Конфігурація паралельних портів

Паралельні порти відрізняються простішою конфігурацією, ніж послідовні. Навіть в BIOS перших комп'ютерів IBM PC було передбачено три порти LPT. У табл. 17.8 приведені стандартні адреси вводу-виводу і установки переривань для паралельних портів.

Оскільки в BIOS і DOS завжди визначені три паралельні порти, проблеми навіть в старих комп'ютерах виникають рідко. Проте вони можуть з'явитися в системах з шиною ISA через брак апаратних переривань. Для звичного друку порт з апаратним перериванням не є життєво необхідним — в багатьох програмах ця можливість навіть не передбачена. Проте переривання іноді використовуються в програмах: наприклад, при виконанні фонових процесів друку в мережі або інших процесів друку з підкачкою даних (з буфера друку).

При швидкому друці на лазерному принтері також використовуються переривання. Саме тому, якщо ви використовуєте одну з вказаних програм, працювати вона буде дуже повільно (якщо взагалі працюватиме). Єдиний вихід з такої ситуації — використання порту з перериванням. У сучасних комп'ютерах операційні системи MS DOS і Windows 9x/Ме/2000 можуть підтримувати до 128 паралельних портів.

При конфігурації паралельних портів в комп'ютерах з шиною ISA/PCI звичайно переставляють перемички і перемикачі. Враховуючи різноманіття плати, що продається в даний час різними виробниками, необхідно перед конфігурацією ознайомитися з керівництвом по експлуатації, що практично завжди містить корисні відомості про цю процедуру.

Таблиця 17.8. Стандартні адреси вводу-виводу і переривання паралельних портів

Стандартний порт	Альтернативний порт	Введення-вивід	Переривання
LPT1	-	3BCh-3BFh	IRQ 7
LPT1	LPT2	378h-37Ah	IRQ 5
LPT2	LPT3	278h-27Ah	IRQ 5

USB і 1394 (i.Link) FireWire - нові інтерфейси вводу-виводу

В даний час для настільних і портативних комп'ютерів розроблено два високошвидкісні пристрої з послідовною шиною: USB (Universal Serial Bus — універсальна послідовна шина) і IEEE-1394, звана також i.Link або FireWire. Ці високошвидкісні комунікаційні порти відрізняються від стандартних паралельних і послідовних портів, встановлених в більшості сучасних комп'ютерів, ширшими можливостями. Перевага нових портів полягає у тому, що їх можна використовувати як альтернативу SCSI для високошвидкісних з'єднань з периферійними пристроями, а також під'єднувати до них всі типи зовнішніх периферійних пристроїв (тобто в даному випадку зроблена спроба об'єднання пристроїв вводу-виводу).

Новим напрямом в розвитку високошвидкісних периферійних шин є викорисання послідовної архітектури. Для передачі інформації в паралельній архітектурі, де біти передаються одночасно, необхідні лінії, що мають 8, 16 і більше дротів. Можна припустити, що за один і той же час через паралельний канал передається більше даних, ніж через послідовний, проте насправді збільшити пропускну здатність послідовного з'єднання набагато легше, ніж паралельного.

Паралельне з'єднання володіє рядом недоліків, одним з яких є фазовий зсув сигналу, через що довжина паралельних каналів, наприклад SCSI, обмежена (не повинна перевищувати 3 м). Проблема у тому, що, хоча 8- і 16-розрядні дані одночасно пересилаються передавачем, через затримки одні біти прибувають в приймач раніше інших. Отже, чим довше кабель, тим більше час затримки між першим і останнім прибулими бітами на приймальному кінці.

Послідовна шина дозволяє одноразово передавати 1 біт даних. Відсутність затримок при передачі даних дозволяє значно збільшити тактову частоту. Наприклад, максимальна швидкість передачі даних паралельного порту ЕРР/ЕСР досягає 2 Мбайт/с, тоді як порти IEEE-1394 (у яких використовується високошвидкісна послідовна технологія) підтримують швидкість передачі даних, рівну 400 Мбіт/с (близько 50 Мбайт/с), тобто в 25 разів вище. Швидкість передачі даних інтерфейсу USB 2.0 досягає 480 Мбіт/с (близько 60 Мбайт/с)!

Ще одна перевага послідовного способу передачі даних— можливість використання тільки одно- або двохдротяного каналу, тому перешкоди, що виникають при передачі, дуже малі, чого не можна сказати про паралельне з'єднання.

