Л9 Стандартные порты ПЭВМ

ЭВМ и ПУ лекция 9	Щемелева Т.К.
ЛЕКЦИЯ 9.	Стандартные порты ПЭВМ.

Новые понятия: интерфейс IEEE 1284; Centronics; LPТ-порт; SPP-порт;

интерфейс RS-232C, COM-порт,

Основные вопросы: 1. Параллельный порт с интерфейсом IEEE 1284

2.Последовательный порт по интерфейсу RS-232C

9.1.Параллельный порт с интерфейсом IEEE 1284

9.1.1.Общая характеристика

Порт был введен в IBM PC для подключения принтера — отсюда и пошло его название (Line PrinTer — построчный принтер). В ОС MS DOS LPT-порт (Standard Parallel Port-SPP-порт) ориентирован на вывод данных по протоколу обмена

Centronics.	ПОРТ		ПУ
		Интерфейс IEEE 1284

Рисунок 9.1 – Место интерфейса ПУ

Название и назначение сигналов разъема порта интерфейсу Centronics - в табл.9.1.

Таблица 9.1		Разъем стандартного LPT-порта
	Контакт	№ провода	Назначение
	DB-25S	в кабеле	I/O	Бит	Сигнал
1		1	0/I	CR.OX	Strobe»
2		3	0(1)	DR.O	DataO
3		5	0(1)	DR.1	Datal
4		7	0(1)	DR.2	Data 2
5		9	0(1)	DR.3	Data 3
6		11	0(1)	DR.4	Data 4
7		13	0(0	DR.5	Data 5
8		15	0(0	DR.6	Data 6
9		17	0(0	DR.7	Data 7
10		19	I	SR.6	Ack#
11		21	I	SR.A	Busy
12		23	I	SR.5	PaperEnd(
13		25	I	SR.4	Select
14		2	0/I	CR.1\	Auto LF#
15		4	I	SR.3	Error»
16		6	0/I	CR.2	lnit#
17		8	0/I	CR.3\	Select ln#
18-25		10,12,14,16,	_	_	_
		20, 22, 24,

1

ЭВМ и ПУ лекция 9

Щемелева Т.К.

В 1994 году был принят стандарт на параллельный интерфейс IEEE 1284,

который определяет 6 режимов обмена данными, в т.ч., SPP, ЕРР и ЕСР, а также физический и электрический интерфейсы:

1.SPP – режим однонаправленного вывода. Сигналы управления задаются программно;

2.EPP – двунаправленный обмен.– Сигналы управления задаются аппаратно

3.ECP – двунаправленный обмен с возможностью аппаратного сжатия по методу

RLE с использованием FIFO-буферов и DMA-канала с аппаратным формированием управляющих сигналов состояния; Наличие FIFO и DMA даѐт возможность ускорить обмен за счѐт устранения процессора и блочной передачи по каналу DMA

Любой порт без наличия внутренних буферов ведѐт обмен с ПК в программно-

управляемом режиме Все средства сопряжения, установленные стандартом,

реализованы в системнм контроллере (Южный мост) портов.

Стандартом установлено 3 шины сигналов для связи порта с ПУ:

1)Шина данных - 8 бит;

2)Шина управления - 4 сигналов;

3)Шина состояния - 5 сигналов.

Параметры и характеристики интерфейса: симплексный; радиальный;

асинхронный; 36-контактный кабель: 18 сигнальных линий и 18 общих (земля);

длина линии ≤ 2м

9.1.2 Конфигурирование LPT-порта

Конфигурирование порта (Setup) зависит от его исполнения. Порт,

расположенный на плате расширения (мультикарте), устанавливаемой в слот ISA или

ISA+VLB, конфигурируется джамперами на самой плате. Порт на системной плате конфигурируется через BIOS Setup/

2

ЭВМ и ПУ лекция 9 Щемелева Т.К.

Ниже перечислены параметры, подлежащие конфигурированию.

