Что такое параллельный порт? Соединение по технологии HomePlug PowerLine.

28. Параллельный и последовательный порты.
Параллельный и последовательный порты используются не только для
подключения принтера и модема, для которых были в свое время
разработаны. Простота исполнения и отработанный протокол приемапередачи данных сделали их незаменимыми для подключения к ПЭВМ
различных низкоскоростных устройств, применяющихся в промышленности
и научных исследованиях.
Параллельный порт (интерфейс Centronics).
Основным назначением интерфейса Centronics (аналог - ИРПР-М)
является подключение к компьютеру принтеров различных типов.
Поэтому распределение контактов разъема, назначение сигналов,
программные средства управления интерфейсом ориентированы именно на
это использование.
В то же время с помощью данного интерфейса можно подключать к
компьютеру и другие специально разработанные внешние устройства.
Скорость обмена по интерфейсу Centronics – 129-200 кБ/с.
Стандартный параллельный порт предназначен только для
односторонней передачи информации от ПЭВМ к принтеру.
Усовершенствованный порт ЕРР (Enhanced Parallel Port) является
двунаправленным, позволяет подключать до 64-х устройств и обеспечивает
скорость передачи данных с использованием ПДП до 2 мБ/с.
Расширенный порт ECP (Extended Capability Port) позволяет подключить
до 128 устройств и поддерживает режим компрессии (сжатия) данных.

Схема контроллера параллельного порта i8255A.
А1
А2
IOR
IOW
RESET
A7, A15
Устройство
управления
А
БР Канал данных В
В
БР Канал данных С
С
Внешнее устройство
Буфер
управления
БР Канал данных А
Внутренняя шина данных
Системная шина
Буфер данных
Сигналы управления
Контроллер параллельного обмена представляет собой 3-хканальный
байтовый интерфейс и позволяет организовать обмен данными в трех
режимах:
Режим 0 – синхронный однонаправленный ввод/вывод (4 порта А, В, С1, С2).
Режим 1 – асинхронный однонаправленный ввод/вывод (2 порта А и В).
Режим 2 – асинхронный двунаправленный ввод/вывод (1 порт А).
Программирование режимов работы каналов контроллера
осуществляется передачей в буфер управления соответствующего кода.

Сигналы Centronics имеют следующее назначение:
D0...D7 - 8-разрядная шина данных для передачи из компьютера в принтер.
-STROBE - сигнал стробирования (сопровождения) данных.
-АСК - сигнал подтверждения принятия данных и готовности принтера.
BUSY - сигнал занятости принтера обработкой полученных данных и
неготовности принять следующие данные.
-AUTO FD - сигнал автоматического перевода строки (каретки).
РЕ - сигнал конца бумаги (режим ожидания).
SLCT - сигнал готовности приемника (принтера).
-SLCT IN - сигнал принтеру о том, что последует передача данных.
-ERROR - сигнал ошибки принтера.
-INIT - сигнал инициализации (сброса) принтера и очистки буфера печати.
Контакт разъема компьютера
Цепь
I/O
Контакт разъема принтера
1
-STROBE
О
1
2 … 9
DO … D7
О
2 … 9
10
-АСК
I
10
11
BUSY
I
11
12
РЕ
I
12
13
SLCT
I
13
14
-AUTOFD
О
14
15
-ERROR
I
32
16
-INIT
О
31
17
-SLCT IN
О
36
18...25
GND
-
16, 17, 19...30, 33

Формирование и прием сигналов интерфейса Centronics производится
путем записи и чтения выделенных для него портов ввода/вывода.
В компьютере может использоваться три порта Centronics:
LPT1 (порт 378h, IRQ5), LPT2 (порт 278h, IRQ7) и LPT3 (порт 3ВСh).
Базовый адрес порта используется для передачи принтеру байта данных.
Установленные на линиях данные можно считать из этого же порта в ПЭВМ.
Временная диаграмма цикла передачи данных по интерфейсу Centronics.
D0 … D7
>500
- STROBE
BUSY
- ACK
>500
>500
наносекунд
>2500 наносекунд
Перед началом передачи данных контролируется снятие сигналов BUSY
и ASK. Затем данные выставляются на шину и формируется сигнал STROB.
За это время принтер должен успеть принять данные и выставить сигнал
BUSY, а затем и ASK.
Максимальная длина соединительного кабеля – 1,8 метра.
В настоящее время стандарты параллельного порта ЕРР и ЕСР
включены в стандарт IEEE 1284 с добавлением еще двух режимов обмена
данными: байтового и полубайтового.

Последовательный порт (Интерфейс RS232C).
Интерфейс RS-232C предназначен для подключения к компьютеру
стандартных внешних устройств (принтера, сканера, модема, мыши и т.д.),
а также для связи компьютеров между собой.
Основными преимуществами использования RS-232C по сравнению с
Centronics являются возможность передачи на значительно большие
расстояния и гораздо более простой соединительный кабель.
В то же время работать с ним несколько сложнее: данные в RS-232C
передаются в последовательном коде побайтно, а каждый байт обрамляется
стартовым и стоповыми битами.
Формат передаваемых данных последовательного порта:
отсутствие передачи
«1»
«0»
Стартовый бит
8 бит
данных
стоповые биты
бит четности
Данные могут передаваться как в одну (полудуплексный режим), так и в
обе стороны (дуплексный режим).
Обмен по интерфейсу RS-232C осуществляется по специально
выделенным для этого последовательным портам:
СОМ1 (адреса 3F8h...3FFh, прерывание IRQ4),
COM2 (адреса 2F8h...2FFh, прерывание IRQ3),
COM3 (адреса 3E8h...3EFh, прерывание IRQ10),
COM4 (адреса 2E8h...2EFh, прерывание IRQ11).

Схема контроллера последовательного порта i8250.
мультиплексор демультиплексор
Буфер
1
управления
Буфер
2
управления
Буфер
3
управления
Буфер
4
управления
Буфер
5
управления
Буфер
6
управления
RESET
IRQ
Устройство управления
Битовый
счетчик
Схема кодирования –
декодирования пакета
Генератор
синхросигнала
ТхD
RxD
CLK
Внешнее устройство
Системная шина
Буфер данных
Сигналы управления
В состав ПЭВМ могут входить до четырех последовательных портов,
работающих в стандарте RS-232С (отечественный аналог - стык С2).
Каждое из устройств RS-232С представляет собой самостоятельный
контроллер i8250, оснащенный 25- или 9- штырьковым разъемом.
Контроллер порта RS-232С является полностью программируемым
Устройством.
Ему можно задать следующие параметры обмена: количество битов
данных и стоп-битов, вид четности и скорость обмена в бодах (бит/с).

Назначение сигналов обращений:
FG - защитное заземление (экран).
-TxD - данные, передаваемые компьютером в последовательном коде.
-RxD - данные, принимаемые компьютером в последовательном коде.
RTS - сигнал запроса передачи. Активен во все время передачи.
CTS - сигнал сброса (очистки) для передачи. Активен во все время
передачи. Говорит о готовности приемника.
DSR - готовность данных. Используется для задания режима модема.
SG - сигнальное заземление, нулевой провод.
DCD - обнаружение несущей данных (принимаемого сигнала).
DTR - готовность выходных данных.
RI - индикатор вызова. Говорит о приеме модемом сигнала вызова по
телефонной сети.
Компьютер обычно имеет
9-контактный (DB9P) или
25-контактный (DB25P)
разъем для подключения
интерфейса RS-232C.
Назначение контактов
разъема приведено в
таблице
сигнал
25-контактный разъем
9-контактный разъем
I/O
FG
1
-
-
-TxD
2
3
О
-RxD
3
2
I
RTS
4
7
О
CTS
5
8
I
DSR
6
6
I
SG
7
5
-
DCD
8
1
I
DTR
20
4
О
RI
22
9
I

Конкретные форматы обращений по этим портам можно найти в
описаниях микросхем контроллеров последовательного обмена UART
(Universal Asynchronous Receiver/ Transmitter), например, для i8250.
Наиболее часто используются трех- или четырехпроводная связь (для
двунаправленной передачи).
Для двухпроводной линии связи в случае только передачи из
компьютера во внешнее устройство используются сигналы SG и TxD.
Все 10 сигналов интерфейса задействуются только при соединении
компьютера с модемом.
компьютер
Схема 4-х проводной
линии связи для
интерфейса RS232C
TxD
RxD
RTS
CTS
DSR
DCD
DTR
RI
SG
FG
внешнее устройство
TxD
RxD
RTS
CTS
DSR
DCD
DTR
RI
SG
FG
Примечание: тактовые частоты приемника и передатчика должны быть
одинаковыми (расхождение – не более 10%) для этого скорость передатчика
(ПЭВМ) может выбираться из ряда: 150, 300, 600, 1200, … 57600, 115200 бит/с.

