41105

ПРОЦЕССЫ САМОТЕСТИРОВАНИЯ КОМПЬЮТЕРНОЙ СИСТЕМЫ ПРИ ВКЛЮЧЕНИИ

Лекция

Информатика, кибернетика и программирование

Блок регистров общего назначения определяет вычислительные ресурсы микропроцессора и содержит регистры для временного хранения данных и команд. Данные и команды передаются по шине данных а шина управления состоит из линий для передачи управляющих сигналов состояния памяти и периферийных устройств. С точки зрения структуры микропроцессора для пользователя присутствуют следующие параметры: архитектура адресное пространство памяти достижимое процессором разрядность шины данных быстродействие. Передача данных в режиме прямого доступа к...

Русский

2013-10-22

657.5 KB

6 чел.

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

ХЕРСОНСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ

ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

КАФЕДРА ІНФОРМАЦІЙНИХ ТЕХНОЛОГІЙ

КОНСПЕКТ ЛЕКЦІЙ

з дисципліни

„ОРГАНІЗАЦІЯ ФУНКЦІОНУВАННЯ КОМП’ЮТЕРНИХ СИСТЕМ”

ДЛЯ СТУДЕНТІВ СПЕЦІАЛЬНОСТІ 6.050102

„КОМП’ЮТЕРНІ СИСТЕМИ ТА МЕРЕЖІ”

ХЕРСОН


Конспект лекційних занять з дисципліни „Організація функціонування комп’ютерних систем” для студентів спеціальності 6.050102 „Комп’ютерні системи та мережі”. /Р.В. Бараненко. – Херсон: ХНТУ, 2007. – 35 с.

Рецензент: Бражник О.М., к.т.н., доц.,

зав. каф. Технічної кібернетики ХНТУ.

Затверджені:

на засіданні кафедри ІТ

Протокол №1

від "03" вересня 2007 року

Завідувач кафедрою

проф., д.т.н. _____________ В.Є. Ходаков


Лекция №1
– ПРОЦЕССЫ САМОТЕСТИРОВАНИЯ
КОМПЬЮТЕРНОЙ СИСТЕМЫ ПРИ ВКЛЮЧЕНИИ (POST).

При включении питания компьютера происходит полный аппаратный сброс всех функциональных узлов компьютера. Для этого блок питания формирует специальный импульс строго определенной длины. Сразу после окончания сигнала сброса наступает очередь выполнения POST (Power On Self Test).

Post предназначен для тестирования и проверки работоспособности основных систем персонального компьютера.

Post – специальная программа, работающая по жесткому алгоритму. Раньше функция Post (до Pentium) выполнялась в специальных микросхемах на материнской плате. Сегодня в связи с развитием аппаратных и технологических средств Post помещают в ту же микросхему, в которой находится BIOS. Объем ПЗУ BIOS сегодня от 2-4 МБайт. Post работает следующим образом:

1) Тестируются 32-битные регистры процессора:

ЕАХ

ЕВХ

EDX.

После сброса системой отводится строго определенное число тактов (в районе 500) для установки процессора в начальное состояние, по истечении этого количества тактов все регистры процессора устанавливаются в строго определенное состояние (значение). Post проверяет значение всех регистров процессора и в случае, если хотя бы одно значение не совпадает, то процессор считается неисправным.

2) После проверки процессора Post проверяет целостность ПЗУ BIOS (с помощью контрольной суммы). В случае, если наблюдается ошибка четности, то загрузка, прекращается.

3) После удачной проверки BIOS производится проверка целостности магистрали на материнской плате путем программирования инициализации таймера на микросхеме i8253 и i8254. В случае, если обнаруживается отклик таймера, то программируется микросхема i8255; с этого момента становится доступна звуковая диагностика, то есть динамик управляется i8255. Во всех дальнейших процедурах инициализации при обнаружении неисправностей будут подаваться сигналы из динамика определенной длительности.

4) На следующем шаге производится проверка инициализации контролера прямого доступа к памяти, выполненного на микросхеме i8237. Это устройство предназначено для управления магистралью, а также настройки арбитра, который расширяет временные ресурсы между устройствами (в том числе и между процессорами в многопроцессорных системах).

5) После настройки работы материнской платы Post производит настройку контролера регистрации динамической памяти компьютера (обновление ОЗУ).

6) Вслед за настройкой регенерации Post производит тестирование первых 64 Кбайт оперативной памяти. В этом случае Post передает управление на некоторое время BIOS.

BIOS, получая управление, начинает производить загрузку векторов прерываний. Количество векторов прерываний – 256, каждый вектор занимает 4 байта, таким образом, область памяти от 0 до 1 КБайт занята этими векторами. Эти вектора прерываний нужны для передачи управления подпрограмме по обслуживанию системы. Вектор – это указатель с адресом перехода на эту подпрограмму.

7) После загрузки BIOS в работу опять вступает Post, который производит инициализацию видеоадаптеров. С этого момента на экране становится видна заставка VIDEOBIOS с указанием версии используемого BIOS. В дальнейшем работа Post проходит с визуализацией действий на экране.

8) На следующем шаге Post производит тестирование объема имеющегося в наличии ОЗУ, не делая никаких предположений о целостности ОЗУ.

9) Сразу вслед за этим производится тестирование клавиатуры и в случае. если все системы до этого момента были исправны, то одновременно загорятся индикаторы клавиатуры и раздается звук.

Все остальные устройства в процессе работы Post не могут оказать критического воздействия на работоспособность системы. Вслед за этим производятся такие действия:

1. Проверка СMOS памяти;

2. Проверка СОМ- и LPT-портов;

3. Проверка и настройка BIOS накопителей на HDD;

4. Проверка наличия дополнительных расширений ПЗУ BIOS.

В случае если в системе имеются PnP BIOS (Plag and Plag), тo управление переходит ему, иначе оно переходит обычному BIOS.

После окончания работы BIOS происходит вызов загрузчика операционной системы.


Лекция №2
– БАЗОВАЯ СИСТЕМА ВВОДА-ВЫВОДА (BIOS).

Basic Input Output System – BIOS представляет собой микросхему ПЗУ с зашитой в ней подпрограммой для выполнения элементарных операций. На сегодняшний день в микросхеме BIOS находится программа POST. BIOS содержит функции для работы с внешними и внутренними устройствами компьютера. Сам BIOS рассматривается компьютером как ячейка памяти, расположенная по строго фиксированному адресу. Стандартная BIOS находится в последнем сегменте обычной памяти, начиная с адреса для i8086 – FFFFF0h, для i80386 – FFFFFFF0h.

Подпрограмма BIOS работает совместно с подпрограммой POST. BIOS производит настройку и определение следующего оборудования: количества жестких дисков, FDD, наличия СОМ- и LPT-портов, наличия и загрузку видеоадаптера и т.д. Кроме этого BIOS описывает функции (интерфейс) для обращения к этим устройствам.

После окончания выполнения стандартной BIOS управление передаётся РnP BIOS, а в случае его отсутствия загрузчику ОС, которая вызывается с помощью прерывания BIOS. С помощью этого прерывания с первого доступного носителя выбирается нулевой цилиндр (нулевая головка), нулевая сторона, первый сектор.

Совокупность дорожек (на каждой пластине) с одинаковым номером носит название цилиндра, в этом месте находится 512 байт информации, заполненной строго определенным образом. Здесь находится загрузчик ОС, а также таблица разбиения диска. Признаком того, что здесь присутствует таблица разбиений, является то, что последние 2 байта блока содержат сигнатуру.

Этот загрузчик выполнен в виде команды перехода на то место на жестком диске, где находится ОС.

Некоторые адреса работы BIOS.

FFFF5h – находится дата прошивки BIOS в ASCII-формате.

FFFFEh – идентификатор типа машины, для которой программирование BIOS.

В процессе роботы программа BIOS заносит результаты в начальную область памяти, начиная с адреса 400Н и размером 256 байт (100Н).

402Н – находится байт, содержащий группу BIOS в 512 единицах. Контрольная сумма всех байтов BIOS составляется таким образом, чтобы она равнялась нулю.

400Н – 55h

401H – AAh

410Н – содержит список оборудования: количество принтеров, модемов, количество жестких, гибких дисков и т.д.

413Н – показывает объем основной памяти в килобайтах.

46CH (2 байт) – количество тиков таймера (180В0h – это полночь, и таймер сбрасывается);

472Н (2 байт) – определяет действие при тёплой перезагрузке (перезагрузка CTRL+ ALT+DEL).

В случае если содержится число 1234h, то была выполнена тёплая перезагрузка; если 0, то холодная (Reset), если 4321h, то был произведён сброс процессора с сохранением памяти (при перезагрузки процессора значение в оперативной памяти сохраняется и в случае, если там находится программа, то она может начать выполнятся сразу.)

Область результатов работы BIOS (400-500h) получила название DATA AREA – переменное окружение BIOS.


Лекция №3
- МИКРОПРОЦЕССОР – ОСНОВНОЙ ЭЛЕМЕНТ КОМПЬЮТЕРНОЙ СИСТЕМЫ. РЕЖИМЫ РАБОТЫ МИКРОПРОЦЕССОРОВ.

Основные понятия микропроцессорной схемотехники. Микропроцессором называется автономное функционально-законченное изделие, состоящее из одной или нескольких программно-управляемых БИС, включающих все средства, необходимые для обработки информации и управления данными и рассчитанными на совместную работу с устройствами памяти и ввода-вывода информации.

В микропроцессорной схемотехнике установлены следующие понятия:

Интегральная микросхема – микроэлектронное изделие, выполняющее определенную функцию преобразования, обработки сигналов, накапливающее информацию и имеющее высокую плотность упаковки электрически соединенных элементов и кристаллов, которые рассматриваются как единое целое.

Элемент интегральной микросхемы – это часть интегральной микросхемы, выполняющая функцию какого-либо электрорадиоэлемента, который изготовлен нераздельно от кристалла или подложки и не может быть выделен как самостоятельное изделие.

Компонент интегральной микросхемы – часть интегральной микросхемы, выполняющая функции какого-либо электрорадиоэлемента, которую можно рассматривать как самостоятельное изделие.

