Avdeev
.pdfАвдеев В.А. Гузик В.Ф.
Шины. Контроллеры.
Периферийные устройства.
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ................................................................................................................
1.СИСТЕМАТИЗАЦИЯ ПУ И ИНТЕРФЕЙСОВ
1.1.Классификация ПУ.............................................................................................
1.2.Типы интерфейсов..............................................................................................
1.3.Функциональная классификация интерфейсов...............................................
2.СИСТЕМНЫЕ ИНТЕРФЕЙСЫ ....................................................................
2.1.Интерфейс Multibus............................................................................................
2.2.Шина расширения ISA.....................................................................................
2.3.Системная шина EISA........................................................................................
2.4.Интерфейс с совмещенной шиной....................................................................
3.СПОСОБЫ ОБМЕНА ДАННЫМИ...............................................................
3.1.Программный обмен ..........................................................................................
3.2.Контроллер программного обмена...................................................................
3.3.Прямой доступ к памяти....................................................................................
3.4.Многофункциональный контроллер ПДП.......................................................
4.ПРИБОРНЫЕ ИНТЕРФЕЙСЫ......................................................................
4.1.Приборная шина GPIB.......................................................................................
4.2.Интерфейс CAMAC...........................................................................................
5.ЛОКАЛЬНЫЕ ИНТЕРФЕЙСЫ.....................................................................
5.1.Общие сведения..................................................................................................
5.2.Локальная шина PCI...........................................................................................
5.3.Контроллер PCI 9060..........................................................................................
6.ПЕРИФЕРИЙНЫЕ ИНТЕРФЕЙСЫ.............................................................
6.1.Последовательный интерфейс RS-232 .............................................................
6.2.Асинхронная передача данных.........................................................................
6.3.Синхронная передача данных...........................................................................
6.4.Асинхронный передатчик..................................................................................
6.5.Асинхронный приемник....................................................................................
6.6.Подключение портов к шине ISA................................................................................................................
6.7.Морфологический граф заданий.......................................................................
6.8.Микросхема УАПП............................................................................................
6.9.Параллельный интерфейс..................................................................................
6.10.Программируемый периферийный интерфейс .............................................
6.11.Контроллер комбинированного типа..............................................................
6.12.Контроллер ISA/ИРПР.....................................................................................
7.УНИВЕРСАЛЬНЫЕ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНЫЕ ШИНЫ..........................
7.1.Шина USB...........................................................................................................
7.2.Шина IEEE 1394 .................................................................................................
ПРАКТИЧЕСКИЕ ЗАДАНИЯ 1, 2........................................................................
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ 1............................................................................
8.УСТРОЙСТВО И РАБОТА КЛАВИАТУРЫ...............................................
8.1.Коды ASCII и расширенные коды....................................................................
8.2.Типы клавиш.......................................................................................................
8.3.Клавиатура PC/XT..............................................................................................
8.4.Клавиатура PC/AT..............................................................................................
9.УСТРОЙСТВА ОТОБРАЖЕНИЯ ИНФОРМАЦИИ.................................
9.1.Типы видеоадаптеров.........................................................................................
9.2.Типы мониторов.................................................................................................
9.3.Растровые мониторы..........................................................................................
9.4.Адаптер VGA......................................................................................................
9.5.Текстовый режим................................................................................................
9.6.Графический режим ...........................................................................................
9.7.Видеопроцессоры, графические ускорители...................................................
9.8.Плоские дисплеи.................................................................................................
ПРАКТИЧЕСКИЕ ЗАДАНИЯ 3, 4........................................................................
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ 2............................................................................
10.УСТРОЙСТВА ВВОДА И РЕГИСТРАЦИИ ИНФОРМАЦИИ................
10.1.Дигитайзеры......................................................................................................
10.2.Плоттеры ...........................................................................................................
10.3.Классификация принтеров...............................................................................
10.4.Матричные принтеры.......................................................................................
10.5.Струйные принтеры .........................................................................................
10.6.Лазерные принтеры..........................................................................................
10.7.Адаптер принтера ............................................................................................
10.8.Стандарт IEEE 1284..........................................................................................
ПРАКТИЧЕСКИЕ ЗАДАНИЯ 5, 6........................................................................
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ 3............................................................................
11.ВНЕШНИЕ ЗУ НА МАГНИТНЫХ И ОПТИЧЕСКИХ НОСИТЕЛЯХ..
11.1.Типы дисков......................................................................................................
11.2.Организация данных на диске.........................................................................
11.3.Магнитная запись данных ...............................................................................
11.4.Методы кодирования .......................................................................................
11.5.Формат дорожки...............................................................................................
11.6.Накопитель ГМД ..............................................................................................
11.7.Контроллер НГМД ...........................................................................................
11.8.Подключение КНГМД к шине........................................................................
11.9.Схема БИС WD 37C65.....................................................................................
11.10.Конструкция жесткого диска ........................................................................
11.11.Размещение данных на жестком диске ........................................................
11.12.Технические параметры НЖМД...................................................................
