Obvody a architektura počítačů. Sběrnice a rozhraní

Obvody a architektura počítačů Sběrnice a rozhraní

Josef Voltr, 2013

Třídění a hlavní charakteristiky sběrnic

Sběrnice a rozhraní

uvnitř jednoho zařízení - propojení mezi zařízeními



uvnitř jednoho zařízení - propojení mezi zařízeními paralelní - seriové



uvnitř jednoho zařízení - propojení mezi zařízeními paralelní (bity najednou) - seriové

topologie systému, hierarchie




topologie systému, hierarchie identifikace zařízení, adresování




topologie systému, hierarchie identifikace zařízení, adresování synchronní - asynchronní přenos




topologie systému, hierarchie identifikace zařízení, adresování synchronní - asynchronní přenos metody potvrzování


USB RS232 IEEE488/GPIB/HPIB

(ISA) PCI ATA SATA SCSI I2 C

USB připojování v zapnutém stavu skutečné P&P

hvězdicovitá topologie (fyzické propojení)

jednoznačná hierarchie


USB

logická topologie


programová obsluha

USB


3 rychlostní režimy: low-speed ........ 1.5 Mb/s full-speed ......... 12 Mb/s high-speed ....... 480 Mb/s super speed ..... 4.8 Gb/s v každém spoji může být jiná identifikace pomocí odporů 1k5 a 15k rozdílně připojených přípoje high-speed musí dodržovat přesnost +/- 0,05%, funkce full-speed musí dodržovat bitrate TFDRATE =12Mb/s +/- 0,25% funkce low-speed musí dodržovat bitrate TLDRATE = 1,5 Mb/s +/- 1,5%

USB


USB


elektrické vlastnosti komplexní přesné definice a tolerance podle rychlosti • pro FS a LS je rozhodovací úroveň mezi 1.3 a 2 V • povolené kapacity v oblasti 100 pF • pro HS diferenciálně +/- desetiny V • vstupní impedance >300Ω (L,F), 90Ω (H)

USB


kabel: několik metrů (max. 5m) konektory konstruovány tak, aby se daly zapojovat při provozu nezáměnné nahoru a dolů typ B typ A mini-USB

pro supersspeed nový konektor s přídanými piny – navíc dva páry pro jednosměrný přenos dat

datové vodiče v kabelu vzájemně smotané

USB


‘transaction’ – obsluha, ‘token’ paket + další typy paketů: token, datové, potvrzovací, speciální

každý paket je ohraničen symboly „start“ (součást SYNC) a „stop“ složení paketu:

synchronizační pole (SYNC) - vždy identifikační pole (PID) 8b - vždy adresová pole (ADDR + ENDP) 7+4b číslo rámce 11b data 0 až 1k B CRC 5 nebo 16 b

USB


dnes verze 2.0 a 3.0 další standardy:

IC_USB

OTG

Inter-Chip USB: bez kabelů několik definovaných menších napěťových úrovní 1 až 3V do 10 cm

On-The-Go periferie, která může omezeně fungovat jako host zavádí nové konektory, jinak plně kompatibilní www.usb.org

GPIB, HPIB, IEEE488

rozhodně není P&P


GPIB, HPIB, IEEE488

jednotlivé kabely 2m, celkem 20m


GPIB, HPIB, IEEE488


max. 15 zařízení, každé 5 bit BCD adresu různé úrovně implementace funkcí Controller, Talker, Listener (+ další funkce serial/paralel pool, device clear)

C – vždy pouze 1 aktivní, určuje, kdo bude T a kteří budou L

GPIB, HPIB, IEEE488

signály:


DIO1...DIO8 data DAV, NRFD, NDAC IFC Interface Clear ATN rozlišuje data/příkazy SRQ Service Request REN dálkový režim EOI poslední byte/paralelní výzva

důsledně asynchronní, rychlost asi do 1MB/s napěťové úrovně podobné TTL, většinou výstupy s OK

GPIB, HPIB, IEEE488


GPIB, HPIB, IEEE488

dálkové zprávy

- zprávy rozhraní


jednovodičové - vícevodičové

- přístrojové zprávy

místní zprávy

- přístrojová funkce ↔rozhraní

dnes typicky v PC zasunutá GPIB karta, k ní ovladač - funkce do C apod.

