Подякувати Студентському архіву довільною сумою
Admin
26.02.2023 12:38
Дякуємо, що користуєтесь нашим архівом!
Інформація про навчальний заклад
ВУЗ:
Національний університет Львівська політехніка
Інститут:
Не вказано
Факультет:
Комп'ютерна інженерія
Кафедра:
Кафедра ЕОМ
Інформація про роботу
Рік:
2010
Тип роботи:
Методичні вказівки
Предмет:
Периферійні пристрої
Частина тексту файла (без зображень, графіків і формул):
Міністерство освіти і науки України
Національний університет “Львівська політехніка”
Кафедра ЕОМ
Периферійні пристрої
Методичні вказівки до комплексу практичних робіт
для студентів базового напряму 6.050102 - “Комп’ютерна інженерія”
Затверджено на засіданні кафедри ”Електронні обчислювальні машини” Протокол № 1 від 01. 09. 2010 року
Львів – 2010
Периферійні пристрої: Методичні вказівки до комплексу практичних робіт для студентів базового напряму 6.050102 - “Комп’ютерна інженерія” / Укладачі: Парамуд Я.С., Миц А.М. – Львів: Національний університет “Львівська політехніка”, 2010, 154 с.
Укладачі Парамуд Я.С., к. т. н, доцент
Миц А.М., асистент.
Рецензенти Івахів О.В., д. т. н, проф.
Відповідальний за випуск: Мельник А. О., професор, завідувач кафедри
ПРАКТИЧНІНІ РОБОТИ № 1-3
ІНТЕРФЕЙСИ ПЕРИФЕРІЙНИХ ПРИСТРОЇВ
ТЕОРЕТИЧНІ ВІДОМОСТІ
ІНТЕРФЕЙС RS-232C
Асинхронний послідовний інтерфейс – це основний тип інтерфейсу, за допомогою якого здійснюється передача даних між комп’ютерами. Термін асинхроний означає, що при передачі даних не використовуються ніякі синхронізуючі сигнали, і окремі символи можуть передаватись з випадковими інтервалами, як, наприклад при вводі даних з клавіатури.
Кожному символу, який передається через послідовне з’єднання, мусить передувати стандартний стартовий сигнал, а завершувати його передачу – стоповий сигнал. Стартовий сигнал – це нулевий біт, його ще називають стартовим бітом. Його призначення – повідомити пристою, який приймає дані про те, що наступні вісім бітів представляють собою байт даних. Після символа передаються один чи два стопових біта, які дають сигнал про закінчення передачі символа. В пристрої який приймає дані, символи розпізнаються по появі стартових і стопових сигналів, а не по моменту їх передачі. Асинхроний інтерфейс орієнтований на передачу символів (байтів), а при передачі використовується приблизно 20% інформації тільки для ідентифікації кожного символа.
Термін послідовний означає, що передача даних виконується по одиночному провіднику, а біти передаються послідовно один за другим. Такий тип зв’язку характерний для телефонної мережі, в якій кожний напрямок обслуговує один провідник. Багато компаній випускають доповняльні послідовні порти для комп’ютерів, звичайно ті порти встановлюються на багатофункціональних платах чи на платі з паралельним портом. На рисунку 1, показано стандартний 9-контактний роз’єм послідовного порта:
Рис.1 Роз’єм послідовного порту
До послідовного порта можна підключити самі різноманітні пристрої: модеми, плотери, принтери, інші комп’ютери, пристрої зчитування штрих-кодів, схему керування пристроями чи макетну плату. В основному у всіх пристроях, для яких потрібен двонапрямлений зв’язок з комп’ютером, використовується порт, який став стандартом – RS-232C (Reference Standard number 232 version C – стандарт обміну номер 232 версії С), який позволяє передавати дані між несумісними пристроями.
Інтерфейс RS - 232С широко використовують у персональних
комп'ютерах для обміну інформацією з периферійними пристроями у послідовному дуплексному режимі обміну. Спрощений варіант інтерфейсу стик С2 є аналогом інтерфейсу RS - 232С для колишніх країн економічної співдружності. Швидкість передавання даних в асинхронному режимі може становити біт/с: 50, 75, 100, 150, 300, 600, 1200, 2400, 4800, 9600, 19200.
Інтерфейс RS-232C розроблено в 1969 році рядом корпорацій США для забезпечення з’єднання комп’ютерів та різноманітних периферійних пристроїв. Стандарт RS-232 в загальному випадку описує 4 інтерфейсні функції:
1. Визначення керувальних сигналів, що передаються через інтерфейс.
2. Визначення формату даних користувача, що передаються через інтерфейс.
3. Передачу тактових сигналів для синхронізації потоку даних.
4. Формування електричних характеристик інтерфейсу.
