Книга присвячена апаратним інтерфейсам, що використовуються в сучасних персональних комп'ютерах та навколишніх пристроях. У ній докладно розглянуто універсальні зовнішні інтерфейси, спеціалізовані інтерфейси периферійних пристроїв, інтерфейси пристроїв зберігання даних, електронної пам'яті, шини розширення, аудіо та відеоінтерфейси, бездротові інтерфейси, комунікаційні інтерфейси, допоміжні послідовні інтерфейси. Відомості за інтерфейсами включають склад, опис сигналів та їх розташування на роз'ємах, часові діаграми, реєстрові моделі інтерфейсних адаптерів, способи використання в пристроях, що самостійно розробляються. Книга адресована широкому колу спеціалістів, пов'язаних з експлуатацією ПК, а також розробникам апаратних засобів комп'ютеризованої апаратури та їхньої програмної підтримки.
Книга:
Для підключення клавіатури призначено послідовний синхронний двонаправлений інтерфейс, що складається з двох обов'язкових сигналів KB-Data та KB-Clock. Обидві лінії на системній платі підтягуються резисторами до шини +5 В. По обидва боки інтерфейсу вихідні сигнали низького рівня формуються виходами елементів з відкритим колектором (стоком), а стан ліній може бути прочитаний через вхідні лінії контролерів. Вигляд роз'ємів (з боку задньої панелі) та призначення контактів наведено на мал. 8.1. Конструктивно можливі два варіанти роз'єму – звичайна 5-контактна розетка DIN (клавіатура AT) або малогабаритна розетка mini-DIN (PS/2). На цей роз'єм через плавкий запобіжник надходить напруга живлення клавіатури +5 В.
Рис. 8.1. Рознімання (вид з боку контактів) підключення клавіатур: а- AT та б- PS/2
УВАГА
Живлення від роз'єму клавіатури часто використовується такими пристроями, як зовнішні накопичувачіабо адаптери локальних мереж, що підключаються до паралельного порту. Плавкий запобіжник, встановлений на системній платі, може витримати кидка струму, споживаного цими пристроями. При цьому відмовиться працювати і клавіатура - її індикатори навіть не блимають при включенні.
Процесор спілкується з клавіатурою через контролер інтерфейсу клавіатури- мікроконтролер 8042 або програмно-сумісний із ним, встановлений на системній платі. Для обміну інформацією переважно використовується порт 60h, з якого приймаються скан-коди. Про необхідність читання скан-коду контролер сигналізує процесору через апаратне переривання IRQ1, сигнал якого виробляється з кожної події клавіатури (натискання та відпускання клавіші). Завдання параметрів автоповтору, вибір таблиць скан-кодів, керування світлодіодними індикаторами, а також керування режимом сканування матриці клавіш та запуск діагностичного тесту здійснюється командами, що посилаються в цей же порт. Контролер транслює команди до посилок, що направляються до клавіатури.
Роботу двонаправленого інтерфейсу ілюструє рис. 8.2, аде сірим кольором позначені сигнали, що формуються контролером, а чорним - клавіатурою. У вихідному стані обидві лінії «відпущені» вихідними формувачами у стан високим рівнем. Клавіатура може розпочати передачу даних у довільний момент, коли інтерфейс перебуває у спокої. Клавіатура формує стартовий біт (низький рівень) лінії KB-Data і перший імпульс KB-Clock , що є сигналом контролеру необхідність початку прийому. Після підйому KB-Clock вона виводить 0-й біт даних на лінію KB-Data, а потім наступний імпульс KB-Clock. Контролер повинен «защеплювати» прийнятий біт даних зі спаду KB-Clock. Так передаються всі 8 біт даних і біт паритету, що доповнює число одиничних біт до непарного. Після синхроімпульсу біта паритету контролер клавіатуриповинен сформувати імпульс KB-Clock, що підтверджує прийом байта (Ack). Якщо весь байт з бітом паритету не буде отримано контролером за 2 мс, контролер припиняє прийом даного байта та фіксує помилку тайм-ауту.
