Организация ЭВМ и систем

Тема: Интерфейсы

• Основные технические характеристики интерфейсов

• Системные интерфейсы

• Цифровые интерфейсы ввода/вывода

• Параллельный и последовательный интерфейсы• Шины расширения ввода/вывода

ИнтерфейсИнтерфейс – – это аппаратное и программное это аппаратное и программное обеспечение (элементы соединения и вспомогательные обеспечение (элементы соединения и вспомогательные схемы управления, их физические, электрические и схемы управления, их физические, электрические и логические параметры), предназначенное для логические параметры), предназначенное для сопряжения систем или частей системы (программ или сопряжения систем или частей системы (программ или устройств) . устройств) .

Под Под сопряжениемсопряжением подразумеваются следующие подразумеваются следующие функции: функции:

функции выдачи и приема информации;функции выдачи и приема информации;управление передачей данных;управление передачей данных;согласование источника и приемника информации.согласование источника и приемника информации.

Основные технические Основные технические характеристики интерфейсовхарактеристики интерфейсов

Режим обменаРежим обмена – дуплексный, полудуплексный, – дуплексный, полудуплексный,

симплексный.симплексный.Вместимость Вместимость определяет определяет maxmax возможное количество возможное количество

абонентов, подключаемых одновременно к контроллеру абонентов, подключаемых одновременно к контроллеру

интерфейса (без расширителей).интерфейса (без расширителей).Пропускная способностьПропускная способность (скорость передачи) (скорость передачи)

определяется допускаемой скоростью передачи данных, определяется допускаемой скоростью передачи данных,

длительностью выполнения операций установления и длительностью выполнения операций установления и

разъединения связи и степенью совмещения процессов передачи разъединения связи и степенью совмещения процессов передачи

данных.данных.Max Max длина линии связидлина линии связи – допустимое удаление. – допустимое удаление.РазрядностьРазрядность определяет в основном пропускную определяет в основном пропускную

способность и стоимостные затраты.способность и стоимостные затраты.Топология соединенияТопология соединения..

По функциональному назначению можно выделить По функциональному назначению можно выделить системные интерфейсысистемные интерфейсы и и интерфейсы периферийных интерфейсы периферийных устройствустройств. .

МикроЭВМ с точки зрения архитектуры можно МикроЭВМ с точки зрения архитектуры можно разделить на 2 основных класса:разделить на 2 основных класса:

использующие использующие внутренний интерфейс МПвнутренний интерфейс МП (унифицированный канал);(унифицированный канал);

использующие внешний по отношению к МП использующие внешний по отношению к МП системный интерфейссистемный интерфейс..

Системный интерфейсСистемный интерфейс выполняется обычно в виде выполняется обычно в виде стандартизированных системных шин, таких как:стандартизированных системных шин, таких как:

UNIBUSUNIBUS фирмы фирмы DEC DEC (интерфейс с общей шиной - (интерфейс с общей шиной - сигналы адреса и данных мультиплексируются). сигналы адреса и данных мультиплексируются).

MULTIBUSMULTIBUS фирмы фирмы INTEL (INTEL (интерфейс с интерфейс с изолированной шиной - раздельные сигналы данных и изолированной шиной - раздельные сигналы данных и адреса адреса ))..

Интерфейс с общей шиной Интерфейс с общей шиной UNIBUSUNIBUS

Общая шина для периферийных устройств, памяти Общая шина для периферийных устройств, памяти

и процессора состоит из 56 двунаправленных линий.и процессора состоит из 56 двунаправленных линий.

Общая шина позволяетОбщая шина позволяет::Подключать к магистрали большое число устройств.Подключать к магистрали большое число устройств.Обрабатывать данные регистров внешних устройств Обрабатывать данные регистров внешних устройств

теми же командами, что и данные в памяти.теми же командами, что и данные в памяти.Работать с модулями различного быстродействия Работать с модулями различного быстродействия

благодаря асинхронной организации обмена.благодаря асинхронной организации обмена.Создавать мультипроцессорные сети.Создавать мультипроцессорные сети. Недостатки:Недостатки:Увеличенное время установления связи.Увеличенное время установления связи.Снижение надежности по мере увеличения длины.Снижение надежности по мере увеличения длины.Сложность технической реализации интерфейсных Сложность технической реализации интерфейсных

модулей, связанных с пересылкой адресов и данных по модулей, связанных с пересылкой адресов и данных по одним и тем же линиям. одним и тем же линиям.

Интерфейс с изолированной шиной Интерфейс с изолированной шиной MULTIBUSMULTIBUS

Благодаря разделению шины адреса и шины данных, Благодаря разделению шины адреса и шины данных, возможны реализации этой архитектуры для процессоров возможны реализации этой архитектуры для процессоров разной разрядности. Существовали 8-разрядный и 16-разной разрядности. Существовали 8-разрядный и 16-разрядный варианты архитектуры разрядный варианты архитектуры MultibusMultibus для для IBM PCIBM PC. . Шина адреса – 20 бит. Шина адреса – 20 бит.

Достоинства:Достоинства:Большая емкость адресуемой памяти.Большая емкость адресуемой памяти.Относительная простота аппаратной реализации.Относительная простота аппаратной реализации.Недостатки:Недостатки:Невысокая скорость обмена, который производится Невысокая скорость обмена, который производится

при участии буферного регистра ЦП.при участии буферного регистра ЦП.Ограниченное число подключений ВУ.Ограниченное число подключений ВУ.

Разновидности Разновидности MULTIBUS – MULTIBUS – интерфейсы интерфейсы IBM PCIBM PC и и U4U41, КОП 1, КОП MICROBUSMICROBUS..