Корпус интегральной микросхемы – часть конструкции интегральной микросхемы, предназначенная для защиты интегральной микросхемы от внешних воздействий, а также для соединения с внешними электрическими цепями с помощью выводов.

Степень интеграции интегральной микросхемы (ИМС) – показатель степени сложности ИМС, характеризуемый числом содержащихся в ней элементов и компонентов. На сегодняшний день степень интеграции определяется по формуле:

,

где N – число вентилей ИМС.

Под вентилем понимают функционально-законченный логический элемент или физический элемент: транзистор или диод.

Значение k всегда округляется вверх до ближайшего целого. К БИС относят, если k4.

Серия ИМС – совокупность типов ИМС, которые могут выполнять различные функции и имеют единое конструктивно-технологическое исполнение, и предназначенные для совместного использования.

Различают универсальные и специализированные микропроцессоры. Специализированные микропроцессоры оптимизированы для конкретного применения. Их обычно выпускают при серийном производстве. Для управления такими микропроцессорами всегда применяют ПЗУ.

Универсальный микропроцессор – гибкая структура управления. При применении таких микропроцессоров используют микропроцессорные наборы, которые представляют собой совокупность БИС.

Структура процессора должна удовлетворять следующим требованиям:

  1.  Быть функционально-гибкой;
  2.  Обеспечивать высокое быстродействие;
  3.  Допускать недорогую технологическую реализацию.

Структура микропроцессора. В общем случае структура микропроцессора включает три основных функциональных устройства:

  1.  АЛУ;
  2.  Устройство управления;
  3.  Блок регистров общего назначения, блок адресов и блок команд.

АЛУ выполняет простейшие арифметико-логические операции над данными. С блоком АЛУ соединяют регистр признаков, который отображает состояние микропроцессора после выполнения текущей операции.

Блок регистров общего назначения определяет вычислительные ресурсы микропроцессора и содержит регистры для временного хранения данных и команд. Данные и команды передаются по шине данных, а шина управления состоит из линий для передачи управляющих сигналов, состояния памяти и периферийных устройств.

Устройство управления, получая команду из ОЗУ, дешифрирует ее, вырабатывает сигналы управления в требуемой командой последовательности. Устройство управления построено по схеме жесткой логики, при которой каждой операции соответствует своя аппаратная часть.

При развитии микропроцессоров появилось понятие “микропроцессорная секция”. Она представляет собой БИС, которая допускает объединение с такими же секциями для повышения разрядности микропроцессора.

Процессорная секция применяется для построения больших ЭВМ с наращиваемой разрядностью, кратной двум.

С точки зрения структуры микропроцессора для пользователя присутствуют следующие параметры: архитектура, адресное пространство памяти, достижимое процессором, разрядность шины данных, быстродействие.

Микропроцессоры бывают однокристальные и многокристальные (модульные). К многокристальным можно также отнести микропроцессорные секции.

Многокристальные микропроцессоры размещены на нескольких БИС двух разновидностей: управляющей и операционной.

Операционные БИС реализованы по принципу однокристальных с возможностью наращивания. Управляющая БИС – применяется для управления всеми операционными и содержит в себе регистр признаков микропроцессора, ЗУ. Из этого ПЗУ считываются программы выполнения параллельно на все операционные микропроцессоры.

Основные характеристики микропроцессоров. Микропроцессоры имеют следующую систему показателей:

  1.  разрядность обрабатываемых слов;
  2.  быстродействие;
  3.  число основных команд;
  4.  возможность адресации к пространству оперативной памяти (размер);
  5.  электрические и конструктивные параметры;
  6.  тип технологии изготовления;
  7.  используемое ПО.

Разрядность микропроцессора является важным показателем его области применения. Обычно применяют микропроцессоры с фиксированной разрядностью. Разрядность микропроцессора определяется следующими признаками: длина регистров общего назначения в битах; разрядность АЛУ; разрядность шинного интерфейса (по адресу и по данным); отдельно разрядность указывается при объединении по микропроцессорным секциям, при этом всегда используются коэффициенты объединения по входу и выходу. Последний показывает число единичных нагрузок, подключенных к выводам интегральной микросхемы.

Быстродействие – скорость, с которой микропроцессор может обрабатывать данные. Этот параметр трактуется неоднозначно и выбирается из ряда нескольких временных характеристик микропроцессора:

  1.  тактовая частота;
  2.  время выполнения команды – делится на: регистр-регистр, регистр-память, сложение, деление;

Емкость памяти определяется разрядностью адресной шины микропроцессора и вычисляется по формуле: 2n, где n – число линий адресной шины.

Электрические параметры микропроцессоров включают:

  1.  потребляемая мощность;
  2.  число и номинальное значение напряжения питания;
  3.  напряжение уровня логического нуля и логической единицы;
  4.  входной и выходной ток.

Тип технологии определяется в зависимости от реализации и обычно бывает ТТЛШ, n-МОП, ЭСТЛ, И2Л.

На сегодняшний день установлено, что стоимость ПО для микропроцессорных систем находится в диапазоне от 70% до 90% от стоимости самого микропроцессора.

Режимы работы микропроцессоров. 32-разрядные процессоры могут работать в одном из трех режимов и переключаться между ними достаточно быстро:

  •  Real Address Mode – режим реальной адресации (или просто реальный режим – Real Mode), полностью совместим с 8086. В этом режиме возможна адресация до 1МБайт физической памяти.
  •  Protected Virtual Address Mode – защищенный режим виртуальной адресации (или просто защищенный режим – Protected Mode). В этом режиме процессор позволяет адресовать до 4ГБайт физической памяти, через которые при использовании механизма страничной адресации могут отображаться до 64 ТБайт виртуальной памяти каждой задачи. В защищенном режиме процессор может выполнять дополнительные инструкции, доступные в реальном режиме: ряд инструкции, связанных с передачей управления, обработкой прерываний и некоторых других выполняется иначе, чем в реальном режиме.
  •  Virtual 8086 Mode – режим виртуального процессора 8086. Этот режим является особым состоянием задачи защищенного режима, в котором процессор функционирует как 8086. На одном процессоре в таком режиме может параллельно исполняться несколько задач с изолированными друг от друга ресурсами. При этом использование физического адресного пространства памяти управляется механизмами сегментации и трансляции команд. Попытки выполнения недопустимых команд, выхода за рамки отведенного пространства памяти и разрешенной области ввода-вывода контролируются системой защиты.


Лекция №4
– СИСТЕМНЫЕ РЕСУРСЫ.

Все устройства и карты совместно должны работать правильно, то есть корректно разделять имеющиеся общие системные ресурсы, основными из которых являются:

1) Линии запросов на прерывание (IRQ);

2) Каналы прямого доступа к памяти (DMA);

3) Базовые адреса портов ввода/вывода.

Некорректное совместное использование этих ресурсов ведет к конфликтам, в результате которых устройства либо не будут работать вообще, либо будут вести себя непредсказуемо. Эти конфликты могут быть успешно устранены только путем грамотной настройки программно-аппаратных средств. Эту процедуру обычно называют конфигурированием.

Прерывания, линии запросов на прерывание. Чтобы устройства, входящие в состав компьютера, могли взаимодействовать с центральным процессором, в IBM-совместимых компьютерах предусмотрена система прерываний (Interrupts).

Система прерываний позволяет компьютеру приостановить текущие действия и переключиться на другие в ответ на поступивший запрос, например, на нажатие клавиши на клавиатуре.

Без прерываний было бы очень трудно обеспечить эффективную работу компьютера. С одной стороны, желательно, чтобы компьютер был занят возложенной на него работой; с другой стороны, необходима его мгновенная реакция на любой требующий внимания запрос. Прерывания обеспечивают немедленную реакцию системы.

Каждому компоненту компьютера, которому может потребоваться запросить внимание процессора, выделяется особый номер прерывания. Например, клавиатура имеет свой номер прерывания, поэтому при нажатии клавиши процессор "узнает" об этом. Номера прерываний имеют также дисковые накопители и принтеры. Накопители на дисках с помощью прерываний сообщают об окончании запрошенной программной операции, а принтеры сигнализируют об отсутствии бумаги или о готовности печатать следующий символ.

В IBM-совместимых компьютерах имеется два вида прерываний: аппаратные (Hardware interrupts) и программные (Software interrupts). К аппаратным относятся в первую очередь прерывания, встроенные в процессор – прерывания при делении на нуль, прерывания при аварии питания и т.п. К аппаратным также относятся прерывания, с помощью которых процессору сообщается об аппаратных событиях, например, уже упомянутых отсутствии бумаги в принтере или окончании дисковой операции. С помощью прерываний прикладные программы могут выполнять операции, запрограммированные в операционной системе, ROM BIOS или в других сервисных программах. Отметим, что аппаратное прерывание может получить управление и при выполнении программного прерывания. Программные прерывания действуют практически так же, как и аппаратные, и отличаются только источником прерывания.

Аппаратные прерывания работают следующим образом. Когда какому-либо устройству требуется участие процессора (например, когда на клавиатуре нажата клавиша), оно посылает особый сигнал – запрос на прерывание. Получив такой запрос, процессор прекращает выполнять текущую последовательность команд, а вместо нее начинает выполнять другую последовательность, соответствующую данному прерыванию (в нашем примере – передает код нажатой клавиши работающей программе).

Для простой и эффективной локализации процедуры обслуживания прерываний служит таблица векторов прерываний, содержащаяся в первых ячейках памяти компьютера. Вектор – это полный адрес памяти (4 Байт) той процедуры, которая вызывается при появлении запроса на прерывание. Таким образом, в таблице векторов прерываний в ячейках памяти с 0 по 3 находится адрес программы обработки прерывания с номером 0, в ячейках памяти с 4 по 7 – адрес программы обработки с номером 1 и т.д.

В IBM-совместимых компьютерах управление аппаратными прерываниями осуществляется специальными микросхемами – контроллерами прерываний. На современных материнских платах контроллеры прерываний интегрированы в микросхему контроллера периферии Chipset.

