- •Электронный конспект лекций по курсу «Системы ввода - вывода и интерфейсы»
- •Глава 1. Основные принципы построения систем ввода-вывода и интерфейсов
- •1.1. Роль и место систем ввода-вывода и интерфейсов в компьютере
- •1.2. Основные принципы организации передачи информации в вычислительных системах
- •1.3. Компьютерные коммуникации и интерфейсы
- •1.4. Системные интерфейсы и шины расширения
- •1.5. Интерфейсы периферийных устройств
- •1.6. Структура систем ввода-вывода
- •1.7. Основные функции и принципы построения интерфейсов
- •1.8. Протоколы передачи данных в компьютерных интерфейсах
- •1.8.1. Алгоритмы протоколов передачи данных
- •1.8.2. Протокол параллельных интерфейсов
- •1.8.3. Протоколы последовательных интерфейсов
- •1.8.4. Принципы взаимодействия шин расширения и интерфейсов периферийных устройств
- •Глава 2. Шины расширения
- •2.1. Шина isa
- •2.1.1. Введение
- •2.1.1.1. Виды устройств, работающие на шине isa
- •2.1.1.1. Виды устройств, работающие на шине isa
- •2.1.2. Характеристики задатчиков на шине
- •2.1.2.2. Контроллер пдп
- •2.1.2.3. Внешняя плата
- •2.1.2.4. Режимы прямого доступа к памяти или к устройствам ввода/вывода
- •2.1.2.5. Режим сброса
- •2.1.2.6. Контроллер регенерации памяти
- •2.1.3. Общее описание шины isa
- •2.1.3.2. Адресное пространство для устройств ввода/вывода
- •2.1.3.3. Структура прерываний
- •2.1.3.4. Перестановщик байтов
- •2.1.4. Описание сигналов на шине isa
- •2.1.4.2. Командные сигналы
- •2.1.4.3. Центральные сигналы управления
- •2.1.4.4. Сигналы прерывания
- •2.1.4.5. Сигналы режима пдп
- •2.1.4.6. Питание
- •2.1.5. Циклы шины
- •2.1.5.1. Цикл Доступа к Ресурсу
- •2.1.5.1.1. Цикл Доступа к Ресурсу - 0 тактов ожидания
- •2.1.5.1.2. Цикл Доступа к Ресурсу - Нормальный цикл
- •2.1.5.1.3. Цикл Доступа к Ресурсу - Удлиненный цикл
- •2.1.5.2. Цикл Регенерации - Введение
- •2.1.5.2.1. Цикл Регенерации - Нормальный цикл
- •2.1.5.2.2. Цикл Регенерации - Удлиненный цикл
- •2.1.5.3. Цикл пдп
- •2.1.5.3.1. Цикл пдп - Нормальный цикл
- •2.1.5.3.2. Цикл пдп - Удлиненный цикл
- •2.1.5.4. Цикл Захвата Шины
- •2.2. Шина pci
- •2.2.1. Архитектура шины pci
- •2.2.2. Описание сигналов шины
- •2.2.3. Команды шины
- •2.2.4. Разновидности операций на шине
- •2.2.4.1. Начало и продолжение транзакции
- •2.2.4.2. Окончание транзакции
- •2.2.4.3. Способы завершения транзакций
- •2.2.4.4. Цикл чтения
- •2.2.4.5. Цикл записи
- •2.2.4.6. Арбитрация
- •2.2.4.7. Цикл конфигурации
- •2.3. Шина 3gio и Hyper Transport
- •2.3.1.1. Архитектура 3gio
- •2.3.2.1. Топологии
- •2.3.2.2. Совместимость с шиной pci
- •Глава 3. Интерфейсы периферийных устройств
- •3.1. Параллельный интерфейс: lpt-порт
- •3.1.1. Интерфейс Centronics
- •3.1.2. Традиционный lpt-порт
- •3.1.3. Функции bios для lpt-порта
- •3.1.4. Стандарт ieee 1284-1994
- •3.1.5. Физический и электрический интерфейс
- •3.1.6. Режим ерр
- •3.1.7. Режим еср
- •3.1.8. Конфигурирование lpt-портов
- •3.1.9. Использование параллельных портов
- •3.1.10. Параллельный порт и РпР
- •3.2. Последовательные интерфейсы: com-порт
- •3.2.1. Интерфейс rs-232с
- •3.2.2. Электрический интерфейс
- •3.2.3. Управление потоком передачи
- •3.2.4. Микросхемы асинхронных приемопередатчиков
- •3.3. Интерфейс scsi
- •3.3.1.2.1. Краткий обзор многочисленных разновидностей scsi.