29.Подсистема ввода-вывода.
Назначение, структура и задачи BIOS.
BIOS (Basic Input Output System) – часть программного обеспечения
ПЭВМ, содержащая управление адаптерами внешних устройств, экранными
операциями, тестирование, а затем начальную загрузку OS.
BOIS обеспечивает стандартный интерфейс, поддерживающий переносимость OS для ПЭВМ с совместимыми процессорами.
BOIS состоит из основных компонент:
1. POST– процедуры проверки системных устройств и их ресурсов.
2. ROM-Scan – программа сканирования ОЗУ.
3. SETAP-программный интерфейс просмотра и корректировки констант.
4. Константы BIOS в CMOS, таблица 256-ти символов ASCII 8х8.
Все адреса констант документированы и должны сохраняться в
последующих версиях BIOS для данной системной платы.
Компоненты BOIS записаны в специальной ПЗУ на системной плате
объемом 64 кБ и обычно рассматриваются, как неотъемлемая часть ПЭВМ,
встраиваемая в адресное пространство ОЗУ с адреса F000:0000.
Основной принцип организации системы ввода/вывода:
ЦПУ и ОЗУ образуют ядро ПЭВМ, а различные периферийные
устройства, к которым можно отнести любое другое устройство, которое не
входит в состав ядра ПЭВМ, сопрягаются с ядром системы с помощью
интерфейсов (совокупности шин, сигналов, электрических схем, протоколов
передачи данных и команд), входящих в состав ядра OS для организации
обмена информацией.

Структура подсистемы POST.
Состояние процессора после включения питания предопределено –
EFLAGS = 00000002h; EIP = 0000FFF0h; CS = 0F000h; PE(CR0) = 0.
по этому адресу находится команда JMP перехода на процедуру POST (Power
On Self Test) самотестирования и инициализации базовых устройств ПЭВМ:
Ввод константы инициализации в порт устройства n
Чтение байта статуса устройства n
Статус устройства n
соответствует данным CMOS
нет
Подача звукового сигнала,
вывод признака ошибки
инициализации устройства n
да
……….
Аварийное завершение
процедуры POST
Процедура сканирования
(верификации) оперативной памяти
Есть ошибки сканирования
нет
да
вывод признака
ошибки
сканирования
оперативной памяти
Передача управления на начало кода загрузки операционной системы

Основные функции подсистемы POST.
Процедуры POST служат для пуска самотестирования устройств на
системной плате, сравнения их статуса с данными CMOS и инициализации:
- каналы системного интервального таймера (слышен гудок),
- контроллер прерываний,
- контроллер прямого доступа,
- контроллер клавиатуры (загораются индикаторы на клавиатуре),
- контроллер памяти и т.д.,
затем инициализируются процедуры самотестирования устройств, имеющих
собственную BIOS:
- видеоконтроллер (на мониторе появляется первое сообщение),
- контроллеры дисковых накопителей (появляется сообщение),
- контроллер USB (клавиатура или мышь USB становятся активными)
- звуковой адаптер,
- сетевой адаптер и т.д.
Выполняется сканирование оперативной памяти (отображается на мониторе)
После успешного завершения процедур тестирования осуществляется
поиск boot-устройств, содержащих в буфере данных байт 80h (1000000), т.е.
неисполняемую команду, используемую в данном контексте POST для
подтверждения активности устройства загрузки OS.
Приоритет загрузочных устройств определяется в SETUP CMOS.
При выполнении POST могут генерироваться сообщения об ошибках.
Описания кодов ошибок можно найти по адресу: www.earthweb.com
или http://burks.bton.ac.uk/burks/pcinfo/hardware/bios_sg/bios_sg.htm

Доступ к переменным и константам BIOS.
Осуществляется через меню SETUP BIOS, доступное в начальные
моменты загрузки BIOS с помощью клавиш, указанных в сообщениях.
Меню SETUP состоит из основных разделов:
1. Стандартные переменные: дата, время, параметры ОЗУ и накопителей.
2. Дополнительные переменные и установленные модули программного
обеспечения BIOS для тестирования аппаратных средств, устройств ядра
ПЭВМ и ближайшего окружения.
3. Параметры остальных устройств, интегрированных в состав системной
(материнской) платы ПЭВМ и варианты распределения ресурсов (слотов
расширений шин, прерываний и каналов прямого доступа).
Здесь же определяется порядок опроса периферийных устройств,
которые могут содержать загрузочные модули операционных систем.
4. Параметры интерфейсов устройств, подключаемых к системной плате,
определяющих варианты энергосбережения.
5. Размеры констант, определяющих параметры центрального процессора
(частота, напряжение энергопитания ядра центрального процессора и ОЗУ), а
также их предельные величины для сигнализации или отключения.
6. Набор параметров BIOS, загружаемый по умолчанию (в случае ошибок
ручного набора параметров пользователем).
7. Ввод пароля для входа в редактор переменных – SETUP BIOS.
8. Ввод пароля для продолжения загрузки BIOS и выполнения POSTпроцедур после включения ПЭВМ (пользовательский пароль).
Значение паролей может быть снято системным обнулением BIOS.

Карта ввода / вывода.
0000 – 00FF – 256 8-разрядных портов предназначены для устройств,
расположенных на системной (материнской) плате ПЭВМ,
0100 – 03FF – 768 8-разрядных портов отведены для контроллеров
периферийных устройств, подключаемых к шинам системной платы ПЭВМ.
Внутренние устройства
Периферийные устройства
Диапазон Наименование устройства Диапазон
000 - 01F
Контроллер ПДП №1
Наименование устройства
3B0 – 3DF VGA
020 – 03F Контроллер ПКП №1
378 – 37B LPT 1
040 – 05F Интервальный таймер
37C – 37F LPT 2
060 – 06F Контроллер клавиатуры
278 – 27B LPT 3
070 – 07F Часы CMOS и константы
3F0 – 3F7 FDD
Диагностический регистр
3F8 – 3FF COM №1
081 – 08F Контроллер страниц ПДП
2F8 – 2FF COM №2
0A0 – 0BF Контроллер ПКП №2
3E8 – 3EF COM №3
0C0 – 0DF Контроллер ПДП №2
2E8 – 2EF COM №4
080
F000 – FFFF – 4096 дополнительных 8-разрядных портов, отведенных
для различных виртуальных устройств, подключаемых к внешним шинам
(USB, mini USB, SCSI, eSATA, HDD IDE ATA/ATAPI, PCI Express и т.д.).

Функции BIOS при работе с портами
Для прямого обращения ЦПУ к портам ввода/вывода в системе команд
предусмотрено всего 2 команды: IN и OUT.
Но сам процесс обмена данными с периферийными устройствами сложен
и должен учитывать ширину порта (порядок опроса нескольких 8-ми
разрядных портов) и протокол обмена, определяющий порядок оценки
готовности этих устройств к обмену данными по той или иной шине, а также
свойства самой шины.
По этой причине в OS Windows прямой доступ к портам ограничен. Ввод
прямых обращений к портам в приложениях может вызвать зависание
программы или ее аварийное завершение из-за превышения привилегий.
Для этой цели в составе ядра OS имеется большой набор типовых
обработчиков – функций BIOS, связанных с тем или иным общепользовательским прерыванием.
Поскольку количество прерываний ограничено, то обычно прерывание
имеет несколько функций, а отдельные функции и подфункций BIOS:
функции прерывания 10h – работа с портами видеоконтроллера VGA
функции прерывания 13h – работа с дисковыми системами и DMA
функции прерывания 14h – работа с последовательным портом СОМ
функции прерывания 15h – работа с манипулятором мышь
функции прерывания 16h – работа с клавиатурой
функции прерывания 17h – работа с параллельным портом LPT
функции прерывания 1Ah – работа с таймером, времязадающие функции
функции прерывания 80h – работа со звуковым процессором

30. Система Plug & Play автоопределения устройств ПЭВМ.
Основные принципы построения системы PnP были сформулированы и
частично внедрены в 1974-м году для шины МСА (Micro Channel Architecture).
Основные принципы построения системы PnP:
1. Ресурсы ядра ПЭВМ (порты доступа и их разрядность, номера прерываний, адресное пространство ОЗУ для обмена информацией, каналы прямого
доступа) не являются жестко распределенными, а присваиваются по
требованию.
2. Каждое периферийное (по отношению к ядру системы) устройство имеет
описание набора требований в своем BIOS.
3. В составе BIOS PnP имеется программа – системный конфигуратор,
которая присваивает номера периферийным устройствам, составляет
паспорта (описания) этих устройств и выделяет необходимые ресурсы, с
учетом недопущения конфликтов, при необходимости производит
оптимизацию (перераспределение) ресурсов.
Паспорта устройств сохраняются в реестре.
4. После загрузки операционной системы для периферийных устройств
загружаются соответствующие системные драйвера. Осуществляется
повторная проверка безконфликтной работы устройств.
5. При отключении периферийного устройства или подключения нового
операционная система автоматически перераспределяет освободившиеся
ресурсы, определяет параметры нового устройства, проверяет его и
предоставляет необходимые ресурсы без перезагрузки OS (на лету).

