадреса (а) и банных (б)

Адрес и данные передаются последовательно во времени. При передаче адреса (темно-серая заливка стрелок) мультиплексор подключает блок адреса ведущего устройства к системной шине, а демультиплексор – системную шину к блоку приёма адреса устройства. При передаче данных (светло-серая заливка стрелок) мультиплексор и демультплексор связывают между собой блоки данных ведущего и ведомого устройств.

 

6.3.2. Системы арбитража шины

Система арбитража разрешает конфликты, возникающие при обращении к ней нескольких устройств одновременно. Принципиально возможны три схемы арбитража:

· централизованная с параллельным арбитражем (рис. 6.4,а);

· централизованная с последовательным арбитражем (рис. 6.4,б);

· децентрализованная (рис. 6.5).

Централизованная схема предполагает существования специального устройства – арбитра шины. Ведущие устройства У0 … Уn-1 выдают запросы на предоставление шины. О текущем состоянии шины сигнализирует состояние линии "занято". Центральный арбитр в случае параллельного арбитража выдаёт индивидуальные сигналы предоставления шины (разрешения) каждому устройству при свободной системной шине. В случае последовательного арбит­ража сигнал предоставления шины выдаётся один общий, но он передаётся от одного устройства к другому. При этом можно учесть и приоритет ведущих устройств.

 

 



а)

 

 



б)

Рис. 6.4. Схемы параллельного (а) и последовательного (б)
централизованного арбитража

Децентрализованный арбитраж не предусматривает существования центрального арбитра, но предусматривает существование контроллеров доступа к шине (КДШ) у каждого ведущего устройства У0 … Уn-1. Каждому ведущему устройству присваивается уникальный уровень приоритета.

 

 

 

 


Рис. 6.5. Схема децентрализованного арбитража

Шины запросов состоят из нескольких линий. На шину запроса контроллер выставляет свой номер. Если сигнал "Занято" отсутствует, то устройство захватывает шину и выдаёт сигнал "Занято". Если сигнал "Занято" в момент запроса установлен, то устройство сравнивая уровни приоритета свой и конкурента решает вопрос о захвате системной шины: устройства с более низким приоритетом снимают свои запросы и переводят свои процессы в состояние ожидания.

 

6.3.3. Протоколы системной шины

Обмен данными по системной шине происходит по определённым правилам, называемым протоколом шины. Различают синхронный (рис. 6.6) и асинхронный (рис. 6.7) протоколы.

Синхронный протокол предусматривает тактовых импульсов (ТИ) в качестве импульсов синхронизации. Ведущее устройство (М – Master) в интервал времени t1 – t2 передаёт сигнал START, сигналы управления и адрес.

 


Рис. 6.7. Временная диаграмма синхронного протокола

В интервале времени t3 – t4 ведомое устройство (S – Slave) передаёт своё состояние, ведущее устройство – данные. Приём данных подтверждает сигнал "Подтверждение", переданный ведомым устройством. Разумеется, быстродействие устройств должно быть достаточно высоким, для того чтобы успевать реагировать на тактовые импульсы.

 

 


Рис. 6.5. Временная диаграмма асинхронного протокола

Асинхронный протокол (рис. 6.5) предусматривает синхронизацию работы устройств не тактовыми импульсами, а специальными сигналами состояния процесса. Буквами M и S обозначены действия ведущего и ведомого устройств соответственно.

Процесс обмена начинается в момент времени t1 передачей ведущим устройством сигнала управления и адреса. В момент t2 ведомые устройство сигналом "Состояние" сообщают, что они готовы к работе. В момент t3 ведущее устройство передаёт строб-импульс адреса, предписывая ведомым устройствам прочитать адрес. В момент времени t4 импульсом "Подтверждение адреса" вызванное ведомое устройство сообщает, что оно готово к работе.

В момент времени t6 передаётся сигнал управления, сообщающий, что будут затребованы данные. В момент времени t7 ведомое устройство сообщает, что данные выставлены, а в момент времени t8 передаёт строб данных, ограничивающий время чтения данных. В момент времени t9 ведущее устройтво сигналом "Подтверждение данных" сообщает, что данные прочитаны. По окончании этого сигнала процесс обмена данными завершается.

 

6.3.4. Стандарты шин

Стандартизация шин явилась необходимым шагом, позволившим разработчикам внешних устройств и вычислительных машин работать независимо друг от друга. Стандартизация в большей степени коснулась шин малого интерфейса, т.е. шин внешних устройств. Для системных шин стандартизация свелась, в основном, к разработке внутренних стандартов производителей вычислительной техники.

По назначению системные шины можно разделить на следующие группы:

· системные шины общего назначения, например, VME, Futurebus, Multibus II;

· системные шины высокопроизводительных серверов, например, Summit, Challenge, XDBus;

· системные шины персональных компьютеров, например, NuBus, ISA 8/16, EISA и FSB Pentium IV.

По способу передачи данных шины делятся на параллельные и последовательные. Все перечисленные выше шины являются параллельными. В последнее время более перспективными шинами считаются последовательные шины, т.к. параллельные при кажущейся простоте организации создают множество трудно решаемых проблем. При желании информацию по характеристикам указанных шин можно найти в [1].

