Предлагаемая вашему вниманию книга посвящена, пожалуй, одному из самых удивительных устройств, когда-либо созданных человеком, — персональному компьютеру (PC). В настоящее время знание аппаратной части PC стало для пользователя необходимым. Это обусловлено рядом причин. Отметим лишь некоторые.
Во-первых, рост потенциальных возможностей PC и появление новых более производительных компонентов неизбежно вызывает желание модернизировать свой компьютер. Еще недавно открытая архитектура PC позволяла сделать это без особых проблем, однако в последнее время ситуация несколько изменилась. Острая конкурентная борьба на рынке PC (главным образом, между основными производителями CPU — корпорациями Intel и AMD) и бурное развитие новых компьютерных технологий привели к несовместимости материнских плат, CPU и модулей памяти от различных производителей.
Во-вторых, вследствие усложнения программного обеспечения многие современные приложения работают крайне медленно при отсутствии в PC соответствующих аппаратных компонентов. Некоторые из приложений даже выдают сообщения с требованием заменить или дополнительно установить тот или иной аппаратный компонент (например, увеличить объем памяти, заменить монитор, установить видеоадаптер с ЗD-акселератором) или вообще отказываются работать.
Написание собственных программ на языках высокого уровня порой невозможно без знания принципов работы и устройства PC. Современные компьютерные игры при их установке могут запрашивать сведения о таких системных ресурсах, как номер линии прерывания, канал прямого доступа, базовый адрес порта ввода/вывода и др.
Внедрение PC практически во все сферы человеческой деятельности привело к необходимости сопряжения компьютера с различными внешними устройствами (например радиоприемником, телевизором, видеокамерой), что невозможно без знания аппаратной части PC.
С момента выхода в свет третьего издания книги "Аппаратные средства PC" в компьютерном мире произошли существенные изменения, поэтому мы переработали и дополнили книгу, учитывая перечисленные ниже обстоятельства.
□ Процессоры шестого поколения (Pentium II/III, Celeron и др.) захватили практически весь рынок PC и все программное обеспечение (даже игры) теперь ориентировано на работу с процессорами именно этого класса.
□ Применяются устройства с интерфейсом FireWire, а шина AGP стала стандартной шиной PC.
□ Материнские платы изготавливаются в соответствии с новыми стандартами АТХ и NLX.
□ В современный набор микросхем (Chipset), установленный на материнской плате, интегрированы видеоадаптеры, аудиокодеки и кодеки модема).
□ DIMM-модули с установленными на них элементами памяти SDRAM практически вытеснили SIMM-модули. На некоторых материнских платах уже устанавливается Chipset, поддерживающий работу с RIMM-модулями памяти.
□ Особенно быстро развивается область мультимедиа: получают все более широкое распространение карты захвата видеоизображений, видеобластеры, ЗD-акселераторы, накопители на цифровых видеодисках (DVD), средства сопряжения компьютера с радиоприемником, телевизором, видеокамерой и т. п.
□ Увеличение объема файлов, создаваемых современными приложениями, ведет к вытеснению "стандартных" 3,5"-дисководов накопителями большей емкости (Zip, Jaz, LS-120 и др.).
□ Такие периферийные устройства, как лазерные принтеры, сканеры, дигитайзеры, теперь не экзотика — они стали доступны многим пользователям благодаря значительному снижению их стоимости.
В отличие от стран, где пользователи, в основном, приобретают компьютеры класса Brand Name, модернизацией которых занимаются специалисты сервис-центров, в нашей стране широкое распространение получили персональные компьютеры так называемой "красной сборки" и "самосборки". Если грамотно подойти к вопросу подбора комплектующих и тестированию системы в целом, то PC, "собранный на коленках", не уступает своим фирменным братьям, но, чтобы его собрать, необходимы специальные знания.
При подготовке четвертого издания книги мы учитывали рассмотренные выше обстоятельства. Кроме того, мы старались изложить материал так, чтобы книгу можно было использовать одновременно в качестве учебного пособия, практического руководства и справочника: в нее включено много иллюстраций, чтобы помочь начинающему пользователю разобраться в основных принципах работы PC и научиться самостоятельно модернизировать свой компьютер.
Надеемся, что и опытные специалисты найдут в этой книге полезные практические советы и справочную информацию.
За полтора года в нашей стране появилось много новых изданий, посвященных PC. Это журналы "Мультимедиа", "КомпьюАрт", "САПР графика", "Publish. Издательские технологии", "Computer Service" и др. По-прежнему популярны такие издания, как "PC Magazin", "Мир ПК", "Компьютер ПРЕСС". Мы благодарны людям, которые выпускают в свет эти журналы.
Неоднозначная трактовка некоторых вопросов как в отечественных, так и в зарубежных источниках порой ставила нас в тупик. В принятии решений нам помогали книги С. Мюллера "Модернизация и ремонт ПК", П. Нортона "Компьютер изнутри", М. Гука "Аппаратные средства IBM PC. Энциклопедия" и др.
Мы благодарим Сергея Попова и Татьяну Кручинину за помощь, оказанную в процессе подготовки четвертого издания этой книги.
И, наконец, мы заранее благодарим вас, уважаемый читатель, за отзывы и пожелания. Все ваши замечания будут учтены при последующих изданиях книги с указанием ссылки на адресат и источник информации.
Адрес: 199397, Санкт-Петербург, а/я 194
Тел: (812) 541-85-51, 251-42-44, 251-65-01
Факс: (812) 541-84-61, 251-12-95
E-mail: root@bhv.spb.su
adit @mail.ru
Internet: www.bhv.ru
"Если бы автомобилестроение развивалось теми же темпами,
что и полупроводниковая отрасль, то сегодня на одном'
галлоне бензина водитель "Роллс-Ройса"мог бы проехать
полмиллиона миль, ричем машины было бы дешевле
выбросить, чем оплачивать их парковку".
Гордон Мур, почетный председатель
Совета директоров корпорации Intel
В настоящее время практически отсутствует литература, в которой был бы представлен полный обзор аппаратных компонентов PC. Все, кто имеет дело с персональным компьютером, — от новичков до специалистов, профессионально занимающихся сборкой PC, — испытывают постоянную потребность в этой информации.
Имеющиеся печатные издания либо посвящены, как правило, сугубо специальным вопросам, либо в них рассматриваются методы модернизации компьютера без подробного описания аппаратных средств PC. В данной книге авторы попытались показать весь "внутренний мир" PC, причем основное внимание уделили проблемам, возникающим на практике при покупке, сборке, настройке и модернизации PC.
В книге используются, как правило, оригинальные обозначения (типа CPU и PC) и термины, наиболее устоявшиеся в русском языке (типа винчестер и джампер), причем при первом упоминании термина в скобках указывается его название на английском языке. Это вызвано не неуважением к русскому языку, а, прежде всего, тем, что в настоящий момент компьютерная документация и прайс-листы публикуются обычно на английском языке. Прочитав эту книгу, вы сможете разобраться в любом руководстве пользователя и свободно ориентироваться в компьютерной литературе.
Возможно, вы сомневались, стоит ли покупать эту книгу, т. к. компьютерный мир развивается настолько стремительно, что за время, в течение которого рукопись превращается в книгу и появляется на прилавке магазина, в нем могут произойти существенные изменения. Принципиально вы правы. Однако нельзя в полной мере оценить новые достижения компьютерной технологии без сравнения их с существующими стандартами. Трудно определить, принесет ли пользу PC с процессором Pentium III 500, если не знать, чем он отличается от классического Pentium.
Кроме того, прочитав эту книгу, вы систематизируете свои знания в области аппаратных средств PC, что поможет вам сориентироваться в море разрозненной и порой противоречивой информации, которую можно найти в Internet.
Разработка нового в области PC всегда базируется на старых стандартах и принципах. Поэтому знание их является основополагающим фактором для (или, возможно, против) выбора новой системы.
Кратко опишем важнейшие этапы истории развития персональных компьютеров.
Любое устройство для PC (прежде, чем завоевать популярность и стать неотъемлемой его частью) проходит примерно такой путь. Сначала компания (или группа компаний) публикует новейшие разработки и, естественно, получает патент. Далее появляются опытные образцы новых устройств, в процессе тестирования которых (или отладки технологии изготовления) эксперты вырабатывают общую точку зрения на все аспекты производства и применения нового устройства. И только после этого соответствующим официальным (скорее всего, международным) комитетом принимается нормативный документ — новый стандарт, спецификация или рекомендации. ,
После опубликования нового промышленного или отраслевого стандарта все производители аппаратных средств для PC должны учитывать его положения. Поэтому между конкурирующими технологиями, предлагаемыми разными фирмами, разгорается нешуточная борьба за роль "стандартной".
Однако этот процесс идет медленно и в направлении достаточно случайном. Те или иные решения зачастую побеждают не по причине их реальной технологической или экономической ценности, а по воле случая, всплеска рыночного интереса или по причине возможной несовместимости их с уже существующими компонентами PC или программным обеспечением.
Чтобы сделать процесс совершенствования компьютерных технологий целенаправленным, определить основные направления развития аппаратных средств PC и, в конечном итоге, создать идеальный компьютер с точки зрения надежности и совместимости с операционной системой, ведущие производители аппаратных средств разрабатывают специальные пакеты документов, в которых определяют основные требования к архитектуре PC и направления ее развития в ближайшее время.
Впервые необходимость в этом возникла с появлением понятия "мультимедийный компьютер". До недавнего времени (всего 5—7 лет назад) область мультимедиа и мультимедийный PC большинство пользователей воспринимало как экзотику, "мечту, воплощение которой в жизнь доступно не каждому.
Поэтому, установив на своем компьютере привод CD-ROM и звуковую карту с подключенной к ней акустической системой, некоторые пользователи считали, что превратили свой PC в мультимедийный компьютер. Это далеко не так. Одно из возможных определений понятия мультимедиа — это совокупность аппаратных и программных средств, позволяющих посредством визуальных и аудиоэффектов сделать пользователя не пассивным наблюдателем событий, происходящих на экране монитора, а их активным участником. Таким образом, в состав аппаратного обеспечения мультимедийного компьютера должны входить, кроме привода CD-ROM и звуковой карты, и другие устройства, например, средства ввода и обработки телевизионного сигнала, средства создания трехмерных изображений, так называемые VR-контроллеры и т. п.
Для решения проблемы совместимости мультимедийных компонентов, изготовленных различными фирмами, в 1991 г. был создан Совет по маркетингу мультимедийных персональных компьютеров (Multimedia PC Marketing Council), в состав которого вошли представители крупнейших фирм-производителей компьютеров и аппаратных средств мультимедиа, а также ботка промышленного стандарта (спецификации), определяющего характеристики мультимедийного персонального компьютера {Multimedia Personal Computer, MPC).
Стандарт MPC, кроме перечня обязательных мультимедиа-компонентов и их характеристик, содержал набор рекомендаций, определяющих направление дальнейшего развития не только аппаратных средств, но и мультимедиа-приложений. Таким образом, разработчики программного обеспечения получили возможность ориентироваться на определенный (минимальный) набор аппаратных средств, с которым должна работать мультимедиа-программа. В свет вышли три версии (спецификации) стандарта MPC: level 1, level 2, level 3. Сейчас они безнадежно устарели.
Для маркирования изделий, соответствующих требованиям стандарта МРС, были разработаны специальные логотипы (рис. В.1).
Однако конфигурация и возможности практически любого современного PC по умолчанию делают его мультимедийным. Уже стал стандартным состав аппаратных средств, в который входят CD-ROM, звуковая карта, видеоадаптер с ЗО-акселератором и средствами ввода/вывода телевизионного сигнала, а быстродействие процессоров выросло настолько, что позволяет программно, без применения дополнительных аппаратных средств, выполнять обработку видеосюжетов в реальном масштабе времени.
Индустрия мультимедийных компонентов, так же как и любых других компонентов PC, развивается стремительно: новые технические решения в считанные месяцы воплощаются в реальные устройства, которые фирма-разработчик тут же предлагает потребителю. Если новый продукт будет пользоваться популярностью, спустя некоторое время аналогичную продукцию начинают производить и другие фирмы. Так было со звуковыми картами для PC, приводами CD-ROM, видеоадаптерами и другими устройствами. С одной стороны, это хорошо, поскольку имеется возможность выбора необходимых устройств, а с другой — появляется проблема совместимости компонентов от различных производителей в единой системе.
Все реже, но все же еще встречается ситуация, когда компьютерная программа (например, игра) ориентирована на определенный тип мультимедийного компонента, а с другими устройствами, обладающими аналогичными характеристиками, работает некорректно или не работает вообще. Чтобы как-то регулировать процесс развития аппаратных (мультимедийных) средств PC, особенно для обеспечения совместимости с операционными системами, например Windows 98/2000 и Windows NT 5.0, корпорации Microsoft, Intel, Compaq и др. разработали новый документ — спецификацию PC которая обновляется каждый год, начиная с 1997 г. Эти спецификации получили название PC 97, PC 98, PC 99, PC 99A, PC 2001 (каждая спецификация в течение года претерпевает ряд изменений, что выражается в появлении новой версии существующей спецификации). Спецификации PC разрабатываются для следующих целей.
□ Повышения качества аппаратных и программных средств, упрощения работы с PC и удовлетворения запросов пользователей.
□ Налаживания производства как высококачественных аппаратных средств и драйверов, поддерживающих передовые возможности современных ОС, так и дешевых, обладающих, тем не менее, достаточной производительностью для работы под управлением Windows 98.
□ Поощрения внедрения новых решений и технологий.
Спецификации PC являются своеобразным руководством для разработчиков аппаратных средств и описывают архитектуру, набор устройств и требования к ним, функции BIOS, внешние порты, конструкцию и даже тип корпуса PC.
В зависимости от области применения, в спецификациях определены несколько категорий, или систем, PC, имеющихся на компьютерном рынке.
□ Consumer PC — PC для домашнего использования, предназначенный в основном для развлечений и игр, а также PC, предназначенный для малого или домашнего офиса — Small Office/Home Office (SOHO).
□ Office PC — PC для корпоративного применения. В отличие от Consumer PC, компьютеры данной категории дешевле и могут работать в локальной сети.
□ Workstation PC — рабочая станция, предназначенная для работы с такими ресурсоемкими приложениями, как системы автоматического проектирования и моделирования, банковские программы, сложные издательские системы и др.
□ Mobile PC — мобильный PC.
□ Entertainment PC — мультимедийный PC.
Компьютеры категории Entertainment PC ориентированы на использование в следующих областях:
□ игры со сложной реалистичной 2D/ЗD-графикой и звуковым сопровождением;
□ система образования (многочисленные обучающие программы с использованием полноэкранного видео, интерактивной анимацией и т. п.);
□ Internet (расширенные возможности для работы в Internet, проведение телеконференций и т. д.);
□ персональная связь (мультимедийная электронная почта, телефонная связь через Internet, видеотелефонная связь и т. п.);
□интерактивное телевидение с высоким разрешением (просмотр кинофильмов на мониторах с большим экраном, включая стандартные телевизоры);
□ совместное использование с традиционными устройствами бытовой электроники (применение, например, звуковой системы домашнего кинотеатра для игр и просмотра DVD-фильмов, или видеомагнитофона в качестве источника видеосигнала для захвата (оцифровки), редактирования и последующего воспроизведения видеосюжета на PC).
Каждая из категорий PC, с одной стороны, соответствует базовому набору характеристик персонального компьютера (Basic PC), оговоренному в документах, а с другой — имеет характерные отличия. В табл В.1 приведены основные системные требования к базовым PC различных спецификаций, а в табл. В.2 представлены основные характеристики различных категорий PC согласно спецификации PC 99A.
Материал в книге изложен так, что читатель легко найдет ответы на интересующие его вопросы относительно аппаратных средств PC: она состоит из 11 частей, причем каждая часть содержит логически связанные главы.
Части I—VI посвящены компонентам, необходимым для функционирования современного PC стандартной конфигурации.
В части I описаны различные типы корпусов PC, начиная с их классификации и заканчивая описанием блоков питания и кабелей, которыми комплектуется корпус.
Часть II посвящена основе любого PC — материнской плате и установленным на ней компонентам. Рассмотрены особенности материнских плат различных типов: от самых первых до современных моделей.
В части III описаны принцип работы и функциональные возможности различных устройств хранения информации. Особое внимание уделено стандартным устройствам — дисководам, винчестерам и приводам CD-ROM. Дано описание различных протоколов обмена данными (Ultra DMA/66, SCSI и др.) и современных технологий хранения информации (например, S.M.A.R.T.). Кроме того, в этой части содержится описание устройств резервного копирования и переноса файлов типа Zip, Jaz, ORB и др.
Часть IV посвящена видеосистеме PC. Здесь вы найдете не только описание цифровых, аналоговых и плоскопанельных мониторов, но и проекторов и стереоскопических устройств — шлемов виртуальной реальности, 3D-o4kob и др.
В этой части также описан принцип работы и основные характеристики различных моделей видеоадаптеров, начиная с MDA и заканчивая 3D-акселераторами, без которых трудно представить себе современный PC. Дан краткий обзор наборов микросхем современных видеоадаптеров. Здесь же рассмотрены различные средства обработки видеосигнала — видеобластеры, карты ввода/вывода и др.
В части V содержится информация об аудиосистеме PC: основные принципы работы звуковой карты, различные интерфейсы, а также характеристики современных акустических систем.
В части VI описаны устройства ввода информации в PC: от стандартных клавиатуры и мыши до дигитайзера и джойстика. В этой части также описаны устройства ввода изображения — сканеры и цифровые камеры.
В части VII описаны печатающие устройства, которые хоть пне являются обязательными компонентами PC, но без них компьютер наверняка не был бы столь популярен. Рассмотрены особенности работы принтеров и плоттеров различных типов.
Часть VIII посвящена вопросам дистанционной передачи и обмена данными между PC. Здесь рассмотрены методы объединения PC в сеть с помощью сетевых карт и подключения к Всемирной сети с помощью модема; описаны принцип работы сетевой карты, особенности различных типов кабелей, а также другие устройства, необходимые для создания надежной сети. Кроме того, в этой части вы найдете описание различных типов модемов, их достоинств и недостатков, а также протоколов передачи данных.
В части IX рассмотрены портативные PC — notebook, которые пока не получили широкого распространения в России.
Часть X посвящена вопросам модернизации, настройки PC и оптимизации его работы. Вы узнаете как разогнать CPU, настроить CMOS Setup и многое
другое. В этой части даны практические рекомендации, относящиеся к модернизации PC. Многочисленные иллюстрации и схемы, где расписан каждый шаг работы, помогут пользователю самостоятельно установить компоненты PC.
В части XI даны практические рекомендации по устранению неисправностей различных компонентов PC и его обслуживанию.
И наконец, кратко расскажем о единицах измерения некоторых величин и их обозначениях в данной книге. Габаритные размеры принято измерять в дюймах ("). Если вам более понятна система СИ, то напомним, что 1" = 2,54 см.