PnP- спецификация архитектуры аппаратных средств ПЭВМ, используемая соответствующими операционными системами для их конфигурирования и исключения конфликтов устройств между собой.
Основной компонент – все оборудование, подключаемое к шинам, содержит энергонезависимые регистры POS (Programmable Option Select), где хранится конфигурация устройства и требуемые ресурсы.
Дополнительный компонент – файлы OS описания устройств, драйверов
к ним и требуемых ресурсов (ini –файлы или реестр OS).
Программы BIOS PnP, бесконфликтно распределяющие ресурсы.
Обычная загрузка системы:
пуск
POST
Поиск Boot OS
Загрузка OS
Загрузка BIOS PnP:
пуск
Определение PnP
нет
да
Конфигурирование
устойств
POST
Проверка
устройств
Поиск Boot OS
Чтение
POS
чтение
ini
Загрузка OS

Распределение ресурсов ПЭВМ между устройствами.
Для реализации принципов построения системы PnP, учитывая, что в
составе архитектуры ПЭВМ встречается достаточно много устаревших
устройств с жестко закрепленными за ними системными ресурсами, которые
изменять нецелесообразно (контроллер клавиатуры, системный интервальный таймер, контроллеры ПДП и т.д.), в реальной системе PnP используется
следующий порядок распределения ресурсов:
1. При проверке POST определяются устройства «не PnP».
2. Устройствам «не PnP» ресурсы выделяются в первую очередь согласно
спецификационных требований, т.к. эти устройства неперенастраиваемые.
3. При обнаружении конфликтов BIOS PnP генерирует уведомление о
необходимости устранения конфликтов вручную.
4. Затем осуществляется итерационное конфигурирование устройств PnP.
5. Используются методы изоляции устройств друг от друга (присваивается
идентификатор и серийный номер), после этого устройству присваивается
дескриптор (Handle).
Присвоение идентификатора связано с используемой устройством шины
и осуществляется специальной программой из состава OS – энумера-тором
шины, которая является новым типом драйвера контроллера шины.
Номера идентификаторов являются уникальными для каждого устройства и
неизменными для каждой последующей перезагрузки OS, например, PnP
0000 – контроллер прерываний АТ, PnP 0100 – системный интервальный
таймер, PnР 0C04 – матсопроцессор, PnP 0А03 – контроллер шины PCI и т.д.

Подсистема ввода/вывода ПЭВМ и ядро OS решает следующие задачи:
1. Реализация вычислительной системы переменной конфигурации.
2. Параллельная работа программ в памяти и процедур ввода/вывода.
3. Упрощение процедур ввода/вывода, обеспечения их программной
независимости от конфигурации конкретного периферийного устройства.
4. Обеспечение автоматического распознавания ядром ЭВМ периферийных
устройств, многообразия их состояний (готовности, отсутствия носителя,
ошибок чтения/записи и т.д.).
5. Интеллектуализация интерфейса, налаживание диалога между ядром и
периферийными устройствами.
6. Переносимость и независимость OS от аппаратной платформы и ядра
ПЭВМ.
Пути решения этих задач:
1. Модульность - новые периферийные устройства не вызывают
существенных изменений архитектуры и вписываются в существующее
адресное пространство, каналы и порты доступа.
2. Унификация по формату передаваемых данных и команд вне зависимости от используемых внутренних машинных языков микроопераций.
3. Унифицированный интерфейс по разрядности шины, набору линий
сигналов управления и протоколам обмена.
4. Унифицированные по адресному пространству, доступному ядру ПЭВМ, и
каналам доступа к нему со стороны центрального процессора для операций
ввода/вывода информации в пределах этого адресного пространства,.

Современная система PnP состоит из следующих компонентов:
1. BIOS стандарта PnP.
Уведомления – сообщение пользователю об обнаружении нового
устройства
Конфигурирование – изоляция устройства до присвоения ID.
Поддержка данных- информация завершения POST на специальной RAM.
2. Система драйверов-энумераторов шины PCI.
Контроллер шины получает информацию из RAM об устройстве или из
реестра для устройств «не PnP» и присваивает уникальный номер Vendor_ID.
3. Дерево аппаратных средств и реестр.
Ветвь в реестре OS под названием «HKEY_LOKAL_MACHINE\HARDWARE»,
которая состоит из типов аппаратных устройств.
4. Windows 95 и выше (или другая OS PnP).
Фирма Intel предлагает спецификацию PnP всем разработчикам OS.
5. Драйверы устройств PnP.
Спецификация PnP предполагает не только наличие доступной для BIOS
информации об устройстве в RAM этого устройства, но и динамически подгружаемый драйвер этого устройства. Существует интерфейс прикладного
программирования (API) для создания таких драйверов для новых устройств
стандарта PnP. Загрузка таких драйверов должна регистрироваться диспетчером конфигурации и отвечать за выделенные ресурсы (сдавать их при
выгрузке).

6. Арбитр ресурсов (служба OS PnP).
Основные функции:
- Обновление реестра, помещая туда новейшую информацию о выделении
ресурсов на стадии загрузки,
- Переназначение ресурсов «на лету» любым устройства PnP, конфигурация
которых изменилась.
Арбитр ресурсов работает в контакте с диспетчером конфигурации,
который в любой момент может запросить у арбитра ресурсов освобождения ресурса с последующим предоставлением его другому устройству.
7. Диспетчер конфигурации (служба OS PnP).
Отвечает за процесс конфигурирования всей системы в целом.
Диспетчер конфигурации непосредственно взаимодействует, как с BIOS,
так и с реестром, координируя процесс конфигурирования в ходе событий:
- когда BIOS отправляет ему список устройств «не PnP» на системной плате
при загрузке, которые имеют жестко закрепленные за ними ресурсы,
- когда он получает извещение об изменении конфигурации от BIOS или от
энумераторов шин, которую он использует для идентификации всех
устройств на конкретной шине, а также требования каждого устройства о
выделении ресурсов. Эта информация заносится в реестр.
8. Пользовательский интерфейс (API).
Основное требование для пользовательских приложений, запускаемых
в OS PnP – они не должны иметь явных обращений к ресурсам устройств
(портам ввода/вывода, прерываниям или дискам) необходимо заменять эти
обращения формальными обращениями к соответствующим устройствам.

Конфигурационное адресное пространство шины PCI
Одним из главных усовершенствований шины PCI по сравнению с другими
архитектурами ввода-вывода стал её конфигурационный механизм.
В дополнение к типичным адресным пространствам памяти и вводавывода в PCI вводится конфигурационное адресное пространство.
Оно состоит из 256 байт, которые можно адресовать, зная номер шины PCI,
номер устройства и номер функции в устройстве.
Первые 64 байта из 256 стандартизированы, а остальные регистры могут
быть использованы по усмотрению изготовителя устройства.
Регистры Vendor ID и Device ID идентифицируют устройство и обычно
называются PCI ID.
Шестнадцатиразрядный регистр Vendor ID выдаётся организацией PCI-SIG.
Но только при уплате членского взноса в организацию.
Шестнадцатиразрядный регистр Device ID назначается изготовителем
устройства.
Существует проект создания базы данных всех известных значений
регистров Vendor ID и Device ID.
Аналогичное решение существует и для универсальной последовательной
шины USB.
Сообщество разработчиков шины – организация USB-IF также ведет
регистрацию всех значений регистров Vendor ID для USB.
Чтобы стать членом USB-IF, нужно платить по 4000$ членских взносов
ежегодно. Тогда вам бесплатно выделят двухбайтовый VID (Vendor_ID).

void f_DeviceDescriptor(void) //
Дескриптор драйвера устройства USB

Как писать драйвер USB-устройства PnP ?
автор Глазков Игорь
Статья в 7 частей
Опубликовано: 13 Марта 2013 года
http://npf-wist.com/
ООО «НПФ Вист» Украина
Учебный комплект STK0001
на базе микроконтроллера
фирмы «Microchip»
280 гривен (35$)
В данный комплект входит:
1. Устройство (модель), которое программируется, как USB-устройство.
2. Программатор, с помощью которого разрабатываемая программа (ее
бинарный код) зашивается в устройство (модель).
3. Кабель – переходник USB-COM – порт при его отсутствии в ВАШЕМ
компьютере. Этот порт нужен для просмотра данных, получаемых
программируемым USB-устройством.
4. Брошюра с подробным описанием последовательных шагов для
получения связки: “USB-устройство – драйвер - программа обращения к
устройству”.
5. CD-диск с дополнительным программным обеспечением.

