1. LPT-порт

Параллельный порт — LPT

Порт параллельного интерфейса был введен в PC для подключения принтера -  отсюда и пошло его название LPT-порт (Line PrinTer — построчный принтер).

Хотя через этот же порт подключается и большинство лазерных принтеров, ко­торые по принципу действия не построчные, а постраничные, название «LPT» закрепилось основательно. Аппаратные средства «классического» стандартного LPT-порта позволяют программным способом реализовать протокол передачи данных Centronics (Это внешний параллельный интерфейс для непосредственного подключения к LPT-порту.). Адаптер параллельного интерфейса представляет собой набор регистров, расположенных в пространстве ввода-вывода. С внешней стороны порт имеет 8-битную шину данных, 5-битную шину сигналов состояния и 4-битную шину управляющих сигналов, выведенные на разъем-розетку DB-25S.

Порт имеет поддержку на уровне BIOS — поиск установленных портов во время теста POST и сервисы печати Int 17h  обеспечивает вывод символа, инициализацию интерфейса и принтера, а также опрос состояния принтера. Стандартный порт ориентирован на вывод данных, хотя с некоторыми ограничениями позволяет вводить данные. Существуют различные модификации LPT-порта — двунаправ­ленный, ЕРР, ЕСР и др., расширяющие его функциональные возможности, по­вышающие производительность и снижающие нагрузку на процессор.

К LPT-портам подключают принтеры, плоттеры, сканеры, коммуникацион­ные устройства и устройства хранения данных, а также электронные ключи. Иног­да параллельный интерфейс используют для связи между двумя компьютера­ми — получается сеть, «сделанная на коленке» (LapLink).

Практически все современные системные платы имеют встроенный адаптер LPT-порта. LPT-порт обычно присут­ствует и на плате дисплейного адаптера MDA (монохромный текстовый) и HGC (монохромный графический «Геркулес»).

В спецификации РС`99 порт LPT пока еще разрешен для использования. Уст­ройства, подключаемые к LPT-порту, рекомендуется переводить на последова­тельные шины USB и Fire Wire.

Традиционный LPT-порт

Традиционный, он же стандартный, LPT-порт называется SPP (Standard Parallel Port) и является однонаправленным портом, через который программно реали­зуется протокол обмена Centronics. Название и назначение сигналов разъема порта соответствуют интерфейсу Centronics.

Адаптер LPT-порта SPP содержит три 8-битных регистра, расположенных по соседним адресам в пространстве ввода-вывода, начиная с базового адреса порта BASE (3BCh, 378h или 278h).

Data Register (DR) — регистр данных, адрес=ВАSЕ. Данные, записанные в этот регистр, выводятся на выходные линии интерфейса. Данные, считанные из этого регистра, в зависимости от схемотехники адаптера соответствуют либо ранее за­писанным данным, либо сигналам на тех же линиях, что не всегда одно и то же.

Status Register (SR) — регистр состояния; представляет собой 5-битный порт ввода сигналов состояния принтера (биты SR.4-SR.7), адрес=ВАSЕ+1. Бит SR.7 ин­вертируется — низкому уровню сигнала соответствует единичное значение бита в регистре, и наоборот.

Control Register (CR) — регистр управления, адрес=ВАSЕ+2. Как и регистр дан­ных, этот 4-битный порт вывода допускает запись и чтение (биты 0-3), но его выходной буфер обычно имеет тип «открытый коллектор». Это позволяет кор­ректно использовать линии данного регистра как входные при программирова­нии их в высокий уровень. Биты 0, 1, 3 инвертируются.

Главный недостаток вывода через стандартный порт — невысокая скорость обмена при значительной загрузке про­цессора. Порт удается разогнать до скоростей 100-150 Кбайт/с при полной за­грузке процессора, что недостаточно для печати на лазерный принтер. Другой недостаток — функциональный — сложность использования в качестве порта ввода.

Конфигурирование LPT-портов

Управление параллельным портом разделяется на два этапа — предварительное конфигурирование (Setup) аппаратных средств порта и текущее (оперативное) переключение режимов работы прикладным или системным ПО. Оперативное переключение возможно только в пределах режимов, разрешенных при конфи­гурировании. Этим обеспечивается возможность согласования аппаратуры с ПО и блокирования ложных переключений, вызванных некорректными действиями программы.

Конфигурирование LPT-порта зависит от его исполнения. Порт, располо­женный на плате расширения (мультикарте), устанавливаемой в слот ISA или ISA+VLB, конфигурируется джамперами на самой плате. Порт на системной плате конфигурируется через CMOS Setup.

Доступные при конфигурировании параметры:

1 Базовый адрес

2  Линия запроса прерывания

3 Использование канала DMA для режимов ЕСР и Fast Centronics — разре­шение и номер канала DMA.

