- •Электронный конспект лекций по курсу «Системы ввода - вывода и интерфейсы»
- •Глава 1. Основные принципы построения систем ввода-вывода и интерфейсов
- •1.1. Роль и место систем ввода-вывода и интерфейсов в компьютере
- •1.2. Основные принципы организации передачи информации в вычислительных системах
- •1.3. Компьютерные коммуникации и интерфейсы
- •1.4. Системные интерфейсы и шины расширения
- •1.5. Интерфейсы периферийных устройств
- •1.6. Структура систем ввода-вывода
- •1.7. Основные функции и принципы построения интерфейсов
- •1.8. Протоколы передачи данных в компьютерных интерфейсах
- •1.8.1. Алгоритмы протоколов передачи данных
- •1.8.2. Протокол параллельных интерфейсов
- •1.8.3. Протоколы последовательных интерфейсов
- •1.8.4. Принципы взаимодействия шин расширения и интерфейсов периферийных устройств
- •Глава 2. Шины расширения
- •2.1. Шина isa
- •2.1.1. Введение
- •2.1.1.1. Виды устройств, работающие на шине isa
- •2.1.1.1. Виды устройств, работающие на шине isa
- •2.1.2. Характеристики задатчиков на шине
- •2.1.2.2. Контроллер пдп
- •2.1.2.3. Внешняя плата
- •2.1.2.4. Режимы прямого доступа к памяти или к устройствам ввода/вывода
- •2.1.2.5. Режим сброса
- •2.1.2.6. Контроллер регенерации памяти
- •2.1.3. Общее описание шины isa
- •2.1.3.2. Адресное пространство для устройств ввода/вывода
- •2.1.3.3. Структура прерываний
- •2.1.3.4. Перестановщик байтов
- •2.1.4. Описание сигналов на шине isa
- •2.1.4.2. Командные сигналы
- •2.1.4.3. Центральные сигналы управления
- •2.1.4.4. Сигналы прерывания
- •2.1.4.5. Сигналы режима пдп
- •2.1.4.6. Питание
- •2.1.5. Циклы шины
- •2.1.5.1. Цикл Доступа к Ресурсу
- •2.1.5.1.1. Цикл Доступа к Ресурсу - 0 тактов ожидания
- •2.1.5.1.2. Цикл Доступа к Ресурсу - Нормальный цикл
- •2.1.5.1.3. Цикл Доступа к Ресурсу - Удлиненный цикл
- •2.1.5.2. Цикл Регенерации - Введение
- •2.1.5.2.1. Цикл Регенерации - Нормальный цикл
- •2.1.5.2.2. Цикл Регенерации - Удлиненный цикл
- •2.1.5.3. Цикл пдп
- •2.1.5.3.1. Цикл пдп - Нормальный цикл
- •2.1.5.3.2. Цикл пдп - Удлиненный цикл
- •2.1.5.4. Цикл Захвата Шины
- •2.2. Шина pci
- •2.2.1. Архитектура шины pci
- •2.2.2. Описание сигналов шины
- •2.2.3. Команды шины
- •2.2.4. Разновидности операций на шине
- •2.2.4.1. Начало и продолжение транзакции
- •2.2.4.2. Окончание транзакции
- •2.2.4.3. Способы завершения транзакций
- •2.2.4.4. Цикл чтения
- •2.2.4.5. Цикл записи
- •2.2.4.6. Арбитрация
- •2.2.4.7. Цикл конфигурации
- •2.3. Шина 3gio и Hyper Transport
- •2.3.1.1. Архитектура 3gio
- •2.3.2.1. Топологии
- •2.3.2.2. Совместимость с шиной pci
- •Глава 3. Интерфейсы периферийных устройств
- •3.1. Параллельный интерфейс: lpt-порт
- •3.1.1. Интерфейс Centronics
- •3.1.2. Традиционный lpt-порт
- •3.1.3. Функции bios для lpt-порта
- •3.1.4. Стандарт ieee 1284-1994
- •3.1.5. Физический и электрический интерфейс
- •3.1.6. Режим ерр
- •3.1.7. Режим еср
- •3.1.8. Конфигурирование lpt-портов
- •3.1.9. Использование параллельных портов
- •3.1.10. Параллельный порт и РпР
- •3.2. Последовательные интерфейсы: com-порт
- •3.2.1. Интерфейс rs-232с
- •3.2.2. Электрический интерфейс
- •3.2.3. Управление потоком передачи
- •3.2.4. Микросхемы асинхронных приемопередатчиков
- •3.3. Интерфейс scsi
- •3.3.1.2.1. Краткий обзор многочисленных разновидностей scsi.
