5.4.3. Параллельный порт lpt
Параллельный LPT-порт изначально использовался для подключения принтеров, что и явилось причиной появления обозначения LPT. Его используют для подключения принтеров построчной и постраничной печати, сканеров, плоттеров, коммуникационных устройств, устройств хранения данных и электронных ключей. В настоящее время порт LPT считается устаревшим, но всё ещё разрешён к применению.
Аппаратно порт представляет собой набор регистров (рис. 5.17) ввода-вывода: регистр данных (DataRegister), регистр стауса (StatusRegister) и регистр управления (ControlRegister), адресующихся относительно базового (BASE) адреса порта, стандартными значениями которого являются 3BCh, 378h и 278h. Начала регистров статуса и управления сдвинуты относительно BASE-адреса на 1 и 2 байта соответственно.
Рис. 5.17. Базовый порт LPT (символ "\" означает инверсию сигнала)
С внешней части порт имеет 8-битную шину данных Data0 – Data7, 5-битную шину сигналов состояния SR3 – SR7 и 4-битную шину сигналов управления CR0 – CR3, выведенные на розетку разъёма DB-25S. Выводы шин статуса и управления имеют следующее назначение:
SR3 – сигнал ошибки (низкий уровень соответствует любой ошибке принтера);
SR4 – сигнал включения принтера (высокий уровень – принтер включён);
SR5 – конец бумаги (высокий потенциал соответствует окончанию бумаги);
SR6 – создание запроса на прерывание (отрицательный перепад сигнала);
SR7 – сигнал "Занят" (низкий уровень разрешает передачу очередного байта);
CR0 – стробирование выходных данных (выделение короткого интервала времени для передачи данных данных
CR1 – сигнал автоматического перевода строки по приёму символа "возврат каретки" (низкий уровень – автоматический перевод включён);
CR2 – сигнал аппаратного сброса принтера по получению низкого потенциала;
CR3 – разрешение работы принтера по интерфейсу Centronix.
Порт может использовать линию запроса аппаратного прерывания IRQ7 или IRQ5. На уровне BIOS порт имеет поддержку поиском установленных портов во время теста POST и сервиса печати Int 17h.
Позднее появились расширения порта: двунаправленный параллельный порт, порт с прямым доступом к памяти, порт Fast Centronix с аппаратной реализацией протокола Centronix. Позднее появились другие модификации LPT-порта. В связи с тем, что порт устарел, в настоящем пособии подробно он не рассматривается.
5.4.4. USB-порт
Порт USB в настоящее время является наиболее перспективным портом, несмотря на ряд недостатков по сравнению с Com-портом. Его удобство и производительность делают его привлекательным для разработчиков вычислительной техники. Физический уровень USB-системы обмена данными включает в себя два управляющих устройства, которые называются драйверами, и среду передачи данных (кабель или радиолинию). В паре драйверов один является ведущим (Downstream), а второй ведомым (Upstream). Эти драйверы имеют разную структуру, которая будет описана ниже.
Интересна возможность подключения и отключения внешних устройств во время работы компьютера. Заслуживает внимания и поддержка размножения USB-порта с помощью USB-хабов. При этом образуется древовидная иерархическая структура портов (рис. 5.18).
Уровень хоста
Уровень 1
Уровень 2
Уровень 3
. . . . . . . . .
Рис. 5.18. Древовидная система USB-портов
На верхнем уровне иерархии находится корневой HUB, который порождает 4 USB-порта первого уровня. Один из этих портов можно использовать для подключения USB-хаба 1 уровня USB Hub 1. Этот хаб порождает четыре USB-порта 2 уровня, один из которых можно использовать для подключения USB-хаба 2 уровня USB Hub 2. Процесс размножения порта можно продолжать далее.