4 Режимы работы порта:

- SPP — порт работает только в стандартном однонаправленном программ­но-управляемом режиме;

- PS/2, он же Bi-Directional — отличается от SPP возможностью реверса канала (установкой CR.5=1);

- Fast Centronics — аппаратное формирование протокола Centronics с ис­пользованием FIFO-буфера и, возможно, DMA;

- ЕРР — в зависимости от использования регистров порт работает в ре­жиме SPP или ЕРР;

- ЕСР — по умолчанию включается в режим SPP или PS/2, записью в ECR может переводиться в любой режим ЕСР, но перевод в ЕРР записью в ECR кода 100 не гарантируется;

- ЕСР+ЕРР — то же, что и ЕСР, но запись в ECR кода режима 100 перево­дит порт в ЕРР.

Выбор режима ЕРР, ЕСР или Fast Centronics сам по себе не приводит к повышению быстродействия обмена с подключенными ПУ, а только дает возможное— драйверу и ПУ установить оптимальный режим в пределах их «разумения». Боль­шинство современных драйверов и приложений пытаются использовать эффек­тивные режимы, так что «подрезать им крылья» установкой простых режимов без веских оснований не стоит.

Принтеры и сканеры могут «пожелать» режима ЕСР. Windows (3.x, 9х и NT) имеет системные драйвера для этого режима. В среде DOS печать через ЕСР поддерживается только специальным загружаемым драйвером.

Сетевые адаптеры, внешние диски и CD-ROM, подключаемые к параллельно­му порту, могут использовать режим ЕРР. Для этого режима специальный драй­вер пока еще не применяется; поддержка ЕРР включается в драйвер самого подключаемого устройства.

Большинство современных ПУ, подключаемых к LPT-порту, поддерживает стандарт 1284 и РnР. Для обслуживания этих функций компьютером с аппарат­ной точки зрения достаточно иметь контроллер интерфейса, поддерживающий стандарт 1284.

Применение LPT-порта

Наиболее распространенным применением LPT-порта является подключение принтера, однако этим его применение не ограничивается.

Тип кабелей, применяемых для связи двух компьютеров по параллельному  интерфейсу, зависит от режимов используемых портов. Самый простой и медленный — полубайтный режим, работающий на всех портах. Для этого режима в кабеле достаточно иметь 10 сигнальных и один общий провод. Связь двух PC данным кабелем поддерживается стандартным ПО типа Interlnk из MS-DOS или Norton Commander.

Высокоскоростная связь двух компьютеров может выполняться и в режиме ЕСР, по иным кабелям (режим ЕРР неудобен, поскольку требует синхронизации шинных циклов ввода-вывода двух компьютеров).

Подключение сканера к LPT-порту эффективно, только если порт обеспечи­вает хотя бы двунаправленный режим (Bi-Di), поскольку основной поток — ввод. Лучше использовать порт ЕСР, если этот режим поддерживается сканером (или ЕРР, что маловероятно).

Подключение внешних накопителей (Iomega Zip Drive, CD-ROM и др.), адап­теров ЛВС и других симметричных устройств ввода-вывода имеет свою специ­фику. В режиме SPP наряду с замедлением работы устройства заметна принци­пиальная асимметрия этого режима: чтение данных происходит в два раза мед­леннее, чем (весьма небыстрая) запись. Применение двунаправленного режима (Bi-Di или PS/2 Туре 1) устранит эту асимметрию — скорости сравняются, но нор­мальную скорость работы можно получить, только перейдя на ЕРР. В режиме ЕРР подключение к LPT-порту почти не уступает по скорости подключению че­рез ISA-контроллер. Это справедливо и при подключении устройств со стандарт­ным интерфейсом шин к LPT-портам через преобразователи интерфейсов (на­пример, LPT - IDE, LPT - SCSI, LPT - PCMCIA).

2. COM-порт

Интерфейс RS-232C — СОМ-порт

Последовательный интерфейс для передачи данных в одном направлении ис­пользует одну сигнальную линию, по которой информационные биты передаются друг за другом — последовательно. Английские названия интерфейса и пор­та — Serial Interface и Serial Port, иногда их неправильно переводят как «серий­ные». Последовательная передача позволяет сократить количество сигнальных линий и добиться улучшения связи на больших расстояниях.

Начиная с первых моделей, в PC имелся последовательный интерфейс - СОМ-порт (Communications Port — коммуникационный порт). Этот порт обеспечива­ет асинхронный обмен по стандарту RS-232C. Синхронный обмен в PC поддержи­вают лишь специальные адаптеры, например SDLC или V.35. СОМ-порты реа­лизуются на микросхемах универсальных асинхронных приемопередатчиков (UART), совместимых с семейством i8250/16450/16550. Они занимают в простран­стве ввода-вывода по 8 смежных 8-битных регистров и могут располагаться по стандартным базовым адресам 3F8h (COM1), 2F8h (COM2), 3E8h (COM3), 2E8h (COM4). Порты могут вырабатывать аппаратные прерывания IRQ4 (обычно ис­пользуются для СОМ1 и COM3) и IRQ3 (для COM2 и COM4). С внешней сто­роны порты имеют линии последовательных данных передачи и приема, а также набор сигналов управления и состояния, соответствующий стандарту RS-232C. СОМ-порты имеют внешние разъемы-вилки (male — «папа») DB25P или DB9P, выведенные на заднюю панель компьютера. Характерной особенностью интер­фейса является применение не ТТЛ-сигналов — все внешние сигналы порта двуполярные.