Вартість паралельних кабелів досить висока, оскільки дроти, призначені для паралельної передачі, не тільки використовуються у великій кількості, але і спеціальним чином укладаються, щоб запобігти виникненню перешкод, а це вельми трудомісткий і дорогий процес. Кабелі для послідовної передачі даних, навпаки, дуже дешеві, оскільки складаються з декількох дротів і вимоги до їх екранування набагато нижчі, ніж у використовуваних для паралельних з'єднань.

Саме тому, а також враховуючи вимоги зовнішнього периферійного інтерфейсу Plug and Play і необхідність усунення фізичного нагромадження портів в портативних комп'ютерах, були розроблені ці дві високошвидкісні послідовні шини, використовувані вже сьогодні. Не дивлячись на те що шина IEEE 1394 була спочатку призначена для вузькоспеціалізованого використовування (наприклад, з відеокамерами стандарту DV), зараз вона застосовується і з іншими пристроями на зразок професійних сканерів і зовнішніх жорстких дисків.

Універсальна послідовна шина USB

У USB реалізована можливість підключення великої кількості периферійних пристроїв до комп'ютера. При підключенні пристроїв до USB не потрібно встановлювати плати в роз'єми системної плати і реконфігуріровати систему, крім того, економно використовуються такі важливі системні ресурси, як IRQ (запити переривання). При підключенні периферійного устаткування до персональних комп'ютерів, оснащених шиною USB, його настройка відбувається автоматично, відразу після фізичного підключення, без перезавантаження або установки.

Основним ініціатором розробки стандарту USB виступила Intel. Починаючи з набору мікросхем системної логіки Triton П (82430НХ), в якому стандарт USB був втілений в мікросхемі РПХЗ South Bridge, компанія Intel підтримує цей стандарт у всіх своїх наборах мікросхем системної логіки. Спільно з Intel над створенням універсальної послідовної шини працювало ще сім компаній, серед яких Compaq, Digital, IBM, Microsoft, NEC і Northern Telecom. Ними був створений USB Implement Forum (USB-IF), метою якого є розвиток, підтримка і розповсюдження архітектури USB.

Перша версія USB анонсована в січні 1996 року, а версія 1.1 — у вересні 1998. У цій специфікації детальніше описані концентратори і інші пристрої. Більшість USB-пристроїв повинна бути сумісною із специфікацією 1.1, навіть якщо вони випущені до її офіційної публікації. У новій специфікації USB 2.0 швидкість передачі даних в 40 разів вища, ніж в оригінальній USB 1.0; крім того, забезпечується повна зворотна сумісність пристроїв. Плата розширення PCI (для настільних систем) і плата PC Card Cardbus-сумісних портативних комп'ютерів дозволяють модернізувати комп'ютери ранніх версій, що не мають вбудованих роз'ємів USB. Більшість плат розширення підтримує специфікацію USB 1.1, але деякі з них вже підтримують стандарт USB 2.0.

USB1.1

Універсальна послідовна шина версії 1.1 — це інтерфейс, що працює із швидкістю 12 Мбіт/с (1,5 Мбайт/с) і заснований на простому 4-дротяному з'єднанні. Ця шина підтримує до 127 пристроїв і використовує топологію зірки, побудовану на розширяльних концентраторах, які можуть входити в персональний комп'ютер, будь-який периферійний пристрій USB і навіть бути окремими пристроями. Для таких низькошвидкісних периферійних пристроїв, як клавіатура і миша, в універсальній послідовній шині передбачений "повільніший" підканал, що працює із швидкістю 1,5 Мбіт/с.

У USB використовується кодування даних NRZI (Non Return to Zero Invent). У цьому методі кодування зміна рівня напруги відповідає 0, а його відсутність — 1. NRZI є вельми ефективною схемою кодування даних, оскільки при її використанні не потрібні додаткові сигнали, наприклад синхроімпульси.

Для одночасного підключення декількох пристроїв USВ необхідно використовувати концентратор. За допомогою концентратора до одного порту USB можна підключити клавіатуру, мишу, цифрову камеру, принтер, телефон і т.д. У комп'ютері встановлюється модуль, що назвається кореневим концентратором, — початкова точка для підключення решти пристроїв. Практично всі системні плати мають два, чотири або більше портів USB. Підключаючи декілька концентраторів, можна створити каскадну структуру до п'яти рівнів в глибину. Типовий концентратор показаний на мал. 17.5.