Рис. 8.2. Тимчасові діаграми інтерфейсу клавіатури: а- прийом посилки від клавіатури, б- передача команди у клавіатуру
Зворотна передача – виведення команди контролера у клавіатуру – відбувається дещо складніше (рис. 8.2, б). Зі стану спокою контролервстановлює низький рівень KB-Clock на 250 мкс та формує старт-біт (низький рівень) – це сигнал клавіатури на прийом команди. На нього клавіатурамає відповісти серією з 11 імпульсів KB-Clock. По спаду чергового синхроімпульсу контролер виставляє черговий біт даних, а клавіатура його «засуває» по фронту формується нею синхроімпульсу. Після біта паритету (9-й імпульс) та одиничного стоп-біта (10-й) на 11-му імпульсі клавіатураформує нульовий біт підтвердження (Ack). Після цього контролерформує імпульс KB-Clock (60 мкс), який є запитом прийом відповіді клавіатури. Контролер очікує закінчення відповіді цей запит не довше 20 мс і, якщо відповідь прийде цей час, сформує помилку тайм-аута. Помилка буде також у випадку, якщо клавіатура не введе перший синхроімпульс за 15 мс від початку запиту або контролер не прийме дані, включаючи стоп-біт за 2 мс з моменту появи синхроімпульсу біта 0.
На системній платі PC/XT контролера 8042 був, а інтерфейс клавіатури (односпрямований) був реалізований апаратною логікою - регістром зсуву, паралельний вихід якого підключається до входів порту А системного інтерфейсу 18255. По прийому байта від клавіатури виробляється апаратне переривання IRQ1, обробник якого може прочитати прийнятий байт з порту 60h. За допомогою біт 7 та 6 порту 61h можливі програмне блокування та скидання клавіатури відповідно. Скидання клавіатури XT здійснюється обнуленням лінії KB-Clock.
клавіатури та миші
до стаціонарного комп'ютера
Клавіатури та миші, як і вся решта атрибутика
для стаціонарного комп'ютера теж різні.
Сучасні клавіатури та миші, в більшості своїй,
мають USB-підключення.
Крім широкого поширення – перевагою
USB-інтерфейс є можливість підключення
до працюючого комп'ютера.
Але в описі, я трохи розповім
та про інші підключення.
Підключення клавіатури з USB-підключенням до системному блоку
Підключення клавіатури,
з USB-підключенням,
до системного блоку
Нижче схема підключення основних блоків,
до системного блоку стаціонарного комп'ютера
Як бачите, на схемі є два варіанти
підключення клавіатури та миші.
Інтерфейси для підключення USB.
Інтерфейси підключення PS/2.
У цьому розділі ми розглянемо
клавіатури із USB-підключенням.
На стаціонарному комп'ютері роз'єми USB можуть перебувати
і на передній панелі системного блоку, і на задній. Займати
і горизонтальне становище, і вертикальне.
Немає потреби показувати все існуючі варіантиклавіатури.
Я вам представлю лише два з них
Ліворуч – клавіатура зі знімним кабелем. Перш ніж підключати
її до системного блоку – необхідно підключити кабель до самої клавіатури.
А потім вже підключати до задньої панелі системного блоку.
Справа – клавіатура із вбудованим кабелем. Її одразу можна
підключати до USB-порту на задній панелі системного блоку.
І все... Після увімкнення комп'ютера та установки Операційної
системою Windows спеціальних драйверів - можна працювати з клавіатурою.
Підключення миші з USB-підключенням до системного блоку
Підключення миші,
з USB-підключенням,
до системного блоку
Миші із USB-підключенням.
Дротова та бездротова.
Підключати мишу до системного блоку дуже просто.
Вставляєте роз'єм-USB миші в порт-USB системного блоку.
І, при першому підключенні, чекаєте поки що Windows
підключить мишу та повідомить про її готовність до роботи.
Підключення PS/2, Bluetooth та інші, для клавіатури та миші
Підключення PS/2, Bluetooth
та інші, для клавіатури та миші
Якщо клавіатура має інтерфейс для підключення PS/2,
тоді ви підключаєте клавіатуру до PS/2-порту.
Інтерфейс PS/2 використовується у системних платах з живленням ATX.