♦ Базовый адрес — 3BCh, 378h или 278h. При инициализации BIOS проверяет наличие портов по адресам именно в этом порядке и, соответственно, присваивает обнаруженным портам логические имена LPT1, L PT2, L РТЗ. Адрес ЗВСh имеет адаптер порта, расположенный на плате MDA или HGC. Большинство портов по умолчанию конфигурируется на адрес 378h и может переключаться на 278h.

Регистры порта адресуются относительно Базового адреса порта - адреса

регистра состояния Например, порт с базовым адресом регистра состояния=378h предоставляет для программиста регистр управления с адресом

379h и регистр данных с адресом 37Ah.

♦ Используемая линия запроса прерывания: для L РТ — IRQ7, для LPT2 — IRQ5.

Традиционно прерывания от принтера не задействуются, и этот дефицитный ресурс можно сэкономить.

♦Использование канала DMA для режимов ЕСР и Fast Centronics — разрешение и номер канала DMA.

♦Режимы работы порта.

ПУ в стандарте IEEE 1284 обычно не требуют от контроллера реализации всех предусмотренных этим стандартом режимов. Для определения режимов и методов управления конкретным устройством стандарт предусматривает последовательность

согласования. Последовательность построена так, что старые устройства, не поддерживающие IEEE 1284, на нее не ответят, и контроллер останется в стандартном режиме. Периферия IEEE 1284 может сообщить о своих возможностях, и

контроллер установит режим, удовлетворяющий и ПЭВМ с портом, и ПУ.

9.1.3 Режим SPP.

Простейший режим LPT – порта – SPP –обеспечивает пропускную способность 100-150KB/с. Порт медленный за счет того, что на вывод одного символа требуется несколько дополнительных команд обмена процессора с портом.

3

ЭВМ и ПУ лекция 9	Щемелева Т.К.
Программистская модель SPP включает 3	типовых регистра: данных,

состояния, управления. . Регистр состояния используется для ввода с ПУ 5-ти сигналов (Устройство занято, Подтверждение приёма устройством,

Отсутствует бумага в устройстве, Устройство выбрано (подано электропитание,

Ошибка);

Режим SPP обеспечивает программно-управляемый обмен: Сигналы

управления устанавливаются, а состояния – анализируются программным путѐм.

К LPT-портам подключают принтеры, плоттеры, сканеры, коммуникационные устройства и устройства хранения данных, а также электронные ключи, программаторы и прочие устройства. Иногда параллельный интерфейс используют для связи между двумя компьютерами — получается сеть (LapLink).

4

ЭВМ и ПУ лекция 9

Щемелева Т.К.

Вывод из процессора байта Данных в регистр данных порта

Ввод в процессор из регистра состояния порта сигнала Занято

нет	ПУ занято?

да

Вывод из процессора сигнала Строб в регистр управления порта

.Установка на выходе порта байта Данных

Установка портом сигнала Строб.	Прием в ПУ Строба и Данных.
Установка на выходе ПУ сигнала	Занято. .

Выдача из ПУ в регистр состояния сигнала ПДТ приема. Сброс ПУ сигнала Занято. Ввод в Процессор сигнала ПДТ.

нет

да

ПУ подтвердило прием?

Сброс сигнала Строб. Сброс Данных.. Сброс сигнала Подтверждение приема

Рисунок 9.2- Работа SPP (операция вывод)

9.2. Последовательный порт по интерфейсу RS-232C

9.2.1Структура кадра данных

ПК IBM PC поддерживает интерфейс RS-232C не в полном объеме. Интерфейс последовательный дуплексный В ОС MS DOS каждому порту RS-232C присваивается логическое имя СОМ1:—COM4:.

5

ЭВМ и ПУ лекция 9

Щемелева Т.К.

На рис.9.3 показана кадр передачи одного символа.

Рис.9.3 - Структура кадра данных при передаче байта в стандарте RS-232-C

9.2.2 Общая характеристика интерфейса.

1.Радиальный, дуплексный, асинхронный.