Компьютер может иметь до четырех последовательных портов СОМ1-СОМ4 (для машин класса AT типично наличие двух портов) с поддержкой на уровне BIOS. Сервис BIOS Int 14h обеспечивает инициализацию порта, ввод и вывод символа (без прерываний) и опрос состояния. Через Int 14h скорость передачи программируется в диапазоне 110-9600 бит/с (меньше, чем реальные возмож­ности порта). Для повышения производительности широко используется взаи­модействие программ с портом на уровне регистров

Название порта указывает на его основное назначение — подключение ком­муникационного оборудования (например, модема) для связи с другими компь­ютерами, сетями и периферийными устройствами. К порту могут непосредственно подключаться и периферийные устройства с последовательным интерфейсом: принтеры, плоттеры, терминалы и др. СОМ-порт широко используется для под­ключения мыши, а также организации непосредственной связи двух компьюте­ров. К СОМ-порту подключают и электронные ключи.

Практически все современные системные платы имеют встроенные адаптеры двух СОМ-портов. Один из пор­тов может использоваться и для беспроводной инфракрасной связи с перифе­рийными устройствами (IrDA). «Классический» СОМ-порт позволял осуществ­лять обмен данными только программно-управляемым способом, при этом для пересылки каждого байта процессору приходится выполнять несколько инструкций. Современные порты имеют FIFO-буферы данных и позволяют выполнять обмен по каналу DMA, существенно разгружая центральный процессор, что осо­бенно важно на больших скоростях обмена.

В спецификации РС`99 традиционные СОМ-порты не рекомендованы, но еще разрешены для использования. Если они есть, то должны быть совместимыми с UART 16550A и обеспечивать скорость до 115,2 Кбит/с. Устройства, которые тра­диционно используют СОМ-порт, рекомендуется переводить на последователь­ные шины USB и Fire Wire.

Конфигурирование СОМ-портов

Компьютер может иметь до четырех последовательных портов СОМ1-СОМ4, для машин класса AT типично наличие двух портов. Управление последова­тельным портом разделяется на два этапа — предварительное конфигурирова­ние (Setup) аппаратных средств порта и текущее (оперативное) переключение режимов работы прикладным или системным ПО. Конфигурирование СОМ-порта зависит от его исполнения. Порт на плате расширения конфигурируется джамперами на самой плате. Порт на системной плате конфигурируется через CMOS Setup.

Параметры конфигурирования перечислены ниже.

1 Базовый адрес, который для портов СОМ 1-COM4 обычно имеет значе­ние 3F8h, 2F8h, 3E8h и 2E8h. При инициализации BIOS проверяет нали­чие портов по адресам именно в этом порядке и присваивает обнаружен­ным портам логические имена СОМ1, COM2, COM3 и COM4. Для портов COM3 и COM4 возможны альтернативные адреса 3EOh, 338h и 2EOh, 238h соответ­ственно. Для PS/2 стандартными для портов СОМЗ-СОМ8 являются адреса 3220h, 3228h, 4220h, 4228h, 5220h и 5228h соответственно.

2 Линия запроса прерывания. Для СОМ1 и COM3 обычно используется линия IRQ4 или IRQ11, для COM2 и COM4 — IRQ3 или IRQ10. В принципе номер пре­рывания можно назначать в произвольных сочетаниях с базовым адресом (номером порта), но некоторые программы и драйвера (например, драй­вера последовательной мыши) настроены на стандартные сочетания. Каж­дому порту, нуждающемуся в аппаратном прерывании, назначают отдель­ную линию, не совпадающую с линиями запроса прерываний других уст­ройств. Прерывания необходимы для портов, к которым подключаются устройства ввода, UPS или модемы. При подключении принтера или плот­тера прерываниями пользуются только многозадачные ОС (не всегда), и этот дефицитный ресурс PC можно сэкономить. Также прерываниями обычно не пользуются при связи двух компьютеров нуль-модемным кабелем. Возможность разделения одной линии запроса несколькими портами (или портом и другими устройствами) зависит от реализации аппаратного подключения и ПО. При использовании портов, установленных на шину ISA, разделяемые прерывания обычно не работают.

3 Канал DMA (для UART 16450/16550, расположенных на системной пла­те) — разрешение использования и номер канала DMA. Режим DMA при работе с СОМ-портами задействуют редко.

