Внешние интерфейсы ПК (порты LPT, COM, шины SCSI, USB)

Всем устройствам SCSI требуются специальные драйверы. От драйверов сильно зависит производительность устройств SCSI. Наиболее предпочтительны драйверы, работающие в режиме прямого управления шиной (bus mastering); их применение позволяет реализовать все преимущества SCSI в многозадачных системах.

 

4. LPT-порт

Параллельный порт — LPT

Порт параллельного интерфейса был введен в PC для подключения принтера -  отсюда и пошло его название LPT-порт (Line PrinTer — построчный принтер).

Хотя через этот же порт подключается и большинство лазерных принтеров, которые по принципу действия не построчные, а постраничные, название «LPT» закрепилось основательно. Аппаратные средства «классического» стандартного LPT-порта позволяют программным способом реализовать протокол передачи данных Centronics (Это внешний параллельный интерфейс для непосредственного подключения к LPT-порту.). Адаптер параллельного интерфейса представляет собой набор регистров, расположенных в пространстве ввода-вывода. С внешней стороны порт имеет 8-битную шину данных, 5-битную шину сигналов состояния и 4-битную шину управляющих сигналов, выведенные на разъем-розетку DB-25S.

Порт имеет поддержку на уровне BIOS — поиск установленных портов во время теста POST и сервисы печати Int 17h  обеспечивает вывод символа, инициализацию интерфейса и принтера, а также опрос состояния принтера. Стандартный порт ориентирован на вывод данных, хотя с некоторыми ограничениями позволяет вводить данные. Существуют различные модификации LPT-порта — двунаправленный, ЕРР, ЕСР и др., расширяющие его функциональные возможности, повышающие производительность и снижающие нагрузку на процессор.

К LPT-портам подключают принтеры, плоттеры, сканеры, коммуникационные устройства и устройства хранения данных, а также электронные ключи. Иногда параллельный интерфейс используют для связи между двумя компьютерами — получается сеть, «сделанная на коленке» (LapLink).

Практически все современные системные платы имеют встроенный адаптер LPT-порта. LPT-порт обычно присутствует и на плате дисплейного адаптера MDA (монохромный текстовый) и HGC (монохромный графический «Геркулес»).

В спецификации РС`99 порт LPT пока еще разрешен для использования. Устройства, подключаемые к LPT-порту, рекомендуется переводить на последовательные шины USB и Fire Wire.

 

4.1 Традиционный LPT-порт

Традиционный порт SPP (Standard Parallel Port) является однонаправленным портом, на базе которого программно реализуется протокол обменаCentronics. Порт обеспечивает возможность вырабатывания запроса аппаратного прерывания по импульсу на входе АСК#. Сигналы порта выводятся на разъем DB-25S (розетка), установленный непосредственно на плате адаптера (или системной плате) или соединяемый с ней плоским шлейфом. Название и назначение сигналов разъема порта (табл. 4.1.1) соответствуют интерфейсу Centronics.

Таблица 4.1.1 – Разъем стандартного LPT-порта

Контакт DB-25S	Провод шлейфа	Назначение
		I/O*	Reg.Bit**	Сигнал
1	1	0/1	CR: 0\	Strobe#
2	3	0(1)	DR:0	Data 0
3	5	0(1)	DR: 1	Data 1
4	7	0(1)	DR: 2	Data 2
5	9	0(1)	DR:3	Data 3
6	11	0(1)	DR: 4	Data 4
7	13	0(1)	DR:5	Data 5
8	15	0(1)	DR:6	Data 6
9	17	0(1)	DR:7	Data 7
10	19	I	SR: 6	Ack#
11	21	I	SR: 7\	Busy
12	23	I	SR: 5	PaperEnd
13	25	I	SR: 4	Select
14	2	0/1	CR: 1\	Auto LF#
15	4	I	SR: 3	Error#
16	6	0/1	CR: 2	Init#
17	8	0/1	CR:3\	Select In#
18-25	10, 12, 14, 16	18, 20, 22, 24, 26	-	-

 
* I/O задает направление передачи (вход/выход) сигнала порта; 0/I обозначает выходные линии, состояние которых считывается при чтении из соответствующих портов вывода. 
** Символом «\» отмечены инвертированные сигналы (1 в регистре соответствует низкому уровню линии).