Цифровые интерфейсы вводаЦифровые интерфейсы ввода//выводавывода

Должно быть предусмотрено:Должно быть предусмотрено:

1.1. Преобразование данных из последовательного в Преобразование данных из последовательного в

параллельный формат и наоборот.параллельный формат и наоборот.

2.2. Синхронизация взаимодействующих устройств. В Синхронизация взаимодействующих устройств. В

цифровом интерфейсе устройства должны работать цифровом интерфейсе устройства должны работать

синхронно.синхронно.

3.3. Согласование приемника и передатчика по рабочим Согласование приемника и передатчика по рабочим

уровням напряжения, токовым и потенциальным уровням напряжения, токовым и потенциальным

выходам, длине слов, специальным сигналам выходам, длине слов, специальным сигналам

управления, формату данных. управления, формату данных.

Стандартный асинхронный Стандартный асинхронный последовательный интерфейспоследовательный интерфейс

RS – 232CRS – 232C опубликован в 1969г., до начала 80-х гг. опубликован в 1969г., до начала 80-х гг. оставался единственным стандартом на оставался единственным стандартом на последовательный интерфейс для подключения ЭВМ и последовательный интерфейс для подключения ЭВМ и терминалов к системе связи через модемы, а так же для терминалов к системе связи через модемы, а так же для непосредственного подключения терминалов к машинам.непосредственного подключения терминалов к машинам.

Стандарт Стандарт RS – 232CRS – 232C определяет уровень среды определяет уровень среды межсоединений и физические уровнимежсоединений и физические уровни путем задания: путем задания:

•Электрических характеристик сигналов (разд.2).Электрических характеристик сигналов (разд.2).•Механических характеристик интерфейса (разд.1).Механических характеристик интерфейса (разд.1).•Функционального описания интерфейсных схем Функционального описания интерфейсных схем

(разд.4).(разд.4).

•Стандартных интерфейсов для выбранных Стандартных интерфейсов для выбранных

конфигураций систем связи (разд.5).конфигураций систем связи (разд.5).

Стандарты Ассоциации электронной промышленности Стандарты Ассоциации электронной промышленности (EIA) RS – 422 (EIA) RS – 422 ии RS – 423 RS – 423 были опубликованы в 1975г. были опубликованы в 1975г. • RS – 422 RS – 422 определяет электрические характеристики определяет электрические характеристики симметричных цепей цифрового интерфейса.симметричных цепей цифрового интерфейса.• RS – 423 RS – 423 определяет электрические характеристики определяет электрические характеристики несимметричных цепей цифрового интерфейса.несимметричных цепей цифрового интерфейса. В различных ПК порты В различных ПК порты RS – 232CRS – 232C могут иметь от 4-х могут иметь от 4-х до 25 контактов (типовой разъем - 25).до 25 контактов (типовой разъем - 25). Асинхронная связьАсинхронная связь (8 байт от передатчика к (8 байт от передатчика к приемнику и наоборот). Явной синхронизации нет.приемнику и наоборот). Явной синхронизации нет. В соответствии с принятым правилом В соответствии с принятым правилом при при синхронной передаче используется контроль на синхронной передаче используется контроль на нечетность, при асинхронной – на четность.нечетность, при асинхронной – на четность.

Обычно PC имеют в своем составе два интерфейса Обычно PC имеют в своем составе два интерфейса RS232C, которые обозначаются COM1 и COM2. RS232C, которые обозначаются COM1 и COM2. Возможна установка дополнительного оборудования, Возможна установка дополнительного оборудования, которое обеспечивает функционирование в составе PC которое обеспечивает функционирование в составе PC четырех, восьми и шестнадцати интерфейсов RS232C. четырех, восьми и шестнадцати интерфейсов RS232C.

Интерфейс RS232C обеспечивает следующие Интерфейс RS232C обеспечивает следующие возможности: возможности:

• применение PC в качестве абонентского пункта в применение PC в качестве абонентского пункта в системах телеобработки данных. В этом случае PC системах телеобработки данных. В этом случае PC подключается через этот интерфейс к устройствам подключается через этот интерфейс к устройствам преобразования сигналов (модемам), которые в свою преобразования сигналов (модемам), которые в свою очередь подключаются к каналам связи; очередь подключаются к каналам связи;

• подключение к PC различных устройств ввода-вывода подключение к PC различных устройств ввода-вывода (графопостроителей, принтеров, графических (графопостроителей, принтеров, графических манипуляторов, внешних НГМД, стримеров и т.д.);манипуляторов, внешних НГМД, стримеров и т.д.);

• объединение нескольких PC между собой и с другими объединение нескольких PC между собой и с другими ЭВМ для организации перекачки файлов между ними. ЭВМ для организации перекачки файлов между ними.

Основные принципы обмена информацией по Основные принципы обмена информацией по интерфейсу RS232C заключаются в следующем: интерфейсу RS232C заключаются в следующем:

•обмен данными обеспечивается по двум цепямобмен данными обеспечивается по двум цепям, , каждая из которых является для одной из сторон каждая из которых является для одной из сторон передающей, а для другой приемной;передающей, а для другой приемной;

•в исходном состоянии по каждой из этих цепей в исходном состоянии по каждой из этих цепей передается передается двоичная единицадвоичная единица, , т.е. стоповая посылкат.е. стоповая посылка. . Передача стоповой посылки может выполняться сколько Передача стоповой посылки может выполняться сколько угодно; угодно;

•передаче каждого бита данных предшествует передаче каждого бита данных предшествует передача стартовой посылкипередача стартовой посылки, т.е. передача двоичного , т.е. передача двоичного нуля в течение временим равного времени передачи одного нуля в течение временим равного времени передачи одного бита данных; бита данных;