Среди последовательных системных шин наиболее популярными считаются шины PCI Express, Hyper Transport и QPI. Именно эти шины и будут рассмотрены ниже. Общим для всех трёх стандартов является построение канала связи, состоящего из множества линий связи, которые разбиты на линии передачи, линии приёма, линии управляющих сигналов и линии тактовых сигналов.

Шина PCI Express имеет три версии PCI-E, 2.0 и 3.0 (рис. 6.6) и образует канал связи, состоящий только из линий передачи и линий приёма. Канал может состоять из 1, 2, 4, 8, 16 или 32 линий передачи и приёма. Канал из одной линии версии PCI-E обеспечивает пропускную способность 2,5 Гбит/с, а канал из 32 линий – 16 Гбайт/с. Для версии PCI Express 2.0 пропускная способность канала удваивается. В конце канала связи стоит коммутатор, который образует двунаправленные каналы разной ёмкости для подключения устройств У1, У2, У3.

 

 


Рис. 6.6. Упрощенная схема шины PCI Express

Передача данных ведётся пакетами. В пакете могут содержаться служебные сигналы, адреса или данные. Пакеты отправляются одновременно по всем доступным линиям. Применяется избыточное кодирование, при котором на каждые 8 бит добавляется 3 бита. Управление шиной ведётся контроллером, который называется Host Bridge.

 

 

Рис. 6.6. Упрощенная схема шины Hyper Transport

Шина Hyper Transport также использует канал, состоящий из множества линий связи, причём канал можно сконфигурировать на разное число линиё передачи и линий приёма. В состав канала входят также отдельные линии управления и линии синхронизации (тактовых импульсов).

Данные упаковываются в пакеты стандартного вида, содержащие 32-бит­ные слова. Первым идёт управляющее слово. Если пакет содержит адрес, то последние 8 бит управляющего слова присоединяются к следующему слову и вместе с ним образуют 40-битный адрес. Возможна и 64-битная адресация при соответствующем управляющем слове. Данные передаются 32-битными словами вне зависимости от реальной длины данных.

Посылка данных происходит и по переднему, и по заднему фронту синхронизирующих импульсов. В двунаправленном режиме 32-битная шина обеспечивает пропускную способность до 41,6 Гбайт/с.

 

 


Рис. 6.6. Упрощенная схема шины QPI

Шина QPI организует канал из 20 линий передачи и 20 линий приёма. Кроме них в канал входят линии тактовых импульсов для передачи и приёма данных. Пропускная способность шины составляет 12,8 Гбайт/с в каждую сторону или 25,6 Гбайт/с суммарно.

Шины последовательного интерфейса поддерживают асинхронный и изохорный режимы передачи данных. В первом режиме устройства обмениваются запросом и положительным (ASK) или отрицательным (NASK) ответом. Отрицательный ответ формируется при обнаружении ошибки. Тогда передача будет повторяться до тех пор, пока информация не будет принята правильно, или пока не будет зафиксирована неустранимая ошибка.

Во втором режиме проверка правильности приёма не производится. В этом режиме производятся потоковые передачи аудио- и видео данных в реальном масштабе времени. Для передач обеспечивается определённая пропускная способность шины, обеспечивающая приемлемую задержку сигнала. Однако доставка информации не гарантируется.

Среди относительно новых шин для присоединения внешних устройств интереса заслуживают шины USB, Bluetooth, IrDA и FireWare, рассмотренные в разделе 5.

 

6.4. Устройства прямого доступа к памяти.

Принципиально возможны три способа организации процесса ввода-вывода:

· ввод/вывод с опросом;

· ввод/вывод по прерываниям;

· ввод/вывод с прямым доступом к оперативной памяти.

Первые два способа загружают процессор медленными операциями ввода/вывода. Поэтому они непригодны для ввода/вывода больших объёмов информации в высокопроизводительных вычислительных системах.

Для организации ввода/вывода без загрузки центрального процессора медленными операциями необходимо обеспечить внешним (периферийным) устройствам прямой доступ к памяти без участия процессора. Эту задачу решает контроллер прямого доступа к памяти (ПДП). Схема организации ввода/вывода с прямым доступом к памяти показана на рис. 6.7.

 

 


Рис. 6.7. Организация ввода/вывода с прямым доступом к памяти с общей шиной

Перед осуществлением операции ввода/вывода с прямым доступом к памяти контроллер процессор должен сообщить контроллеру ПДП следующую информацию:

· вид запроса (чтение или запись);

· адрес устройства ввода/вывода;

· адрес начальной ячейки блока памяти, являющейся источником/приём­ником данных;

· количество слов данных, подлежащих вводу/выводу.

Вид запроса и адрес устройства ввода/вывода пересылаются в логику управления. Размер блока данных в словах пересылается в счетчик данных, адрес начальной ячейки памяти, являющейся источником/приёмником данных – в регистр адреса. Процесс записи перечисленных данных в контроллер ПДП называется инициализацией контроллера. Процесс ввода и вывода данных с ПДП показан на рис. 6.8. Инициатором процесса ввода/вывода может быть как процессор, так и периферийное устройство.

