Функциональное устройство компьютерной техники

PCI Express первого поколения декларирует скорость передачи одной полосы 2,5 Гбит/с в каждом направлении. В будущем планируется увеличить скорость до 10 Гбит/с.

Канал может состоять из нескольких полос: одной (x1 link), двух (x2 link), четырех (x4 link), восьми (x8 link), шестнадцати (x16 link) или тридцати двух (x32 link). Все устройства должны поддерживать работу с однополосным каналом. Аналогично, различают слоты: x1, x2, x4, x8, x16, x32. Однако слот может быть "шире", чем подведенный к нему канал, т.е. на слот x16 фактически может быть выведен канал x8 link и т.п.

Карта PCI Express должна физически подходить и корректно работать в слоте, который по размерам не меньше разъема на карте, т.е. карта x4 будет работать в слотах x4, x8, x16, даже если реально к ним подведен однополосный канал.

Процедура согласования канала PCI Express обеспечивает выбор максимального количества полос, поддерживаемого обеими сторонами.

При передаче данных по многополосным каналам используется принцип чередования или "разборки данных" (data stripping): каждый последующий байт передается по другой полосе.

В случае канала x2 это означает, что все четные байты передаются по одной полосе, а нечетные - по другой (см. рис. ниже).

Как и большинство других высокоскоростных последовательных протоколов, PCI Express использует схему кодирования данных, встраивающую тактирующий сигнал в закодированные данные, т.е. обеспечивающую самосинхронизацию.

Применяемый в PCI Express алгоритм 8b/10b (8 бит в 10 бит-каждый байт информации передается как 8 бит + 2 контрольных бита = 10 бит) обеспечивает разбиение длинных последовательностей нулей или единиц так, чтобы приемная сторона не потеряла границы битов.

5. Протокол PCI Express

Формат одного кадра показан на следующем рисунке. Он состоит из 1-байта - Start-of-Frame, 2-байта - Номер пакета, 16 или 20-байт - Заголовок, от 0 до 4096-байт- Data field, от 0 до 4-байт поле ECRC(End-to-end Cyclic Redundancy Check), 4- байт LCRC(Local Cyclic Redundancy Check), и 1- байт End-of Frame.

Следуя этому формату при передаче 4096 байт данных, кадр состоит из 4124 байта.

В следующей таблице можно сравнить скорости передачи данных разных шинн.

Интерфейс ATA (IDE)

Шины АТА и SCSI являются кабельными и довольно протяженными (особенно SCSI). Их области применения пересекаются на устройствах хранения данных. Область применения SCSI шире -- эта шина требуется для подключения разнообразных периферийных устройств, а не только для устройств хранения данных. В этом плане SCSI конкурирует (и пока успешно) с последовательными шинами USB и FireWire.

Интерфейс АТА -- AT Attachment for Disk Drives -- разрабатывался в 1986-1990 годах для подключения накопителей на жестких магнитных дисках к компьютерам IBM PC AT с шиной ISA. Стандарт, выработанный комитетом Х3Т10, определяет набор регистров и назначение сигналов 40-контактного интерфейсного разъема. Интерфейс появился в результате переноса контроллера жесткого диска ближе к накопителю, то есть создания устройств со встроенным контроллером - IDE (Integrated Drive Electronics). Стандартный для AT контроллер жесткого диска был перенесен на плату электроники накопителя с сохранением регистровой модели. При этом удлинилась связь с устройством со стороны системной шины, выводить которую непосредственно на длинный ленточный кабель было нецелесообразно, поскольку это сказалось бы на скорости работы шины, надежности и цене. Из всех сигналов шины ISA выбрали минимальный набор сигналов, часть из которых буферизовали на небольшой плате, устанавливаемой в слот, а часть направили прямо на разъем ленточного кабеля нового интерфейса.