•после передачи стартовой посылки обеспечивается после передачи стартовой посылки обеспечивается последовательная передача всех разрядов данных, последовательная передача всех разрядов данных, начиная с младшего разряданачиная с младшего разряда. . Количество битов может Количество битов может быть 5, 6, 7 или 8; быть 5, 6, 7 или 8;

• после передачи последнего бита данных после передачи последнего бита данных возможна передача контрольного разрядавозможна передача контрольного разряда, который , который дополняет сумму по модулю 2 переданных разрядов до дополняет сумму по модулю 2 переданных разрядов до четности или нечетности. В некоторых системах четности или нечетности. В некоторых системах передача контрольного бита не выполняется; передача контрольного бита не выполняется;

• после передачи контрольного разряда или после передачи контрольного разряда или последнего бита, если формирование контрольного последнего бита, если формирование контрольного разряда не предусмотрено, обеспечивается передача разряда не предусмотрено, обеспечивается передача стоповой посылки. Минимальная длительность посылки стоповой посылки. Минимальная длительность посылки может быть равной длительности передачи одного, может быть равной длительности передачи одного, полутора или двух бит данных. полутора или двух бит данных.

Обмен данными по описанным выше принципам Обмен данными по описанным выше принципам требует предварительного согласования приемника и требует предварительного согласования приемника и передатчика по количеству используемых разрядов в передатчика по количеству используемых разрядов в символе, правилам формирования контрольного разряда символе, правилам формирования контрольного разряда и длительности передачи бита данных.и длительности передачи бита данных.

В стандарте В стандарте RS – 232 RS – 232 определены высокий и низкий определены высокий и низкий уровни напряжения: уровни напряжения: любое напряжение любое напряжение >>+3В +3В считается двоичным «0», асчитается двоичным «0», а < <--33В – «1».В – «1». Напряжение в Напряжение в диапазоне от -3 до +3 В считается бессмысленным. диапазоне от -3 до +3 В считается бессмысленным.

Логические уровни можно использовать в любом Логические уровни можно использовать в любом диапазоне диапазоне >> +3В и +3В и << -3В. Обычно используется -3В. Обычно используется +12 В и +12 В и -12 В. -12 В.

+12В

+3В

0

-3В

-12В

0

1 1 11 1

0 0 0 0

Для передачи данных чаше всего используются Для передачи данных чаше всего используются

следующие коды:следующие коды:

• пятиразрядный код МТК-2пятиразрядный код МТК-2 по ГОСТ 15607-84. по ГОСТ 15607-84.

Этот код Этот код не использует контрольный разрядне использует контрольный разряд. .

Длительность стоповойДлительность стоповой посылкипосылки равна длительности равна длительности

передачи передачи полутора битполутора бит; ;

• семиразрядный код КОИ-7семиразрядный код КОИ-7 по ГОСТ 27463-87. по ГОСТ 27463-87.

Этот код Этот код использует контрольный разрядиспользует контрольный разряд, который , который

дополняет переданные знаки до четности. дополняет переданные знаки до четности.

Длительность стоповой посылкиДлительность стоповой посылки равна длительности равна длительности

передачи передачи одного или двух бит данныходного или двух бит данных. .

Сравнительные параметры Сравнительные параметры интерфейсов интерфейсов RS– 232-C, RS – 422, RS– 232-C, RS – 422,

RS – 423, RS - 485RS – 423, RS - 485

ПараметрПараметр RS-232-CRS-232-C RS-422-ARS-422-A RS-423-ARS-423-A RS-485RS-485

MaxMax

длина, мдлина, м1515 12001200 12001200 12001200

MaxMax

скорость,скорость,

КбитКбит//сс2020 100100 11 100100

Интерфейс RS232C имеет восемь сигналов и цепь Интерфейс RS232C имеет восемь сигналов и цепь сигнальной земли GNDсигнальной земли GND. В ряде случаев не все эти цепи . В ряде случаев не все эти цепи используются. используются.

Алгоритм взаимодействия сигналов в интерфейсе Алгоритм взаимодействия сигналов в интерфейсе RS2З2С существенно зависит от типа подключаемого RS2З2С существенно зависит от типа подключаемого оборудования, поэтому ниже описано только назначение оборудования, поэтому ниже описано только назначение отдельных сигналов: отдельных сигналов:

•сигнал ВА (цепь 103) обеспечивает передачу данных сигнал ВА (цепь 103) обеспечивает передачу данных от PC; от PC;

•сигнал ВВ (цепь 104) обеспечивает прием данных в сигнал ВВ (цепь 104) обеспечивает прием данных в PC;PC;

•состояние "Включено" СD (цепь 106) указывает состояние "Включено" СD (цепь 106) указывает подключаемому оборудованию, что PC готов к работе; подключаемому оборудованию, что PC готов к работе;

•состояние "Включено" сигнала СС (цепь 107) состояние "Включено" сигнала СС (цепь 107) указывает PC , что подключаемое оборудование готово к указывает PC , что подключаемое оборудование готово к работе; работе;

•состояние "Включено" сигнала СА (цепь 105) состояние "Включено" сигнала СА (цепь 105) указывает подключаемому оборудованию, что PC указывает подключаемому оборудованию, что PC запрашивает разрешение на передачу данных; запрашивает разрешение на передачу данных;

• состояние "Включено" сигнала СВ (цепь 106) состояние "Включено" сигнала СВ (цепь 106) указывает PC что он может передавать данные указывает PC что он может передавать данные сигналами ВА; сигналами ВА;

•состояние "Включено" сигнала CF (цепь 109) состояние "Включено" сигнала CF (цепь 109) указывает PC , что сигналы поступающие на вход указывает PC , что сигналы поступающие на вход модема из канала связи, имеют необходимый уровень; модема из канала связи, имеют необходимый уровень;

•состояние "Включено" сигнала СЕ (цепь 125) состояние "Включено" сигнала СЕ (цепь 125) указывает компьютеру, что изуказывает компьютеру, что из канала связи в модем канала связи в модем поступает входящий вызов (на телефонном аппарате , поступает входящий вызов (на телефонном аппарате , подключенном к данному модему, должен быть звонок).подключенном к данному модему, должен быть звонок).