Глава 1. Типы корпуса
Глава 2. Блок питания
Глава 3. Лицевая панель корпуса PC
Типы корпуса
Описание составных частей PC мы начинаем с конструктивного элемента, не являющегося необходимым для функционирования вычислительной системы, т. е. корпуса. Корпус PC (Case) — не только "упаковочный ящик", но и функциональный элемент, защищающий компоненты PC от внешнего воздействия; это основа для последующего расширения системы. Можно усовершенствовать PC путем добавления в него новых или замены старых комплектующих. Поэтому при выборе корпуса рекомендуется руководствоваться не только эстетическими критериями; следует учитывать назначение PC и тип задач, которые будут решаться с его помощью.
Приобретая корпус, вы несете домой не просто жестяной ящик, но еще и находящийся в нем блок питания. Кроме того, с корпусом должен поставляться кабель, необходимый при замене и установке модулей PC. Именно с помощью этого кабеля соединяется материнская плата компьютера с другими его элементами. Все перечисленные элементы (корпус, блок питания и кабель) далее будут рассмотрены более подробно.
При покупке корпуса особое внимание следует обратить на способ его изготовления. Корпус, элементы конструкции которого соединены заклепками, хотя и стоит дешевле, но при его эксплуатации могут возникнуть проблемы, которых смогут избежать владельцы сварных корпусов. Пользователь, вынужденный часто транспортировать свой PC, или экспериментатор, которому постоянно приходится вскрывать корпус компьютера, должны выбирать надежный сварной корпус.
В недорогих корпусах монтажные отверстия и съемные крепежные элементы для материнской платы, карт и дисководов зачастую изготовлены не совсем точно. В результате возникают определенные проблемы при установке компонентов PC. Это не столько портит внешний вид, сколько может явиться причиной короткого замыкания или нарушения функционирования PC.
Многие фирмы-изготовители предлагают для корпуса различные фальш-панели на любой вкус покупателя. Цена корпуса от этого меняется несущественно.
От цифрового индикатора тактовой частоты процессора можно отказаться, поскольку польза от него незначительна (тактовая частота известна и без него или может быть легко определена).
Вы можете установить на нем любую тактовую частоту или даже свои собственные инициалы. Для этого нужно замкнуть перемычками соответствующие выводы коммутатора (их около 30). Пример представлен на рис. 1.1. Можете поэкспериментировать.
Не следует приобретать первый попавшийся корпус. Сделайте свой выбор, сравнив несколько корпусов.
Внимание!
Все кабели, по которым подается напряжение питания компьютера, перед вскрытием корпуса должны быть отсоединены. Включать PC со снятым кожухом допускается только в особом случае, например, при специальном тестировании плат. Никогда и ни при каких обстоятельствах не вскрывайте блок питания.
Корпус типа Slimline
Корпус типа Slimline относится к компактным корпусам (рис. 1.2). Такие корпуса незаменимы там, где дорог каждый сантиметр рабочего стола и где требуется PC, имеющий элементарный набор компонентов вычислительной системы. Это необходимо, например, в том случае, если персональный компьютер используется как рабочая станция локальной сети.
В корпус Slimline можно установить материнскую плату только определенного размера. Допустимые размеры материнской платы представлены в табл. 1.1. При покупке Slimline необходимо убедиться, что материнская плата, которую вы намереваетесь использовать в PC, подходит по размеру к данному корпусу.
Другим недостатком Slimline является то, что в нем использовано фактически все внутреннее пространство. Хотя при такой конструкции системного блока экономится место, если нужно заменить плату или другой компонент PC, приходится разбирать практически весь системный блок PC. Кроме того, мощности вентилятора порой не хватает для поддержания нормальной температуры внутри корпуса, в результате чего температура может возрасти до экстремальных значений.
Но самый большой недостаток Slimline состоит в ограничении места для установки компонентов, расширяющих возможности PC. Типичный Slimline имеет высоту 7 см, ширину 35 см и длину 45 см. Такие размеры ограничивают возможности модернизации PC. Это означает, что можно подсоединить только дисковод 5,25", дисковод 3,5" и один винчестер. Причем подсоединение двух дисководов 5,25" и 3,5" возможно не для всех Slimline. Хотя, в принципе, можно подсоединить внешний дисковод и установить его рядом с корпусом PC.
Практически все корпуса типа Slimline поставляются вместе с материнской платой. При покупке необходимо обращать на это особое внимание. Почти все материнские платы, предназначенные для установки в корпус типа Slimline, не имеют слотов расширения. Для подключения дополнительных карт (видеоадаптера, контроллеров, звуковой карты и т. п.) используется специальная карта расширения системной шины — так называемая карта адаптера (рис. 1.3). Использование этой карты обусловлено необходимостью горизонтального размещения дополнительных компонентов PC из-за ограниченной высоты корпуса данного типа. С помощью платы адаптера можно установить от трех до пяти дополнительных карт расширения.
Рис. 1.3. Плата адаптера для корпуса типа Slimline
Корпус типа Slimline, как правило, оборудован блоком питания мощностью не более 150 Вт.
Для снятия крышки корпуса необходимо открутить два винта, расположенных по бокам корпуса. Иногда в середине задней стенки корпуса находится еще один винт (немного выше нижнего канта крышки). Не нужно откручивать другие винты, так как в этом случае высвобождается блок питания и другие внутренние элементы конструкции корпуса, что может привести к нарушениям работы компьютера. Крышка приподнимается с обратной стороны корпуса и сдвигается назад. Не бойтесь, крышка не связана с какими-либо электронными конструктивными элементами.
Корпус типа Desktop
Корпус Desktop (Desktop — Письменный стол) был наиболее распространен до середины 90-х годов (рис. 1.4).
Самый существенный недостаток этих корпусов — они занимают много места на письменном столе. Конечно, корпус Desktop можно поставить на бок и расположить под столом, но только в том случае, если компьютер не имеет таких компонентов, как, например, привод CD-ROM, работа которого возможна только в горизонтальном положении.
Корпуса типа Desktop, как правило, имеют следующие размеры: ширина и длина около 45 см, высота около 20 см. Корпус Desktop
предназначен для размещения в нем блока питания мощностью 150—250 Вт (такой мощности хватает для питания всех элементов PC) и всех компонентов, которые обычно требуются пользователю.
При покупке корпуса типа Desktop необходимо обратить особое внимание на то, чтобы корпус был оснащен тремя сменными блоками высотой 5,25", предназначенными для расширения функциональных возможностей PC, например, для установки привода CD-ROM или стримера.
В последнее время в связи с широким распространением мультимедиа была разработана специальная модификация корпуса типа Desktop, включающая встроенную акустическую систему. Данная конструкция уже давно используется в компьютерах типа Macintosh. На переднюю панель выведены регуляторы громкости и баланса звука. Преимущество таких корпусов очевидно: освобождается от лишних проводов стол и не требуется место для акустической системы.
В некоторых конструкциях на переднюю панель также выведены регуляторы тембра и гнезда для подключения микрофона и наушников.
Вскрытие корпуса Desktop аналогично вскрытию корпуса Slimline. Если корпус не имеет захлопывающейся крышки, то он крепится винтами, расположенными по бокам корпуса.
Корпус типа Tower
Корпус типа Desktop занимал на рабочем столе много места. Поэтому был разработан корпус типа Tower, который можно размещать под столом. Корпус типа Tower можно легко открыть. Этот корпус состоит из двух изогнутых в форме буквы U стальных листов, вставленных друг в друга .Bcтpeчаются два варианта, указанные ниже.
□ В дешевых корпусах часть кожуха находится под фронтальной обшивкой. На обратной стороне по периметру (справа и слева) расположены три для Big-Tower и четыре для Super-Big-Tower винта, которые фиксируют крышку на тыльной стороне корпуса. После удаления винтов крышку слегка приподнимают. Крышка выходит из нижней части корпуса. После этого легким рывком ее извлекают из фронтальной части корпуса.
□ Альтернативу этой конструкции представляют корпуса, в которых боковая стенка может откидываться подобно крышке шкафа; однако для этого необходимо удалить два винта, обычно находящихся непосредственно на фронтальной обшивке или на тыльной части корпуса PC.
Многие корпуса типа Tower производятся с откидывающейся крышкой. Это грамотное решение: с одной стороны, крышка защищает элементы конструкции от попадания пыли, с другой стороны, — от шаловливых ручек знакомых, друзей и подрастающего поколения.
Mini-Tower
Корпус Mini-Tower можно сравнить с корпусом типа Desktop, установленном на бок. Габариты корпуса Mini-Tower идентичны габаритам Desktop (рис. 1.5). В большинстве случаев Mini-Tower имеет два съемных блока для 5,25" FDD, два съемных блока для 3,5" FDD и блок для винчестера. Мощность блока питания, устанавливаемого в корпус Mini-Tower, такая же, как и мощность блока питания, устанавливаемого в корпус типа Desktop.
Обычно корпус Tower ставят рядом со столом, за счет чего освобождается рабочее место.
Рис. 1.5. Корпуса типа Desktop и Mini-Tower
Поскольку кабели клавиатуры, монитора и мыши имеют стандартную длину, это налагает определенные ограничения на удаленность размещения корпуса. Правда, вы можете приобрести специальный удлинитель для клавиатуры.
Midi-Tower
Корпус типа Midi-Tower несколько больше Mini-Tower, его высота равняется примерно 50 см. В корпусе Midi-Tower вместо двух блоков для привода 5,25" имеется три таких блока, а в остальном конструктивные возможности сходны с возможностями корпуса Mini-Tower.
Big-Tower
Рис. 1.6. Корпус
типа Big-Tower
Корпус Big-Tower (рис. 1.6) является наиболее подходящим, если достаточно места рядом с письменным столом или под ним.
Мощность блоков питания, расположенных в корпусах Big-Tower, Super-Big-Tower, выше мощности блоков питания ранее упомянутых корпусов.
Корпус Big-Tower обычно оборудован шестью отсеками для установки приводов 5,25" (например, FDD, CD-ROM, Zip), а иногда еще двумя отсеками размером 3,5". Как правило, при стандартной поставке корпуса имеются специальные встроенные рамы для установки приводов 3,5". Таким образом, с их помощью пользователь в случае необходимости может установить в отсеке 5,25" привод 3,5".
Приблизительные размеры корпуса типа Big-Tower: ширина 48 см, высота 63 см и длина 20 см. Покупая такой корпус, надо обращать внимание на его высоту, если вы хотите разместить системный блок под письменным столом. Размеры конструктивных элементов PC приведены в табл. 1.2.
Super-Big-Tower
Эта "башня" по своим параметрам незначительно отличается от корпуса типа Big-Tower.Единственном отличаемым является высота корпуca, которая составляет около 73 см. Корпус Super-Big-Tower примечателен тем, что имеет две или три дополнительные монтажные рамы для установки приводов 5,25".
Корпус типа FileServer
FileServer — это главный компьютер сети, который должен снабжать данными и координировать работу многочисленных рабочих станций. FileServer более подробно будет рассмотрен в главе 27.
Корпус типа FileServer (рис. 1.7) является самым дорогим из всех корпусов. Его габариты: высота 73 см, ширина 30—35 см, длина примерно 55 см. Как правило, в корпусе имеется восемь блоков для приводов 5,25" и несколько блоков для приводов 3,5". В корпусе FileServer можно разместить три вычислительных машины обычной конфигурации.
Корпус снабжен колесиками, которые позволяют без особых усилий его передвигать. На передней панели находится множество оптических индикаторов и других элементов, которые позволяют контролировать все изменения в работе компьютера.
Рис. 1.7. Корпус типа FileServer с жидкокристаллическим монитором, FDD, приводом CD-ROM и шестью HDD
Мощность блока питания корпуса FileServer наибольшая по сравнению с мощностью всех рассмотренных выше типов корпуса. Представьте себе корпус FileServer, в котором размещены четыре винчестера. Каждый из них в момент запуска потребляет ток около 7 А. Таким образом, для работы этих компонентов блок питания должен обеспечивать ток около 28 А, что при напряжении питания +12 В составит 336 Вт потребляемой мощности. Дл корпуса FileServer, как правило, применяются блоки питания мощностью до 350 Вт. Так как материнская плата и другие компоненты должны быть обеспечены необходимым питанием, нельзя экономить на мощности блока питания. Для стандартной конфигурации PC вполне достаточно мощности блока питания 200—250 Вт. Реально при работе компьютера потребляема мощность обычно на 60—80 Вт меньше, чем теоретически допустимая.
В июле 1995 г. корпорацией Intel была предложена новая спецификация на конструкцию корпуса PC (и, соответственно, форм-фактора материнской платы). В настоящее время эта спецификация принята всеми ведущими производителями PC.
Разработка спецификации ATX обусловлена повышением требований к производительности CPU и, соответственно, к поддержке теплового режима, а также увеличением количества микросхем на материнской плате (на материнской карте интегрированы видео- и звуковые карты, контроллеры приводов и др.). Кроме того, появились требования более удобного и простого доступа к внутренним элементам PC. Если вы хоть раз открывали крышку корпуса PC и устанавливали новые компоненты, то наверняка столкнулись с массой неудобств: кабели периферийных устройств перекрывают доступ к модулям памяти, CPU мешает устанавливать полноразмерные карты в слоты расширения и пр.
Согласно стандарту АТХ материнская плата развернута на 90°, вследствие чего все слоты расширения становятся пригодными для использования полноразмерных плат, a CPU оказывается под блоком питания, и вентилятор блока питания дополнительно обдувает процессор.
Внешне корпус АТХ похож на корпус типа Desktop и Tower (рис. 1.8), однако имеются различия, указанные ниже.
□ Корпус АТХ оборудован новым блоком питания, отличающимся от своих предшественников размерами, конструкцией и наличием нового разъема для подключения к материнской плате.
□ Все слоты расширения поддерживают полноразмерные платы.
□ Наличие интегрированных портов уменьшает количество кабелей внутри корпуса, что облегчает доступ к компонентам материнской платы.
□ Все порты ввода/вывода располагаются на одной стороне материнской платы в один ряд и выходят на заднюю стенку корпуса (здесь же могут размещаться видео-, аудио- и игровой порт).
□ Разъемы интерфейсов дисководов и винчестеров расположены рядом с Bays Block's (посадочными местами для 3,5" приводов), следовательно, можно использовать более короткие кабели и они не будут путаться; также увеличивается производительность внешних устройств.
В настоящее время появилось большое количество АТХ -корпусов типа Desktop, Mini-Tower, Tower, имеющих унифицированное расположение крепежных отверстий для материнских плат различного типа, благодаря чему в корпус можно установить платы Baby-AT, полноразмерную плату AT или плату АТХ.
Рис. 1.8. Корпус типа Mini-Tower стандарта АТХ
Блок питания
Прежде чем перейти к описанию особенностей блока питания персонального компьютера, отметим одно важное обстоятельство, которое следует учесть. В конструкции блока питания нет ни деталей, ни элементов, которые требовали бы обслуживания. При поломке блок питания не ремонтируется.
Внимание!
Неквалифицированное вмешательство в работу блока питания может вызвать пожар внутри корпуса PC.
Основная задача блока питания — это преобразование напряжения сети 220—240 В в напряжение питания конструктивных элементов компьютера ±12 и ±5 В. Раньше для этого применялись силовые трансформаторы. Основное преимущество современных блоков питания перед такими антикварными трансформаторами — их вес. Трансформатор соответствующей мощности весит около 5 кг, а вес современных импульсных блоков питания составляет всего 900 г.
Недостатком импульсных блоков питания по сравнению с блоками питания на основе силового трансформатора является небольшой срок их службы. Силовой трансформатор — это надежный конструктивный элемент, бесперебойный срок работы которого исчисляется годами и даже десятилетиями. Надежность работы импульсного блока питания, в основном, зависит от надежности электронных компонентов, срок годности которых редко превышает 3 года, что связано со старением и соответствующим изменением их электрических параметров. Однако при электронном способе формирования питающих напряжений энергии, накопленной в фильтрующих конденсаторах, порой достаточно для осуществления непрерывного питания PC при кратковременном (на 0,5—1 сек) падении напряжения в сети. Такие кратковременные падения сетевого напряжения случаются достаточно часто. Именно они и компенсируются электронными схемами, благодаря чему не происходит нарушений в работе компьютера. Отметим, что сами эти электронные элементы блока питания очень чувствительны к помехам и нестабильности питающей сети.
Каждому пользователю не помешает иметь представление о функционировании блока питания. Речь идет о коробке, в которой размещен вентилятор для обеспечения необходимого температурного режима. Из-за пыли, со временем накапливающейся в блоке питания, вентиляция становится менее эффективной. Одно из правил электроники гласит: "чем выше температура, тем короче срок службы элемента". Нередко при эксплуатации в сильно запыленном помещении блок питания полностью приходит в негодность вследствие перегрева его элементов. Если все-таки компьютер нужен для работы именно в таких неблагоприятных условиях, следует использовать более дорогой корпус, на передней панели которого имеются вентиляционные отверстия со специальными фильтрами. Эти фильтры необходимо регулярно менять.
Размер блока питания определяется конструкцией корпуса. Промышленными стандартами можно считать шесть моделей корпусов и блоков питания:
□ PC/XT □ Baby-AT
□ AT/Desktop □ Slimline
□ AT-Tower □ ATX
Существует множество модификаций блоков питания каждого типа. Все они различаются выходными мощностями.
Последним стандартом на рынке PC стал стандарт АТХ, разработанный фирмой Intel в 1995 г. Этот стандарт, завоевавший особую популярность в 1996 г. с появлением нового процессора Pentium Pro, определил новую конструкцию материнской платы и блока питания.
Перед включением блока питания обязательно проверьте его переключатель напряжения (с обратной стороны корпуса). Он должен быть переведен в положение, соответствующее напряжению сети, принятому в данной стране. Этот переключатель обеспечивает работу блока питания при напряжении 210—240 В или 110—130 В. Если переключатель напряжения установлен неправильно (для нашей страны — это положение 110—130 В), при включении компьютера есть вероятность навсегда распрощаться с блоком питания.
Примечание
Для большей надежности после установки переключателя в положение, соответствующее напряжению питающей сети, лучше заклеить его клейкой лентой.
Блок питания имеет множество клемм, расположенных на тыльной стороне корпуса. С помощью шнура со специальным штекером блок питания подключается к промышленной сети. Над этим штекером находится разъем для подключения монитора к сети. Если компьютер выключен, то на этот разъем напряжение не подается. И лишь после включения PC подается напряжение питания на монитор.
Причины ошибок подключения блока питания
Если к блоку питания не подключена нагрузка, например материнская плата, он может не запуститься. То же самое может произойти, если неправильно подключен кабель данных.
Если блок питания вашего PC не АТХ, то внутри корпуса PC обычно можно найти разъемы следующих типов для подачи напряжения питания на элементы PC.