Режим работы порта по умолчанию может изменяться в любой момент при настройке коммуникаци­онных программ или командой DOS MODE COMx: с указанием параметров. Возмож­ны два варианта синтаксиса — короткий и длинный. Обязательные элементы выделены прописными буквами, хотя их можно набирать и строчными. В квад­ратные скобки заключены необязательные элементы (скобки в команде не наби­рают).

MODE COMn[:]   [b[,р[ ,d[, s [, г]]]]]

MODE  COMn[:]    [BAUD=b]    [PARITY=p]    [DATA=d]    [STOP=s]    [RETRY=r]

Номер порта n должен указываться обязательно. Параметры могут быть зада­ны не все, для пропущенных действует последнее определение. Команда без па­раметров сообщает текущую настройку порта. В краткой форме пропущенные параметры должны отмечаться запятой, поскольку все параметры распознаются по своей позиции. Значения параметров перечислены ниже.

А)  BAUD=b — скорость передачи:

-     11 - 110 бит/с;                            -      12 -1200 бит/с;

-     15 - 150 бит/с;                             - 24 - 2400 бит/с;

-     30 - 300 бит/с;                            -  48 - 4800 бит/с;

-     60 - 600 бит/с;                            -  96 - 9600 бит/с;

-     19 — 19,200 бит/с (поддерживается не всегда).

Б) PARITY=p — контроль паритета: N (nоnе) — нет, Е (even) — четность, 0 (odd) — нечетность, М (mark) — «1», S (space) — «0». По умолчанию — Е; поддерж­ка М и S реализована не на всех компьютерах.

В) DATA=d — число бит данных (5-8), по умолчанию 7. Значения d=5 и d=6 под­держиваются не всеми компьютерами.

Г) STOP=s — длина интервала стоп-бит: 1, 1,5 или 2. Для скорости 110 бит/с по умолчанию s=2, для остальных — 1. Значение s=1.5 поддерживается не всеми компьютерами.

Д) RETRY=r — реакция на тайм-ауты при выводе, когда командой MODE принтер­ный вывод перенаправляется на СОМ-порт. Е — сообщение «ошибка», В — «занято», R — «готов», Р — повторные попытки до успешного вывода. N — никаких действий (по умолчанию).

Использование СОМ-портов

СОМ-порт широко применяется для подключения различных периферийных и коммуникационных устройств, связи с технологическим оборудованием, объек­тами управления и наблюдения, программаторами, внутрисхемными эмулятора­ми и прочими устройствами через протокол RS-232C. СОМ-порт может функ­ционировать и как двунаправленный интерфейс, у которого имеются 3 програмно-управляемых выходных линии и 4 программно-читаемых входных линии с двуполярными сигналами. Их использование определяется разработчиком. Су­ществует, например, схема однобитного широтно-импульсного преобразователя, позволяющего записывать звуковой сигнал на диск PC, используя входную ли­нию СОМ-порта. Воспроизведение этой записи через обычный динамик PC по­зволяет передать речь. В настоящее время, когда звуковая карта стала почти обя­зательным устройством PC, это не впечатляет, но когда-то такое решение каза­лось интересным.

3. Шина SCSI

Системный интерфейс малых компьютеров SCSI (Small Computer System Inter­face, произносится «скази») был стандартизован ANSI в 1986 году (ХЗ.131-1986). Интерфейс предназначен для соединения устройств различных классов: памяти прямого (жесткие диски) и последовательного доступа (стримеры), CD-ROM, оптических дисков однократной и многократной записи, устройств автоматичес­кой смены носителей информации, принтеров, сканеров, коммуникационных ус­тройств и процессоров. Устройством SCSI (SCSI Device) называется как хост-адаптер, связывающий шину SCSI с какой-либо внутренней шиной компьюте­ра, так и контроллер целевого устройства (target controller), с помощью которо­го устройство подключается к шине SCSI. С точки зрения шины все устройства могут быть равноправными и являться как инициаторами обмена (инициализи­рующими устройствами, ИУ), так и целевыми устройствами (ЦУ), однако чаще всего в роли ИУ выступает хост-адаптер. К одному контроллеру может подклю­чаться несколько ПУ, по отношению к которым контроллер может быть как внут­ренним, так и внешним. Широкое распространение получили ПУ со встроенным контроллером SCSI (embeded SCSI controller), к которым относятся накопители на жестких магнитных дисках, CD-ROM, стримеры. Каждое ЦУ может содер­жать до 8 независимо адресуемых логических устройств (ЛУ) со своими номе­рами LUN (Logical Unit Number), представляющих ПУ или их части.