Є тонким круглим роз'ємом – 6-контактним miniDIN.
Після підключення нового обладнання до PS/2-порту потрібно
На схемі задньої панелі системного блоку
для клавіатури та миші, пофарбовані.
PS/2-порт для клавіатури пофарбований у бузковий колір.
А для миші – у зелений.
Є можливість адаптувати PS/2-інтерфейс клавіатури та миші,
для підключення до порту USB. З цією метою застосовуються адаптери.
Послідовний інтерфейс RS-232
Рознімання COM-інтерфейсу. Найчастіше використовується 9-контактний роз'єм Sub-D. на старих материнських платахвін також є, але інший (всього їх, як правило, два) виконаний у вигляді 25-контактної вилки. Додаткові контакти в останній не використовуються, тому можна використовувати перехідник із 9-контактного роз'єму на 25-контактний та навпаки.
У COM-інтерфейсі за один час передається лише один біт. В результаті число ліній, що передають дані, дорівнює двом (одна на передачу, інша на прийом), через що послідовний кабель помітно тонший, ніж паралельний. Рівень напруги при передачі змінюється від -12 до +12 V, завдяки чому забезпечується відносно більша перешкодостійкість, і довжина кабелю може досягати 50 метрів і більше.
Стандартне позначення послідовного порту RS-232. Так називається протокол передачі даних, основі якого діє COM-интерфейс. RS означає Recommended Standard. Існує й інші типи RS (RS-485, RS-422), але найбільшого поширення набув RS-232. Все обладнання, що з'єднується за протоколом RS-232, поділяють на DCE (Data Communication Equipment) і DTE (Data Terminal Equipment); не можна з'єднати два DTE або два DCE. З допомогою кабелю NULL-modem можна перетворити DTE на DCE і навпаки. Такий спосіб використовується при з'єднанні, наприклад, двох комп'ютерів через порти COM.
Головний елемент послідовного інтерфейсу – мікросхема UART (Universal Asynchron Recceiver Transmitter). Раніше використовувалися мікросхеми UART 8250, які могли передавати/приймати дані зі швидкістю 9600 bps, зараз застосовуються мікросхеми UART 16450, які забезпечують швидкість до 115200 bps (нещодавно також з'явилися більш швидкісні мікросхеми).
Дані при послідовній передачі поділяються службовими посилками, які називаються стартовий біт (Start bit) та стоп-біт (Stop bit). Вони вказують відповідно на початок та кінець передачі послідовності даних (Data bit). Даний метод дозволяє здійснити синхронізацію між приймальною та передавальної сторонами, а також вирівняти швидкість обміну даними. Іноді для ідентифікації помилок використовують ще біт контролю парності. Існує два варіанти біта контролю парності: біт контродя парний (Even Parity) і, відповідно, непарний (Odd Parity). Значення визначається двійковою сумою всіх бітів даних, що передаються.
Стандарт RS-232 у загальному випадку визначає чотири інтерфейсні функції:
визначення керуючих сигналів через інтерфейс;
визначення формату даних користувача, що передаються через інтерфейс;
Передача тактових сигналів для синхронізації потоку даних;
Формування електричних параметрів інтерфейсу.
Сигнали інтерфейсу RS-232
Інтерфейс RS-232 є послідовним асинхронним інтерфейсом. Послідовна передача означає, що дані передаються єдиною лінією. Для синхронізації біт даних передує спеціальний стартовий біт, після біт даних слід біт паритету і один або два стопових біти. Така група бітів спільно зі стартовим і стоповим бітом, а також бітом паритету зветься старт-стопного символу.
Кожен старт-стопний символ зазвичай містить один інформаційний символ, наприклад символ ASCII(American Standard Code for Information Interchange). Для передачі символів за інтерфейсом RS-232 найбільшого поширення набув формат, що включає один стартовий біт, один біт паритету і два стопових біта.
Початок асинхронного символу завжди вказує на низький рівень стартового біта. Після цього слідують 7 біт даних символу коду ASCII. Біт паритету встановлюється в "1" або "О" так, щоб загальна кількість одиниць у 8-ми бітній групі було непарним (непарний паритет - непарність) або парним (парний паритет - парність). Останніми передаються два стопові біти, представлені високим рівнем напруги.