- •3.3.1.2.2. Основные отличия scsi-2 от scsi-1
- •3.3.1.2.3. Быстрее, выше, сильнее
- •3.3.1.4. Совместимость устройств scsi
- •3.3.2. Описание сигналов
- •3.3.2.1. Физический интерфейс
- •3.3.2.2. Фазы шины
- •3.3.2.1. Физический интерфейс
- •3.3.2.2. Фазы шины
- •3.3.3. Описание сообщений и управление интерфейсом
- •3.3.4. Описание команд
- •3.3.4.1. Адресация и система команд
- •3.3.4.2. Выполнение команд
- •3.3.4.1. Адресация и система команд
- •3.3.4.2. Выполнение команд
- •3.3.5. Типы пу
- •3.3.5.1. Устройства прямого доступа (0)
- •3.3.5.2. Устройства последовательного доступа (1)
- •3.3.5.3. Принтеры (2)
- •3.3.5.4. Процессорными устройствами (3)
- •3.3.5.5. Устройства однократной записи (4)
- •3.3.5.6. Приводы cd-rom (5)
- •3.3.5.7. Сканеры (6)
- •3.3.5.8. Устройства оптической памяти (7)
- •3.3.5.9. Устройства смены носителей (8)
- •3.3.5.10. Коммуникационные устройства (9)
- •3.3.6. Конфигурирование устройств scsi
- •3.3.6.1. Хост-адаптер scsi
- •3.3.6.1. Хост-адаптер scsi
- •3.4. Интерфейс usb
- •3.4.1. Общая информация
- •3.4.2. Обзор архитектурыch2
- •3.4.2.1. Структура системы usb
- •3.4.2.1.1. Топология шины
- •3.4.2.2. Устройства usb
- •3.4.2.2.2. Функция
- •3.4.2.3. Физический интерфейс
- •3.4.2.3.1. Электрические характеристики
- •3.4.2.3.2. Механические характеристики
- •3.4.3. Модель передачи данныхch3
- •3.4.3.1. Конечные точки устройств usb
- •3.4.3.2. Каналы
- •3.4.3.2.1. Потоки
- •3.4.3.2.2. Сообщения
- •3.4.3.3. Типы передачи данных
- •3.4.4. Протоколch4
- •3.4.4.1. Форматы полей пакетов
- •3.4.4.1.1. Поле синхронизации
- •3.4.4.1.2. Поле идентификатора пакета
- •3.4.4.2.2. Маркер начала кадра (sof)
- •3.4.4.2.3. Пакет данных
- •3.4.4.2.4. Пакет подтверждения
- •3.4.4.3. Типы транзакций
- •3.4.4.3.1. Сплошные передачи
- •3.4.4.3.2. Управляющие посылки
- •3.4.4.3.3. Прерывания
- •3.4.4.3.4. Изохронные передачи
- •4.1.1.1.Структурная схема таймера
- •4.1.1.2. Назначение входов и выходов бис
- •4.1.1.3. Назначение блоков и сокращения, используемые в окне иммитационной модели таймера
- •4.1.2. Программирование таймера
- •4.1.3. Режимы работы таймера
- •4.1.3.1. Режим 0 - прерывание терминального счета
- •4.1.3.2. Режим 1 - программируемый ждущий мультивибратор
- •4.1.3.3. Режим 2 - импульсный генератор частоты
- •4.10. Функционирование таймера в режиме 2
- •4.1.3.4. Режим 3- генератор меандра
- •4.11. Функционирование таймера в режиме 3
- •4.1.3.5. Режим 4 - программно-формируемый строб
- •4.1.3.6. Режим 5 - аппаратно-формируемый строб
3.1.3. Функции bios для lpt-порта
в начало
BIOS обеспечивает поддержку LPT-порта, необходимую для организации вывода по интерфейсу Centronics.
