Параллельные интерфейсы Выполнили студенты 4 курса физико-технического факультета

Параллельные интерфейсы Выполнили: студенты 4 курса физико-технического факультета, гр. 21402 Фролов Д. И Лебедев П. А. 1

Параллельный интерфейс — для каждого бита передаваемой группы используется своя сигнальная линия (обычно с двоичным представлением), и все биты группы передаются одновременно за один квант времени. Примеры: параллельный порт подключения принтера (LPT-порт, 8 бит), интерфейс ATA/ATAPI (16 бит), SCSI (8 или 16 бит), шина PCI (32 или 64 бита); LPT - порт SCSI - порт Разъемы PCI 34 -pin-Floppy и 40 -pin ATA/ATAPI 2

Пропускная способность параллельных интерфейсов Скорость передачи данных равна числу бит, передаваемых за квант времени, деленному на продолжительность кванта. • Для синхронных интерфейсов, у которых имеется сигнал синхронизации (clock), определяющий возможные моменты возникновения всех событий (смены состояния) тактовая частота интерфейса — величина, обратная длительности кванта. • Для асинхронных интерфейсов можно воспользоваться эквивалентной тактовой частотой — величиной, обратной минимальной продолжительности одного состояния интерфейса. Максимальная (пиковая) скорость передачи данных равна произведению тактовой частоты на разрядность интерфейса. У последовательного интерфейса разрядность 1 бит, у параллельного она соответствует числу параллельных сигнальных цепей передачи битов данных. 3

Соответственно, максимальная пропускная способность напрямую зависит от максимальной тактовой частоты и разрядности. Максимальная тактовая частота определяется достижимым (при разумной цене и затратах энергии) быстродействием приемопередающих цепей устройств и частотными свойствами кабелей. В параллельном интерфейсе существует явление перекоса (skew), существенно влияющее на достижимый предел тактовой частоты. Сигналы, одновременно выставленные на одной стороне интерфейсного кабеля, доходят до другого конца не одновременно из-за разброса характеристик цепей. На время прохождения влияет длина проводов, свойства изоляции, соединительных элементов и т. п. Перекос (разница во времени прибытия) сигналов разных битов должен быть существенно меньше кванта времени, иначе биты будут искажаться (путаться с одноименными битами предшествующих и последующих посылок). Перекос также ограничивает и допустимую длину интерфейсных кабелей: при одной и той же относительной погрешности скорости распространения сигналов на большей длине появляется больший перекос. Перекос сдерживает и увеличение разрядности интерфейса: чем больше используется параллельных цепей, тем труднее добиться их идентичности. 4

Двойная синхронизация DDR Для повышения пропускной способности параллельных интерфейсов с середины 90 -х годов стали применять двойную синхронизацию DDR (Dual Data Rate). Ее идея заключается в выравнивании частот переключения информационных сигнальных линий и линий стробирования (синхронизации). В SDR данные информационных линий воспринимаются только по одному перепаду (фронту или спаду) синхросигнала, что удваивает частоту переключения линии синхросигнала относительно линий данных. При двойной синхронизации данные воспринимаются и по фронту, и по спаду, так что частота смены состояний всех линий выравнивается, что при одних и тех же физических параметрах кабеля и интерфейсных схем позволяет удвоить пропускную способность. На высоких частотах также применяется синхронизация от источника данных (Source Synchronous transfer): сигнал синхронизации, по которому определяются моменты переключения или действительности (валидности) данных, вырабатывается самим источником данных. Это позволяет точнее совмещать по времени данные и синхронизующие импульсы, поскольку они распространяются по интерфейсу параллельно в одном направлении. 5

LPT(IEEE 1284 -AB) 25 – контактный разьем DB – 25 IEEE 1284, LPT (Line Print Terminal) — международный стандарт параллельного интерфейса для подключения периферийных устройств персонального компьютера. Параллельные интерфейсы используют логические уровни ТТЛ (транзисторно-транзисторной логики), что ограничивает длину кабеля 3 мя метрами, изза невысокой помехозащищенности ТТЛинтерфейса. Гальваническая развязка отсутствует. Конструкция кабеля: витые пары в общем экране, либо витые пары в индивидуальных экранах. Кабельный 36 -контактный разъём Centronics для подключения внешнего устройства 6

