Учебники 80389

сованием скорости (Synchronous Negotiation); данные контролируются по паритету.

Основным назначением SCSI-шины, как это было сформулировано в первой спецификации, разработанной в 1985 г., было «обеспечение аппаратной независимости подключаемых к компьютеру устройств определенного класса».

В отличие от жестких шин расширения SCSI-шина реализуется в виде отдельного кабельного шлейфа, который допускает соединение до восьми устройств (спецификация SCSI-1) внутреннего и внешнего исполнения. Одно из них - хост-адаптер (host adapter), связывает шину SCSI с системной шиной компьютера, семьдругихсвободныдляпериферии.

•дисковые внутренние и внешние накопители (CD-ROM, винчестеры, сменные винчестеры, магнитооптические диски и др.);

•стримеры;

•сканеры;

•фото- и видеокамеры;

•другое оборудование, применяемое не только для IBM PC.

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

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

Перечислим основные модификации интерфейса (табл. 6.3):

•SCSI-1 — строго определяет физические и электрические параметры интерфейса и минимум команд;

•SCSI-2 — определяет 18 базовых SCSI команд, обязательных для всех периферийных устройств, и дополнительные команды для CD-ROM и другой периферии. Устройства поддерживают очереди до 256 команд и

131

выполняют их в предварительно оптимизированном порядке автономно. Устройства на одной SCSI-шине могут обмениваться данными без участия процессора.

Дополнительные расширения SCSI-2:

•Fast SCSI-2 — удвоение скорости синхронной передачи;

•Wide SCSI-2 — 16- и 32-битные расширения SCSI-2;

•Ultra SCSI — сверхскоростной интерфейс.

SCSI-3 - дальнейшее развитие: 32 устройства, дополнительные команды, автоконфигурирование (Plug and Play) и т. п. Физический интерфейс допускает более длинные кабели. Возможно применение оптических кабелей.

Ультрапорт. Альтернативой шинным архитектурам является коммутационное устройство архитектуры ультрапорта UPA, предложенной корпорацией SUN Microsystems. Эта архитектура используется для тех же целей, что и шина. Однако, если через последнюю одновременно могут взаимодействовать только два объекта, UPA определяет одновременную передачу друг другу данных между несколькими парами объектов. Напри-

мер (рис. 6.8),

один из процессоров может взаимодействовать с оперативной памятью (пунктирная линия), а другой в то же время — с принтером (штрихпунктирная линия). UPA обеспечивает пропускную способность, равную 1,3 Гбайт/с.

132

6.4. Внешние интерфейсы

Принтеры, модемы и другое периферийное оборудование подключаются к компьютеру через стандартизированные интерфейсы, иногда называемые портами. В зависимости от способа передачи информации (параллельного или последовательного) между сопрягаемыми устройствами различают параллельные и последовательные интерфейсы.

Распространенными являются интерфейс Centronics (аналог в СНГ ИРПР-М ГОСТ 27942-88), обеспечивающий подключение широкого круга устройств с параллельной передачей информации, и RS-232S (аналог СНГ «Стык-2», ГОСТ 18125-81, ГОСТ 23675-79), наиболее широко применяемый для синхронной и асинхронной связи при соединении устройств с последовательной передачей информации. Данные традиционные интерфейсы в настоящее время вытесняются более быстродействующими — USB и FireWire (табл. 6.4).

Таблица 6.4. Характеристики основных внешних интерфейсов

Последовательный порт стандарта RS-232-C. Интерфейс RS-232-C

разработан EIА (Electronic Industries Association - Ассоциация производите-

лей электроники) и является стандартом для соединения ЭВМ с различными последовательными внешними устройствами, в качестве которых первоначально выступали в основном терминалы и печатающие устройства.

Коммутационное устройство

Рис. 6.8. Архитектура ультрапорта

IBM-PC совместимый ПК поддерживает интерфейс RS-232-C не в полном объеме (разъем, являющийся последовательным портом передает/принимает некоторые из сигналов, входящих в состав RS-232-C и имеющих соответствующие этому стандарту уровни напряжения). В операционных системах компьютеров IBM PC каждому порту RS-232-C присваивается логическое имя СОМ1 - COM4.

Последовательная передача данных состоит в побитовой передаче

133

каждого байта цифровой информации, в форме кадра данных, содержащего сигнал начала передачи (Start), сигнал окончания передачи (Stop) и информационные биты (рис. 6.9).

Бит ST сигнализирует о начале передачи данных, затем передаются информационные биты — вначале младшие, потом старшие.

