Максимов Н.В., Партыка Т.Л., Попов И.И. Архитектура ЭВМ и вычислительных систем (2005) (1186253), страница 31
Текст из файла (страница 31)
Рассмотрим наиболее распространенные интерфейсы периферийных устройствI D E ( I n t e g r a t e d D e v i c e E l e c t r o n i c s ) — интерфейсустройств со встроенным контроллером (рис 2 25) При создании1612.5. ИнтерфейсынжмдПервичный интерфейс EIDEВторичный интерфейс ЕЮЕШины EIDE, PCIVL или системнаяплата ПКVNНакопитель на МЛ,совместимыйс ЕЮЕCD-ROM или НЖМД,совместимыйс ЕЮЕРис. 2.25. Интерфейс EIDEэтого интерфейса разработчики ориентировались на подключениедискового накопителя За счет минимального удаления контроллераот диска существенно повышается быстродействие Сигналы интерфейса — сокращенный набор буферизированных сигналовПроблема накопитель-компьютер состоит из трех частей Компьютер должен взаимодействовать с контроллером (и наоборот),контроллер должен оперировать данными, и контроллер долженвзаимодействовать с дисковым накопителем (и наоборот)До недавнего времени проблема рассматривалась со всех трехсторон, что заставляло производителей накопителей выполнять всюработу Большая часть «интеллекта» для управления передачей данных между компьютером и дисковым накопителем была сосредоточена на плате контроллера и компьютераВ результате при установке нового или замене старого накопителя требовалось обеспечить полную совместимость контроллера сновым жестким диском Контроллеры IDE существенно изменилиситуацию, так как в этом стандарте значительно большую роль сталиграть контроллер на плате дисковода, поэтому фактический интерфейс между накопителем и компьютером стал относительно простым Благодаря этому упрощается электроника внутри компьютераи предоставляется большая гибкость в проектировании электроникидля дисковых накопителейИнтерфейс имеет скорость передачи порядка 1,5—3 Мбайт/сИмеются определенные проблемы при работе с дисками емкости6 « A p x H r c K i y p i ЭВМJ162Глава 2.
Архитектура и структура ЕМ и системболее 528 Мбайт, которые решаются с помощью специальныхдрайверовНаиболее распространенной модификаций интерфейса IDE является AT Attachment (ATA) IDE — 40-проводный интерфейс(рис 226)Рис. 2.26. Параллельный разъем (шлейф) ATA/IDE (a),последовательный разъем АТА (б)IDE-адаптер часто встраивается в системную плату К настоящему времени разработаны усовершенствованные адаптеры с улучшенными характеристикамиATAPI (Package Interface), ATA-2 — расширение, позволяющееподключать до четырех устройств, включая CD-ROM и стримерEIDE (Enhanced IDE) — расширенный адаптер для шин PCI иVLB, позволяющий подключать до четырех устройств (рис 2 25), втом числе CD-ROM и стримеры с максимальной скоростью11,1 Мбайт/с, объем диска до 8 ГбайтFAST ATA и FAST-ATA-2 — скоростные интерфейсы, обеспечивающие скорость передачи соответственного 13,3 и 16,6 Мбайт/си доступ к 8-Гбайтному диску (табл 2 5)Таблица 2 5 Характеристики IDE/ATA интерфейсовСпецификацияАТААТА-2АТАЗАТА 4АТА-5АТА 6Максимальная пропускная способность Мбайт/с416163366100Количество соединений2222на 1 кабель2на 1 кабель2на 1 кабельХарактеристики кабеля40 контактов40 контактов40 контактов40 контактовКонтроль по CRCНетНетНетЕстьЕстьЕстьДата выпуска г19811994199619971999200040 контактов, 40 контактов80 жильный 80 жильный1632.5.
