Курс лекций по вычислительной технике
       

Шина SCSI


SCSI ( Small Computer System Interface) является шинным интерфей­сом: на одном кабеле может висеть несколько абонентов. Шина может использоваться и как внутренняя и как внешняя. Управляет ши­ной хост  адаптер, который подключается к шине расширения компьютера.

Каждый абонент (до 8-и), подключаемый к шине имеет уникальный по­зиционный идентификатор - SCSI ID.

         Типовые идентификаторы: Хост – 7; НМД  - 6; CD - 3 ;Сканер – 2.

Приоритет убывает с уменьшением номера.

В абонент может входить до 8-и устройств со своими номерами (LUN – Logical Unit Number). В каждый момент на шине могут вести обмен два устройства: ведущий (Initiator -I) - и исполнитель  (Target-Т).  Обмен  может  быть асинхронным или синхронным с согласованием скорости (более быстрый).

Типовые конфигурации.

а)Один ведущий, несколько исполнителей.

 

б) Несколько ведущих и несколько исполнителей.

 

Сигнальные линии шины SCSI.

DB# (9/17/36) I,T - шина данных с контрольными разрядами.

ATN# I  -  Внимание, запрос исполнителю послать сообщение

BSY I,T -  Шина занята.

REQ# T -  Запрос на пересылку данных.

ACK# I -  Ответ на запрос

RST# I,T  - Сброс

MSG# T   - Передача сообщения

SEL# I/T - выбор исполнителя ведущим или подтверждение выбо­ра исполнителем

C/D# T - Команда/данные на шине

I/O# T - направление передачи или фаза выбора.

Модификации SCSI - интерфейсов.

SCSI-1 - стандартизованы электрические параметры и минимум ко­манд, 8-разрядов, частота шины 5мггц.

Развитие - SCSI-2, 18 обязательных команд.

Быстродействие интерфейсов SCSI-2.

Разрядность  Обычный   Fast Ultra   Число устр.

8 (Narrow)   5MB/c    10MB/c   20MB/c      8

16 (Wide)    10Mb/c   20MB/c   40MB/c     16


32 (Wide)    20MB/c   40MB/c   80MB/c     16

Длина

кабеля             6м          3м            1,5м

SCSI-3 - увеличение подключаемых устройств, обязательных команд и РиР.

Все SCSI-устройства требуют специальных драйверов.

7.2.3. Последовательный порт РС.

Типичным представителем последовательного интерфейса является RS-232C ( СОМ-порт в РС, максимальная длина 1м)

Подразумевается, что биты информации передаются по одной линии друг за другом, начиная с младшего или старшего бита. Чаще, чем для других интерфейсов, для последовательной передачи различают следующие режимы работы:

- симплексный

- полудуплексный (с переключением направления)

- дуплексный.

При последовательной передаче существует два основных способа передачи разрядов синхронный и асинхронный. Синхронный способ предполагает взаимную синхронизацию приёмника с передатчиком либо посредством спе­циальной линии синхронизации либо посредством самосинхронизирующихся кодов.

В СОМ - портах РС применяется асинхронный способ, основанный на протоколе RS-232C (Стык-2). Хотя протокол поддерживает как синхронный, так и асинхронный способы, в СОМ - портах применяется только асинхронный.

При асинхронной передаче передаваемое сообщение разбивается на символы. Каждый символ начинается со СТАРТ - посылки, сигнализирующей приёмнику о начале очередного символа, затем следуют разряды байта данных и бит чётности. Завершает символ СТОП - посылка, определяющая длительность паузы между символами.

Кодировка в RS-232C инверсная: лог. "0" - (+12 ÷ +3)В; лог. "1" -

- (-12 ÷ -3)В. При такой кодировке посылке СТАРТ соответствует - "0", а СТОП - "1". Для восстановления синхронизации приёмник имеет генератор синхросигналов с частотой, равной частоте генератора передатчика. Этот генератор работает в ждущем режиме и запускается от фронта стартового сигнала. Число синхроимпульсов соответствует размеру символа между посылками СТАРТ и СТОП.