GPIB, HPIB, IEEE488


// text konstanty char *RST = "RST"; char *ZCH0 = "SYST:ZCH OFF"; char *ZCH1 = "SYST:ZCH ON"; char *CONFCHAR = "CONF:CHAR"; char *CONFCURR = "CONF:CURR"; char *INIT = "INIT"; char *DATA = "SENS:DATA?"; strcpy(text, CONFCURR); flag = ibwrt(k_6514, text, strlen(text)); .. do { strcpy(text, READ); flag = ibwrt(k_6514, text, strlen(text)); flag = ibrd(k_6514, text, 100); if (flag != 0) printf("\n chyba %x", flag); printf( " proud: %s",text); } while (!kbhit());


RS232C

původně modem-terminál, mírná asymetrie, 2 zařízení seriový asynchronní přenos na větší vzdálenosti, i jen 3 vodiče

konektor Canon (lichoběžník) 9 n. 25 pin

(RJ45)

RxD, TxD jednosměrné RTS Request to Send CTS Clear to Send DTR Data Terminal Ready DSR Data Set Ready CR Carrier Detect RI Ring Indicator GND


RS232C

vysílač

přijímač

log. 0:

+5V ... +15V

+3V ... +25V

log. 1

-5V ... -15V

-3V ... -25V

1200Bd, .... 9600Bd, ....19200Bd, ... 115200Bd

RS232C


RxD ------------- TxD TxD ------------- RxD GND ------------ GND

start bit 5 – 8 datových (paritní) 1, 1½, 2 stop bity

RS232C varianty:

proudová smyčka – 20mA RS-422

4 vodiče, diferenciální provoz


ATA „AT attachment“ (předtím CHS) IDE (Integrated Drive Electronics) , EIDE, Fast ATA

• levné rozhraní na principu registrů • do řídích registrů I/O přístup • přenos dat I/O nebo DMA max. kolem 10 MB/s • 40 žilový kabel, kontroler + dvě jednotky • 16 bit dat, 16 řídících signálů


Modifikace ATA


ATAPI - HW jako ATA, podmnožina SCSI příkazů Ultra ATA/100 - 25MHz takt, data při každé úrovni x 2B, kabel 80 vodičů

Serial ATA

dnes 150 MB/s, norma do 600MB/s • SW kompatibilní s ATA • PtP • 4 signálové vodiče, signály diferenciálně tam a zpět • 3x GND • takt 1,5GHz

PCI


původní koncept

s konektorem nebo bez

PCI


PCI

cykly:


CFRD, CFWR – čtení, zápis konfigurace MEMR, MEMW IORD, IOWR MRDM - vícenásobné čtení z paměti MRDL – čtení položky z paměti INTA

čtení a zápis obvykle po blocích – s každou vzestupnou hranou hodin

PCI 2.1


vlastní taktování – typ. 33 nebo 66 MHz (PCI-X 133 MHz) napájecí napětí 5 nebo 3,3V šířka dat 32 nebo 64 bit

rychlost až 264 MB/s max. 10 zátěží, tj. obvykle 5 zařízení

plná SW konfigurovatelnost, úvodní rozlišení signálem IDSEL buď konektor, nebo přímo na MB

(PCIe - seriová PtP)

SCSI


Small Computer System Interface řadič + 7 (15) zařízení příkazy posílány 8-mi bitově asynchronnně (čeká se na přijetí) data lze i synchronně – odezva na přijetí se čeká pozdějí, mezitím se vysílá dál umožňuje RAID (0 rozdělení kvůli rychlosti, 1 zrcadlení, 5 parita samostatně)

• kabel 50 žil, většinou země, max. 6m, (diferenciální el. nekompatibilní 25m) • signály I/O, C/D, Req, Sel, Nsg, Rst, Ack, Bsy, Atn, DB(p), DB(7) .... DB(0) • signály zakončeny (220Ω k +5V, 330Ω do země; nebo aktivní obvody) Ultra SCSI – max. 20MHz Wide SCSI – (68 vodičů) 16 nebo 32 bitů dat Ultra2 SCSI – 15 zařízení 12m kabel

I2C (IIC)


seriová, 4 vodiče, více zařízení, typicky mezi integrovanými obvody na jedné desce transmitter – receiver

(dat)

master – slave master zahájí přenos dat, generuje hodiny, ukončí přenos dat

každé zařízení má 7 nebo 10 bit adresu

I2C


místo odporů lze zdroje proudu max. kapacita 400pF

data platná při SCL na H

I2C 3 rychlostní režimy: Standard-mode ........ do 100 kb/s Fast-mode ................ do 400 kb/s High-speed mode ..... do 3,4 Mb/s


(nutno zdroje proudu místo odporů)

lze i smíšenou s mostem nebo bez

úrovně se mírně liší podle režimu, rozdílné pro vstup a výstup orientačně 0.. -0,5 V až 0,3UDD 1.. nad 0,7UDD

UDD .. 5 V nebo 3,3 V

Obvody a architektura počítačů. Sběrnice a rozhraní

Recommend Documents