Лекция №17-18 Интерфейсы внешнего уровня

1. Интерфейсы внешнего уровня

1.
2.
3.
4.
5.
6.
Последовательный интерфейс. COM порт.
Обмен данными с COM портом.
Параллельный интерфейс. LPT порт.
Шина USB.
Шина FIRE-WIRE 1394.
Шина SCSI.
ATA, SATA.
1

2. Интерфейсы внешнего уровня

Для связи с внешними периферийными устройствами предусмотрены
последовательные и параллельные порты. В последнее время
производителей и пользователей не устраивают габаритные размеры
интерфейсных разъемов и малая скорость обмена информацией(COM и
LPT).
При последовательной передаче биты предаются один за другим.
Параллельная связь означает, что биты пересылаются и передаются не
один за другим, а все 8 бит (или иначе байт) одновременно (параллельно)
или, точнее, друг возле друга. Принципиальным становится понятие
разрядности шины.
2

3. Последовательный интерфейс. COM порт. Обмен данными с COM портом.

В качестве стандартного обозначения для последовательного интерфейса
чаще всего используют RS-232C.
Стандартная скорость передачи данных 9600 бит/c, максимальная 115 200
бит/c.
Уровень напряжения последовательного интерфейса изменяется в
пределах от –12 В до +12 В. Благодаря этому относительно высокому
напряжению
повышается
помехоустойчивость,
и
данные
могут
передаваться без потерь по кабелю длиной 50 м и более.
В асинхронном режиме, который используют РС (передаваемая команда со
стоит из стартового бита, 8 бит данных и одного стоп-бита), прием и
передача данных осуществляются с одинаковой тактовой частотой.
3

4. Последовательный интерфейс. COM порт. Обмен данными с COM портом.

Структура данных при последовательной асинхронной передаче RS232C
COM-порты могут быть сконфигурированы различным образом. BIOS PC
поддерживает до 4 последовательных интерфейсов(COM1-COM4)
4

5. Назначение сигналов СОМ-портов

Назначение сигналов СОМпортов
Назван.
сигнала
Номер
контакта
Имя цепи
EIA
CCITT
9-шт
25-шт
DCD
CF
109
1
8
RX
BB
104
2
TX
BA
103
3
DTR
CD
108/2
SG
AB
102
DSR
CC
RTS
CA
107
4
6
105
106
В ПЭВМ
3
Принимаемые данные
В ПЭВМ
2
Передаваемые данные
Из ПЭВМ
Готовность ПЭВМ к
работе
Из ПЭВМ
7
6
7
8
Направление
Связь модемов
установлена
20
5
Назначение
4
5
Сигнальная земля
Готовность модема к
работе
В ПЭВМ
Запрос на передачу
Из ПЭВМ
Готовность модема
к передачи
В ПЭВМ
В ПЭВМ
CTS
CB
RI
CE
125
9
22
Индикатор вызова
FG
AA
101
--
1
Защитная земля
5

6. Работа с COM-портами в .NET (C#)

Пространство имен
using System.IO.Ports;
Для получения
списка всех COM-портов
компьютера можно
воспользоваться статическим методом GetPortNames класса SerialPort:
string[] portnames = SerialPort.GetPortNames();
Для работы с COM-портом нужно создать объект класса SerialPort с
указанием имени порта и параметров скорости, четности и т.д. Пример
открытия порта COM1 на скорости 9600 без контроля четности с 8-мью
битами данных и 1-им стоп-битом.
SerialPort port = new SerialPort( ″COM1″ , 9600, Parity.None, 8, StopBits.One);
После создания объекта SerialPort нужно открыть порт:
port.Open();
6

7. Работа с COM-портами в .NET (C#)

При открытии COM порта может возникнуть исключение типа IOException.
Для отправки данных в COM-порт используют метод Write. Пример кода,
отправляющего в открытый порт 5 байт:
byte[] data = { 0, 1, 2, 1, 0 };
port.Write(data, 0, data.Length);
Для чтения данных из COM-порта служит метод Read. Пример
использования:
byte[] data = new byte[256];
port.Read(data, 0, data.Length);
В результате считывается из COM-порта блок данных максимального
размера в 256 байт и запишет результат в массив data.
Для побайтового чтения существует метод ReadByte
int databyte = port.ReadByte();
После завершения работы с COM-портом нужно его закрыть используя
метод Close:
port.Close();
7