11.13.Интерфейсы НЖМД.......................................................................................
11.14.Порты адаптера ЖД PC/AT...........................................................................
11.15.Оптические накопители.................................................................................
ПРАКТИЧЕСКИЕ ЗАДАНИЯ 7, 8........................................................................
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ 4............................................................................
12.УСТРОЙСТВА СВЯЗИ И ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ИНФОРМАЦИИ
12.1.Манипулятор “мышь”......................................................................................
12.2.Шаровые манипуляторы..................................................................................
12.3.Ручки управления.............................................................................................
12.4.Сенсорные экраны............................................................................................
12.5.Цифроаналоговые преобразователи...............................................................
12.6.Аналого-цифровые преобразователи..............................................................
12.7.Устройства связи с объектом ..........................................................................
12.8.Модемы..............................................................................................................
12.9.Устройства связи вычислительных систем....................................................
ПРАКТИЧЕСКИЕ ЗАДАНИЯ 9, 10......................................................................
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ 5............................................................................
13.ПРОСТРАНСТВЕННЫЕ ИНТЕРФЕЙСЫ ВВОДА-ВЫВОДА
13.1.Назначение ПИ .................................................................................................
13.2.Структура данных КУ......................................................................................
13.3.Элементная база ПИ.........................................................................................
13.4.Структурная схема ПИ.....................................................................................
13.5.Матричное КУ...................................................................................................
13.6.Трехкаскадное КУ............................................................................................
ПРИЛОЖЕНИЕ А. ОТВЕТЫ НА КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ.................
ПРИЛОЖЕНИЕ Б. РЕШЕНИЯ ПРАКТИЧЕКИХ ЗАДАНИЙ.......................
ПРИЛОЖЕНИЕ В. ПРОВЕРОЧНЫЕ ЗАДАНИЯ, ОСНОВНЫЕ
СВЕДЕНИЯ И ПРИМЕРЫ ПРОГРАММ..........................
СЛОВАРЬ ТЕРМИНОВ..........................................................................................
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ ....................................................................................
ЛИТЕРАТУРА ..........................................................................................................
ВВЕДЕНИЕ
Книга «Шины. Контроллеры. Периферийные устройства» по содержанию соответствует стандарту учебной программы высшего образования по дисциплине «Периферийные устройства». Эта дисциплина охватывает большой перечень устройств и интерфейсов: системные, периферийные, локальные и приборные интерфейсы; гибкие диски, накопители гибких магнитных дисков (НГМД) и адаптеры НГМД; жесткие диски, накопители жестких магнитных дисков (НЖМД), адаптеры НЖМД и интерфейсы: ST 506/412, IDE, ESDI и SCSI; видеосистемы (видеоадаптеры), стандарты: SVGA, VGA, EGA, CGA, MDA и другие стандарты, видеоплаты; клавиатурные и неклавиатурные устройства ввода (мыши, трекболы и дигитайзеры); печатающие устройства; плоттеры (графопостроители); связные контроллеры и модемы, последовательный (COM) и параллельный (LPT) порты; аналого–цифровые и цифроаналоговые преобразователи и т.д. Из этого краткого описания видна важность и актуальность содержания курса «Периферийные устройства». В книге основное внимание уделяется основополагающим, на наш взгляд, вопросам координирования работы устройств, подключенных к системной шине и вопросам синхронизации адаптеров и периферийных устройств (ПУ). Если в работе процессора (П) можно выделить основной принцип программного управления (программы, команды, микропрограммы, микрокоманды), то в совместной работе всех остальных устройств (ресурсов) персонального компьютера (ПК) или системы можно назвать принцип управления и передачи данных с помощью портов (адресуемых схем и регистров), подключенных к шине, и режимов работы шины (запись, чтение, прерывание и прямой доступ к памяти). Работа устройств ПК описывается программами на языке ассемблера с использованием адресов соответствующих портов. Поэтому в книге акцентируется значительное внимание на вопросы программной работы устройств ПК. Большой упор сделан на задания и контрольные вопросы, имеющие практическую значимость и позволяющие контролировать подготовку студентов. В книге приведены ответы на вопросы и схемотехнические решения задач, что также повышает ее ценность. Из–за ограниченного объема некоторые разделы не содержат полной информации по соответствующим вопросам. Библиографические данные, приведенные в книге, помогут расширить
представление по соответствующим темам. Наиболее полно в книге рассмотрены вопросы построения контроллеров различных типов и основных периферийных устройств ПК, кроме того, в ней изложены: принципы функциональной классификации устройств и интерфейсов и пространственные интерфейсы ввода/вывода, построенные на базе коммутационных устройств различных типов.
Книга содержит 13 глав, контрольные вопросы и практические задания, три приложения, словарь основных терминов, списки сокращений и использованной литературы. Названия глав взяты из выписки государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования по курсу «Периферийные устройства» (Государственные требования к минимуму содержания и уровню подготовки инженера по специальности 220100 «Вычислительные машины, комплексы, системы и сети»). Последняя глава «Пространственные интерфейсы ввода/вывода» показывает возможные пути усовершенствования интерфейсов и предназначена для развития инженерного мышления студентов с учетом морфологических и функциональных методов творчества.