Другим способом для распознавания интервалов в приемном устройстве служит специальный тактовый генератор с частотой в 16 раз превышающей частоту передачи.


После обнаружения стартового бита (через 8 периодов частоты генератора), считается, что начат приём символа. Приём завершается после обнаружения стоповых битов (после прима  заданного количества информационных битов).

Старт                        КР               2 стопа

                                                                          

                           

        

        

  0   1  2   3  4  5  6  7  8  9 10/11
 

                                              

Линии интерфейса RS-232C (АПД - контроллер СОМ порта).

Обозначение.

 Назначение.

 PC

 Устр.

РG (Protect Ground)

 экран
SG   (Signal Ground)

 сигнальная земля
TD   (Transmit Data)

 передаваемые данные

 O

  I
RD   (Receive Data)

 принимаемые данные

 I

 O
RTS  (Request To Send)

 требование передачи

 O

 I
CTS  (Clear To Send)

 готовность модема к приёму

 I

 O
DTR  (Data Terminal Ready)

 готовность к передаче

 O

 I
DSR  (Data Set Ready)

 Готовность модема

 I

 O
DCD  (Data Carrier Detected)

 несущая обнаружена    

I

 O
RI   (Ring Indicator)  

индикатор вызова

 I

 O
Соединение модемов.       Нуль-модемное соединение

(полное).

TD --------->   TD          TD ---------> RD

RD <--------<  RD          RD <----------TD

DTR --------> DTR         DTR ---+----> DSR

DSR <-------< DSR                |

RTS >-------> RTS                +----> DCD

CTS <-------< CTS

DCD <-------<      DCD         DSR <--+------DTR

RI <--------<   RI                 |

SG <-------->  SG          DCD <--+

RTS >-------> CTS

CTS <-------< RTS

SG <-------> SG

.

Минимальное соединение.

TD >------ ------< TD

X

RD <------ ------> RD

SG <-------------->SG



Перемычки могут быть установлены внутри

Существуют и другие варианта схем на основе UART.

RS-422: 1Mб/с (921,6Кб/с)на расстояние до 1200м. Соединение (10 линий) радиальное дуплексное или магистральное полудуплексное (до 10 прёмников).

RS-485. 1Mб/с на расстояние до 1200м. Соединение (3 линии) магистральное полудуплексное (до 32 прёмников).

Базовые адреса СОМ-портов.

СОМ1 - 3F8...3FF , IRQ4

СОМ2 - 2F8...2FF, IRQ3

СОМ1        BASE = 3F8

СОМ2        BASE = 2F8

BASE+3  - вывод/ввод

Назначение разрядов

1,0 - количество бит данных 00 - 5;01 - 6; 10 -7; 11 -8

2   - количество СТОП - бит 0 -1 ; 1 -2

4,3 - контроль чётности Х0 - нет; 01- на нечётность; 11- на чётность

5   - значение контрольного разряда

6  - 1 - передача нуля; 0  - передача символов

7  - бит управления (БУ)

BASE -  вывод/ввод

БУ=0  - байт данных

БУ=1 - младший байт кода делителя частоты (от 110бит/сек до 115200бит/сек)

BASE+1 - вывод

БУ=0 - управление прерываниями: по окончании приёма данных, по окончании передачи данных, по сбою, нарушение протокола

БУ=1  - старший байт кода делителя частоты

BASE+2 - причины (запросы) прерывания (ввод)

BASE+4 - управление  модемом (вывод)

BASE+6 - опрос  состояния модема (ввод)

BASE+5 - опрос  состояния линии (ввод)

0                данные получены и готовы для ввода

1                переполнение буфера ввода

2                ошибка чётности при вводе

3                пропадание посылки СТОП

4                сплошной нуль при вводе

5                готовность буфера для вывода

6                выдача закончена

7                останов

Для инициализации СОМ-порта необходимо

- выдать БУ=1

- установить код делителя частоты

- выдать БУ=0

-         установить маски прерывания

7.2.4. USB (Universal Serial Bus).

Последовательная шина подключения внешних устройств среднего быс­тродействия (клавиатура, мышь, аудио кодеки, видеокамеры). Она обеспечивает двунаправленную передачу данных со скоростью до 12 Мбит/сек (USB-2 - до 480). 