*** Вход Ack# соединен резистором (10 кОм) с питанием +5 В. 
Стандартный порт имеет три 8-битных регистра, расположенных по соседним адресам в пространстве ввода/вывода, начиная с базового адреса порта (BASE).

Data Register (DR) — регистр данных, адрес= BASE. Данные, записанные в этот порт, выводятся на выходные линии интерфейса. Данные, считанные из этого регистра, в зависимости от схемотехники адаптера соответствуют либо ранее записанным данным, либо сигналам на тех же линиях. 

Status Register (SR) — регистр состояния, представляющий собой 5-битный порт ввода сигналов состояния принтера (биты SR.4-SR.7), адрес=BASE+1. Бит SR.7 инвертируется — низкому уровню сигнала соответствует единичное значению бита в регистре, и наоборот.

Назначение бит регистра состояния (в скобках даны номера контактов разъема):

SR.7—Busy — инверсные отображения состояния линии Busy (11);

SR.6 —АСК (Acknowledge) — отображения состояния линии Ack# (10).

SR.5 —РЕ (Paper End) — отображения состояния линии Paper End (12). 

SR.4—Select — отображения состояния линии Select (13). Единичное значение соответствует cигналу о включении принтера.

SR.3—Error — отображения состояния линии Error (15). 

SR.2 — PIRQ — флаг прерывания по сигналу Ack# (только для порта PS/2). Бит обнуляется, если сигнал Ack# вызвал аппаратное прерывание. Единичное значение устанавливается по аппаратному сбросу и после чтения регистра состояния.

SR[1:0] — зарезервированы.

Control Register (CR) — регистр управления, адрес=ВА5Е+2. Как и регистр данных, этот 4-битный порт вывода допускает запись и чтение (биты 0-3), но его выходной буфер обычно имеет тип открытый коллектор. Это позволяет более корректно использовать линии данного регистра как входные при программировании их в высокий уровень. Биты О, 1, 3 инвертируются — единичному значению в регистре соответствует низкий уровень сигнала, и наоборот. Назначение бит регистра управления:

CR[7:6] — зарезервированы. CR.5 — Direction — бит управления направлением передачи (только для портов PS/2). Запись единицы переводит порт данных в режим ввода.

CR.4 —ACKINTEN (Ack Interrupt Enable) — единичное значение разрешает прерывание по спаду сигнала на линии Ackff — сигнал запроса следующего байта.

CR.3 — Select In — единичное значение бита соответствует низкому уровню на выходе Selecting (17) — сигналу, разрешающему работу принтера по интерфейсу Centronics.

CR.2 — Init — нулевое значение бита соответствует низкому уровню на выходе Imt# (16) — сигнал аппаратного сброса принтера.

CR.1 — Auto LF — единичное значение бита соответствует низкому уровню на выходе Auto LF# (14) — сигналу на автоматический перевод строки(LF — Line Feed) по приему байта возврата каретки (CR — Carriage Return). 

CR.O —Strobe — единичное значение бита соответствует низкому уровню на выходе Strobeff (1) — сигналу стробирования выходных данных.

Запрос аппаратного прерывания (обычно IRQ7 или IRQ5) вырабатывается по отрицательному перепаду сигнала на выводе 10 разъема интерфейса (АСК#) при установке CR.4=1. Прерывание вырабатывается, когда принтер подтверждает прием предыдущего байта. 

Процедура вывода байта по интерфейсу Centronics через стандартный порт включает следующие шаги (в скобках приведено требуемое количество шинных операций процессора): вывод байта в регистр данных (1 цикл IOWR#). Ввод из регистра состояния и проверка готовности устройства (бит SR.7 — сигнал BUSY). По получении готовности выводом в регистр управления устанавливается строб данных, а следующим выводом строб снимается (2 цикла lOWRff). Стандартный порт сильно асимметричен — при наличии 12 линий (и бит), нормально работающих на вывод, на ввод работает только 5 линий состояния. Если необходима симметричная двунаправленная связь, на всех стандартных портах работоспособен режим полубайтного обмена —Nibble Mode. В этом режиме, называемым также и Hewlett Packard Bitronics, одновременно передаются 4 бита данных, пятая линия используется для квитирования. 