Поскольку стандартный контроллер AT позволял подключать до двух накопителей, эту возможность получил и интерфейс АТА. Однако теперь два накопителя стали означать и два контроллера. Для взаимодействия пары устройств на шине ввели несколько дополнительных сигналов. Так появился интерфейс АТА для подключения устройств IDE к шине ISA. Позже их стали подключать и к локальным шинам, но набор сигналов интерфейса и протоколы обмена сохранились. Достаточно универсальный набор сигналов позволяет подключать любое устройство со встроенным контроллером, которому в пространстве портов ввода-вывода достаточно того же набора регистров. Принятая система команд и регистров, являющаяся частью спецификации АТА, ориентирована на блочный обмен данными с устройствами прямого доступа. Для иных устройств существует спецификация ATAPI, основанная на тех же аппаратных средствах, но позволяющая обмениваться пакетами управляющей информации (PI -- Package Interface). Пакетный интерфейс дает возможность расширить границы применения шины АТА. В спецификации АТА фигурируют перечисленные ниже компоненты.

Хост-адаптер - средства сопряжения интерфейса АТА с системной шиной (набор буферных схем между шинами ISA и АТА). Хостом мы будем называть компьютер с хост-адаптером интерфейса АТА. Хост-контроллер - более развитый вариант хост-адаптера.

Ленточный кабель (шлейф) с двумя или тремя 40-контактными IDС-разъемами. В стандартном кабеле одноименные контакты всех разъемов соединяются вместе.

Ведущее устройство (Master) - ПУ, в спецификации АТА официально называемое Device - 0 (устройство-0).

Ведомое устройство (Slave) - ПУ, в спецификации официально называемое Device -1 (устройство-1).

Если к шине АТА подключено одно устройство, оно должно быть ведущим. Если подключены два устройства, одно должно быть ведущим, другое -- ведомым. О своей роли (ведущее или ведомое) устройства «узнают» с помощью предварительно установленных конфигурационных джамперов. Если применяется «кабельная выборка» (см. ниже), роль устройства определяется его положением на специальном ленточном кабеле.

Оба устройства воспринимают команды от хост-адаптера одновременно. Однако исполнять команду будет лишь выбранное устройство. Если бит DEV=0, выбрано ведущее устройство, если DEV=1 -- ведомое. Выводить выходные сигналы на шину АТА имеет право только выбранное устройство. Такая система подразумевает что, начав операцию обмена с одним из устройств, хост-адаптер не может переключиться на обслуживание другого до завершения начатой операции. Параллельно могут работать только устройства IDE, подключаемые к разным шинам (каналам) АТА. Спецификация АТА-4 определяет способ обхода этого ограничения.

Выполняемая операция и направление обмена данными между устройством и хост-адаптером определяются предварительно записанной командой. Непременным компонентом устройства является буферная память. Ее наличие позволяет выполнять обмен данными в темпе, предлагаемом хост-адаптером (в пределах возможности устройства), без оглядки на внутреннюю скорость передачи данных между носителем и буферной памятью ПУ.

Для устройств IDE существует несколько разновидностей интерфейса.

АТА, он же AT-BUS, -- 16-битный интерфейс подключения к шине компьютера AT. Наиболее распространенный 40-проводный сигнальный и 4-проводный питающий интерфейс для подключения дисковых накопителей к компьютерам AT. Для миниатюрных (2,5" и менее) накопителей используют 44-проводный кабель, по которому передается и питание.

PC Card ATA -- 16-битный интерфейс с 68-контактным разъемом PC Card (PCMCIA) для подключения к блокнотным РС.

XT IDE (8 бит), он же XT-BUS, -- 40-проводный интерфейс, похожий на АТА, но несовместимый с ним.

MCA IDE (16 бит) -- 72-проводный интерфейс, предназначенный специально для шины и накопителей PS/2.

АТА-2 -- расширенная спецификация АТА. Включает 2 канала, 4 устройства, РIO Mode 3, Multiword DMA Mode 1, Block mode, объем диска -- до 8 Гбайт, поддержка LBA и CHS.