Каждая линия прерывания имеет свой приоритет. Наивысший приоритет соответствует линии IRQ0. Каждой линии IRQ соответствует вектор прерываний, указывающий местонахождение процедуры обслуживания запроса на прерывание в ROM BIOS. Линиям IRQ1-IRQ7 соответствуют вектора прерываний от 8Н до 0FH, а линиям IRQ8-IRQ15 вектора от 70Н до 77Н. Часть линий прерываний резервируется системой, а часть может быть предоставлена для использования дополнительным оборудованием, необходимым пользователю. Так, например, IRQ13 отводится для математического сопроцессора и оно не может быть использовано другим устройством, даже если математический сопроцессор не установлен. Обычно для IBM-совместимых компьютеров свободны IRQ3, IRQ5, IRQ7, IRQ10, IRQ11 и IRQ12. Стандартное распределение аппаратных прерываний приведено в табл. 1.

Табл. 1 – Стандартное распределение аппаратных прерываний

IRQ

Назначение

Тип адаптера

0

Прерывание от таймера

1

Прерывание от клавиатуры

2

Связь со вторым контроллером прерывания (каскадное прерывание)

3

COM2, COM4

8- или 16-разрядный

4

СОМ 1, COM3

8- или 16-разрядный

5

LPT2 или звуковая карта

8- или 16-разрядный

6

Контроллер дисковода

8- или 16-разрядный

7

LPT1

8- или 16-разрядный

8

Текущее время

9

Свободен или сетевая карта

8- или 16-разрядный

10

Свободен

16-разрядный

11

Свободен, SCSI адаптер или поддержка IRQ для управления PCI

16-разрядный

12

Свободен и порт мыши Bus Mouse

16-разрядный

13

Сопроцессор

-

14

Первичный IDE (контроллер винчестера)

16-разрядный

15

Вторичный IDE (контроллер винчестера)

16-разрядный


Лекция №5
– КАНАЛЫ ПРЯМОГО ДОСТУПА К ПАМЯТИ, БАЗОВЫЕ АДРЕСА ПОРТОВ ВВОДА/ВЫВОДА.

Прямой доступ к памяти. Передача данных в режиме прямого доступа к памяти (Direct Memory Access, DMA) требуется при обмене данными между оперативной памятью и высокоскоростными устройствами. В режиме прямого доступа периферийное устройство связано с оперативной памятью непосредственно через каналы прямого доступа (каналы DMA), а не через внутренние регистры микропроцессора. Наиболее эффективным такой режим обмена данными бывает в ситуациях, когда требуется высокая скорость для передачи большого объема информации (например, при загрузке данных в память с компакт-диска).

Для инициализации процесса прямого доступа на системной шине используются соответствующие сигналы. Так, устройство, требующее прямой доступ к памяти, по одному из свободных каналов DMA обращается к контроллеру, сообщая ему путь (адрес), откуда или куда переслать данные, начальный адрес блока данных и объем данных. Инициализация обмена происходит с участием процессора, но собственно передача данных осуществляется уже под управлением контроллера DMA, а не процессора.

Для организации прямого доступа в память в компьютерах IBM PC/XT использовалась одна 4-канальная микросхема DMA 18237, канал 0 которой предназначен для регенерации динамической памяти. Каналы 2 и 3 служат для управления высокоскоростной передачей данных между дисководами гибких дисков, винчестером и оперативной памятью соответственно. Доступным является только канал DMA1.

IBM РС/АТ-совместимые компьютеры имеют уже 7 каналов прямого доступа к памяти. Как и для контроллеров прерываний, это достигается путем каскадного включения двух микросхем 18237, интегрированных в микросхему контроллера периферии; одна из линий (канал DMA 4) используется для подключения каналов DMA 0-DMA 3.

Из всех каналов DMA стандартно задействован только канал DMA 2 для обмена данными с дисководом гибких дисков. Канал DMA 1 обычно используется звуковыми картами.

Один канал DMA может использоваться различными устройствами, но не одновременно.

Порты ввода/вывода. В ПК любое устройство (контроллеры, установленные на картах расширения или на материнской плате) за исключением оперативной памяти рассматривается центральным процессором как периферийное.

Обмен данными между CPU и периферийными устройствами осуществляется через так называемые порты ввода/вывода. Конструктивно порт ввода/вывода – это буферное устройство или регистр контроллера, процессора обработки сигналов и т.п., которые непосредственно подключены к шине ввода/вывода ПК.

Для управления обменом данными между аппаратными компонентами компьютера каждому порту ввода/вывода присваивается свой уникальный шестнадцатеричный номер (адрес порта), например 2F8h, 370h.

В IBM-совместимых ПК можно адресовать (использовать) 65536 (216) портов ввода/вывода (хотя большинство из них, как правило, не используется). Причем адресное пространство портов ввода/вывода не совпадает с адресным пространством памяти, что дает возможность иметь полный объем памяти и полный набор портов ввода/вывода. Стандартный диапазон адресов портов ввода/вывода для IBM-совместимых компьютеров составляет 0-3FFh включительно, хотя реально можно использовать адреса вплоть до FFFFh

Периферийными устройствами могут использоваться несколько портов ввода/вывода. Иногда их количество может достигать нескольких десятков. Например, контроллер параллельного интерфейса, к которому обычно подключается принтер, имеет три регистра: регистр вывода данных, регистр состояния и регистр управления, адресуемые через свои порты ввода/вывода, а контроллер последовательного интерфейса – десять регистров, адресуемых через семь портов ввода/вывода.

Естественно, адресация портов осуществляется центральным процессором при выполнении той или иной программы. Для того чтобы исключить необходимость указания конкретного адреса каждого порта ввода/вывода при программировании, а также для оперативного их изменения в зависимости от конкретной конфигурации компьютера, существует понятие базовый адрес порта ввода/вывода (Base Address In/Out).

Базовый адрес порта ввода/вывода присваивается каждому периферийному устройству и соответствует младшему адресу из группы портов (обычно адресу порта регистра данных). Адресация остальных портов периферийного устройства осуществляется путем задания смещения (целое число) относительно базового адреса. Например, для адресации порта регистра состояния контроллера параллельного интерфейса необходимо значение базового адреса порта LPT увеличить на единицу.

Следует помнить, что под базовым адресом ввода/вывода любого периферийного устройства понимается весь диапазон адресов портов ввода/вывода.

BIOS резервирует ряд диапазонов адресов портов ввода/вывода стандартных аппаратных компонентов ПК, которые не могут быть использованы другими периферийными устройствами.

Табл. 2 – Стандартное распределение адресов ввода/вывода

Диапазон адреса

Назначение

000-01F

Первый контроллер DMA

020-03F

Первый контроллер прерываний

040-05F

Таймер

060-06F

Контроллер клавиатуры

070-07F

Текущее время

080-09F

Регистр страниц DMA

0A0-0BF

Второй контроллер прерывания

0C0-0DF

Второй контроллер DMA

0F0-0FF

Сопроцессор

100-1EF

Свободен

1F0-1F8

Контроллер винчестера

1F9-1FF

Свободен

200-20F

Игровой порт (джойстик)

200-217

Свободен

220-24F

Свободен

250-277

Свободен

278-27F

LPT2

280-2EF

Свободен

2F8-2FF

COM2

300-31F

Свободен

330-35F

Свободен

360-36F

Сетевая карта

370-377

Свободен

378-37F

LPT1

380-38 F

SDLC 2 (синхронное управление передачей данных 2)

390-39F

Свободен

3A0-3AF

SDLC 1 (синхронное управление передачей данных 1)

3B0-3BF

Монохромная графическая карта, параллельный интерфейс (IBM PS/2)

3C0-3CF

Графическая карта EGA

3D0-3DF

Графическая карта CGA

3E0-3EF

Свободен

Диапазон адреса

Назначение

3F0-3F7

Контроллер дисковода

3F8-3FF

СОМ1

Изменение базового адреса порта ввода/вывода может осуществляться с помощью джамперов на карте контроллера (материнской плате), программно (например, используя команду Пуск (Start), Настройка (Setting), Панель управления (Control Panel), Система (System) в Windows 95/98) или через CMOS Setup.


Лекция №6
– ШИНЫ: НАЗНАЧЕНИЕ, РАЗНОВИДНОСТИ, РАЗРЯДНОСТЬ И ПРОПУСКНАЯ СПОСОБНОСТЬ.

Совокупность линий (проводников на материнской плате), по которым обмениваются информацией компоненты и устройства ПК, называют шиной (Bus).

Шина предназначена для обмена информацией между двумя и более устройствами. Шина, связывающая только два устройства, называется портом.

Обычно шина имеет места для подключения внешних устройств, которые при подключении сами становятся частью шины и могут обмениваться информацией со всеми другими подключенными к ней устройствами.

Устройства, подключаемые к шине, разделяются на два основных типа: bus masters и bus slaves. Bus masters – это устройства, способные управлять работой шины, то есть инициировать запись/чтение и т.п. Bus slaves – соответственно, устройства, которые могут только отвечать на запросы.

Назначение линий шины. Шина имеет собственную архитектуру, позволяющую реализовать важнейшие ее свойства – возможность параллельного подключения практически неограниченного числа внешних устройств и обеспечение обмена информацией между ними.

Архитектура любой шины включает следующие компоненты:

1) Линии для обмена данными (шины данных);

2) Линии для адресации данных (шины адреса);

3)Линии для управления данными (шины управления);

4) Контроллер шины.

Контроллер шины осуществляет управление процессом обмена данными и служебными сигналами и обычно выполняется в виде отдельной микросхемы либо интегрируется в микросхемы Chipset.

Шина данных. По этой шине происходит обмен данными между CPU, картами расширения, установленными в слоты, и памятью. Особую роль при этом играет так называемый режим DMA (Direct Memory Access). Управление обменом данными в этом режиме осуществляется соответствующим контроллером, минуя CPU. DMA-контроллер, реализованный ранее на микросхеме 82С206, в настоящее время интегрируется в одну из микросхем Chipset. Чем выше разрядность шины, тем больше данных может быть передано за определенный промежуток времени и выше производительность ПК.

Компьютеры с процессором 80286 имели 16-разрядную шину данных, с CPU 80386 и 80486 32-разрядную, а компьютеры с CPU семейства Pentium имеют уже 64-разрядную шину данных.