□ Разъем (обозначаемый Р9) с двумя черными проводами, одним белым и тремя красными.
□ Разъем (обозначаемый Р8) с двумя черными, синим, желтым и одним красным проводами, а также оранжевым проводом для передачи сигнала Power Good.
□ Два разъема с красным, желтым и двумя черными проводами для подачи напряжений питания на приводы 3,5" и 5,25", устанавливаемые в корпусе PC. Эти разъемы различаются по размерам. Разъем меньшего размера предназначен для подключения к дисководу 3,5".
Внимание!
Если разъемы Р8 и Р9 подсоединены неправильно, при включении питания материнская плата сразу выйдет из строя. Это одна из самых распространенных ошибок.
В качестве ориентира для правильного подключения могут служить два черных провода разъемов Р8 и Р9. Эти разъемы следует подключать к материнской плате таким образом, чтобы все четыре черных провода были расположены так, как показано на рис. 2.1. В сомнительных случаях (например, при другой окраске проводов) необходимо обратиться за советом к специалисту.
Если блок питания (корпус) PC соответствует стандарту АТХ, то вы не обнаружите разъемов, обозначаемых Р8 и Р9. В модели АТХ предусмотрен новый штекер питания для материнской платы (рис. 2.2). Он является одиночным разъемом с ключом и содержит 20 контактов. Его невозможно подключить неправильно, поскольку вместо двух разъемов (Р8 и Р9) используется один. В новом разъеме предусмотрена цепь питания +3,3 В, поэтому не нужен стабилизатор напряжения на материнской плате для питания CPU и других схем. Несмотря на то, что напряжение +3,3 В в спецификации АТХ помечено как допустимое, его можно получить от любого блока питания стандарта АТХ.
Некоторые современные материнские платы типа Baby-AT и LPX имеют одновременно как 20-контактный разъем для блока питания АТХ, так и штекер для подключения разъемов Р8 и Р9.
Рис. 2.2. Назначение выводов разъема для подключения блока питания к материнской плате стандарта АТХ
С появлением напряжения +3,3 В система АТХ обеспечивает другой набор управляющих сигналов, отличающийся от формируемых обычными стандартными системами (сигналы Power__On и 5v_Standby). Power_On — это сигнал материнской платы, который может использоваться такими операционными системами, как Windows 95/98 и Windows NT. Сигнал Power_On позволяет выключать систему программным путем и использовать клавиатуру для включения PC. Сигнал 5v_Standby называется сигналом питания малой мощности — Soft Power. Он всегда активен, даже если компьютер выключен. Таким образом, имеется возможность программно управлять блоком питания.
Некоторые блоки питания производства фирм IBM, Dell, Atari, Commodore DEC, NEC могут иметь разъемы самых разнообразных типов. Их можно подсоединять к материнским платам, которые оборудованы такими же разъемными соединениями (рис. 2.3).
Рис. 2.3. Блоки питания и разъемы для подключения компонентов PC
Конструктивно все штекеры и соответствующие им гнезда снабжены специальными направляющими или выемками, исключающими неправильное подключение. В случае, если эти направляющие отсутствуют или вы сомневаетесь в правильном подключении, ориентируйтесь по цветной маркировке проводов. По желтому проводу подается напряжение +12 В, по красному — +5 В, черный провод всегда является "землей". На плате, где крепится гнездо для подключения разъема питания, обычно краской нанесена таблица с назначением соответствующих штырьков гнезда. Штекеры для подключения к дисководам 3,5" и 5,25" имеют специальные направляющие. Так что вам придется приложить значительные усилия, чтобы подключить штекер неправильно.
Для блоков питания более дешевых корпусов характерно расшатывание контакта в штекере. Если это происходит, такой кабель может вывести из строя весь компьютер. Перед подключением соответствующих разъемов не-. обходимо взять штекер и легко потянуть за кабель, чтобы определить, можно ли вытащить из него контакты. Если контакты вытаскиваются, таким кабелем пользоваться нельзя.
При покупке блока питания необходимо проверить, снабжен ли он вентилятором. Вентиляторы можно подразделить на две группы в зависимости от скорости вращения их лопастей: к первой относятся такие вентиляторы, лопасти которых вращаются с постоянной скоростью, ко второй — такие, скорость вращения лопастей которых зависит от температуры (терморегулируемые). Естественно, предпочтительнее приобрести вентилятор последнего типа. При повышенной температуре терморегулируемый вентилятор работает с полной отдачей, что иногда приводит к характерному завыванию, а при пониженной — обороты уменьшаются вплоть до полной его остановки. Так как жесткие диски и дисководы работают тоже не бесшумно, то работа такого компьютера напоминает работу газонокосилки или электрической бритвы.
При покупке PC попросите продемонстрировать работу устройства, чтобы получить представление об уровне производимого шума. Так как в торговом помещении отсутствует мебель, поглощающая шум, уровень шума покажется, вероятно, еще выше, чем на рабочем месте.
Традиционно вентиляторы располагались на тыльной стенке корпуса блока питания, и воздух выдувался наружу. В отличие от подобных конструкций, вентилятор блока питания стандарта АТХ располагается на стенке корпуса блока питания (рис. 2.4) и обращен внутрь PC; таким образом, поток воздуха прогоняется вдоль материнской платы и направлен на компоненты материнской платы, которые выделяют наибольшее количество тепла (CPU, SIMM-модули и карты расширения). В связи с этим нет необходимости ставить отдельный вентилятор (Cooler) для CPU.
Другим преимуществом является уменьшение загрязнения внутренних узлов PC, поскольку в корпусе создается избыточное давление, и воздух выходит через щели в корпусе. Например, если вы поднесете дымящуюся сигарету к лицевой панели дисковода в обычной системе, то дым будет затягиваться внутрь и может повредить головки чтения/записи. В АТХ- системах дым будет отгоняться от устройства, поскольку внутрь воздух попадает только через вентиляционное отверстие блока питания. В системе, работающей в условиях повышенной запыленности, на воздухозаборнике можно установить фильтр, который предотвратит попадание частиц пыли.
В большинстве типов корпусов содержатся блоки питания ОЕМ- производителей (Original Equipment Manufacturer, OEM), что означает так называемую продукцию No-Name (без имени). При покупке необходимо обратить внимание на то, чтобы блок питания был снабжен, по крайней мере, штемпелем производителя.
Почти все блоки питания идентичны по конструкции. Цена блоков питания в проверенном исполнении выше. Однако не стоит экономить на мелочах.
От безупречного функционирования блока питания зависит работоспособность компьютера в целом. В момент, когда компьютер выходит из строя, повреждения могут произойти не только в компьютере. Если в такой момент ваша рука лежит на металлическом корпусе, то это может быть опасно для жизни.
Если вы приобрели (или имеете) материнскую плату стандарта АТХ, то необходимо приобрести и корпус с блоком питания стандарта АТХ. В противном случае у вас возникнут проблемы с подключением питания к материнской плате.
Некоторые умельцы приобретают дефектные блоки питания. Наш совет; никогда не делайте этого. Даже специалисты ремонтируют блоки питания в редких случаях, поскольку из-за одной неисправности обычно повреждаются многие конструктивные элементы блока питания.
В случае, когда необходимо подключить не только один монитор и компьютер, но и печатающее устройство, а также активные акустические системы для работы с мультимедиа, вам придется индивидуально включать каждый прибор, что займет определенное время. Как уже упоминалось, на блоке питания для его подключения находится разъем, к которому подсоединяется сетевой кабель с розеткой. Кроме того, рядом с этим разъемом располагается гнездо для подключения монитора, поэтому можно включать/выключать PC и монитор одновременно с помощью одного переключателя.
Этот разъем можно не использовать, а оборудовать кабель питания монитора обычной вилкой для подключения к питающей сети. Это бывает необходимо при использовании мониторов, имеющих экран размером по диагонали 17" и более. Поскольку мониторы таких размеров потребляют значительно большую мощность по сравнению с мониторами 14" или 15", при подключении их к соответствующему разъему PC через сетевой переключатель может проходить ток, который существенно превысит предельно допустимый для переключателя данного типа, что может привести к его выходу из строя. Таким образом, для подключения PC, монитора, принтера и других периферийных устройств необходим удлинитель с множеством розеток.
UPS
Бесперебойная работа любого электротехнического оборудования зависит от стабильности параметров промышленной сети. Стабильность параметров сети выражается в сетевых помехах, основными из которых являются высоковольтные импульсные броски напряжения (до 3 кВ), периодические броски напряжения меньшей амплитуды, долговременное падение уровня напряжения до 150—170 В, периодические спады напряжения при подключении мощного оборудования, нестабильность частоты, кратковременные перебои подачи напряжения и т. п. Все эти помехи влияют на работоспособность PC и могут привести к потере данных, к перегреву, зависанию, вплоть до полного выхода из строя. Единственной защитой (рис. 2.5) компьютера и иного оборудования от сетевых помех являются источники бесперебойного питания (Uninterruptible Power Supply, UPS).
В зависимости от принципа действия различают следующие три типа UPS.
□UPS архитектуры off-line. В сетевом режиме UPS off-line питает PC через ветвь, содержащую только входной фильтр (рис. 2.6). Одновременно зарядное устройство UPS подзаряжает аккумуляторные батареи. Если подача электроэнергии прекратилась или напряжение в сети стало ниже некоторой допустимой величины, то UPS включает питание от батарей. Поскольку питание PC и периферийного оборудования обеспечивается напряжением промышленной сети переменного тока, постоянное напряжение аккумуляторной батареи должно быть преобразовано в переменное со значением, соответствующим номинальному значению напряжения сети. Для этого в UPS используется специальное устройство — инвертор. Среди достоинств UPS off-line стоит отметить простоту схемного решения, дешевизну, минимальные габариты и вес. Эти источники целесообразно использовать для защиты персональных компьютеров, периферийного оборудования, бытовой оргтехники.
□ UPS архитектуры on-line. UPS этого типа еще называют источниками с двойным преобразованием. В них входное переменное напряжение с помощью выпрямителя преобразуется в постоянное и поступает на высокочастотный (ВЧ) преобразователь (рис. 2.7). С выхода ВЧ- преобразователя напряжение высокой частоты поступает на инвертор и с него на выход устройства. Необходимость применения ВЧ- преобразователя обусловлена тем, что значительные изменения напряжения сети преобразуются в относительно небольшие изменения частоты ВЧ- сигнала на его выходе. Дело в том, что электроника PC более критична к изменению уровня питающего сетевого напряжения, чем к его частоте. Зарядное устройство и аккумулятор подключены непосредственно к выходу UPS. Этим достигается малое время переключения и стабильность параметров выходного переменного напряжения UPS. Кроме того, конструкция UPS типа on-line обеспечивает гальваническую развязку между промышленной сетью и блоком питания PC. Источники бесперебойного питания архитектуры on-line имеют более высокую стоимость и применяются, когда необходима надежная и качественная защита жизненно важного оборудования, часто работающего круглосуточно (например, серверы сетей, медицинское оборудование, персональные компьютеры, выполняющие особо важные функции).
□ UPS гибридной архитектуры (line interactive UPS). По существу эти UPS являются усовершенствованием UPS типа off-line. У таких источников инвертор непрерывно подключен к выходу (рис. 2.8), благодаря чему обеспечивается гальваническая развязка. Подобные источники питания в принципе могут использоваться для защиты оборудования обеих выше описанных категорий. Зачастую выбор между UPS типа on-line и line interactive определяется не столько функциональными характеристиками, сколько их ценой.
Примечание
Не рекомендуется экономить на установке источников бесперебойного питания при развертывании больших вычислительных систем.
Лицевая панель корпуса PC
Компьютер состоит из множества компонентов, которые связаны между собой посредством кабелей и проводов. В реальном устройстве это выглядит проще, чем кажется, когда читаешь специальную литературу. Изготовители единодушно считают, что кабели должны маркироваться стандартно, но иногда имеют место исключения, которые касаются, прежде всего, цвета проводов. Однако информация, представленная в последующих разделах этой книги, относится к большинству типов корпусов.
Светодиодный индикатор {Light Emiting Diode, LED) работы винчестера (чаще всего, красного свечения) обычно размешен на передней панели корпуса и служит для контроля работы винчестера. Каждое обращение к винчестеру сопровождается загоранием индикатора, обычно обозначаемого на панели управления системного блока как HDD. Пусть вас не пугает, что индикатор винчестера горит не постоянно, а периодически вспыхивает. Дело здесь не в плохом контакте, а в визуальном отображении быстрого обращения к винчестеру. Пример подключения индикаторов на фальшпанели корпуса PC приведен на рис. 3.1.
Если контроллер винчестера не интегрирован в Chipset материнской платы, а установлен в слот расширения материнской платы (для PC с CPU 80486 и ниже), то кабель индикатора HDD подключается к соответствующему разъему контроллера винчестера. Обычно кабель представляет собой двухжильный провод, маркированный красным и черным цветом. Найдите на карте контроллера соответствующие клеммы для подключения этого кабеля, обычно обозначаемые как LED HDD. Если на контроллере их нет, то кабель можно подключать непосредственно к винчестеру. Это не очень хорошо, потому что, во-первых, кабель будет проходить по слишком запутанному пути, а во-вторых, винчестер не имеет соответствующего разъема и кабель непосредственно должен припаиваться к плате с электронными компонентами винчестера. Если вы сами не осмеливаетесь выполнить эту работу (а здесь необходимо соблюдать чрезвычайную осторожность), то следует отказаться от индикации работы винчестера или обратиться за помощью к специалисту.
Индикатор включения PC должен всегда загораться при включении компьютера. Кабель этого индикатора маркируется в большинстве случаев зеленым цветом. Речь идет о двухжильном проводе, который заканчивается трехштырьковым штекером, причем средний штырь не задействован. Цвет кабеля соответствует цвету индикатора — зелено-черный или зелено-белый кабель.
Обычно кабель индикации включения питания PC объединяют с кабелем Key Lock (кабель блокирования клавиатуры PC). В этом случае кабель снабжается пятиштырьковым разъемом. Изготовители материнских плат, как правило, подписывают все места подключения разъемов к материнской плате, поэтому соответствующую клемму можно найти без проблем. Место подключения разъема KeyLock можно легко определить даже без маркировки. Поищите на материнской плате однорядную планку с пятью штырьками, причем один из пяти штырьков отсутствует. Этот отсутствующий штырь является своеобразным ключом для правильного подключения разъема.
Так как этот штекер не имеет направляющих, велика вероятность подключить его неправильно. Результатом этой ошибки будет отсутствие индикации работы. В этом случае надо развернуть штекер на 180°.
Примечание
Лишь ошибочное подключение к силовым клеммам материнской платы может привести к непоправимым последствиям. Ошибки подключения кабеля, обеспечивающего работу сервисных элементов (индикаторов работы PC), не приведут к такому исходу.
Индикатор режима Turbo
Индикатор режима Turbo (Turbo LED) либо включен, либо выключен. В первом случае индикатор сигнализирует, что процессор компьютера работает с максимальной тактовой частотой. Поскольку индикатор режима Turbo соединен с переключателем, то нажатием кнопки Turbo вы замедлите работу компьютера.
Примечание
Цель замедления состоит в том, что иногда при наличии быстродействующей материнской платы может произойти такая ситуация, когда периферийные карты не будут успевать за скоростью работы процессора и это приведет к нарушению работы системы. Чтобы обойти эту проблему, быстродействие компьютера уменьшают с помощью переключателя Turbo. При этом у материнских плат некоторых изготовителей замедление вызывает уменьшение тактовой частоты действительно в два раза (что является самым идеальным методом). Другие изготовители переключателей Turbo осуществляют перевод компьютера в режим Power Saving.
Иногда в компьютере индикация режима Turbo осуществляется посредством индикатора тактовой частоты. В этом случае при нажатии Turbo тактовая частота может измениться, например, будет не 50, а 25 МГц. Однако не забывайте о том, что индикатор частоты может быть настроен произвольно по вашему желанию и необязательно отображает реальную тактовую частоту процессора.
Для индикатора Turbo используется желто-белый или желто-черный кабель с двухштырьковым разъемом. Гнездо для подключения этого разъема на материнской плате имеет обозначение TURBO LED. Если индикация отсутствует, уже ясно, что делать, — нужно просто изменить полярность подключения этого разъема.
Индикатор режима Green
Многие современные материнские платы поддерживают работу в режиме пониженного энергопотребления — режиме Green. При использовании данного режима можно не выключать PC даже на ночь. Компьютер будет "пробуждаться" либо по времени, либо при внешнем воздействии, например, при перемещении мыши, телефонном звонке на модем и т. п.
О переходе PC в режим Green сообщает индикатор, который имеется на фронтальной панели современных корпусов АТХ.
Сетевой переключатель
Обычно сетевой переключатель уже соединен с блоком питания. Если это не так, следует воспользоваться инструкцией по эксплуатации и подключить его.
Внимание!
При покупке обращайте внимание на то, чтобы переключатель был соединен с блоком питания. Если инструкции нет, то подключение сетевого переключателя доверьте специалисту. Из-за широкого разнообразия блоков питания не существует единой цветовой маркировки клемм сетевого переключателя. Будьте предельно осторожны при его подключении! Речь идет о напряжении сети 220—240 В.
Путем включения компьютера с помошью сетевого переключателя осуществляется холодный старт PC, т. е. запуск системы из состояния покоя (холодного состояния). При холодном старте перед повторным включением компьютера следует подождать не менее полминуты, так как механика приводов требует определенного времени для полной остановки.
Внимание!
Частое включение и выключение компьютера без пауз посредством сетевого переключателя может привести к серьезным повреждениям приводов дисководов и винчестера.
После включения PC в течение примерно 0,3—0,5 с выполняется самотестирование блока питания. В случае, если все уровни напряжений питания находятся в допустимых пределах, на материнскую плату поступает сигнал Power_Good. Этот сигнал подается на материнскую плату, где микросхемой тактового генератора формируется сигнал начальной установки процессора.
При отсутствии сигнала Power_Good микросхема тактового генератора будет постоянно подавать на CPU сигнал начальной установки, не позволяя PC работать при "нештатном" или нестабильном напряжении питания. При поступлении сигнала Power_Good на генератор сигнал начальной установки процессора выключится и начнется выполнение программы тестирования PC (Power On Self Test, POST), записанной в ROM BIOS. После удачного завершения тестирования произойдет загрузка системы.
В некоторых дешевых блоках питания схемы формирования сигнала Power_Good нет вообще, и эта цепь просто подключена к источнику напряжения питания +5 В.
Одни материнские платы более чувствительны к неправильной подаче сигнала Power_Good, чем другие. Проблемы, связанные с запуском, часто возникают именно из-за недостаточной задержки этого сигнала. Иногда после замены материнской платы PC перестает нормально запускаться. В такой ситуации довольно трудно разобраться, особенно неопытному пользователю, которому кажется, что причина кроется в новой плате. Но не торопитесь списывать ее в неисправные, т. к. часто оказывается, что "виноват" блок питания: либо он не обеспечивает достаточную мощность для питания новой материнской платы, либо не подведен или неправильно формируется сигнал Power_Good. В такой ситуации лучше всего попробовать подключить материнскую плату к другому блоку питания.