По физической реализации интерфейс является 8-битной параллельной ши­ной с тактовой частотой 5 МГц. Шина допускает подключение до 8 устройств, скорость передачи данных в первоначальной версии достигала 5 Мбайт/с. Впо­следствии (1991 г.) появилась спецификация — SCSI-2 (ХЗ.131-1994), расширяющая возможности шины. Тактовая частота шины Fast SCSI-2 достигает 10 МГц, a Ultra SCSI-2 — 20 МГц. Разрядность данных может быть увеличена до 16 бит — эта версия называется Wide SCSI-2 (широкий), а 8-битную версию стали назы­вать Narrow (узкий). 16-битная шина допускает 16 устройств. Стандарт SCSI-2 определяет и 32-битную версию интерфейса, но стоимость интерфейса стала бы неоправданно высокой. Спецификация SCSI-2 определяет систему команд, ко­торая включает набор базовых команд CCS (Common Command Set), обязатель­ных для всех ПУ, и специфических команд для периферии различных классов. Стандарт полностью описывает протокол взаимодействия устройств, включая структуры передаваемой информации. Поддержка устройствами исполнения це­почек команд (до 256 команд) и независимость работы устройств друг от друга обусловливают высокую эффективность SCSI в многозадачных системах. Воз­можность присутствия на шине более одного контроллера (инициатора обмена) позволяет обеспечить разделяемое использование периферии несколькими ком­пьютерами, подключенными к одной шине.

SCSI-3 — дальнейшее развитие стандарта, направленное на увеличение коли­чества подключаемых устройств, расширение системы команд и поддержку техно­логии Plug and Play. В качестве альтернативы параллельному интерфейсу SPI (SCSI-3 Parallel Interface) появляется возможность применения последовательно­го, в том числе волоконно-оптического интерфейса со скоростью 100 Мбайт/с.

Стандарт SCSI-3 предполагает раз­личные варианты протокольного и физического уровня интерфейса, включаю­щие как параллельные, так и последовательные шины.

Для параллельных шин скорость передачи данных определяется частотой пе­редач, измеряемой в миллионах передач в секунду — MT/s (Mega Transfer/sec), и разрядностью.

Параллельный интерфейс SCSI

Физически «узкий» интерфейс SCSI представляет собой шину, состоящую из 18 сигнальных и нескольких питающих цепей. Для защиты от помех каждая сигнальная цепь имеет отдельный обратный провод. На применяемых двухрядных разъемах контакты сигнальных и обратных цепей располагаются друг против друга. Это позволяет применять в качестве кабелей, как витые пары проводов, так и плоские ленточ­ные кабели, где сигнальные и обратные провода чередуются.

По типу сигналов различают линейные (single ended) и дифференциальные (differential) версии SCSI. Их кабели и разъемы идентичны, но электрической совместимости устройств нет.

Низковольтный дифференциальный интерфейс LVD позволяет работать на ча­стотах 40, 80 и 160 MT/s в устройствах Ultra2, Ultral60 и Ultra320 SCSI при длине шины 25 м (8 устройств) или 12 м (16 устройств). Устройства LVD совме­стимы с устройствами SE благодаря возможности их автоматического перекон­фигурирования (Multimode LVD). Устройства LVD распознают напряжение на линии DIFFSENS и по низкому уровню напряжения на ней способны переклю­чаться из режима LVD (дифференциальный) в SE (линейный).

В качестве шины используется плоский или круглый гибкий кабель. Плоский кабель используют для соединения устройств, расположенных в одном корпусе. На нем может быть наколото несколько разъемов. При необходимости кабели могут сращиваться через специальные переходные разъемы-адаптеры. Круглый кабель, состоя­щий из витых пар, используют для соединения вне корпусов устройств. ПУ внеш­него исполнения обычно имеют два разъема, что позволяет соединить их в це­почку.

В настоящее время ассортимент разъемов, применяемых в устройствах SCSI, довольно широк, что иногда заставляет использовать переходные адаптеры. Разъе­мы различаются как по числу, так и по форме и размеру контактов. Практически все разъемы двухрядные, и раскладка цепей рассчитана на чередование сигналь­ных и обратных проводов.

Типы разъемов:

1 IDC-50 — разъемы для соединения внутренних устройств

2 СХ-50 — разъемы типа Centronics, аналогичные применяемым в принте­рах (но 50-контактные).

3 DB-25 — разъемы с круглыми штырьковыми контактами в металлическом кожухе D-образной формы (как на LPT-порте компьютера).

4  HD-50, они же MiniDSO, — Часто называются «внешними SCSI-2» (SCSI-2 External).

5  HD-68, они же MiniD68, — аналогичные разъемы, но с 68 контактами.

6  VHDCI-68 — внешние разъемы с особо высокой плотностью (Very High Density Connector).

7  МСХ (Micro-centronics) — разъемы в стиле Centronics, но в миниатюрном варианте.

8 SCA (Single Connector Attachment) — разъем для подключения устрой­ства одним разъемом.

На концах кабелей обязательно устанавливаются терминаторы, согласован­ные по импедансу с кабелем. Терминаторы служат  для предотвра­щения отражения сигналов от концов кабеля. По исполнению терминаторы мо­гут быть внутренними и внешни­ми.  По электрическим свойствам различают пассивные, активные и FPT-терминаторы.