Шина адреса. Процесс обмена данными возможен лишь в том случае, когда известен отправитель и получатель этих данных. Каждый компонент ПК, каждый регистр ввода/вывода и ячейка оперативной памяти имеют свой адрес и входят в общее адресное пространство ПК. Для адресации к какому-либо устройству ПК и служит шина адреса, по которой передается уникальный идентификационный код (адрес).

Для ускорения обмена данными используется устройство промежуточного хранения данных оперативная память, при этом решающую роль играет объем данных, которые могут временно храниться в ней. Объем зависит от разрядности адресной шины (числа линий) и, тем самым, от максимально возможного количества адресов, генерируемых процессором на адресной шине, иными словами, от количества ячеек оперативной памяти, которым может быть присвоен адрес. Очевидно, что количество ячеек оперативной памяти не должно превышать 2n, где n разрядность адресной шины. В противном случае часть ячеек не будет использоваться, поскольку процессор не сможет адресоваться к ним.

В двоичной системе счисления выражение для определения максимально адресуемого объема памяти выглядит следующим образом:

Объем адресуемой памяти = 2n, где n  число линий шины адреса.

Процессор 8088, например, имел 20 адресных линий и мог, таким образом, адресовать память объемом 1 МБайт (220 = 1048576 Байт = 1024 КБайт). По сегодняшним меркам этого явно маловато. В ПК с процессором 80286 разрядность адресной шины была увеличена до 24 бит, а современные процессоры 80486, Pentium, Pentium MMX и Pentium II имеют уже 32-разрядную шину адреса, с помощью которой можно адресовать 4 ГБайт памяти.

Шина управления. Для успешной передачи данных не достаточно установить их на шине данных и задать адрес на шине адреса. Для того чтобы данные были записаны (считаны) в регистры устройств, подключенных к шине, адреса которых указаны на шине адреса, необходим ряд служебных сигналов: записи/считывания, готовности к приему/передаче данных, подтверждения приема данных, аппаратного прерывания, управления и инициализации контроллера DMA и др. Все эти сигналы передаются по шине управления.

Разрядность и пропускная способность шины. Важнейшей характеристикой шины является разрядность шины (иногда говорят ширина шины), которая определяется количеством данных, параллельно "проходящих" через нее.

Первая шина ISA для IBM PC была 8-разрядной, т.е. по ней можно было одновременно передавать лишь 8 бит. Современная шина ISA – 16-разрядная, а шины ввода/вывода VLB и PCI  32-разрядные. Системные шины современных ПК на базе процессоров пятого и шестого поколения 64-разрядные.

Второй характеристикой шины является пропускная способность, которая определяется количеством бит информации, передаваемых по шине за секунду.

Табл. 1 – Характеристики шин ввода/вывода

Шина

Разрядность, бит

Тактовая частота, МГц

Пропускная способность, Мб/с

ISA 8-разрядная

8

8,33

8,33

ISA 16-разрядная

16

8,33

16,6

EISA

32

8,33

33,3

VLB

32

33

133,3

PCI

32

33

133,3

PCI 2.1 64-разрядная

64

66

533,3

AGP(x1)

32

66

266,6

AGP (x2)

32

66x2

533,3

AGP (x4)

32

66x4

1066,6


Лекция №7
– ШИНА PCI Express.

Технология PCI Express является открытым стандартом и разработана с расчетом на разнообразные применения  от полной замены шин PCI и PCI-X внутри настольных и серверных компьютеров, до использования в мобильных, встроенных и коммуникационных устройствах. Номинальной рабочей частотой шины PCI Express является 2,5 ГГц.

PCI Express является последовательной шиной, в которой четко разнесены уровни представления данных и уровень их передачи. Информация, которую необходимо передать, просто упаковывается в пакеты, куда заносится и информация о получателе и коды обнаружения и исправления ошибок  и получившийся сплошной поток данных через физическую среду. Приемник в свою очередь распаковывает прибывшие данные, исправляет ошибки или запрашивает повторную передачу, определяет получателя и перенаправляет пакет далее.

Шина PCI Express обладает очень высокой скоростью передачи данных в расчете на один сигнальный контакт – около 100 Мбайт/с. Это позволяет, во-первых, экономить за счет контактов (на корпусах микросхем и позолоченных разъемах), а во-вторых – за счет более компактной разводки шин.

Физическая реализация шины передачи данных – это две независимые дифференциальные пары проводников с импедансом 50 Ом (первая пара работает на прием данных, вторая на передачу), данные по которым передаются с использованием избыточного кодирования по схеме «8/10» с исправлением ошибок.

В качестве рабочих напряжений выбраны уровни от 0,2 до 0,4 вольт для логического нуля и от 0,4 до 0,8 вольт для логической единицы.

Передаваемые данные дополнительно нарезаются небольшими кусочками фреймами. При тактовая частоте шины 2,5 ГГц без учета кодирования получается скорость передачи в 2,5 Гбит/с в каждом направлении. С учетом выбранной схемы «8/10» получается 250 Мбайт/с, однако многоуровневая сетевая иерархия не может не сказаться на скорости работы и реальная производительность шины оказывается значительно ниже – всего лишь чуть более 200 Мбайт/с в каждую сторону. Стандартом предусмотрено использование 1, 2, 4, 8, 16 и 32 линий  передаваемые данные поровну распределяются по ним по схеме «первый байт на первую линию, второй – на вторую, …, n-й байт на n-ю линию, n+1-й снова на первую, n+2 снова на вторую» и так далее.

Именно этим достигается масштабируемость шины PCI Express  она позволяет организовывать шины с максимальной пропускной способностью до 32x200=6,4 Гбайт/с.

PCI Express относится к шинам класса «точка-точка», то есть одна шина может соединять только два устройства, поэтому для организации подключения более чем одного устройства в топологию организуемой PCI Express придется вставлять «хабы» и «свитчи», распределяющие поступающий сигнал по нескольким шинам.

На каждую пару сигнальных проводников в разъемах PCI Express приходится по две «земли», экранирующих данную линию. За счет этого количество контактов разъема возрастает. Питание +12 и +3,3 вольт (уровень +5 В теперь отсутствует), линия «дежурного» питания (тоже 3,3 В) и некоторые специальные линии  SMBus, JTag.

Стандарт PCI Express предусматривает следующую схему организации данных (см. рис. 1).

Таблица 1 Число контактов в разъемах и полоса пропускания

шин PCI, PCI-X, AGP и PCI Express

Тип слота

Число контактов в разъеме

Полоса пропускания, Мбайт/с

Теоретическая

Эффективная

PCI (32 бит 33 МГц)

120

133

~110

PCI-X (64 бит 133 МГц)

184

1064

~900

PCI Express x1

36

250*

~220*

PCI Express x4

64

1000*

~800*

PCI Express x8

98

2000*

~1600*

PCI Express x16

164

4000*

~3200*

PCI Express x32

294

8000*

~6400*

AGP 8x

124

2133

~2000

* – в каждом направлении независимо.

Рисунок 1  Схема организации данных в архитектуре шины PCI Express

Формат пакетов шины PCI Express показан на рис. 2.

Рисунок 2  Формат пакетов шины PCI Express

Кадр – начальный и конечный фрейм пакета его добавляет физический уровень для определения начала и окончания передачи пакета данных;

Порядковый номер – номер пакета, добавляется на сетевом уровне чтобы пакеты можно было отличить друг от друга;

Заголовок – заголовок пакета, описывает тип пакета, получателя, приоритет и другие свойства, это информация транспортного уровня;

Данные – собственно данные пакеты;

CRC – контрольная сумма пакета.

Fmt – указание типа заголовка (12 или 16 байт) и признак наличия в пакете данных;

Type – тип пакета (один из четырех основных типов - Memory, I/O, Config, Message и бит, определяющий запрос это или ответ на запрос);

RequestorID – получатель пакета (шина, устройство, функция устройства);

Reserved – зарезервированное поле;

Traffic Class – используется для маршрутизации;

Address/Routing – адрес в памяти, куда предназначается пакет (32- или 64-разрядный) или иная информация о маршрутизации пакета;

Length – объем передаваемых в пакете данных;

Attr – вспомогательные атрибуты пакета (Snoop, Ordering);

Tag – идентификатор транзакции (Transaction Tag);

Reserved – зарезервированное поле;

Рисунок 3  Цоколевка слотов PCI Express x1 и x4

Другим цветом обозначены контакты, по которым передаются данные.

Аббревиатуры:

GND (Ground)  «земля»,

SMCLK и SMDAT  (System Management Bus) Clock и Data  опорный сигнал и сигнал данных,

JTAG1-JTAG5  контакты интерфейса JTAG,

WAKE#  линия сигнала пробуждения устройства,

PRSNTn#  (Present)  n-я линия обнаружения установленной платы PCI Express (по одной на каждый уровень  x1, x4, x8, x16),

PWRGD  Power Good, REFCLK  Reference Clock, опорный тактовый сигнал шины,

HSIp(k)-HSIn(k)  k-я линия приема данных,

HSOp(k)-HSOn(k)  k-я линия передачи данных.

Таблица 2 Число контактов в разъемах и полоса пропускания

шин PCI, PCI-X, AGP и PCI Express

Тип слота

Число контактов в разъеме

Полоса пропускания, Мбайт/с

Теоретическая

Эффективная

PCI (32 бит 33 МГц)

120

133

~110

PCI-X (64 бит 133 МГц)

184

1064

~900

PCI Express x1

36

250*

~220*

PCI Express x4

64

1000*

~800*

PCI Express x8

98

2000*

~1600*

PCI Express x16

164

4000*

~3200*

PCI Express x32

294

8000*

~6400*

AGP 8x

124

2133

~2000

* – в каждом направлении независимо.


Лекция №8
– ИНТЕРФЕЙСЫ ПЕРИФЕРИЙНЫХ УСТРОЙСТВ.

Интерфейсы принято классифицировать по способу передачи информации и по способу подключения устройств друг к другу.

По способу передачи информации различают параллельные и последовательные, синхронные и асинхронные интерфейсы.

Параллельные интерфейсы позволяют передавать всю или часть информации по многопроводной линии.