Оборудование интерфейса RS232C не Оборудование интерфейса RS232C не накладывает никаких ограничений на состояние накладывает никаких ограничений на состояние сигналов интерфейсасигналов интерфейса. Это значит, что . Это значит, что управляющая управляющая программа может использовать любые комбинации программа может использовать любые комбинации из перечисленных выше сигналов для организации из перечисленных выше сигналов для организации обмена данными.обмена данными.

Параллельный интерфейсПараллельный интерфейс

LPT (Line Printer – LPT (Line Printer – построчный принтерпострочный принтер)). . Адаптер параллельного интерфейса представляет Адаптер параллельного интерфейса представляет

собой набор регистров, расположенных в собой набор регистров, расположенных в пространстве вводапространстве ввода//выводавывода. Регистры порта адресуются . Регистры порта адресуются относительно базового адреса порта (относительно базового адреса порта (3BCh, 378h3BCh, 378h и и 278h 278h – – стандартные значения).стандартные значения).

Порт имеет Порт имеет 8 – разрядную ШД8 – разрядную ШД, , 5 – разрядную шину 5 – разрядную шину сигналов состояниясигналов состояния и и 4-битную ШУ4-битную ШУ. .

BIOSBIOS поддерживает до 4-х поддерживает до 4-х LPT LPT – портов (– портов (LPT1-LPT4LPT1-LPT4) ) своим сервисом своим сервисом INT17hINT17h, обеспечивающим через них связь , обеспечивающим через них связь с принтерами по интерфейсу с принтерами по интерфейсу Centronics.Centronics.

Понятие Понятие Centronics Centronics относится как к набору сигналов и относится как к набору сигналов и протоколу взаимодействия, так и к 36 – контактному протоколу взаимодействия, так и к 36 – контактному разъему принтеров.разъему принтеров.

Стандартный порт Стандартный порт SPP (Standard Parallel Port) SPP (Standard Parallel Port)

является однонаправленным портомявляется однонаправленным портом, на базе которого , на базе которого

программно реализуется протокол обмена программно реализуется протокол обмена Centronics.Centronics.

Стандартный порт имеет 3 8-битных регистра:Стандартный порт имеет 3 8-битных регистра:

•Регистр данных (адрес = Регистр данных (адрес = BASEBASE).).•Регистр состояния, представляющий собой 5-битный Регистр состояния, представляющий собой 5-битный

порт ввода сигналов состояния принтера порт ввода сигналов состояния принтера (4-7 (4-7 биты, адресбиты, адрес

= = BASE+1)BASE+1)..•Регистр управления, 4-битный порт вывода (0-3 биты, Регистр управления, 4-битный порт вывода (0-3 биты,

адрес = адрес = BASE+2BASE+2))..

Сигналы интерфейса Сигналы интерфейса CentronicsCentronicsНаименова-Наименова-ние сигналание сигнала

Источник Источник сигналасигнала

Номер контакта Номер контакта соединителя соединителя

PC PC принтера принтера

Назначение сигналаНазначение сигнала

-- AUTOFEEDAUTOFEED

PCPC 1414 1212 Низкий уровень сигнала Низкий уровень сигнала обеспечивает перемещение обеспечивает перемещение

бумаги на одну строкубумаги на одну строку

- - INITIALIZE INITIALIZE PRINTERPRINTER

PCPC 1616 3131 Обеспечивает установку Обеспечивает установку принтера в исходное принтера в исходное состояние и очистку его состояние и очистку его буферной памятибуферной памяти

BUSYBUSY ПринтерПринтер 1111 1111 Указывает Указывает PCPC, что принтер , что принтер не может принимать не может принимать данныеданные

- ERROR- ERROR ПринтерПринтер 1515 3232 Принтер установлен в Принтер установлен в режим «режим «Off LineOff Line», нарушена », нарушена его работоспособность или его работоспособность или отсутствует бумагаотсутствует бумага

SELECT SELECT INPUTINPUT

PCPC 1717 3636 Разрешает работу принтераРазрешает работу принтера

Наименова-Наименова-ние сигналание сигнала

Источник Источник сигналасигнала

Номер контакта Номер контакта соединителя соединителя

PC PC принтера принтера

Назначение сигналаНазначение сигнала

GNDGND -- 18 - 2518 - 25 16, 19 – 16, 19 – 30, 3330, 33

«Схемная» земля«Схемная» земля

- STROBE- STROBE PCPC 11 11 Принтер должен Принтер должен принимать данные из принимать данные из PCPC во время действия сигнала во время действия сигнала - STROBE- STROBE

DATA1 DATA1 --DATA8DATA8

PCPC 2 - 92 - 9 2 – 9 2 – 9 Информационные разряды Информационные разряды байта данныхбайта данных

- ACXNLG- ACXNLG ПринтерПринтер 1010 1010 Принтер готов к приему Принтер готов к приему очередного байтаочередного байта

PAPER ENDPAPER END ПринтерПринтер 1212 1212 Отсутствует бумага в Отсутствует бумага в принтерепринтере

SELECTSELECT ПринтерПринтер 1313 1313 Принтер готов к работеПринтер готов к работе

Интерфейс «токовая петля»Интерфейс «токовая петля»

В этом интерфейсе В этом интерфейсе электрическим сигналом электрическим сигналом является ток в двухпроводной линииявляется ток в двухпроводной линии, соединяющий , соединяющий приемник и передатчик. приемник и передатчик.