Інтерфейс RS-232 є послідовним асинхронним інтерфейсом, в якому перед бітами даних передається спеціальний стартовий біт, після бітів даних йде біт паритета та 1 чи 2 стопових біти. Така сукупність бітів носить назву старт-стопного символу. Кожний старт-стопний символ, як правило, у якості бітів даних містить один інформаційний символ, наприклад, символ стандартного коду для обміну інформацією, що задається таблицею ASCII. Символи ASCII відображаються семибітовими кодовими словами. Так, наприклад, латинська буква А має код 1000001. Її передача рівнями ТТЛ зображена на рис. 2.
Початок асинхронного символу завжди відмічається низьким рівнем стартового рівня (“0”). Після нього йдуть 7 біт даних, потім біт паритету, та 2 стопових біти. Біт паритету встановлюється в “1”, або “0”, наприклад, непарний паритет характеризується тим, що загальна кількість одиниць в групі з семи біт (сім даних + один біт паритету) повинно бути непарним числом. Стопові біти передаються високим рівнем (“1”).
Рис.2 Схема передачі даних через RS-232C.
Обмін по RS-232C здійснюється за допомогою звернень по спеціально виділених для цього портах COM1 (адреси 3F8h...3FFh, переривання IRQ4), COM2 (адреси 2F8h...2FFh, переривання IRQ3), COM3 (адреси 3F8h...3EFh, переривання IRQ10), COM4 (адреси 2E8h...2EFh, переривання IRQ11). Формати звернень по цих адресах можна знайти в численних описах мікросхем контроллерів послідовного обміну UART (Universal Asynchronous Receiver/Transmitter), наприклад, i8250, КР580ВВ51.
ІНТЕРФЕЙС LPT
Паралельний інтерфейс: LPT-порт Порт паралельного інтерфейсу був введений в PC для підключення принтера-LPT-порт (Line PrinTer - порядковий принтер). Адаптер паралельного інтерфейсу є набором регістрів, розташованих в просторі введення / виводу. Регістри порту адресуються щодо базової адреси порту, стандартними значеннями якого є 386h, 378h і 278h. Порт має зовнішню 8-бітну шину даних, 5-бітну шину сигналів стану і 4-бітну шину керуючих сигналів. BIOS підтримує до чотирьох LPT-портів (LPT1-LPT4) своїм сервісом - перериванням INT 17h, що забезпечує через них зв'язок із принтерами по інтерфейсу Centronics. Цим сервісом BIOS здійснює висновок символу, ініціалізацію інтерфейсу й принтера, а також опитування стану принтера.
Традиційний LPT-порт Традиційний порт SPP (Standard Parallel Port) є односпрямованим портом, на базі якого програмно реалізується протокол обміну Centronics. Порт забезпечує можливість вироблення запиту апаратного переривання по імпульсу на вході АСК #. Сигнали порту виводяться на роз'єм DB-25S (розетка), встановлений безпосередньо на платі адаптера (або системної плати) або з'єднується з нею плоским шлейфом. Назва та призначення сигналів роз'єму порту (табл. 2) відповідають інтерфейсу Centronics.
Роз'єм стандартного LPT-порту
Контакт DB-25S
Провод шлейфа
Назначение
I/O*
Reg.Bit**
Сигнал
1
1
0/1
CR: 0\
Strobe#
2
3
0(1)
DR:0
Data 0
3
5
0(1)
DR: 1
Data 1
4
7
0(1)
DR: 2
Data 2
5
9
0(1)
DR:3
Data 3
6
11
0(1)
DR: 4
Data 4
7
13
0(1)
DR:5
Data 5
8
15
0(1)
DR:6
Data 6
9
17
0(1)
DR:7
Data 7
10
19
I
SR: 6
Ack#
11
21
I
SR: 7\
Busy
12
23
I
SR: 5
PaperEnd
13
25
I
SR: 4
Select
14
2
0/1
CR: 1\
Auto LF#
15
4
I
SR: 3
Error#
16
6
0/1
CR: 2
Init#
17
8
0/1
CR:3\
Select In#
18-25
10, 12, 14, 16
18, 20, 22, 24, 26
-
-
* I / O задає напрям передачі (вхід / вихід) сигналу порту; 0 / I позначає вихідні лінії, стан яких зчитується при читанні з відповідних портів виводу. ** Символом «\» відзначені інвертовані сигнали (1 в регістрі відповідає низькому рівню лінії). *** Вхід Ack # з'єднаний резистором (10 кОм) з харчуванням +5 В. Стандартний порт має три 8-бітних регістра, розташованих по сусідніх адресами в просторі введення / виведення, починаючи з базового адреси порту (BASE). Data Register (DR) - регістр даних, адреса = BASE. Дані, записані в той порт, виводяться на вихідні лінії інтерфейсу. Дані, лічені з цього регістра, залежно від схемотехніки адаптера відповідають або раніше записаним даними, або сигналам на тих же лініях. Status Register (SR) - регістр стану, що представляє собою 5-бітний порт введення сигналів стану принтера (біти SR.4-SR.7), адреса = BASE +1. Біт SR.7 інвертується - низькому рівню сигналу відповідає одиничне значенню біта в регістрі, і навпаки. Призначення біт регістра стану (у дужках дані номери контактів роз'єму):
