М.Гук - Интерфейсы ПК, справочник, страница 2

То, что Жванецкий говорил по поводу ремонта, справедливо, пожалуй, и для любой книги по компьютерной тематике — работу над ней «нельзя завершить, а можно только прекратить», поскольку ес написание «не процесс, а состояние». Вскоре после того, как автора перестали подпускать к тексту «Энциклопедии» (иначе книга не вышла бы в сает), ему удалось раздобыть новый материал по интерфейсам, что послужило толчком для написания новой книги. Это уже вторая «дочерняя» книга, первая — «Процессоры 1псе1: от 8086 до Репйшп П» на полгода опередила свою рояительницу и имела успех у читателей. Здесь тоже чего-то больше, что-то дано глубже, чем в «Энциклопедии», но круг вопросов ограничен только аппаратными интерфейсами утилитарного назначения. Книга адресована широкому кругу читателей, так или иначе связанных в своей деятельности с компьютерами. Знание различных интерфейсов позволяет разработчику аппаратуры выбирать вариант, адекватный решаемой задаче.

Тому, кто занят не разработкой устройств, а их интеграцией, знание некоторых подробностей об интерфейсах тоже поможет в выборе изделий. Они, например, получат ответ на вопрос, почему и когда за ЯСБ1 нужно платить больше денег, чем за АТА/АТАР1. Сведения, приведенные в этой книге, пригодятся и программистам-системщикам, которым приходится разрабатывать собственные драйверы периферийных устройств или залезать в чужие творения. Любознательные читатели смогут из книги почерпнуть много интересных поцробностей «из жизни интерфейсов», например, почему так хорошо (или плохо, нужное полчеркнуть) работает система РпР лля шины 1ЯА. Для удобства восприятия в книге принята система текстовых выделений.

Курсивом выделены ключевые слова (например, первый раз встречающиеся определения), а также на- Предисловие звания состояний, в которых могут пребывать некоторые объекты. Названия электрических сигналов, например! 602, можно отличить от категорий, близких программистам, например инструкций /ИТ 2, или имен регистров (МЯЯ). Для тех, кому чэлектрические деталиэ покажутся не совсем понятными, рекомендую обратиться за помощью к приложениям, в которых приведены некоторые сведения по системотехнике РС. Нет возможности изложить все нюансы интерфейсов — тогда книга оказалась бы или слишком толстой, или узко специализированной.

Интернет дает возможность добраться до многих спецификаций и статей — спасибо коллективу КБЯХег (пттр://вввлета.ги). За время работы над книгой была собрана немалая коллекция документов, открытых лля доступа (правда, большинство из них на английском языке).

В систематизированном виде (как файлы НТМ).) эта коллекция (или ссылка на нее) будет помещена на сервере издательства аНитер» ЬМр://ч иоч.рйег-ргезз.гп, Связаться с автором можно по электронной почте: тдоопОвги. пеон.ти. Введение Толковый словарь по вычислительным системам определяет понятие интерфейс (гпте~уасе) как границу раздела двух систем, устройств или программ; элементы соединения и вспомогательныс схемы управления, используемые для соединения устройств. Эта книга посвящена интерфейсам, позволякнцим подключать к персональным (и нс только) компьютерам разнообразные периферийные устройства (ПУ) и их контроллеры.

По способу передачи информации интерфейсы подразделяются на параллельные и последовательные. В параллельном интерфейсе все биты передаваемого слова (обычно байта) выставляются и псрсдаются по соотвегствуюпшм параллельно идущим проводам одновременно. В РС традиционно используется параллельный интерфейс Свпоов1сх реализуемый ЕРТ-портами. В последовательном интерфейсе биты передаются друг за другом, обычно по одной линии, СОМ-порты РС обеспечивают последовательный интерфейс в соответствии со стандартом л5 — 232С.

При рассмотрении интерфейсов важным параметром являстся пропускная способность. Технический прогресс приводит к неуклонному росту объемов передаваемой информации. Если раныпс матричные принтеры, печатающие в символьном режиме, могли обходиться и СОМ-портом с невысокой пропускной способностью, то современным лазерным принтерам при высоком разрешении не хватает и производительности самых быстрых ЕРТ-портов. То же касается и сканеров. А передача аживого» видео, даже с применением компрессии, требует немыслимой ранее пропускной способности.

Вполне очевидно, что при одинаковых быстродействии приемопередающих цепей и пропускной способности соединительных линий по скорости передачи параллельный интерфейс должен превосходить последовательный. Однако Введение повышение производительности за счет увеличения тактовой частоты передачи данных упирается в волновые свойства соединительных кабелей.