31. Общие сведения об операционных системах.
Общие понятия об операционной системе.
Чтобы полностью овладеть всеми возможностями своего компьютера,
необходимо знать и понимать его операционную систему.
Назначение операционной системы заключается в обеспечении удобства
управления компьютером.
Любая операционная система, в полном смысле этого термина, является
первой и наиболее важной программой любого компьютера. Как правило,
она является и наиболее сложной, используемой только для управления
самим компьютером.
Основная часть работы операционной системы заключается в
выполнении огромного количества рутинных операций контроля, проверки
достоверности, вычисления значений физических адресов и т.д. и т.п. и
предназначена, чтобы скрыть от пользователей большое количество
сложных и ненужных им деталей процесса управления аппаратной частью.
Как правило, операционная система состоит из нескольких частей:
Первая часть - это система BIOS в ПЗУ ПЭВМ.
Вторая часть - главная загрузочная запись.
Третья часть – аппаратный загрузчик операционной системы.
Четвертая часть – сканер и конфигуратор аппаратных средств ПЭВМ.
Пятая часть – ядро операционной системы и командный монитор.
Шестая часть – файлы конфигурации ini или реестр OS.
Седьмая часть – Диспетчеры объектов и устройств.
Восьмая часть – драйверы устройств.

Архитектура операционной системы Windows NT/2000/XP/7/8.
Приложение
POSIX
Подсистема
POSIX
Приложение
Win32
Подсистема
Win32
Приложение
OS/2
Подсистема
OS/2
Процесс
регистрации
в системе
Подсистемы рабочей
среды
Подсистема
защиты
Уровни сервисов OS
Пользовательский режим
Режим ядра
Диспетчер
энергопитания
Средство
локального
вызова
процедур
Диспетчер
механизмов
Plug & Play
Диспетчер
виртуальной
памяти
Диспетчер
процессов
Справочный
монитор
защиты
Диспетчер
объектов
Системные сервисы (службы модуля EXEcutive)
Диспетчер
ввода/вывода
Файловые системы
Диспетчер КЭШа
Драйверы устройств
Ядро OS
Слой абстрагирования от оборудования HAL
Аппаратная часть
Сетевые драйверы

Пояснения к архитектуре операционной системы.
Пользовательский режим.
Большая часть приложений, запускаемых пользователем, работает в
пользовательском режиме. Все эти приложения обладают ограниченным
доступом к операционной системе, благодаря чему при возникновении
неполадок в программе приложения ядро ОС остается надежно защищенным
и продолжает нормально функционировать.
Пользовательское приложение работает в рамках изолированного
адресного пространства, предоставляемого операционной системой.
При обращении к аппаратным устройствам (принтеру) службами ядра
(диспетчером ввода/вывода) запускается соответствующий драйвер.
Службы Windows (например, Task Scheduler, Messenger, Alerter и др.)
работают в пользовательском режиме в специальном пользовательском
контексте безопасности индивидуального рабочего окружения каждой
конкретной прикладной задачи.
Режим ядра.
Процессы, работающие в этом режиме, обладают наивысшим уровнем
привилегий. Они работают в одном и том же адресном пространстве и могут
напрямую обращаться к оборудованию компьютера, включая такие важные
устройства, как центральный процессор или видеоадаптер.
В этом же режиме функционируют драйверы устройств, все системные
диспетчеры, модуль Microkernel, все службы модуля EXEcutive, а также
системные сервисы уровня абстракции оборудования HAL (Hardware
Abstraction Layer).

Модуль EXEcuteve.
Так обозначаются в Windows NT/2000/XP программные компоненты,
работающие в режиме ядра.
Эти компоненты включают в себя жизненно-важные службы ОС такие,
как управление памятью, вводом/выводом, системой безопасности,
механизмами взаимодействия процессов, кэшированием, а также системой
управления объектами.
Модуль EXEcutive загружается в процессе начальной загрузки ОС и
является частью файла Ntoskrnl.exe.
Модуль Microkernel.
Управляет переключением процессора между выполнением разных
потоков, а также обрабатывает системные прерывания и исключения.
Этот модуль синхронизирует работу нескольких процессоров на
многопроцессорных аппаратных платформах.
В отличие от остального кода ОС этот модуль никогда не перемещается
в виртуальную память, т.к. его компоненты должны иметь фиксированные
физические адреса.
Модуль Microkernel также является частью файла Ntoskrnl.exe.
Уровень абстракции оборудования HAL (Hardware Abstraction Layer).
Позволяет ОС работать на аппаратных платформах различной
конфигурации и количества процессоров, не требуя ее перекомпилирования.
Обычно HAL разрабатывается производителем аппаратной платфориы.
Модуль HAL находится в файле hal.dll и загружается в процессе
начальной загрузки ОС.

Процессы и потоки.
Процесс – это программа, которую можно запустить в рабочей среде ОС.
Каждый процесс обладает своим адресным пространством, одним или
несколькими программными потоками, а также идентификатором
безопасности SID (Security ID), соответствующим учетной записи в контексте
безопасности которой этот процесс функционирует.
Поток – это составляющая часть процесса (что-то вроде процесса
внутри процесса), т.е. программный код, выполнением которого занят
процессор.
В любой момент времени один процессор может выполнять только один
программный поток. Переключение процессора между выполнением
нескольких программных потоков осуществляется средствами ОС.
Каждый процесс может включать в себя несколько программных
потоков. Например, работая в программе Explorer, можно открыть новое
окно, для управления этим окном создается новый поток. Это означает, что в
системе существует только один экземпляр процесса Windows Explorer, но в
рамках этого процесса работает одновременно несколько программных
потоков.
Симметричная многопроцессорная архитектура и наращиваемость ОС.
ОС Windows NT/2000/XP обладают встроенной поддержкой многопроцессорных систем SMP (Symmetric Multiprocessing). Это означает, что если в
системе установлено больше одного процессора, то поток, требующий
выполнения, будет выполняться первым освободившимся процессором.
Переключение процессоров между потоками осуществит модуль Microkernel.

Службы и приложения пользовательского режима.
В пользовательском режиме работают процессы 3-х типов с различным
уровнем привилегий.
1. Системные процессы. Это процессы управляющие рабочей средой
пользовательского режима: Winlogon (подключение пользователей к
системе), Service Controller (сервис подключения служб), Session Manager
(диспетчер сеанса). Эти процессы запускаются модулем Ntoskrnl.exe в
процессе начальной загрузки и используют учетную запись LocalSystem.
2. Службы Windows. Службы (Alerter, Computer Browser и др.)
запускаются процессом Service Controller (файл services.exe) для прикладной
задачи. Эти службы функционируют, как отдельные потоки в рамках
процесса services.exe и не отображаются диспетчером задач в качестве
отдельных процессов.
Большинство служб не использует контекст безопасности LocalSystem.
3. Пользовательские прикладные программы. Т.е. прикладные
программы запускаемые пользователем в пользовательском режиме.
Каждая такая программа функционирует в рамках своего собственного
виртуального адресного пространства.
Процесс ассоциируется с подсистемой рабочего окружения environment
subsystem, который принимает от него вызовы, адресуемые API (Application
Program Interface) и преобразует их в команды, адресованные модулю
EXEcutive.
Для поддержки DOS служит подсистема времени исполнения Сsrss.exe,
которая запускается автоматически при формировании вызова.

Порядок загрузки операционной системы.
Загрузка любой операционной системы после завершения операций
инициализации аппаратных средств предусматривает следующие этапы:
- инициализация загрузчика OS (Boot loader process),
- выбор операционной системы (если предусмотрен выбор),
- повторное сканирование аппаратных средств,
- загрузка ядра OS и его инициализация.
После завершения POST BIOS передает управление на первое внешнее
устройство (согласно установленному приоритету), имеющее в буфере
данных байт 80h. Считывание следующего байта из этого порта активирует
программу аппаратной загрузки OS: т.е. будет выполнена процедура,
записанная в начале раздела MBR, которая позволит найти адрес первого
активного раздела в таблице разделов (по значению байта 80h), и загрузит
следующую за ним команду в табличной записи JMP(xx) на исполнение.
Адрес команды JMP является адресом аппаратного загрузчика NTLDR
(для операционной системы Windows NT/2000/XP), IBMBIO.COM (для DOS) или
аналогичной программы для других OS (например UNIX, Linux и т.д.).
NTLDR загрузит режим плоского 32-хразрядного адресного пространства
и запустит минифайловую систему, совместимую с FAT16, FAT32 и NTFS.
Затем читает Boot.ini в корневом каталоге и предлагает выбор OS к загрузке.
После выбора Windows XP выполняет программу Ntdetect.com, чтобы
собрать информацию о всех физических устройствах, подключенных к ЦП.
Затем NTLDR загружает в ОЗУ и запускает ядро операционной системы –
программу Ntoskrnl.exe, которая принимает данные сканирования.