ИнтерфейсыS C S I ( S m a l l C o m p u t e r S y s t e m I n t e r f a c e ) , произносится «скази» — интерфейс системного уровня, стандартизованныйANSI, в отличие от интерфейсных портов (COM, LPT, IR, MIDI)представляет собой шину сигнальные выводы множества устройств-абонентов соединяются друг с другомИнтерфейс позволяет подключать до семи устройств (рис 2 27) сконтроллерами дисковые накопители, CD-ROM и т п Любое устройство может инициировать обмен с другим целевым (Target) устройством Режим обмена может быть асинхронным или более производительным синхронным с согласованием скорости (SynchronousNegotiation), данные контролируются по паритетуID7Хост-интерфейсSCSIIDOЗагрузочныйНЖМДID1СтримерID2CD-ROM Driveика)NюзЗаписывающийCD-ROM DriveID4ZIP-накопительIDSСканерID6ДополнительныйНЖМДРис.
2.27. Архитектура использования интерфейса SCSIОсновным назначением SCSI-шины, как это было сформулировано в первой спецификации, разработанной в 1985 г , было «обеспечение аппаратной независимости подключаемых к компьютеруустройств определенного класса»В отличие от жестких шин расширения SCSI-шина реализуетсяв виде отдельного кабельного шлейфа, который допускает соединение до восьми устройств (спецификация SCSI-1) внутреннего ивнешнего исполнения Одно из них — хост-адаптер (host adapter),связывает шину SCSI с системной шиной компьютера, семь другихсвободны для периферии164Глава 2. Архитектура и структура ВМ и системК шине могут подключаться:• дисковые внутренние и внешние накопители (CD-ROM, винчестеры, сменные винчестеры, магнитооптические диски и др.);• стримеры;• сканеры;• фото- и видеокамеры;• другое оборудование, применяемое не только для IBM PC.Каждое устройство, подключенное к шине, имеет свой идентификатор (SCSI ID), который передается позиционным кодом по8-битной шине данных (отсюда и ограничение на количество устройств на шине).
Устройство (ID) может иметь до восьми подустройств со своими LUN (Logical Unit Number — логический номерустройства).Любое устройство может инициировать обмен с другим целевымустройством (Target).Перечислим основные модификации интерфейса (табл. 2.6):• SCSI-1 — строго определяет физические и электрические параметры интерфейса и минимум команд;Таблица 2.6. Модификации интерфейса SCSIВерсияSCSI-1Максимальная скорость,Мбайт/сШиринашины, битSingle-endedLVDHVDМаксимальное количество устройств58 (узкая)6-258Максимальная длина, мFast SCSI1083-258Fast Wide SCSI2016 (широкая)3-2516Ultra SCSI2081,5-258Ultra SCSI2083--4Wide Ultra SCSI4016--2516-8Wide Ultra SCSI40161,5-Wide Ultra SCSI40163--4Ultra 2 SCSI408Не определенодля скоростейвыше Ultra12258Wide Ultra 2 SCSI8016-122516Ultra 3SCS!или Ultra! 60 SCSI16016-12Не определенодля скоростейвыше Ultra 216Ultra 320 SCSI32016-12-161652.5.
Интерфейсы• SCSI-2 — определяет 18 базовых SCSI команд, обязательныхдля всех периферийных устройств, и дополнительные команды для CD-ROM и другой периферии. Устройства поддерживают очереди до 256 команд и выполняют их в предварительнооптимизированном порядке автономно. Устройства на однойSCSI-шине могут обмениваться данными без участия процессора.Дополнительные расширения SCSI-2:• Fast SCSI-2 — удвоение скорости синхронной передачи;. Wide SCSI-2 — 16- и 32-битные расширения SCSI-2;• Ultra SCSI — сверхскоростной интерфейс.SCSI-3 — дальнейшее развитие: 32 устройства, дополнительныекоманды, автоконфигурирование (Plug and Play) и т.
п. Физическийинтерфейс допускает более длинные кабели. Возможно применениеоптических кабелей.Ультрапорт. Альтернативой шинным архитектурам является коммутационное устройство архитектуры ультрапорта UPA, предложенной корпорацией SUN Microsystems. Эта архитектура используетсядля тех же целей, что и шина. Однако, если через последнюю одновременно могут взаимодействовать только два объекта, UPA определяет одновременную передачу друг другу данных между несколькимипарами объектов. Например (рис.