2.Приемник (на входе):

логическая единица – U от -3 до -12 В, логический ноль – U от +3 до +12 В

Передатчик (на выходе):

логическая единица – U от -5 до -12 В, логический ноль - U от +5 до +12 В

3. Производительность: 50, 75, 110, ……………., 19200, 38400, 57600, 115200

бит/с.

4.Количество бит в коде символа – 5, 6, 7, 8.

5.Количество стоп-бит: 1; 1,5; 2.

6.Контроль по четности или нечетности.

7.Длина линии передачи 10-12 метров.

9.2Кабель 9 и 25жильный

9.2.3Типы устройств по стандарту.

ВОС MS DOS последовательный порт по интерфейсу RS-232C имеет имя COM. ПЭВМ может иметь до четырех COM - портов (0-3). Как минимум 2 находится на платах расширения.

Стандарт RS-232C определяет взаимодействие между устройствами двух типов:

1.DTE – аппаратура передачи данных (порт);

2.DCE – аппаратура канальной передачи данных (модем).

В большинстве случаев порт ПК является DTE, а модемы, принтеры, графопостроители — DCE.

Передача данных между двумя удаленными ПК может осуществляться по типовой схеме, изображѐнной на рис. 9.4 типовыми кабелями. Разъем для

6

ЭВМ и ПУ лекция 9

Щемелева Т.К.

подключения порта может содержать 25 или 9 выводов (обозначения — D25 и D9, соответственно). Только два провода этих разъемов используются для передачи и приема данных. Причем, естественно, что, например, вывод 3 DTE (линия передачи данных) соединяется кабелем с выводом 3 DCE (линией приема данных). Остальные отведены для вспомогательных и управляющих сигналов.

RS232С

RS232С

ПК

DTE

DCE

DCE

DTE

ПК

От 10 до 100м

Линия связи

Рисунок 9.4 - Передача данных по интерфейсу RS232С

Большинство линий в кабеле, соединяющем два устройства одного типа DTE и DTE, или DCE и DCE, должны иметь перекрещивания проводов так, как показано для одной пары контактов 2 и 3 устройств DTE (см. рис. 9.5). Все сигналы управления на рис. сведены в одну шину. Такой кабель для подключения устройств одного типа называется нуль-модемом.

			TD
DСE	3					3		DCE
			RD
	2					2
				а)
			TD
DTE	3					3		DTE
			RD
	2					2

б)

Рисунок 9.5. - Соединение устройств одного типа в RS232C

а)-неправильно, б)-правильно

RS232C обеспечивает передачу по 1-му дуплексному каналу с помощью сигналов по 6 линиям управления. Протокол интерфейса RS232С и управление потоком передаваемых символов здесь не рассматриваются.

7

ЭВМ и ПУ лекция 9				Щемелева Т.К.
9.2.4 Программистская модель асинхронного приѐмопередатчика (UART)
9.2.4.1 UART на микросхеме 8251
На рис. 9.6 показана программистская			модель асинхронного приѐмопередатчика
UART 8251, пунктиром показаны регистры, не входящие в программистскую
модель.
3апрос на прер-е от передат.
		7		0
				TD
3апрос на прер-е от.	8			ГТИ
приѐмника
	D	Код символа
	A1 A0		CR
	2
			SR
	CS#
	#C/D		DI	ГТИ
		Код символа
	RD#			RD
	WR#
Рис. 9.6 Программистская модель асинхронного приѐмопередатчика

UART 8251

Принимающее и передающее устройства должны применять одинаковые форматы кадра.

UART содержит регистры (буферные, сдвиговые и др.) приемника и передатчика данных. При передаче байта информации он вначале записывается в буферный регистр передатчика, затем в сдвиговый регистр, откуда выдвигается по битам для последовательной передачи по линии связи. Обратный процесс происходит при приеме данных

8

ЭВМ и ПУ лекция 9

Щемелева Т.К.

На рис.9.5: CR-регистр управления; принимает байты управления двух типов: Байт режима - задает параметры обмена и Байт приказа.