Контакты Centronics IEEE 1284 -B Контакты DB-25 IEEE 1284 -A Обозначение Примечание Функция 1 1 Strobe 2 -9 Data 0 – Data 7 10 10 Acknowledge 11 11 Busy Маркер цикла передачи (выход) Сигнал 0 -9 (выход) Готовность принять (вход) Занят (вход) 12 12 Paper End Нет бумаги (вход) Состояние 13 14 15 13 14 32 Select Auto Feed Error Состояние Управление Состояние 16 31 Init 17 36 Select In 18 -25 16 -17, 19 -30 GND Выбор (вход) Автоподача (выход) Ошибка (вход) Инициализация (выход) Управление печатью (выход) Общий Управление Данные Состояние Управление Земля 7

LPT(IEEE 1284 -AB) Стандарт позволяет использовать интерфейс в нескольких режимах: • SPP (Standard Parallel Port) — однонаправленный порт, полностью совместим с интерфейсом Centronics. • Nibble Mode — позволяет организовать двунаправленный обмен данными в режиме SPP путём использования управляющих линий (4 бит) для передачи данных от периферийного устройства к контроллеру. • Byte Mode — редко используемый режим двустороннего обмена данными. Использовался в некоторых старых контроллерах до принятия стандарта IEEE 1284. • EPP (Enhanced Parallel Port) — разработан компаниями Intel, Xircom и Zenith Data Systems — двунаправленный порт, со скоростью передачи данных до 2 МБайт/сек. (1991) • ЕСР (Extended Capabilities Port) — разработан компаниями Hewlett-Packard и Microsoft — в дополнение появились такие возможности, как наличие аппаратного сжатия данных, наличие буфера и возможность работы в режиме DMA. 8

ATAATAPI ATA (англ. Advanced Technology Attachment) — параллельный интерфейс подключения накопителей (жёстких дисков и оптических дисководов) к компьютеру. В стандарте АТА определён интерфейс между контроллером и накопителем, а также передаваемые по нему команды. Интерфейс имеет 8 регистров, занимающих 8 адресов в пространстве ввода-вывода. Разрядность шины данных составляет 16 бит. Количество каналов, присутствующих в системе, может быть больше 2. Главное, чтобы адреса каналов не пересекались с адресами других устройств ввода-вывода. К каждому каналу можно подключить 2 устройства (master и slave), но в каждый момент времени может работать лишь одно устройство. ATAPI (ATA Packet Interface) - стандарт, созданный с тем, чтобы позволить таким устройствам, как дисководы CD-ROM или стриммеры, подключаться напрямую к ATA-портам. ATAPI практически полностью совпадает со SCSI на уровне команд 9

Контроллер (управлявший всеми операциями ввода-вывода) был интегрирован в сам привод, а не вынесен в виде отдельной платы расширения, как раньше. Это позволяло: • Увеличить скорость работы устройства • Удешевить производство • Упростить схему обмена данными с накопителем В данном интерфейсе начал применяться прямой доступ к памяти, что позволило снизить нагрузку на ЦП. Роль последнего сводится лишь к отдаче команд на выполнение того или иного действия 10

Кабель слева имеет 80 жил (проводников), справа - 40. С ростом скоростей передачи данных резко возросла роль взаимных помех и наводок отдельных проводников в кабеле друг на друга, поэтому был введен новый кабель. Причем все дополнительные двадцать пар его проводов это - проводники заземления (Ground), чередующиеся с проводниками информационными. Такое чередование уменьшает емкостную связь между отдельными жилами и, таким образом, сокращает взаимные наводки. 11

SCSI (Small Computer System Interface) — представляет собой набор стандартов для физического подключения и передачи данных между компьютерами и периферийными устройствами. SCSI стандарты определяют команды, протоколы и электрические и оптические интерфейсы. Разработан для объединения на одной шине различных по своему назначению устройств, таких как жёсткие диски, накопители на магнитооптических дисках, приводы CD, DVD, стримеры, сканеры, принтеры и т. д. Параллельные шины SCSI всегда должны терминироваться с обеих сторон для обеспечения нормального функционирования. 12

