Avdeev

Авдеев 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).

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).