Последовательные интерфейсы

COM-порт

На самой первой персоналке COM-порт уже был, поэтому он может похвастаться как минимум двадцатилетней историей. Хорошо это или плохо? С точки зрения скорости работы наверное плохо, поскольку это старый стандарт, и скорость передачи данных по нему не может превышать 115200 бит в секунду, что, согласись, по сегодняшним временам очень и очень мало. Допустим, если с такой скоростью копировать фильм в формате DivX, то процесс будет завершен всего-то за 16 часов. Однако есть и другая точка зрения: поскольку это старый стандарт, то в реализации найдены и исправлены практически все ошибки, по стандарту написано множество документации и имеется огромное количество программного кода, использующего этот стандарт. Стандарт широко распространен - сегодня невозможно найти персональный компьютер без COM-порта, а значит устройство, подключаемое к нему, может быть использовано в любой точке планеты. Кроме того производители железа активно используют COM-порт для вспомогательных целей (например, для подключения ИК-приемника пульта ДУ), да и свое самодельное устройство легче всего подключить именно к COM-порту.

Каждый COM-порт однозначно ассоциируется с двумя параметрами – базовым адресом порта и номером прерывания. В BIOS’е ты можешь выбрать, какие именно значения соответствуют каждому порту. По умолчанию там указаны следующие значения для портов: COM1 - 3F8-IRQ4, COM2 - 2F8-IRQ3. Управляется порт семью регистрами, с адресами ввода/вывода начиная с 3F8 по 3FE (для COM1) или с 2F8 по 2FE (для СОМ2) – это в том случае, если ты используешь базовый адрес порта по умолчанию. Для программирования COM-порта нужно записывать или считывать значения в порты по этим адресам.

Шина PCI (Peripheral Component Interconnect bus)

Разработка шины PCI началась весной 1991 года как внутренний проект корпорации Intel (Release 0.1). Специалисты компании поставили перед собой цель разработать недорогое решение, которое бы позволило полностью реализовать возможности нового поколения процессоров 486/Pentium/P6 (вот уже половина ответа). Особенно подчеркивалось, что разработка проводилась "с нуля", а не была попыткой установки новых "заплат" на существующие решения. В результате шина PCI появилась в июне 1992 года (R1.0). Разработчики Intel отказались от использования шины процессора и ввели еще одну "антресольную" (mezzanine) шину. Благодаря такому решению шина получилась, во-первых, процессоро-независимой (в отличие от VLbus), а во-вторых, могла работать параллельно с шиной процессора, не обращаясь к ней за запросами. Например, процессор работает себе с кэшем или системной памятью, а в это время по сети на винчестер пишется информация. На самом деле идиллии, конечно, не получается, но загрузка шины процессора снижается здорово. Кроме того, стандарт шины был объявлен открытым и передан PCI Special Interest Group, которая продолжила работу по совершенствованию шины (в настоящее время доступен R2.1).

Основные возможности шины следующие.

Синхронный 32-х или 64-х разрядный обмен данными. При этом для уменьшения числа контактов (и стоимости) используется мультиплексирование, то есть адрес и данные передаются по одним и тем же линиям.

Поддержка 5V и 3.3V логики. Разъемы для 5 и 3.3V плат различаются расположением ключей

Существуют и универсальные платы, поддерживающие оба напряжения. Заметим, что частота 66MHz поддерживается только 3.3V логикой.

Частота работы шины 33MHz или 66MHz (в версии 2.1) позволяет обеспечить широкий диапазон пропускных способностей (с использованием пакетного режима):

132 МВ/сек при 32-bit/33MHz;

264 MB/сек при 32-bit/66MHz;

264 MB/сек при 64-bit/33MHz;

528 МВ/сек при 64-bit/66MHz.

При этом для работы шины на частоте 66MHz необходимо, чтобы все периферийные устройства работали на этой частоте.

Полная поддержка multiply bus master (например, несколько контроллеров жестких дисков могут одновременно работать на шине).

Поддержка write-back и write-through кэша.

Автоматическое конфигурирование карт расширения при включении питания.

Спецификация шины позволяет комбинировать до восьми функций на одной карте (например, видео + звук и т.д.).

Шина позволяет устанавливать до 4 слотов расширения, однако возможно использование моста PCI-PCI для увеличения количества карт расширения.

PCI-устройства оборудованы таймером, который используется для определения максимального промежутка времени, в течении которого устройство может занимать шину.

Шина поддерживает метод передачи данных, называемый "linear burst" (метод линейных пакетов). Этот метод предполагает, что пакет информации считывается (или записывается) "одним куском", то есть адрес автоматически увеличивается для следующего байта. Естественным образом при этом увеличивается скорость передачи собственно данных за счет уменьшения числа передаваемых адресов.

Шина PCI является той черепахой, на которой стоят слоны, поддерживающие "Землю" - архитектуру Microsoft/Intel Plug and Play (PnP) PC architecture. Спецификация шины PCI определяет три типа ресурсов: два обычных (диапазон памяти и диапазон ввода/вывода, как их называет компания Microsoft) и configuration space - "конфигурационное пространство".

Конфигурационное пространство состоит из трех регионов:

заголовка, независимого от устройства (device-independent header region);

региона, определяемого типом устройства (header-type region);

региона, определяемого пользователем (user-defined region).

В заголовке содержится информация о производителе и типе устройства - поле Class Code (сетевой адаптер, контроллер диска, мультимедиа и т.д.) и прочая служебная информация.

Следующий регион содержит регистры диапазонов памяти и ввода/вывода, которые позволяют динамически выделять устройству область системной памяти и адресного пространства. В зависимости от реализации системы конфигурация устройств производится либо BIOS (при выполнении POST - power-on self test), либо программно. Базовый регистр expansion ROM аналогично позволяет отображать ROM устройства в системную память. Поле CIS (Card Information Structure) pointer используется картами cardbus (PCMCIA R3.0). С Subsystem vendor/Subsystem ID все понятно, а последние 4 байта региона используются для определения прерывания и времени запроса/владения.

PCI Express призвана заменить шину PCI, исправно работающую в компьютерной технике уже более десяти лет [3]. Напомним, что шина Peripheral Components Interconnect (PCI) в свое время пришла на смену «первому поколению» — шине Industrial Standard Architecture (ISA) [4]. Однако на сей раз изменения при переходе на новый стандарт куда большие, чем при переходе от ISA к PCI — они в PCI Express носят не столько количественный, сколько качественный характер и в целом их можно охарактеризовать как «переход от параллельных шин к последовательным», что является сейчас общеиндустриальной тенденцией развития шин передачи данных (см., например, рис. 1 и www.terralab.ru/system/20465). В то время, как процессоры уже не первый год и вполне успешно движутся в направлении параллельных архитектур (SIMD-расширения, суперскалярность, конвейеризация, Hyper-Treading и многоядерность), шины передачи данных не менее успешно переходят на последовательные решения. Причины обоих явлений схожи и довольно просты — необходимо сбалансировано наращивать производительность всех компонентов компьютеров, однако не всякие существующие архитектурные решения способны эффективно масштабироваться.

Дата добавления: 2014-01-14