Опції BIOS для LPT-порту BIOS забезпечує підтримку LPT-порту, необхідну для організації висновку по інтерфейсу Centronics. У процесі початкового тестування POST BIOS перевіряє наявність паралельних портів за адресами ЗВСЬ, 378h і 278h і поміщає базові адреси виявлених портів в осередку BIOS DATA AREA 0:0408 h, 040Ah, 040СП, 040ЕП. Ці осередки зберігають адреси портів з логічними іменами LPT1-LPT4. У комірки 0:0478, 0479, 047А, 047В заносяться константи, які визначають витримку тайм-ауту для цих портів. Пошук портів зазвичай ведеться за базовим адресою. Якщо лічений байт збігся із записаним, вважається, що знайдено LPT-порт, і його адресу поміщають у клітинку BIOS DATA AREA. Адреса порту LPT4 BIOS самостійно встановити не може, оскільки в списку стандартних адрес пошуку є лише три вищевказаних. Виявлені порти ініціалізувалися - записом в регістр управління формується і знімається сигнал Initff, після чого записується значення 00h, відповідне вихідного стану сигналів інтерфейсу. Програмне переривання BIOS I NT 17h забезпечує наступні функції підтримки LPT-порту: 00h - висновок символу з регістра AL по протоколу Centronics. Дані поміщаються у вихідний регістр і після готовності принтера формується строб. 01h - ініціалізаія інтерфейсу та принтера. 02h - опитування стану принтера. Коли Ви INT 17h номер функції задається в регістрі АН, номер порту - в регістрі DX (0 - LPT1, 1 - LPT2 ...). При поверненні після будь-якої функції регістр АН містить код стану - біти регістра стану SR [7:3] (біти 6 і 3 інвертувати) і прапор тайм-ауту в біті 0. Прапор тайм-ауту встановлюється при невдалій спробі виведення символу.
Режими передачі даних Стандарт IEEE 1284 визначає п'ять режимів обміну, один з яких повністю відповідає традиційному стандартного програмно-керованого висновку по протоколу Centronics. Решта режими використовуються для розширення функціональних можливостей і підвищення продуктивності інтерфейсу. Стандарт визначає спосіб узгодження режиму, за яким програмне забезпечення може визначити режим, доступний і хосту (у нашому випадку це PC), і периферійних пристроїв. Режими нестандартних портів, що реалізують протокол обміну Centronics апаратно («Fast Centronics,« Parallel Port FIFO Mode »), можуть і не бути режимами IEEE 1284, незважаючи на наявність у них рис ЕРР і ЕСР.
Конфігурування LPT-портів Управління паралельним портом розділяється на два етапи - попереднє конфігурування (Setup) апаратних засобів порту і поточне (оперативне) перемикання режимів роботи прикладним або системним ПО. Оперативне перемикання можливо тільки в межах режимів, дозволених при конфігуруванні. Таким чином забезпечується можливість узгодження апаратури та програмного забезпечення і блокування помилкових перемиканні, викликаних некоректними діями програми. Спосіб і можливості конфігурації LPT-портів залежать від його виконання та місця розташування. Порт, розташований на платі розширення (звичайно на Мультикарти), яка встановлюється в слот ISA або ISA + VLB, звичайно конфігурується джампера на самій платі. Порт, розташований на системній платі, зазвичай конфігурується через BIOS Setup. Конфігуруванню підлягають такі параметри: Базовий адресу, який може мати значення 3BCh, 378h і 278h. При ініціалізації BIOS перевіряє наявність портів за адресами саме в цьому порядку і, відповідно, привласнює знайденим портам логічні імена LPT1, LPT2, LPT3. Адреса 3BCh має адаптер порту, розташований на платі MDA або HGC. Більшість портів за замовчуванням конфігурується на адресу 378h і може перемикатися на 278h. Використовувана лінія запиту переривання: для LPT1 зазвичай використовується IRQ7, для LPT2 - IRQ5. Використання каналу DMA для режимів ЕСР і Fast Centronics - дозвіл і номер каналу DMA.