Переключатель Reset
Переключатель Reset (Сброс) служит для перезапуска PC. Это так называемый горячий старт, который очень похож на холодный старт, но (в отличие от холодного старта) при нажатии кнопки Reset компоненты PC остаются под напряжением. С помощью Reset осуществляется прерывание сигнала Power_Good. При этом формируется сигнал сброса и повторяется последовательность событий, происходящих при холодном старте PC. Результат нажатия кнопки Reset внешне похож, но не аналогичен нажатию комбинации клавиш <Ctrl>+<Alt>+<Del>. После нажатия этой комбинации клавиш не выполняется процедура POST, а просто происходит перезагрузка операционной системы. При серьезном зависании системы горячий старт выполняется не всегда после нажатия клавиш <Ctrl>+<Alt>+<DeI>. В некоторых корпусах имеется сдвоенный переключатель Reset. Двухжильный кабель подключения, как правило, маркируется красно-белым цветом. Место подключения разъема на материнской плате отмечено символами RES или RESET. Полярность подключения здесь не важна.
Переключатель KeyLock
Переключатель KeyLock очень просто подключается к материнской плате с помощью двух неиспользованных штырей на планке для подключения индикатора питания PC, причем так же, как и для кнопки Reset, полярность не играет никакой роли.
С помощью ключа KeyLock вы можете закрыть доступ в систему путем отключения клавиатуры. Теоретически — неплохо, практически же эта защитная функция для грамотного взломщика не создаст абсолютно никакого препятствия по двум причинам. Во-первых, вскрыв корпус PC, легко получить доступ к самому переключателю, "закоротив" выводы которого можно отключить блокировку клавиатуры; во-вторых, ключи в стандартном исполнении бывают, максимум, трех или четырех видов. Ключ вашего замка PC подойдет, вероятно, еще к сотням тысяч других компьютеров.
Громкоговоритель
Еще одним функциональным элементом в корпусе PC является громкоговоритель, расположенный близко к фронтальной панели корпуса. Название "громкоговоритель" весьма преувеличено, скорее нужно говорить о "пищалке". Однако им нельзя пренебрегать. При поломках или нарушениях работы системы громкоговоритель сообщит о неисправности посредством подачи акустических сигналов. По количеству "пикающих" звуков можно определить, какие нарушения произошли в системе.
Место подключения громкоговорителя к материнской плате обозначается символами SPK или SPEAKER.
Внимание!
Не спутайте гнездо подключения внешней аккумуляторной батареи с гнездом для подключения громкоговорителя (они похожи).
В соответствии со спецификацией РС99 все разъемы на материнской плате и картах расширения должны иметь цветовую маркировку (табл.)
ЧАСТЬ II.
МАТЕРИНСКАЯ
ПЛАТА
Глава 4. Типоразмеры материнской платы
Глава 5. Шины
Глава6. Процессоры
Глава7.Память
Глава8.Chipset
Глава9.КОМ BIOS
Материнская плата —
основной компонент PC
Материнская плата {Motherboard) является основным компонентом каждого PC. Ее также называют главной (Mainboard) или системной платой. Это не только "сердце компьютера", но и самостоятельный элемент, который управляет внутренними связями и с помощью системы прерываний взаимодействует с внешними устройствами. В этом отношении материнская плата является элементом внутри PC, влияющим на производительность компьютера в целом. Супербыстрый винчестер или высокопроизводительная графическая карта нисколько не смогут повысить его производительность, если тормозится поток данных к материнской плате и от нее.
Материнская плата является главной платой PC, на которой размещаются все его основные элементы, линии соединения и разъемы для подключения внешних устройств.
Тип установленной материнской платы определяет общую производительность системы, а также возможности по модернизации PC и подключению дополнительных устройств.
Существует огромное количество фирм-производителей материнских плат. Наиболее известными в настоящее время являются Intel, FICO, LackyStar, ASUStec.
На рисунке схематически представлена материнская плата с элементами, которые, вероятно, в том или ином виде находятся на материнской плате вашего PC.
□ Процессор, установленный в специальный разъем. Как правило, на процессор устанавливается радиатор с вентилятором.
□ Микросхемы кэш-памяти второго уровня (внешней). В современных процессорах эти микросхемы устанавливаются на плату картриджа CPU.
□ Разъемы (слоты) для установки модулей оперативной памяти. В настоящее время используются разъемы с 72-мя контактами — для модулей SIMM и с 168-мя контактами — для модулей DIMM. Количество и тип разъемов зависит от типа материнской платы.
□ Разъемы (слоты) для установки карт расширения. Как правило, на материнских платах имеются разъемы для карт стандарта ISA и PCI. В недавнем прошлом на них имелись еще и разъемы, предназначенные для карт стандарта VLB. Современные модели материнских плат оборудованы слотом AGP. Наличие разъемов и возможность установки в них любых карт расширения (видеоадаптера, звуковой карты, модема, карты АЦП и др.) определяют открытую архитектуру PC.
□ Микросхема перепрограммируемой памяти (EEPROM), в которой хранятся программы BIOS, тестирования PC, загрузки операционной системы, драйверы устройств, начальные установки (CMOS Setup) и т. п.
□ Разъемы для подключения накопителей HDD, FDD, CD-ROM, последовательные порты для подключения периферийных устройств (мышь, модем и др.), параллельные порты для подключения принтера, сканеров некоторых типов и др.
□ Набор микросхем (Chipset) высокой степени интеграции для управления обменом данными между всеми компонентами PC.
□ Аккумуляторная батарея для питания микросхемы памяти CMOS, в которой хранятся текущие настройки BIOS (CMOS Setup) и электронного таймера (системных часов).
На некоторые материнские платы фирмы-производители устанавливают микросхемы, выполняющие функции видеоадаптера, звуковой карты сетевой карты и т. д. Как правило, подобные материнские платы выполнены в форм-факторе LPX (mini-LPX), MicroATX. Эти меры приняты с целью экономии места в корпусе PC и увеличения количества свободных слотов. При покупке такой материнской платы вы. с одной стороны, экономите деньги, а с другой — лишаетесь возможности модернизировать любой из интегрированных компонентов, если его характеристики вас не устраивают.
Все компоненты материнской платы связаны друг с другом системой проводников (линий), по которым происходит обмен информацией. Эту совокупность линий называют информационной шиной или просто шиной (Bus).
(См. главу 5.)
Взаимодействие между компонентами и устройствами PC, подключенными к разным шинам, осуществляется с помощью так называемых мостов, реализованных на одной из микросхем Chipset. Например, мост для соединения шины ISA и PCI (PCI/ISA Bridge System I/O) набора микросхем Triton 430НХ реализован в микросхеме 82371 SB, называемой также РПХ.
В следующих главах мы подробнее расскажем о всех вышеперечисленных составных элементах, которые находятся на материнской плате.
Типоразмеры
материнской платы
Размеры материнской платы нормированы. Также стандартизованы и отверстия внутри платы, которые соединяют ее с дном корпуса. Поэтому говорят не о размерах, а о типоразмерах материнских плат.
Существуют следующие основные типоразмеры материнских плат:
□ FullSize □ Mini-ATX
□ Baby-AT □ MMicroATX
□ HalfSizeLPX □ Flex-ATX
□ Mini-LPX □ NLX
□ ATX □ Mini-NLX
Размеры этих плат представлены в табл. 4.1.
Полноразмерная плата (FullSize) по своим габаритам соответствует материнской плате PC IBM AT. Расположение разъемов клавиатуры и слотов расширения такой платы строго определены, чтобы совпадать с отверстиями в корпусе. Плата помешается только в полноразмерный корпус типа Desktop и Tower. Вследствие того, что эти платы невозможно установить в широко распространенные корпуса типа стандартный Desktop и Mini-Tower, они уже практически не выпускаются.
Baby-AT
Стандарт материнских плат типоразмера Baby-AT (BabySize) появился в 1982 г. На этих платах расположение разъемов клавиатуры и слотов также должно соответствовать отверстиям в корпусе. Для подключения клавиатуры используется стандартный 5-контактный DIN-разъем. Материнские платы размера Baby-AT могут быть установлены практически в любой корпус, за исключением корпусов уменьшенной высоты и Slimline. Именно поэтому они получили наибольшее распространение.
В настоящее время корпорация Intel сняла с производства материнские платы Baby-AT и перешла на выпуск материнских плат спецификации АТХ.
LPX (Mini-LPX)
Материнские платы LPX и mini-LPX обычно устанавливаются в корпусах уменьшенной высоты или в корпусах типа Slimline.
Слоты расширения этих плат смонтированы на отдельной плате (Reiser card), которая вставляется в слот материнской платы перпендикулярно ей. Карты расширения устанавливаются на эту плату таким образом, чтобы их плоскость была параллельна плоскости материнской платы. Это позволяет уменьшить высоту корпуса PC. Все разъемы находятся на задней панели материнской платы LPX. Обычно это разъемы для подключения монитора, параллельный порт, два последовательных порта и разъемы типа mini-DIN для клавиатуры и мыши стандарта PS/2 (рис. 4.2). Все разъемы смонтированы непосредственно на материнской плате.
На некоторых материнских платах типа LPX интегрированы микросхемы видео- и аудиоконтроллеров, сетевого или SCSI-адаптера.
В настоящее время корпорация Intel сняла с производства материнские платы LPX.
ATX (Mini-ATX)
В 1995 г. корпорация Intel анонсировала новую спецификацию АТХ для форм-фактора материнской платы и корпуса PC. Стандарт АТХ сочетает в себе лучшие черты стандартов Baby-AT и LPX и дополнительные усовершенствования. Спецификация АТХ для материнских плат предусматривает пункты, перечисленные ниже.
□ Интеграцию на материнской плате стандартных периферийных устройств: контроллеров дисководов и винчестеров, параллельных и последовательных портов, а также (по мере необходимости) видео- и звуковых адаптеров, модемов и интерфейсов локальных сетей.
□ Наличие встроенной двойной панели разъемов ввода/вывода размером 15,9x4,4 см, находящейся на тыльной стороне материнской платы.
□ Наличие одноключевого внутреннего разъема источника питания. (См. главу /.)
□ Изменение местоположения CPU и модулей памяти на материнской плате. Теперь они не мешают картам расширения, их легко заменить; CPU и модули памяти располагаются около вентилятора блока питания.
□ Перемещение разъемов контроллеров ввода/вывода, интегрированных в материнской плате, ближе к накопителям. Это означает, что длину внутренних кабелей данных можно уменьшить.
Первые материнские платы АТХ были представлены корпорацией Intel весной 1996 г. Эти платы имели названия Thor и Aurora для систем с CPU Pentium и Pentium Pro соответственно.
Все преимущества материнской платы АТХ проявляются в том случае, если она устанавливается в соответствующий корпус.
(См. главу /.)
В декабре 1997 г. была представлена модификация материнской платы ATX — MicroATX. От материнской платы ATX (mini-ATX) платы форм-фактора отличаются не только габаритами (см. табл. 4.1), но и количеством слотов для подключения карт расширения. Материнские платы MicroATX рассчитаны на 4 слота РС1, в то время как АТХ — на 7 (3 ISA и 4 PCI, причем один из них — смежный, то есть слоты расположены настолько близко, что можно установить либо карту расширения ISA, либо PCI). Это вполне оправдано, поскольку в соответствии со спецификациями PC 98, PC 99, PC 2000 наличие в системе шины ISA не предусмотрено (для подключения устройств, ранее подключаемых к шине ISA, разработаны специальные шины USB и LPC), а современные видеокарты устанавливаются в слот AGP. Кроме того, во многие современные Chipset (например, Intel 810, SiS630) интегрированы видео- и аудиоадаптеры.
Блок питания для материнских плат MicroATX имеет меньшие размеры, чем для плат АТХ.
Форм-фактор FlexATX является модификацией форм-фактора MicroATX. Площадь такой платы меньше на 30%, чем площадь карты MicroATX. Для установки CPU на плате имеется разъем Socket 370 (рис. 4.3). Слоты расширения отсутствуют, т. е. подобные материнские платы ориентированы на Chipset с интегрированными видео- и аудиоадаптерами (типа i810, SiS630).
Рис. 4.3. Внешний вид материнской платы FlexATX
В начале 1997 г. корпорацией Intel был предложен стандарт NLX, регламентирующий
□ новые физические и функциональные параметры блока питания;
□ требования к режимам охлаждения и условиям соединения отдельных компонентов PC между собой;
□ систему крепления материнской платы;
□ разбиение платы на зоны, в пределах которых располагаются электронные компоненты, имеющие определенную высоту и служащие для реализации тех или иных функций.
Стандарт NLX явился дальнейшим развитием стандарта АТХ. Согласно стандарту NLX в PC устанавливается так называемая ризер-карта (Riser card), напоминающая плату адаптера, вставляемую в материнскую плату в корпусе типа Slimline. Как и плата адаптера Slimline, ризер-карта имеет стандартные слоты PCI и ISA, в которые устанавливаются все необходимые карты расширения. Основное отличие ризер-карты NLX от адаптера Slimline состоит в том, что материнская плата также устанавливается в специальный слот, называемый NLX Riser Connector. Этот разъем содержит не только информационную шину, но и шину питания. Таким образом, после установки материнская плата автоматически оказывается подключенной к шине питания.
Кроме того, на ризер-карте располагаются различные разъемы, которые ранее располагались на материнской плате — IDE, FDD, USB, блока питания и др. (рис. 4.4),
Рис. 4.4. Ризер-карта NLX
В соответствии с новым стандартом ризер-карта является фактически кросс-платой, через которую происходит коммутация всех модулей системного блока, а также подача питания на них. На материнской плате NLX располагаются гнезда CPU, слоты для модулей памяти, Chipset, микросхемы BIOS и кэш-памяти. Преимущества стандарта NLX:
□ гарантируется возможность замены материнской платы;
□ обеспечивается доступ к кабелям, картам расширения, модулям памяти и др.; □существенно сокращается длина кабеля IDE и кабеля для подсоединения
дисковода;
□ обеспечивается возможность замены CPU;
□ имеется возможность применения двухпроцессорных систем.
Особо надо отметить принципиально новую конструкцию крепления материнской платы. Согласно стандарту NLX предлагается прикрепить к материнской плате специальные направляющие, которые и обеспечивают простоту установки платы в корпусе системного блока. Окончательно плата закрепляется в блоке с помощью специального зажима с эксцентриком. Такая конструкция позволяет просто и с минимальным усилием вставить плату в разъем на ризер-карте и зафиксировать ее в этом положении. Все внешние разъемы (LPT, COM, Audio и др.) смещены к краю материнской платы в соответствии с новым стандартом. Данное технологическое решение обеспечивает необходимую гибкость при установке одной и той же материнской платы в разные корпуса как типа Desktop, так и Mini-Tower. PC, соответствующий стандарту NLX, практически превращается в устройство, состоящее всего из двух элементов: материнской платы и корпуса со стандартными разъемами для подключения внешних устройств. Материнская плата обычно крепится двумя винтами, остающиеся отверстия предусмотрены для специальных стоек, которые фиксируют материнскую плату в корпусе. В случае, когда вы самостоятельно устанавливаете или меняете материнскую плату, можете использовать стойки от старой платы.
Внимание!
При установке материнской платы следите, чтобы она не имела контакта с дном и боковыми металлическими панелями корпуса. Короткое замыкание может превратить материнскую плату в груду металлолома прежде, чем процессор отработает хоть один такт. Винты, которыми плата крепится к корпусу, для безопасности должны быть проложены изолирующими шайбами.
Шины
Как уже отмечалось, совокупность линий (проводников на материнской плате), по которым обмениваются информацией компоненты и устройства PC (рис. 5.1), называются шиной (Bus).
Шина предназначена для обмена информацией между двумя и более устройствами. Шина, связывающая только два устройства, называется портом.
Рис. 5.1. Схематическое представление шины
Обычно шина имеет места для подключения внешних устройств, которые в результате сами становятся частью шины и могут обмениваться информацией со всеми другими подключенными к ней устройствами.
Линии шины делятся на три группы в зависимости от типа передаваемых данных:
□ Линии данных (шина данных)
□ Линии адреса (шина адреса)
□ Линии управления (шина управления)
Наличие трех групп линий является отличительным признаком шины от других систем соединения.
Шины в PC различаются по своему функциональному назначению.
□ Системная шина (или шина CPU) используется микросхемами Chipset для пересылки информации к и от CPU.
□ Шина кэш-памяти предназначена для обмена информацией между CPU и кэш-памятью.
□Шина памяти используется для обмена информацией между оперативной памятью и CPU.
□Шины ввода/вывода подразделяются на стандартные и локальные.
Примечание
Локальная шина ввода/вывода — это скоростная шина, предназначенная для обмена информацией между быстродействующими периферийными устройствами (видеоадаптерами, сетевыми картами, картами сканера и др.) и системной шиной под управлением Chipset. В настоящее время в качестве этой шины используется шина PCI. Ранее применялись шины ISA и VLB. Для ускорения ввода/вывода видеоданных и повышения производительности PC при обработке трехмерных изображений корпорацией Intel была разработана шина AGP (Accelerated Graphics Port). Фактически шина AGP является портом, т. к. она предназначена для обмена информацией между несколькими устройствами (обычный порт — только между двумя устройствами).
Стандартная шина ввода/вывода используется для подключения к вышеперечисленным шинам более медленных устройств (например, мыши, клавиатуры, модемов, старых звуковых карт). До недавнего времени в качестве этой шины использовалась шина стандарта ISA. В настоящее время в соответствии со спецификациями РС'98, РС'99 и РС'2001 им на смену пришли шины LPC, USB.
Этим списком не исчерпывается весь набор шин PC. В зависимости от своего функционального назначения современные PC могут быть оборудованы такими шинами, как USB, SCSI, Fire Wire, которые устанавливаются в слоты расширения или интегрированы в материнскую плату. Их работу обеспечивает соответствующий контроллер.
Шина имеет собственную архитектуру, позволяющую реализовать важнейшие ее свойства — возможность параллельного подключения практически неограниченного числа внешних устройств и обеспечение обмена информацией между ними.
Архитектура любой шины включает следующие компоненты:
□ Линии для обмена данными (шины данных)
□ Линии для адресации данных (шины адреса)
□ Линии для управления данными (шины управления)
□ Контроллер шины
Контроллер шины осуществляет управление процессом обмена данными и служебными сигналами и обычно выполняется в виде отдельной микросхемы либо интегрируется в микросхемы Chipset. Например, контроллер Chipset i440BX шины PCI интегрирован в микросхему 82443ВХ.