Fast АТА-2 разрешает использовать Multiword DMA Mode 2 (13,3 Мбайт/с), PIOMode 4.

АТА-3 -- расширение АТА-2. Включает средства парольной защиты, улучшенного управления питанием, самотестирования с предупреждением приближения отказа -- SMART (Self Monitoring Analysis and Report Technology).

ATA/ATAPI-4 -- расширение АТА-3, включающее режим Ultra DMA со скоростью обмена до 33 Мбайт/с и пакетный интерфейс ATAPI. Имеются поддержка очередей и возможность перекрытия команд.

ATA/ATAPI-5 -- ревизия ATA/ATAPI-4: удаляются устаревшие команды и биты, добавляются новые возможности защиты и управления энергопотреблением. Включает режим Ultra DMA со скоростью обмена до 66 Мбайт/с.

ATA/ATAPI-6 -- дополнения к ATA/ATAPI-5: потоковое расширение для чтения-записи аудио- и видеоданных, управление акустическим шумом, режим Ultra DMA со скоростью обмена до 100 Мбайт/с.

E-IDE (Enhanced IDE) -- расширенный интерфейс, введенный фирмой Western Digital. Реализуется в адаптерах для шин PCI и VLB. Позволяет подключать до 4 устройств (к двум каналам), включая CD-ROM и стримеры (ATAPI). Поддерживает РIO Mode 3, Multiword DMA Mode 1, объем диска -- до 8 Гбайт, LBA и CHS. С аппаратной точки зрения практически полностью соответствует спецификации АТА-2.

Устройства АТА IDE, E-IDE, АТА-2, Fast АТА-2, АТА-3, ATA/ATAPI-4, ATA/ ATAPI-5 и ATA/ATAPI-6 электрически совместимы. Степень логической совместимости достаточно высока (все базовые возможности АТА доступны). Однако для полного использования всех расширений необходимо соответствие спецификаций устройств, хост-адаптера и его ПО.

Разработкой спецификаций АТА/ATAPI занимается технический комитет Т13 американского Национального комитета по стандартизации в области информационных технологий (NCITS). В 2001-2002 годах появился последовательный интерфейс Serial ATA. С программной точки зрения он совместим с прежними, а электрический интерфейс изменен в корне. Цель перехода на последовательный интерфейс -- улучшение и удешевление кабелей и коннекторов, улучшение условий охлаждения (избавление от широкого шлейфа), обеспечение возможности разработки компактных устройств, облегчение конфигурирования устройств пользователем. Последовательный интерфейс АТА, как и его параллельный предшественник, предназначен для подключений устройств внутри компьютера. Для внешних устройств предназначаются шины SCSI, USB и FireWire.

Электрический интерфейс

Все сигналы АТА являются логическими со стандартными ТТЛ-уровнями.

Все информационные сигналы интерфейса передаются через 40-контактный разъем, у которого ключом является отсутствующий на вилке и закрытый на розетке контакт 20. Использование в качестве ключа выступа на корпусе розетки и прорези в бандаже вилки стандартом не приветствуется. Для соединения устройств применяется плоский многожильный кабель-шлейф, длина кабеля не должна превышать 0,46 м (18"), допустимая емкость проводников -- не более 35 пФ. Терминаторы стандартом не предусматриваются (они имеются в каждом устройстве и хост-адаптере), но если кабель с тремя разъемами (розетками) используют для подключения одного устройства, то устройство и хост-адаптер рекомендуется подключать к противоположным концам кабеля. Вид кабеля приведен на рис. 3.14. В большинстве кабелей одноименные контакты всех разъемов соединяются своими проводами и все коннекторы равноправны. Встречаются ленточные кабели с кабельной выборкой, изображенные на рис. 3.15.

Рис. 3.14 Интерфейсный кабель АТА

Начиная с ATA/ATAPI-4, в шлейфах узаконили кабельную выборку и для подключения устройства - 1 определили средний коннектор. Вполне понятно, что при кабельной выборке хост-контроллер подключать к среднему коннектору нельзя (как и к правому на рис. 3.15). Если номер устройства назначается джампером, то для 40-проводного кабеля можно подключать устройства и хост-контроллер к любым коннекторам произвольно (но желательно избегать «висячих» концов).