ІНТЕРФЕЙС USB
USB (англ. Universal Serial Bus, абревіатура читається ю-ес-бі) — укр. універсальна послідовна шина, призначена для з'єднання периферійних пристроїв. Шина USB представляє собою послідовний інтерфейс передачі даних для середньошвидкісних та низькошвидкісних периферійних пристроїв. Для високошвидкісних пристроїв на сьогодні кращим вважається FireWire. USB-кабель представляє собою дві виті пари: по одній парі відбувається передача даних в кожному напрямку (диференціальне включення), а інша пара використовується для живлення периферійного пристрою (+5 В). Завдяки вбудованим лініям живлення, що запезпечують струм до 500 мА, USB часто дозволяє використовувати пристрої без власного блоку живлення (якщо ці пристрої споживають струм потужністю не більше 500 мА). До одного контролера шини USB можно під'єднати до 127 пристроїв через ланцюжок концентраторів (вони використовують топологію «зірка»). На відміну від багатьох інших стандартних роз’ємів, для USB характерні довговічність та механічна міцність. Інтерфейс USB є послідовною, напівдуплексною, двонаправленою шиною.| Шина дозволяє підключити до ПК до 127 фізичних пристроїв. Кожен фізичний пристрій може, у свою чергу, складатися з декількох логічних (наприклад, клавіатура з вбудованим манипулятором-трекболом).|устроїв||устрій||своєю чергою||із|| Кабельна розводка USB починається з вузла (host). Хост володіє інтегрованим кореневим концентратором (root hub), який надає декілька роз'ємів USB для підключення зовнішніх пристроїв. Потім кабелі йдуть до інших пристроїв USB, які також можуть бути концентраторами, і функціональних компонентів (наприклад, модем або акустична система). Концентратори часто вбудовуються в монітори і клавіатури (які є типовими складеними пристроями). Концентратори можуть містити до семи "витікаючих" портів. Для передачі сигналів шина USB використовує чотирипровідною інтерфейс. Одна пара провідників ("+5В" і "загальний") призначена для живлення периферійних пристроїв з навантаженням до 500 мА. Дані передаються по іншій парі ("D+" "D-"). Для передачі даних використовується диференціальна напруга до 3 В (з метою зниження впливу шуму) і схема кодування NRZI (що позбавляє від необхідності виділяти додаткову пару провідників під тактовий сигнал). Всі концентратори повинні підтримувати на своїх витікаючих портах пристрої обох типів, не дозволяючи високошвидкісному трафіку досягати низькошвидкісних пристроїв. Високопродуктивні пристрої підключаються за допомогою екранованого кабелю, довжина якого не повинна перевищувати 3 м. Якщо ж пристрій не формулює особливих вимог до смуги пропускання, його можна підключити і неекранованим кабелем (який може бути тоншим і гнучкішим). Максимальна довжина кабелю для низькошвидкісних пристроїв - 5 м. Вимоги пристрою до живлення (діаметр провідників, споживана потужність) можуть зумовити необхідність використання кабелю меншої довжини. Із-за особливостей розповсюдження сигналу по кабелю число послідовно сполучених концентраторів обмежене шістьма (і сім'ю п'ятиметровими відрізками кабелюХост дізнається про підключення або відключення пристрою з повідомлення від концентратора (ця процедура називається опитом шини - bus enumeration). Потім хост привласнює пристрою унікальну адресу USB (1:127). Після відключення пристрою від шини USB його адреса стає доступною для інших пристроїв. Для індивідуального звернення до конкретних функціональних можливостей складеного пристрою застосовується 4-бітове поле кінцевої крапки. У низькошвидкісних пристроях за кожною функцією закріплюється не більше двох адрес кінцевих крапок: нульова кінцева крапка використовується для конфігурації і визначення стану USB, а також управління функціональним компонентом; а інша крапка - відповідно до функціональних можливостей компоненту. Пристрої з максимальною продуктивністю можуть підтримувати до 16 кінцевих крапок, резервуючи нульову крапку для завдань конфігурації і управління USBХост опитує всі пристрої і видає їм дозволу на передачу даних (розсилаючи для цього пакет-маркер - Token Packet). Таким чином, пристрої позбавлені можливості безпосереднього обміну даними - всі дані проходять через хост. Ця умова сильно заважала впровадженню інтерфейсу USB на ринок портативних пристроїв. В результаті в кінці 2001 року було прийнято доповнення до стандарту USB 2.0 - специфікація USB OTG (On-The-Go), призначена для з'єднання периферійних USB-устройств один з одним без необхідності підключення до хосту (наприклад, цифрова камера і фотопринтер). Пристрій, підтримуюче USB OTG, здатний частково виконувати функції хоста і розпізнавати, коли воно підключене до повноцінного хосту (на основі ПК), а коли - до іншого периферійного пристрою. Специфікація описує також протокол узгодження вибору ролі хоста при з'єднанні два USB OTG-пристроїв. Дані на шині передаються транзакціями, інтервал між якими складає 1 мс. Передбачено чотири типи транзакцій.