       
   
 
ША ЧТЗУ ЗПЗУ ШД ВЫВ ВВ ПУ ОП  
 

 


t

 

 


Рис. 6.8. Временная диаграмма процессов ввода/вывода с ПДП
(ОП – основная память, РА – регистр адреса, ПУ – периферийное устройство,
ЛУ – логика управления, ЧТЗУ, ЗПЗУ, ВЫВ, ВВ – сигналы управления
согласно рис. 6.7)

При выводе данных в момент t1 контроллер выставляет адрес ячейки памяти на шину адреса. В момент времени t2 формируется сигнал ЧТЗУ (чтение запоминающего устройства), и на шине данных появляются данные из памяти. В момент t3 формируется сигнал ВЫВ (вывод) и периферийное устройство (ПУ) читает данные с шины данных в течение интервала времени t3 – t4.

При вводе данных в момент t5 контроллер выставляет адрес периферийного устройства из логики управления и в момент времени t6 формирует сигнал ВВ (ввод). На шине данных появляются данные из периферийного устройства. В момент времени t7 на шину адреса выставляется адрес ячейки памяти. В момент времени t8 формируется сигнал ЗПЗУ (запись в запоминающее устройство), и основная память (ОП) читает данные с шины данных в течение интервала времени t8 – t9.

Прямой доступ к памяти может осуществляться в одном из трёх режимов:

· режим блочной пересылки, предусматривающий полный захват контроллером ПДП системной шины на всё время пересылки блока данных;

· режим с пропуском цикла, предусматривающий предоставление системной шины процессору после каждой операции со словом данных;

· прозрачный режим, предусматривающий захват системной шины контроллером ПДП только в те циклы, когда с ней не работает процессор.

Следует иметь в виду, что контроллер ПДП может вмешаться в процесс выполнения текущей команды только в определённые моменты цикла выполнения команды.

На рис. 6.7 показан вариант конфигурации ПДП с общей шиной, в котором все участники обмена данных подключены к системной шине. Возможны и другие варианты: с многоканальным контроллером ПДП и с двумя системами шин. В первом из них периферийные устройства через контроллер ПДП, который имеет порты подключения периферийных устройств. В варианте с двумя системами шин к системной шине подключены процессор, основная память и контроллер ПДП. Контроллер же имеет ещё один порт, с помощью которого он образует шину ввода/вывода. Периферийные устройства подключаются не к системной шине, а к шине ввода/вывода.

 

6.5. Канальные системы ввода/вывода

Дальнейшим развитием идеи прямого доступа являются следующие усовершенствования архитектуры подсистемы ввода-вывода:

придание контроллеру ПДП прав процессора;

создание в контроллере ПДП с правами процессора локальной памяти.

Реализация только первого шага даёт результат, условно называемый каналом ввода/вывода. Результат реализации обоих шагов условно называется процессором ввода/вывода. Получающиеся при этом архитектуры системы вво­да/вывода называются канальными (рис. 6.9).

 

 


Рис. 6.9. Архитектура канальной системы ввода/вывода

Усовершенствованный модуль ввода/вывода получил на рис. 6.9 название "Канал ввода/вывода". Периферийные устройства ввода/вывода (ПУ) подключены к каналу через блоки управления периферийными устройствами (БУПУ), причём отдельные ПУ могут управляться двумя БУПУ. В локальной памяти канала образуются подканалы управления периферийными устройствами.

Программы, хранящиеся в основной памяти, делятся на две группы: программы для центрального процессора и программы для канала ввода/вывода (канальные программы). Обращение к каналу ввода/вывода происходит из программы для центрального процессора. В этом обращении передаётся сигнал "Внимание" и сообщается минимум информации для организации ввода/вывода каналом. Далее канал начинает выполнять одну из своих канальных программ, а процессор продолжает выполнять свою программу.

Обмен информацией между периферийным устройством и основной памятью происходит в режиме прямого доступа к памяти. В процессе выполнения канальной программы периферийные устройства могут разделять канал методом квантов времени (мультиплексный режим) или захватывать канал целиком (монопольный режим). Выполнение канальной программы завершается запросом прерывания для сообщения о том, что данные записаны в память или прочитаны из неё.


7. АППАРАТНО-ПРОГРАММНЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ РЕАЛИЗАЦИИ МНОГОПРОГРАММНЫХ РЕЖИМОВ РАБОТЫ

7.1. Система адресации в реальном и защищенном режиме работы ЭВМ и ВС на базе микропроцессоров Intel.

Микропроцессоры Intel изначально предназначались для однопрограммных вычислительных систем. В этом режиме используется организация памяти в виде сегментов, и физический адрес ячейки памяти вычисляется на основе базового адреса и смещения. Базовый адрес это адрес начала сегмента памяти, а смещение – относительный адрес ячейки памяти внутри сегмента. При вычислении физического адреса команды адрес сегмента хранится в регистре CS процессора, а смещение – в регистре IP. При вычислении адреса данных базовый адрес хранится в регистре DS, а смещение в одном из регистров ВХ, ВР, SI или DI. Сегментные регистры CS, DS, SS, ES, FS и GS имеют 64-битные описания (дескрипторы), которые в реальном режиме хранят права доступа, адрес начала сегмента (базовый адрес) и длину сегмента. Дескрипторы сегментов доступны только процессору.