8. Параллельный интерфейс. Centronics. Стандартый режим SPP

Параллельные
интерфейсы
разрабатывает
фирма
Centronics,
специализирующаяся на производстве матричных принтеров. Поэтому
параллельный интерфейс часто называют интерфейсом принтера или
Centronics.
Стандарт IBM определяет три параллельных порта ввода/вывода, которые
предусмотрены в BIOS PC и во всех версиях DOS. В адресном
пространстве компьютера резервируются базовые адреса этих портов:
3BCh, 378h и 278h.
В IBM-совместимых компьютерах за параллельными портами закреплены
специальные логические имена, поддерживаемые системой: LPT1, LPT2,
LPT3. Эти логические имена не обязательно должны совпадать с
указанными выше адресами портов ввода/вывода. При загрузке система
анализирует наличие параллельных портов по каждому из трех базовых
адресов. Поиск всегда выполняется в следующем порядке: 03BCh, 0378h
и затем 0278h. Первому найденному параллельному порту присваивается
имя LPT1, второму — LPT2, третьему — LPT3.
8

9. Параллельный интерфейс. Centronics. Стандартый режим SPP

Стандартный
параллельный
порт
предназначен
только
для
односторонней передачи информации
от PC к принтеру, что является
результатом
электрической
конструкции
порта.
Обеспечивает
максимальную
скорость
передачи
данных от 120 до 200 Кбайт/с.
Контакт
DB-25
Контакт
Centronic
s
Регистр
1
1
37A . 0
~Data Strobe
2
2
378 . 0
Data 0
3
3
378 . 1
Data 1
4
4
378 . 2
Data 2
5
5
378 . 3
Data 3
6
6
378 . 4
Data 4
7
7
378 . 5
Data 5
8
8
378 . 6
Data 6
9
9
378 . 7
Data 7
10
10
379 . 6
~Acknowledge
11
11
379 . 7
~Busy
12
12
379 . 5
Paper out
13
13
379 . 4
Select
14
14
37A . 1
~Auto feed
15
32
379 . 3
~Error
16
31
37A . 2
~Init
17
36
37A . 3
Select Input
18..25
16,19..30,
Gnd
17, 33
Gnd
18
+5V
34
Clock
35
Test
Сигнал
9

10. Режим ЕРР

Фирмы Intel, Xircon, Zenith и ряд других, заинтересованных в улучшении
характеристик параллельного порта, совместно разработали спецификацию
улучшенного параллельного порта EPP (Enhanced Parallel Port).
Порт EPP является двунаправленным, т. е. обеспечивает параллельную
передачу 8 бит данных в обоих направлениях.
Порт EPP передает и принимает данные почти в шесть раз быстрее
стандартного параллельного порта, чему способствует еще и то, что порт
EPP имеет буфер, сохраняющий передаваемые и принимаемые символы до
того момента, когда принтер будет готов их принять.
Специальный режим позволяет порту EPP передавать блоки данных
непосредственно из RAM PC в принтер и обратно, минуя процессор. Такое
преимущество реализуется за счет использования такого ценного ресурса
компьютера, как канал прямого доступа к памяти (DMA).
Порт EPP полностью совместим со стандартным портом. Для использования
его специфических функций требуется только специальное программное
обеспечение. При использовании надлежащего программного обеспечения
порт EPP может передавать и принимать данные со скоростью до 2 Мбайт/с.
Подобно интерфейсу SCSI порт EPP позволяет подключать в цепочку до
64 периферийных устройств.
10