По этой шине происходит обмен данными между CPU, картами расширения, установленными в слоты, и памятью. Особую роль при этом играет так называемый режим DMA (Direct Memory Access). Управление обменом данными в этом режиме осуществляется соответствующим контроллером, минуя CPU. DMA-контроллер, реализованный ранее на микросхеме 82С206, в настоящее время интегрируется в одну из микросхем Chipset, например 82443ВХ.
Чем выше разрядность шины, тем больше данных может быть передано за определенный промежуток времени и выше производительность PC.
Компьютеры с процессором 80286 имели 16-разрядную шину данных, с CPU 80386 и 80486 — 32-разрядную, а компьютеры с CPU семейства Pentium имеют уже 64-разрядную шину данных.
Шина адреса
Процесс обмена данными возможен лишь в том случае, когда известен отправитель и получатель этих данных. Каждый компонент PC, каждый регистр ввода/вывода и ячейка RAM имеют свой адрес и входят в общее адресное пространство PC. Для адресации к какому-либо устройству PC и служит шина адреса, по которой передается уникальный идентификационный код (адрес).
Для ускорения обмена данными используется устройство промежуточного хранения данных — RAM, при этом решающую роль играет объем данных, которые могут временно храниться в ней. Объем зависит от разрядности адресной шины (числа линий) и, тем самым, от максимально возможного количества адресов, генерируемых процессором на адресной шине, иными словами, от количества ячеек RAM, которым может быть присвоен адрес. Очевидно, что количество ячеек RAM не должно превышать 2n, где п — разрядность адресной шины. В противном случае часть ячеек не будет использоваться, поскольку процессор не сможет адресоваться к ним.
В двоичной системе счисления выражение для определения максимально адресуемого объема памяти выглядит следующим образом:
Объем адресуемой памяти = 2n
п — число линий шины адреса.
Процессор 8088, например, имел 20 адресных линий и мог, таким образом, адресовать память объемом 1 Мбайт (220 = 1048 576 байт = 1024 Кбайт). В PC с процессором 80286 разрядность адресной шины была увеличена до 24 бит, а современные процессоры 80486. Pentium, Pentium MMX и Pentium II имеют уже 32-разрядную шину адреса, с помощью которой можно адресовать 4 Гбайт памяти.
Для успешной передачи данных не достаточно установить их на шине данных и задать адрес на шине адреса. Для того чтобы данные были записаны (считаны) в регистры устройств, подключенных к шине, адреса которых указаны на шине адреса, необходим ряд служебных сигналов: записи/считывания, готовности к приему/передаче данных, подтверждения приема данных, аппаратного прерывания, управления и инициализации контроллера DMA и др. Все эти сигналы передаются по шине управления.
Разрядность шины
Важнейшей характеристикой шины является разрядность шины (иногда говорят ширина шины), которая определяется количеством данных, параллельно "проходящих" через нее. Здесь и в самом деле напрашивается прямое сравнение с автобусом (bus — автобус, шина). Чем больше в автобусе посадочных мест, тем больше людей можно в нем перевезти.
Примечание
Здесь и далее в книге под разрядностью шины понимается разрядность шины данных.
Первая шина ISA для IBM PC была 8-разрядной, т. е. по ней можно было одновременно передавать лишь 8 бит. Шина ISA — 16-разрядная, а шины ввода/вывода VLB и PCI — 32-разрядные. Системные шины современных PC на базе процессоров пятого и шестого поколения — 64-разрядные.
Второй характеристикой шины является пропускная способность, которая определяется количеством бит информации, передаваемых по шине за секунду.
Для определения пропускной способности шины необходимо умножить тактовую частоту шины на ее разрядность. Например, для 16-разрядной шины ISA пропускная способность определяется так:
(16 бит х 8,33 МГц) : 8 = (133,28 Мбит/с) : 8 = 16,66 Мбайт/с
Отметим, что при расчете пропускной способности, например шины AGP, следует учитывать режим ее работы: благодаря увеличению в 2 раза тактовой частоты видеопроцессора и изменению протокола передачи данных удалось повысить пропускную способность шины в 2 (режим 2х) или в 4 (режим 4х) раза, что эквивалентно увеличению тактовой частоты шины в соответствующее количество раз (до 133 и 266 МГц соответственно).
В табл. 5.1 представлены характеристики некоторых шин ввода/вывода.
Таблица 5.1. Характеристики шин ввода/вывода
Интерфейс
Внешние устройства к шинам подключаются посредством интерфейса. Под интерфейсом (Interface — Сопряжение) понимают совокупность различных характеристик какого-либо периферийного устройства PC, определяющих организацию обмена информацией междуним и центральным процессором.
Это электрические и временные параметры, набор управляющих сигналов, протокол обмена данными и конструктивные особенности подключения. При этом обмен данными между компонентами PC возможен только в случае совместимости их интерфейсов.
Принцип IBM-совместимости подразумевает стандартизацию интерфейсов отдельных компонентов PC, что, в свою очередь, определяет гибкость системы в целом, т. е. возможность по мере необходимости изменять конфигурацию системы и подключать различные периферийные устройства. В случае несовместимости интерфейсов (например, интерфейс системной шины и интерфейс винчестера) используются контроллеры. Кроме того, гибкость и унификация системы достигается за счет введения промежуточных стандартных интерфейсов, таких как интерфейсы последовательной и параллельной передачи данных, являющиеся необходимыми для работы наиболее важных периферийных устройств ввода и вывода.
Системная шина предназначена для обмена информацией между CPU, памятью и другими устройствами, входящими в систему.
Шины GTL+ и EV6
Системная шина GTL+ (Р6) разработана корпорацией Intel для процессоров шестого поколения. Разрядность шины — 64 бита, а тактовая частота — 66, 100 и 133 МГц. Пропускная способность шины составляет 528, 800 и 1,06 Мбайт/с соответственно. На шине GTL+ "висят" CPU, модули оперативной памяти, шина PCI и AGP (при их наличии в системе).
Шина EV6 разработана компанией Digital Equipment для CPU Alpha 21264. В мире PC она используется корпорацией AMD для систем с CPU K-7. Ниже перечислены основные ее отличия от шины GTL+.
□ Передача информации осуществляется на обоих фронтах сигнала, что позволяет вдвое увеличить пропускную способность шины. Спецификация шины позволяет повысить ее тактовую частоту до 377 МГц.
□ Шина является каналом взаимодействия CPU и Chipset, причем для многопроцессорных систем каждому CPU выделяется отдельный канал. Поэтому разрядность и тактовая частота шины памяти не зависят от аналогичных характеристик шины EV6. Поскольку многие современные системы "общаются" с памятью, минуя CPU, то появляется возможность использовать 128-разрядную шину памяти, работающую с тактовой частотой, определяемой характеристикой используемых модулей памяти (100, 133, 200 МГц).
Шина ISA
Шина ISA долгие годы являлась стандартом в области PC (Industry Standart Architecture, ISA — Промышленная стандартная архитектура) и считается самой "старой" в семействе шин, однако до сих пор используется даже в новейших моделях PC. Дело в том, что имеется еще множество периферийных устройств, используюших стандарт ISA (мышь, клавиатура, модемы, ручные сканеры, FDD и т. п.), для которых быстродействия этой шины более чем достаточно.
Корпорация Intel совместно с Microsoft разработала стратегию (спецификации PC 98 и PC 99) постепенного отказа от шины ISA. Согласно этой концепции на первом этапе производителям материнских плат следует исключить слоты ISA, что должно вынудить производителей карт расширения полностью перейти на производство PCI-карт. На следующем этапе планируется полностью отказаться от ISA-разъемов на материнской плате. Предполагается подключать дисководы, мышь, клавиатуру, сканер и другие устройства к шине USB, а для подключения, например, винчестеров, приводов CD-ROM и DVD-ROM, видеокамер использовать новую шину IEEE 1394.
Согласно спецификациям PC 98 и PC 99, разработанным корпорациями Intel и Microsoft, шина ISA должна "умереть" в 1998 или 1999 году. Однако, учитывая огромный парк PC и комплектующих, а также высокую стоимость всех нововведений в компьютерном мире, можно с уверенностью сказать, что 16-разрядная шина ISA прослужит еще не один год.
8-разрядные шины
Родоначальником в семействе шин ISA была 8-разрядная шина (8 Bit ISA Bus), которая использовалась в компьютерах класса XT.
Как известно, пропускная способность шины определяет производительность всей системы. Очевидно, что при этой разрядности и тактовой частоте 4.77 МГц пропускная способность шины очень низкая.
В табл. 5.2 приведено назначение контактов 8-разрядного слота.
Таблица 5.2. Назначение контактов 8-разрядного слота
16-разрядная шина
Если вы посмотрите на слот 16-разрядной шины, обозначаемой иногда AT BUS, то увидите, что он состоит из двух частей, одна из которых в точности соответствует слоту 8-разрядной шины ISA, а на контакты второй выведены линии для дополнительных адресов ввода/вывода, прерываний и каналов DMA.
На этом основании короткие 8-разрядные карты можно устанавливать в 16-разрядный слот. Сделать это наоборот, конечно же, невозможно. Слоты 16- и 8-разрядной шины ISA показаны на рис. 5.2.
Рис. 5.2. Слоты 16-разрядной и 8-разрядной шины ISA
Дополнительный слот имеет 36 контактов. В табл. 5.3 приведено назначение контактов 16-разрядной шины ISA. Обратите внимание на изменение назначения контактов В4, В8, В11 и В12.
Передача байта данных по шине ISA происходит следующим образом. Сначала на адресной шине выставляется адрес ячейки RAM или порта устройства ввода/вывода, куда следует передать байт, затем на линии данных выставляется байт данных, по одной из линий шины управления передается сигнал записи WR (строб записи). Причем контроль записи (проверка, успели записаться данные или нет) не производится. Поэтому тактовая частота шины ISA выбрана равной 8,33 МГц, чтобы даже самые медленные устройства гарантированно успевали производить по шине обмен данными (командами).
Таблица 5.3. Назначение контактов 16-разрядного слота
Основная проблема шины ISA состоит в том, что при оптимальной тактовой частоте процессоров 80386 и 80486 она является как бы "горлышком бутылки" (Boutleneck — Узкое место), поскольку данные не могут передаваться по шине с той же скоростью, с какой их обрабатывает CPU. Поэтому процессор в ожидании данных вынужден простаивать (цикл ожидания). Это и явилось причиной появления шин других стандартов.
Шина MCA
Снижение производительности системы из-за низкой тактовой частоты шины привело к появлению так называемой шины микроканал (MicroChannel). Эта шина была разработана фирмой IBM в 1987 г. и установлена в компьютерах IBM класса PS/2.
Отличительной чертой этой шины явилась повышенная пропускная способность (до 20 Мбайт/с) за счет увеличения тактовой частоты до 10 МГц и разрядности до 32 бит.
Шина МСА являлась "интеллектуальной"'— не было необходимости вручную конфигурировать внешние устройства, установленные в слоты расширения МСА.
Однако архитектура MicroChannel не нашла широкого распространения. Причины здесь очевидны. Повышение производительности шины достигалось за счет полной несовместимости с шиной ISA: при переходе к использованию шины МСА нужно было заменить не только материнскую плату, но и карты расширения.
Шина EISA
Необходимость повышения производительности системы наряду с обеспечением совместимости ее компонентов привела к дальнейшему развитию шины ISA.
Под руководством ведущих изготовителей аппаратного обеспечения (Epson, Hewlett-Packard, NEC, Compaq и Wyse) появилась расширенная (Extended) версия шины ISA — EISA (рис. 5.3).
Хотелось бы отметить следующие достоинства шины EISA.
□ Слот EISA полностью совместим со слотом ISA. Это достигается благодаря "двухэтажной" конструкции слота. На "первом этаже" расположены контакты, соответствующие контактам слота ISA, а на "втором этаже" находятся контакты EISA. Поэтому в слоты шины EISA можно устанавливать карты ISA, в связи с чем при переходе на новую шину нет необходимости менять сразу все карты расширения.
□ Шина EISA является 32-разрядной, т. е. все 32 линии данных CPU выведены на слот, что делает возможным использование соответствующих карт (сетевых, графических, жесткого диска), которые больше не тормозятся шиной ISA. Хотя шина работает с частотой 8,33 МГц, повышение ее разрядности до 32 бит дает максимальную скорость передачи данных 33 Мбайт/с.
□ Как и МСА, шина EISA — интеллектуальная, т. е. конфигурация карт расширения происходит не аппаратно, с помощью DIP-переключателей и джамперов, а программно.
Так как расположение контактов слота ISA полностью совместимо с расположением контактов слота EISA, получается, что "первый этаж" разъема остался без изменения. Для предотвращения электрического контакта разъема карт ISA с контактами "второго этажа" слота EISA установлена заглушка (рис. 5.4). Карты EISA в данном месте имеют прорезь.
Шина EISA не получила широкого распространения по причине высокой стоимости и отсутствия в достаточном количестве карт расширения EISA. Кроме того, ее пропускная способность была ниже пропускной способности появившейся в 1992 г. локальной шины VESA.
Рис. 5.4. Конструкция контакта слота EISA
Шина VESA
Для связи CPU с быстрыми периферийными устройствами были разработаны локальные шины VESA, PCI и др.
Локальная шина VESA, или VLB (VESA Local Bus), разработана Ассоциацией стандартов видеоэлектроники (Video Electronics Standart AssotiationO, VESA), основанной в начале 80-х годов (рис. 5.5).
Необходимость создания VLB была вызвана тем, что передача видеоданных по шине ISA происходит слишком медленно.
Локальная шина VESA представляет собой не новое устройство на материнской плате, а, скорее, расширение шины ISA для обмена видеоданными.
Обмен информацией с CPU осуществляется под управлением контроллеров, расположенных на картах, устанавливаемых в слот VLB, напрямую в обход стандартной шины ввода/вывода. Шина VLB является 32-разрядной и работает на тактовой частоте процессора. Кроме того, передача данных по этой шине невозможна без использования линий шины ISA, по которым передаются уже известные сигналы адресов и управления.
Рис. 5.5. Материнская плата со слотом локальной шины VESA
Согласно спецификации VESA тактовая частота локальной шины не должна превышать 40 МГц. Для большинства материнских плат, имеющих процессор с тактовой частотой 50 МГц, особых проблем обычно не возникает, причем, как правило, эти материнские платы оборудованы двумя слотами VLB.
Имеются соответствующие контроллеры VLB и для винчестера (как IDE, так и SCSI). Контроллер винчестера стандарта VESA показан на рис. 5.6.
Во время господства CPU 80486 шина VLB была весьма популярна, однако в настоящее время ее полностью вытеснила более производительная шина PCI.
Шина PCI
Едва карта VLB успела закрепиться на рынке, как появилась уже новая шина PCI (Peripheral Component Interconnect). Она была разработана фирмой Intel для своего нового высокопроизводительного процессора Pentium. Шина PCI, в отличие от EISA и VLB, представляет собой не дальнейшее развитие шины ISA, а совершенно новую шину.
В современных материнских платах тактовая частота шины PCI задается как половина тактовой частоты системной шины, т. е. при тактовой частоте системной шины 66 МГц шина PCI будет работать на частоте 33 МГц, при частоте системной шины 75 МГц — 37,5 МГц.
Основополагающим принципом, положенным в основу шины PCI, является применение так называемых мостов (Bridges), которые осуществляют связь между шиной PCI и другими шинами (например, PCI to ISA Bridge).
Важной особенностью шины PCI является то, что в ней реализован принцип Bus Mastering, который подразумевает способность внешнего устройства при пересылке данных управлять шиной (без участия CPU). Во время передачи информации устройство, поддерживающее Bus Mastering, захватывает шину и становится главным. При таком подходе центральный процессор освобождается для выполнения других задач, пока происходит передача данных.
Применительно к устройствам IDE (например, винчестер, CD-ROM) Bus Mastering IDE означает наличие определенных схем на материнской плате, позволяющих осуществлять передачу данных с жесткого диска в обход CPU. Это особенно важно при использовании многозадачных операционных систем типа Windows 95/98, Windows NT, OS/2.
В настоящее время шина PCI стала стандартом де-факто среди шин ввода/вывода. Поэтому рассмотрим ее архитектуру (рис. 5.7) несколько подробнее.
В чем же секрет победного шествия шины PCI в мире PC? Ответить можно так.
□ В шине PCI используется совершенно отличный от шины ISA способ передачи данных. Этот способ, называемый "способом рукопожатия", заключается в том, что в системе определяются два устройства: передающее (Initiator) и приемное (Target). Когда передающее устройство готово к передаче, оно выставляет данные на линии данных и сопровождает их соответствующим сигналом (Indicator Ready), при этом приемное устройство записывает данные в свои регистры и подает сигнал Target Ready, подтверждая запись данных и готовность к приему следующих. Установка всех сигналов, а также чтение/запись данных производится строго в соответствии с тактовыми импульсами шины, частота которых равна 33 МГц (сигналу CLK).
Рис. 5.7. Архитектура шины PCI
□ Основное преимущество PCI-технологии заключается в относительной независимости отдельных компонентов системы. В соответствии с концепцией РС1, передачей пакета данных управляет не CPU, а включенный между ним и шиной PCI мост {Host Bridge Cashe/DRAM Controller). Процессор может продолжать работу и тогда, когда происходит запись дан-ных в RAM (или их считывание) либо при обмене данными между двумя любыми компонентами системы.
□ В соответствии со спецификацией PCI 1.0 шина PCI — 32-разрядная, a PCI 2.0 64-разрядная. Таким образом, полоса пропускания шины составляет, соответственно, 33 МГцх(32 бит: 8) = 132 Мбайт/с и 33 МГцх(64 бит: 8) = = 264 Мбайт/с.
□ Шина PCI универсальна (или самодостаточна). Поскольку системная шина и шина PCI соединены с помощью главного моста (Host-Bridge), то последняя является самостоятельным устройством и может использоваться независимо от типа CPU.
□ В соответствии со спецификацией PCI 5.0 ширина шины увеличена до 64 разрядов, слоты PCI имеют дополнительные контакты, на которые подается напряжение 3,3 В. Большинство современных микросхем PC работает при таком напряжении. Примером могут служить CPU DX4 и Pentium корпорации Intel.
□ Система PCI использует принцип временного мультиплексирования, т. е. когда для передачи данных и адресов применяются одни и те же линии.
□ Важным свойством шины PCI является ее интеллектуальность, т. е. она в состоянии распознавать аппаратные средства и анализировать конфигурации системы в соответствии с технологией Plug&Play, разработанной корпорацией Intel.
Как только первые материнские платы с шиной PCI появились на рынке, фирмы-изготовители приступили к производству соответствующих карт расширения. Шина PCI закрепилась и в "параллельном" компьютерном мире. Фирмы DEC и Apple заявили, что будут использовать шину PCI в своих компьютерах.
В табл. 5.4 приведено назначение контактов слота PCI.