Для видео это недостаточно и появился Fire Wire (IEEE

1394) с производительностью до 1,6Гбит/сек.

USB обеспечивает обмен данными между хост компьютером и множеством периферийных устройств.

Распределение пропускной способности шины между подключёнными устройствами реализуется с помощью посылки маркеров. Шина позволяет подключать, конфигурировать, использовать и отключать непосредственно в процессе работы. Устройства подключаются по топологии дерева, ис­пользуя хабы (разветвители). Корневым хабом на два разветвления - порта является обычно хост. Логически устройство, подключённое к любому хабу, может рассматриваться как подключённое непосредственно к хост-компьютеру. Устройство может иметь встроенный хаб (хаб/средство), а может и не иметь (средство). Порты у хаба подразделяются на один вос­ходящий и несколько нисходящих.

 

      

            

Функции контроллера хоста.

- Обнаружение, конфигурирование, подключение и отключение ус­тройств USB.

- Управление потоками данных

- Формирование потоков управления

- Сбор и анализ состояния устройств.

Программное обеспечение хоста можно разделить на следующие кате­гории:

Поддержка USB ОС, независящая от конфигурации шины USB.

ПО собственно контроллера.

ПО, обеспечивающее работу конкретного  средства.

Устройства  USB - средства и хабы.

Хаб в USB выполняет функции коммутации сигналов и отслеживает состояние, подключённых к нему устройств, информируя хост о всех изме­нениях. Хаб взаимодействует с хостом посредством входящих в его состав регистров.

С точки зрения передачи данных каждое средство USB представ­ляет собой набор независимых конечных точек.

Каждая конечная точка описывается следующими параметрами:

- номер точки

- направление обмена и его тип

- максимальный размер пакета при обмене

- требуемая частота доступа к шине и допустимые задержки обслужи­вания



- требования к контролю передач

Каждое средство обязательно имеет конечную точку с номером "0", которая используется для общего управления средством, опроса его  сос­тояния и инициализации. По включению точка "0" всегда доступна и  под­держивает передачи типа "управление".

Линии интерфейса.

Всего в интерфейсе 4 линии: (V, -D,+D, 0V).

В двухпроводной линии USB используется как дифференциальные сигналы, так и линейные.

Простейший пример дифференциальной пары передача по одному проводу сигнала А, а по другому инверсии А. Более сложный - передача разностных  сигналов.

Дифференциальная пара используется в линейном режиме, когда значения сигналов на ли­ниях не взаимосвязано. -

Если учесть, что все эти ситуации могут иметь ещё и различную длительность, то придём к пониманию понятий состояний (State) интерфейса:

-  Data J S. \

значения бита информации

-  Data K S./

-  Idle S.  - пауза

-  Resume S. - выход из паузы

-  SOP (Start of Packet) -начало пакета

-  EOP (End of Packet) - конец пакета

-  Connekt - устройство подключено

-  Disconnekt - устройство отключено

-  Reset сброс

Передача осуществляется в коде NRZI (при передаче нуля меняется фаза).

Типы передачи данных.

Передача осуществляется между хостом и конкретной конечной точ­кой средства. Предусмотрены четыре основных типа передачи данных.

- Управляющие посылки, используемые для конфигурировния и управле­ния.

- Сплошные передачи пакетов, которые могут приостанавливаться

- Прерывания: короткие передачи, которые могут вклиниваться в сплошные.

