Порты ввода - вывода. Устройства параллельного и последовательного ввода - вывода

Порт ввода-вывода

Канал передачи данных между устройством и микропроцессором. Порт представляется в микропроцессоре как один или несколько адресов памяти, из которых можно прочитать или в которые можно записать данные.

Параллельный порт

Разъем ввода/вывода для подключения устройств параллельного интерфейса. Большинство принтеров подключаются к параллельному порту.

Последовательный порт

Порт компьютера для организации побайтной асинхронной связи. Последовательный порт называется также коммуникационным или COM – портом.

Асинхронная связь

Форма передачи данных, в которой информация передается и принимается через нерегулярные интервалы времени, один символ за раз. Так как данные принимаются через нерегулярные интервалы времени, получающему модему должно быть передано сообщение, позволяющее ему определить, когда начинаются и заканчиваются биты данных символа. Для этого предназначены стартовый и стоповый биты.

Параллельный порт (LPT)

(25 – контактный разъем). Предназначен для подключения принтера, сканера, а также – внешних устройств для хранения и траспортировки информации (накопителей). До недавнего времени отличался сравнительно высокой скоростью передачи данных (около 2 Мбайт/с). Как правило, LPT – разъем на задней стенке компьютера единственный.

Последовательные порты (COM) (9 – и 25 – контактный разъем) отличаются куда меньшей скоростью (около 112 кбайт/с). Потому и выпадала на их долю поддержка всяческих «неспешных» устройств – например, мыши или модема. Первоначально COM – портов на компьютере было четыре, однако со временем их осталось лишь два. Мышь предпочла последовательному порту свой собственный разъем PS/2, разделив его с клавиатурой, а на долю COM – порта осталась лишь поддержка медлительного модема. Со временем и модем эмигрирует к новому порту USB – тогда COM – порт окончательно и бесповоротно уйдет в прошлое.

В свое время мышь и клавиатура подключались к разным разъемам: мышь по соседству с модемом на COM – порте, а клавиатура имела свой собственный, ни на что не похожий разъем. PS/2 – порт впервые появился на массовых материнских платах в 1998 году. Подключить к нему что – то кроме мыши и клавиатуры не получится.

Последовательный порт и интерфейс USB.

Эту новинку, успешно дебютирующую в 2000 году, называли одной из самых значительных новаций десятилетия. Одним из главных плюсов USB является то, что на один USB – порт можно подключить 127 устройств (в отличие от старых портов: к каждому можно было подключить только одно устройство). Все USB – устройства могут подключаться к компьютеру «по цепочке» - в том случае, если у каждого «звена» имеется свой USB – порт или USB – хаб на несколько портов одновременно. Единственное правило, которое следует соблюдать при работе с USB – первыми в цепочке должны быть самые производительные устройства: принтер, сканер, колонки, накопители. А в самом конце - медленные клавиатура и мышь.

Еще одно важное качество USB – этот интерфейс позволяет подключать к компьютеру любые устройства без перезагрузки системы.

Скорость первой модификации USB (а именно к этому стандарту относятся все устройства, выпущенные до конца 2000 года) составляет около 12 Мбайт/с (на деле ряд подключенных к USB устройств работает с куда меньшей скоростью – до 1,5 Мбайт/с). Новая спецификация шины USB 2.0, принятая в апреле 2000 года, планировала увеличить скорость передачи данных до 60 Мбайт/с, однако новые устройства, поддерживающие такую скорость обмена, вышли на рынок только в конце года. USB 2.0 совместима с устройствами USB старого формата, но работать они будут с прежней скоростью.

Инфракрасный порт

Оптический порт, предназначенный для связи компьютера с другими компьютерами или устройствами посредством инфракрасного излучения, без кабелей. Инфракрасные порты применяются на некоторых переносных компьютерах, принтерах и камерах.

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.

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.

Для того чтобы передать информацию какому-либо устройству или получить ее от этого устройства, компьютеру необходимо специально организовать процесс обмена данными.

Организация операций, связанных с вводом и выводом информации, подразумевает следующее:

соблюдение одинакового кода передаваемых данных (то есть «разговор на одном языке»);

согласование скоростей передачи и приема информации (или «диалог в одинаковом темпе»);

единство формата обмена данными (то есть способ дробления их на фрагменты, передаваемые за один цикл);

стандартный протокол специальных управляющих сигналов (команды, «понятные» принимающему и передающему устройству) .