Вычисление физического адреса команды показано на рис. 7.1. Базовый адрес (адрес сегмента) из 16-байтного регистра перемещается в арифметико-логическое устройство (АЛУ). Далее он посредством сдвига влево на 4 позиции умножается на 16. Физический адрес получается сложением полученного результата со смещением, хранящимся в 16-битном регистре IP.

 

CS 15 0 АЛУ 19 3 0
Базовый адрес Базовый адрес
  +          
      IP 15 0
      Смещение
     
    АЛУ 19 3 0
  Физический адрес
               

Рис. 7.1. Вычисление физического адреса команды в реальном режиме

Недостатками такой адресации являются:

· ограниченное адресное пространство (до 1 мегабайта плюс примерно 64 килобайта старшей области памяти для процессоров старше i80286);

· свободный доступ для любых программ к любым областям данных, что представляет потенциальную опасность для целостности операционной системы.

Этих недостатков полностью лишена схема адресации памяти, которая используется в защищённом режиме. Защищённый режим предназначен для мультипрограммных систем и предусматривает выделение в общем адресном пространстве индивидуальных (локальных) адресных пространств, выделенных каждому процессу. Общее адресное пространство описывается таблицей GDT (Global Descriptor Table), а локальные адресные пространства – в таблицах LDT (Local Descriptor Table) задач. В таблице GDT хранятся адреса сегментов кода, сегментов данных и системных сегментов, а также адреса входа в различные процедуры и функции.

Адреса таблиц GDT и LDT хранятся в регистрах GDTR и LDTR процессора. Оба эти регистра, как и сегментные регистры, имеют 64-битные дес­крипторы, которые доступны только процессору.

В защищённом режиме содержимое сегментных регистров интерпретируется совсем иначе, чем в реальном:

· два младших бита регистра образуют поле уровня привилегий RPL и определяют запрашиваемый уровень привилегий;

· второй бит выделен под индикатор таблицы сегментов и определяет принадлежность сегмента общему (TI = 0) или локальному (TI = 1) адресному пространству;

· биты 3 – 15 содержат номер (индекс) сегмента в соответствующей таблице дескрипторов.

Поэтому сегментные регистры в терминах защищённого режима называются селекторами сегментов.

Для управления задачами микропроцессоры поддерживают информационную структуру, называемую дескриптором задачи. В дескрипторе задачи имеется часть, которая инвариантна[23] по отношению к операционной системе и называется сегментом состояния задачи (TSS). Процессоры с архитектурой IA32 работают именно с сегментом состояния задачи, который содержит контекст задачи, т.е. данные, которые необходимы для продолжения выполнения задачи после её прерывания естественным или принудительным образом.

Дескрипторы сегментов TSS содержатся в таблице общего адресного пространства GDT, а сами сегменты TSS содержат адреса адресных пространств задач в таблице локальных адресных пространств (LDT). Для доступа к TSS процессор имеет регистр задач (TR). В одном из полей регистра TR хранится селектор на сегмент TSS выполняемой задачи.

Схема формирования виртуального адреса команды показана на рис. 7.2. Диспетчер задач переключает операционную систему на выполнение конкретной задачи. В этот момент в регистр TR выбирается её TSS. Исходными данными для расчёта адреса являются данные в видимых частях регистра TR и CS.

Поле LDTR из сегмента TSS определяет индекс дескриптора "Дескриптор_1", содержимое регистра CS – индекс дескриптора "Дескриптор_2".

Операционная система анализирует состояние бита TI и в зависимости от его состояния определяет адрес регистра CS. Если бит TI = 0 то адрес сегмента кода загружается в теневую часть регистра CS из дескриптора "Дескриптор_1". Если бит TI = 1 то сначала по индексу дескриптора TSS (поле LTDR) в таблице GDTR выбирается дескриптор "Дескриптор_1". Он содержит адрес нужной таблицы LDTR. Этот адрес загружается в теневую часть регистра LDTR и выбирает нужную таблицу LDT. Базовый адрес в этом случае загружается в теневую часть регистра CS из дескриптора "Дескриптор_2".

Адрес команды в сегменте кода определяется как сумма базового адреса и смещения. Никаких операций умножения в этом случае не применяется, в отличие от реального режима.

 

 


Рис. 7.2. Схема образования адреса в защищённом режиме

Дескрипторы помимо адресов таблиц или сегментов содержат также размеры таблиц и сегментов. Поэтому защищённость процессов, созданная выделением отдельных сегментов адресного пространства, усиливается механизмом проверки допустимости индексов и смещения. Если индексы таблиц GDT или LDT превышают размеры таблиц, или смещение превышает размер сегмента кода, то такая команда не выполняется и генерируется сообщение об ошибке.

Кроме того, командам запрещено модифицировать код программы, содержащейся в сегменте кода. Принятые меры достаточно надёжно блокируют всякие попытки процессов разрушить коды или данные других процессов.