Параллельные интерфейсы позволяют значительно повысить быстродействие, но вызывают существенные аппаратные затраты. Кроме того, при передаче сигналов по параллельным линиям возникают «перекосы» информации, т.е. неодновременное поступление сигналов на приемное устройство, обусловленное разбросом параметров передачи и формирующих схем.

Наиболее надежный и простой способ избавиться от влияния перекосов заключается в стробировании параллельно передаваемых сигналов. Сигнал строба передается по дополнительной линии на приемное устройство с некоторой задержкой относительно информационных сигналов. Информационные сигналы, поступающие на приемное устройство не одновременно, становятся доступными приемному устройству только при наличии сигнала строба вне области перекоса.

Последовательные интерфейсы служат для последовательной передачи информации по двухпроводной линии. Обычно последовательный интерфейс используется для подключения удаленных ПУ.

В случае синхронного интерфейса передающее устройство выдает сигнал на свои линии и поддерживает сигнал на них в течение заранее установленного постоянного интервала. За это время приемное устройство должно приготовиться к приему следующего информационного элемента.

При асинхронном интерфейсе синхронизация передатчика и приемника осуществляется только на один цикл приема-передачи. Для этого используется либо специальное обрамление каждого передаваемого символа стартовыми и стоповыми сигналами, либо реализуется схема «запрос-ответ» посредством специальных линий. В последнем случае передающее устройство может выдавать следующий квант информации только после получения от приемного устройства подтверждения о завершении приема им предыдущего кванта. Это подтверждение иногда называют сигналом-квитанцией, а саму передачу – передачей с квитированием.

Асинхронный интерфейс обеспечивает большую надежность передачи информации за счет сигнала-квитанции, что особенно важно при установлении связи; кроме того, он предоставляет возможность получения информации о состоянии устройства. Это дает возможность сравнительно просто организовать автономную работу устройств. Сигнал квитирования может одно временно выполнять функции строба при обратной параллельной передаче информации от приемника к передатчику.

По способу подключения устройств друг к другу различают радиальные, магистральные, цепочные и комбинированные интерфейсы.

В радиальных интерфейсах используются индивидуальные для каждого ПУ линии, по которым производится передача только между этим ПУ и центральным устройством (ЦУ). Все операции по управлению и коммутации возлагаются на ЦУ, в состав которого обычно входят специальные «интерфейсные блоки» по одному для каждого ПУ.

Такой интерфейсный блок содержит буферный регистр данных и регистр адреса, а также регистр признака готовности ПУ.

Все ПУ работают независимо друг от друга и могут передавать информацию в любой момент, когда свободен буферный регистр данных соответствующего интерфейсного блока; очередность приема информации из буферов определяется ЦУ. Структура радиального интерфейса позволяет сравнительно просто приспосабливать различные ПУ к требованиям интерфейса, что особенно важно при наличии большого числа разнообразных и сравнительно простых устройств. Характерными примерами таких устройств являются датчики и исполнительные механизмы в системах централизованного контроля и управления технологическими процессами. Однако радиальная структура приводит к увеличению кабельных соединений и соответствующей усилительной аппаратуры.

Рисунок 1 – Способы подключения ПУ

В магистральных интерфейсах используются коллективные линии для всех ПУ (на основе разделения времени). Сигнал на любой линии становится доступным сразу всем устройствам; для организации обмена между центральным и периферийным устройствами последнее должно содержать схемы выделения адреса (номера) и коммутации. Всем ПУ присвоены адреса, которые фиксируются в виде собственного адреса в специальном регистре, находящемся в ПУ. Адреса ПУ одной магистрали не повторяются. Если сообщение передается из ЦУ на ПУ, то передаче этого сообщения должна предшествовать передача адреса ПУ. Каждое ПУ производит сравнение передаваемого и собственного адресов. При их совпадении выдается сигнал готовности ПУ к приему. Эту процедуру называют адресацией. Остальные ПУ принимать последующее сообщение не будут.

В цепочных интерфейсах передаче данных от ЦУ к ПУ также предшествует передача адреса, однако этот адрес последовательно проходит через все ПУ, что существенно замедляет процедуру адресации. Однако процедура опроса при цепочной структуре интерфейса не требует последовательного перебора всех адресов. Получив сигнал запроса от ПУ по коллективной для всех ПУ линии, ЦУ выдает сигнал опроса (его часто называют сигналом выборки, разрешения передачи), который последовательно проходит через все ПУ. Если ПУ готово к передаче сообщения, то дальнейшее распространение сигнала опроса блокируется, а это ПУ получает разрешение на передачу сообщения по магистрали. Очевидно, что при этом разрешение на передачу может получить лишь одно ПУ. Приоритеты ПУ определяются порядком прохождения через них сигнала опроса.

Комбинированные интерфейсы обычно имеют магистральную структуру для всех линий, кроме линии опроса, которая проходит через все ПУ последовательно. Этим достигаются высокое быстродействие при адресации и передаче данных, характерное для магистральных интерфейсов, и высокое быстродействие и простота управления при опросе, характерные для цепочных интерфейсов. Некоторые комбинированные интерфейсы объединяют в себе магистральный принцип для передачи данных и радиальный – для управления и коммутации ПУ.


Лекция №9
– МЕХАНИЗМ ОБМЕНА ИНФОРМАЦИЕЙ
ПО ИНТЕРФЕЙСУ CENTRONICS.

Табл. 1 Назначение контактов разъемов кабеля Centronics

25-контактный разъем

36-контактный разъем

Обозначение сигнала

Вход/ выход

Назначение

1

1

STROBE

Выход

Готовность данных

2

2

DO (Data0)

Выход

1 бит данных

3

3

D1 (Data1)

Выход

2 бит данных

4

4

D2 (Data2)

Выход

3 бит данных

5

5

D3 (Data3)

Выход

4 бит данных

6

6

D4 (Data4)

Выход

5 бит данных

7

7

D5 (Data5)

Выход

6 бит данных

8

8

D6 (Data6)

Выход

7 бит данных

9

9

D7 (Data7)

Выход

8 бит данных

10

10

АСК (Acknowledge)

Вход

Контроль приема данных

11

11

BUSY

Вход

Принтер не готов к приему (занят)

12

12

РЕ (Paper End)

Вход

Конец бумаги

13

13

SLCT (Select)

Вход

Контроль состояния принтера

14

14

AF (Auto Feed)

Выход

Автоматический перевод строки (LF) после перевода каретки (CR)

15

32

ERROR

Вход

Ошибка

16

31

INIT (Initialize Printer

Выход

Инициализация принтера

17

36

SLCT IN (Select In)

Выход

Принтер в состоянии On-line

18

33

GND (Ground)

Корпус

19

19

GND (Ground)

Корпус

20

20

GND (Ground)

Корпус

21

21

GND (Ground)

Корпус

22

22

GND (Ground)

Корпус

23

23

GND (Ground)

Корпус

24

24

GND (Ground)

Корпус

25

25

GND (Ground)

Корпус

15

GND/NC (Ground/No Connect)

Корпус/свободный

16

GND/NC (Ground/No Connect)

Корпус/свободный

25-контактный разъем

36-контактный разъем

Обозначение сигнала

Вход/ выход

Назначение

17

GND (Ground)

Корпус для монтажной платы принтера

18

+5 V DC (External +5 V)

Вход

+ 5В

26

GND (Ground)

Корпус

27

GND (Ground)

Корпус

28

GND (Ground)

Корпус

29

GND (Ground)

Корпус

30

GND (Ground)

Корпус

34

NC (No Connect)

Корпус

35

+5V DC/NC (External +5V/No Connect)

+5 В/свободный

Данные (линии 2-9 и 18-25). Восемь линий данных передают восемь битов информации. Для каждой линии данных имеется отдельный проводник заземления (18-25).

Подтверждение (линии 1,10,11). При передаче данных обе стороны должны сообщать друг другу информацию о своем состоянии. Это осуществляется путем передачи по определенной линии сигнала низкого или высокого уровня (напряжения 0 В или 5 В).

Сигнал STROBE сообщает принтеру о том, что ПК установил байт данных на линии данных и принтер может печатать символ. Сигнал BUSY сообщает ПК, что принтер занят обработкой данных, которые накопились в его буфере. После обработки байта данных принтер сообщает, что обработка прошла корректно и он готов к приему новой информации.

Контроль принтера (линии 12-17). Эти линии предназначены для передачи контрольных сигналов о состоянии принтера и конфликтах в его работе, например об ошибках при передаче данных.

Paper End. По линии 12 передается сообщение ПК о том, что в принтере нет бумаги. Интерфейс реагирует на это, как на срыв передачи данных, и сигнализирует об этом по другим линиям (Select и Error). В противном случае принтер печатал бы без бумаги прямо по валику, что могло бы привести к серьезному повреждению головки принтера.

Select и Select Input. По линии 13 интерфейсу сообщается, в каком из состояний находится принтер: в состоянии On-line (готов) или Off-line (выключен или не готов). Уровень сигнала на линии 13 можно изменять вручную с помощью соответствующих переключателей на панели управления принтера. Сигнал Select Input, передаваемый по линии 17 или 36, устанавливает принтер в режим готовности к работе (On-line), например, после устранения какой-либо ошибки в его работе.

Error. Все ошибки, возникающие во время передачи данных, сообщаются по линии 15 или 32. Состояние линии Error влияет на состояние других линий и может остановить процесс печати.

Часто проявляющаяся ошибка при работе принтера - это так называемая ошибка времени выполнения (Time Out). Если принтер долгое время занят "изнурительной" работой с данными и не может сообщить сигналом Busy о том, что он больше не в состоянии принимать данные, то спустя некоторое время фиксируется ошибка Time Out. Регистрация этой ошибки влияет на все линии. При отсутствии сигнала об ошибке Time Out происходила бы непрерывная передача данных на принтер до тех пор, пока бесконечный цикл не привел бы к зависанию всей системы.

При инициализации (линия Init – 16 или 31) принтер переходит в свое исходное состояние. Для матричного принтера это означает, что его печатающая головка возвращается в исходное состояние. Кроме того, очищается буфер принтера, т.е. данные, обрабатываемые принтером, выгружаются из его памяти.