- •3.3.1.2.2. Основные отличия scsi-2 от scsi-1
- •3.3.1.2.3. Быстрее, выше, сильнее
- •3.3.1.4. Совместимость устройств scsi
- •3.3.2. Описание сигналов
- •3.3.2.1. Физический интерфейс
- •3.3.2.2. Фазы шины
- •3.3.2.1. Физический интерфейс
- •3.3.2.2. Фазы шины
- •3.3.3. Описание сообщений и управление интерфейсом
- •3.3.4. Описание команд
- •3.3.4.1. Адресация и система команд
- •3.3.4.2. Выполнение команд
- •3.3.4.1. Адресация и система команд
- •3.3.4.2. Выполнение команд
- •3.3.5. Типы пу
- •3.3.5.1. Устройства прямого доступа (0)
- •3.3.5.2. Устройства последовательного доступа (1)
- •3.3.5.3. Принтеры (2)
- •3.3.5.4. Процессорными устройствами (3)
- •3.3.5.5. Устройства однократной записи (4)
- •3.3.5.6. Приводы cd-rom (5)
- •3.3.5.7. Сканеры (6)
- •3.3.5.8. Устройства оптической памяти (7)
- •3.3.5.9. Устройства смены носителей (8)
- •3.3.5.10. Коммуникационные устройства (9)
- •3.3.6. Конфигурирование устройств scsi
- •3.3.6.1. Хост-адаптер scsi
- •3.3.6.1. Хост-адаптер scsi
- •3.4. Интерфейс usb
- •3.4.1. Общая информация
- •3.4.2. Обзор архитектурыch2
- •3.4.2.1. Структура системы usb
- •3.4.2.1.1. Топология шины
- •3.4.2.2. Устройства usb
- •3.4.2.2.2. Функция
- •3.4.2.3. Физический интерфейс
- •3.4.2.3.1. Электрические характеристики
- •3.4.2.3.2. Механические характеристики
- •3.4.3. Модель передачи данныхch3
- •3.4.3.1. Конечные точки устройств usb
- •3.4.3.2. Каналы
- •3.4.3.2.1. Потоки
- •3.4.3.2.2. Сообщения
- •3.4.3.3. Типы передачи данных
- •3.4.4. Протоколch4
- •3.4.4.1. Форматы полей пакетов
- •3.4.4.1.1. Поле синхронизации
- •3.4.4.1.2. Поле идентификатора пакета
- •3.4.4.2.2. Маркер начала кадра (sof)
- •3.4.4.2.3. Пакет данных
- •3.4.4.2.4. Пакет подтверждения
- •3.4.4.3. Типы транзакций
- •3.4.4.3.1. Сплошные передачи
- •3.4.4.3.2. Управляющие посылки
- •3.4.4.3.3. Прерывания
- •3.4.4.3.4. Изохронные передачи
- •4.1.1.1.Структурная схема таймера
- •4.1.1.2. Назначение входов и выходов бис
- •4.1.1.3. Назначение блоков и сокращения, используемые в окне иммитационной модели таймера
- •4.1.2. Программирование таймера
- •4.1.3. Режимы работы таймера
- •4.1.3.1. Режим 0 - прерывание терминального счета
- •4.1.3.2. Режим 1 - программируемый ждущий мультивибратор
- •4.1.3.3. Режим 2 - импульсный генератор частоты
- •4.10. Функционирование таймера в режиме 2
- •4.1.3.4. Режим 3- генератор меандра
- •4.11. Функционирование таймера в режиме 3
- •4.1.3.5. Режим 4 - программно-формируемый строб
- •4.1.3.6. Режим 5 - аппаратно-формируемый строб
2.2.4. Разновидности операций на шине
2.2.4.1. Начало и продолжение транзакции
2.2.4.2. Окончание транзакции
2.2.4.3. Способы завершения транзакций Способы завершения транзакций
2.2.4.4. Цикл чтения
2.2.4.5. Цикл записи
2.2.4.6. Арбитрация
2.2.4.7. Цикл конфигурации
в начало
Все сигналы базовой конфигурации шины PCI устанавливаются и сбрасываются по переднему фронту CLK.