7.2. Система адресации для процессоров с сокращенным, длинным и сверхдлинным набором команд.

 

 


8. ПАРАЛЛЕЛЬНЫЕ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ

8.1. Скалярные ВС

 

 

8.2. Суперскалярные ВС

 

8.3 Векторные ВС

 

8.5. Кластеры

 

 

9. ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ЭВМ И ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ

9.1. Оптические и оптоэлектронные ЭВМ

 

9.2. Системы искусственного интеллекта

 


СПИСОК ЛИТЕРАТУРНЫХ ИСТОЧНИКОВ

Орлов С.А., Цилькер Б.Я. Организация ЭВМ и систем: учебник для вузов, 2-е изд. –СПб.: Питер, 2011. – 688 с.

Гук М. Аппаратные средства IBM PC. Энциклопедия, 2-е изд. – СПб.: Питер, 2001. – 928 с.

 

 


[1] Von Neumann, J., First Draft of a Report on the EDVAC, Moor Scool, University of Pensilvania, 1945

[2] Архитектура с общей памятью команд и данных называется принстонской. Существует и архитектура с двумя запоминающими устройствами для команд и данных, которая называется гарвардской архитектурой. По это й архитектуре построены современные микропроцессоры общего назначения фирм Intel, Atmel и др.

[3] Ячейки памяти могут использовать разные элементы: линии задержки, магнитные сердечники, электронные лампы, транзисторы, диоды и т.д.

[4] Может быть интегрирован в процессор

[5] Видеокарты – относительно несложные видеоадаптеры, основой которых являются контролер электронно-лучевой трубки (ЭЛТ) и видеопамять. Контроллер ЭЛТ считывает данные из видеопамяти и создаёт сигналы управления монитором. Графический ускоритель – видеоадаптер, использующий свой процессор, который работает независимо от центрального процессора и не конкурирует с ним при получении доступа к ОЗУ и шине компьютера.

[6] Инкремент – добавление единицы в младший разряд регистра, декремент – вычитание единицы младшего разряда из содержимого регистра

[7] Сдвиг данных – это перенос содержимого всех битов регистра на одну позицию влево или вправо. При выполнении этой операции один бит покидает регистр ("вытесняется" из регистра). При арифметическом сдвиге втесненный бит теряется, при циклическом – заполняет освободившийся младший или старший бит регистра.

[8] По материалам [1].

[9] Нумерация банков и ячеек внутри банка начинается с нуля

[10] Исключением является накопитель на магнитной ленте

[11] Накопители со съёмными магнитными дисками называются накопителями с гибкими дисками, обозначаются FDD и имеют в настоящее время, скорее, исторический, чем практический интерес. На современных системных блоках сейчас редко встречаются FDD.

[12] Фактически это четыре разных формата записи дисков, так называемые форматы плюс и минус. Современные дисководы работают и с форматами плюс, и с форматами минус.

[13] На старых системных платах присутствовал сигнал KB-Reset#, сбрасывавший клавиатуру импульсом низкого уровня.

[14] В данном учебном пособии не рассматриваются различные исполнения клавиатуры: эргономические, защищённые от влаги, со щелчком клавишей и без него и т.д.

[15] Bus Mouse и Serial Mouse устарели и здесь подробно не рассматриваются.

[16] Чипсет – специализированный набор микросхем для создания персонального компьютера. В частности в этот набор входят микросхемы, называющиеся "Северный мост" и "Южный мост".

[17] Существуют и другие способы, не получившие пока широкого распространения: с помощью газопламенных и электролюминесцентных панелей, дисплеев на светящихся полимерных полупроводниках и плоских дисплеев, использующих эффект свечения люминофора под действием потока электронов.

[18] В этом случае говорят об отображении пикселов в видеопамяти

[19] Композитный видеосигнал – это видеосигнал, все составляющие которого передаются по одному проводу. Обеспечивает не очень высокое качество ТВ-изображения. S-видео сигнал – видеосигнал, использующий две компоненты (цветность и яркость) и передающийся по двум сигнальным линиям.

[20] В современных адаптерах дисплея введены средства распознавания монитора и выбора соответствующего интерфейса. Это позволяет обойтись малым количеством разъёмов адаптера, использующихся для подключения монитора. Современный адаптер может иметь разъёмы для подключения аналогового и цифрового монитора и видеовыход для подключения стандартного телевизора. Назначения контактов разъёмов подключения монитора подробно описано в [2].

[21] Для измерения скорости обмена часто применяется единица измерения 1 бод. Она соответствует 1 бит/с при передаче двоичного кода и показывает частоту изменения состояния канала от нулевого потенциала к потенциалу логического нуля или логической единицы. Для современных модемов, использующих недвоичное кодирование эта единица некорректна..

[22] Во Франции нижняя частота канала связи BlueTooth не менее 2454 МГц.

[23] Инвариантность – постоянство, независимость от чего-либо. Инвариантность по отношению к операционной системе – независимость от операционной системы.

Освещение

В производственных помещениях промышленных зданий применяют ес­тественное, искусственное и интеграль­ное освещение.