По линии Auto Feed (автоматический перевод строки, линия 14) передается сигнал, указывающий принтеру, как обрабатывать новую строку при поступлении команды возврата каретки.

Проще всего эту функцию можно пояснить на примере работы матричного принтера. Команда возврата каретки Carriage Return (CR) возвращает печатающую головку принтера в исходную позицию у левого края валика принтера. Если бы строка не была переведена, то при поступлении новых символов принтер печатал бы их в этой же строке. На бумаге этот результат выглядит как большое количество строк, нагроможденных одна на другую. У многих принтеров состояния этой линии переключаются соответствующими Dip-переключателями или кнопкой на панели управления принтера. Гораздо удобнее, когда установленное программное обеспечение берет на себя координацию команд Carriage Return (CR) и Line Feed (LF).

Параллельный интерфейс в приложениях обычно коротко обозначают LPT или PRN. Последнее сокращение для принтеров эквивалентно LPT1.

LPT  это сокращение от Line Printer. Первый подключенный принтер обозначается как LPT1, а второй как LPT2.

BIOS ПК поддерживает до 3 параллельных интерфейсов, которые на практике редко кому требуются.


Лекция №10
– ПАРАЛЛЕЛЬНЫЕ ПОРТЫ.

Стандарт IBM определяет три параллельных порта ввода/вывода, которые предусмотрены в BIOS ПК и во всех версиях DOS. В адресном пространстве компьютера резервируются базовые адреса этих портов: 3BCh, 378h и 278h. При необходимости базовый адрес можно переназначить программным способом либо при помощи DIP-переключателей (перемычек).

Табл. 2 Стандартные параметры параллельных интерфейсов

Порт

Адрес

IRQ

LPT1

378h

7

LPT2

278h

5

В IBM-совместимых компьютерах за параллельными портами закреплены специальные логические имена, поддерживаемые системой: LPT1, LPT2. LPT3. Эти логические имена необязательно должны совпадать с указанными выше адресами портов ввода/вывода. При загрузке система анализирует наличие параллельных портов по каждому из трех базовых адресов. Поиск всегда выполняется в следующем порядке: 03BCh, 0378h и затем 0278h. Первому найденному параллельному порту присваивается имя LPT1, второму LPT2, третьему  LPT3. В результате реализации такой схемы назначения имен можно быть уверенным в том, что в системе всегда будет порт LPT1 (PRN), независимо от присвоенного ему адреса порта ввода/вывода, при условии, что компьютер оборудован хотя бы одним адаптером параллельного порта. Существует несколько типов параллельных портов:

  •  Стандартный;
  •  ЕРР;
  •  ЕСР.

Стандартный параллельный порт. Стандартный параллельный порт предназначен только для односторонней передачи информации от ПК к принтеру, что является результатом электрической конструкции порта. Он обеспечивает максимальную скорость передачи данных от 120 до 200 КБайт/с.

Порт ЕРР. Фирмы Intel, Xircon, Zenith и ряд других, заинтересованных в улучшении характеристик параллельного порта, совместно разработали спецификацию улучшенного параллельного порта ЕРР (Enhanced Parallel Port).

Порт ЕРР является двунаправленным, то есть обеспечивает параллельную передачу 8 бит данных в обоих направлениях. Это избавляет центральный процессор ПК от необходимости выполнения медленных инструкций типа IN и OUT, позволяя программе заниматься непосредственно пересылкой данных. Порт ЕРР передает и принимает данные почти в шесть раз быстрее стандартного параллельного порта. Этому также способствует то, что порт ЕРР имеет буфер, сохраняющий передаваемые и принимаемые символы до того момента, когда принтер будет готов их принять.

Специальный режим позволяет порту ЕРР передавать блоки данных непосредственно из ОЗУ ПК в принтер и обратно, минуя процессор. Такое преимущество реализуется за счет использования такого ценного ресурса компьютера, как канал прямого доступа к памяти (DMA).

Порт ЕРР полностью совместим со стандартным портом. Для использования его специфических функций требуется только специальное программное обеспечение. При использовании надлежащего программного обеспечения порт ЕРР может передавать и принимать данные со скоростью до 2 Мбит/с.

Подобно интерфейсу SCSI порт ЕРР позволяет подключать в цепочку до 64 периферийных устройств.

Порт ЕСР. Дальнейшим развитием порта ЕРР явился порт с расширенными функциями ЕСР (Extended Capability Port). Порт ЕСР обеспечивает еще большую скорость передачи по сравнению с портом ЕРР. Как и в ЕРР, в ЕСР сохранен тот же режим обмена данными через канал прямого доступа к памяти. Также реализован режим работы, позволяющий снизить загрузку центрального процессора при передаче данных через порт. Порт ЕСР позволяет подключать до 128 периферийных устройств.

Одной из наиболее важных функций, впервые реализованной в ЕСР, является сжатие данных. Это позволяет резко повысить реальную скорость передачи. Данная функция не является обязательной, поэтому порты, периферийные устройства и программы могут ее и не поддерживать. Однако выигрыш от сжатия данных можно получить только тогда, когда режим компрессии поддерживается как портом ЕСР, так и принтером. Только в этом случае может быть реализована функция сжатия данных. Если обоюдной поддержки не будет, компьютер будет обмениваться данными с принтером без сжатия.

Для сжатия данных используется метод RLE (Run Length Encoding), согласно которому длинная последовательность одинаковых символов передается всего лишь двумя байтами: один байт определяет повторяющийся символ, а второй – число повторений. При этом стандарт ЕСР допускает сжатие и распаковку данных как программно (путем применения драйвера), так и аппаратно (схемой порта).

Увеличение скорости передачи данных с помощью порта ЕСР существенно уменьшает время печати принтеров.

Для того чтобы воспользоваться преимуществами функциональных возможностей портов ЕСР и ЕРР, необходим компьютер, который оборудован портом, соответствующим одному из этих стандартов. Тип порта обычно задается системной BIOS персонального компьютера. Для этого необходимо внести соответствующие изменения в CMOS Setup, где для установки типа порта предусмотрены опции AT, PS/2 и ЕСР. Режим AT предназначен для стандартного параллельного порта.

Стандарт IEEE 1284. В настоящее время стандарты портов ЕРР и ЕСР были включены в стандарт Американского института инженеров по электротехнике и электронике IEEE 1284. Многие современные лазерные принтеры используют этот стандарт.

Стандарт IEEE 1284 определяет четыре режима работы: полубайтовый, байтовый, ЕРР и ЕСР. Это достигается за счет выполнения требований совместимости с ранее разработанными и уже широко распространенными спецификациями, поддерживающими двунаправленную передачу данных.

Дополнительно стандарт IEEE 1284 позволяет принтеру послать сигнал при аварии. Всякий раз при возникновении ошибки параллельный порт посылает сигнал прерывания IRQ.

В большинстве случаев к параллельному интерфейсу подключается принтер. Однако имеются еще и другие периферийные устройства, управление которыми осуществляется через этот интерфейс. Иногда это внешние дисководы, но чаще внешние стримеры. При этом возможна передача данных с максимальной скоростью 1 МБайт/с. Также параллельные интерфейсы используются для обмена информацией между двумя ПК.


Лекция №11
– МЕХАНИЗМ ОБМЕНА ИНФОРМАЦИЕЙ ПО ИНТЕРФЕЙСУ RS-232.

Для последовательных интерфейсов выбор подключаемых устройств значительно шире, поэтому большинство ПК одновременно оборудовано двумя интерфейсными разъемами для последовательной передачи данных. Обычно они различаются по внешнему виду. Разъемы последовательного интерфейса на ПК представляют собой 9-контактный (вилка) Sub-D и 25-контактный (вилка) Sub-D.

В качестве стандартного обозначения для последовательного интерфейса чаще всего используют RS-232.

Главный элемент последовательного интерфейса микросхема 8250 для старых и 16450 UART (Universal Asynchron Receiver Transmitter) для новых плат контроллеров. Контроллер на базе чипа 8250 обеспечивает максимальную скорость передачи данных 9600 бод, а чип 16450 115200 бод.

В отличие от параллельной передачи данных, последовательная связь осуществляется побитно. Отдельные биты пересылаются (или принимаются) последовательно друг за другом, при этом возможен обмен данными в двух направлениях. Уровень напряжения последовательного интерфейса изменяется в пределах от - 12 В до +12 В. Благодаря этому относительно высокому значению напряжения повышается помехоустойчивость, и данные могут передаваться без потерь по кабелю длиной 50 м и более.

В асинхронном режиме, который используют ПК (передаваемая команда состоит из стартового бита, 8 бит данных и одного стоп-бита), прием и передача данных осуществляются с одинаковой тактовой частотой.

Последовательный интерфейс связывает два устройства. Для того чтобы "собеседники" при обмене данными не перебивали друг друга, они должны иметь единый протокол приема/передачи, которым определяется последовательность обмена данными.

Скорость передачи данных. Номинальная скорость передачи  это скорость передачи данных, определяемая количеством элементов двоичной информации, передаваемых за 1 с.

Эффективная (реальная) скорость  это скорость передачи с учетом необходимости передачи служебной информации (что уменьшает эффективную скорость по сравнению с номинальной) и сжатия данных (что увеличивает эффективную скорость).

Скорость передачи измеряется в бодах, названных в честь французского ученого Жана Мориса Эмиля Бодо. Иногда вместо бод употребляют обозначение bps (bit per second), или бит/с. Однако это немного разные вещи. Величина в бодах указывает количество передаваемых битов с учетом служебных битов (стартовые биты, стоп-биты и биты контроля четности). А величина, указанная в bps, подразумевает эффективную скорость передачи самих данных. Типичные значения скорости передачи данных через последовательный интерфейс для ПК и периферийных устройств, таких как модемы, составляют 1200, 2400, 4800, 9600, 19200 бод и выше.

Данные при последовательной передаче разделяются служебными посылками, такими как стартовый бит (Start bit) и стоп-бит (Stop bit). Эти биты указывают на начало и конец передачи последовательности бит данных (Data bits). Данный метод передачи позволяет осуществить синхронизацию между приемной и передающей сторонами, а также выровнять скорость обмена данными.

