Основы микропроцессорной техники

Раздел 8 Интерфейсы персонального компьютера

Сразу же оговоримся, что во интерфейсами персонального компьютера в данном случае имеются в виду только внешние интерфейсы, т.е. средства сопряжения с внешними по отношению компьютера в целом устройствами. При этом внешние устройства могут быть как стандартными (например, принтер или модем), так и нестандартными (например, измерительные и управляющие модули, приборы, установки).

В настоящее время компьютеры могут иметь множество внешних интерфейсов. Наиболее распространены следующие:

• системная шина (магистраль) ISA;
• шина PCI;
• шина AGP;
• шина PC Cards (старое название PCMCIA) - преимущественно только в ноутбуках;
• параллельный порт (принтерный, LPT-порт) Centronics;
• последовательный порт (COM-порт) RS-232C;
• последовательный порт USB (Universal Serial Bus);
• последовательный инфракрасный порт IrDA.

Кроме того, компьютеры могут иметь разъемы для подключения внешнего монитора, клавиатуры, мыши. Некоторые компьютеры имеют встроенные модемы и сетевые адаптеры, тогда они владеют, соответственно, телефонным и сетевым внешними интерфейсами.

Подключение стандартных внешних устройств обычно не вызывает никаких проблем: надо только подключения устройства к компьютеру соответствующим стандартным кабелем и (возможно) установить на компьютер программный драйвер. Знать особенности внешних интерфейсов пользователю в данном случае не обязательно. В случае инфракрасного порта не нужен даже кабель.

Гораздо более сложной является ситуация, когда к компьютеру необходимо подключить нестандартный внешнее устройство. В этом случае необходимо доскональное знание особенностей используемых интерфейсов и умение эффективно с ними работать. Ограниченный объем книги не позволяет полностью рассмотреть данный вопрос, поэтому мы остановимся только на общем описании некоторых внешних интерфейсов компьютера.

Чаще всего для подключения нестандартных внешних устройств используются системная магистраль ISA, параллельный интерфейс Centronics (LPT) и последовательный интерфейс RS-232C (COM).

8.1. Системная магистраль ISA

Системная шина (магистраль) ISA была разработана специально для персональных компьютеров типа IBM PC AT и является фактическим стандартом. В то же время, отсутствие официального международного статуса магистрали ISA (она не утверждена как стандарт никаким международным комитетом по стандартизации) приводит к тому, что многие производители допускают некоторые отклонения от фирменного стандарта.

ISA появилась как расширение магистрали компьютеров IBM PC и IBM PC XT. В ней было увеличено количество разрядов адреса и данных, увеличено количество линий аппаратных прерываний и каналов ПДП, а также повышена тактовая частота. К 62-контактного разъема бывшей магистрали было добавлено 36-контактный новый разъем. Однако, совместимость была сохранена, и платы, предназначенные для IBM PC XT, подходят и для IBM PC AT. Характерное отличие ISA заключается в том, что ее тактовый сигнал не совпадает с тактовым сигналом процессора, как это было в IBM PC XT, поэтому скорость обмена ею не пропорциональна тактовой частоте процессора.

Магистраль ISA относится к немультиплексованих (т.е. имеющих раздельные шины адреса и данных) 16-разрядных системных магистралей среднего быстродействия. Обмен осуществляется 8-ми или 16-ти разрядными данными. На магистрали реализован раздельный доступ к памяти компьютера и к устройствам ввода / вывода (для этого есть специальные сигналы). Максимальный объем адресованной памяти составляет 16 Мбайт (24 адресные линии). Максимальное адресное пространство для устройств ввода / вывода - 64 Кбайт (16 адресных линий), хотя практически все платы расширения, выпускаемых используют только 10 младших адресных линий (1 Кбайт). Магистраль поддерживает регенерацию динамической памяти, радиальные прерывания и прямой доступ к памяти. Допускается также захват магистрали.

Разъемы магистрали ISA разделены на две части, что позволяет уменьшать размеры 8-разрядных плат расширения, а также использовать платы, разработанные для компьютеров IBM PC XT. Внешний вид плат расширения показан на рис. 8.1. Назначение контактов разъемов приведено в Табл. 8.1 и 8.2. На магистрали присутствуют четыре напряжения питания: +5 В, -5 В, +12 В и -12 В, которые могут использоваться платами расширения.

Рис. 8.1. Нумерация контактов разъема ISA (для IBM PC XT - только А1 ... А31 и В1 ... B31).

В роли Задатчики (Master) магистрали могут выступать процессор, контроллер ПДП, контроллер регенерации или иное устройство. Исполнителями (Slave) могут быть системные устройства компьютера, подключенные к ISA, или платы (карты) расширения.

Наиболее распространенное конструктивное исполнение магистрали - разъемы (слоты), все одноименные контакты которых параллельно соединены между собой, то есть все разъем абсолютно равноправны. В слоты устанавливаются платы расширения, которые оснащены интерфейсными разъемами магистрали, которые выполнены печатными проводниками на краю платы. Количество установочных мест для плат расширения зависит от типа корпуса компьютера и составляет обычно от 2 до 8 и даже больше.

В таблицах 8.1 и 8.2 знак минус перед названием сигнала говорит о том, что активном (рабочем) уровня сигнала соответствует низкий уровень напряжения на соответствующей линии магистрали. На линиях адреса и данных логическому нулю соответствует низкий уровень напряжения, а единицы - высокий (т.е. логика положительная).