Время

Рис. 6.9. Структура кадра данных в стандарте RS-232-C

Иногда используется контрольный бит Р, которому присваивается такое значение, чтобы общее число единиц или нулей было четным или нечетным. Это используется для контроля правильности передачи кадра. Приемное устройство проверяет кадр на четность и при несовпадении с ожидаемым значением передает запрос о повторе передачи кадра. Бит (или биты) SP сигнализирует об окончании передачи байта. Использование (или нет) битов Р, ST, SP задает формат передачи данных (кадра) на уровне RS-232. Прини-

мающее и передающее устройства должны применять одинаковые форматы. Основу последовательного порта составляет микросхема UART (Universal Asynchronous Receiver-Transmitter — универсальный асинхрон-

ный приемопередатчик - Intel 16450/16550/16550A).

UART содержит регистры (буферные, сдвиговые и др.) приемника и передатчика данных. При передаче байта информации он вначале записывается в буферный регистр передатчика, затем в сдвиговый регистр, откуда выдвигается по битам для последовательной передачи по линии связи. Обратный процесс происходит при приеме данных. Разъем для подключения последовательного порта (табл. 6.5)может содержать 25 или 9 выводов (соответственные обозначения - D25 и D9). Только два провода этих разъемов используются для передачи и приема данных. Остальные отведены для вспомогательных и управляющих сигналов, причем для соединения различных типов устройств может потребоваться различное количество выводов разъемов.

Стандарт RS-232-C определяет взаимодействие между устройствами двух типов:

•DTE (Data terminal equipment - оконечное/терминальное устройство);

•DCE (Data communication equipment — устройство связи).

Вбольшинстве случаев: компьютер, терминал - являются DTE, а модемы, принтеры, графопостроители — DCE.

Параллельный порт.

Впервом компьютере IBM PC существовал только один параллельный порт, предназначенный для передачи информации от компьютера к какомулибо устройству, например к принтеру. Однонаправленность параллельного порта первого PC вполне соответствовала его основному назначению - передачеданныхнапринтер.

134

Таблица 6.5. Структура разъемов интерфейса RS-232-C

Примечания.

1.Контакты 9—19, 21, 23—25 не используются.

2.Уровни напряжения на контактах составляют: для логического нуля - 15...-13 В;

для логической единицы +3...+15 В (промежуток -3...+3В соответствует отсутствию сиг-

Стандарт IEEE 1284. Этот стандарт был окончательно утвержден в марте 1994 года. В нем определены физические характеристики параллельных портов (режимы передачи данных и т.д.). Кроме того, в стандарте IEEE 1284 описан характер изменения внешних сигналов, поступающих на многорежимные параллельные порты компьютера, т.е. на порты, которые могут работать в 4- и 8-разрядном режимах, а также в режимах EPP и ECP.

Хотя IEEE 1284 был выпущен для стандартизации форм сигналов, с помощью которых компьютер “общается” с подключаемыми устройствами, в частности с принтером, этот стандарт интересен и для производителей периферийных устройств, подключаемых к параллельным портам (дисководов, сетевых адаптеров и др.).Поскольку IEEE 1284 предназначен только для аппаратного обеспечения и не содержит требований к программному обеспечению, работающему с параллельными портами, вскоре был разработан стандарт, определяющий требования к такому программному обеспечению и направленный на устранение различий между микросхемами параллельных портов разных производителей. В нем, в частности, описана спецификация для поддержки режима EPP через BIOS.

Стандартом IEEE 1284 предусмотрена более высокая пропускная способность соединения между компьютером и принтером или двумя компьютерами. Для реализации этой возможности стандартный кабель принтера не подходит. Стандартом IEEE 1284 для принтера предусмотрена витая пара. В стандарте IEEE 1284 определен также новый разъем. Разъем типа A определен как штыревой DB25, разъем типа B - как Centronics 36. Разъем типа C является

135

разъемом высокой плотности. Такие разъемы (типа С) устанавливаются на принтерахHewlett-Packard. Разъемывсехтрехтиповпоказанынарис. 6.10.

Рис. 6.10. Три различных разъема, определенных в стандарте IEEE 1284

Стандарт IEEE 1284 определяет пять режимов работы параллельного порта. Эти режимы комбинируются в порты четырех типов, как показано в табл. 6.6.

Определяемые стандартом IEEE 1284 режимы приведены в табл. 6.7.