Для того чтобы соблюсти все указанные требования, в компьютере существуют специализированные контроллеры ввода/вывода, предназначенные только для организации работы по обмену информацией с внешним миром. Этот обмен реализуется через специальные «ворота» (каналы), получившие название портов .

Обмен (то есть ввод и вывод) данных между компьютером и периферийным устройством происходит в два этапа: передача информации от компьютера к периферийному устройству и прием информации от периферийного устройства. Такая организация работы требуется для исключения возникающих ошибок (например, при переполнении приемного буфера периферийного устройства или наличии внешней помехи) и оперативного информирования системы о состоянии процесса ввода/вывода.

Помимо оперативной памяти, процессор может адресовать и другую область, известную как адресное пространство ввода-вывода. Каждый порт ввода-вывода имеет уникальное множество адресов ввода-вывода. Микропроцессор включает две команды: IN и OUT, используемые для чтения и записи данных в адресном пространстве ввода-вывода, а также другие инструкции, управляющие портами ввода-вывода (эти команды будут рассмотрены при изучении языка ассемблера).

Порты ввода/вывода, соответственно способам передачи, подразделяют на параллельные и последовательные.

В параллельном порту (Parallel Port) в одном направлении одновременно передаются сразу 8 бит (1 байт) информации. Поэтому разъем параллельного порта содержит восемь линий для передачи данных, а на компьютере с двунаправленным параллельным портом разъем дополнительно восемь линий используются для приема данных.

Для параллельного порта не существует международного стандарта, однако в качестве фактического стандарта используется спецификация, опубликованная фирмой-изготовителем периферийных устройств Centronics (поэтому ее часто называют стандартом Centronics).

Интерфейс Centronics в компьютере использует для обмена данными 25-контактный «материнский» разъем (контактные гнезда под штыри кабеля).

Существуют следующие типы параллельного порта:

стандартный;

улучшенный параллельный порт EPP (Enhanced Parallel Port);

порт с расширенными функциями ECP (Extended Capability Port).

Стандартный параллельный порт предназначен только для односторонней передачи данных от компьютера к принтеру. Он обеспечивает максимальную скорость передачи данных от 120 до 200 Кбайт/с.

Порт EPP является двунаправленным, то есть обеспечивает передачу 8 бит данных в обоих направлениях. Это избавляет центральный процессор от необходимости выполнения медленных команд типа IN и OUT, позволяя программе непосредственно заниматься пересылкой данных. Порт EPP передает и принимает данные почти в 6 раз быстрее стандартного параллельного порта, в основном, за счет наличия буферной памяти. Специальный режим (с использованием прямого доступа в память – DMA) позволяет порту EPP передавать блоки данных непосредственно из оперативной памяти в последовательный порт, минуя процессор. При использовании соответствующего программного обеспечения порт EPP может принимать и передавать данные со скоростью до 2 Мбайт/с. Подобно интерфейсу SCSI порт EPP позволяет подключать в цепочку до 64 периферийных устройств.

Дальнейшим развитием порта EPP явился порт ECP . Он обладает теми же возможностями, что и порт EPP, но количество устройств увеличено до 128. Кроме того, в порту ECP реализована такая важная функция, как сжатие данных.

Для сжатия данных используется метод RLE (Run Length Encoding), в котором длинная последовательность одинаковых символов передается двумя байтами: один байт определяет повторяющийся символ, другой – число повторений. Стандарт ECP допускает сжатие и распаковку данных как программно (с помощью драйвера), так и аппаратно (схемой порта).

В настоящее время стандарты портов EPP и ECP включены в стандарт IEEE 1284 . Этот стандарт определяет четыре режима работы: полубайтовый, байтовый, EPP и ECP. Дополнительно к функциям портов EPP и ECP стандарт IEEE 1284 позволяет принтеру послать сигнал при аварии.

Хотя в операционной системе предусмотрено три логических имени для параллельных портов – LPT1 (синоним PRN), LPT2 и LPT3 обычно в комплектацию компьютера входит один параллельный порт (в современных компьютерах контроллер параллельного порта располагается на материнской плате)

Параллельный порт чаще всего используется для подключения принтера. Однако к нему можно подключать и другие устройства, например, сканеры, внешние дисководы, стримеры и дисководы CD. Параллельный порт можно использовать также для обмена данными между двумя компьютерами.