Для идентификации и распознавания ошибок при последовательной передаче в состав посылки дополнительно включают бит контроля четности (Parity bit). Существует несколько различных вариантов использования бита контроля четности:

1) Бит контроля четности не посылается (No Parity);

2) Бит контроля четности четный (Even Parity);

3) Бит контроля четности нечетный (Odd Parity).

Для установления связи между двумя последовательными интерфейсами предварительно необходимо сконфигурировать их соответствующим образом, т.е. указать, как будет осуществляться обмен данными: скорость обмена, формат данных, контроль четности и т.п.

В ПК в качестве разъемов последовательного интерфейса применяются две модификации: 9-контактный и 25-контактный разъемы, обозначаемые как DB9 и DB25 соответственно.

Табл. 1 Назначение контактов разъемов
последовательного интерфейса

Контакт разъема DB9

Контакт разъема DB25

Обозначение сигнала

Вход/ выход

Наименование

1

8

DCD (Data Carrier Detect)

Вход

Обнаружение несущей

2

3

RXD (Receive Data)

Вход

Принимаемые данные

3

2

TXD (Transmit Data)

Выход

Передаваемые данные

4

20

DTR (Data Terminal Ready)

Выход

Готовность оконечного

устройства

5

7

GND (Ground)

Корпус

Сигнальная земля

6

6

DSR (Data Set Ready)

Вход

Готовность модема

7

4

RTS (Request To Send)

Выход

Запрос передачи

8

5

GTS (Clear To Send)

Вход

Сброс для передачи

9

22

RI (Ring Indicator)

Вход

Индикатор звонка

Сигнал DCD используется в модемах для сообщения компьютеру и коммуникационной программе об установлении связи модем-модем. Когда локальный модем связывается с удаленным модемом и получает в ответ хороший сигнал несущей, он формирует положительный сигнал DCD.

Сигнал RXD представляет собой данные, переданные удаленным ПК и полученные компьютером/модемом.

Сигнал TXD представляет собой данные, передаваемые компьютером/модемом. Имеется две линии данных, одна из которых предназначена для передачи, а другая для приема. Следовательно, при наличии соответствующей коммуникационной программы два последовательных устройства могут передавать данные одновременно.

Сигнал DTR (положительный) сообщает удаленному ПК о готовности компьютера/модема к приему данных. Дополнительным для этого сигнала является сигнал DSR. Чтобы два устройства могли взаимодействовать, оба эти сигнала должны быть высокого уровня, сообщая о наличии устройств и их готовности к обмену данными.

Линия GND является сигнальной землей, т.е. второй линией, необходимой для передачи и приема сигналов.

Сигнал DSR наряду с сигналом DTR сообщает ПК о включении (режим On-line) и готовности к обмену данными с удаленным компьютером/модемом (сигнал положительный).

Сигнал RTS является одним из двух сигналов (второй  CTS), благодаря которым осуществляется обмен данными между двумя соединенными компьютерами/модемами. Это сигналы готовности к приему данных. Сигнал RTS формирует локальный, а сигнал CTS  удаленный модем.

Сигнал CTS дополняет пару сигналов RTS/CTS. В случае отсутствия на соответствующих линиях сигналов RTS и CTS положительной полярности практически во всех системах связи передача данных по последовательному каналу невозможна. Однако имеются исключения. Чаще всего встречается подключение последовательного оконечного устройства к удаленному компьютеру. При таком способе подключения линии RTS/CTS можно как использовать, так и не использовать. Обычно для того, чтобы сэкономить количество проводников в соединительном кабеле, эти линии коммутируют соответствующим образом непосредственно на локальном разъеме интерфейса.

Сигналом RI локальный модем сообщает компьютеру (коммуникационной программе), к которому он подключен, о поступлении телефонного вызова, т.е. о предстоящем сеансе связи.


Лекция №12
– ПРОТОКОЛ ОБМЕНА ИНФОРМАЦИЕЙ ПО ИНТЕРФЕЙСУ RS-232.

Рассмотрим на примере обмен последовательностями импульсами между ПК и модемом, происходящий по следующему алгоритму:

1) ПК устанавливает сигнал DTR, показывая тем самым желание и намерение использовать модем;

2) Модем, получив сигнал DTR, в ответ устанавливает сигнал DSR, показывая тем самым, что готов к работе (включен в сеть и присутствует на линии);

3) ПК, получив подтверждение от устройства по линии DSR, устанавливает сигнал RTS, показывая, что хочет начать передачу данных и при этом одновременно готов принимать данные от модема;

4) Модем отвечает сигналом CTS, показывая, что готов принимать данные, передавать их дальше абоненту, принимать данные от абонента и передавать их обратно ПК;

5) В случае отсутствия возможности принимать данные в текущий момент, например, при переполнении буфера, модем снимает сигнал CTS. При этом ПК должен остановить передачу данных;

6) При возникновении возможности снова принимать данные, модем выставляет сигнал CTS, разрешая ПК продолжать передачу;

7) При переполнении буфера ПК, он снимает сигнал RTS, прося модем приостановить передачу данных;

8) Модем, получив сигнал от ПК, снимает сигнал CTS;

9) ПК, обработав информацию, вновь выставляет сигнал RTS;

10) Модем подтверждает свою возможность продолжить передачу и прием данных установлением сигнала CTS;

11) В случае завершения процесса обмена данными ПК снимает сигнал RTS;

12) Модем, обнаружив это, отвечает подтверждением, снимая сигнал CTS;

13) ПК снимает сигнал DTR, подтверждая разрыв связи;

14) Модем сбрасывает сигнал DSR, тем самым подтверждая разрыв связи.

В общем случае для согласования скорости передачи между ПК и модемом, можно пользоваться парой сигналов RTS/CTS.

Нуль-модемный кабель и протокол RTS/CTS. Для соединения двух устройств (например, двух ПК) применяют нуль-модемный кабель (рис. 1).

Для такого соединения рекомендуется использовать аппаратный протокол RTS/CTS. По этому протоколу используется аппаратная проверка правильности принимаемых данных. В случае ошибки при передаче данных или когда одно из устройств не успевает за другим, то снимается сигнал RTS на соответствующем устройстве. При этом второе устройство обнаруживает это у себя на линии CTS.

3-проводной нуль-модемный кабель и протокол XON/XOFF. На практике использование полного варианта нуль-модемного кабеля затруднительно. Предпочтение отдают 3-проводному нуль-модемному кабелю (рис. 2). Для связи по данному кабелю рекомендуется использовать программный протокол проверки XON/XOFF. При этом в передаваемом коде существуют специальные последовательности, свидетельствующие о временной или полной неработоспособности одного из устройств, причем другое устройство узнает об этом только после получения последнего бита передаваемого байта кодовой посылки (после окончания цикла обмена).

СОМ-порты могут быть сконфигурированы различным образом. BIOS ПК поддерживает до 4 последовательных интерфейсов. С конфигурацией двух, как правило, проблем не бывает, тем более что стандартные установки на плате интерфейса обычно соответствуют оптимальным.

Рисунок   Соединение двух устройств по нуль-модемному кабелю

Рисунок   Соединение двух устройств по 3-проводному нуль-модемному кабелю

Табл. 2 Стандартные значения адресов
IRQ для СОМ-портов

Порт

Базовый адрес

Линия прерывания

СОM1

3F8h

IRQ 4

COM2

2F8h

IRQ3

COM3

3E8h

IRQ 4

COM4

2E8h

IRQ3


Лекция №13
  МЕХАНИЗМ ОБМЕНА ИНФОРМАЦИЕЙ ПО ШИНЕ USB.

Технические особенности. USB (Universal Serial Bus  универсальная последовательная шина) является промышленным стандартом расширения архитектуры ПК, ориентированным на интеграцию с телефонией и устройствами бытовой электроники. Шина USB совсем молодая версия 1.0 была опубликована в начале 1996 года. Однако сейчас устройств с интерфейсом USB уже предостаточно. Большинство их поддерживает версию 1.1, которая вышла осенью 1998 года — в ней были устранены обнаруженные проблемы первой редакции. Весной 2000 года опубликована спецификация USB 2.0, в которой предусмотрено 40-кратное повышение пропускной способности шины. Первоначально (в версиях 1.0 и 1.1) шина обеспечивала две скорости передачи информации: полную скорость FS (full speed) 12 Мбит/с и низкую скорость LS (Low Speed) 1,5 Мбит/с. В версии 2.0 определена еще и высокая скорость HS (High Speed) 480 Мбит/с, которая позволяет существенно расширить круг устройств, подключаемых к шине. В одной и той же системе могут присутствовать и одновременно работать устройства со всеми тремя скоростями. Шина позволяет соединять устройства, удаленные от компьютера на расстояние до 25 м (с использованием промежуточных хабов).

С середины 1996 года выпускаются ПК со встроенным контроллером USB, реализуемым чипсетом системной платы.

Организация шины USB. USB обеспечивает обмен данными между хост-компьютером и множеством периферийных устройств (ПУ). Согласно спецификации USB, устройства могут являться хабами, функциями или их комбинацией. Хаб (hub) только обеспечивает дополнительные точки подключения устройств к шине. Устройство-функция (function) USB предоставляет системе дополнительные функциональные возможности, например подключение к ISDN, цифровой джойстик, акустические колонки с цифровым интерфейсом и т.п. Комбинированное устройство (compound device), реализующее несколько функций, представляется как хаб с подключенными к нему несколькими устройствами. Устройство USB должно иметь интерфейс USB, обеспечивающий полную поддержку протокола USB, выполнение стандартных операций (конфигурирование и сброс) и предоставление информации, описывающей устройство. Работой всей системы USB управляет хост-контроллер (host controller), являющийся программно-аппаратной подсистемой хост-компьютера. Шина позволяет подключать, конфигурировать, использовать и отключать устройства во время работы хоста и самих устройств.