•«1» - 20 мА«1» - 20 мА•«0» - нет тока«0» - нет тока

Токовая петля обычно предполагает Токовая петля обычно предполагает гальваническую гальваническую развязкуразвязку входных цепей приемника от схемы устройства входных цепей приемника от схемы устройства (в этом случае можно передавать сигналы на расстояние (в этом случае можно передавать сигналы на расстояние до 10 километров). до 10 километров).

Инфракрасный интерфейсИнфракрасный интерфейс

В 1994 году Ассоциацией инфракрасной передачи В 1994 году Ассоциацией инфракрасной передачи данных (Infra-данных (Infra-RRed Data Assotiation) была принята первая ed Data Assotiation) была принята первая версия стандарта версия стандарта IrDAIrDA. Интерфейс . Интерфейс IrDAIrDA позволяет позволяет соединяться с периферийным оборудованием безсоединяться с периферийным оборудованием без кабеля при помощи ИК-излучения с длиной волны 850-кабеля при помощи ИК-излучения с длиной волны 850-900 нм (номинально – 880 нм)900 нм (номинально – 880 нм). Порт IrDA дает . Порт IrDA дает возможность устанавливать связь на коротком расстоянии возможность устанавливать связь на коротком расстоянии до 1 метра в режиме точка-точка. до 1 метра в режиме точка-точка.

Различают инфракрасные системы связи:Различают инфракрасные системы связи:•низкой скорости до 115,2 Кбитнизкой скорости до 115,2 Кбит//с.с.•средней скорости до 1,152 Мбитсредней скорости до 1,152 Мбит//с.с.•высокой скорости до 4 Мбитвысокой скорости до 4 Мбит//с (для обмена файлами с (для обмена файлами

между ПК, подключенным к локальной (или глобальной) между ПК, подключенным к локальной (или глобальной) сети, вывода информации на принтере, проекционные сети, вывода информации на принтере, проекционные аппараты и т.д. )аппараты и т.д. )

Порт Порт IrDAIrDA основан на архитектуре коммуникационного основан на архитектуре коммуникационного порта и использует универсальный асинхронный приемо-порта и использует универсальный асинхронный приемо-передатчик передатчик UARTUART ( (Universal Asynchronous Receiver Universal Asynchronous Receiver TransmitterTransmitter), позволяющий работать со скоростью передачи ), позволяющий работать со скоростью передачи данных 2400-115200 бит/с. данных 2400-115200 бит/с. Данные передаются 10-битным Данные передаются 10-битным символами: 8 бит данных, один стартовый бит в начале и один символами: 8 бит данных, один стартовый бит в начале и один стоповый бит в конце посылки.стоповый бит в конце посылки. СвязьСвязь в IrDA в IrDA полудуплекснаяполудуплексная, , т. к. передаваемый ИК-луч неизбежно засвечивает приемный т. к. передаваемый ИК-луч неизбежно засвечивает приемный фотодиод. Воздушный промежуток между устройствами фотодиод. Воздушный промежуток между устройствами позволяет принять ИК-энергию только от одного источника в позволяет принять ИК-энергию только от одного источника в данный момент. данный момент.

На физическом уровне стандарт IrDA определяет На физическом уровне стандарт IrDA определяет следующий способ кодирования: следующий способ кодирования: логический "0" передается логический "0" передается одиночным ИК-импульсом длиной от 1,6 мкс до 3/16 одиночным ИК-импульсом длиной от 1,6 мкс до 3/16 периода передачи битовой ячейки, а логическая "1" периода передачи битовой ячейки, а логическая "1" передается как отсутствие ИК-импульса.передается как отсутствие ИК-импульса. Минимальная Минимальная мощность потребления гарантируется при фиксированной мощность потребления гарантируется при фиксированной длине импульса 1,6 мкс. длине импульса 1,6 мкс.

Интерфейс Интерфейс MIDIMIDI

Цифровой интерфейс музыкальных инструментов Цифровой интерфейс музыкальных инструментов

((Musical Instrument Digital InterfaceMusical Instrument Digital Interface)) – – двунаправленный двунаправленный

асинхронный интерфейсасинхронный интерфейс с частотой передачи 31,25 с частотой передачи 31,25

КбитКбит//с (1983г.) для сопряжения ПК, синтезаторов, с (1983г.) для сопряжения ПК, синтезаторов,

электромузыкальной техники. электромузыкальной техники.

В В MIDIMIDI применяется токовая петля 10 мА применяется токовая петля 10 мА (возможно (возможно

и 5мА) и 5мА) с гальванической развязкой входной цепис гальванической развязкой входной цепи..

Интерфейсы для ПК на основе Интерфейсы для ПК на основе IntelIntel386 386

и и IntelIntel486486 ШинаШина

ХарактеристикаХарактеристикаISAISA EISAEISA VLBVLB//VLBVLB-2-2 PCIPCI

Год выпускаГод выпуска 19841984 19891989 1987 /19921987 /1992 19921992

РазрядностьРазрядность 88 (16) (16) 3232 3232 6464

Тактовая частотаТактовая частота,, МГцМГц

88 8, 338, 33 FFЦПЦП 33, 66,10033, 66,100

Максимальная Максимальная скорость, скорость, Мбайт/сМбайт/с

8-168-16 3333 132132 120, 132, 264120, 132, 264

ОсобенностиОсобенности 8 кана-8 кана-лов ПДПлов ПДП

+ автокон-+ автокон-фигурацияфигурация+ пакетный + пакетный режимрежим

Можно Можно подклю-подклю-чить 2 - 3 чить 2 - 3 ПУПУ

- PCIPCI-мост-мост- Автоконфигур. с Автоконфигур. с помощью помощью BIOSBIOS- Блочная Блочная передачапередача- Мультиплексир.Мультиплексир.