Естественное освещение осущест­вляется через проемы в ограждающих конструкциях здания и может быть: боковым (через окна в стенах) (рис. 7.1, а); верхним через фонари, устраи­ваемые в покрытии (рис. 7.1, в — (3), а также через, высокорасположенные проемы в стенах, например, в местах перепадов высот смежных пролетов промышленных зданий {рис. 7.1, б); комбинированным, т. е. сочетающим одновременно боковое и верхнее (рис. 7.1, е).

Искусственное освещение осуще­ствляется при помощи электрических светильников различного типа с лам­пами накаливания, с разнообразными газоразрядными лампами, в том числе с люминесцентными и пр. Различают

две системы искусственного освеще­ния производственных зданий: общую и комбинированную. При комбиниро­ванном освещении, кроме общего, дающего свет по всей площади поме­щения, устраивают дополнительное на рабочих местах при помощи местных светильников.

Совмещенная (интегральная) сис­тема освещения предусматривает осве­щение рабочих мест одновременно ес­тественным и искусственным светом (рис. 7.2).

Оценивая естественное и искусст­венное освещение, нельзя обойти и экономическую сторону этой проблемы. Если при естественном освещении от­мечалась необходимость расходов на эксплуатацию светопроемов (окон и фонарей), то при искусственном кроме чисто эксплуатационных расходов, нап­ример, на ремонт, будут иметь место значительные непроизводительные зат­раты электроэнергии на освещение в светлое время суток и постоянные зат­раты на вентиляцию.

Для нормирования используют от­носительную величину — коэффициент естественного освещения (КЕО), из­меряемый в процентах от одновремен­ной освещенности под открытым небом. Он определяет необходимую освещен­ность в помещении и, следовательно, тип и размеры светопроемов.

Для освещения глубины помещения высота окна должна быть как можно больше. В таких случаях нередко при­бегают к двухъярусному расположе­нию окон Треугольные фонари дают интенсив­ное, но крайне неравномерное освеще­ние

. Наилучшие условия естест­венного освещения достигают с по­мощью зенитных фонарей относитель­но небольшого размера при их частой расстановке в шахматном порядке (рис. 7.6).

Учитывая относительно высокую стоимость фонарей, следует применять наиболее светоактивные типы.

Для того, чтобы обеспечить нужное биологическое действие естественного света, необходимо, чтобы кроме тре­буемой светоактивности проемов их заполнение пропускало бы ультрафи­олетовую радиацию, а внутренние по­верхности хорошо бы ее рассеивали в пространстве помещения

7. ШУМЫ И ВИБРАЦИИ

Виды шумов, их оценка и нормиро­вание. Производственные шумы клас­сифицируют по следующим призна­кам:

По природе возникновения

механического происхождения, возникающие при ра­боте машин и механизмов

аэродинамические, сопровождаю­щие работу реактивных двигателей, турбин, двигателей внутреннего сгора­ния, воздуходувок, вентиляторов, ком­прессоров

По характеру спектра шумы бы­вают широкополосными и тональными

По временным характеристикам шум подразделяют на: постоянный — уровень звука которого изменяются во времени не более чем на 5 дБА, и не­постоянный, у которого за этот про­межуток времени уровень звука изме­няется более чем на 5 дБА.

По уровню звукового давления шу­мы подразделяют на три группы: сла­бые — уровень звукового давления до 40 дБ, средние — от 40 до 80 дБ и вы­сокие — свыше 80 дБ.

На предприятиях важным мероп­риятием по борьбе с шумом является его нормирование.

В качестве допустимых санитарно-технических норм устанавливают та­кие уровни шума, действие которых в течении длительного времени не вы­зывает снижения остроты слуха и обес­печивает удовлетворительную разбор­чивость речи на расстоянии 1,5 м от говорящего.

Техническое нормирование шума — это система ограничений характе­ристик машин, оборудования, строи­тельных и других объектов, конечный итог которой — выполнение санитар­но-гигиенического нормирования.

Защита от шума в производствен­ных помещениях ведется в двух на­правлениях: снижение шума за счет мероприятий, проводимых в самом ис­точнике шума, и снижение шума архи­тектурно-планировочными и строи­тельно-акустическими методами.

Одним из эффективных способов уменьшения шума в цехах является применение звукоизолирующих кожу­хов ,звукоизолирующих кабин акустичес­кие экраны или выгородки

При борьбе с шумом используются средства звукопоглощения (кулисы).

Вибрации воздействуют при опре­деленных частотах и амплитудах коле­баний на конструкции промышленного здания, возникая от работы производ­ственного оборудования, вызывая при этом шум и сотрясения.

Для того чтобы устранить вибрации, улучшают конструктивные характеристики оборудования, а также устраивают виброизоляцию.

Виброизоляцию под оборудование выполняют в виде специальных осно­ваний, которые располагают между агрегатом и фундаментом или другой несущей конструкцией здания

 

8. классификация ПС

В состав промышленного пред­приятия кроме промышленных зданий обычно входят промышленные соору­жения'. К ним относятся сооружения для промышленного транспорта (эста­кады для мостовых кранов, наклонные галереи и др.), сооружения для комму­никаций (тоннели, каналы, отдельные опоры и эстакады и пр.), устройства для установки оборудования (фунда­менты под машины), этажерки (в зда­ниях и открытые) для размещения оборудования, специальные сооруже­ния (емкости для хранения жидкостей, бункера для хранения сыпучих мате­риалов, дымовые трубы, градирни для охлаждения оборотной воды, водона­порные башни и пр.) (табл. 2.1).