Файлы, необходимые для успешного запуска ОС Windows XP.
Процедура запуска системы закончится неудачей, если хотя бы один из
указанных ниже файлов не будет найден или окажется поврежденным.
Наименование файла
Расположение файла
NTLDR
Корневой каталог Windows
Boot.ini
Корневой каталог Windows
Bootsect.dos (для выбора ОС)
Корневой каталог Windows
Ntdetect.com
Корневой каталог Windows
Ntbootdd.sys (только для SCSI)
Корневой каталог Windows
Ntoskrnl.exe
%SystemRoot%\System32
Hal.dll
%SystemRoot%\System32
Улей реестра \system
%SystemRoot%\System32\Config
драйверы устройств
%SystemRoot%\System32\Drivers
Файл Bootsect.dos содержит копию первого сектора раздела
альтернативной ОС (в данном случае DOS), аналогично можно построить
загрузчики для ОС UNIX и Linux, а затем отредактировать файл Boot.ini:
С:\ BOOTSECT.UNX=“UNIX”
С:\ BOOTSECT.LNX=“Linux”

Дальнейшее развитие архитектуры операционных систем.
Загрузочная запись ДОС версии 1.00 имеет одно незначительное отличие
от всех остальных версий: вместо имени Роберта О"Рира – разработчика
первой версии ДОС, которую он сделал по прототипу (Key DOS) за 2 месяца,
во всех последующих версиях стоит название фирмы - "Майкрософт".
В настоящее время разработка новой версии ОС занимает 6-10 лет и в ее
реализации участвует коллектив 200-300 человек.
Фирма Microsoft стала практически монополистом на рынке ОС ПЭВМ. Из
альтернативных ОС для ПЭВМ можно указать лишь Unix и Linux.
Основное совершенствование, которое реализовано в настоящее время
– для многоядерных процессоров нового поколения архитектуры Itanium
создан новый интерфейс между ОС и встроенным программным
обеспечением аппаратных платформ – EFI (Extensible Firmware Interface),
который предназначен для замены системы POST. Сейчас UEFI.
Для этой системы фирмой Microsoft разработан новый загрузчик для
операционной системы Windows, вошедший в состав ОС Windows 7/8,
bootmgr вместо NTLDR, файлы Boot.ini и Ntdetect.com также исключены из
системы, т.к. информация, которая хранилась там, находится в BOOT, а все
аппаратное окружение полностью соответствует спецификации ACPI.
Для изоляции MBR, ВООТ и загрузчика от неосторожных действий
пользователя создается изолированный системный раздел на жестком диске
размером 100 Мбайт.
Соответствующим образом откорректирован реестр Windows.


На современных компьютерах есть хотя бы один последовательный и один параллельный порт, несмотря на то что уже давно существуют сетевые адаптеры, шина USB и другие способы коммуникации. Исключением могут быть разве что современные ноутбуки – на некоторых из них нет ни последовательных, ни параллельных портов.

Параллельный порт

Параллельный порт (сокращенное название – LPT) появился на самом первом IBM PC. Иногда его называют Centronics – по имени фирмы-разработчика. Параллельный порт использовался раньше преимущественно для подключения принтеров.
Современные принтеры обычно подключаются к компьютеру через USB (см. главу 10), но многие модели имеют разъем для подключения LPT-кабеля (кабеля параллельного порта).
Научимся находить разъемы параллельного порта. На рис. 9.1 изображен LPT-разъем на принтере Lexmark E321 – довольно современная модель (принтер куплен в прошлом году). Под ним – USB-разъем с подключенным USB-кабелем. Это говорит о том, что в данный момент принтер подключен к компьютеру через USB .

//-- Рис. 9.1. LPT-разъем на принтере --//
Если бы принтер подключался к параллельному порту компьютера, то нам бы понадобился кабель, изображенный на рис. 9.2.

//-- Рис. 9.2. Кабель --//
На рис. 9.3 показана материнская плата . Самый большой разъем, изображенный на этом рисунке, – параллельный порт. Обычно он окрашен для подключения устройств к параллельному порту компьютера в розовый цвет. Как различить последовательный и параллельный порты, одинаковые по размерам? Разъем параллельного порта имеет тип «мама», а последовательного порта – «папа». Другими словами, даже если вы перепутаете цвета (последовательный порт обычно окрашивается в синий цвет), вы не сможете подключиться к последовательному порту с помощью LPT-кабеля.

//-- Рис. 9.3. Параллельный и последовательный порты --//
К параллельному порту, кроме принтера, можно подключить:
некоторые носители данных, например внешние приводы CD-ROM, магнитные накопители «повышенной» емкости (раньше повышенной емкостью считалось 120 Мб);
стримеры – устройства хранения данных на магнитной ленте. Сейчас они практически не используются, а раньше часто использовались для создания резервных копий на серверах предприятий – ведь магнитная лента стоила копейки по сравнению с другими носителями информации и позволяла записывать большие на то время объемы информации (несколько гигабайтов);
сканеры старых образцов (современные подключаются через USB).

Откровенно говоря, я сомневаюсь, что сегодня вам придется воспользоваться параллельным портом, но такая вероятность есть – может быть, у вас есть старенький принтер, который еще хорошо работает, но подключается только к LPT-порту. Тогда вы должны знать о режимах работы параллельного порта (режим работы порта обычно выбирается в BIOS):
SPP (Standard Parallel Port) – стандартный режим параллельного порта. В данном режиме разрешается только односторонняя передача данных от компьютера к периферийному устройству, подключенному к порту. Скорость передачи данных – 200 Кбит/с;
EPP (Enhanced Parallel Port) – расширенный режим. Разрешен двусторонний обмен данными. Скорость работы – до 2 Мбит/с. Разрешается подключение до 64 периферийных устройств (в цепочку);
ECP (Extended Capability Port) – порт с расширенными возможностями. Обеспечивает двухсторонний обмен данными со скоростью до 2,5 Мбит/с. Поддерживает сжатие данных по алгоритму RLE. Обычно данный режим (если он поддерживается материнской платой) используют сканеры и другие устройства, передающие большие объемы данных.

Последовательный порт

Последовательный порт (другие названия – COM, RS-232, serial port), как и параллельный, в устаревающих моделях компьютеров использовался для подключения многих устройств, но чаще всего к нему подключали:
мышки и другие указательные устройства;
модемы – даже и сейчас некоторые модемы могут подключаться как к последовательному порту, так и к usb ;
«умные» источники бесперебойного питания – многие источники бесперебойного питания могут сообщать компьютеру о текущем заряде своих батарей. Это очень удобно, поскольку вы знаете, на сколько времени хватит заряда в батареях и как скоро нужно выключить компьютер.

Сейчас последовательный порт преимущественно используется для подключения некоторых внешних модемов и «умных» ИБП.
Есть две разновидности последовательного порта: 9-контактный и 25-контактный. На рис. 9.3 изображен 9-контактный последовательный порт.
На старых материнских платах обычно присутствуют два разных последовательных порта – «большой» (25 pin) и «маленький» (9 pin). На платах поновее – два «маленьких». А на самых современных платах – всего один последовательный порт (как правило, 9-контактный), оставленный из соображений совместимости.
Самый главный элемент последовательного порта – универсальный асинхронный приемопередатчик 16 450 UART (Universal Asynchron Receiver Transmitter). Обычно он бывает интегрирован в микросхему южного моста чипсета.
Максимальная скорость передачи по последовательному порту – 115 200 бит/с. По современным меркам это очень низкая скорость, но тем не менее, учитывая, что скорость современных модемов не превышает 56 000 бит/с, ее вполне достаточно.
К компьютеру можно подключить до четырех последовательных портов, но, как уже было отмечено, доступны бывают один или два порта. В Windows последовательные порты называются COMn, где n – номер порта, например COM1, COM2. Если у вас всего один порт, то он будет называться COM1.
Последовательный порт безнадежно устарел. Еще в 1999 году корпорация Microsoft в спецификации «идеального ПК», которая носила название PC99, рекомендовала отказаться от использования последовательного порта в пользу универсальной последовательной шины USB , что сейчас постепенно и происходит. Думаю, через пять лет последовательный порт окончательно исчезнет с материнских плат.