Рис. 3.15 Ленточный кабель интерфейса АТА с кабельной выборкой

Для устойчивой работы в режиме Ultra DMA рекомендуется применение 80-проводных кабелей, обеспечивающих чередование сигнальных цепей и проводов схемной земли (GND). Такие кабели, требуемые для режимов UltraDMA выше 2 (скорость выше 33 Мбайт/с), разделываются на специальные разъемы, имеющие 40-контактные гнезда с обычным назначением контактов, но ножевые контакты для врезки 80 проводов. С учетом возможности кабельной выборки на 80-проводном шлейфе положение коннекторов уже однозначно.

Коннектор хост-контроллера расположен на конце шлейфа. Корпус коннектора должен быть синего цвета.

Коннектор устройства 0 расположен на противоположном конце шлейфа. Корпус коннектора должен быть черного цвета.

Коннектор устройства 1 (необязательный) расположен в середине шлейфа. Корпус коннектора должен быть серого цвета.

Если кабельная выборка не используется, то устройства 0 и 1 можно менять местами.

Спецификация АТА определяет как 40-контактный интерфейсный разъем, так и 4-контактный разъем питания (рис. 3.16), но для малогабаритных устройств, питание может подаваться по 44-проводному интерфейсному кабелю.

Рис. 3.16 Разьемы интерфейса АТА (вилки на устройствах): а-интерфейсный; б-питания

Рис. 3.17 Дополнительные контакты на разьемах интерфейса АТА: а-SFF8057; б-SFF8058; в-SFF8212 (50-контактный разьем)

Для большинства устройств применяется 40-контактный разъем с шагом контактов 2,54 мм. Рядом с ним могут располагаться дополнительные контакты, служащие для конфигурирования устройства и технологических целей (диагностики и других операций по служебному последовательному интерфейсу). Спецификация ATA/ATAPI предусматривает два варианта, приведенные на рис. 3.17, а и б. Здесь пустым квадратиком обозначены позиции ключевых (пропущенных) выводов, контакты 1-40 используются для интерфейса, а контакты А-Н -- для установки джамперов и технологических целей. Для миниатюрных устройств предназначен 50-контактный разъем с шагом выводов 2 мм (рис. 3.17, в), у которого контакты 1-44 соответствуют интерфейсу, контакты A-D используются для конфигурирования и пара пропущенных контактов является дополнительным ключом.

Технология Serial ATA

При современных технологиях использование 5-ти вольтовых сигналов стало очень затруднительно и не применяются в высокоскоростных передачах. В Serial ATA уровни сигналов составляют 250 мв. Вместо использовавшейся раннее в ATA однополярной передачи, обладающей низкой помехоустойчивостью, применена двухполярная (или еще ее называют дифференциальной). Преимущество ее в гораздо большей помехозащищенности. При дифференциальной передаче по двум проводам передается один и тот же сигнал, но разной полярности. Собственно использование дифференциальной передачи и дало возможность снизить уровни используемого сигнала.

Для кодирования передаваемой информации используется потенциальный код без возвращения к нулю (Non Return to Zero, NRZ). Используется последовательная, состоящая из 2-х пар проводов (одной передачи и одной на прием) и несколько нулевых. Всего семь, что становится удобным в использовании и не препятствует воздухообмену.

Длина кабелей может достигать 1 метра. SATA может быть не только интерфейсом внутренних устройств хранения, но и внешних.

Разъем питания по размерам теперь превосходит разъем data-кабеля. Добавилась возможность использовать питание 3.3v.

Питание для SATA дисков подается через специальный переходник.