Типичная система с низкоскоростной Типичная система с низкоскоростной шиной устройств ввода-выводашиной устройств ввода-вывода

Система с архитектурой Система с архитектурой локальной шины (локальной шины (VLBVLB))

Интерфейс Интерфейс PCIPCI Интерфейс Интерфейс PCIPCI (Peripheral Component Interconnect (Peripheral Component Interconnect

– Взаимодействие периферийных компонентов)– Взаимодействие периферийных компонентов) был был предложен фирмой предложен фирмой IntelIntel в 1992 году (стандарт в 1992 году (стандарт PCIPCI 2.0 – в 2.0 – в 1993) в качестве альтернативы локальной шине 1993) в качестве альтернативы локальной шине VLBVLB//VLBVLB2. 2. Шина PCI была адаптирована к таким процессорам, как Шина PCI была адаптирована к таким процессорам, как Alpha, MIPS, PowerPC и SPARC. Alpha, MIPS, PowerPC и SPARC.

Шины Шины ISAISA, , EISAEISA или или MCAMCA могут управляться шиной могут управляться шиной PCIPCI с помощью моста сопряжения, что позволяет с помощью моста сопряжения, что позволяет устанавливать в ПК платы устройств ввода-вывода с устанавливать в ПК платы устройств ввода-вывода с различными системными интерфейсами. различными системными интерфейсами.

Существуют Существуют три варианта плат PCIтри варианта плат PCI: : с уровнями с уровнями сигналов 3,3 В, с уровнями сигналов 5 В и сигналов 3,3 В, с уровнями сигналов 5 В и универсальныеуниверсальные. .

Существует 32-разрядная и 64-разрядная Существует 32-разрядная и 64-разрядная реализация шины реализация шины PCIPCI.. В 64-разрядной реализации В 64-разрядной реализации используется разъем с дополнительной секцией. используется разъем с дополнительной секцией.

Система на основе Система на основе PCIPCI

На шине На шине PCIPCI сигналы адреса и данных мультиплексированысигналы адреса и данных мультиплексированы, , поэтому для передачи каждых 32 или 64 разрядов требуется два поэтому для передачи каждых 32 или 64 разрядов требуется два шинных цикла: один – для пересылки адреса, а второй – для шинных цикла: один – для пересылки адреса, а второй – для пересылки данных. Возможен также пересылки данных. Возможен также пакетный режим передачипакетный режим передачи. .

PCI PCI поддерживает процедуру прямого доступа к памятиподдерживает процедуру прямого доступа к памяти ведущего устройства на шине (bus mastering DMA), хотя некоторые ведущего устройства на шине (bus mastering DMA), хотя некоторые реализации PCI могут и не предоставлять такую возможность для реализации PCI могут и не предоставлять такую возможность для всех разъемов PCI. Процессор может функционировать всех разъемов PCI. Процессор может функционировать параллельно с периферийными устройствами, являющимися параллельно с периферийными устройствами, являющимися ведущими на шине.ведущими на шине.

Кроме того, платы Кроме того, платы PCIPCI поддерживают: поддерживают:•автоматическую конфигурацию автоматическую конфигурацию PlugPlug&&PlayPlay (не требуют (не требуют

назначения адресов расширений назначения адресов расширений BIOSBIOS вручную); вручную);•совместное использование прерыванийсовместное использование прерываний (когда один и тот же (когда один и тот же

номер прерывания может использоваться разными устройствами);номер прерывания может использоваться разными устройствами);•контроль четностиконтроль четности сигналов шины данных и адресной шины; сигналов шины данных и адресной шины;•конфигурационную памятьконфигурационную память от 64 до 256 байт (код от 64 до 256 байт (код

производителя, код устройства, код класса (функции) устройства и производителя, код устройства, код класса (функции) устройства и др.)др.)

В 1995 году был выпущена В 1995 году был выпущена улучшенная версия улучшенная версия интерфейса – интерфейса – PCIPCI 2.1 2.1, которая предоставила следующие , которая предоставила следующие возможности:возможности:

•поддержка тактовой частоты шины 66 МГц;поддержка тактовой частоты шины 66 МГц;•таймер обработки множественных запросовтаймер обработки множественных запросов MTTMTT

(Multi-(Multi-TTransaction ransaction TTimer) позволяет устройствам, imer) позволяет устройствам, осуществляющим прямой доступ к памяти, удерживать осуществляющим прямой доступ к памяти, удерживать шину для «прерывистой» передачи пакетов, при этом не шину для «прерывистой» передачи пакетов, при этом не требуется повторно добиваться права управления шиной, требуется повторно добиваться права управления шиной, что полезно при передаче видеоданных;что полезно при передаче видеоданных;

•пассивное разъединениепассивное разъединение (Passive Release) позволяет (Passive Release) позволяет устройствам, осуществляющим прямой доступ к памяти по устройствам, осуществляющим прямой доступ к памяти по шине PCI, передавать данные в то время, когда ведется шине PCI, передавать данные в то время, когда ведется передача данных по шине ISA (обычно это приводило к передача данных по шине ISA (обычно это приводило к блокированию передачи по шине PCI, поскольку она блокированию передачи по шине PCI, поскольку она использовалась для подключения центрального использовалась для подключения центрального процессора к шине ISA);процессора к шине ISA);

•задержанные транзакции PCIзадержанные транзакции PCI позволяют позволяют передаваемым данным ведущего устройства на шине PCI передаваемым данным ведущего устройства на шине PCI получать приоритет над ожидающими в очереди данными получать приоритет над ожидающими в очереди данными для передачи с PCI на ISA;для передачи с PCI на ISA;

•повышение производительности записиповышение производительности записи благодаря благодаря оснащению PCI-чипсета буферами большего объема, оснащению PCI-чипсета буферами большего объема, поэтому транзакции могут выстраиваться в очередь, когда поэтому транзакции могут выстраиваться в очередь, когда шина PCI занята, и происходит сбор байтов, слов и шина PCI занята, и происходит сбор байтов, слов и двойных слов, которые могут объединяться в единую 8-двойных слов, которые могут объединяться в единую 8-байтную операцию записи.байтную операцию записи.