Порада

Для підвищення надійності передачі даних рекомендується використовувати концентратор з власним енергозабезпеченням, підключений в адаптер АС. Концентратори, живлення до яких подається по шині, підключеній до роз'єму USB основного концентратора системи, далеко не завжди можуть забезпечити достатню потужність енергоємним пристроям на зразок оптичної миші.

Максимальна довжина кабелю між двома працюючими на граничній швидкості (12 Мбіт/с) пристроями або пристроєм і концентратором (мал. 17.6) — п'ять метрів.

У кабелі використовується екранована вита пара. Максимальна довжина кабелю для низькошвидкісних (1,5 Мбіт/с) пристроїв при використанні нескрученої пари дротів — три метри. Причому ці відстані зменшуються, якщо використовується тонший дріт.

Швидкість передачі даних, підтримувана стандартом USB 1.1, менше, ніж при передачі даних по FireWire або SCSI, але, не дивлячись на це, такої швидкості цілком достатньо для підключення периферійних пристроїв. Інтерфейс USB 2.0 працює приблизно в 40 разів швидше, ніж USB 1.1; швидкість передачі даних досягає 480 Мбіт/с (або 60 Мбайт/с). Однією з властивостей USB 2.0 є можливість виконання паралельних операцій, що дозволяє пристроям USB 1.1 передавати дані одночасно, не переповнюючи канал шини USB.

Таблиця 17.9. Залежність максимальної довжини кабелю від питомого опору дротів

Товщина	Питомий опір, Ом/м	Довжина (макс.), м
28	0,232	0,81
26	0,145	1,31
24	0,091	2,08
22	0,057	3,33
20	0,036	5,00

Роз'єми USB

Існує два типи роз'ємів (штепселів) USB — А і В, які, на відміну від типового кабелю, під'єднуваного до послідовного або паралельного порту, не прикручуються гвинтами. Штепсель USB (мал. 17.7) вставляється в роз'єм USB на персональному комп'ютері. У табл. 17.10 приведена схема розташування виводів в 4-дротяному роз'ємі USВ.

Роз'єми і гнізда серії А і В

Таблиця 17.10. Схема розташування висновків в роз'ємі USB

Контакт	Сигнал	Примітка
1	VCC	Кабель живлення
2	Дані (-)
3	Дані (+)
4	Загальний	Заземлення кабелю

USB задовольняє вимогам технології Plug and Play компанії Intel, зокрема вимозі гарячого підключення, при якому пристрій може під'єднуватися до комп'ютера без виключення живлення і перезавантаження системи. Потрібно просто підключити пристрій, після чого контроллер USB, встановлений в комп'ютері, самостійно його знайде, а також додасть необхідні для роботи ресурси і драйвери. Компанія Microsoft вже розробила спеціальні драйвери USВ і включила їх в операційні системи Windows 98 і вище. Підтримка універсальної послідовної шини необхідна також і в BIOS; шина USB встановлюється в нових системах, що мають вбудовані порти USB. Існує також плата USB, за допомогою яких можна додати можливості універсальної послідовної шини у вже існуючі комп'ютери. До USB можна підключити такі периферійні пристрої, як модеми, телефони, джойстики, клавіатури і пристрої управління покажчиком (миші).

Цікавою особливістю USB є можливість підведення потужності до всіх пристроїв, що підключаються, через шину. Завдяки підтримці Plug and Play система "опитує" пристрій, що підключається, про його енергетичні потреби і, якщо рівень потужності перевершує допустимий, видає попередження. Це найбільш ефективно для портативних комп'ютерів, місткість батарей яких обмежена.

Завдяки пристроям USB здійснюється самовизначення периферійного устаткування, що значно спрощує його установку. Це означає, що не потрібно встановлювати унікальні адреси для кожного периферійного пристрою — USB робить це автоматично. Причому при підключенні або відключенні пристроїв USB не потрібно вимикати комп'ютер або перезавантажувати систему. Проте повинна бути виконана одна умова: операційна система повинна підтримувати USB. Спочатку Windows 95 і Windows NT 4.0 не підтримували USB, але пізніше підтримка USB була реалізована у версії OSR 2 (OEM Service Release 2) Windows 95 (також званої Windows 95B).

Підтримка USB

Багато систем, випущених ще до того, як у середині 1998 року була представлена операційна система Windows 98, містять заблоковані вбудовані порти USB. Слід помітити, що за зовнішнім виглядом комп'ютера не можна визначити, які системи мають вбудовану підтримку USB. Зокрема, це торкається системної плати формфактора Baby-АТ. Зв'язано це з тим, що дані системи не були оснащені кабельними роз'ємами USB, необхідними для виводу з'єднувачів кореневого концентратора USB з системної плати на задню панель системного блоку.