Последовательный интерфейс IEEE-1394

В 1995 году был разработан новый последовательный стандарт передачи данных – IEEE-1394 (или просто 1394). IEEE – это сокращенное название института, разработавшего стандарт, – Institute of Electrical and Electronic Engineers, а 1394 – порядковый номер нового стандарта. Основное преимущество данного стандарта – высокая скорость передачи данных. Сейчас она составляет 800 Мбит/с.
В 2000 году была принята версия стандарта 1394a, а в 2003-м – 1394b (на данный момент это самая современная версия стандарта). Основное отличие нового стандарта – это повышенная скорость передачи данных – 800 Мбит/с, а не 400 Мбит/с, как у 1394a. В дальнейшем планируется скорость передачи в 3200 Мбит/с. Новая версия (1394b) обратно совместима с 1394a, то есть вы можете подключить 1394a-устройства к порту 1394b.
Стандарт 1394 также известен под именами i.Link и FireWire. Первое название принадлежит компании Sony, а второе – компании Apple, но по сути это одно и то же – IEEE-1394. Компания Apple часто использует названия FireWire 400 и FireWire 800; 400 и 800 – это скорость передачи данных в Мбит/с. Фактически, FireWire 400 – это 1394a, а FireWire 800 – 1394b.
//-- Стандарт 1394a --//
Последовательная шина 1394a способна передавать данные со скоростью 100, 200 и 400 Мбит/с; 400 Мбит/с – это 50 Мбайт/с. То есть фильм (типичный размер 700 Мб) скопируется по этой шине всего за 14 секунд, что достаточно быстро даже для сегодняшнего дня, не говоря уже о начале 2000 года, когда был принят этот стандарт.
Но, сами понимаете, 400 Мбит/с – это только теория. А на практике устройства 1394a могли передавать данные со скоростью всего 100 Мбит/с (12,5 Мб/с).
К одному порту IEEE-1394a можно последовательно подключить до 63 устройств. Понятно, что с подключением каждого нового устройства снижается скорость передачи, но на практике никто не подключает к одному порту 63 устройства. Правда, шина IEEE позволяет работать в разветвленном режиме, то есть каждое из этих 63 устройств может быть IEEE-концентратором. А к каждому концентратору можно подключить до 16 IEEE-устройств. Вам и этого мало? Тогда можно установить 1023 шинные перемычки, что позволяет подключить к шине IEEE до 64 000 (!) устройств. Честно говоря, я даже не могу представить себе такое количество устройств.
Шина IEEE-1394 поддерживает технологию P&P (Plug and Play), позволяющую автоматически настраивать подключенное к системе устройство (драйверы, конечно, установить придется, но не нужно с помощью джамперов выделять ресурсы устройству). Также возможно горячее подключение/отключение устройств без отключения питания компьютера. Еще IEEE удобна тем, что каждое подключенное к ней устройство может потреблять ток до 1,5А, то есть небольшие устройства (которым хватит 1,5 А) могут обходиться без блока питания , а получать питание от IEEE.
На рис. 9.4 изображены более распространенный 6-контактный IEEE-порт и кабель, использующийся для подключения к этому порту. А на рис. 9.5 изображены 4-контактный IEEE-порт и соответствующий кабель.

//-- Рис. 9.4. 6-контактный IEEE-порт --//
//-- Рис. 9.5. 4-контактный IEEE-порт --//
Четырехконтактный IEEE-порт обычно используется для подключения цифровых видеокамер.
Если на вашей материнской плате нет IEEE-контроллера, можно установить отдельный контроллер, выполненный в виде платы расширения типа PCI (рис. 9.6).

//-- Рис. 9.6. IEEE-контроллер --//
//-- Стандарт 1394b --//
Стандарт 1394b предусматривает скорость передачи данных 800 Мбит/с (100 Мб/с) по медному или по волоконно-оптическому кабелю. В недалеком будущем планируется передача данных со скоростью 3200 Мбит/с, но пока нет устройств, поддерживающих такую скорость.
Вместо 6-контактного разъема используется 9-контактный (рис. 9.7), однако к 1394b можно подключить все устройства типа 1394a с помощью специального кабеля. Как и в случае с 1394a, если ваша системная плата не имеет интегрированного IEEE-контроллера, его можно купить в виде PCI-платы расширения (рис. 9.8).

//-- Рис. 9.7. 9-контактный (1394b) и 6-контактный кабель (1394a) --//

//-- Рис. 9.8. PCI-контроллер IEEE-1394b --//
Об IEEE-1394 вы должны знать следующее:

IEEE-1394 – современный последовательный высокоскоростной интерфейс, обеспечивающий высокую скорость передачи данных;
существует два стандарта 1394 – 1394a и 1394b;
основная разница между стандартами 1394a и 1394b заключается в применении другого типа разъема (у 1394b – 9 контактов, у 1394a – 6 или 4) и в более высокой скорости передачи данных – 800 Мбит/с у 1394b против 400 Мбит/с у 1394a;
стандарт 1394b обратно совместим с 1394a.

В следующей главе мы поговорим о другом очень распространенном последовательном интерфейсе – об универсальной последовательной шине USB . Шина USB в отличие от IEEE не является высокоскоростной: скорость передачи данных по ней составляет 12 Мбит/с (1,5 Мб/с) для USB 1.1 и 480 Мбит/с (60 Мб/с) для USB 2.0. Однако шина USB более популярна, чем IEEE-1394. Почему? Да потому что обычно последовательный интерфейс используется для подключения периферийных устройств, но большинству периферийных устройств (принтеры, сканеры, фотоаппараты, модемы) не нужны такие высокие скорости, которые обеспечиваются интерфейсом IEEE-1394. Да, USB-устройства более медленные, но в то же время они и более дешевые, поэтому и более популярны.

Занятие №4 Кабельные линии связи

1. Введение

2. Соединение по последовательным и параллельным портам

3. Соединение по последовательным шинам USB и FireWire

4. Соединение по технологии HomePlug PowerLine

5. Соединение по технологии HomePNA

6. Соединение через сетевые платы

7. Соединение через модемы

Введение

Каналы связи могут использовать кабели или быть или быть беспроводными. У каждого канала связи имеются свои достоинства и недостатки, которые будут рассмотрены ниже. Общим недостатком для кабельных соединений является необходимость прокладки самого кабеля. Общим недостатком для беспроводных сетей - слабая защищенность передаваемой информации и, как следствие, возможность несанкционированного доступа к ней.

Рис. 1. Каналы связи в простейших вычислительных сетях

По режиму работы кабельные и беспроводные соединения можно разделить на две группы:

1. «точка - точка» (англ.ad-hoc )-сеть состоит только из двух компьютеров,соединенных напрямую, без участия дополнительного сетевого оборудования (сетевых концентраторов, точек доступа и т.д.);

2. «инфраструктура» (англ.infrastructure )-сеть организуется с использованием

ТФУПД Занятие №4 .Кабельные линии связи

специального сетевого оборудования (сетевых концентраторов, точек доступа и т.д.). Большинство соединений, отнесенных на рис.1 к категории «инфраструктура»,

также могут образовывать соединения в режиме «точка» - «точка».

Соединение по последовательным и параллельным портам

До недавнего времени соединение по последовательным и параллельным портам являлось наиболее распространенным способом объединения двух компьютеров в вычислительную сеть в режиме «точка» - «точка».

Для такого соединения используется нуль-модемный кабель. Максимальная длина кабеля ограничена расстоянием 15 м. Для передачи данных на обоих компьютерах необходимо запустить специальное ПО.

Пример. Для ОСDOSобычно используетсяNorton Commander; для ОСWindows

Входящая в состав ОС программа прямое кабельное соединение (англ. Direct Cable

Connection, DCC).

Для современных ОС такое соединение выглядит полноценным сегментом сети. Скорость передачи данных через последовательный порт ограничена 115 Кбит/с, параллельный порт - 1200 Кбит/с.

Пример. Рассчитайте минимальное время, необходимое для передачи 600 Кбайт данных через параллельный порт.

Решение:

Т.к. в 1 байте содержится 8 бит, то необходимо переслать 600 * 8 = 4800 Кбит данных. Т.к. максимальная скорость передачи данных по параллельному порту составляет 1200 Кбит/с,то минимальное время передачи составляет:Т мин =4800 /1200 = 4 с. Ответ:

Т мин = 4 с.

Достоинствами соединения по последовательным и параллельным портамявляются малая цена, относительно большая длина кабеля, недостатком - малая скорость передачи данных.

Соединение по последовательным шинам USB и FireWire

Шины передачи данных USB (англ. Universal Serial Bus - универсальная последовательная шина) и IEEE 1394, известная также под названием Fire Wire (англ. огненный провод), спроектированные для работы с периферийным оборудованием,применяются и для организации компьютерных сетей.

Для USB максимальная длина соединительного кабеля равна 5 м. Максимальная скорость передачи данных:

Для стандарта USB 1.0 - 1,5 Мбит/с;

Для стандарта USB 1.1 - 12 Мбит/с;

Для стандарта USB 2.0 - 480 Мбит/с.

При работе с FireWire максимальная длина кабеля - 4.5 м. Максимальная скорость передачи данных:

Для стандарта IEEE 1394a - 400 Мбит/с;

Для стандарта IEEE 1394b - 800 Мбит/с.

Для обеих шин применяются схожие построения сетевой структуры: используется специфичный для шин транспортный протокол, поверх которого работают обычные прикладные сетевые протоколы. Поэтому компьютер, который помимо сети на базе FireWire или USB подключен к Ethernet-сети, необходимо настраивать как шлюз между физически различающимися сегментами. Для удлинения сегментов можно использовать аппаратные репитеры или специальный оптический кабель длиной до 100 м.