11. Режим ЕРР

11

12. Режим ЕСР

Дальнейшим развитием порта EPP явился порт с расширенными
функциями ECP (Extended Capability Port). Порт ECP обеспечивает еще
большую скорость передачи по сравнению с портом EPP. Как и в EPP, в
ECP сохранен тот же режим обмена данными через канал прямого
доступа к памяти. Также реализован режим работы, позволяющий
снизить загрузку центрального процессора при передаче данных через
порт. Порт ECP позволяет подключать до 128 периферийных устройств.
Одной из наиболее важных функций, впервые реализованной в ECP,
является сжатие данных. Это позволяет резко повысить реальную
скорость передачи.
Выигрыш от сжатия данных можно получить только тогда, когда режим
компрессии поддерживается как портом ECP, так и принтером. Только в
этом случае может быть реализована функция сжатия данных. Если
обоюдной поддержки не будет, компьютер будет обмениваться данными
с принтером без сжатия.
12

13. Режим ЕСР

13

14. Стандарт IEEE 1284

В настоящее время стандарты портов EPP и ECP были включены в
стандарт Американского института инженеров по электротехнике и
электронике IEEE 1284. Многие современные лазерные принтеры
используют этот стандарт.
Стандарт IEEE 1284 определяет четыре режима работы: полубайтовый,
байтовый, EPP и ECP. Это достигается за счет выполнения требований
совместимости
с
ранее
разработанными
и
уже
широко
распространенными
спецификациями.
Заметим,
что
все
они
поддерживают двунаправленную передачу данных.
14

15. USB (Universal Serial Bus — «универсальная последовательная шина»)

USB (Universal Serial Bus —
«универсальная
последовательная шина»)
Спецификация периферийной шины USB (Universal Serial Bus) была
разработана фирмами — лидерами компьютерной и телекоммуникационной
промышленности — Compaq, DEC, IBM, Intel, Microsoft, NEC и Northern
Telecom для подключения периферийных устройств вне корпуса PC. Шина
USB поддерживает технологию Plug&Play.
Спецификация
Скорость
Стандарт USB
Low-Speed
до 1,5 Мбит/с
USB 1.0
Full-Speed
до 12 Мбит/с
USB 1.1
High-speed
до 480 Мбит/с
USB 2.0
SuperSpeed
до 5 Гбит/с
USB 3.0 / USB 3.1 Gen
1
SuperSpeed 10Gbps
до 10 Гбит/с
USB 3.1 Gen 2
15

16. УСТРОЙСТВА (Device) USB

Спецификация USB 2.0:
максимальная длина кабеля (без экрана) для режима Low-Speed — 3 м;
максимальная длина кабеля (в экране) для режима Full-Speed — 5 м;
максимальное количество подключённых устройств (включая
размножители) — 127;
возможно подключение «разноскоростных» периферийных устройств к
одному контроллеру USB;
напряжение питания для периферийных устройств — 5 В;
максимальный ток, потребляемый периферийным устройством, — 500
мА.
УСТРОЙСТВА:
1. ХАБ (Hub)
2. ФУНКЦИИ (Function)
16

17. УСТРОЙСТВА (Device) USB

ХАБ (Hub) обеспечивает дополнительные точки подключения устройств к
шине. ХАБ – ключевой элемент системы Plug-and-Play в архитектуре
USB. Хаб является кабельным концентратором, точки подключения
называются ПОРТАМИ ХАБА. Каждый хаб преобразует одну точку
подключения – в их множество.
У каждого хаба имеется один ВОСХОДЯЩИЙ ПОРТ (upstream port),
предназначенный для подключения к хосту или хабу верхнего уровня.
Остальные порты являются НИСХОДЯЩИМИ (downstream ports) и
предназначены для подключения функций или хабов нижнего уровня. Хаб
может распознавать подключение или отключение устройств к этим
портам и управлять подачей питания на их сегменты.
ФУНКЦИИ (Function) представляют собой устройства USB, способные
передавать или принимать данные или управляющую информации по
шине. Типично ФУНКЦИИ представляют собой отдельные периферийные
устройства с кабелем, подключаемым к ПОРТУ ХАБА.
Работой всей системы USB управляет ХОСТ-КОНТРОЛЛЕР (host
controller). ФИЗИЧЕСКОЕ СОЕДИНЕНИЕ устройств USB осуществляется
по топологии МНОГОЯРУСНОЙ ЗВЕЗДЫ.
17