Каждое устройство SCSI, подключенное к шине, должно иметь свой уникаль­ный адрес, назначаемый при конфигурировании. Адресация устройств на шине в фазах выборки осу­ществляется через идентификатор SCSI ID, представляющий адрес в позицион­ном коде. Адрес определяет номер той линии шины данных, которая осуществ­ляет выборку данного устройства.

Информация по шине данных передается побайтно (пословно) асинхронно, используя механизм запросов (REQuest) и подтверждений (ACKnowledge). Интерфейс имеет возможность синхронной передачи дан­ных, ускоряющей обмен.

Для управления интерфейсом служит система сообщений — Message System, которыми обмениваются ИУ и ЦУ.

С помощью сообщений согласуются параметры синхронного режима и раз­рядность данных. Процесс согласования синхронного обмена называется Synch­ronous Negotiation. Согласование режимов не должно инициироваться в каждом процессе, поскольку затраты времени на эту процедуру сводят на нет выигрыш в производительности.

Конфигурирование устройств SCSI

  Все, устройства на шине должны быть согласованно сконфигурированы. Для них требуется программно или с помощью джамперов установить основные пара­метры:

1 Идентификатор устройства SCSI

2  Контроль паритета

3  Включение терминаторов*

4  Питание терминаторов

5  Согласование скорости синхронного обмена

6  Разрешение отключения (Enable disconnection)

7   Согласование ширины шины данных

8   Запрет 16-разрядного режима

9  Принудительное переключение в линейный режим (Force SE).

10 Запрет синхронизации по обоим фронтам (Disable U160).

11 Старт по команде (Start on command)

______________________________________________________________________

* Правильная установка терминаторов крайне существенна — отсутствие/избыток терминаторов может привести к неустойчивости или неработоспособности интерфейса.

Хост-адаптер SCSI

   Хост-адаптер является важнейшим узлом интерфейса, определяющим произво­дительность системы SCSI. Существует широкий спектр адаптеров. К простей­шим можно подключать только устройства, некритичные к производительности. Такие адаптеры входят в комплект поставки сканеров, а подключение к ним дис­ка может оказаться невозможным. Высокопроизводительные адаптеры имеют собственный специализированный процессор, большой объем буферной памяти и используют высокоэффективные режимы прямого управления шиной для дос­тупа к памяти компьютера. При выборе интерфейса, к которому подключается хост-адаптер, необходимо учитывать производительность — интерфейс не должен стать узким местом при обмене с высокопроизводительными устройствами SCSI.

Конфигурирование хост-адаптеров.

 Конфигурирование хост-адаптеров с точки зрения шины SCSI не отличается от конфигурирования других устройств. Для современных адаптеров вместо джамперов используется программное конфигурирование, хост-адаптер должен быть сконфигурирован и с точки зрения шины расширения, к которой он подключается.

Всем устройствам SCSI требуются специальные драйверы. От драйверов сильно зависит производительность устройств SCSI. Наиболее предпочтительны драйверы, работающие в режиме пря­мого управления шиной (bus mastering); их применение позволяет реализовать все преимущества SCSI в многозадачных системах.

4. Шина USB

USB (Universal Serial Bus — универсальная последовательная шина) является промышленным стандартом расширения архитектуры PC, ориентированным на интеграцию с телефонией и устройствами бытовой электроники. Шина USB со­всем молодая — версия 1.0 была опубликована в начале 1996 года, и скептики иронично расшифровывали ее название как «неиспользуемая последовательная шина» (Unused Serial Bus). Однако сейчас устройств с интерфейсом USB уже предостаточно.  Шина позволяет соединять ус­тройства, удаленные от компьютера на расстояние до 25 м (с использованием промежуточных хабов). Шипа USB ориентирована на периферийные устройства, подключаемые к PC. Изохронные передачи USВ позволяют передавать цифровые аудио-сигналы, видеоданные. Все передачи управляются централи­зованно, и PC является необходимым управляющим узлом, находящимся в кор­не древовидной структуры шины. Адаптер USB пользователи современных ПК получают почти бесплатно, поскольку он входит в состав всех современных чип­сетов системных плат. Непосредственное соединение нескольких PC шиной USB не предусматривается, хотя выпускаются «активные кабели» для связи пары ком­пьютеров и устройства-концентраторы.

Организация шины USB

   USB обеспечивает обмен данными между хост-компьютером и множеством пе­риферийных устройств (ПУ). Согласно спецификации USB, устройства (device) могут являться хабами, функциями или их комбинацией. Хаб (hub) только обес­печивает дополнительные точки подключения устройств к шине. Устройство-функция (function) USB предоставляет системе дополнительные функциональ­ные возможности, например подключение к ISDN, цифровой джойстик, акусти­ческие колонки с цифровым интерфейсом и т. п. Комбинированное устройство (compound device), реализующее несколько функций, представляется как хаб с подключенными к нему несколькими устройствами. Устройство USB должно иметь интерфейс USB, обеспечивающий полную поддержку протокола USB, вы­полнение стандартных операций (конфигурирование и сброс) и предоставление информации, описывающей устройство. Работой всей системы USB управляет хост-контроллер (host controller), являющийся программно-аппаратной подсис­темой хост-компьютера. Шина позволяет подключать, конфигурировать, исполь­зовать и отключать устройства во время работы хоста и самих устройств.