AD - единице соответствует высокий уровень, нулю - низкий. Активному значению управляющего сигнала соответствует 0 – низкий уровень.
Установка сигнала - это переход его по переднему фронту CLK в 0 - низкий уровень.
Сброс сигнала - это переход его по переднему фронту CLK в 1 - высокий уровень.
Установка и сброс сигнала на линии интерфейса происходит с задержкой по отношению к фронту CLK. Задержка установки – время предустановки (t пу), задержка сброса - время удержания (t уд).
Считывание сигнала с линии производится тогда, когда этот сигнал принял стабильное, постоянное значение. Поэтому момент установки сигнала и его считывания разнесены во времени как минимум на один такт CLK.
Считывание сигнала и его сброс могут производиться одним и тем же импульсом CLK за счёт времени удержания. Поэтому минимальное время передачи данных составляет 1 такт.
В процессе выполнения операций на шине на ее линиях может возникнуть ситуация, когда на одном и том же импульсе CLK меняются объекты, управляющие этими линиями. Один объект снимает свои сигналы (адреса, данных, управления), другой начинает управлять этими линиями, подавая на них собственные сигналы (адреса, данных, управления), что приводит к возникновению состязаний на этих линиях и появлению помех. Чтобы исключить эти состязания, вводится специальный цикл длительностью в один такт импульсов CLK, который разносит во времени сброс (установку) сигналов при смене объектов, управляющих такими линиями. Один объект снимает свои сигналы в начале такого цикла, другой выставляет сигнал в его конце.
Этот цикл называют Т-циклом (turnaround cycle). Т-цикл для разных сигналов использует разные такты в транзакции. Например, для сигналов IRDY#, TRDY#, DEVSEL#, STOP# как их Т-цикл используют адресную фазу. Сигналы FRAME#, С/BE[3::0]#, AD[31::0] используют такт холостого хода на шине между транзакциями, как их Т-цикл. Такт холостого хода на шине (IDLE цикл) появляется тогда, когда сброшены и FRAME# и IRDY#.
При выполнении любой транзакции используются следующие сигналы шины: REQ#,GRN#,FRAME#,AD[31::0],C/BE[3::0]#,IRDY#,TRDY#,DEVSEL#, STOP#. Непосредственно процессом передачи данных в процессе выполнения транзакции управляют три сигнала FRAME#, IRDY# и TRDY#.
Рассмотрим назначение и действие этих сигналов в процессе передачи данных между задатчиком и исполнителем.
2.2.4.1. Начало и продолжение транзакции
в начало
Транзакцию начинает задатчик, предварительно получив разрешение на работу на шине. Это разрешение задатчик получает от арбитра, послав ему сигнал запроса REQ# и получив разрешение GRN# от него.
Если на шине состояние холостого хода (IDLE),то начинает транзакцию с адресной фазы путем установки по 1-ому импульсу транзакции сигналов FRAME#, адреса AD[31::0] и команды C/BE[3::0]#. Эти сигналы становятся достоверными ко 2-ому импульсу транзакции.
По второму импульсу, в соответствии с установленным адресом, определяется исполнитель и соответствующая команда. По этому импульсу задатчик выставляет сигнал IRDY#.
Сигнал DEVSEL# должен устанавливаться после декодирования адреса перед или вместе с сигналами TRDY#, STOP# и данных. Исполнитель не должен сбрасывать DEVSEL#, пока не закончится последняя фаза данных.
Передача данных происходит при наличие активных значений сигналов FRAME#,IRDY#,TRDY# иDEVSEL#. Если отсутствует сигнал IRDY# или TRDY#, то передачи данных нет, а идет такт ожидания. Если отсутствует сигнал DEVSEL#, то задатчик прекращает транзакцию по инициативе исполнителя.
Фаза данных может занимать один такт при отсутствии тактов ожидания, или несколько тактов при наличие тактов ожидания.
Задатчик или исполнитель могут менять значения данных на шине AD только при активных значениях сигналов IRDY# и TRDY# соответственно. Если эти сигналы сброшены, то на шине AD удерживаются старые значения данных.
При операции записи, значения сигналов на шине C/BE# меняется на каждой фазе данных. При чтении значения C/BE# не меняется в течение всех фаз данных транзакции.