— Таблица 5.4. Назначение контактов слота PCI
Шина AGP
Несмотря на все преимущества шины PCI, ее возможностей становится недостаточно в условиях растущей нагрузки на систему. Причина заключается в том, что новое поколение графических микросхем работает одновременно с 3-мерной графикой и видео. Только для управления пользовательским графическим интерфейсом требуется половина пропускной способности шины. Очевидно, что одной шины PCI для пересылки графических и видеоданных недостаточно, — в пределах графической подсистемы необходима дополнительная шина. Специально разработанные для этой цели шины VAFC (Vesa Advanced Feature Connector) со скоростью передачи данных около 20 Мбайт/с и VMC (Vesa Media Channel) — 16 Мбайт/с не получили широкого распространения.
Чтобы, не меняя уже сложившийся стандарт на шину PCI, ускорить ввод/ вывод данных на видеоадаптер и, кроме того, увеличить производительность PC при обработке трехмерных изображений без установки специализированных дорогостоящих двухпроцессорных видеоадаптеров, в 1997 г. фирмой Intel был разработан стандарт на шину AGP (Accelerated Graphics Port). AGP является каналом передачи данных между видеоадаптерами RAM.
Примечание
Так как шина AGP соединяет только два устройства (видеоадаптер и RAM), то фактически является не шиной, а портом.
Шина AGP — это высокоскоростная локальная шина ввода/вывода, предназначенная исключительно для нужд видеосистемы. Она связывает видеоадаптер (ЗD-акселератор) с системной памятью PC, поэтому на материнской плате имеется только один разъем (слот) AGP. Поскольку шину AGP использует только одно устройство, не возникает характерной для шины PCI проблемы арбитража (когда несколько устройств одновременно требуют доступа к шине), что повышает скорость обмена данными между видеоадаптером и системной памятью.
Шина AGP была разработана на основе архитектуры шины РСI, поэтому она также является 32-разрядной. Вместе с тем, у нее имеется ряд важных отличий от шины PCI, позволяющих в несколько раз увеличить пропускную способность.
□ Использование более высоких тактовых частот (режимы 2, 4)
□ Демультиплексирование (режим SBA) П Пакетная передача данных
□ Режим прямого исполнения в системной памяти (DiME) Рассмотрим эти особенности более подробно.
Режимы 2х и 4х
Если шина РСI в стандартном варианте (32-разрядная) имеет тактовую частоту 33 МГц, что обеспечивает теоретически пропускную способность шины PCI 33x32 = 1056 бит/с = 132 Мбайт/с, то шина AGP тактируется сигналом с частотой 66 МГц, поэтому ее пропускная способность составляет 66x32 = = 264 Мбайт/с (это соответствует так называемому режиму 1х). Помимо режима 1х, стандартом AGP Revision 1.0 предусмотрен режим 2х, при котором передача данных производится не только по переднему, но и по заднему фронту тактового импульса. В режиме 2 эквивалентная тактовая частота составит 132 МГц, а пропускная способность — 528 Мбайт/с. Заметим, что режим 2 идеально подходит для процессоров семейства Pentium и старше, у которых внешняя шина данных, как известно, является 64-разрядной (это позволяет за один такт выполнить две 32-разрядных команды или обработать два 32-разрядных слова).
В последних версиях шины AGP (AGP Revision 2.0), использующих пониженное напряжение питания, за один такт синхронизации удается выполнить уже не две, а четыре передачи (режим 4х), при этом скорость передачи данных через шину составляет около 1 Гбайт/с. Кроме того, наиболее современные видеоадаптеры, выполненные на основе прогрессивных технологий 0,25 мкм и 0,18 мкм, обычно устойчиво работают на более высоких частотах шины AGP, чем 66 МГц (например, при использовании в Chipset Intel 440BX тактовой частоты системной шины около 133 МГц вместо положенных 100 МГц тактовая частота шины AGP, определяемая как 66% частоты системной шины, составит не 66, а около 90 МГц). Таким образом, пропускная способность интерфейса AGP значительно выше, чем интерфейса PCI.
Pipelining — конвейерная (пакетная) передача данных
При обращении к памяти через шину ввода/вывода обязательно возникают задержки, т. е. между моментом выставления кода адреса и моментом получения кода данных проходит какое-то время. При обмене через шину PCI эта задержка возникает при каждом обращении. Шина AGP, в отличие от PCI, предусматривает pipelining — конвейерную (пакетную) передачу данных (рис. 5.8), при которой новый запрос (код адреса) выставляется на шине сразу же после предыдущего, т. е. запросы выстраиваются в очередь (ее длина может достигать 256). Все запрошенные данные передаются по шине также в виде непрерывного пакета. В результате этого задержка получения данных может возникнуть только один раз, что значительно повышает скорость обмена данными через шину AGP по сравнению с обменом через шину PCI.
Рис. 5.8. Конвейерная обработка данных на AGP
Демультиплексирование
Как известно, шина PCI является мультиплексированной (переключаемой): одни и те же 32 линии ADO — AD31 сначала используются для передачи кода адреса, а затем — кода данных. Иногда такой режим называют AD (Address — Data).
Шина AGP также может работать в режиме AD, однако она допускает применение режима SBA {Side-Band Addressing — Адресация по боковой полосе), при котором для передачи кода адреса используются восемь дополнительных линий разъема AGP, именуемых SB0 — SB7. Поскольку код адреса, как и код данных — 32-разрядные, то такое разделение является частичным демультиплексированием (для полного демультиплексирования надо выделить 32 линии вместо 8, а это весьма дорого).
Заметим, что название Side-Band Addressing не совсем точно отражает суть данного режима, поскольку термин Side Band (Боковая полоса частот) традиционно используется применительно к радиоканалам, для которых уместно говорить об основной и боковой полосе выделенных частот. В шине AGP, как известно, выделяется не дополнительная полоса частот, а отдельная 8-разрядная линия передачи данных.
Режим SBA используется только в режиме 2х, причем при пакетной передаче. Для выполнения адресации в режиме SBA используется три такта синхронизации (при этом, с учетом режима 2х, по проводам SB0 — SB7 передается 6 байт). В течение первых двух тактов передаются 4 байта адреса, а в течение третьего такта — 1 байт длины запроса и 1 байт команды. Провода ADO — AD31 шины AGP в режиме SBA используются исключительно для передачи данных, поэтому скорость передачи данных в данном режиме существенно выше, чем в режиме AD.
Режим прямого исполнения в системной памяти (DIME)
Коль скоро стандарт AGP был разработан для использования видеоадаптером системной памяти, следует оговорить режимы ее использования. Для видеоадаптера с интерфейсом AGP возможны два режима работы с системной памятью: DMA и DiME (DME).
Традиционным является режим DMA (Direct Memory Access — Прямой доступ к памяти), причем он, как известно, используется не только видеоадаптером, но и другими периферийными устройствами PC, имеющими более или менее интеллектуальный контроллер (например, накопители на магнитных дисках, звуковые карты и др.). Цель режима DMA ясна из ею названия — обеспечить прямой обмен данными между устройством и системной памятью, минуя регистры центрального процессора (напомним, что второй вариант носит название РЮ — Программный ввод/вывод). Когда 3D-aкceлератор работает в режиме DMA, основной для него является локальная память (именно в ней производятся все операции обработки текстур), а системная память используется только в качестве "хранилища", поэтому обмен данными по шине AGP в режиме DMA ведется большими последовательными пакетами. Значительного выигрыша в скорости работы по сравнению с интерфейсом PCI в данном режиме обычно не наблюдается.
Совершенно иначе обстоит дело в режиме DME или DiME (Direct Memory Execution — Непосредственное выполнение операций с текстурами в основной памяти компьютера). В этом режиме локальная и системная память являются для графического процессора ЗО-акселератора равноценными и адресуются одинаково. В результате появляется возможность выполнить предварительную обработку текстуры в системной памяти, а в локальную память загрузить только ее окончательный вариант. Это кардинальным образом меняет характер информационного обмена — в режиме DiME обмен ведется главным образом короткими пакетами. Именно в режиме DiME радикально ускоряется выполнение операций с текстурами при их хранении в системной памяти. Поэтому только в нем ЗD-акселератор с интерфейсом AGP существенно превосходит аналогичную плату с интерфейсом РСI.
В самом общем виде структурная схема видеосистемы на основе AGP может быть представлена так, как показано на рис. 5.9.
Рис. 5.9. Структурная схема видеосистемы на основе шины AGP
Конструктивно разъем AGP напоминает слот PCI, однако он несколько выше, поскольку контакты в разъеме AGP расположены в 2 этажа аналогично тому, как это было сделано в разъемах шины EISA или Slot 1. В зависимости от поддерживаемого напряжения питания различают 3 типа слотов AGP:
□ слот AGP на 3,3 В (имеет ключ-перемычку, расположенную ближе к тыльной части материнской платы);
□ слот AGP на 1,5 В (имеет ключ-перемычку, расположенную ближе к лицевой части материнской платы);
□ универсальный слот AGP подходит для использования обоих напряжений на 3,3 В (ключ-перемычка отсутствует).
Поскольку режим 4 возможен только при использовании пониженного напряжения 1,5 В, то по количеству и расположению прорезей на разъеме видеоадаптера можно однозначно определить, поддерживает он режим 4 или нет. Поддерживающие режим 4 карты обычно имеют универсальный разъем с двумя прорезями (рис. 5.10, б), тогда как карты, рассчитанные только на режим 2, имеют одну прорезь (рис. 5.10, а).
Рис. 5.10. Различные разъемы шины AGP у видеоадаптеров: а — для питания 3,3 В; б — универсальные
Шина USB
Спецификация периферийной шины USB (Universal Serial Bus) была разработана фирмами — лидерами компьютерной и телекоммуникационной промышленности — Compaq, DEC, IBM, Intel, Microsoft, NEC и Northern Telecom — для подключения периферийных устройств вне корпуса PC. Шина USB поддерживает технологию Plu&Play. Скорость обмена информацией по шине USB составляет 12 Мбит/с. На новых материнских платах имеется специальный разъем для подключения концентратора USB (USB-Hab).
К компьютерам, оборудованным шиной USB, можно подсоединять периферийные устройства (клавиатуру, мышь, джойстик, принтер и др.), не выключая питание. Как только устройство будет подключено, автоматически осуществляется его конфигурирование. Все периферийные устройства должны быть оборудованы разъемами USB и подключаться к PC через отдельный выносной блок, именуемый USB-хабом или концентратором, с помощью которого к PC можно подключить до 127 периферийных устройств.
Архитектура шины LJSB представлена на рис. 5.11.
Для использования шины USB под управлением операционных систем Windows 95/98, Windows NT и OS/2 Warp разработаны специальные драйверы.
Рис. 5.11. Архитектура шины USB
Согласно спецификациям PC 98 и PC 99 корпорация Intel планирует полностью заменить шину ISA шиной USB для подключения низкоскоростных периферийных устройств ввода/вывода, и шиной FireWire (IEEE 1394) для подключения устройств хранения информации (CD-ROM, HDD и др.) и ввода видеоданных.
Зависимость необходимой длина кабеля USB от типа кабеля (AWG — Американский стандарт провода) приведена в табл. 5.5.
Шина SCSI
Шина SCSI (Small Computer System Interface) обеспечивает скорость передачи данных до 320 Мбайт/с и предусматривает подключение к одному адаптеру до восьми устройств (винчестеры и приводы CD-ROM SCSI, сканеры, фото- и видеокамеры и др.)
В отличие от рассмотренных выше шин, шина SCSI реализована в виде кабельного шлейфа. С шиной PC (ISA или PCI) шина SCSI связывается через хост-адаптер (Host Adapter). Каждое устройство, подключенное к шине, имеет свой идентификационный номер (ID). Обычно хост-адаптеру, который должен иметь высший приоритет, назначается ID7. Типичные назначения ID для различных устройств приведены в табл. 5.7. Любое устройство, подключенное к шине SCSI, может инициировать обмен с другим устройством.
Таблица 5.7. Типичные заводские установки Ю устройств
Как видно из рис. 5.12, скорость обмена данными через интерфейс SCSI ограничена производительностью шины ввода/вывода. Таким образом, данные могут передаваться, например, по 16-разрядной шине SCSI со скоростью до 20 Мбайт/с.
Стандарты SCSI
В настоящее время известно несколько стандартов интерфейса SCSI. Первый стандарт SCSI появился в 1986 г., стандарт SCSI II был опубликован в 1994 г. и совсем недавно был принят стандарт SCSI III.
Первоначально интерфейс SCSI использовал 50-контактный разъем и плоский ленточный кабель. Для передачи данных использовалось 8 линий (и одна линия для бита четности). Восьмиразрядная шина SCSI, функцинирующая на тактовой частоте 5 МГц обеспечивала пропускную способность 5 Мбайт/с.
По типу сигналов различают линейные {Single Ended, SE) и дифференциальные (Differential) версии SCSI. Несмотря на то, что кабели и разъемы обоих версий внешне похожи, однако они электрически несовместимы.
Дифференциальная SCSI для каждого сигнала использует витую пару проводников и специальные приемо-передатчики. Она менее чувствительна к шуму и может использоваться на большее расстояние, на более высокой тактовой частоте. При дифференциальной передаче сигналов использовался метод HVD (High Voltage Differential).
Первая версия SCSI согласно стандарту ANSI получила название SCSI I или Narrow (узкий) SCSI.
Для повышения пропускной способности тактовая частота была увеличена до 10 МГц. Подобная шина получила наименование Fast SCSI.
Дальнейшим развитием шины SCSI стало увеличения в два раза разрядности шины. Дополнительно появилось еше 8 линий для передачи данных и одна — для контроля четности. Такая шина получила название Fast Wide SCSI. Поскольку пропускная способность шины увеличилась до 20 Мбайт/с, то эту шину также называют Fast 20. Увеличение разрядности шины данных привело к увеличению выводов разъема и проводников в кабеле до 68. Новая версия согласно стандарту ANSI получила название SCSI II.
В стандарте SCSI II утверждена система команд CCS (Common Command Set), состоящая из 18 базовых команд. Кроме того, были определены дополнительные команды для организации доступа к различным накопителям: CD-ROM, стримеру и другим периферийным устройствам. Нововведением стал метод упорядочения команд {Queuing). Согласно этому методу периферийное устройство может принять сразу несколько команд и выполнять их в том порядке, который сочтет наиболее эффективным. Данная возможность чрезвычайно важна при работе в многозадачной операционной среде, когда на шину SCSI может быть выдано одновременно несколько запросов. В рекомендательную часть стандарта вошло описание быстрых синхронных режимов обмена данными.
Следующий стандарт SCSI, определяемый ANSI, получил название SCSI III.
Описание стандарта SCSI III разбито на ряд документов. Документ, описывающий электрические соединения и назначение контактов, получил название SPI (SCSI Parallel Interface — Интерфейс для одновременной передачи данных по нескольким каналам). Другие документы описывают команды, протоколы и др.
Очередным этапом развития шины SCSI явилась Ultra SCSI, которая использует тактовую частоту шины 20 МГц. Пропускная способность 8-разрядной шины составила 20 Мбайт/с. 16-разрядная шина Ultra SCSI, называемая Wide Ultra SCSI (или Fast 40), имеет пропускную способность 40 Мбайт/с.
Увеличение пропускной способности шины SCSI привело к уменьшению максимально допустимой длины кабеля. В связи с этим был разработан новый метод дифференциальной передачи данных, получивший название LVD (Low Voltage Differential). Применение данного метода позволило удвоить пропускную способность шины до 40 Мбайт/с для спецификации Ultra2 SCSI и 80 Мбайт/с для Wide Ultra2 SCSI (или Fast 80).
В сентябре 1998 г. появилась шина Ultra3 SCSI, которая имеет 63 изменения по сравнению с предыдущими версиями. После выпуска первых промышленных образцов новая спецификация получила название Ultral60. Пропускная способность шины увеличилась до 160 Мбайт/с. Основными особенностями Ultral 60 являются:
□ Двойная синхронизация при передаче данных (Double Transition Clocking)
□ Контроль целостности данных за счет использования циклического кода с избыточностью (CRC)
□ Контроль окружения (Domain Validation), который заключается в проверке возможностей соединительных кабелей, терминаторов, карт с целью обеспечения оптимальной производительности шины.
Следующим развитием шины SCSI явилась Ultra320. В табл. 5.8 приведены основные характеристики различных спецификаций шины SCSI (слово "Narrow" перед названием 8-разрядной шины SCSI обычно опускается).
Таблица 5.8. Характеристика шины SCSI
Реальным соперником SCSI может стать последовательная шина IEEE 1394 {High Performance Serial Bus), чаще называемая Fire Wire.
Кабели и разъемы
SCSI-устройства соединяются кабелями в цепочку, на крайних устройствах устанавливаются так называемые терминаторы (от лат. terminus — конец). Наличие терминаторов обеспечивает устойчивость работы шины, и его отсутствие может привести к потере работоспособности. Различают пассивные и активные терминаторы. Пассивный терминатор представляют собой обычный резистор сопротивлением 132 Ом. Они не пригодны для использования на высокоскоростных шинах стандартов SCSI II и SCSI III.
Активный терминатор — это устройство, позволяющее изменять свое входное сопротивление (от 132 до 11О Ом) в зависимости от стандарта используемой шины SCSI. Активные терминаторы рекомендуется всегда использовать на несимметричных шинах независимо от быстродействия, особенно на высокоскоростных шинах SCSI.
Разъемы для подключения SCSI-устройств могут быть внутренними и внешними. Различные варианты разъемов представлены на рис. 5.13.
Рис. 5.13. Разъемы для подключения SCSI-устройств
Для подключения устройств SCSI используются различные типы кабелей. Кабель для подключения:
□ NARROW устройства к шине NARROW (50→ 50)
□ WIDE устройства к шине WIDE (68 → 68)
□NARROW устройства к шине WIDE (50 →68)
□ WIDE устройство к шине NARROW (68 → 50)
□ WIDE SCA-2 устройства к шине WIDE (80→ 68)
□ WIDE SCA-2 устройства к шине NARROW (80 → 50) .
□ WIDE SCA-2 устройства к шине WIDE (80 → 80)
Назначение контактов разъема для подключения устройства SCSI Narrow к 8-разрядной шине (так называемого А-кабеля) приведено в табл. 5.9.
Таблица 5.9. Назначение контактов разъема А-кабеля
Примечание
Для более простого подключения SCSI-устройств был разработан 80-контактный разъем SCA-2 {Single Connector Attachment 2), который используется только для 16-разрядных шин. Данный разъем позволяет осуществлять "горячее подключение".
Шина IEEE 1394
IEEE 1394 — это стандарт на высокоскоростную локальную последовательную шину, который был разработан на основе технологии FireWire фирмами Apple и Texas Instruments. Он является частью нового стандарта Serial SCSI (SCSI-3).