|типів| Передачі, що управляють, використовуються для конфігурації знов підключених пристроїв (наприклад, привласнення ним адреси USB) і їх компонентів. Пристрої з максимальною продуктивністю можуть бути налаштовані на роботу з конфігураційними повідомленнями завдовжки 8, 16, 32 або 64 байти (за умовчанням - 8 байт). Пристрої з низькою продуктивністю в змозі розпізнавати повідомлення, що управляють, завдовжки не більше 8 байт| Групова передача (bulk) використовується для адресної пересилки даних великого об'єму (до 1023 байт). Як приклад можна привести передачу даних на принтер або від сканера. Пристрої з низькою продуктивністю не підтримують цей режим Передача даних переривання, наприклад, введених з клавіатури даних або відомостей про переміщення миші. Ці дані мають бути передані достатньо швидко для того, щоб користувач не відмітив ніякої затримки. Відповідно до специфікацій час затримки USB складає декілька мілісекунд. Ізохронні передачі (передачі в реальному масштабі часу). Пропускна спроможність і затримка доставки обмовляються до початку передачі даних. До ізохронних даних алгоритми корекції помилок непридатні (оскільки час на повторну їх ретрансляцію перевищує допустимий інтервал затримки). За один сеанс в такому режимі може бути передано до 1023 байт. Пристрої з низькою продуктивністю не підтримують цей режим.|передавати||устрої||із| Слід також відзначити, що різними виробниками пропонувалися специфікації, що описують інтерфейс різних апаратних реалізацій контроллера USB. Фірмою Intel була запропонована специфікація UHCI (Universal Host Controller Interface), яка передбачає надзвичайно просту апаратну реалізацію контроллера USB. В рамках даної специфікації основні функції контролю і арбітражу шини покладаються на програмний драйвер. Альтернативна специфікація була запропонована компаніями Compaq, Microsoft і National Semiconductor - OHCI (Open Host Interface). Контроллери по специфікації OHCI володіють уніфікованим абстрактним інтерфейсом, що передбачає апаратну реалізацію більшості функцій, що управляють, що полегшує їх програмування.
USB 1.0
Версія представлена в січні 1995 року.
Технічні характеристики:
високошвидкісне з'єднання — 12 Мбіт/с
максимальна довжина кабеля для високошвидкісного з'єднання — 3 м
низькошвидкісне з'єднання — 1,5 Мбіт/с
максимальна довжина кабеля для низькошвидкісного з'єднання — 5 м
максимальна кількість пристроїв підімкнення (враховуючи )концентратори — 127
можливість підключення пристроїв з різними швидкостями обміну інформацією
напруга живлення для переферійних пристроїв — 5 В
максимальний струм споживання на один пристрій — 500 мA
USB 1.1
Випущено в вересні 1998. Виправлені проблеми виявлені у версії 1.0, в основному пов'язані з концентраторами. Інтерфейс USB 1.1 декларує два режими:|
1)низькошвидкісний підканал (пропускна спроможність - 1,5 Мбіт/с), призначений для таких пристроїв, як миші і клавіатури;|устроїв|
2)високопродуктивний канал, що забезпечує максимальну пропускну спроможність 12 Мбіт/с, що може використовуватися для підключення зовнішніх накопичувачів або пристроїв обробки і передачі аудио- і відеоінформації.|устроїв||
USB 2.0
Версія випущена в квітні 2000 року. USB 2.0 відрізняється від USB 1.1 лише швидкістю передачі, яка зросла та незначними змінами в протоколі передачі даних для режиму Hi-speed (480 Мбіт/сек). Існує три швидкості роботи пристроїв USB 2.0:
Low-speed 10—1500 Кбіт/c (використовується для інтерактивних пристроїв: клавіатури, мишки, джойстики)
Full-speed 0,5—12 Мбіт/с (аудіо/відео пристрої)
Hi-speed 25—480 Мбіт/с (відео пристрої, пристрої зберігання інформації)
В дійсності ж хоча швидкість USB 2.0 і може досягати 480Мбит/с, пристрої типу жорстких дисків чи взагалі будь-які інші носії інформації ніколи не досягають її по шині USB, хоча і могли б. Це можна пояснити доволі просто, шина USB має доволі велику затримку між запитом на передачу інформацію і саме самою передачею даних («довгий ping»). Наприклад шина FireWire забезпечує максимальну швидкість у 400 Мбіт/с, тобто на 80Мбіт/с меньше чим у USB, дозволяє досягнути більшої швидкості обміну даними з носіями інформації.