Жесткие диски с SATA имеют максимальную скорость обмена по интерфейсу в 150 Мбайт в секунду, при том, что для SATA заявлена скорость передачи на физическом уровне в 1.5 Гбит/с, объясняется использованием избыточного 8B/10B кодирования, снижающего полезную пропускную способность интерфейса до 1.2 Гбит/с.

Программа развития стандарта предусматривает разработку трех версий. Первая - рассмотрена выше. Во второй в два раза увеличена пропускная способность - до 3 Гбит/с при сохранении полной совместимости с первой. А в третьей - до 6 Гбит/с. Появление SATA III ожидается в середине 2007.

Шина SCSI

Системный интерфейс малых компьютеров SCSI (Small Computer System Interface, произносится «скази») был стандартизован ANSI в 1986 году (ХЗ.131-1986).

Интерфейс предназначен для соединения устройств различных классов: памяти прямого (жесткие диски) и последовательного доступа (стримеры), CD-ROM, устройств автоматической смены носителей информации, принтеров, сканеров, коммуникационных устройств и процессоров.

Устройством SCSI (SCSI Device) называется как хост-адаптер, связывающий шину SCSI с какой-либо внутренней шиной компьютера, так и контроллер целевого устройства (target controller), с помощью которого устройство подключается к шине SCSI. С точки зрения шины все устройства могут быть равноправными и являться как инициаторами обмена (инициализирующими устройствами, ИУ), так и целевыми устройствами (ЦУ), однако чаще всего в роли ИУ выступает хост-адаптер. К одному контроллеру может подключаться несколько ПУ, по отношению к которым контроллер может быть как внутренним, так и внешним. Широкое распространение получили ПУ со встроенным контроллером SCSI (embeded SCSI controller), к которым относятся накопители на жестких магнитных дисках, CD-ROM, стримеры.

По физической реализации интерфейс является 8-битной параллельной шиной с тактовой частотой 5 МГц. Шина допускает подключение до 8 устройств, скорость передачи данных в первоначальной версии достигала 5 Мбайт/с. Впоследствии (1991 г.) появилась спецификация -- SCSI-2 (ХЗ. 131-1994), расширяющая возможности шины. Тактовая частота шины Fast SCSI-2 достигает 10 МГц, a Ultra SCSI-2 -- 20 МГц. Разрядность данных может быть увеличена до 16 бит -- эта версия называется Wide SCSI-2 (широкий), а 8-битную версию стали называть Narrow (узкий). 16-битная шина допускает 16 устройств. Стандарт SCSI-2 определяет и 32-битную версию интерфейса, но стоимость интерфейса стала бы неоправданно высокой. Спецификация SCSI-2 определяет систему команд, которая включает набор базовых команд CCS (Common Command Set), обязательных для всех ПУ, и специфических команд для периферии различных классов. Стандарт полностью описывает протокол взаимодействия устройств, включая структуры передаваемой информации. Поддержка устройствами исполнения цепочек команд (до 256 команд) и независимость работы устройств друг от друга обусловливают высокую эффективность SCSI в многозадачных системах. Возможность присутствия на шине более одного контроллера (инициатора обмена) позволяет обеспечить разделяемое использование периферии несколькими компьютерами, подключенными к одной шине.

SCSI-3 -- дальнейшее развитие стандарта, направленное на увеличение количества подключаемых устройств, расширение системы команд и поддержку технологии Plug and Play. В качестве альтернативы параллельному интерфейсу SPI (SCSI-3 Parallel Interface) появляется возможность применения последовательного, в том числе волоконно-оптического интерфейса со скоростью 100 Мбайт/с.

В отличие от стандарта SCSI-2, который явно подразумевал более высокую производительность шины и устройств, чем SCSI-1, заявка о поддержке устройством стандарта SCSI-3 непосредственно на повышение производительности не указывает. Эта заявка прямо означает лишь соответствие новому поколению документов. Однако в связи с общей тенденцией к росту производительности устройства SCSI-3 в большинстве случаев показывают более высокую производительность, чем SCSI-2. Стандарт SCSI-3 предполагает различные варианты протокольного и физического уровня интерфейса, включающие как параллельные, так и последовательные шины.

