Интерфейсы ЭВМ

Интерфейсы ЭВМ. Для подключения внешних устройств к персональным компьютерам IBM используют два стандартных интерфейса последовательный интерфейс RS-232C и параллельный интерфейс Centronics. Основным достоинством интерфейса RS-232C является возможность размещения устройства на большом расстоянии от ЭВМ до 30 м. Длина кабеля работающего по интерфейсу Centronics не превышает 3 м, но он является более скоростной средой для передачи данных.

Так как интерфейс Centronics использует стандартные низковольтные сигналы TTL, он подвержен расположенным рядом источникам помех.

Поэтому при изготовлении кабеля длинной более двух метров его необходимо экранировать. Этот вид интерфейса получил наибольшее распространение для подключения принтера. Операционная система MS-DOS может работать одновременно с тремя параллельными устройствами, хотя обычно применяется не больше двух, каждое из которых должно иметь свой адаптер. Адаптер управляет тремя регистрами ввода вывода выходных данных, статуса и управления. Адреса портов этих регистров различны для каждого адаптера.

Регистр выходных данных - это порт, через который передаются байты данных, посылаемых в принтер. В регистре статуса отображается информация о состоянии принтера. Регистр управления инициирует адаптер и управляет выводом данных. В состав IBM PC могут входить до четырех последовательных интерфейсов, работающих в стандарте RS-232 и именуемых СОМ1 - СОМ4. Каждый интерфейс связан с определенным уровнем контроллера прерываний - СОМ1 вызывает прерывание IRQ4 - COM2 вызывает прерывание IRQ3 - СОМ3 и СОМ4 используют ресурсы, совмещенные с COM1, COM2. Каждое из устройств RS-232 представляет собой контроллер 8250, оснащенный 25- или 9- штырьковым разъемом на задней стенке корпуса ПЭВМ. Этот разъем может использоваться для подключения мыши, графопостроителя или организации связи между ПЭВМ. Оптимальным вариантом подключения устройств, требующих больших скоростей передачи информации, является использование системных разъемов локальных системных шин. Локальная шина предназначена для обеспечения непосредственного доступа процессора к периферийным устройствам например, графическим или сетевым адаптерам, другим периферийным устройствам. Теоретически 32-раз-рядная локальная шина может обеспечить передачу и прием данных от периферийных устройств на максимальной скорости центрального процессора типа i80386 или i80486. Локальная шина призвана играть роль стандартного аппаратного интерфейса, позволяющего устанавливать адаптеры независимых фирм непосредственно в гнезда системной платы, а также размещать на системной плате дополнительные компоненты.

В настоящее время функции ввода-вывода в ПК реализуются в основном при помощи стандартных шин расширения ISA, EISA, PCI, VL-Bus или MCA. Рассмотрим наиболее распространенные шины ISA и PCI. Шина ISA Industrial Standart Architecture является фактически стандартной шиной для персональных компьютеров типа IBM PC AT и совместимых с ними. Шина EISA, с которой ряд фирм выпускал персональные компьютеры, уступила шине PCI и в настоящее время используется редко.

Основные отличия шины ISA от своей предшественницы - шины компьютера IBM PC XT заключаются в следующем 1 шина AT компьютеров позволяет использовать на внешних платах как 16-разрядные устройства ввода вывода, так и 16-разрядную память 2 цикл доступа к 16-разрядной памяти на внешней плате может быть выполнен без вставки тактов ожидания 3 объем непосредственно адресуемой памяти на внешних платах может достигать 16 Мб 4 внешняя плата может становиться хозяином задатчиком на шине и самостоятельно осуществлять доступ ко всем ресурсам, как на шине, так и на материнской плате. 1.5.2 Шина PCI PCI Peripheral Component Interconnect bus - шина для подсоединения периферийных устройств. Стала массово применяться для Pentium-систем, но используется и с i80486 процессорами.

Частота шины 33 МГц. Теоретически максимальная скорость 264 512 Мбайт с для 32 64 бит. В современных материнских платах частота на шине PCI задается как 1 n входной частоты процессора n 1 1,5 2 2.5 и т.д т.е. при частоте 66 МГц и n 2 на PCI будет 33 МГц, при 75 МГц - 37.5 МГц. Имеет версии с питанием 5В, 3.3В и универсальную с переключением линий VI O c 5В на 3,3В . Ключами являются пропущенные ряды контактов 12, 13 и 50, 51. 32-битный слот заканчивается контактами А62 В62, 64-битный - А94 В94. Слот PCI самодостаточен для подключения любого контроллера и на системной плате может сосуществовать с любой из других шин ввода-вывода. Шина PCI является процессорно-независимой и применяется в IBM PC и компьютерах Macintosh.

В отличие от остальных шин, компоненты расположены на левой поверхности плат PCI-адаптеров.

По этой причине крайний PCI-слот обычно разделяет использование посадочного места с соседним ISA-слотом Shared slot. Процессор через так называемые мосты PCI Bridge может быть подключен к нескольким каналам PCI, обеспечивая возможность одновременной передачи данных между независимыми каналами PCI возможно только в спецификации 2.1 и 2.2 . Автоконфигурирование устройств выбор запросов прерывания, каналов DMA поддерживается средствами BIOS материнской платы по стандарту Plug Play. В настоящее время действуют спецификации PCI 2.1 и PCI 2.2. Стандарт PCI определяет для каждого слота конфигурационное пространство размером до 256 восьмибитных регистров, не приписанных ни к пространству памяти, ни к пространству ввода-вывода. Доступ к ним осуществляется по специальным циклам шины Configuration Read и Configuration Write, вырабатываемым контроллером при обращении процессора к регистрам контроллера шины PCI, расположенным в его пространстве ввода-вывода.