В тому випадку, якщо підтримка USB відключена в базовій системі вводу-виводу, перезапустіть комп'ютер, відкрийте відповідний екран настройок BIOS і встановіть необхідні параметри USB. Встановіть при необхідності переривання USB. Після перезапуску комп'ютера, який вже "знає" про існування USB, операційна система розпізнає кореневий концентратор USB. Якщо ви використовуєте Windows 98 або новішу операційну систему, драйвери USB будуть встановлені автоматично; у Windows 95 це доведеться зробити вручну.

"Знайдені" порти USB можуть бути використані зразу ж після інсталяції драйверів і перезавантаження комп'ютера (звичайно, за наявності відповідних роз'ємів USB). В тому випадку, якщо системна плата не оснащена роз'ємами USB, слід придбати відповідні кабельні роз'єми. Не забудьте перед цим перевірити конфігурацію висновків роз'єму USB на системній платі. Стандартним є розташування в два ряди по п'ять висновків в кожному.

Одне з найзначніших достоїнств інтерфейсу типа USB полягає у тому, що для обслуговування всіх пристроїв універсальної послідовної шини потрібне тільки одне-єдине переривання. Це означає, що можна приєднати 127 пристроїв і всі вони використовуватимуть одне переривання. У сучасних персональних комп'ютерах так часто не вистачає вільних адрес переривань, що ця, мабуть, найцінніша гідність USB.

В даний час випущено декілька унікальних пристроїв USB: USB-паралельний порт, USB-Ethernet, USB-SCSI, USB-PS/2 (стандартний порт клавіатури і миші) і мости прямого з'єднання USB, дозволяючі напряму підключити дві системи через USB. Пристрої USB-паралельний порт або USB-Ethernet дозволяють підключити периферійне устаткування з інтерфейсом RS232 або Centronics (наприклад, модеми або принтери) до порту USB. Перетворювач USB-Ethernet забезпечує підключення до локальної мережі через порт USВ. Драйвери, що поставляються з цими пристроями перетворення, дозволяють повністю емулювати роботу стандартного пристрою.

USB 2.0

Специфікація USB 2.0 назад сумісна з USB 1.1 і використовує ті ж кабелі, роз'єми і програмне забезпечення, але працює в 40 разів швидше за оригінальну специфікацію версій 1.0 і 1.1. Таке збільшення продуктивності дозволяє використовувати сучаснішу периферію — камери для відеоконференцій, сканери, принтери, пристрої зберігання даних. Для кінцевого користувача USB 2.0 нічим не відрізняється від 1.1, за винятком продуктивності. Всі існуючі пристрої USB 1.1 працюють на меншій швидкості з шиною USB 2.0. Порівняльні дані про продуктивність різних версій USB приведені в табл. 17.11.

Для роботи з високопродуктивними пристроями USB 2.0 необхідний концентратор, що підтримує цю ж версію специфікації USB. Можна використовувати старий концентратор USB 1.1, але збільшення продуктивності пристроїв USB 2.0 досягти не вдасться (максимальна швидкість передачі даних буде обмежена 1,5 Мбайт/с). Пристрої, підключені до концентратора USB 2.0, працюватимуть на максимальній швидкості — близько 60 Мбайт/с для USB 2.0 і 1,5 Мбайт/с для USB 1.1.

Таблиця 17.11. Швидкість передачі даних різних версій USB

Інтерфейс	Мбіт/с	Мбайт/с
USB 1.1 (низька швидкість)	1,5	0,1875
USB 1.1 (висока сюрость)	12	1,5
USB2.0	480	60

Для одночасної спільної роботи пристроїв USB 2.0 і 1.1, підключених до високопродуктивного концентратора USB 2.0, використовується складна система буферизації вхідних даних. Таким чином, кожен пристрій працюватиме на максимально можливій швидкості.

Як визначити, які з пристроїв підтримують стандарт USB 1.1, а які стандарт USB 2.0? В кінці 2000 року організація USB Implementer's Forum (USB-IF), яка являється власником і розробником стандартів USB, представила нові логотипи для виробів, що пройшли сертифікаційні випробування. Стандарт USB 1.1 тепер називається просто "USB", а стандарт USB 2.0 дістав назву "Hi-Speed USB".