Достоинством соединений на базеFireWireиUSBявляется большая пропускнаяспособность каналов, недостатком - небольшая длина соединения.

ТФУПД Занятие №4 .Кабельные линии связи

Соединение по технологии HomePlug PowerLine

Технология HomePlug PowerLine (англ. соединение по домашней электропроводке )позволяет соединять компьютеры,используя в качестве канала связисуществующую электропроводку. Эта технология используется, когда прокладка нового кабеля или использование беспроводных сетей невозможны или нецелесообразны.

Линии электросетей для передачи данных применяются уже давно. Низкоскоростная технология PLC (англ. PowerLine Communication - передача по силовым линиям) использовалась для передачи данных в энергосистемах и на железных дорогах.

При создании высокоскоростной технологии необходимо было решить ряд проблем:

1. Достичь приемлемого уровня помехоустойчивости;

2. Адаптировать протокол к коммуникационным параметрам (затухание сигнала, частотные и фазовые искажения и др.);

3. Увеличить дальность передачи данных для установленных стандартов напряженности поля в электросети;

4. Обеспечить электромагнитную совместимость приборов в частотном диапазоне 1.6-30 МГц, используемом для передачи данных по электросети и радиолюбительскими службами.

В 2000г. некоммерческая организация HomePlug Powerline Alliance, объединявшая

в то время 13 компаний, приступила к разработке стандарта, взяв за его основу технологию PowerPacket . В 2001 г. HomePlug Powerline Alliance представил спецификацию HomePlug 1.0 , описывающую технологию и протокол организации высокоскоростной передачи данных по электросети. Стандарт предусматривает использование метода OFDM (англ. Orthogonal Frequency Division Multiplexing -

ортогональное частотное разделение каналов с мультиплексированием). Производится частотное разделение канала на 84 полосы в диапазоне от 4.3 до 20.9 МГц. Для модуляции применяется относительная квадратурная фазовая модуляция со сдвигом (англ.

DQPSK ). В качестве протокола доступа к среде используется коллективный доступ с обнаружением несущей и избежанием столкновений (англ. CSMA/CA).

Помехоустойчивость соединения обеспечивается контролем коэффициента «сигнал/шум» на каждой из несущих частот и исключением «шумящих» каналов. Максимальная скорость передачи данных по электросети в соответствии со спецификацией HomePlug1.0 и более поздней HomePlug 1.0.1 составляет14Мбит/с,а максимальная длина сегментамежду двумя устройствами - 300 м.

В разрабатываемой версии HomePlug AV скорость передачи данных возрастет до 100 Мбит/с, что откроет возможность их использования для передачи сигнала телевидения высокой четкости HDTV и VoIP .

Пример .АдаптерыHomePlugвыпускаются с интерфейсом подключенияUSB(напр. EDIMAX НР-1001) или разъемом RJ-45 (напр. EDIMAX HP-1002, работающим по сетевому протоколу lOBase-T/100Base-TX).

Адаптеры HomePlug подключаются к электропроводу с одной фазой, иначе приходится использовать специальные коммутаторы. Образуемая сеть имеет топологию «шина». Пересылаемые данные поступают на все адаптеры, но принимает их только тот адаптер, которому они адресованы. Работоспособность сети HomePlug и скорость передачи данных практически не зависят от скачков нагрузки электросети (включения или выключения нагревательных приборов, холодильников, стиральных машин и т.п.).

Достоинство технологии:никаких новых проводов,мобильность в зонепроложенной электропроводки. Недостаток этой технологии - возможность несанкционированного доступа.

ТФУПД Занятие №4 .Кабельные линии связи


©2015-2019 сайт
Все права принадлежать их авторам. Данный сайт не претендует на авторства, а предоставляет бесплатное использование.
Дата создания страницы: 2017-03-30

Такие устройства ввода и вывода, как клавиатура, мышь, мо­нитор и принтер, входят в стандартную комплектацию ПК. Все периферийные устройства ввода должны коммутироваться с ПК таким образом, чтобы данные, вводимые пользователем, могли не только корректно поступать в компьютер, но и в дальнейшем эффективно обрабатываться. Для обмена данными и связи между периферией (устройствами ввода/вывода) и модулем обработки данных (материнской платой) может быть организована парал­лельная или последовательная передача данных.

Параллельная связь означает, что все 8 бит (или 1 байт) пересылаются и передаются не один за другим, а одновременно (параллельно) или, точнее, каждый по своему проводу. Принцип параллельной передачи данных становится очевидным, если рас­смотреть кабель, подсоединенный к разъему параллельного ин­терфейса, например кабель принтера. Он значительно толще, чем последовательный кабель мыши, поскольку кабель для параллель­ной передачи данных должен как минимум содержать восемь про­водов, каждый из которых предназначен для передачи одного бита.

Параллельные интерфейсы разрабатывает фирма Centronics, поэтому параллельный интерфейс часто называют интерфейсом Centronics.

Параллельный интерфейс для принтера обычно обозначают LPT (Line Printer). Первый подключенный принтер обозначается как от LPT1, а второй - как от LPT2.

Существуют несколько типов параллельных портов: стандарт­ный, ЕРР и ЕСР.

Стандартный параллельный порт предназначен только для од­носторонней передачи информации от ПК к принтеру, что зало­жено в электрической схеме порта. Он обеспечивает максималь­ную скорость передачи данных от 120 до 200 Кбайт/с.

Порт.ЕРРявляется двунаправленным, т.е. обеспечивает парал­лельную передачу 8 бит данных в обоих направлениях и полнос­тью совместим со стандартным портом. Порт ЕРР передает и при­нимает данные почти в шесть раз быстрее стандартного парал­лельного порта, чему способствует то, что порт ЕРР имеет бу­фер, сохраняющий передаваемые и принимаемые символы до момента, когда принтер будет готов их принять. Специальный режим позволяет порту ЕРР передавать блоки данных непосред­ственно из RAM PC в принтер и обратно, минуя процессор. При использовании надлежащего программного обеспечения порт ЕРР может передавать и принимать данные со скоростью до 2 Мбит/с.

Порт ЕСР, обладая всеми возможностями порта ЕРР, обеспе­чивает повышенную скорость передачи данных за счет функции сжатия данных. Для сжатия данных используется метод RLE (Run length Encoding), согласно которому длинная последовательность одинаковых символов передается всего лишь двумя байтами: один байт определяет повторяющийся символ, а второй - число по­вторений. При этом стандарт ЕСР допускает сжатие и распаковку данных как программно (путем применения драйвера), так и ап-паратно (схемой порта). Данная функция не является обязатель­ной, поэтому порты, периферийные устройства и программы могут ее и не поддерживать. Она может быть реализована, когда режим сжатия данных поддерживается как портом ЕСР, так и принте­ром. Увеличение скорости передачи данных с помощью порта ЕСР существенно уменьшает время распечатки данных на принтере.


Использование преимуществ функциональных возможностей портов ЕСР и ЕРР возможно при наличии компьютера, оборудо­ванного одним из этих стандартов.

Последовательная связь осуществляется побитно: от­дельные биты пересылаются (или принимаются) последователь­но один за другим по одному проводу, при этом возможен обмен данными в двух направлениях, прием и передача данных осуще­ствляются с одинаковой тактовой частотой. Для последователь­ных интерфейсов выбор подключаемых устройств значительно шире, поэтому большинство ПК обычно оборудовано двумя ин­терфейсными разъемами для последовательной передачи данных. В качестве стандартного обозначения для последовательного интерфейса чаще всего используют RS-232, RS-422, RS-465. Разъемы последовательного интерфейса на ПК представляют собой 9-контактный (вилка) Sub-D или 25-контактный (вилка) Sub-D.

Для установления связи между двумя последовательными ин­терфейсами предварительно необходимо сконфигурировать их со­ответствующим образом, т.е. указать, как будет осуществляться обмен данными: скорость обмена, формат данных, контроль чет­ности и т. п. Аппаратное конфигурирование интерфейса путем со­ответствующей установки джамперов или переключателей неудоб­но, поскольку приходится вскрывать корпус ПК. Обычно конфи­гурирование последовательного интерфейса осуществляется про­граммным способом, тем более что среда Windows предоставляет такую возможность.


Передача данных от центрального процессора к любому периферийному устройству и наоборот контролируется заданием запроса на прерывание IRQ...

Прерывания и адреса

Передача данных от центрального процессора к любому периферийному устройству и наоборот контролируется заданием запроса на прерывание (IRQ) и адреса ввода-вывода (I/O address). Для внешнего периферийного устройства запрос на прерывание и адрес ввода-вывода приписываются тому порту, через который оно подсоединяется.

Сами слова "запрос на прерывание" сообщают, что прерывается работа ЦП и ему предписывается заняться данными, поступающими с какого-либо устройства. Всего существует 16 прерываний - от 0 до 15. Все последовательные и параллельные порты, как правило, требуют своего собственного запроса прерывания, за исключением того, что порты СОМ1 и COM3, а также COM2 и COM4 зачастую имеют общий запрос прерывания.