Стандарт PCI разработан и распространяется специальной группой взаимодействия периферийных компонентов Peripheral Component Interconnect Special Interest Group - PCI SIG , являющейся некорпоративной ассоциацией представителей микрокомпьютерной промышленности.

Строго говоря, PCI вовсе не является истинной локальной шиной, а представляет собой дополнительную, или промежуточную шину. Она занимает промежуточный уровень между процессорной шиной системы и такими стандартными шинами расширения, как ISA, EISA или MCA, причем соединяется с ними при помощи электронных мостов рисунок 1.10 . Благодаря изоляции от локальной шины центрального процессора шина PCI подключает больше устройств, чем VL-BUS, так как эти устройства не будут представлять электрической нагрузки для шины ЦП. Спецификация PCI предусматривает до десяти единичных нагрузок. Рисунок 1.10 - Шина PCI в архитектуре ПЭВМ Сигналы шины PCI AD 31 0 - мультиплексированная двунаправленная шина адреса данных.

Адрес передается по сигналу -FRAME, в последующих тактах передаются данные. - C BE 3 0 - команда разрешение обращения к байтам.

Команда, определяющая тип очередного цикла шины чтение-запись памяти, ввода-вывода или конфигурационное чтение-запись, подтверждение прерывания и другие. Задается четырехбитным кодом в фазе адреса по сигналу -FRAME . -FRAME - сигнал начала операции на шине cycle frame. По низкому уровню этого сигнала начинаются любые операции по передаче данных. Сигнал удерживается до конца операции. -DEVSEL - выбор устройства device select. Ведомое устройство, увидев свой адрес на шине, должно откликнуться, выставив сигнал -DEVSEL. -IRDY - готовность инициатора к обмену данными. -REQ 3 0 - запрос от PCI-мастера на захват шины для слотов 3 0 . -GNT 3 0 - разрешение мастеру на использование шины. PAR - общий бит паритета для линий AD 31 0 и C BE 3 0 . -PERR - сигнал об ошибке паритета от устройства, ее обнаружившего . -RST - сброс всех регистров в начальное состояние.

IDSEL - выбор устройства в циклах конфигурационного считывания и записи. -SERR - системная ошибка, активизируется любым устройством PCI и вызывает не маскируемое прерывание. -REQ64 - запрос на 64-битный обмен. - ACK64 - подтверждение 64-битного обмена. -INTR A,B,C,D - линии запросов прерывания, циклически сдвигаются в слотах и направляются на доступные линии IRQ с помощью конфигурационных регистров.

Запрос по низкому уровню позволяет использовать одну линию несколькими источниками.

CLK - тактовая частота шины. Test Clock, -TSTRES, TestDO, TestDI - сигналы для тестирования адаптеров по интерфейсу JTAG на системной плате обычно не задействованы. TSTMSLCT - перевод в режим тестирования. -TRDY - готовность целевого устройства к обмену данными. -STOP - запрос целевого устройства к инициатору на останов текущей транзакции.

Для шины определены два типа устройств стандарта PCI - целевое и ведущее.

Целевое устройство воспринимает команды и реагирует на запросы ведущего. Ведущее устройство представляет собой более интеллектуальное устройство, которое может производить обработку независимо от шины или других устройств.

Ведущее устройство разделяет шину с основным процессором и целевыми устройствами. Кроме того, оно может выступать целевым устройством для других ведущих устройств.

Определение стандарта PCI требует 47 контактов для целевого и 49 кон-тактов для ведущего. Это число представляется невероятно малым, если учесть тот факт, что сюда включены функции передачи данных и адресации, управления интерфейсом, арбитража, а также системные функции. Спецификация шины предусматривает до 120 контактных соединений для стандартной 32-битовой платы и 184 для 64-битовых плат. В основе стандарта лежит мультиплексирование, при котором через одни и те же контакты передаются разнотипные сигналы.

Адреса и данные мультиплексируются на одни и те же контакты, поэтому одиночная передача по шине PCI состоит из двух фаз фаза адресации сопровождается одной или несколькими фазами данных. Ведущее устройство выдает адрес и обращается к конкретному устройству на шине. Выбранное устройство переходит в соответствующий режим для приема данных или инструкций, а затем ведущее устройство посылает пакет данных по тем же контактам, которые использовались для вызова.

После определения адреса ведущее устройство может посылать данные без повторения адресации, так как целевое устройство уже выбрано. Передача данных может включать в себя и чтение и запись информации. Для PCI определяются три физических адресных пространства памяти, ввода-вывода и конфигурации. Адресация памяти и ввода-вывода аналогична применяемой во всех шинах. Адресное пространство конфигурации PCI предназначено для входящего в определение стандарта средства автомати-ческого аппаратного конфигурирования.

Еще одной интересной особенностью шины, способствующей ее упрощению, является распределенное дешифрирование адреса, когда каждое подключенное к локальной шине PCI устройство производит дешифрирование адреса самостоятельно. Благодаря этому становятся ненужными схемы централизованного дешифрирования адреса и сигналы выбора устройств, за исключением одного сигнала, предназначенного для конфигурирования. 2