КЛАССИФИКАЦИИ ИНТЕРФЕЙСА SCSI Скорость Ширина на шине, шины, Мбайт/се биты к Максимальная длина кабеля, метров SE LVD HVD Narrow/Wide N/W N/W SCSI-1 5/– 8/– 6/– Fast 10/20 8 /16 3/6 Ultra 20/40 8/16 3(1, 5)/3( –/12 1, 5) 25/25 Ultra 2 40/80 8/16 – 12/12 25/25 Ultra 160 –/16 – –/12 – HD-68, HD VHDCI-68 80 Ultra 320 –/16 – –/12 – HD-68, HD VHDCI-68 80 Стандарт Вид SCSI-2 Максимал ьное колво устройств Внешние разъемы, кол-во контактов N/W N/W 12/– 25/– 8/– DB-25/– CX-50/– LD 50/- 12/12 25/25 16/16 HD-50/HD -68 HD-50/HD 4(8)/4(8) -68 HD-50/HD 8/16 -68 SCSI-3 SE – Single-Ended, сигнал ТТЛ-уровня; LVD – Low Voltage Differential, низковольтный дифференциальный; HVD – High Voltage Differential, дифференциальный; HD – High Density, высокая плотность контактов разъёма; LD – Low Density, низкая плотность контактов разъёма. LD 50/HD 68 13

ШИНА SCSI В SCSI-системах принято делить все устройства на Инициаторы (ИУ, Initiator) и Исполнители (ЦУ, Target). Существуют следующие варианты шины SCSI: • Wide Wirth (широкая шина) – соответственно 16 -битная шина данных (D 0 -D 15, 27 каналов [54 линии] для LVD и 36 линий для SE), • Narrow Wirth (узкая шина) – соответственно 8 -битная шина данных (D 0 -D 7, 18 каналов [36 линий] для LVD и 18 линий для SE). 14

Асинхронная передача данных I/O = « 0» – передача Initiator => Target, I/O = « 1» – передача Initiator <= Target. Передача каждого байта сопровождается взаимосвязанной парой сигналов REQ/ACK. Initiator фиксирует принимаемые данные по отрицательному перепаду сигнала REQ, Target считает принимаемые данные действительными по отрицательному перепаду сигнала ACK. Синхронная передача данных Является опцией и может использоваться в фазах Data Out и Data In и только по результатам предварительной договорённости, которая реализуется посредством сообщений «Synchronous Data Transfer Request» . 15

PCI (Peripheral component interconnect, взаимосвязь периферийных компонентов) — шина ввода/вывода для подключения периферийных устройств к материнской плате компьютера. Стандарт на шину PCI определяет: • физические параметры (например, разъёмы и разводку сигнальных линий); • электрические параметры (например, напряжения); • логическую модель (например, типы циклов шины, адресацию на шине). Спецификация • частота шины — 33, 33 или 66, 66 МГц, передача синхронная; • разрядность шины — 32 или 64 бита, шина мультиплексированная (адрес и данные передаются по одним и тем же линиям); • пиковая пропускная способность для 32 -разрядного варианта, работающего на частоте 33, 33 МГц — 133 Мбайт/с; • адресное пространство памяти — 32 бита (4 байта); • адресное пространство портов ввода-вывода — 32 бита (4 байта); • конфигурационное адресное пространство (для одной функции) 256 байт; • напряжение 3, 3 или 5 В. 16

МОДИФИКАЦИИ ИНТЕРФЕЙСА 17

Список литературы 1. Гук М. Ю. , Аппаратные средства IBM PC. Энциклопедия. 3 -е изд. , СПб, 2006, 1026 стр. , ил. 2. «Некоторые нюансы разъемов принтеров типа „Centronics“» . Радио. Аматор, № 10 2002 год. Стр. 22 3. Скотт Мюллер. Модернизация и ремонт ПК = Upgrading and Repairing PCs. 4. www. ixbt. com/storage/scsi. html 18

Спасибо за внимание! 19