Параллельный порт (Centronics) используется для одновременной передачи 8 битов информации. В компьютерах этот порт используется главным образом для подключения принтера, хотя это не исключает возможности подсоединения к нему других устройств, например графопостроителей или других ПК. Конструктивно он обычно оформлен в виде 25-контактного разъема типаD (DB25). ПараллельныепортыкомпьютераобозначаютсяLPT1-LPT4.

Имеется восемь шин (линий) данных, восемь шин заземления (для

136

каждой шины данных), кроме того, имеются следующие управляющие сигналы:

•сигнал STROBE (строб) на контакте 1 сообщает принтеру, что текущая передача данных окончена и принтер может печатать символ;

•Линия АСК (подтверждение готовности) на контакте 10. До тех пор, поканаэтойлиниивысокийпотенциал, компьютернепосылаетданных;

•линия BUSY (занятость) сигнализирует компьютеру о том, что принтер занят;

•линия SELECT (выбор) показывает, что принтер выбран (т. е. ре-

жим online);

•линия FDXT — автоматический перевод строки;

•линия Error (ошибки) — принтер сообщает об ошибке (например, кончилась бумага);

•линия Ink — компьютер переводит принтер в то состояние, в котором он находился после включения питания (т. е. начальное состояние);

•линия Slctin — по этой линии компьютеру сообщается, готов ли принтер принимать данные - при низком уровне сигнала принтер готов принимать данные, при высоком - нет.

Хотя чаще всего параллельный порт применялся для передачи данных из компьютера в принтер, его можно использовать и для приема данных от внешнего устройства. Сейчас имеются программно-аппаратные средства, которые позволяют осуществить ввод.

Параллельное соединение применяется на расстояниях не более 5 м, некоторые источники ограничивают расстояние 1-2 м; при увеличении длины параллельных проводов возрастает межпроводная емкость, что приводит к перекрестным помехам, кроме того, растут материальные затраты на реализацию линии

В принципе, современные параллельные порты должны быть двунаправленными и соответствовать требованиям стандарта ЕРР, поскольку ЕРР позволяет передавать данные в 10 раз быстрее,; чем стандартные параллельные порты (2 Мбит/с против 200 Кбит/с).

USB (Universal system bus) - стандарт, разработанный совместно фирмами Compaq, DEC, Microsoft, IBM, Intel, NEC и Northern Telecom,

предназначен для организации соединения многочисленных и разнотипных внешних устройств с помощью единого интерфейса (рис. 6.11).

В USB используется кодирование данных NRZI (Non Return to Zero Invent). В этом методе кодирования изменение уровня напряжения соответствует 0, а его отсутствие - 1. NRZI представляет собой весьма эффективную схему кодирования данных, поскольку при ее использовании не нужны дополнительные сигналы, например синхроимпульсы.

Стандарт USB позволяет подсоединить до 127 устройств последовательно или использовать концентратор USB (hub), к которому подсоединяются семь устройств. Разъемы содержат четыре контакта, включая провода питания (5 В) для таких небольших устройств, как ручной сканер или звуковая колонка (рис. 6.12).

Шина USB позволяет многоуровневое каскадирование - архитектурную особенностьшиныUSB, еелогическаятопологиямногоуровневаязвезда.

137

Переломным моментом в истории USB стал выход Windows 98, когда появилась поддержка, начался выпуск устройств, и технология начала свое существование не только у разработчиков, но и у пользователей, кстати, многие из которых относят ее появление именно к этому моменту.

Pentium

Процессор

Сегодня USB - это очень популярная универсальная последовательная шина. Предназначена для легкого подключения различного вида устройств - клавиатуры, мыши, джойстики, колонки, модемы, мобильные телефоны, ленточные, дисковые, оптические и магнитооптические накопители, флэшдиски, сканеры и принтеры, дигитайзеры, — словом все, что подключается к ПК. Также с ожиданием большого роста в области интеграции компьютеров и телефонии шина USB может выступать в качестве интерфейса для подключения устройств цифровой сети с интегрированными услугами (ISDN) и

цифровых устройств Private Branch eXchange (PBX).

Пропускной способности в 480 Мбит/с (версия 2.0) достаточно для удовлетворения потребностей всех этих применений в полной мере.

Добавление устройств больше не сопряжено с установкой дополнительных адаптеров, выполнением "сложного конфигурирования, ручным инсталлированием дополнительного программного обеспечения: система автоматически определяет, какой ресурс, включая программный драйвер и пропускную способность, нужен каждому периферийному устройству и делает этот ресурс доступным без вмешательства пользователя. Популярная периферия сегодня доступнаввариантахсUSB гораздочаще, чемсдругими.