USB OTG
Технологія USB On-The-Go розширює специфікації USB 2.0 для легкого з'єднання між собою переферійних USB-пристроїв безпосередньо між собою без задіяння комп'ютера. Прикладом застосування цієї технології є можливість підключення фотоапарату напряму до друкарки. Цей стандарт виник через об'єктивну потребу надійного з'єднання особливо поширених USB-пристроїв без застосування комп'ютера, який в потрібний момент може і не виявитися під руками.
Бездротовий USB
Офіційна специфікація протоколу була анонсована в травні 2005 року. Дозволяє організовувати бездротовий зв'язок з високою швидкістю передачі даних до 480 Мбіт/с на відстані 3 метрів та до 110 Мбіт/с на відстані 10 метрів. Для безпровідного USB часом використовують абревіатуру WUSB. Розробник протоколу USB-IF віддає перевагу практиці іменування протокол офіційно Certified Wireless USB.
USB 3.0
Протокол USB 3.0 знаходиться на стадії розробки і буде передавати сигнал за допомогою оптоволоконного кабелю USB 3.0 планується створити зворотно сумісним з USB 2.0 та USB 1.1
Створенням USB 3.0 займаються компанії: Intel, Microsoft, Hewlett-Packard, Texas Instruments, NEC и NXP Semiconductors.
Теоретична пікова пропускна здатність складає 4,8 Гбіт/с. Специфікація периферійної шини USB була розроблена лідерами комп'ютерної і телекомунікаційної промисловості (Compaq, DEC, IBM, Intel, Microsoft, NEC і Northern Telecom) для підключення комп'ютерної периферії поза корпусом ПК з автоматичною автоконфігурацією (Plug&Play). Перша версія стандарту з'явилася в 1996 р. Агресивна політика Intel по впровадженню цього інтерфейсу стимулює поступове зникнення таких низькошвидкісних інтерфейсів, як RS 232C, Access.bus і тому подібне Проте для високошвидкісних пристроїв строгішими вимогами до продуктивності (наприклад, доступ до видаленого накопичувача або передача оцифрованого відео) конкурентом USB є інтерфейс IEEE 1394
Види роз'ємів USB
Розміщення провідників в USB
Номер контакту
Позначення
Колір провідника
1
V BUS
червоний
2
D-
білий
3
D+
зелений
4
GND
чорний
GND — ланцюг «корпусу» для живлення периферійних пристроїв, VBus — +5 В, також для ланцюгів живлення. Дані передаються по провідникам D+ і D− диференційно (стан 0 и 1 (в термінології офіційної документації diff0 и diff1 відповідно) визначаються по різниці потенціалів між лініями більше 0,2 В і при умові, що на одній із ліній (D− у випадку diff0 и D+ при diff1) потенціал відносно GND вище 2,8 В. Диференційний спосіб передачі є основним, проте не єдиним (наприклад, при иніціалізації пристрій повідомляє хосту про режим, що підтримується пристроєм (Full-Speed або Low-Speed), підтягуванням однієї із ліній данних до V_BUS через резистор 1.5 кОм (D− для режима Low-Speed і D+ для режима Full-Speed, пристрої, що працюють в режимі Hi-Speed, ведуть себе на цій стадії як пристрої в режимі Full-Speed). Також інколи навколо проводу присутня волокниста обмотка для захисту від фізичних пошкоджень.
ІНТЕРФЕЙС PCI EXPRESS
Будь-яка комп'ютерна технологія проходить свій шлях від народження, тріумфу до звалища історії. Все б нічого, та кожне чергове нововведення, як правило, загрожує серйозним перетрушування системних блоків і невизначеністю в умах користувачів - пора чи ще почекати з апгрейдом? Тим більше величезними здаються всі нововведення, які ляжуть на голови покупців у нинішньому році. Такого всебічного руйнівної дії на основи платформи не було вже давно - зміняться процесорні роз'єми (у Intel настане час Socket 775, в AMD, відповідно, Socket 939); до кінця року дійсно нової буде називатися система лише з 240-контактними модулями DDR2; навздогін до всього цього наближається поява нових форм-факторів самих плат - BTX. Але самим радикальним все ж таки стане повалення старих звичних елементів ландшафту системної плати - роз'ємів PCI і AGP, яким приходить час сказати останнє "прости-прощай".
Нове покоління технологій приносить нові швидкості і нові технологічні рішення. Правда, на ділі траплялося не раз, що революційні нововведення виявлялися не завжди своєчасними і не такими вже корисними, як гарно заявлялося при їх випуску. Традиційно, віддуватися за експерименти доводиться кінцевого покупця. Прикладів самих передових, але неоціненим або незатребуваних технологій можна навести безліч - шина EISA, пам'ять RDRAM, слоти AMR / CNR і багато іншого.