Параллельный порт обеспечивает довольно высокую скорость передачи, поскольку эта передача осуществляется побайтно. Однако при большой длине кабеля или при не очень интенсивном обмене данными удобнее оказывается последовательный порт.

Последовательный порт (Serial Port) передает в одном направлении одновременно всего лишь 1 бит информации. Данные могут передаваться через этот порт как от ПК к внешнему устройству, так и наоборот.

Последовательные порты компьютера обычно соответствуют международному стандарту RS-232C (Reference Standard 232 версии С), поэтому к этому порту можно подсоединить любое устройство, которое также ориентировано на этот стандарт (например, мышь, модем, последовательный принтер или последовательный порт другого компьютера). Этот интерфейс использует 9 каналов связи: один из них служит для передачи информации от компьютера, другой – для приема данных от периферийного устройства. Оставшиеся 7 каналов используются для управления самим процессом обмена данными.

Последовательный порт состоит из UART-микросхемы (Universal Asynchronous Receiver/Transmitter – универсальный асинхронный приемник/передатчик) и некоторых поддерживающих компонентов. Эта микросхема принимает байты данных от шины компьютера, преобразует их в строку битов, добавляет необходимые биты кадровой синхронизации и затем выполняет передачу данных, а также выполняет обратные действия по приему строки данных.

Современные микросхемы UART оснащены буферной памятью и обеспечивают скорость передачи данных до 115 Кбит/с.

Данные при последовательной передаче разделяются служебными посылками, такими, как стартовый бит и стоп-бит. Эти биты указывают на начало и конец передачи последовательных бит данных. Данный метод передачи позволяет осуществить синхронизацию между приемной и передающей стороной, а также выровнять скорость обмена данными.

Для идентификации и распознавания ошибок при последовательной передаче в состав посылки дополнительно может включаться бит контроля четности. Значение бита контроля четности определяется двоичной суммой всех передаваемых битов данных. В режиме, когда бит контроля четности четный (Even Parity), значение бит контроля четности равно 0, если сумма битов четная, и 1 – в противном случае. Биты контроля четности имеют инверсные (обратные) значения (соответственно 1 или 0), если бит контроля четности нечетный (Odd Parity).

Стандартная комплектация компьютера содержит два последовательных порта. В современных компьютерах контроллеры последовательных портов, также, как и контроллер параллельного порта, располагается на материнской плате. Отличие разъема последовательного порта от параллельного состоим в том, что этот разъем имеет контактные штыри, а не гнезда («отцовский» разъем). В старых компьютерах использовался один 25-контактный и один 9-контактный разъем, в современных компьютерах – два 9-контактных разъема. Длина кабеля последовательного порта ограничена 18 м. Основным устройством, подключаемым к последовательному порту, является модем.

Некоторые компьютеры, особенно ориентированные на коммуникационные приложения, могут иметь последовательные порты, выполненные по другим стандартам (например, RS-449A или RS-613), имеющие более высокую скорость передачи данных на более дальние расстояния.

Одним из самых старых портов компьютера является LPT-порт или параллельный порт. И хотя LPT-порт сейчас можно увидеть далеко не на всякой материнской плате, тем не менее, читателям, возможно, интересно было бы узнать, что он из себя представляет.

Прежде всего, разберемся с названием порта. Возможно, далеко не все знают, что обозначает аббревиатура LPT. На самом деле, LPT – это сокращение от словосочетания Line Print Terminal (построчный принтерный терминал). Таким образом, становится понятным, что LPT-порт предназначался, прежде всего, для подключения принтеров. Именно поэтому порт LPT имеет и еще одно название – порт принтера. Хотя теоретически могут подключаться к LPT и другие устройства.

LPT-порт имеет давнюю историю. Он был разработан фирмой Centronics (поэтому данный порт часто называют также портом Centronics), производившей матричные принтеры еще до начала эпохи персоналок, в начале 1970-х. А в начале 1980-х LPT-порт стал использоваться фирмой IBM в своих компьютерах и на какое-то время стал стандартным портом для подключения высокоскоростных (на то время) устройств.

Внешний вид параллельного порта на задней панели компьютера

Интерфейс LPT существовал в нескольких редакциях. В оригинальной версии LPT-порт был однонаправленным, то есть мог передавать данные лишь в одном направлении – к периферийному устройству. Разумеется, такая ситуация не устраивала пользователей, поскольку существовали принтеры, которые требовали передачи данных в обоих направлениях. Поэтому впоследствии интерфейс LPT несколько раз был усовершенствован, пока не был разработан его международный стандарт IEEE 1284. В соответствии с этим стандартом интерфейс параллельного порта поддерживал несколько режимов работы и был также совместим со старыми стандартами. Кроме того, интерфейс в своей конечной редакции поддерживал относительно высокие скорости передачи данных – до 5 Мб/с.