Шина IEEE 1394 предназначена для обмена цифровой информацией между PC и другими электронными устройствами. Благодаря низкой стоимости и высокой скорости передачи данных эта шина становится новым стандартом шины ввода/вывода для PC. Ее изменяемая архитектура и одноранговая топология делают FireWare идеальным вариантом для подключения жестких дисков и устройств обработки аудио- и видеоинформации. Эта шина также идеально подходит для работы мультимедийных приложений в реальном , времени, особенно связанных с нелинейным монтажом видеофрагментов.
Локальная последовательная шина IEEE 1394 способна передавать данные со скоростью 100, 200, 400, 800 и 1600 Мбит/с (12,5, 25, 50, 100 и 200 Мбайт/с), а при работе с файлами некоторых типов — до I Гбит/с. Такая высокая скорость достигается за счет передачи информации в пакетном режиме. Кроме того, шина IEEE 1394 обеспечивает одновременную работу нескольких устройств, передающих данные с разными скоростями, точно так же, как и SCSI.
Шина использует простой 6-проводный кабель (рис. 5.14), состоящий из двух различных пар линий, предназначенных для передачи тактовых импульсов и информации, а также двух линий питания. Как и USB, шина IEEE 1394 полностью поддерживает технологию Plug&Play, включая возможность "горячего" подключения (установка и извлечение компонентов без отключения питания PC). Структура шины IEEE 1394 не так сложна, как структура параллельной шины SCSI. Устройства, подключаемые к ней, могут потреблять ток до 1,5 А при напряжении от 8 до 40 В. Производительность шины IEEE 1394 выше производительности Ultra-Wide SCSI, а разъем значительно меньше разъема SCSI. Кроме того, она и стоит дешевле.
Рис. 5.14. Кабель и разъем IEEE 1394
Шина IEEE 1394 построена по разветвляющейся топологии и позволяет использовать до 63 узлов в цепочке. К каждому узлу можно подсоединить до 16-ти устройств. Если этого недостаточно, то можно дополнительно подключить до 1023 шинных перемычек, которые могут соединять более 64 000 узлов. Для передачи сигналов без искажений длина стандартного кабеля, соединяющего два узла, не должна превышать 4,5 м.
Подключать к компьютеру через интерфейс IEEE 1394 можно практически все устройства, способные работать с SCSI. К ним относятся все виды накопителей на дисках, включая жесткие, оптические, CD-ROM, цифровые видеодиски (DVD), цифровые видеокамеры, устройства записи на магнитную ленту и многие другие высокоскоростные периферийные устройства. Такие возможности делают эту шину одной из самых перспективных для объединения компьютера с бытовой электроникой. В настоящее время уже выпускаются адаптеры IEEE 1394 для шины PCI.
Фирма Microsoft заявила, что во все будущие версии Windows, начиная с Windows 98. будут добавляться драйверы для портов IEEE 1394. Компании, разрабатывающие BIOS, в дальнейшем будут включать поддержку самозагружаемых устройств.
Кроме того, в соответствии со спецификацией PC 99, корпорация Intel пока рекомендует использовать в компьютерах всех типов шину IEEE 1394 наравне с USB (шина US В уже входит в перечень обязательных компонентов современного PC).
Таким образом, скоро на задней панели корпуса PC можно будет увидеть выходы всего двух последовательных шин: USB, предназначенную для низкоскоростных устройств, и Fire Wire — для высокоскоростных. Уже сейчас доступны различные виды устройств с шиной FireWire, поддержка этой шины встроена в операционную систему Windows 98. Можно надеяться, что в ближайшем будущем ведущие производители Chipset для PC встроят поддержку этой шины в свои продукты (контроллер PIIX6).
Последовательный и параллельный порты
Важнейшие устройства ввода и вывода, такие как клавиатура, мышь, монитор и принтер, входят в стандартную комплектацию системы, и их использование является само собой разумеющимся.
Все периферийные устройства ввода должны коммутироваться с PC таким образом, чтобы данные, вводимые пользователем, могли не только корректно поступать в компьютер, но и в дальнейшем эффективно обрабатываться. Информация, поступающая на монитор, принтер или другие периферийные устройства, должна быть предварительно обработана так, чтобы соответствовать спецификации конкретных устройств вывода.
Параллельная и последовательная передача данных хотя и служат одной цели, обмену данными и связи между периферией (устройствами ввода/вывода) и модулем обработки данных (материнской платой), но используют различные методы и принципы обмена информацией.
Принцип действия
Параллельная связь означает, что биты пересылаются и передаются не один за другим, а все 8 бит (или байт) одновременно (параллельно) или, точнее, друг возле друга. Такие параллельные связи имеют место не только при одноименных интерфейсах, но и внутри обшей системы PC, например, в шине. При этом здесь принципиальным становится понятие разрядности шины.
Принцип параллельной передачи данных становится очевидным, если посмотреть на кабель, который подсоединен к разъему параллельного интерфейса, например, на кабель принтера. Если сравнить этот кабель с кабелем мыши (последовательным), то заметно, что он толще. Дело в том, что кабель для параллельной передачи данных должен, как минимум, содержать восемь проводов, каждый из которых предназначен для транспортирования одного бита.
Параллельные интерфейсы разрабатывает фирма Centronics, специализирующаяся на производстве матричных принтеров. Поэтому параллельный интерфейс часто называют интерфейсом принтера или Centronics (рис. 5.15).
Примечание
Обозначение Centronics вообще-то не совсем корректно, поскольку 25-контактный разъем (вилка) типа Sub-D кабеля принтера, которым тот подключается к разъемам параллельного интерфейса, называют Amphenolstacker. Amphenol — название крупнейшей американской фирмы, производящей разъемы (не путайте с AMP). А собственно разъем Centronics находится на другом конце кабеля принтера и представляет собой 36-контактный разъем (вилка) типа PAD.
В отличие от последовательной передачи данных, параллельная передача, как правило, однонаправленная, то есть данные передаются только в одном направлении. Некоторые новые принтеры могут конфигурироваться и управляться с помощью программного обеспечения. Для связи им требуется двунаправленный кабель принтера. Для обмена данными между двумя PC через параллельный интерфейс с помощью такой программы, как Laplink, необходим специальный кабель.
Распределение сигналов
При минимальной конфигурации для реализации параллельного интерфейса было бы достаточно 11 проводов: один провод массы (корпус), два так называемых провода подтверждения {Handshake) и восемь проводов для передачи данных. На практике же имеет место параллельный интерфейс, назначение контактов разъема которого приведено в табл. 5.10. Поскольку параллельный интерфейс часто отождествляют с разъемом кабеля принтера, мы приводим также назначение выводов соответствующего 36-контактного разъема Centronics.
Таблица 5.10. Назначение контактов разъемов кабеля Centronics
Данные (линии 2—9 и 18—25)
Восемь линий данных передают восемь битов информации. Для каждой линии данных имеется отдельный проводник заземления (18—25).
Подтверждение (линии 1,10,11)
При передаче данных обе стороны должны сообщать друг другу информацию о своем состоянии. Это осуществляется путем передачи по определенной линии сигнала низкого или высокого уровня (напряжения О В или 5 В).
Сигнал STROBE сообщает принтеру о том, что PC установил байт данных на линии данных и принтер может печатать символ.
Сигнал BUSY сообщает PC, что принтер занят обработкой данных, которые накопились в его буфере. После обработки байта данных принтер сообщает, что обработка прошла корректно и он готов к приему новой информации.
Контроль принтера (линии 12—17)
Эти линии предназначены для передачи контрольных сигналов о состоянии принтера и конфликтах в его работе, например об ошибках при передаче данных.
Paper End
По линии 12 передается сообщение PC о том, что в принтере нет бумаги. Интерфейс реагирует на это, как на срыв передачи данных, и сигнализирует об этом по другим линиям (Select и Error). В противном случае принтер печатал бы без бумаги прямо по валику, что могло бы привести к серьезному повреждению головки принтера.
Select и Select Input
По линии 13 интерфейсу сообщается, в каком из состояний находится принтер: в состоянии On-line (готов) или Off-line (выключен или не готов). Если вам неизвестны эти понятия, то объяснение им дано в главе 10. Уровень сигнала на линии 13 можно изменять вручную с помощью соответствующих переключателей на панели управления принтера. Сигнал Select Input, передаваемый по линии 17 или 36, устанавливает принтер в режим готовности к работе (On-line), например, после устранения какой-либо ошибки в его работе.
Error
Все ошибки, возникающие во время передачи данных, сообщаются по линии 15 или 32. Состояние линии Error влияет на состояние других линий и может остановить процесс печати.
Часто проявляющаяся ошибка при работе принтера — это так называемая ошибка времени выполнения (Time Out). Если принтер долгое время занят "изнурительной" работой с данными и не может сообщить сигналом Busy о том, что он больше не в состоянии принимать данные, то спустя некоторое время фиксируется ошибка Time Out. Регистрация этой ошибки влияет на все линии. При отсутствии сигнала об ошибке Time Out происходила бы непрерывная передача данных на принтер до тех пор, пока бесконечный цикл не привел бы к зависанию всей системы.
При инициализации (линия Init — 16 или 31) принтер переходит в свое исходное состояние. Для матричного принтера это означает, что его печатающая головка возвращается в исходное состояние. Кроме того, очищается буфер принтера, т. е. данные, обрабатываемые принтером, выгружаются из его памяти.
По линии Auto Feed (автоматический перевод строки, линия 14) передается сигнал, указывающий принтеру, как обрабатывать новую строку при поступлении команды возврата каретки.
Проще всего эту функцию можно пояснить на примере работы матричного принтера. Команда возврата каретки Carriage Return (CR) возвращает печатающую головку принтера в исходную позицию у левого края валика принтера. Если бы строка не была переведена, то при поступлении новых символов принтер печатал бы их в этой же строке. На бумаге этот результат выглядит как большое количество строк, нагроможденных одна на другую. У многих принтеров состояния этой линии переключаются соответствующими Dip-переключателями или кнопкой на панели управления принтера. Гораздо удобнее, когда установленное программное обеспечение берет на себя координацию команд Carriage Return (CR) и Line Feed (LF).
Применение параллельных интерфейсов
Параллельный интерфейс в приложениях обычно коротко обозначают LPT или PRN. Последнее сокращение для принтеров эквивалентно LPT1.
LPT — это сокращение от Line Printer. Первый подключенный принтер обозначается как LPT1, а второй — как LPT2.
BIOS PC поддерживает до 3 параллельных интерфейсов, которые на практике редко кому требуются.
Стандарт IBM определяет три параллельных порта ввода/вывода, которые предусмотрены в BIOS PC и во всех версиях DOS. В адресном пространстве компьютера резервируются базовые адреса этих портов: 3BCh, 378h и 278h. Первый адрес обычно используется, если порт принтера находится, например, на карте графического адаптера Hercules или EGA. Для мультикарты (Миlti I/O) или материнской платы стандартные адреса портов ввода/вывода и номеров прерываний (линий IRQ) параллельных интерфейсов представлены в табл. 5.11. При необходимости базовый адрес можно переназначить программным способом либо при помощи DIP-переключателей (перемычек).
Таблица 5.11. Стандартные параметры параллельных интерфейсов
В IBM-совместимых компьютерах за параллельными портами закреплены специальные логические имена, поддерживаемые системой: LPT1, LPT2, LPT3. Эти логические имена необязательно должны совпадать с указанными выше адресами портов ввода/вывода. При загрузке система анализирует наличие параллельных портов по каждому из трех базовых адресов. Поиск всегда выполняется в следующем порядке: 03BCh, 0378h и затем 0278h. Первому найденному параллельному порту присваивается имя LPT1, второму — LPT2, третьему — LPT3. В результате реализации такой схемы назначения имен можно быть уверенным в том, что в системе всегда будет порт LPT1 (PRN), независимо от присвоенного ему адреса порта ввода/вывода, при условии, что компьютер оборудован хотя бы одним адаптером параллельного порта. Существует несколько типов параллельных портов:
□ Стандартный □ ЕРР □ ЕСР
Стандартный параллельный порт
Стандартный параллельный порт предназначен только для односторонней передачи информации от PC к принтеру, что является результатом электрической конструкции порта. Он обеспечивает максимальную скорость передачи данных от 120 до 200 Кбайт/с.
Порт ЕРР
Фирмы Intel, Xircon, Zenith и ряд других, заинтересованных в улучшении характеристик параллельного порта, совместно разработали спецификацию улучшенного параллельного порта ЕРР (Enhanced Parallel Port). Порт ЕРР является двунаправленным, то есть обеспечивает параллельную передачу 8 бит данных в обоих направлениях. Это избавляет центральный процессор PC от необходимости выполнения медленных инструкций типа IN и OUT, позволяя программе заниматься непосредственно пересылкой данных. Порт ЕРР передает и принимает данные почти в шесть раз быстрее стандартного параллельного порта, чему способствует еще то, что порт ЕРР имеет буфер, сохраняющий передаваемые и принимаемые символы до того 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. Такое преимущество реализуется за счет использования такого ценного ресурса компьютера, как канал прямого доступа к памяти (DMA).
Порт ЕРР полностью совместим со стандартным портом. Для использования его специфических функций требуется только специальное программное обеспечение. При использовании надлежащего программного обеспечения порт ЕРР может передавать и принимать данные со скоростью до 2 Мбит/с.
Подобно интерфейсу SCSI порт ЕРР позволяет подключать в цепочку до 64 периферийных устройств.
Порт ЕСР
Дальнейшим развитием порта ЕРР явился порт с расширенными функциями ЕСР {Extended Capability Port). Порт ЕСР обеспечивает еще большую скорость передачи по сравнению с портом ЕРР. Как и в ЕРР, в ЕСР сохранен тот же режим обмена данными через канал прямого доступа к памяти. Также реализован режим работы, позволяющий снизить загрузку центрального процессора при передаче данных через порт. Порт ЕСР позволяет подключать до 128 периферийных устройств.
Одной из наиболее важных функций, впервые реализованной в ЕСР, является сжатие данных. Это позволяет резко повысить реальную скорость передачи. Данная функция не является обязательной, поэтому порты, периферийные устройства и программы могут ее и не поддерживать. Однако выигрыш от сжатия данных можно получить только тогда, когда режим компрессии ' поддерживается как портом ЕСР, так и принтером. Только в этом случае может быть реализована функция сжатия данных. Если обоюдной поддержки не будет, компьютер будет обмениваться данными с принтером без сжатия.
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 аппаратно (схемой порта).
Увеличение скорости передачи данных с помощью порта ЕСР существенно уменьшает время печати принтеров.
Для того чтобы воспользоваться преимуществами функциональных возможностей портов ЕСР и ЕРР, необходим компьютер, который оборудован портом, соответствующим одному из этих стандартов. Тип порта обычно задается системной BIOS персонального компьютера. Для этого вам необходимо внести соответствующие изменения в CMOS Setup, где для установки типа порта предусмотрены опции AT, PS/2 и ЕСР. Режим AT предназначен для стандартного параллельного порта.
Внимание!
На некоторых материнских платах к параллельному порту в режиме ЕСР не удается "подключить наряду с принтером другие периферийные устройства (листовые сканеры, Zip-накопители и др.). Для того чтобы эти устройства работали, вам, возможно, придется переключиться в режим AT.
Стандарт IEEE 1284
В настоящее время стандарты портов ЕРР и ЕСР были включены в стандарт Американского института инженеров по электротехнике и электронике IEEE 1284. Многие современные лазерные принтеры используют этот стандарт.
Стандарт IEEE 1284 определяет четыре режима работы: полубайтовый, байтовый, ЕРР и ЕСР. Это достигается за счет выполнения требований совместимости с ранее разработанными и уже широко распространенными спецификациями. Заметим, что все они поддерживают двунаправленную передачу данных.
Дополнительно к функциям уже рассмотренных портов стандарт IEEE 1284 позволяет принтеру послать сигнал при аварии. Всякий раз при возникновении ошибки параллельный порт посылает сигнал прерывания IRQ. Следует заметить, что сигнал ошибки стандартного параллельного порта (контакт 15 разъема DB-25) не использовался для прерывания процессора и мог быть обнаружен, если только сама программа предусматривала контроль этого сигнала.
В большинстве случаев к параллельному интерфейсу подключается принтер. Однако имеются еще и другие периферийные устройства, управление которыми осуществляется через этот интерфейс. Иногда это внешние дисководы, но чаще внешние стримеры. При этом возможна передача данных с максимальной скоростью 1 Мбайт/с. Также параллельные интерфейсы используются для обмена информацией между двумя PC.
Последовательная передача данных
Для последовательных интерфейсов выбор подключаемых устройств значительно шире, поэтому большинство PC одновременно оборудовано двумя интерфейсными разъемами для последовательной передачи данных (рис. 5.16). Обычно они различаются по внешнему виду. Разъемы последовательного интерфейса на PC представляют собой 9-контактный (вилка) Sub-D и 25-контактный (вилка) Sub-D, назначение контактов которых приведено в табл. 5.12.
Рис. 5.16. Внешний вид мультикарты с IDE контроллером (здесь же показаны разъемы для подключения FDD, разъемы игрового порта, порта принтера и двух последовательных портов)
Таблица 5.12. Назначение контактов разъемов последовательного интерфейса
В качестве стандартного обозначения для последовательного интерфейса чаще всего используют RS-232.
Главный элемент последовательного интерфейса — микросхема 8250 для старых и 16450 UART {Universal Asynchron Receiver Transmitter) для новых плат контроллеров. Контроллер на базе чипа 8250 обеспечивает максимальную скорость передачи данных 9600 бод, а чип 16450 — 115200 бод.
Принцип действия
В отличие от параллельной передачи данных, последовательная связь осуществляется побитно. Отдельные биты пересылаются (или принимаются) последовательно друг за другом, при этом возможен обмен данными в двух направлениях. Уровень напряжения последовательного интерфейса изменяется в пределах от —12 В до +12 В. Благодаря этому относительно высокому напряжению повышается помехоустойчивость, и данные могут передаваться без потерь по кабелю длиной 50 м и более.
В асинхронном режиме, который используют PC (передаваемая команда состоит из стартового бита, 8 бит данных и одного стоп-бита), прием и передача данных осуществляются с одинаковой тактовой частотой.
Для связи через последовательный интерфейс в принципе было бы достаточно трех проводов: провод приема, передачи и корпус. Однако на практике это часто не так, что показывает табл. 5.12.
Конфигурация
Последовательный интерфейс связывает два устройства. Для того чтобы "собеседники" при обмене данными не перебивали друг друга, они должны иметь единый протокол приема/передачи, которым определяется последовательность обмена данными.
Скорость передачи данных
Номинальная скорость передачи — это скорость передачи данных, определяемая количеством элементов двоичной информации, передаваемых за 1 с.
Эффективная (реальная) скорость — это скорость передачи с учетом необходимости передачи служебной информации (что уменьшает эффективную скорость по сравнению с номинальной) и сжатия данных (что увеличивает эффективную скорость).