В процессе начального тестирования POST BIOS проверяет наличие параллельных портов по адресам ЗВСh, 378h и 278h и помещает базовые адреса обнаруженных портов в ячейки BIOS DATA AREA 0:0408h, 040Ah, 040Сh, 040eh. Эти ячейки хранят адреса портов с логическими именами LPT1-LPT4, нулевое значение адреса является признаком отсутствия порта с данным номером. В ячейки 0:0478, 0479, 047А, 047В заносятся константы, задающие выдержку тайм-аута для этих портов.
Поиск портов обычно ведется достаточно примитивно – по базовому адресу (в порт данных предполагаемого порта) выводится тестовый байт (ААh или 55h), затем производится ввод по тому же адресу. Если считанный байт совпал с записанным, считается, что найден LPT-порт, и его адрес помещают в ячейку BIOS DATA AREA. Базовые адреса портов могут быть впоследствии изменены программно. Адрес порта LPT4 BIOS самостоятельно установить не может, поскольку в списке стандартных адресов поиска имеются только три вышеуказанных.
Обнаруженные порты инициализируются – записью в регистр управления формируется и снимается сигнал Init#, после чего записывается значение ОСh, соответствующее исходному состоянию сигналов интерфейса. В некоторых случаях сигнал Init# активен с момента аппаратного сброса до инициализации порта во время загрузки ОС. Это можно заметить по поведению включенного принтера во время перезагрузки компьютера по включении или нажатии кнопки REET – у принтера надолго гаснет индикатор ON-Line. Следствие этого явления – невозможность распечатки экранов (например, параметров BIOS Setup) по клавише Print Screen до загрузки ОС.
Программное прерывание BIOS INT 17h обеспечивает следующие функции поддержки LPT-порта:
- 00h – вывод символа из регистра АL по протоколу Centronics (без аппаратных прерываний). Данные помещаются в выходной регистр, и, дождавшись готовности принтера (снятия сигнала BUSY), формируется строб;
- 01h – инициализация интерфейса и принтера (установка исходных уровней управляющих сигналов, формирование импульса Init#, запрет аппаратных прерываний и переключение на вывод двунаправленного интерфейса);
- 02h – опрос состояния принтера (чтение регистра состояния порта).
При вызове INT 17h номер функции задается в регистре АН, номер порта – в регистре DX (0 – LPT1, 1 – LPT2,..). При возврате после любой функции регистр АН содержит кой состояния – биты регистра состояния SR[7:3] (биты 6 и 3 инвертированы) и флаг тайм-аута в бите 0. Флаг тайм-аута устанавливается при неудачной попытке вывода символа, если сигнал BUSY не снимается в течение времени, определяемого для данного порта содержимым ячеек 0:0478, 0479, 047А, 047В BIOS DATA AREA. В этом случае, согласно протоколу Centronics, строб данных не вырабатывается.
3.1.4. Стандарт ieee 1284-1994
в начало
Стандарт на параллельный интерфейс IEEE 1284, принятый в 1994 году, определяет термины SPP, EPP и ECP. Стандарт определяет 5 режимов обмена данными, метод согласования режима, физический и электрический интерфейсы, Согласно IEEE 1284, возможны следующие режимы обмена данными через параллельный порт:
-Compatibility Mode – однонаправленный (вывод) по протоколу Centronics. Этот режим соответствует стандартному (традиционному) порту SPP;
-Nibble Mode – ввод байта в два цикла (по 4 бита), используя для приема линии состояния. Этот режим обмена может использоваться на любых адаптерах;
-Byte Mode – ввод байта целиком, используя для приема линии данных. Этот режим работает только на портах, допускающих чтение выходных данных (Bi-Directional или PS/2 Type 1;
-EPP (Enhanced Parallel Port) Mode – двунаправленный обмен данными, при котором управляющие сигналы интерфейса генерируются аппаратно во время цикла обращения к порту (чтения или записи в порт). Эффективен при работе с устройствами внешней памяти, адаптерами локальных сетей;
-ECP (Extended Capability Port) Mode – двунаправленный обмен данными с возможностью аппаратного сжатия данных по методу RLE (Run Length Encoding) и использования FIFO-буферов и DMA. Управляющие сигналы интерфейса генерируются аппаратно. Эффективен для принтеров и сканеров.