2.28), один из процессоров можетвзаимодействовать с оперативной памятью (пунктирная линия), адругой в то же время — с принтером (штрих-пунктирная линия).UPA обеспечивает пропускную способность, равную 1,3 Гбайт/с.Процессор 1Процессор NОперативнаяпамятьМагнитныйдискКоммутационное устройствоРис.
2.28. Архитектура ультрапортаВнешние интерфейсыПринтеры, модемы и другое периферийное оборудование подключаются к компьютеру через стандартизированные интерфейсы,иногда называемые портами. В зависимости от способа передачиJ166Глава 2. Архитектура и структура ВМ и системинформации (параллельного или последовательного) между сопрягаемыми устройствами различают параллельные и последовательные интерфейсы.Распространенными являются интерфейс Centronics (аналог вСНГ ИРПР-М ГОСТ 27942—88), обеспечивающий подключениеширокого круга устройств с параллельной передачей информации, иRS-232S (аналог СНГ «Стык-2», ГОСТ 18125-81, ГОСТ 23675-79),наиболее широко применяемый для синхронной и асинхронной связи при соединении устройств с последовательной передачей информации.
Данные традиционные интерфейсы в настоящее время вытесняются более быстродействующими — USB и Fire Wire (табл. 2.7).Таблица 2.7. Характеристики основных внешних интерфейсовГод выпускаПервоначальная скорость, Мбит/сПоследовательный порт (RS 232)19600,02Параллельный порт (Lpt)19811,1USB199512FireWire1995400USB 202000480FireWire 8002001850СтандартПоследовательный порт стандарта RS-232-C.
ИнтерфейсRS-232-C разработан EIA (Electronic Industries Association — Ассоциация производителей электроники) и является стандартом для соединения ЭВМ с различными последовательными внешними устройствами, в качестве которых первоначально выступали в основном терминалы и печатающие устройства.IBM-PC совместимый ПК поддерживает интерфейс RS-232-Cне в полном объеме (разъем, являющийся последовательным портом передает/принимает некоторые из сигналов, входящих в составRS-232-C и имеющих соответствующие этому стандарту уровни напряжения).
В операционных системах компьютеров IBM PC каждому порту RS-232-C присваивается логическое имя СОМ 1:—COM4:.Последовательная передача данных состоит в побитовой передаче каждого байта цифровой информации, в форме кадра данных, содержащего сигнал начала передачи (Start), сигнал окончания передачи (Stop) и информационные биты (рис. 2.29).Бит ST сигнализирует о начале передачи данных, затем передаются информационные биты — вначале младшие, потом старшие2.5. ИнтерфейсыСтартовый бит(Start)1STБиты данных|H|2j\167Бит четности(Party)|||)PСтоповые биты(Stop)|ВремяРис. 2.29. Структура кадра данных при передаче байта информациив стандарте RS-232-CИногда используется контрольный бит Р, которому присваиваетсятакое значение, чтобы общее число единиц или нулей было четнымили нечетным.
Это используется для контроля правильности передачи кадра. Приемное устройство проверяет кадр на четность и принесовпадении с ожидаемым значением передает запрос о повторепередачи кадра. Бит (или биты) SP сигнализирует об окончании передачи байта.Использование (или нет) битов Р, ST, SP задает формат передачи данных (кадра) на уровне RS-232. Принимающее и передающееустройства должны применять одинаковые форматы.Основу последовательного порта составляет микросхема UART(Universal Asyncronous Receiver-Transmitter — универсальный асинхронный приемопередатчик — Intel 16450/16550/16550A).UART содержит регистры (буферные, сдвиговые и др.) приемника и передатчика данных. При передаче байта информации онвначале записывается в буферный регистр передатчика, затем всдвиговый регистр, откуда выдвигается по битам для последовательной передачи по линии связи.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