У Росії найбільшого поширення набула альтернативне кодування ASCII. Число всіх символів розширеного коду ASCII дорівнює 256 і, отже, кожен символ кодується вісьмома бітами (2 =256). Зручніше передавати кожен символ розширеного кодування як окремого старт-стопного символу. Тому часто використовується формат, що складається з одного стартового біта, восьми інформаційних та одного стопового біта. У цьому біт паритету немає.
Повний асинхронно переданий символ даних складається з 10-11 біт при тому, що власні дані складаються з 7 - 8 біт.
Для наведеного прикладу старт-стопний символ, що відповідає букві А, складається з 11 біт і записується у вигляді 01000001011. Тут використовується парний паритет, тому дев'ятий біт містить 0.
Рівні сигналів, що використовуються в інтерфейсі RS-232, відрізняються від рівнів сигналів, що діють у модемі або комп'ютері. Логічний "0" є позитивною напругою в діапазоні від +3 до +15В, а логічна "1" - негативною напругою в діапазоні від - 3 до - 15В. .
Кожна лінія інтерфейсу визначається своїм функціональним описом. Усі лінії обміну сигналами між DTE та DCE, що визначаються стандартом RS-232, можна розбити на чотири основні групи. Це лінії даних, управління, синхронізації та лінії сигнальної та захисної "землі".
Апаратна реалізація інтерфейсу RS-232 включає послідовний адаптер і власне механічний інтерфейс (роз'ємне з'єднання). Зазвичай передача даних здійснюється на одній з декількох дискретних швидкостей: 50, 75, 110, 150, 300, 600, 1200, 2400, 4800, 9600, 19200, 38400, 57600 або 1152 Кошти BIOS (такі як переривання Intl4h) підтримують швидкості лише до 9600 Бод включно. Тактова частота становить 1,8432 МГц та стабілізована завдяки використанню кварцового i снератора. З цієї частоти формуються всі необхідні частоти. В основі контролера послідовного порту передачі даних лежить асинхронний приймач UART (Universal Asinchronouse Receiver Transmitter). Він містить регістри передавача та приймача даних, а також ряд службових регістрів.
Загалом роботу UART у режимах прийому/передачі можна описати так. Під час передачі символу UART повинен виконати такі операції: > прийняти символ у паралельній формі через системну шину PC; > перетворити символ на послідовність окремих бітів (паралельно-послідовне перетворення); > сформувати старт-стопний символ шляхом додавання до інформаційних розрядів стартового, стопового та, можливо, біта паритету (парності чи непарності); > передати старт-стопний символ на інтерфейс із необхідною швидкістю; > повідомити про готовність до передачі наступного символу.
При прийомі символу UART повинен виконати зворотну послідовність: > прийняти дані у послідовній формі; > перевірити правильність структури старт-стопного знака: стартовий біт, інформаційні розряди, біт паритету; якщо виявлено помилку - видати сигнал помилки; > здійснити перевірку паритету; якщо виявлено помилку - видати сигнал помилки паритету; > перетворити старт-стопний символ на інформаційний і передати його в паралельній формі в PC; > повідомити, що символ було прийнято.
Асинхронний послідовний порт підключається до зовнішніх пристроїв через спеціальний роз'єм. Існує два стандарти на роз'єм інтерфейсу RS-232 - це DB-25 і DB-9. Перший має 25, а другий – 9 контактів.
Обмеження інтерфейсу RS-232 Внаслідок впливу перешкод, активного та реактивного опору сполучного кабелю між пристроями DTE та DCE існують обмеження на його довжину. Офіційне обмеження довжини для з'єднувального кабелю за стандартом RS-232 становить близько 15 м при швидкості передачі близько 20 Кбіт/с. Однак на практиці ця відстань може бути значно більшою і залежить від швидкості передачі даних.
Співвідношення між швидкістю передачі та довжиною кабелю залежить також від якості використовуваного кабелю. Якщо використовується кабель з низькою ємністю, то відстань між DTE та DCE може бути більшою.