 

4.2 Конфигурирование LPT-портов

Управление параллельным портом разделяется на два этапа — предварительное конфигурирование (Setup) аппаратных средств порта и текущее (оперативное) переключение режимов работы прикладным или системным ПО. Оперативное переключение возможно только в пределах режимов, разрешенных при конфигурировании. Этим обеспечивается возможность согласования аппаратуры с ПО и блокирования ложных переключений, вызванных некорректными действиями программы.

Конфигурирование LPT-порта зависит от его исполнения. Порт, расположенный на плате расширения (мультикарте), устанавливаемой в слот ISA или ISA+VLB, конфигурируется джамперами на самой плате. Порт на системной плате конфигурируется через CMOS Setup.

Доступные при конфигурировании параметры:

1. Базовый адрес

2.  Линия запроса прерывания

3. Использование канала DMA для режимов ЕСР и Fast Centronics — разрешение и номер канала DMA.

4. Режимы работы порта:

- SPP — порт работает только в стандартном однонаправленном программно-управляемом режиме;

- PS/2, он же Bi-Directional — отличается от SPP возможностью реверса канала (установкой CR.5=1);

- Fast Centronics — аппаратное формирование протокола Centronics с использованием FIFO-буфера и, возможно, DMA;

- ЕРР — в зависимости от использования регистров порт работает в режиме SPP или ЕРР;

- ЕСР — по умолчанию включается в режим SPP или PS/2, записью в ECR может переводиться в любой режим ЕСР, но перевод в ЕРР записью в ECR кода 100 не гарантируется;

- ЕСР+ЕРР — то же, что и ЕСР, но запись в ECR кода режима 100 переводит порт в ЕРР.

Выбор режима ЕРР, ЕСР или Fast Centronics сам по себе не приводит к повышению быстродействия обмена с подключенными ПУ, а только дает возможное— драйверу и ПУ установить оптимальный режим в пределах их «разумения». Большинство современных драйверов и приложений пытаются использовать эффективные режимы, так что «подрезать им крылья» установкой простых режимов без веских оснований не стоит.

Принтеры и сканеры могут «пожелать» режима ЕСР. Windows (3.x, 9х и NT) имеет системные драйвера для этого режима. В среде DOS печать через ЕСР поддерживается только специальным загружаемым драйвером.

Сетевые адаптеры, внешние диски и CD-ROM, подключаемые к параллельному порту, могут использовать режим ЕРР. Для этого режима специальный драйвер пока еще не применяется; поддержка ЕРР включается в драйвер самого подключаемого устройства.

 

Большинство современных ПУ, подключаемых к LPT-порту, поддерживает стандарт 1284 и РnР. Для обслуживания этих функций компьютером с аппаратной точки зрения достаточно иметь контроллер интерфейса, поддерживающий стандарт 1284.

 

4.3 Применение LPT-порта

Наиболее распространенным применением LPT-порта является подключение принтера, однако этим его применение не ограничивается.

Тип кабелей, применяемых для связи двух компьютеров по параллельному  интерфейсу, зависит от режимов используемых портов. Самый простой и медленный — полубайтный режим, работающий на всех портах. Для этого режима в кабеле достаточно иметь 10 сигнальных и один общий провод. Связь двух PC данным кабелем поддерживается стандартным ПО типа Interlnk из MS-DOS или Norton Commander.

Высокоскоростная связь двух компьютеров может выполняться и в режиме ЕСР, по иным кабелям (режим ЕРР неудобен, поскольку требует синхронизации шинных циклов ввода-вывода двух компьютеров).

Подключение сканера к LPT-порту эффективно, только если порт обеспечивает хотя бы двунаправленный режим (Bi-Di), поскольку основной поток — ввод. Лучше использовать порт ЕСР, если этот режим поддерживается сканером (или ЕРР, что маловероятно).