Для каждого порта нужно указывать уникальный адрес ввода-вывода, который подобен почтовому ящику для приходящей на адрес ЦП корреспонденции, в котором она хранится до обработки. Если какой-либо запрос на прерывание или адрес ввода-вывода используются одновременно более чем одним устройством, то ни одно из них не будет работать надлежащим образом и может даже "зависнуть" ПК.

При проблемах с портом проверьте, какие запросы на прерывание и адрес ввода-вывода ему приписаны.

Панель управления - Система - Устройства - Порты СОМ и LPT

Если вы увидите перед какой-либо строчкой желтый кружок с восклицательным знаком внутри, то, возможно, найдете причину "помехи". Выделив строчку, нажмите "Свойства - Ресурсы". В поле "Список конфликтующих устройств" найдите, что вызывает конфликт. Если окажется, что это какая-нибудь старая плата, не поддерживающая Plug & Play, то она будет указана в списке как "Неизвестное устройство".

Чтобы разрешить проблему, измените для одного из устройств-нарушителей запрос на прерывание или адрес ввода-вывода. Если порт находится на системной плате, то используйте для этого программу начальной установки системы System Setup (BIOS).

Для вхождения в System Setup во время запуска ПК нажмите клавишу "Delete", "F1" или иную - узнайте в документации на систему. Во многих программах начальной установки можно назначать запрос на прерывание и адрес ввода-вывода (установить ресурсы) для каждого конкретного порта, отменив старые.

Найдите неиспользуемый запрос на прерывание или адрес ввода-вывода.

Панель управления - Система - Устройства - Компьютер

Вы увидите полный список применяемых ресурсов. Если неиспользуемых запросов на прерывание нет, то попробуйте отключить с помощью System Setup неиспользуемый порт.

После этого...

Система - Устройства - Конфликтующее устройство - Ресурсы

Выключите функцию "Автоматическая настройка". В окне "Перечень ресурсов" выберите тип ресурса, нажмите кнопку "Изменить" и в поле "Значение" задайте новое (неиспользуемое) значение запроса на прерывание или адрес ввода-вывода.

Установка параметров паралельных портов

Параллельные порты обозначаются аббревиатурой LPT. Компьютер автоматически приписывает каждому обнаруженному параллельному порту адреса от LPT1 до LPT3.

Если вы устанавливаете второй параллельный порт, убедитесь, что он не использует уже имеющийся запрос на прерывание. В некоторых компьютерах LPT1 и LPT2 по умолчанию применяют IRQ7. С помощью Диспетчера устройств установите IRQ5 для LPT2. Если это невозможно, то используйте программу Setup CMOS вашей системы.

Стандартные установки ресурсов параллельных портов

LPT-порт Запрос на прерывания Адрес ввода-вывода
LPT1 IRQ7 ЗВС
LPT2 IRQ7 378
LPT3 IRQ5 278

Установка параметров последовательных портов

Каждый последовательный порт идентифицируется с помощью одного из восьми возможных СОМ-адресов - СОМ1, COM2 и т. д., каждому из которых соответствуют свой уникальный адрес ввода-вывода и запрос на прерывание.

Будьте внимательны при установке в ПК устройства, требующего СОМ-порта. Порты СОМ1 и COM2 имеют стандартные адреса ввода-вывода и запросы на прерывание, которые нигде не должны изменяться (обычно могут быть изменены только в программе Setup CMOS вашего ПК). Если для нового устройства требуется назначить порт СОМ1 или COM2, то при загрузке ПК войдите в программу Setup и либо отключите последовательный порт, приписанный к СОМ1 или COM2, либо, если нужно освободить соответствующие установки для добавляемого устройства, измените идентифицирующие его запрос на прерывание и адрес ввода-вывода.

Заметьте, что все стандартные адреса ввода-вывода используют только третье и четвертое прерывания. Поскольку два устройства не должны использовать один и тот же запрос на прерывание, то постарайтесь для новых внешних устройств приписать портьте COM3 по COM3, вручную устанавливая запросы на прерывание и адреса ввода-вывода с помощью Диспетчера устройств (диалоговое окно "Свойства: Система" ).

Стандартные установки ресурсов последовательных портов

СОМ-порт Запрос на прерывание Адрес ввода-вывода
СОМ1 IRQ4 3F8
COM2 IRQ3 2F8
COM3 IRQ4 ЗЕ8
COM4 IRQ3* 2Е8
СОМ5 IRQ4* ЗЕО
СОМ6 IRQ3* 2ЕО
СОМ7 IRQ4* 338
СОМ8 IRQ3* 238

* Могут быть установлены с помощью Диспетчера устройств Windows 9x (Свойства: Система)

Оптимизация последовательных портов

Компьютер имеет один либо два встроенных последовательных порта в виде 9-штырькового разъема, обычно расположенных на задней панели компьютера. С помощью такого порта за единицу времени можно передать лишь 1 бит данных, в то время как посредством параллельного - 8 бит. Скорость работы последовательного порта зависит от универсального асинхронного приемо-передатчика (UART), преобразующего проходящий через шину ПК параллельный поток данных в однобитовый.

Как правило, современные ПК поставляются с UART модели 16550. В этом случае максимальная пропускная способность составляет 115 кбит/с, что обеспечивает достаточную полосу пропускания для большинства последовательных устройств. Более старые UART моделей 16450 и 8250 с этой задачей уже не справляются. Но иногда производительности UART 16550 может оказаться недостаточно, ведь некоторые аналоговые модемы обрабатывают сжатые данные со скоростью 230 кбит/с, а адаптеры ISDN - до 1 Мбит/с. Так что, если вам требуется большая скорость передачи данных, покупайте плату расширения с UART модели 16750, способной работать со скоростью 921 кбит/с.

Работа с параллельными портами

Параллельные порты обычно используются для принтеров, хотя через них могут подключаться к ПК и другие устройства, например сканеры. С их помощью можно передавать данные со скоростью от 40 Кбайт/с до 1 Мбайт/с, а иногда даже с большей.

В основном все ПК поставляются с одним параллельным портом в виде 25-штырькового разъема на задней панели. Чтобы добавить второй порт, необходимо купить контроллер ввода-вывода и установить его в разъем расширения на системной плате. Параллельный порт бывает четырех типов - однонаправленный, двунаправленный, с улучшенными возможностями (ЕРР-порт) и с расширенными возможностями (ЕСР-порт). Для каждого из них характерны различные скорость и возможности. Порты большинства новых ПК поддерживают все четыре режима, и чтобы узнать, какой из них обеспечивает параллельный порт, посмотрите в программе Setup (CMOS Setup utility) вашего ПК раздел периферийных устройств (Integrated peripherals).

Однонаправленный порт иногда называется также SPP-портом. Эта базовая конфигурация пропускает данные со скоростью 40-50 Кбайт/с лишь в одном направлении - к принтеру или другому внешнему устройству.

Двунаправленный порт. Обеспечивает двусторонний обмен данными со скоростью передачи от 100 до 300 Кбайт/с между ПК и внешним устройством. При этом информация о состоянии последнего поступает в компьютер.

Порт с улучшенными возможностями (ЕРР). Разработан для внешних дисководов и сетевых адаптеров, требующих высокой производительности. Обеспечивает скорость передачи данных от 400 Кбайт/с до 1 Мбайт/с и более.

При установке в программе System Setup опции ЕРР предлагаются версии 1.7 и 1.9. Практически для всех периферийных устройств, купленных в последние годы, нужно выбирать 1.9.

Порт с расширенными возможностями (ЕСР). Повышает скорость и расширяет возможности обмена данными между внешним устройством и компьютером. Если принтер и иное периферийное устройство поддерживают ЕСР, то они непосредственно выдают сообщения о состоянии устройств и ошибках.

Если в программе. System Setup задать опцию ЕСР, то появится строчка для выбора DMA-канала (канал непосредственного доступа к памяти, direct memory access). Необходимо задать его так же, как и при запросе на прерывание. Чтобы предотвратить возникновение конфликтов DMA-каналов, просмотрите свободные из них в окне "Свойства: Компьютер" , как описано выше. Если конфликта не избежать, то вернитесь к двунаправленному режиму порта.

Лучший порт для урагана данных.

В новых системах и периферийных устройствах параллельные и последовательные порты стали заменять универсальной последовательной шиной (Universal Serial Bus , USB). С ее помощью можно достичь скорости передачи данных до 12 Мбит/с, а также подключать при наличии всего одного порта клавиатуры, мониторы, мыши и многие другие (до 127) устройства, которые, как и с решающим сходные задачи SCSI-интерфейсом, могут быть соединены "цепочкой" . При этом используется всего один запрос прерывания. USB-шину можно устанавливать и на более старые компьютеры, купив соответствующую плату расширения.