Шина USB является хост-центрической: единственным ведущим устройством, которое управляет обменом, является хост-компьютер, а все присоединенные к ней периферийные устройства — исключительно ведомые.

В отличие от громоздких дорогих шлейфов параллельных шин АТА и особен­но шины SCSI с ее разнообразием разъемов и сложностью правил подключения, кабельное хозяйство USB простое и изящное. Кабель USB содержит одну экра­нированную витую пару с импедансом 90 Ом для сигнальных цепей и одну не­экранированную для подачи питания (+5 В), допустимая длина сегмента — до -5 м. Система кабелей и коннекторов USB не дает возможности ошибиться при подключении устройств. Для рас­познавания разъема USB на корпусе устройства ставится стандартное символи­ческое обозначение.

   Каждое устройство на шине USB (их может быть до 127) при подключении ав­томатически получает свой уникальный адрес. Логически устройство представ­ляет собой набор независимых конечных точек (endpoint), с которыми хост-кон­троллер (и клиентское ПО) обменивается информацией.

Каждое устройство обязательно имеет конечную точку с номером 0, исполь­зуемую для инициализации, общего управления и опроса его состояния.

Кроме нулевой точки устройства-функции могут иметь дополнительные точ­ки, реализующие полезный обмен данными. Дополнительные точки не могут быть использованы до их конфигурирования (установления согласованного с ними канала).

Каналом (pipe) в USB называется модель передачи данных между хост-кон­троллером и конечной точкой устройства. Имеются два типа каналов: потоки и сообщения. Поток (stream) доставляет данные от одного конца канала к дру­гому, он всегда однонаправленный. Сообщения (message) имеют формат, определенный спецификацией USB.

Каналы организуются при конфигурировании устройств USB. Для каждого включенного устройства суще­ствует канал сообщений (Control Pipe 0), по которому передается информация конфигурирования, управления и состояния.

Типы передач данных

Архитектура USB допускает четыре базовых типа передачи данных.

1 Управляющие посылки (control transfers) 1

2 Передачи массивов данных (bulk data transfers)

3  Прерывания (interrupt)

4 Изохронные передачи (isochronous transfers)

Архитектура USB предусматривает внутреннюю буферизацию всех устройств, причем чем большей полосы пропускания требует устройство, тем больше дол­жен быть его буфер. USB должна обеспечивать обмен с такой скоростью, чтобы задержка данных в устройстве, вызванная буферизацией, не превышала нескольких миллисекунд.

Устройства и хабы

Хаб — кабельный концентратор — является ключевым элементом системы РnР в архитектуре USB. Хаб выполняет множество функций:

1  обеспечивает физическое подключение устройств, формируя и восприни­мая сигналы в соответствии со спецификацией шины на каждом из своих портов;

2       управляет подачей питающего напряжения на нисходящие порты, причем предусматривается установка ограничения на ток, потребляемый каждым портом;

3       отслеживает состояние подключенных к нему устройств, уведомляя хост об изменениях;

4       обнаруживает ошибки на шине, выполняет процедуры восстановления и изолирует неисправные сегменты шины;

5   обеспечивает связь сегментов шины, работающих на разных       скоростях.           

Устройства, подключенные к шине USB, могут пребывать в следующих со­стояниях:

1       Attached — устройство подключено, но питание еще не подано;

2       Powered — устройство подключено, питание подано, но еще не выполнен сброс;

3  Default — устройство подключено, питание подано и выполнен сброс, но уникальный адрес еще не назначен, и устройство отзывается по «дежурно­му» нулевому адресу;

4  Address — устройство подключено, питание подано, выполнен сброс и на­значен уникальный адрес, но устройство еще не сконфигурировано;

5  Configured — устройство подключено, питание подано, выполнен сброс, назначен уникальный адрес и устройство сконфигурировано; хост может использовать функции, предоставляемые устройством; после конфигури­рования (начального или смены конфигурации) все регистры, счетчики и т. п. программные и аппаратные элементы устанавливаются в исходное состояние;

6 Suspended — устройство подключено и питание подано, но приостановле­но в целях энергосбережения (по отсутствию активности шины в течение определенного времени); устройство может уже иметь уникальный адрес и быть сконфигурированным, но хост не «может использовать функции, предоставляемые устройством (устройство выйдет из этого состояния, ког­да обнаружит активность шины).

Хост

  У каждой шины USB должен быть один (и только один!) хост-компьютер с контроллером USB. Хост делится на три основных уровня.