Для параллельных шин скорость передачи данных определяется частотой передач, измеряемой в миллионах передач в секунду -- MT/s (Mega Transfer/seс), и разрядностью. Изначально разрядность шины SCSI была «узкой» (Narrow) и составляла 8 бит, «широкий» (Wide) вариант шины, появившийся с SCSI-2, имеет разрядность 16 бит (32-битные расширения не распространены). В SCSI-3 понятие Ultra3 SCSI довольно широкое. Ultra l60 SCSI означает скорость 160 Мбайт/с, применяется только в «широком» (16 бит) варианте. Здесь имеет место синхронизация по обоим фронтам сигнала, а также контроль достоверности передач по CRC-кодам, что позволяет «выжать» из кабеля максимальную скорость передачи (как и в Ultra DMA интерфейса ATA). В 2001 году появился интерфейс Ultra320 SCSI со скоростью 320 Мбайт/с. Эту спецификацию (SPI-4) разработали фирмы Adaptec, LSI Logic и Seagate, они уже продемонстрировали образец контроллера и винчестера с этим интерфейсом.

Интерфейс Ultra2 SCSI обеспечивает сочетание пропускной способности шины при ее большей длине, цены устройств и совместимости с традиционными устройствами SCSI. Здесь используется дифференциальная передача сигналов, но с низким уровнем напряжения. В настоящее время традиционный дифференциальный интерфейс получил название «высоковольтный» -- HVD (High Voltage Differential), поскольку в SCSI-3 ему появилась низковольтная альтернатива -- LVD (Low Voltage Differential). Низковольтный вариант позволяет достичь частоты передачи 40 MT/s при длине шины до 25 м (до 8 устройств) или до 12 м (до 16 устройств). Новые устройства с интерфейсом LVD могут иметь возможность работы на шине вместе с устройствами с линейным SE (Single Ended) интерфейсом -- для этого их буферные схемы содержат автоматический определитель типа интерфейса. Однако эта совместимость относится только к LVD -- традиционные устройства с HVD могут работать только с себе подобными.

Таблица 3.1 Скорость передачи данных по параллельной шине SCSI

Кроме параллельного интерфейса SCSI-3 может использовать и последовательный интерфейс Fibre (Fiber) Channel, или FCAL .

Параллельный интерфейс SCSI

По типу сигналов различают линейные (single ended) и дифференциальные (differential) версии SCSI. Их кабели и разъемы идентичны, но электрической совместимости устройств нет. Символические обозначения для разных версий приведены на рис. 3.18.

В широко используемой линейной версии SE (Single Ended) каждый сигнал передается потенциалом с ТТЛ-уровнями относительно общего провода. Здесь общий (обратный) провод для каждого сигнала тоже должен быть отдельным, что снижает перекрестные помехи.

Дифференциальная версия Diff или HVD для каждой цепи задействует пару проводников, по которым передается парафазный сигнал. Здесь используются специальные дифференциальные приемопередатчики, применяемые и в интерфейсе RS-485, что позволяет значительно увеличить длину кабеля, сохраняя частоту обмена (табл. 3.2).

системный плата шина

Рис. 3.18 Универсальные символические обозначения версий SCSI

Дифференциальный интерфейс применяется в дисковых системах серверов, но в обычных PC не распространен.

Таблица 3.2 Максимальная длина кабелей SCSI

Низковольтный дифференциальный интерфейс LVD позволяет работать на частотах 40, 80 и 160 MT/s в устройствах Ultra2, Ultral60 и Ultra320 SCSI при длине шины 25 м (8 устройств) или 12 м (16 устройств). Устройства LVD совместимы с устройствами SE благодаря возможности их автоматического переконфигурирования (Multimode LVD). Устройства LVD распознают напряжение на линии DIFFSENS и по низкому уровню напряжения на ней способны переключаться из режима LVD (дифференциальный) в SE (линейный).