Шина USB является хост-центрической: единственным ведущим устройством, которое управляет обменом, является хост-компьютер, а все присоединенные к ней периферийные устройства исключительно ведомые. Физическая топология шины USB  многоярусная звезда. Ее вершиной является хост-контроллер, объединенный с корневым хабом (root hub), как правило, двухпортовым. Хаб является устройством-разветвителем. Кроме того, он может являться источником питания для подключенных к нему устройств. К каждому порту хаба может непосредственно подключаться периферийное устройство или промежуточный хаб; шина допускает до 5 уровней каскадирования хабов (не считая корневого). Поскольку комбинированные устройства внутри себя содержат хаб, их подключение к хабу 6-го яруса уже недопустимо. Каждый промежуточный хаб имеет несколько нисходящих (downstream) портов для подключения периферийных устройств (или нижележащих хабов) и один восходящий (upstream) порт для подключения к корневому хабу или нисходящему порту вышестоящего хаба. Логическая топология USB  просто звезда: для хост-контроллера хабы создают иллюзию непосредственного подключения каждого устройства.

Кабель USB содержит одну экранированную витую пару с импедансом 90 Ом для сигнальных цепей и одну неэкранированную для подачи питания (+5 В), допустимая длина сегмента до 5 м. Для низкой скорости может использоваться невитой неэкранированный кабель длиной до 3 м (он дешевле).

Гнезда типа «А» устанавливаются только на нисходящих портах хабов, вилки типа «А» на шнурах периферийных устройств или восходящих портов хабов. Гнезда и вилки типа «В» используются только для шнуров, отсоединяемых от периферийных устройств и восходящих портов хабов (от «мелких» устройств мышей, клавиатур и т.п. кабели, как правило, не отсоединяются).

Рис. 1 Гнезда USB: a  типа «А»; б  типа «В»; в  символическое обозначение

Таблица 1 Назначение выводов разъема USB

Контакт

Цепь

1

VBus

2

D-

3

D+

4

GND

Введение высокой скорости (480 Мбит/с всего в 2 раза медленнее, чем предлагает технология Gigabit Ethernet) требует тщательного согласования приемопередатчиков и линии связи. На этой скорости может работать только кабель с экранированной витой парой для сигнальных линий.


Лекция №14
  ПРОТОКОЛ РАБОТЫ ШИНЫ USB.

Модель передачи данных. Каждое устройство на шине USB (их может быть до 127) при подключении автоматически получает свой уникальный адрес. Логически устройство представляет собой набор независимых конечных точек (endpoint), с которыми хост-контроллер (и клиентское ПО) обменивается информацией. Каждая конечная точка имеет свой номер и описывается следующими параметрами:

  •  требуемая частота доступа к шине и допустимые задержки обслуживания;
  •  требуемая полоса пропускания канала;
  •  требования к обработке ошибок;
  •  максимальные размеры передаваемых и принимаемых пакетов;
  •  тип передачи;
  •  направление передачи (для передач массивов и изохронного обмена).

Каждое устройство обязательно имеет конечную точку с номером 0, используемую для инициализации, общего управления и опроса его состояния. Эта точка всегда оказывается сконфигурированной при включении питания и подключении устройства к шине. Она поддерживает передачи типа «управление».

Кроме нулевой точки устройства-функции могут иметь дополнительные точки, реализующие полезный обмен данными. Низкоскоростные устройства могут иметь до двух дополнительных точек, полноскоростные до 15 точек ввода и 15 точек вывода (протокольное ограничение). Дополнительные точки (а именно они и предоставляют полезные для пользователя функции) не могут быть использованы до их конфигурирования (установления согласованного с ними канала).

Каналом (pipe) в USB называется модель передачи данных между хост-контроллером и конечной точкой устройства. Имеются два типа каналов: потоки и сообщения. Поток (stream) доставляет данные от одного конца канала к другому, он всегда однонаправленный. Один и тот же номер конечной точки может использоваться для двух поточных каналов ввода и вывода. Поток может реализовывать следующие типы обмена: передача массивов, изохронный и прерывания. Сообщения (message) имеют формат, определенный спецификацией USB. Хост посылает запрос к конечной точке, после которого передается (принимается) пакет сообщения, за которым следует пакет с информацией состояния конечной точки. Последующее сообщение нормально не может быть послано до обработки предыдущего, но при отработке ошибок возможен сброс не обслуженных сообщений. Двусторонний обмен сообщениями адресуется к одной и той же конечной точке.

Протокол. Все обмены (транзакции) с устройствами USB состоят из двух-трех пакетов. Каждая транзакция планируется и начинается по инициативе контроллера, который посылает пакет-маркер (token packet). Он описывает тип и направление передачи, адрес устройства USB и номер конечной точки. В каждой транзакции возможен обмен только между адресуемым устройством (его конечной точкой) и хостом. Адресуемое маркером устройство распознает свой адрес и готовится к обмену.

Источник данных (определенный маркером) передает пакет данных (или уведомление об отсутствии данных, предназначенных для передачи). После успешного приема пакета приемник данных посылает пакет квитирования (handshake packet).

Хост-контроллер организует обмены с устройствами согласно своему плану распределения ресурсов. Контроллер циклически (с периодом 1,0 ± 0,0005 мс) формирует кадры (frames), в которые укладываются все запланированные транзакции. Каждый кадр начинается с посылки маркера SOF (Stan Of Frame), который является синхронизирующим сигналом для всех устройств, включая хабы. В конце каждого кадра выделяется интервал времени EOF (End Of Frame), на время которого хабы запрещают передачу по направлению к контроллеру. В режиме HS пакеты SOF передаются в начале каждого микрокадра (период 125± 0,0625 мкс). Хост планирует загрузку кадров так, чтобы в них всегда находилось место для транзакций управления и прерывания. Свободное время кадров может заполняться передачами массивов (hulk transfers). В каждом микрокадре может быть выполнено несколько транзакций, их допустимое число зависит от длины поля данных каждой из них.

Для обнаружения ошибок передачи каждый пакет имеет контрольные поля CRC-кодов, позволяющие обнаруживать все одиночные и двойные битовые ошибки. Аппаратные средства обнаруживают ошибки передачи, а контроллер автоматически производит трехкратную попытку передачи. Если повторы безуспешны, сообщение об ошибке передается клиентскому ПО.

Типы передач данных. Архитектура USB допускает четыре базовых типа передачи данных.

1) Управляющие посылки (control transfers) используются для конфигурирования во время подключения и в процессе работы для управления устройствами. Протокол обеспечивает гарантированную доставку данных.

2) Передачи массивов данных (hulk data transfers) без каких-либо обязательств по задержке доставки и скорости передачи. Передачи массивов могут занимать всю полосу пропускания шины, свободную от передач других типов. Приоритет этих передач самый низкий, они могут приостанавливаться при большой загрузке шины. Доставка гарантированная при случайной ошибке выполняется повтор. Передачи массивов уместны для обмена данными с принтерами, сканерами, устройствами хранения и т.п.

3) Прерывания (interrupt) короткие передачи, которые имеют спонтанный характер и должны обслуживаться не медленнее, чем того требует устройство. Предел времени обслуживания устанавливается в диапазоне 10-255 мс для низкой, 1-255 мс для полной скорости, на высокой скорости можно заказать и 125 мкс. При случайных ошибках обмена выполняется повтор. Прерывания используются, например, при вводе символов с клавиатуры или сообщения о перемещении мыши.

4) Изохронные передачи (isochronous transfers) непрерывные передачи в реальном времени, занимающие предварительно согласованную часть пропускной способности шины с гарантированным временем задержки доставки. Позволяют на полной скорости организовать канал с полосой 1,023 МБайт/с (или два по 0,5 Мбайт/с), заняв 70% доступной полосы (остаток можно заполнить и менее емкими каналами). На высокой скорости конечная точка может получить канал до 24 МБайт/с (192 Мбит/с). В случае обнаружения ошибки изохронные данные не повторяются недействительные пакеты игнорируются. Изохронные передачи нужны для потоковых устройств: видеокамеры, цифровые аудиоустройства (колонки USB, микрофон), устройства проигрывания и записи аудио- и видеоданных (CD и DVD). Видеопоток (без компрессии) шина USB способна пропускать только на высокой скорости.



 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

46846. Классический психоанализ З.Фрейда. Основные понятия, структура и динамика личности. Стадии психосексуального развития 33 KB
  Фрейд все стадии психического развития человека сводит к стадиям преобразования и перемещения по разным эрогенным зонам либидоносной или сексуальной энергии. Каждая стадия имеет свою либидоносную зону возбуждение которой создает либидоносное удовольствие. Оральная стадия 0 1 год. Оральная стадия характеризуется тем что основной источник удовольствия а следовательно и потенциальной фрустрации сосредоточивается на зоне активности связанной с кормлением.
46848. Two-member and one-member sentences. One-member and elliptical sentences. Two approaches. Types of elliptical sentences 33 KB
  Twomember nd onemember sentences. Onemember nd ellipticl sentences. Types of ellipticl sentences. Twomember sentences
46852. Кризис подросткового возраста. Его преодоление 31.96 KB
  Кризис подросткового возраста, является одной из актуальнейших проблем детей современного мира. Это связано с возникновением современно новых требований, предъявляемых к ним происходящими социально – экономическими преобразованиями.
46853. Определение наивыгоднейших и максимальных зазоров. Влияние основных факторов на износ 33.46 KB
  На процесс изнашивания рабочих поверхностей деталей машин оказывают влияние различные факторы которые можно разделить на две группы: 1 факторы влияющие на износостойкость деталей; 2 факторы влияющие на изнашиваемость деталей. К факторам влияющим на изнашиваемость деталей относятся: вид трения сопряженных деталей; характер и величина удельных нагрузок на поверхностях трения; относительные скорости перемещения трущихся поверхностей; форма и размер зазора между сопряженными поверхностями; условия смазки трущихся поверхностей; наличие...
46854. Государственная гражданская служба в системе государственного управления 33.49 KB
  Данное законом определение государственной службы указывает на ее сущность. Система государственной службы включает в себя следующие виды: 1 государственная гражданская служба; 2 военная служба; 3 правоохранительная служба. Государственная гражданская служба РФ – вид государственной службы представляющий собой профессиональную служебную деятельность граждан РФ на должностях государственной гражданской службы РФ по обеспечению исполнения полномочий федеральных государственных органов государственных органов субъектов РФ лиц замещающих...