Інтерфейс AT
5-контактний DIN-роз'єм інтерфейсу AT призначений виключно для підключення клавіатури. Передача та прийом відбуваються по одному каналу. Тактовий канал призначено для синхронізації цих функцій. КаналReset(скидання) служить передачі сигналу на перезавантаження РС, але зазвичай не використовується.
Інтерфейс PS/2
В даний час найбільш поширеним способом підключення клавіатури та миші є їхнє підключення до маленького 6-контактного порту PS/2. На материнських платах є два роз'єми, один з яких призначений для миші, інший – для клавіатури.
Контролер, що обробляє сигнали, що надходять з клавіатури або миші, дуже чутливий до перепадів напруги. Тому не вставляйте в порт PS/2 нічого до вимкнення комп'ютера - інакше контролер може вийти з ладу, і тоді доведеться змінювати материнську плату.
Кольорове забарвлення штекерів: фіолетовий для клавіатури та зелений для миші.
Інтерфейс USB
Послідовна, напівдуплексна, двонаправлена з продуктивністю 12 Мбіт/с (або 1.5 Мбіт/с у більш дешевій версії) та шлейфовим підключенням пристроїв. Була запропонована компанією Intel і набула нині широкого поширення.
Призначена для полегшення:
Підключення ПК до телефонної мережі (для передачі мови та цифрової інформації) відповідно до вимог деяких синхронних терміналів (CTI);
Підключення периферійних пристроїв;
Підтримка нових типів пристроїв.
Шина дозволяє підключити до ПК до 127 фізичних пристроїв. Кожен фізичний пристрій може, своєю чергою, складатися з кількох логічних.
Кабельне розведення USB починається з вузла (host).BСьогодні в систему (наприклад, ПК) може бути інтегрований лише один вузол. Вузол має інтегрований кореневий концентратор (roothub), який надає кілька роз'ємів USB для підключення зовнішніх пристроїв. Потім кабелі йдуть до інших пристроїв USB, які можуть бути концентраторами, і функціональним компонентам. Концентратори часто вбудовуються в монітори та клавіатури. Концентратори зазвичай мають сім'ю і менш "вихідні" порти.
Сигнал USB переноситься по кабелю з двома парами провідників, який використовує чотириконтактний екранований роз'єм. Одна пара провідників не перекручується і "несе" живлення 5 постійного напруги. Живитись пристрої можуть від шини або від власного джерела.
Команди та дані подорожують до іншої пари провідників, яка підтримує двонаправлену напівдуплексну передачу. Окремі провідники називаються D+ та D-. Для підключення пристроїв на максимальній швидкості пара провідників передачі даних повинна бути скручена і мати імпеданс 90 Ом. Якщо пристрій не формулює особливих вимог до швидкості передачі даних, пара сигнальних провідників може бути не перекручена. Для передачі даних використовуються диференціальні напруги до 3 (з метою зниження впливу шуму). Пропускна здатність 1.5 Мбіт/с призначена для миші та клавіатури, які не в змозі ефективно скористатися всіма 12 Мбіт/с максимальною пропускною спроможністю.
Для клавіатур IBM PC AT був розроблений інтерфейс, у якого для підключення до системного блоку використовувався роз'єм DIN із п'ятьма контактами (мал.8, а), популярний у побутовій апаратурі. Довжина інтерфейсного кабелю має бути від 1 до 2 м. Для поліпшення споживчих властивостей кабель скручується як пружини.
Так як габарити встановлюваного на системній платі стандартного роз'єму клавіатури IBM PC AT занадто великі, то при розробці корпорацією IBM лінії комп'ютерів типу IBM PS/2 було створено новий стандарт для інтерфейсу клавіатури. Під нього було використано 6-контактний роз'єм Mini DIN (рис.8, б). Правда, комп'ютери IBM PS/2 виявилися не надто популярними, але стандарт на підключення клавіатури став використовуватися й іншими виробниками.