SR- регистр состояния;

ГТИ –генератор тактовых импульсов.

Сигнал #С/D – управление или данные (если #С/D =0, то происходит передача данных, иначе - управляющих кодов).

Инициализация порта состоит в выводе следующих параметров в формате байта режима в регистр СR:

1.коэффициент деления тактовой частоты UART для передачи\приема;

2.число бит в коде символа;

3.число стоп – бит;

4.выбор (да\нет) контроля по четности\нечетности.

После инициализации UART	байтом	режима, любой другой байт,
записываемый в регистр CR, воспринимается как байт приказа.
Байт приказа используется для	оперативное управление процессом обмена и
включает сигналы:

-аппаратный сброс UART;

-запретить/разрешить передачу по линии TD;

-запретить/разрешить приѐм по линии RD;

-сброс всех триггеров ошибок;

Назначение регистра SR – отображать некоторые сигналы, идущие с модема, а также фиксировать обнаруженные схемой управления ошибки приѐма/передачи:

-в паритете;

-в стоп-битах;

-переполнение приѐмника.

Врегистре SR фиксируются запросы на прерывание процессором, когда пуст входной регистр передатчика и когда заполнен выходной регистр приѐмника.

9.2.4.2 UART на микросхеме 16550A.

16550A имеет 16-байтные FIFO-буферы для приѐма и передачи, а также возможность вести блочный обмен по каналу DMA. Содержит 12 байтовых регистров.

Выбор регистра осуществляется с помощью специального бита, расположенного в одном из последующих регистров.

Регистры:

1.Данных передатчика (R);

2.Данных приемника (W);

3.Регистр младшего байта делителя частоты (W/R);

4.Регистр старшего байта делителя частоты (W/R);

9

ЭВМ и ПУ лекция 9

Щемелева Т.К.

5.Регистр разрешения прерываний (от нескольких источников), в том числе, обрыв линии, завершение передачи и т.д. (W/R)

6.Регистр идентификации прерываний и режима FIFO (включать буфер или нет )

(R).

7.Регистр управления FIFO (W). Установка числа и использование регистров буфера FIFO, разрешение DMA (прямого доступа к памяти).

8.Регистр управления линией (W/R): Число бит символа, стоп-бит, тип контроля

идр.

9.Регистр состояния линии (R). Фиксирует некоторые сигналы управления модемом, ошибки стоп-бита, контроля, переполнения приема/передачи и др.

10.Регистр управления модемом (W/R). Перевод в режим диагностики, программная установка некоторых сигналов модема.

11.Регистр состояния модема (W/R). Повторяет некоторые сигналы модема. 12.Рабочий регистр.

9.2.5 Конфигурирование устройства

Конфигурирование устройства на системной шине включает выделение для одного порта :

-4-х адресов ввода\вывода, включая базовый. Для COM1 – 3F8h, COM2 – 2F8h, COM3 – 3E8h, COM 4 – 2E8h.

-2-х линий прерываний – IRQ3 для COM1 и COM2, IRQ4 для COM3 и COM4, -1-го канала DMA.

По умолчанию задаются параметры: 2400 бит\с, 7 бит кода символа,1 стопбит, контроль по четности.

Список рекомендуемой литературы.

1. Максимов Н.В. Партыка Т.Л. и др. Архитектура ЭВМ и вычислительных систем. М.: ФОРУМ:ИНФРА-М, 2005,-512 с. § 2.5.

Контрольные вопросы и задания:

1)Какой способ организации ввода-вывода массива самый быстродействующий

2)Какой способ организации ввода-вывода массива обеспечивает наибольшую загруженность процессора.

3)Приведите алгоритм выполнения цикла обслуживания прерывания, используя учебный материал лекции 11.

4)Как называют сигнал управления, который выставляет контроллер DMA на ОЗУ при выводе каждого слова из ОЗУ в порт.

5)Определите адресное пространство ЭВМ с 32-хразрядной ША.

6)При каком способе распределения адресного пространства можно получить память большего размера.

10