USB-Hub представляет собой концентратор с одним портом и драйвером Upstream и четырьмя портами и драйверами Downstream. Драйвер Upstream служит для подключения USB-хаба к вышестоящему по иерархии хабу. К драйверам Downstream подключаются оконечные устройства (функции по терминологии USB) или они образуют USB-порты.
Схема драйвера Downstream показана на рис. 5.19. Драйвер состоит из передатчика, управляющего контроллера, который одновременно является приёмником, и источника питания Е1, который чрез резистор R1 подключён к линии Vbus, питающей подключаемые к драйверу устройства.
Рис. 5.19. Схема USB драйвера Downstream.
Передатчик драйвера образует источник напряжения Е2 и электронные переключатели S1 и S3. Передатчик с помощью переключателей S1.1 и S1.2 создаёт в линиях D+ и D– двуполярные импульсы, которые передают логические нули. Передаче нуля соответствует переключение полярности. При передаче единицы полярность сигнала не меняется. Такой метод кодирования называется NRZI-кодирование. Этот метод реализуется блоком NRZI coder, построенном на обычном JK-триггере. При передаче логического нуля происходит перепад напряжения между линиями D+ и D–, по которому создаётся внутренний синхроимпульс, который выделяется Decoder'ом ведомого драйвера. Декодер создаёт два сигнала: синхронизации sync и поступления данных data in. Входом приёмника являются выводы Line D+ и Line D–.
Управление процессом обмена данным осуществляется контроллером, который создаёт сигналы управления:
ОЕ – останов передачи, разомкнуть контакты ключа S2;
SEO – замкнуть линии D+ и D– на общий провод;
FLS/LS – выбор скорости передачи (низкая Low или полная Full).
Сигналы управления воздействуют на ключи и переключатели через усилители У1 – У4. В приёмной линии стоит операционный усилитель Dif с дифференциальным входом. Сигналы, пришедшие по линии D+ и D–, усиливаются усилителями DL+ и DL–.
Драйвер Upstream несколько отличается от драйвера Downstream:
отсутствует источник питания Е1;
у драйвера высокой скорости линия D+, а у драйвера низкой скорости линия D– через резистор 1,5К соединена с источником питания 3,0 – 3,6 В.
Следует иметь в виду, что технология обмена данными USB имеет множество спецификаций USB v.1.1, USB v.2.0, USB v.3.0, USB OTG v.1.0 и v.1.3 (расширенные) и Wireless USB v.1.0 и v.1.3 (беспроводные).
5.5. Принципы работы и организация принтеров
5.6. Принципы работы и организация сканеров
6. ОРГАНИЗАЦИЯ ОБМЕНА ИНФОРМАЦИЕЙ МЕЖДУ ЦЕНТРАЛЬНЫМ ПРОЦЕССОРОМ, ВНУТРЕННЕЙ ПАМЯТЬЮ И ВНЕШНИМИ УСТРОЙСТВАМИ
6.1. Микропроцессорные шины
6.2. Устройства прямого доступа к памяти.
7. АППАРАТНО-ПРОГРАММНЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ РЕАЛИЗАЦИИ МНОГОПРОГРАММНЫХ РЕЖИМОВ РАБОТЫ
7.1. Система адресации в реальном и защищенном режиме работы ЭВМ и ВС на базе микропроцессоров Intel.
7.2. Система адресации для процессоров с сокращенным, длинным и сверхдлинным набором команд.
8. ПАРАЛЛЕЛЬНЫЕ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ
8.1. Скалярные ВС
8.2. Суперскалярные ВС
8.3 Векторные ВС
8.5. Кластеры
9. ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ЭВМ И ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ
9.1. Оптические и оптоэлектронные ЭВМ
9.2. Системы искусственного интеллекта
СПИСОК ЛИТЕРАТУРНЫХ ИСТОЧНИКОВ
Орлов С.А., Цилькер Б.Я. Организация ЭВМ и систем: учебник для вузов, 2-е изд. –СПб.: Питер, 2011. – 688 с.