1 Интерфейс шины USB

2 Система USB.  Система состоит из трех основных частей.

А  Драйвер хост-контроллера — HCD (Host Controller Driver) —

Б   Драйвер USB — USBD (USB Driver)

В  Программное обеспечение хоста

3 Клиенты USB

В совокупности уровни хоста имеют следующие возможности:

1       обнаружение фактов подключения и отсоединения устройств USB;

2       манипулирование потоками управления между устройствами и хостом;

3       манипулирование потоками данных;

4       сбор статистики активности и состояний устройств;

5 управление электрическим интерфейсом между хост-контроллером и уст­ройствами USB, включая управление электропитанием.

Хост-контроллер является аппаратным посредником между устройствами USB и хостом.

USB поддерживает динамическое подключение и отключение устройств. Ну­мерация устройств шины является постоянным процессом, отслеживающим из­менения физической топологии.

Хост определяет, является новое подключенное устройство хабом или функ­цией, и назначает ему уникальный адрес USB.

Применение шины USB

Благодаря своей универсальности и способности эффективно передавать разно­родный трафик шина USB применяется для подключения к PC самых разнооб­разных устройств. Она призвана заменить традиционные порты PC — СОМ и LPT, а также порты игрового адаптера и интерфейса MIDI. Привлекательность USB придает возможность подключения/отключения устройств на ходу и возмож­ность их использования практически сразу, без перезагрузки ОС.

Основные области применения USB:

Устройства ввода — клавиатуры, мыши, трекболы, планшетные указатели и т. п. Здесь USB предоставляет единый интерфейс для различных устройств.

Принтеры — USB обеспечивает примерно ту же скорость, что и LPT-порт в режиме ЕСР, но при использовании USB не возникает проблем с длиной кабе­ля и подключением нескольких принтеров к одному компьютеру (правда, требу­ются хабы), а так же позволит ускорить печать в режиме высокого разрешения за счет сокращения времени на передачу больших массивов данных:

Сканеры: применение USB позволяет отказаться от использования контрол­леров SCSI или занятия LPT-порта.

Аудио — колонки, микрофоны, головные телефоны (наушники). USB позво­ляет передавать потоки данных, достаточные для обеспечения самого высокого качества. Передача в цифровом виде от самого источника сигнала до приемника и цифровая обра­ботка в хост-компьютере обеспечивают избавление от проблем наводок.

Музыкальные синтезаторы и MIDI-контроллеры с интерфейсом USB — шина позволяет компьютеру обрабатывать потоки множества каналов MIDI

Видео- и фотокамеры — USB позволяет передавать статические изобра­жения любого разрешения за приемлемое время, а также передавать поток ви­деоданных с достаточной частотой кадров и высоким разрешением без сжатия (и потери качества). С интерфейсом USB выпускают как камеры, так и устройства захвата изображения с телевизионного сигнала и TV-тюнеры.

Коммуникации — с интерфейсом USB выпускают разнообразные модемы, включая кабельные и xDSL, адаптеры высокоскоростной инфракрасной связи (IrDA FIR) — шина позволяет преодолеть предел скорости СОМ-порта (115,2 Кбит/с), не повышая загрузку центрального процессора.

Преобразователи интерфейсов позволяют через порт USB, имеющийся теперь практически на всех компьютерах, подключать устройства с самыми разнообраз­ными интерфейсами.

Устройства хранения — винчестеры, устройства чтения и записи CD и DVD, стримеры скорость передачи данных становится соизмеримой с АТА и SCSI, а ограничений по количеству устройств достичь трудно.

Игровые устройства — джойстики всех видов (от «палочек» до автомобиль­ных рулей), пульты с разнообразными датчиками (непрерывными и дискретны­ми) и исполнительными механизмами— подключаются унифицированным способом.

Телефоны — аналоговые и цифровые (ISDN). Подключение телефонного ап­парата позволяет превратить компьютер в секретаря с функциями автодозвона, автоответчика, охраны и т. п.

Мониторы. — здесь шина USB используется для управления параметрами монитора. USB-мониторы позволяют системе управлять ими — регулировки яркости, контраста, цветовой температуры и т. п. могут теперь выполняться программно, а не только от кно­пок лицевой панели монитора.

Электронные ключи — устройства с любым уровнем интеллектуальной защи­ты могут быть выполнены в корпусе вилок USB. Они гораздо компактнее и мо­бильнее аналогичных устройств для СОМ-  и  LPT-портов.

Хабы USB выпускаются как в виде отдельных устройств, так и встраиваются в периферийные устройства (клавиатуры, мониторы).

Список литературы:

1.     Гук М. Аппаратные средства IBM PC. Энциклопедия, 2-е изд.-СПб.: Питер,2002. –928 с.:ил.

2.      Леонтьев В. П., «Новейшая энциклопедия персонального компьютера», издательство «Олма-Пресс», Москва, 2003