В качестве шины используется плоский или круглый гибкий кабель. Плоский кабель используют для соединения устройств, расположенных в одном корпусе. На нем может быть наколото несколько разъемов. При необходимости кабели могут сращиваться через специальные переходные разъемы-адаптеры. Кабели сращиваются только через концевые разъемы, Т-образные ответвления недопустимы.

Круглый кабель, состоящий из витых пар, используют для соединения вне корпусов устройств. ПУ внешнего исполнения обычно имеют два разъема, что позволяет соединить их в цепочку. Длина кабеля зависит от версии интерфейса и частоты. При подсчете суммарной длины кабеля следует учитывать возможность использования одного порта хост-адаптера одновременно для внешних и внутренних подключений и в случае такого подключения суммировать длины внутренних и внешних кабелей.

В настоящее время ассортимент разъемов, применяемых в устройствах SCSI.

Для интерфейса Narrow SCSI использовались разъемы, изображенные на рис. 3.19, для интерфейса Wide SCSI -- разъемы, изображенные на рис. 3.20. Для устройств с «горячей» заменой применяют миниатюрный D-образный разъем SCA-2, общий для питания и сигнальных цепей (рис. 3.21).

Каждое устройство SCSI, подключенное к шине, должно иметь свой уникальный адрес, назначаемый при конфигурировании. Для 8-битной шины диапазон значений адреса 0-7, для 16-битной -- 0-15. Адрес задается предварительной установкой переключателей или джамперов. Для хост-адаптера возможно программное конфигурирование. Адресация устройств на шине в фазах выборки осуществляется через идентификатор SCSI ID, представляющий адрес в позиционном коде. Адрес определяет номер той линии шины данных, которая осуществляет выборку данного устройства. Устройство с нулевым адресом выбирается низким уровнем на линии DB0# (SCSI ID=00000001), с адресом 7 -- на линии DB7# (SCSI ID=10000000). Для ИУ значение идентификатора определяет приоритет устройства при использовании шины, наибольший приоритет имеет устройство с большим значением адреса. Понятия «адрес» и «идентификатор» часто путают, но это всего лишь две различные формы представления одного и того же параметра.

Рис. 3.19 Разьемы 8-битного устройства SCSI: a-IDC-50F; б-CX-50F; в-DB-25F; г-HD-50F

Рис. 3.20 Разьемы 16-битного устройства SCSI HD-68F

Рис. 3.21 Разьем устройства SCSI с «горячей» заменой SCA-80

В любой момент обмен информацией по шине может происходить только между парой устройств. Операцию начинает инициатор обмена ИУ (initiator), а целевое устройство ЦУ (target) ее исполняет. ИУ выбирает ЦУ по его идентификатору. Чаще всего роли устройств фиксированы: хост-адаптер является инициатором (ИУ), а периферийное устройство -- целевым (ЦУ).

Информация по шине данных передается побайтно (пословно) асинхронно, используя механизм запросов (REQuest) и подтверждений (ACKnowledge). Каждый байт контролируется на нечетность (кроме фазы арбитража), но контроль может быть отключен. Интерфейс имеет возможность синхронной передачи данных, ускоряющей обмен.

Временные диаграммы асинхронного обмена приведены на рис. 3.22. Здесь передача каждого байта сопровождается взаимосвязанной парой сигналов REQ#/ АСК#. ИУ фиксирует принимаемые данные, получив сигнал REQ# (по отрицательному перепаду). ЦУ считает принимаемые данные действительными по отрицательному перепаду сигнала АСК#. Асинхронный обмен поддерживается всеми устройствами для всех фаз передачи информации.