Порт Порт AGP AGP

В 1996 году фирмой В 1996 году фирмой IntelIntel был предложен был предложен выделенный выделенный интерфейс для подключения видеокарты – интерфейс для подключения видеокарты – AGPAGP ((Accelerated Graphics PortAccelerated Graphics Port – высокоскоростной – высокоскоростной графический порт)графический порт). .

1 2

Графическая плата

ЦП

Набормикросхем

AGP

PCI - шина

Текстуры

Системнаяпамять

1 – графический процессор1 – графический процессор2 – кадровый буфер2 – кадровый буфер

Особенности Особенности AGP AGP шинышины

• Несколько режимов работы.Несколько режимов работы.

Режим Режим AGPAGP 1 1xx AGPAGP 2 2xx AGPAGP 4 4xx AGPAGP 8 8xx

СпецификацияСпецификацияAGPAGP 1.0- 1.0-

1997 1997 AGPAGP 1.0- 1.0-

1997 1997 AGPAGP 2.0- 2.0-

1998 1998 AGPAGP 3.0- 3.0-

2000 2000

Уровни Уровни напряжений напряжений 3,33,3 В В 3,33,3 В В 1,5 В 1,5 В 0,8 В 0,8 В

Макс. скорость, Макс. скорость, Мбайт/с Мбайт/с

266 266 533 533 1066 1066 2133 2133

• В В AGPAGP существует возможность отмены существует возможность отмены механизма мультиплексирования шины адреса и механизма мультиплексирования шины адреса и данных – режим адресации по боковой полосе данных – режим адресации по боковой полосе SBASBA ((SSide-ide-BBand and AAddressing). ddressing). При использовании При использовании SBASBA задействуются 8 дополнительных линий, по которым задействуются 8 дополнительных линий, по которым передается новый адрес, в то время как по 32-битной передается новый адрес, в то время как по 32-битной шине данных передается пакет от предыдущего запроса.шине данных передается пакет от предыдущего запроса.

• КонвейеризацияКонвейеризация позволяет позволяет AGPAGP плате отдавать в плате отдавать в быстрой последовательности несколько команд, не быстрой последовательности несколько команд, не ожидая ответа.ожидая ответа.

На PCI по выставленному адресу после задержки На PCI по выставленному адресу после задержки появляются данные. На AGP сначала выставляется пакет появляются данные. На AGP сначала выставляется пакет адресов, на которые следует ответ пакетом данных.адресов, на которые следует ответ пакетом данных.

• AGPAGP – текстурирование – текстурирование. .

AGPAGP обеспечивает обеспечивает два механизма доступа процессора два механизма доступа процессора видеокарты к памяти:видеокарты к памяти:

• DMA (Direct Memory Access) – обычный прямой DMA (Direct Memory Access) – обычный прямой доступ к памятидоступ к памяти. В этом режиме основной памятью . В этом режиме основной памятью считается встроенная видеопамять на карте, текстуры считается встроенная видеопамять на карте, текстуры копируются туда из системной памяти компьютера перед копируются туда из системной памяти компьютера перед использованием их процессором видеокарты;использованием их процессором видеокарты;

• DDIIME (Direct ME (Direct IIn Memory Execute) – n Memory Execute) – непосредственное выполнение в памятинепосредственное выполнение в памяти. В этом режиме . В этом режиме основная и видеопамять находятся как бы в общем основная и видеопамять находятся как бы в общем адресном пространстве. Общее пространство эмулируется адресном пространстве. Общее пространство эмулируется с помощью таблицы отображения адресов GARP (Graphic с помощью таблицы отображения адресов GARP (Graphic Address Remapping Table) блоками по 4 Кбайт. Таким Address Remapping Table) блоками по 4 Кбайт. Таким образом, процессор видеокарты способен непосредственно образом, процессор видеокарты способен непосредственно работать с текстурами в основной памяти без работать с текстурами в основной памяти без необходимости их копирования в видеопамять. Этот необходимости их копирования в видеопамять. Этот процесс называется процесс называется AGP-текстурированием.AGP-текстурированием.

Существуют модификации порта Существуют модификации порта AGPAGP::•спецификация спецификация AGP ProAGP Pro для видеокарт с большой для видеокарт с большой

потребляемой мощностью (до 110 Вт), включающая потребляемой мощностью (до 110 Вт), включающая дополнительные разъемы питания;дополнительные разъемы питания;

•64-битный порт 64-битный порт AGPAGP, используемый для , используемый для профессиональных графических адаптеров;профессиональных графических адаптеров;

•интерфейс интерфейс AGP ExpressAGP Express, представляющий собой , представляющий собой эмуляцию порта эмуляцию порта AGPAGP при помощи сдвоенного слота при помощи сдвоенного слота PCIPCI в в форм-факторе форм-факторе AGPAGP. - Применяется на некоторых . - Применяется на некоторых материнских платах на основе материнских платах на основе PCI ExpressPCI Express для поддержки для поддержки AGPAGP-видеокарт.-видеокарт.