Контрольные вопросы и практические задания даны в минимальном объеме
ивыделяют пять условных основных разделов образовательного стандарта:
1.Системные, локальные, периферийные и приборные интерфейсы. Способы обмена данными. Контроллеры ПУ.
2.Устройства клавиатурного ввода и отображения информации.
3.Методы и средства ввода и регистрации информации.
4.Внешние ЗУ на магнитных и оптических носителях.
5.Устройства связи и преобразования информации. Модемы.
Приложение А содержит ответы на контрольные вопросы, а приложение Б – решения практических заданий. Кроме того, в приложении В представлены варианты проверочных заданий, основные сведения и примеры выполнения соответствующих программ, связанных с изучением принципов работы основных частей ПК: клавиатуры, дисплея, параллельного и последовательного портов, гибких и жестких дисков.
Предлагаемая книга написана на основе практических (лабораторных) занятий и лекций «Интерфейсы и периферийные устройства», прочитанных на кафедре
вычислительной техники Таганрогского государственного радиотехнического университета.
1.1. Классификация ПУ
Обычно ПУ классифицируют по их функциональному назначению и применению в составе ЭВМ. Можно выделить следующие основные группы ПУ: устройства ввода, устройства вывода, внешние запоминающие устройства (ВЗУ), устройства связи с объектами (УСО), устройства отображения информации, средства локальнойимежсистемнойсвязи.Кустройствамввода относятсяразличноговидаклавиатуры, дигитайзеры, "мыши", трекболы и т.д., а к основным устройствам вывода
– принтеры и плоттеры (графопостроители). Группу ВЗУ составляют накопители на гибких магнитных дисках (НГМД), накопители жестких магнитных дисков (НЖМД), оптические накопители (CD–ROM). Различного вида УСО реализуются на базе цифроаналоговых и аналого-цифровых преобразователей, модулей ввода–вы- вода цифровых сигналов и передатчиков (приемников) сигналов связи. Устройства отображения информации включают дисплеи различного типа, газоразрядные и плазменные индикаторы, видеоадаптеры (видеосистемы). Средства локальной и межсистемнойсвязипредставленысвязнымиконтроллерами,мультиплексорамипередачи данных, модемами и устройствами связи.
1.2. Типы интерфейсов
Под стандартным интерфейсом (ГОСТ 15974–74) понимается совокупность унифицированных аппаратных, программных и конструктивных средств, необходимых для реализации взаимодействия различных функциональных элементов в автоматических системах сбора и обработки информации при условиях, предписанных стандартом и направленных на обеспечение информационной, электрической и конструктивной совместимости указанных элементов.
11
Персональныйкомпьютер(ПК)представляетсобойсистему модулей,объединенных интерфейсом. Обычно под интерфейсом понимается совокупность линий связи(шина),предназначенныхдляпередачиадреса,данныхисигналовуправления. Для подключения ПУ к интерфейсу используются контроллеры ПУ (адаптеры, интерфейсы ввода–вывода, интерфейсные модули). На рис. 1.1. представлена упрощенная схема ПК, содержащая процессор (П), оперативную память (ОП), адаптеры и ПУ, объединенные системным интерфейсом (СИ).
|
|
|
|
ПУ |
|
НЖМД |
Адаптер |
ЛИ |
|
|
RS-232 |
|
IDE |
П |
ОП |
Адаптер |
КонтроллерI |
|||
ЛИ |
|
COM |
|
DE |
||
|
|
|
|
|||
Адаптер |
Адаптер |
Контроллер |
|
|
СИ |
|
Адаптер |
||||||
LPT |
дисплея |
НГМД |
GPIB |
GPIB |
||
Centronics |
RGB |
Интерфейс |
|
|||
|
|
|||||
НГМД |
|
|
|
|||
Принтер |
Монитор |
Цифровой |
|
Цифровой |
||
НГМД |
вольтметр |
|
частотомер |
|||
|
|
|
|
|
Рис. 1.1. Упрощенная схема ПК
Схема ПК содержит параллельный и последовательный интерфейсы (Centronics и RS–232), необходимые, соответственно, для сопряжения адаптера (параллельного порта, LPT) и принтера и адаптера (последовательного порта, COM) и ПУ (например, внешнего ПК). С целью подключения измерительных приборов в схеме изображен адаптер приборного интерфейса GPIB. Кроме того, П содержит локальный интерфейс (ЛИ) для сопряжения с дополнительными ПУ. Внешние запоминающиеустройства(ВЗУ):накопительгибкихмагнитныхдисков(НГМД)инакопитель жестких магнитных дисков (НЖМД) имеют собственные интерфейсы, относящиеся к группе интерфейсов ВЗУ. Взаимодействие устройств, подключенных к СИ, осуществляется по принципу "задатчик–исполнитель". В любой момент времени одно устройство является задатчиком, например, процессор, а другое – исполнителем (ПУ).