Следует отметить, что нередко про­мышленные сооружения представляют собой элементы здания. Например, эс­такада для мостового крана в одно­этажном промышленном здании вхо­дят в состав несущих конструкций здания2.

 

 

9. ВЛИЯНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА И СРЕДЫ НА ОБЪЕМНО-ПЛАНИРОВОЧНЫЕ И КОНСТРУКТИВНЫЕ РЕШЕНИЯ ПРОМЫШЛЕН­НЫХ ЗДАНИИ

Технологический процесс, его характеристики опреде­ляют размеры и форму необходимого пространства для размещения технологического и подъемно-транспортно­го оборудования и передвижения в здании сырьевых материалов, пред­метов1 труда в процессе их производ­ства и готовой продукции, а также размеры необходимого рабочего про­странства- для выполнения людьми своих производственных функций и для их передвижения в помещении (про­ходы) .

Рабочее пространство для людей определяют на основании оценки всех положений человека, занятого выпол­нением производственных операций, с учетом создания удобных условий в процессе труда, требований эргоно­мики1, санитарной гигиены, техноло­гии.

Пространство для передвижения людей в производственном помещении и здании, т. е. проходы и коммуникаци­онные помещения, предусматривают для доступа к рабочим местам и для контроля за работой оборудования, а также для быстрой и безопасной эва­куации людей из помещений и здания в случае пожара или других аварий­ных обстоятельств.

Если в производстве используют напольное подъемно-транспортное обо­рудование, то размеры проходов или проездов определяют по условиям их

удобного передвижения и работы и обычно удовлетворяют условиям пе­редвижения людей

Кроме пространства, необходимого для размещения технологического и подъемно-транспортного оборудова­ния, рабочих мест и проходов, объем­но-планировочное решение здания должно учитывать объемы для разме­щения помещений вспомогательного назначения, помещений культурно-бы­тового обслуживания, объемы, заня­тые строительными конструкциями

При проектировании объем здания обычно разбивают на зоны в соответ­ствии с назначением образуемого им пространства.

Межферменное пространство (см. рис. 9.4), относящееся обычно к объ­емам, образованным строительными конструкциями, выделено в отдельную зону, использованную для размеще­ния инженерного оборудования (вентиляционных устройств И Т. П.) И технологических коммуникаций (тру­бопроводов, кабелей и пр.).

Габариты технологического обору­дования или выпускаемых изделий определяют требуемый размер проле­та здания, который, в свою очередь, обусловливает выбор конструктивного решения покрытия (плоские или про­странственные системы).

Однородные по метеорологическому режиму и характеристикам воздушной среды помещения (цехи) промышленного здания объединяют в отдельные груп­пы или зоны изолиро­ванные от помещений с другими характеристиками воздушной среды.

При этом достигают упрощение конструктивных решений. Аналогич­ное зонирование возможно по звуково­му режиму.

10. ОСОБЕННОСТИ МОДУЛЬНОЙ КООРДИНАЦИИ, УНИФИКАЦИИ И ТИПИЗАЦИИ В ПРОМЫШЛЕННОМ СТРОИТЕЛЬСТВЕ

Унификация объемно-планиро­вочных и конструктивных решений промышленных зданий имеет две формы — отраслевую и межотрасле­вую.

Для удобства унификации объем промышленного здания расчленяют на отдельные части или элементы.

С момента своего возникновения унификация прошла несколько стадий: линейную, пространственную и объем­ную.

В зависимости от применя­емых сеток колонн, а также от харак­тера блокирования в здании уни­фицированные типовые секции разде­ляют на следующие типы: I тип — многопролетные, для зданий сплошной застройки, рассчитанные на блокирование секций с любой стороны; II тип — одно-, двух-, многопролетные, бло­кируемые только вдоль пролетов; III тип — одно- и двухпролетные, при­страиваемые к многопролетным секци­ям

На каждую унифицированную ти­повую секцию и пролет разработаны и изданы массовым тиражом рабочие чертежи. Их использование сокращает объем проектной документации, уменьшает стоимость проектных ра­бот, сокращает сроки проектирования, позволяет поднять качество проектов и применять минимальное число типов конструктивных элементов.

В целях упрощения конструктив­ного решения одноэтажные промыш­ленные здания проектируют в основ­ном с пролетами одного направления, одинаковой ширины и высоты.

Шаг колонн по крайним и средним рядам принимают на основании техни­ко-экономических соображений с уче­том технологических требований. Обычно он составляет 6 или 12 м. Возможен и больший шаг, но кратный укрупненному модулю 6 м, если допус­кает высота здания и величина расчет­ных нагрузок.