Не торкаючись тупикових гілок еволюції ПК, сьогодні варто поговорити про своєчасність впровадження нових технологій на прикладі шини PCI Express. Сьогодні можна з упевненістю сказати, що від переходу на цей шинний стандарт нікуди не дітися. Спробуємо розглянути ключові особливості новоявленої шини, її подібності та відмінності від поширених зараз PCI і AGP. Перш за все, не варто розглядати PCI Express як банального спадкоємця традицій PCI. Консорціум розробників нового інтерфейсу, раніше носив назву 3GIO, ставив перед собою мету розробити нову високошвидкісну шину з максимальною масштабованістю, простий розведенням, низьким рівнем паразитних випромінювань і електромагнітних завад. Це лише короткий перелік вимог до нового інтерфейсу, деякі особливості його реалізації в конкретних умовах, як, наприклад, підтримка "гарячого" підключення, потрібні лише в певних специфічних програмах. Спочатку -
Трохи історії Перші розробки шини PCI, що стартували на початку 90-х років, були покликані позбутися від безлічі присутніх на той момент несумісних шинних інтерфейсів - VLB (VESA Local Bus), EISA, ISA і Micro Channel. Поряд з цим переслідувалася мета позбутися тяжкої спадщини фрагментований шини ISA і вперше добитися з'єднань класу "чіп-чіп".
На момент появи в 1993 році базової версії шини Peripheral Component Interconnect (PCI) - IEEE P1386.1, передбачалися революційні удосконалення: розширення шини даних до 32 біт, підтримка адресації до 4 ГБ даних (32 біта), а також використання режиму синхронного обміну даними . На ті часи тактова частота шини 33 МГц задовольняла умовам роботи з периферією в настільних і серверних системах, всі були задоволені. Що послідував за цим на різкий стрибок тактових частот процесорів і пам'яті привів до збільшення тактової частоти PCI до 66 МГц, хоча, тактові частоти процесорів за цей же період стрибнув з 33 МГц до 3,0 ГГц +. Усі наступні варіанти PCI - AGP, PCI-X, MiniPCI, CardBus, незважаючи на привнесення певних додатків, наприклад, інших форм-факторів роз'ємів, нових сигнальних рівнів і навіть передачі даних по фронтах імпульсу (Double Data Rate / Quadruple Data Rate), тим не менше, несли в собі обмеження, що накладаються самої топологією інтерфейсу.
Можливості нарощування пропускної здатності шини PCI за рахунок збільшення тактової частоти без ускладнення схем розводки і відповідного адекватного подорожчання до теперішнього часу вичерпані повністю. А адже на черзі з'явилися такі актуальні інтерфейси, як 1 / 10 Gigabit Ethernet, IEEE 1394B, які повністю вибирають пропускну можливість шини одним пристроєм і навіть виходять за ці рамки. PCI душить зростання швидкості периферії, критичними стають обмеження щодо кількості сигнальних контактів шини, гальмування процесів реального часу і вимоги з енергозбереження сучасних ПК. Якщо згадати найбільш продуктивні версії шини PCI, наприклад, серверну PCI-X і графічну AGP, то в цьому випадку ми впираємося в укорочення провідників шини за рахунок високої частоти, вимога до установки свого контролера на кожен слот і досить високу вартість її реалізації.
Гряде тотальне торжество послідовних шин
Разом, паралельні шини себе вичерпали, рано чи пізно погляди розробників повинні були звернутися у бік послідовних. Так воно і є, в результаті чого практично всі сучасні індустріальні інтерфейси до теперішнього часу перебралися на такий принцип обміну даними. Погляньте на наведену нижче таблицю: мова йде не тільки про мережеві інтерфейси, яким на роду написано бути послідовними; всі інші ключові шини вже мають послідовну природу.
Між іншим, зовнішні інтерфейси вже давно перебралися на послідовну топологію, і в самих своїх свіжих реалізаціях - USB 2.0, IEEE1394b, показують швидкості, які немислимі для паралельних з'єднань. З цієї точки зору шина PCI в наших комп'ютерах дійсно, виглядає своєрідним анахронізмом.
Особливості PCI Express
Основою нового інтерфейсу, як відомо, в загальному випадку будуть диференціальні сигнальні пари контактів, які вчиняють обмін даними по схемі "точка-точка". Завдяки новій топології ми відразу отримуємо масу позитивних моментів: здешевлення конструкції, зниження габаритів, більш проста розводка друкованих доріжок з спрощеними вимогами до боротьби з паразитного випромінювання, і, головне, можливість роботи на набагато більш високих частотах, з підтримкою "гарячої" заміни периферійних пристроїв. Відходить у минуле такий важливий для паралельного інтерфейсу параметр, як нужда в синхронізації сигнальних ліній всієї шини.