Скорость передачи измеряется в бодах, названных в честь французского ученого Жана Мориса Эмиля Бодо. Иногда вместо бод употребляют обозначение bps (bit per second), или бит/с. Однако это немного разные вещи. Величина в бодах указывает количество передаваемых битов с учетом служебных битов (стартовые биты, стоп-биты и биты контроля четности). А величина, указанная в bps, подразумевает эффективную скорость передачи самих данных. Типичные значения скорости передачи данных через последовательный интерфейс для PC и периферийных устройств, таких как модемы, составляют 1200, 2400, 4800, 9600, 19200 бод и выше.
Обратите внимание на то, что при передаче данных, например между двумя модемами, один из которых является высокоскоростным модемом со скоростью 19200 бод, а другой в состоянии обеспечить обмен данными лишь со скоростью 2400 бод, компьютеры все равно будут общаться со скоростью 2400 бод.
Стартовый бит, стоп-бит, биты данных
Данные при последовательной передаче разделяются служебными посылками, такими как стартовый бит (Start bit) и стоп-бит (Stop bit). Эти биты указывают на начало и конец передачи последовательности бит данных (Data bits). Данный метод передачи позволяет осуществить синхронизацию между приемной и передающей сторонами, а также выровнять скорость обмена данными.
Бит контроля четности
Для идентификации и распознавания ошибок при последовательной передаче в состав посылки дополнительно включают бит контроля четности (Parity bit). Существует несколько различных вариантов использования бита контроля четности:
□ Бит контроля четности не посылается (No Parity)
□ Бит контроля четности четный (Even Parity)
□ Бит контроля четности нечетный (Odd Parity)
Значение бита контроля четности определяется бинарной суммой всех передаваемых битов данных. Пример определения бита контроля четности наглядно иллюстрируется в табл. 5.13.
Таблица 5.13. Пример определения бита контроля четности
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 типа DIP считается очень неудобным. Поскольку при необходимости изменить настройки последовательного порта, чтобы получить доступ к различным переключателям на карте контроллера, приходится вскрывать корпус PC.
Наиболее простым и удобным является конфигурирование последовательного интерфейса программным способом. Здесь идет речь, прежде всего, о среде Windows, предоставляющей такую возможность. Синтаксис команды операционной системы, выполняющей программное конфигурирование последовательного интерфейса:
MODE COMx: скоростьв_бодах, вид_четности, число_бит_данных,
число стоп бит, повторение
На практике параметры указывают только в краткой формулировке. Например, запись 8Е1 обозначает протокол обмена данными с числом бит 8, бит контроля четности четный и один стоп-бит. Запись 7N2 указывает на 7 бит данных, без контроля четности и два стоп-бита.
Распределение сигналов
Назначение контактов разъема последовательного интерфейса было приведено в табл. 5.12. В PC в качестве разъемов последовательного интерфейса применяются две модификации: 9-контактный и 25-контактный разъемы,
обозначаемые как DB9 и DB25 соответственно. В связи с этим обратите внимание на нумерацию контактов этих разъемов, показанную в табл. 5.12.
Рассмотрим подробнее назначение сигналов последовательного интерфейса. Приведенный здесь технический материал поможет разобраться с назначением индикаторов состояния на модеме и правильно настроить коммуникационные программы.
□ Сигнал DCD используется в модемах для сообщения компьютеру и коммуникационной программе об установлении связи модем-модем. Когда локальный модем связывается с удаленным модемом и получает в ответ хороший сигнал несущей, он формирует положительный сигнал DCD.
□ Сигнал RXD представляет собой данные, переданные удаленным PC и полученные компьютером/модемом.
□ Сигнал TXD представляет собой данные, передаваемые компьютером/модемом. Отметим наличие двух линий данных, одна из которых предназначена для передачи, а другая для приема. Следовательно, при наличии соответствующей коммуникационной программы два последовательных устройства могут передавать данные одновременно.
□ Сигнал DTR (положительный) сообщает удаленному PC о готовности компьютера/модема к приему данных. Дополнительным для этого сигнала является сигнал DSR. Чтобы два устройства могли взаимодействовать, оба эти сигнала должны быть высокого уровня, сообщая о наличии устройств и их готовности к обмену данными.
□ Линия GND является сигнальной землей, т. е. второй линией, необходимой для передачи и приема сигналов.
□ Сигнал DSR наряду с сигналом DTR сообщает PC о включении (режим On-line) и готовности к обмену данными с удаленным компьютером/модемом (сигнал положительный).
□ Сигнал RTS является одним из двух сигналов (второй — CTS), благодаря которым осуществляется обмен данными между двумя соединенными компьютерами/модемами. Это сигналы готовности к приему данных. Сигнал RTS формирует локальный, а сигнал CTS — удаленный модем.
□ Сигнал CTS дополняет пару сигналов RTS/CTS. В случае отсутствия на соответствующих линиях сигналов RTS и CTS положительной полярности практически во всех системах связи передача данных по последовательному каналу невозможна. Однако имеются исключения. Чаще всего встречается подключение последовательного оконечного устройства к удаленному компьютеру. При таком способе подключения линии RTS/CTS можно как использовать, так и не использовать. Обычно для того чтобы сэкономить количество проводников в соединительном кабеле, эти линии коммутируют соответствующим образом непосредственно на локальном разъеме интерфейса. Например, можно соединить контакты 4 и 7, а также 8 и 6 внутри на 9-контактном разъеме DB9 последовательного порта PC. После этого остается только соединить контакт 3 (передаваемые данные) на разъеме PC с контактом 3 (принимаемые данные) на принтере или другом устройстве, оборудованном разъемом DB25; соединить контакт 5 на PC с контактом 7 на удаленном устройстве, а также соединить контакт 6 (квитирующий проводник) на PC с контактом 19 разъема принтера или другого устройства. В результате получается однонаправленный кабель PC-принтер, состоящий всего из трех проводников.
□ Сигналом RI локальный модем сообщает компьютеру (коммуникационной программе), к которому он подключен, о поступлении телефонного вызова, т. е. о предстоящем сеансе связи.
Монтаж кабельной проводки оконечного устройства, в нашем случае — PC, для передачи данных не всегда прост. Следует использовать кабель, прилагаемый к периферийному устройству.
Если вы хотите связать через последовательный интерфейс два PC, то должны использовать так называемый кабель Null-Modem, потому что в процессе связи не принимает участие специальное оборудование передачи данных, например модем. В этом случае вам нужно самостоятельно изготовить такой кабель. Возможные схемы соединения двух PC через разъемы DB9 приведены на рис. 5.17.
Прерывания и адреса
СОМ -порты могут быть сконфигурированы различным образом. BIOS PC поддерживает до 4 последовательных интерфейсов. С конфигурацией двух, как правило, проблем не бывает, тем более что стандартные установки на плате интерфейса обычно соответствуют оптимальным. Проблемы могут возникнуть при конфигурировании портов COM3 и COM4, поскольку для них необходимо указать непересекающиеся с другими устройствами адреса и номера линий прерывания.
Внимание!
При переустановке с помощью джамперов на плате контроллера адреса и/или номера IRQ, в каждом случае следует обязательно записывать первоначальные установки. При покупке нужно обращать внимание на то, чтобы в документации на карту расширения были описаны соответствующие возможности конфигурирования. Если вы позднее будете вставлять дополнительную карту, которая требует переустановки адреса портов, эта документация вам поможет.
Стандартные значения адресов и IRQ для СОМ-портов приведены в табл. 5.14.
Таблица 5.14. Стандартные значения адресов IRQ для СОМ-портов
Все устройства и карты должны совместно работать правильно, то есть корректно разделять имеющиеся общие системные ресурсы, основными из которых являются:
□ Линии запросов на прерывание (IRQ)
□ Каналы прямого доступа к памяти (DMA)
□ Базовые адреса портов ввода/вывода
Некорректное использование одновременно этих ресурсов ведет к конфликтам, в результате которых устройства либо не будут работать вообще, либо будут вести себя непредсказуемо. Эти конфликты могут быть успешно устранены только путем грамотной настройки программно-аппаратных средств. Эту процедуру обычно называют конфигурированием.
Поэтому, на наш взгляд, уместно более подробно рассмотреть специфику имеющихся ресурсов системы и особенности их совместного использования различными устройствами.
Чтобы устройства, входящие в состав компьютера, могли взаимодействовать с центральным процессором, в IBM-совместимых компьютерах предусмотрена система прерываний (Interrupts).
Система прерываний позволяет компьютеру приостановить текущие действия и переключиться на другие в ответ на поступивший запрос, например, на нажатие клавиши на клавиатуре.
Без прерываний было бы очень трудно обеспечить эффективную работу компьютера. С одной стороны, желательно, чтобы компьютер был занят возложенной на него работой; с другой стороны, необходима его мгновенная реакция на любой требующий внимания запрос. Прерывания обеспечивают немедленную реакцию системы.
Каждому компоненту компьютера, которому может потребоваться запросить внимание процессора, выделяется особый номер прерывания. Например, клавиатура имеет свой номер прерывания, поэтому при нажатии клавиши процессор "узнает" об этом. Номера прерываний имеют также дисковые накопители и принтеры. Накопители на дисках с помощью прерываний сообщают об окончании запрошенной программной операции, а принтеры сигнализируют об отсутствии бумаги или о готовности печатать следующий символ.
В IBM PC-совместимых компьютерах имеется два вида прерываний: аппаратные (Hardware interrupts) и программные (Software interrupts). К аппаратным относятся, в первую очередь, прерывания, встроенные в процессор — прерывания при делении на нуль, прерывания при аварии питания и т. п. К аппаратным также относятся прерывания, с помощью которых процессору сообщается об аппаратных событиях, например, уже упомянутых отсутствии бумаги в принтере или окончании дисковой операции.
С помощью прерываний прикладные программы могут выполнять операции, запрограммированные в операционной системе, ROM BIOS или в других сервисных программах. Отметим, что аппаратное прерывание может получить управление и при выполнении программного прерывания. Программные прерывания действуют практически так же, как и аппаратные, и отличаются только источником прерывания.
Аппаратные прерывания работают следующим образом. Когда какому-либо устройству требуется участие процессора (например, когда на клавиатуре нажата клавиша), оно посылает особый сигнал — запрос на прерывание. Получив такой запрос, процессор прекращает выполнять текущую последовательность команд, а вместо нее начинает выполнять другую последовательность, соответствующую данному прерыванию (в нашем примере — передает код нажатой клавиши работающей программе).
Для простой и эффективной локализации процедуры обслуживания прерываний служит таблица векторов прерываний, содержащаяся в первых ячейках памяти компьютера. Вектор — это полный адрес памяти (4 байта) той процедуры, которая вызывается при появлении запроса на прерывание. Таким образом, в таблице векторов прерываний в ячейках памяти с 0 по 3 находится адрес программы обработки прерывания с номером 0, в ячейках памяти с 4 по 7 — адрес программы обработки с номером 1 и т. д.
В IBM PC-совместимых компьютерах управление аппаратными прерываниями осуществляется специальными микросхемами — контроллерами прерываний. Как уже отмечалось, на современных материнских платах контроллеры прерываний интегрированы в микросхему контроллера периферии Chipset.
В PC XT с восьмиразрядной шиной ISA имеется только 8 внешних аппаратных прерываний. В PC AT с процессором 80286 количество линий прерываний было увеличено вдвое, благодаря использованию уже двух контроллеров.
Каждый из контроллеров имеет по 8 входных линий для приема запросов на прерывание. Линии запроса на прерывание называются IRQ (Interrupt-Requests). Прерывания, используемые вторым контроллером, подаются на неиспользованный вход IRQ 2 первого (рис. 5.18).
Каждая линия имеет свой приоритет. Наивысший приоритет соответствует линии IRQ 0. Отметим, что контроллеры прерываний включены таким образом, что линии IRQ 8—IRQ 15 имеют приоритет ниже приоритета линии IRQ 2, но выше IRQ3. Каждой линии IRQ соответствует вектор прерываний, указывающий местонахождение процедуры обслуживания запроса на прерывание в ROM BIOS. Линиям IRQ I—IRQ 7 соответствуют вектора прерываний от 8Н до 0FH, а линиям IRQ 8—IRQ 15 — вектора от 70H до 77Н.
Часть линий прерываний резервируется системой, а часть может быть предоставлена для использования дополнительным оборудованием, необходимым пользователю. Так, например, IRQ 13 отводится для математического сопроцессора и оно не может быть использовано другим устройством, даже если математический сопроцессор не установлен. Обычно для IBM PC-совместимых компьютеров свободны IRQ 3, IRQ 5, IRQ 7, IRQ 10, IRQ11 и IRQ 12. Стандартное распределение аппаратных прерываний приведено в табл. 5.15.
Передача данных в режиме прямого доступа к памяти (Direct Memory Access, DMA) требуется при обмене данными между оперативной памятью и высокоскоростными устройствами. В режиме прямого доступа периферийное устройство связано с оперативной памятью непосредственно через каналы прямого доступа (каналы DMA), а не через внутренние регистры микропроцессора. Наиболее эффективным такой режим обмена данными бывает в ситуациях, когда требуется высокая скорость для передачи большого объема информации (например, при загрузке данных в память с компакт-диска).
Для инициализации процесса прямого доступа на системной шине используются соответствующие сигналы. Так, устройство, требующее прямой доступ к памяти, по одному из свободных каналов DMA обращается к контроллеру, сообщая ему путь (адрес), откуда или куда переслать данные, начальный адрес блока данных и объем данных (рис. 5.19). Инициализация обмена происходит с участием процессора, но собственно передача данных осуществляется уже под управлением контроллера DMA, а не процессора.
Для организации прямого доступа в память в компьютерах IBM PC/XT использовалась одна 4-канальная микросхема DMA i8237, канал 0 которой предназначен для регенерации динамической памяти. Каналы 2 и 3 служат для управления высокоскоростной передачей данных между дисководами гибких дисков, винчестером и оперативной памятью соответственно. Доступным является только канал DMA 1.
Рис. 5.19. Назначение каналов DMA
IBM РС/АТ- совместимые компьютеры имеют уже 7 каналов прямого доступа к памяти. Как и для контроллеров прерываний, это достигается путем каскадного включения двух микросхем 18237, интегрированных в микросхему контроллера периферии; одна из линий (канал DMA 4) используется для подключения каналов DMA О—DMA 3.
Из всех каналов DMA стандартно задействован только канал DMA 2 для обмена данными с дисководом гибких дисков. Каналы DMA 1 и DMA 2 обычно используются звуковыми картами.
Один канал DMA может использоваться различными устройствами, но не одновременно, например, канал DMA 1 — для звуковой карты и стримера. Однако в этом случае вы не сможете одновременно слушать музыку и записывать данные на ленту.
В PC любое устройство (контроллеры, установленные на картах расширения или на материнской плате) за исключением оперативной памяти рассматривается центральным процессором как периферийное.
Обмен данными между CPU и периферийными устройствами осуществляется через так называемые порты ввода/вывода. Конструктивно порт ввода/вывода— это буферное устройство или регистр контроллера, процессора обработки сигналов и т. п., которые непосредственно подключены к шине ввода/вывода PC.
Для управления обменом данными между аппаратными компонентами компьютера каждому порту ввода/вывода присваивается свой уникальный шестнадцатеричный номер (адрес порта), например 2F8h, 370h. Можно провести аналогию с почтой: чтобы письмо попало по назначению, на конверте должен быть правильно указан адрес получателя. Напомним — символ "h" (hex) означает, что адрес указывается в шестнадцатеричной системе исчисления.
В IBM-совместимых PC можно адресовать (использовать) 65536 (216) портов ввода/вывода (хотя большинство из них, как правило, не используется). Причем адресное пространство портов ввода/вывода не совпадает с адресным пространством памяти, что дает возможность иметь полный объем памяти и полный набор портов ввода/вывода. Стандартный диапазон адресов портов ввода/вывода для IBM PC-совместимых компьютеров составляет О—3FFh включительно, хотя реально можно использовать адреса вплоть до FFFFh (например, порты процессора WT-синтеза звуковой карты (см. главу 14) имеют адреса в диапазоне 620h— E23h). Сюда входят порты контроллеров клавиатуры, жестких и гибких дисков, видеоадаптеров EGA/VGA/ звуковых карт, последовательных и параллельных интерфейсов, игровых портов и любого другого периферийного оборудования.
Отметим, что периферийными устройствами могут использоваться несколько портов ввода/вывода. Иногда их количество может достигать нескольких десятков. Например, контроллер параллельного интерфейса, к которому обычно подключается принтер, имеет три регистра: регистр вывода данных, регистр состояния и регистр управления, адресуемые через свои порты ввода/вывода, а контроллер последовательного интерфейса — десять регистров, адресуемых через семь портов ввода/вывода.
Естественно, адресация портов осуществляется центральным процессором при выполнении той или иной программы. Для того чтобы исключить необходимость указания конкретного адреса каждого порта ввода/вывода при программировании, а также для оперативного их изменения в зависимости от конкретной конфигурации компьютера, существует понятие базовый адрес порта ввода/вывода {Base Adress In/Out).
Базовый адрес порта ввода/вывода присваивается каждому периферийному устройству и соответствует младшему адресу из группы портов (обычно адресу порта регистра данных). Адресация остальных портов периферийного устройства осуществляется путем задания смещения (целое число) относительно базового адреса. Например, для адресации порта регистра состояния контроллера параллельного интерфейса необходимо значение базового адреса порта LPT увеличить на единицу.
Следует помнить, что под базовым адресом ввода/вывода любого периферийного устройства понимается весь диапазон адресов портов ввода/вывода. BIOS резервирует ряд диапазонов адресов портов ввода/вывода стандартных аппаратных компонентов PC, которые не могут быть использованы другими периферийными устройствами (табл. 5.16).
Таблица 5.16. Стандартное распределение адресов ввода/вывода
Например, под интерфейс LPT1 резервируется диапазон адресов 378Ы-37Eh, в пределах которого можно выбирать базовый адрес порта ввода/вывода. Тогда будет исключена возможность конфликтов при адресации портов на аппаратно-программном уровне. Поскольку для управления и контроля LPT1 используются три регистра, в пределах этого диапазона адресов имеется 5 возможных значений базового адреса — 378h—37Ch. Диапазон адресов 200h—207h зарезервирован под игровой порт для джойстика, хотя фактически из восьми адресов обычно используется только один — 200h или 201h. Подобная ситуация наблюдается и для других устройств.
К сожалению, на практике стандартные адреса портов и прерывания используются не всеми изготовителями аппаратного обеспечения так, как было описано. Тем не менее, вы можете самостоятельно сконфигурировать плату расширения, чтобы это не привело к конфликту между двумя прерываниями или даже адресами портов.
Изменить базовый адрес порта ввода/вывода можно с помощью джамперов на карте контроллера (материнской плате), программно (например, используя команду Пуск (Start), Настройка (Setting), Панель управления (Control Panel), Система (System) в Windows 95/98) или через CMOS Setup.