- Изохронные - непрерывные передачи в реальном масштабе времени без повтора при ошибке.

.

Порядок обмена.

Все обмены транзакции состоят из трёх пакетов.

- пакет-маркер - от контроллера с описанием адреса средства, но­мера конечной точки, типа передачи и направления.

- пакет данных и

- пакет подтверждение

Адресуемое маркером средство распознаёт свой адрес и подготавли­вается к обмену. Источник данных, определённый маркером передаёт па­кет данных (или сообщает об отсутствии данных).


Приёмник после успешного приёма посылает пакет-подтверждение. Маркеры отвергнутых транзак­ций передаются повторно, когда шина освободится.

Байты в пакете передаются последовательно, начиная с младшего би­та. Каждый пакет начинается с поля синхронизации (KJKJKJ, следующим сразу после состояния IDLE, затем следует поле начала пакета SOP

(KK), далее следует 4-битное поле идентификатора пакета.

В пакетах-маркерах далее следуют 7-битное поле адреса средства и 4-битный адрес точки (маркеры вывода, ввода и управления); в маркере начала кадра - 11-битное поле номера кадра. Поле данных в пакете дан­ных имеет размер в зависимости от средства до 1023 байт.

Нумерация средств, (подключаемых и отключаемых) осуществляется ди­намически и отслеживает изменения  физической  топологии  без  участия драйверов средств и без вмешательства пользователя.

Кабель четырехпроводный

-       Красный +5В.

-       Коричневый – корпус

-       Синий и жёлтый - сигнал

   7.2.5. Шина IEEE 1394 - Fire Wire.

Шина в основном предназначена для обмена аудио/видео информацией.

(Аудио – (0,1 – 1,5) Мб/с; видео – 20 – 250 Мб/с)

      Основные особенности шины.

Инициатор разработки  фирма Apple.

     - более высокая пропускная  способность  шины:  от  100  Мбит  до

1Гбит (частоты 100, 200, и 400) за счёт синхронности.

     - Диспетчер шины может находиться не только в РС, но и любом  устройстве.

     - дешевизна компонент, реализующих  шину:  трансивер  физического уровня и мост связи с шиной

     Стандарт определяет кабель шину, мост и кросс-шину.

     Абонент шины может быть оконечным или  промежуточным устройством  (тогда, вообще говоря, он является узлом). Сеть может включать до 63 узлов.

Адресация узлов 16-разрядная:  6 разрядов номер абонента, 10 разрядов номер моста (тип кросс  шины  ?).

Сеть может быть как древовидной, так и линейной. Передатчик с приёмником развязаны гальванически (ёмкостью или трансформатором).Максимальное количество соединённых шин в системе –1023.



    В настоящее время наиболее типовым мостом является мост РС! - 1394.

Протокол шины реализует три нижних уровня модели OSI: физический, канальный и сетевой.

    Основное отличие от USB в следующем:

    USB - призвана обеспечить подключение различных  устройств  к  РС,

но не позволяет связывать РС.

     Fire Wire. - главным образом призвана обеспечить обмен между  устройствами в том числе и между РС с образованием сети.

         В кабеле шесть проводов в общем экране: два питающих ( 8-40В, до 1.5А) и две сигнальные витые пары, каждая во отдельном экране.

Планируется переход на оптоволокно (пластмассовое – до 50м или стеклянное – до 100м).

Быстродействие интерфейсов.



Тип

Кол. аб.

Проп. спос..

Расстояние

Реж.подкл.



RS-232C

1

112,5Кб/с

1м

Выключено



RS-422

10

921,6Кб/с

1200м

Выключено



RS-485

32

921,6Кб/с

120м

Выключено



ЕРР/ЕСР

1

 2 МБ/с

4м

Выключено



USB

127

480Мб/с

5м

Включено



Fire Wire

63

1 Гб/с

4,5м

Включено


Содержание раздела