Для одновременного подключения нескольких устройств USB необходимо использовать концентратор. С помощью концентратора к одному порту USB можно подключить клавиатуру, мышь, цифровую камеру, принтер, телефон и т.д. (рис.6.13). В компьютере устанавливается модуль, называемый корневым концентратором, - начальная точка для подключения всех остальных устройств. Практически все системные платы имеют два или четыре порта USB. Подключая несколько концентраторов, можно создать каскадную структуру до пяти уровней в глубину.

138

Максимальная длина кабеля между двумя работающими на предельной скорости (12 Мбит/с) устройствами или устройством и концентратором - пять метров. В кабеле используется экранированная витая пара (толщина провода -

Рис. 6.13. Использование концентраторов USB для подключения различ-

ных периферийных устройств.

20). Максимальная длина кабеля для низкоскоростных (1,5 Мбит/с) устройств при использовании нескрученной пары проводов - три метра. Причем эти расстоянияуменьшаются, еслииспользуетсяболеетонкийпровод.

Скорость передачи данных, поддерживаемая стандартом USB 1.1, меньше, чем при передачи данных по FireWire или SCSI, но, несмотря на это, такой скорости вполне достаточно для подключения периферийных устройств. Интерфейс USB 2.0 работает примерно в 40 раз быстрее, чем USB1.1; скорость передачи данных достигает 480 Мбит/с (или 60 Мбайт/с).

IEEE 1394 (FireWire). История IEEE 1394, теперь известного также как FireWire или i-Link, началась в 1986 г., когда члены Microcomputer Standards Committee (Комитет Стандартов для Микрокомпьютеров) захотели объединить существовавшие в то время различные варианты последовательной шины (Serial Bus).

Задачей разработчиков стало создание универсального внешнего интерфейса ввода-вывода, пригодного как для работы с мультимедиа, так и с накопителями данных (Mass Storage Device), не говоря уже о таких устройствах, как принтеры, сканеры, и т. п. Результатом труда разработчиков стал окончательно утвержденный 12 декабря 1995 г. документ, который описывал

IEEE 1394.

Ведущую роль в разработке стандарта играла Apple, которая дала ему имя FireWire, и сразу же сделала ставку на использование этого стандарта в своих компьютерах.

При разработке любительских цифровых видеокамер (DV) стало ясно, что наиболее подходящим внешним интерфейсом для них является

IEEE 1394. Поэтому, Digital VCR Conference (DVC) приняла решение ис-

пользовать IEEE 1394 как стандартный интерфейс для цифровых камер. Первой стала Sony с цифровыми камерами DCR-VX1000 и DCR-

VX700, которые впервые имели выход IEEE 1394. Сегодня любая DVкамера оснащается интерфейсом IEEE 1394. Компания Texas Instruments,

139

организовав массовое производство дешевых микросхем для реализации интерфейса IEEE T394, сыграла огромную роль в росте количества контроллеров IEEE 1394 в персональных компьютерах.

Из главных особенностей IEEE 1394 можно отметить:

•последовательная шина вместо параллельного интерфейса позволила использоватькабелималогодиаметраиразъемымалогоразмера(рис. 6.14);

•поддержка «горячего подключения» и отключения;

•питание внешних устройств через IEEE 1394 кабель;

•высокая скорость;

•возможность строить сети из различных устройств и самой различной конфигура-

ции (см. рис. 6.13);

•простота конфигурации и широта возможностей;

•поддержка асинхронной и синхронной пе-

различных спецификациях устанавливается быстродействие от 12,5 Мбит/с до 1,6 Гбит/с и выше. Это создает возможность для соединения интерфейсом FireWire с ЭВМ таких устройств, как аналоговые и цифровые видеокамеры, телевизоры, принтеры, сетевые карты и накопители информации.

Глава 7. Системные платы

7.1. Основные понятия системной платы

Важнейшим узлом компьютера является системная плата (system board), иногда называемая материнской (motherboard), основной или главной платой (main board). Существует несколько наиболее распространенных форм-факторов, учитываемых при разработке системных плат. Формфактор (form factor) представляет собой физические параметры платы и определяет тип корпуса, в котором она может быть установлена. Формфакторы системных плат могут быть стандартными (т.е. взаимозаменяемыми) или нестандартными. Нестандартные форм-факторы, к сожалению, являются препятствием для модернизации компьютера, поэтому от их использования лучше отказаться. Наиболее известные форм-факторы системных плат перечислены ниже.

Устаревшие:

•Baby-AT;

•полноразмерная плата AT;

•LPX.

Современные:

• ATX;

140