Гук М. Аппаратные средства IBM PC. Энциклопедия, 2-е изд. – СПб.: Питер, 2001. – 928 с.
1 Von Neumann, J., First Draft of a Report on the EDVAC, Moor Scool, University of Pensilvania, 1945
1 Архитектура с общей памятью команд и данных называется принстонской. Существует и архитектура с двумя запоминающими устройствами для команд и данных, которая называется гарвардской архитектурой. По это й архитектуре построены современные микропроцессоры общего назначения фирм Intel, Atmel и др.
2 Ячейки памяти могут использовать разные элементы: линии задержки, магнитные сердечники, электронные лампы, транзисторы, диоды и т.д.
1 Может быть интегрирован в процессор
1 Видеокарты – относительно несложные видеоадаптеры, основой которых являются контролер электронно-лучевой трубки (ЭЛТ) и видеопамять. Контроллер ЭЛТ считывает данные из видеопамяти и создаёт сигналы управления монитором. Графический ускоритель – видеоадаптер, использующий свой процессор, который работает независимо от центрального процессора и не конкурирует с ним при получении доступа к ОЗУ и шине компьютера.
1 Инкремент – добавление единицы в младший разряд регистра, декремент – вычитание единицы младшего разряда из содержимого регистра
2 Сдвиг данных – это перенос содержимого всех битов регистра на одну позицию влево или вправо. При выполнении этой операции один бит покидает регистр ("вытесняется" из регистра). При арифметическом сдвиге втесненный бит теряется, при циклическом – заполняет освободившийся младший или старший бит регистра.
1 По материалам [1].
1 Нумерация банков и ячеек внутри банка начинается с нуля
1 Исключением является накопитель на магнитной ленте
1 Накопители со съёмными магнитными дисками называются накопителями с гибкими дисками, обозначаются FDD и имеют в настоящее время, скорее, исторический, чем практический интерес. На современных системных блоках сейчас редко встречаются FDD.
1 Фактически это четыре разных формата записи дисков, так называемые форматы плюс и минус. Современные дисководы работают и с форматами плюс, и с форматами минус.
1 На старых системных платах присутствовал сигнал KB-Reset#, сбрасывавший клавиатуру импульсом низкого уровня.
2 В данном учебном пособии не рассматриваются различные исполнения клавиатуры: эргономические, защищённые от влаги, со щелчком клавишей и без него и т.д.
1 Bus Mouse и Serial Mouse устарели и здесь подробно не рассматриваются.
1 Чипсет – специализированный набор микросхем для создания персонального компьютера. В частности в этот набор входят микросхемы, называющиеся "Северный мост" и "Южный мост".
1 Существуют и другие способы, не получившие пока широкого распространения: с помощью газопламенных и электролюминесцентных панелей, дисплеев на светящихся полимерных полупроводниках и плоских дисплеев, использующих эффект свечения люминофора под действием потока электронов.
1 В этом случае говорят об отображении пикселов в видеопамяти
1 Композитный видеосигнал – это видеосигнал, все составляющие которого передаются по одному проводу. Обеспечивает не очень высокое качество ТВ-изображения. S-видео сигнал – видеосигнал, использующий две компоненты (цветность и яркость) и передающийся по двум сигнальным линиям.
1 В современных адаптерах дисплея введены средства распознавания монитора и выбора соответствующего интерфейса. Это позволяет обойтись малым количеством разъёмов адаптера, использующихся для подключения монитора. Современный адаптер может иметь разъёмы для подключения аналогового и цифрового монитора и видеовыход для подключения стандартного телевизора. Назначения контактов разъёмов подключения монитора подробно описано в [2].
1 Для измерения скорости обмена часто применяется единица измерения 1 бод. Она соответствует 1 бит/с при передаче двоичного кода и показывает частоту изменения состояния канала от нулевого потенциала к потенциалу логического нуля или логической единицы. Для современных модемов, использующих недвоичное кодирование эта единица некорректна..