Принцип работы параллельного порта

Порт LPT называется параллельным потому, что в подключаемом к нему кабеле данные передаются параллельно, то есть, одновременно по нескольким проводникам. Этим свойством параллельный порт отличается от другого порта компьютера –последовательного порта COM.

Проводников, передающих сами данные, в кабеле Centronics насчитывается 8. Кроме того, в кабеле присутствует несколько линий, по которым передаются управляющие сигналы.

Хотя параллельный порт большей частью используется для подключения принтеров, тем не менее, существовали и другие его применения. Во-первых, при помощи порта LPT можно напрямую соединить два компьютера – посредством специального кабеля Interlink. До широкого распространения сетевых карт Ethernet подобное соединение, хоть и не обеспечивавшее пользователю большую скорость передачи данных, зачастую было, тем не менее, единственным способом связать два компьютера. Существуют также электронные ключи, предназначенные для подключения к порту LPT.

Кабель для передачи данных между компьютерами - Interlink

Как и в случае многих других устройств на материнской плате, режимы работы параллельного порта часто можно настроить через BIOS Setup. Как правило, для этого используются такие опции BIOS, как Parallel Port, Parallel Port IRQ, Parallel Port DMA и т.п.

Разъем параллельного порта на материнской плате и кабель Centronics

Разъем порта LPT обычно располагается непосредственно материнской плате, хотя до середины 1990-x гг. он обычно присутствовал на вставляемой в слот расширения так называемой мультикарте, на которой были также расположены другие порты компьютера. Выход порта представляет собой 25-контактный разъем типа «розетка», который называется разъемом DB25.

ISA мультикарта с LPT(DB25 - «мама») и игровым портом на борту.

Для подключения к принтеру используется специальный кабель ­­– кабель Centronics. Один конец (вилка) кабеля Centronics подключается к порту, другой (также вилка) – к специальному разъему принтера. Последний разъем имеет 36 контактов. Следовательно, особенностью кабеля Centronics является то, что он имеет разные разъемы с обеих сторон.

Внешний вид кабеля Centronics.

Хотя часто разъем кабеля для материнской платы называется разъемом Centronics, тем не менее, строго говоря, разъемом Centronics называется лишь 36-контактный разъем для подключения к принтеру, а не к материнской плате. Разъем кабеля для подключения к порту называется разъемом Amphenolstacker, от названия разработавшей его американской фирмы Amphenol, производящей разъемы.

Особенности работы параллельного порта

Благодаря тому, что LPT-порт поддерживает параллельную передачу данных, в первых ПК этот порт считался одним из самых скоростных портов компьютера. Передача данных по нескольким линиям во многом сближает интерфейс LPT по архитектуре с компьютерными шинами. Тем не менее, это обстоятельство накладывает и ограничение на длину кабеля, которая из-за возникающих в кабеле помех не может превышать 5 м.

Максимальное напряжение, использующееся в сигнальных линиях порта, составляет +5 В. Для простой передачи данных требуется всего лишь десять сигнальных линий – это 8 линий собственно данных, линия строб-сигнала, то есть, сигнала о готовности порта к передаче данных, и линия занятости. Остальные линии используются для совместимости со стандартом Centronics.

LPT-порт типа «мама» с нумерацией контактов.

Назначение выводов разъема параллельного порта DB25:

• 1 – Data strobe (Строб-сигнал)
• 2-9 – Данные, биты 0-7
• 10 – Acknowledge (Подтверждение от принтера)
• 11 – Busy (Занят)
• 12 – Paper Out (Кончилась бумага)
• 13 – Select (Принтер активен)
• 14 – Auto Feed (Автоматическая подача)
• 15 – Error (Ошибка)
• 16 – Init (Инициализация принтера)
• 17 – Select Input (Выбор устройства)
• 18-25 – Земля

Заключение

LPT-порт представляет собой интерфейс персонального компьютера, который в настоящее время считается устаревшим и не имеет значительной поддержки со стороны производителей компьютерного оборудования и программного обеспечения. Однако параллельный порт до сих успешно используется во многих устаревших моделях компьютеров и принтеров.