В настоящее время порт В настоящее время порт AGPAGP практически исчерпал практически исчерпал свои возможности и активно вытесняется системным свои возможности и активно вытесняется системным интерфейсом интерфейсом PCI ExpressPCI Express..

PCI ExpressPCI Express Интерфейс Интерфейс PCI ExpressPCI Express (первоначальное название – (первоначальное название –

33GIO (3rd Generation I/O – GIO (3rd Generation I/O – Ввод-вывод 3-го поколения)) Ввод-вывод 3-го поколения)) использует концепцию использует концепцию PCIPCI, однако физическая их , однако физическая их реализация кардинально отличается. На физическом реализация кардинально отличается. На физическом уровне уровне PCI ExpressPCI Express представляет собой не шину, а представляет собой не шину, а некое подобие сетевого взаимодействия на основе некое подобие сетевого взаимодействия на основе последовательного протоколапоследовательного протокола. Высокое быстродействие . Высокое быстродействие PCI ExpressPCI Express позволяет отказаться от других системных позволяет отказаться от других системных интерфейсов (интерфейсов (AGPAGP, , PCIPCI), что дает возможность также ), что дает возможность также отказаться от деления системного чипсета на северный и отказаться от деления системного чипсета на северный и южный мосты в пользу единого контроллера южный мосты в пользу единого контроллера PCI ExpressPCI Express..

Одна из концептуальных особенностей интерфейса Одна из концептуальных особенностей интерфейса PCI ExpressPCI Express, позволяющая существенно повысить , позволяющая существенно повысить производительность системы, —- использование производительность системы, —- использование топологии «звезда». топологии «звезда».

Топология «звезда» в интерфейсеТопология «звезда» в интерфейсе PCI ExpressPCI Express

КаналКанал ( (linklink), связывающий устройство с ), связывающий устройство с концентратором концентратором PCI ExpressPCI Express, представляет собой , представляет собой совокупность дуплексных последовательных совокупность дуплексных последовательных (однобитных) линий связи, называемых (однобитных) линий связи, называемых полосамиполосами ((lanelane). ).

На электрическом уровне На электрическом уровне каждая полоса каждая полоса соответствует двум парам проводников с соответствует двум парам проводников с дифференциальным кодированием сигналов.дифференциальным кодированием сигналов. Одна Одна пара используется для приема, другая – для передачи. пара используется для приема, другая – для передачи. PCI PCI ExpressExpress первого поколения декларирует скорость передачи первого поколения декларирует скорость передачи одной полосы 2,5 Гбит/с в каждом направлении. В будущем одной полосы 2,5 Гбит/с в каждом направлении. В будущем планируется увеличить скорость до 5 и 10 Гбит/с.планируется увеличить скорость до 5 и 10 Гбит/с.

Канал может состоять из нескольких полос: одной (Канал может состоять из нескольких полос: одной (xx1 1 linklink), двух (), двух (xx2 2 linklink), четырех (), четырех (xx4 4 linklink), восьми (), восьми (xx8 8 linklink), ), шестнадцати (шестнадцати (xx16 16 linklink) или тридцати двух () или тридцати двух (xx32 32 linklink). Все ). Все устройства должны поддерживать работу с однополосным устройства должны поддерживать работу с однополосным каналом. Аналогично, различают слоты: каналом. Аналогично, различают слоты: xx1, 1, xx2, 2, xx4, 4, xx8, 8, xx16, 16, xx32.32.

При передаче данных по многополосным каналам При передаче данных по многополосным каналам используется используется принцип чередования или «разборки принцип чередования или «разборки данных»данных» ( (data strippingdata stripping): каждый последующий байт ): каждый последующий байт передается по другой полосе. В случае канала передается по другой полосе. В случае канала xx2 это 2 это означает, что все четные байты передаются по одной означает, что все четные байты передаются по одной полосе, а нечетные – по другой.полосе, а нечетные – по другой.

PCI ExpressPCI Express использует схему кодирования данных, использует схему кодирования данных, встраивающую тактирующий сигнал в закодированные встраивающую тактирующий сигнал в закодированные данные, т. е. обеспечивающую самосинхронизацию. данные, т. е. обеспечивающую самосинхронизацию. Применяемый в Применяемый в PCI ExpressPCI Express алгоритм 8 алгоритм 8 BB / 10 / 10 BB (8 бит в 10 (8 бит в 10 бит) обеспечивает разбиение длинных бит) обеспечивает разбиение длинных последовательностей нулей или единиц так, чтобы последовательностей нулей или единиц так, чтобы приемная сторона не потеряла границы битов. С учетом приемная сторона не потеряла границы битов. С учетом кодирования 8 кодирования 8 B B // 10 10 BB пропускную способность пропускную способность однополосного канала однополосного канала PCI ExpressPCI Express можно оценить, как можно оценить, как 2500 Мбит/с / 10 бит/байт = 250 Мегабайт/с (238 Мбайт/с).2500 Мбит/с / 10 бит/байт = 250 Мегабайт/с (238 Мбайт/с).

Шинная архитектура системы на Шинная архитектура системы на основе МП основе МП Pentium II, IIIPentium II, III

CPU-SLOT 1

Control

Address

Data

AGPSLOT

PMC82443BX

MainMemory(DRAM)

Addr

Cntrl

PCI BUS

Control

Address/Data

PIIX4EUSB1

USB2

PCI IDEHEADER

ISA BUSISA

SLOT(s)

83977F

FDC

Buffer

X BUS

KBCRTC

Flash BIOS

SerialLPTIrDA