Рис. 3.22 Временные диаграммы асинхронного обмена (DI - данные от ИУ, DT - данные от ЦУ)

Фазы передачи данных по предварительной «договоренности» устройств могут выполняться и в синхронном режиме обмена, диаграммы которого приведены на рис. 3.23. При согласовании синхронного режима определяются минимальные длительности и периоды управляющих импульсов АСК# и REQ#, а также допустимое отставание подтверждений от запросов (REQ/ACK offset agreement). ЦУ передает серию данных, сопровождаемых стробами REQ# (рис. 3.23, а), в темпе, ограниченном установленными временными параметрами. ИУ фиксирует принимаемые данные по отрицательному перепаду сигнала REQ#, но отвечать на них сигналом АСК# может с некоторым опозданием. Как только отставание числа принятых сигналов АСК# от числа посланных REQ# достигнет оговоренного предельного значения (в данном примере 2), ЦУ приостановит обмен до прихода очередного подтверждения АСК#. Операция будет считаться завершенной, когда число принятых подтверждений совпадет с числом посланных запросов. При приеме данных ЦУ механизм согласования остается тем же, но данные фиксируются по отрицательному перепаду сигнала АСК# (рис. 3.23, б).

Рис. 3.23 Временные диаграмы синхронного обмена: а-передача; б-прием

Для управления интерфейсом служит система сообщений -- Message System, которыми обмениваются ИУ и ЦУ.

С помощью сообщений согласуются параметры синхронного режима и разрядность данных. Процесс согласования синхронного обмена называется Synchronous Negotiation. Устройство, запрашивающее синхронный обмен, посылает сообщение Synchronous Data Transfer Request с указанием допустимого периода цикла и отставания REQ/ACK. Если другой участник обмена поддерживает синхронный режим, он предложит свои параметры. Согласованными параметрами будут максимальный период и минимальное отставание (нулевое отставание эквивалентно асинхронному режиму). Выбранный режим будет относиться только к фазам передачи между данной парой устройств.

Интерфейс LPC

Интерфейс LPC (Low Pin Count -- малое число выводов, всего 7 обязательных сигналов) предназначен для локального подключения устройств, ранее использовавших шину X-Bus или ISA: контроллеров НГМД, последовательных и параллельных портов, клавиатуры, аудиокодека, BIOS и т. п. Введение нового интерфейса обусловлено изживанием шины ISA с ее большим числом сигналов и неудобной асинхронностью. Интерфейс обеспечивает те же циклы обращения, что и ISA: чтение-запись памяти и ввода-вывода, DMA и прямое управление шиной (Bus Master). Устройства могут вырабатывать запросы прерываний. В отличие от ISA/X-Bus с их 24-битной шиной адреса, обеспечивающей адресацию лишь в пределах первых 16 Мбайт памяти, интерфейс LPC имеет 32-битную адресацию памяти, что обеспечивает доступ к 4 Гбайт памяти. 16-битная адресация портов обеспечивает доступ ко всему пространству 64К портов. Интерфейс синхронизирован с шиной PCI, но устройства могут вводить произвольное число тактов ожидания. Интерфейс программно прозрачен -- как и для ISA/X-Bus, не требует каких-либо драйверов. Контроллер интерфейса LPC является устройством-мостом PCI. По пропускной способности интерфейс практически эквивалентен этим шинам. В спецификации LPC 1.0 приводится расчет пропускной способности интерфейса и устройств, его использующих. При наличии буферов FIFO интерфейс наиболее выгодно использовать в режиме DMA. В этом случае главным потребителем будет LPT-порт -- при скорости передачи данных 2 Мбайт/с он займет 47% полосы интерфейса. Следующим будет инфракрасный порт 4 Мбит/с (11,4 %). Остальным устройствам (контроллер НГМД, СОМ-порт, аудиокодек) требуются еще меньшие доли, в результате они занимают до 75 % полосы при одновременной работе. Таким образом, перевод этих устройств с ISA/X-Bus на LPC не должен вызывать проблем производительности, более острых, чем были на старых шинах.

Конфигурирование устройств LPC не предусматривает использования протоколов PCI или ISA PnP, поскольку все устройства LPC известны системной BIOS. Для обращения к устройствам LPC хост должен декодировать их адреса и направлять обращения по ним на контроллер LPC.

Размещено на Allbest.ru