В случае параллельного интерфейса начинают сказываться задержки сигналов при их прохождении по линиям кабеля, и, что самое неприятное, задержки в разных линиях интерфейса могут быть различными вследствие неидснтичности проводов и контактов разъемов. Для надежной передачи данных времснныс диаграммы обмена строятся с учетом возможного разброса времени прохождения сигналов, что является одним из факторов, сдерживающих рост пропускной способности параллельных интерфейсов. В последовательных интерфейсах, конечно жс, есть свои проблемы повышения производительности, но, поскольку в них используется меньшее число линий (в пределе — одна), повышение пропускной способности линий связи обходится дешевле. Может, кто-нибудь еще помнит интерфейс канала ЕС ЭВМ (два пучка коаксиальных кабелей тол1циной в руку) и видел кабель 135 — эти интерфейсы (параллельный и последовательный) имеют примерно одинаковую пропускную способность.

Для интерфейса, соедизиющсго (физически или логически) два устройства, различают три возможных режима обмена— дуплексный, полудуплексный и симплсксный. Дуплексный режим позволяет по одному каналу связи одновременно передавать информацию в обоих направлениях. Он может быть асимметричным, если пропускная способность в направлениях «туда» и «обратно» имеет существенна различающиеся значения, или симметричным.

Полудуплексный режим позволяет передавать информацию «туда» и «обратно» поочередно, при атом интерфейс имеет средства переключения направления канала. Сииплексный (односторонний) режим предусматривает только одно направление передачи информации (во встречном направлении передаются только вспомогательные сигналы интерфейса). Другим немаловажным параметром интерфейса является допуопииое удаление соединяемых устройств. Оно ограничивается как частотными свойствами кабелей, так и помехозащищенностью интерфейсов.

Часть помех возникает от соседних линий интерфейса — это перекрестные помехи, Введение защитой от которых может быть применение витых пар щюводов для каждой линии. Другая часть помех вызывается искажением уровней сигналов. С появлением шин (1БВ и Р!геЪЧге в качестве характеристики интерфейса стала фигурировать и топология соединения Для интерфейсов Ю-232С и Сеппопиз практически всегда применялась двухточечная топология РС вЂ” устройство (или РС вЂ” РС). Исключениями из этого правила являются различные устройства безопасности и защиты данных (Яеагггп~ аеглсет), которые подключаются к СОМ- или 1.РТ- портам, но имеют разъем для подключения внешнего устройства. Но поскольку эти устройства для традиционной периферии прозрачны, можно считать, что они не нарушают общего правила.

Аналогично обстоит дело и с адаптерами локальных сетей (например, Рагарогс) и внешних дисковых накопителей (1ошейа 21р), подключаемых к 1.РТ-портам. Хотя разрабатываемые стандарты для параллельного порта (1ЕЕЕ 1284.3) и предусматривают соединение устройств в цепочку (.Оащ Сйагп) или через мультиплексоры, широкого распространения такие способы подключения пока не получили.

К другому классу исключений относится построение моноканала на СОМ-портах, которое несколько лет назад применялось в «любительских» локальных сетях, но было вытеснено существенно более эффективной и подешевевшей технологией ЕГЬегпеп Интерфейсные шины 1)ЗВ и Егер«'1ге реализуют древовидную топологию, в которой внешние устройства могут быль как оконечными, так и промежуточными (разветвителями). Эта топология позволяет подключать множество устройств к одному порту 1)ЯВ или Нге'»т'1 ге. Важным свойством интерфейса, на которое часто не обращают внимания, является гальваническая развязка, а точнее— ее отсутсгпвие. «Схемные земли» устройств, соединяемых интерфейсом с СОМ- или 1.РТ-портом РС, оказываются связанными со схемной землей компьютера (а через интерфейсный кабель и между собой). Если между ними до подключения интерфейса была разность потенциалов, то по общему проводу интерфейса потечет уравнивающий ток, что плохо гю целому ряду причин.

Падение напряжения на общем про- Введение воде, вызванное протеканием этого тока, приводит к смещению уровней сигналов, а протекание переменного тока приводит к сложению полезного сигнала с переменной составляющей помехи. К этим помехам особенно чувствительны ТТЛ-интерфейсы; в то же время в РьУ-232С смещение и помеху в пределах 2 В поглотит зона нечувствительности. В случае обрыва общего провода или плохого контакта, а гораздо чаще — при подключении и отключении интерфейсов без выключения питания устройств разность потенциалов прикладывается к сигнальным цепям, а протекание уравнившощих токов через них часто приводит к пиротехничсским аффектам. Откуда берется эта разносгь потенциалов, объяснить нетрудно (см.

приложение Г). Из рассматриваемых интерфейсов гальваническую развязку устройств обеспечивают только М1Р1 (одностороннюю с напряжением изоляции до 100 В) и шина Р1гсЪт'1ге (полную с напряжением изоляции до 500 В). Внутреннее интерфейсы Вышеприведенные рассуждения относились в основном к внпании интерфейсам — соединяющим отдельные устройства, удаленные друг от друга на заметное расстояние. Но интерес представляют и внутренние интерфейсы, предназначенные для быстрой связи на короткие расстояния.

Стандартизованные шины расширения ввода/вывода обеспечивают расширяемость РС, который никогда не замыкался на выполнении сугубо вычислительных задач. Эти шины предоставляют более широкие возможности для взаимодействия процессора с аппаратурой, нс скованные жесткими ограничениями внешних интерфейсов.