18. ШИНА IEEE 1394 – FIRE-WIRE

Стандарт для высокопроизводительной последовательной шины (High
Performance Serial Bus), получивший официальное название IEEE 1394,
был принят в 1995 году. Характеристики FireWire:
• Шина обеспечивает цифровую связь до 63 устройств без применения
дополнительной аппаратуры (хабов).
• Высокая скорость обмена (100, 200 и 400 Мбит/с)
• Легкость установки и использования. FireWire расширяет систему Plug
and Play. Устройства автоматически распознаются и конфигурируются
при включении и отключении
• Питание внешних устройств от шины током до 1,5 А
• Управлять шиной может не только компьютер, но и другие
«интеллектуальные» устройства
• Можно использовать и для объединения нескольких компьютеров и
периферийных устройств в сеть(в отличии от USB)
• Предполагает соединение равноправных устройств в сеть(в отличии от
USB)
1
8

19. Шина SCSI

Интерфейс SCSI (Small Computer System Interface) обеспечивает скорость
передачи данных до 80 МБ/с и предусматривает подключение к одному
адаптеру до 8-ми устройств, в том числе винчестеров, приводов CD-ROM,
сканеров и др. Развитием идей, заложенных в шину SCSI, стала ее
архитектурная модель, названная SAM(SCSI Architecture Model —
архитектурная модель SCSI). Модель SAM определяет идеологию SCSI —
клиент-серверные отношения между инициаторами обмена (initiator) и
целевыми устройствами (target). Чаще всего в роли инициатора выступает
хост-адаптер компьютера, а в роли целевых устройств (ЦУ) —
периферийные устройства. Возможны комбинированные устройства,
выступающие в роли и инициатора, и ЦУ. Инициатор обмена является
клиентом — он обращается к целевому устройству с запросом выполнения
операции ввода-вывода (команды). Целевое устройство выступает
сервером — оно интерпретирует команду и управляет интерфейсом для
выполнения всех операций, связанных с командой: доставкой данных,
сообщением результата выполнения (состояния).
1
9

20. ATA и SATA

Первые стандарты для винчестеров IDE были разработаны компаниями
Western Digital и Compaq Computer в 1986 г. Первые IDE-накопители
управлялись
центральным
процессором,
отвлекая
значительные
вычислительные ресурсы, и обладали множеством других недостатков,
главный из которых - слишком малая емкость.
Различием между IDE и АТА является то, что IDE определяет
спецификацию на электронику винчестеров, а АТА – на интерфейсное
соединение между HDD и ПК; тем не менее, данные термины используются
как слова-синонимы.
Весной 2000 г. Intel Developer Forum (IDF) корпорация Intel и другие
производители ПК и дисков (IBM, Dell, Seagate, Quantum, Maxtor, APT
Technologies и пр.) образовали группу по выработке спецификации и
продвижению на рынок нового интерфейса — Serial ATA. Официально он
был представлен широкой общественности в сентябре 2001 г. Широкое
распространение пошло с 2003 г.
2
0

21. ATA и SATA

Для передачи данных между винчестером и памятью РС используются два
основных режима:
•Режим программного ввода/вывода (Programmed Input/Output, PIO);
•Режим прямого доступа к памяти (Direct Memory Access, DMA)
Особенности Serial ATA
•увеличилась пропускная способность (со 150 до 300 MBps, дальнейшее
увеличение 600 MBps)
•поддержка
Native
Command
Queuing
(NCQ),
или
технологии
маршрутизации команд
•добавлена функция горячего подключения
С помощью технологии NCQ очередь поступивших запросов динамически
перестраивается в буфере контроллера таким образом, чтобы
позиционирование головок осуществлялось максимально быстро. Для ее
работы необходимо выполнение следующих условий: поддержка NCQ
жестким диском и контроллером SATA (интегрированным или внешним), а
также наличие драйвера для ОС
2
1