На щастя для користувачів, електричні характеристики обох стандартів інтерфейсу клавіатура однакові (табл. 7.1), у зв'язку з цим клавіатуру з роз'ємом DIN можна підключити до роз'єму Mini DIN, використовуючи перехідник і навпаки. Зауважимо, що підключати та відключати клавіатуру від системної плати форм-фактора АТХ, що використовує стандарт PS/2, можна лише при вимкненому живленні комп'ютера.
Таблиця – 1 Відповідність висновків роз'ємів інтерфейсу клавіатури
Останнім часом намітилася тенденція відмови від малогабаритних роз'ємів PS/2, у зв'язку з цим нові клавіатури обзавелися інтерфейсом USB. У бездротових клавіатурах можна використовувати інфрачервоний порт.
Маніпулятор "миша"
Маніпулятор типу "миша" (зазвичай скрізь і всюди говорять і пишуть коротше - миша), найпростіший і найпопулярніший засіб введення інформації в комп'ютер.
Розміщено на реф.рф
Більше того, працювати без миші в операційній середовищі Windowsз графічним інтерфейсомпрактично неможливо, що відчувають на собі користувачі, коли хвостатий друг ламається (забруднилася кулька або обламався дріт).
Маніпулятор "миша" після клавіатури - найбільш багатофункціональний пристрійвведення. За допомогою миші користувач керує переміщенням курсору на екрані в будь-якому напрямку, тому що при пересуванні миші по поверхні столу курсор слухняно рухається в тому ж напрямку і з такою ж швидкістю. Натискання на ліву кнопкумиші в графічному редакторі, якщо, наприклад, встановлено режим Олівець, залишає видимий слід під час пересування курсора. В операційній системі Windows, підвівши курсор за допомогою миші до зображення будь-якої кнопки, можна клацнути лівою кнопкою миші імітувати натискання клавіші
Сьогодні багато користувачів вважають, що миша була розроблена спеціально для персональних комп'ютерівзовсім недавно. Але якщо подивитися на її перші екземпляри - незграбні, важкі, непоказні коробки, які не так вже й легко тримати в руці, то відразу віриш, що винайдена вона на початку 60-х років минулого століття. Автор миші, Дуглас Енгельбарт, працював у Стенфордському дослідному інституті над проектом розвитку людського інтелекту (тоді - звичайна фантастика), який фінансувався NASA. Основна мета розробки нового маніпулятора - це отримати зручний інструмент введення графічної інформаціїу комп'ютер, ніж світлове перо та джойстик.
Конструкція маніпулятора "миша" була запатентована Стенфордським інститутом, як і багато інших пристроїв, лише для того, щоб застовпити цю ідею, тому що в той час було важко уявити світле майбутнє нового пристрою. Як каже автор - він лише за кілька років дізнався, що ліцензію було продано компанії Apple за $40 000.
Майже за сорок років конструкція миші зазнала не так багато змін. Тільки коли розвиток мікроелектроніки дозволило помістити в одній маленькій мікросхемі всю електронну начинку миші, з'явилися витончені та зручні корпуси. На рис. 7.9 показані фотографії кількох представників сімейства хвостатих помічників: від найпростіших - з двома кнопками і не надто химерним корпусом, до ергономічних моделей, що зручно лежать у руці, забезпечених додатковими коліщатками та кнопками.
Малюнок 9 - Маніпулятори "миша":
Двокнопкова Genius Easy Pro з USB-інтерфейсом;
Трикнопкова Logitech Pilot First;
Microsoft Inteljimouse миша PS/2
Найбільш поширена і дешева миша має дві кнопки (рис. 7.14, а) - ліву, що найчастіше використовується, і праву, призначену для виклику допоміжних функцій. Майже також популярна миша з трьома кнопками (мал. 7.14, б), але середня серед Windows практично не використовується. Останнім часом користується популярністю модель з коліщатком (мал. 7.14, в), Ѹᴏᴛᴏᴩᴏᴇ застосовується для вертикального прокручування вікна, коліщатко прокручування може додатково виконувати і функцію кнопки. Крім мишей, показаних на рис. 7.9, існують конструкції з однією або чотирма кнопками (іноді додаткові кнопки поміщають на бічній поверхні миші), пропонуються також миші, на яких встановлено друге колесо для горизонтального прокручування.
Завантаження...