В многоэтажных промышленных зданиях сетку колонн каркаса назна­чают в зависимости от норматив­ной полезной нагрузки на 1 м2 пере­крытия. Размеры пролетов назначают кратными 3 м, шаг колонн кратным 6 м. Высоты этажей многоэтаж­ных зданий устанавливают кратными укрупненному модулю 0,6 м, но не ме­нее 3 м

Большое влияние на сокращение
числа типоразмеров конструктивных
элементов, а также на их унификацию оказывает расположение стен и других конструкций здания по отношению к модульным разбивочным осям

Унификация промышленных зда­ний предусматривает определенную систему привязки конструктивных эле­ментов к модульным разбивочным осям. Она позволяет получить иден­тичное решение конструктивных уз­лов и возможность взаимозаменяе­мости конструкций.

Модульная координация основных параметров промышленных зданий и стандартная привязка конструктивных элементов к разбивочным осям поз­воляют унифицировать их объемно-планировочное и конструктивное ре­шение и способствуют дальнейшей ин­дустриализации строительства.

 

11. ОРГАНИЗАЦИЯ РАБОЧЕГО МЕСТА

Для производственных помещений принято считать, что если работаю­щий 50% своего рабочего времени или более 2 ч непрерывно находится на одном месте, то такое место назы­вают постоянным рабочим местом; пространство над ним высотой до 2 м называют рабочей зоной..

При определении размеров рабо­чих мест учитывают также категорию выполняемой работы, физиологиче­ские возможности человека, а также условия труда в производственном помещении.

Размеры рабочего пространства можно определять на основе иссле­дования трудовых процессов рабочих промышленных предприятий методами циклографического и киноциклогра­фического изучения движений че­ловека в пространстве [2, с. 115]. Если одновременно фиксировать пси­хофизиологические показатели орга­низма, можно получить оптимальные размеры рабочего пространства при наиболее рациональном функциониро­вании организма

При определении оптимального ра­бочего пространства учитывается так­же поле зрения человека.

Факторами, способствующими улучшению видимости, являются нор­мальная освещенность рабочей зоны, отсутствие явлений блескости и бли­ков на блестящих поверхностях, соз­дание достаточного контраста между объектом и его фоном, расположение предмета труда в зоне обзора и в пре­делах угла эффективной видимости.

Тип рабочего места определяется характером технологического процес­са. рабочее место может быть стационарным или маршрутным.

Организацию рабочих мест осу­ществляют по принципам научной ор­ганизации труда (НОТ) и предусмат­ривают на основе анализа всей сово­купности факторов решение этой задачи.

В некоторых случаях рабочие ме­ста могут располагать непосредствен­но на станках или при автомати­ческом управлении в специальных кабинах, где размещают пульт управ­ления. За последние годы больших ус­пехов в совершенствовании условий труда на рабочих местах достигла эргономика .

Эргономика оценивает про­изводственную среду в зависимости от степени ее комфорта по отношению к человеку и условно выделяет четы­ре зоны.

1. Зона высшего комфорта

2. Комфортная

3. Некомфортная зона

4. Недопустимая зона

Большую роль в рационально-художественном решении рабочего ме­ста играет техническая эстетика. В создании технологического оборудо­вания, инструмента, производственной оснастки активное участие принимают художники-конструкторы (дизайне­ры), которые разрабатыва­ют не только красивые формы, но стремятся к тому, чтобы их разработ­ки способствовали снижению лишнего напряжения в процессах труда, утом­ляемости рабочих и, в конечном счете, способствовали значительному повы­шению производительности труда.

22. ОБЩИЕ ПРИНЦИПЫ ОБЪЕМНО-ПЛАНИРОВОЧНЫХ И КОНСТРУК­ТИВНЫХ РЕШЕНИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ ЗДАНИИ

Приступая к проектированию, прежде всего необходимо изучить производственный процесс, для раз­мещения которого предназначено зда­ние, и затем выявить те требования, которые он определяет и которым должны отвечать объемно-планиро­вочное и конструктивное решения.

блокирование в одном промышленном здании некоторых про­изводственных помещений, обслужи­вающих один технологический про­цесс, или некоторых цехов с разны­ми технологическими процессами или даже разных промышленных пред­приятий.

Наряду с блокированием сохраняет свое значение и павильонная заст­ройка (рис. 12.3),

Выбор этажности представляет со­бой одну из важных задач, решаемых в процессе проектирования.

Наконец, следует выделить прин­цип унификации решений зданий, который преследует получение отно­сительно лучшего объемно-планиро­вочного и конструктивного решения, способствует повышению гибкости или универсальности объемно-планиро­вочных и конструктивных решений промышленных зданий, что имеет большое значение для ускорения науч­но-технического прогресса.

Повышение универсальности или гибкости производственных зданий до­стигают прежде всего в результате освобождения

, например, за счет уве­личения сетки колонн и в необходи­мых случаях за счет повышения вы­соты помещения (в чистоте).




<== предыдущая лекция | следующая лекция ==>
АРХИТЕКТУРА ЭВМ. Рис. 5.21. Древовидная система USB-портов | 

Дата добавления: 2015-04-16; просмотров: 99. Нарушение авторских прав

Studopedia.info - Студопедия - 2014-2017 год . (0.046 сек.) русская версия | украинская версия