Архітектуру PCI Express можна розглядати пошарово, у порівнянні з адресною моделлю PCI. Конфігурація PCI Express є стандартною для пристроїв, визначених plug-and-play специфікаціями PCI: програмний рівень генерує запити читання / запису, рівень транзакцій транспортує ці запити до периферійних пристроїв за допомогою розділеного пакетного протоколу. Для підтримання високої продуктивності шини з'єднувальний (link) рівень додає пакетам черговість і CRC; базовий фізичний рівень складається з подвійного симплексного каналу, що здійснює функції приймальної і передавальної пари. Таким чином, вихідна швидкість 2,5 Гб / с у кожному напрямку дозволяє говорити про створення дуплексного комунікаційного каналу продуктивністю до 200 МБ / с, що в чотири рази перевищує можливості класичної шини PCI.
Розглядаючи процеси, що протікають в шині на сигнальному рівні, не можна не відзначити унікальні плюси PCI Express - значне зниження загасання в лініях передачі і підвищена чутливість приймальної частини інтерфейсу. З чого напрошується висновок про менш критичних вимогах до імпедансу вхідних ланцюгів, а також можливість збільшення довжини розводки провідників шини - у нинішній версії стандарту PCI-E вони лімітуються 12 дюймами для системних плат, 3,5 дюймами для контролерів і 15 дюймами для межчіпових з'єднань. При цьому не пред'являється ніяких додаткових вимог до технології розведення друкованої плати: можуть використовуватися як звичайні 4-слойні PCB товщиною 0,062 дюйма, так і варіанти з шістьма і більше шарами.
Теоретично, вимоги, що висуваються стандартом PCI Express, з легкістю можуть бути адаптовані для потреб пристроїв будь-якого рівня - від мобільного телефону до сервера рівня підприємства, а також, у перспективі, можуть бути перекладені для застосування інших фізичних типів носіїв. Саме така гнучкість і необхідна для інтерфейсу, який збирається прослужити стандартом найближчим найближче майбутнє.
Використання нових роз'ємів та інших конструктивних можливостей, обумовлених специфікаціями нового стандарту, дозволяє говорити про збільшення енергоспоживання кінцевих контролерів до 75 Вт (при струмі до 5,5 А)!
Такі потужні контролери потребуватимуть додаткових заходів щодо відведення тепла з корпусу, зате відпаде потреба у підводці роз'ємів додаткового живлення, які так характерні для нинішнього покоління відеокарт AGP 8x.
Системи живлення комп'ютерів з підтримкою різних варіантів PCI Express відрізняються від звичних нам специфікацій ATX12 і, скоріше, схожі з вимогами, що пред'являються до харчування серверних систем. Так, звичний 20-контактний роз'єм живлення ATX подовжується і в ньому з'являються чотири додаткових контакту, як раз для посилення силових шин +12 В, 5,0 В та +3,3 В. Відповідно, до 75 Вт підвищуються обмеження на харчування одного слоту в BIOS. При цьому нижня межа потужності для блоків живлення встановлюється на рівні приблизно 300 Вт. Словом, хоча зміни в ланцюгах живлення і не носять такий радикальний характер, як при переході з AT на ATX, з думкою про неминуче апгрейді БП доведеться звикнути.
Варіанти PCI Express: їх буде багато
Версії PCI Express будуть впроваджуватися в залежності від ставляться перед інтерфейсом завдань і типом пристрою. Наприклад, сервери, де затребувана максимальна пропускна здатність, будуть обладнані максимальною кількістю слотів PCI Express з максимальними показниками. У той же час, для потреб ноутбуків в більшості випадків буде достатньо архітектури PCI Express x1. Для настільних ПК і робочих станцій знадобиться комбінація з різних варіантів реалізації шини.
Абсолютно нові вимоги висуваються до механічними показниками PCI Express. Для того, щоб периферійні плати не мали можливості вивалитися з слота при вібрації або транспортуванні, розроблені підвищені вимоги до засувок і кріпленню роз'ємів PCI Express.
Незважаючи на те, що новий стандарт дає якусь свободу кінцевим виробникам при розробці кріплення, жорстко обумовленими залишаються наступні вимоги: енергоспоживання - не більше 75 Вт, вага - не більше 350 грамів, висота - не більше 115,15 мм.
Звичайно, під такими монстрами прозоро маються на увазі графічні карти з інтерфейсом PCI Express 16x; у всіх інших випадках вимоги до кріплення і іншим характеристикам контролерів значно скромніше.
Осібно стоїть реалізація PCI Express для мобільних пристроїв у
19.11.2012 14:11-
Ділись своїми роботами та отримуй миттєві бонуси!
0%
Оголошення від адміністратора