Hardware počítačů 03

1. Hardware počítačů 03 Milan Randák Aplikace výpočetní techniky

2. USB – Universal Serial Bus • Komunikační rychlost od 1,5 Mbit/s do 480Mbit/s • Komunikační vzdálenost do 5m (3m) • Možnost připojení více zařízení • Rozhraní obsahuje 5V napájení, odběr max. 500 mA • Lze připojit až 127 zařízení pomocí jednoho typu konektoru. • USB zajišťuje správné přidělení prostředků (IRQ, DMA, ...).

3. Definice rychlosti USB 1.0 - Low Speed - 1.5Mbits/s USB 1.1 - Full Speed - 12Mbits/s USB 2.0 - High Speed - 480Mbits/s USB 3.0 – Super Speed - 5Gbits/s

4. Topologie a druhy zařízení • Hvězda, 7 vrstev (5 hubů), 127 zařízení

5. Komunikační protokol – druhy přenosu a zařízení • Interupt přenos • Bulk přenos (hromadný) • Isochronní přenos • Řídící přenos • USB propojení • USB hostitel • USB zařízení

6. Stavy a řízení sběrnice • místo úrovně H a L se používá stav K a J • dva invertované vodiče D- a D+ • k přenosu se používá metoda NRZI

7. Fyzické rozhraní – hostitel • hostitel má 3 úrovně • rozhraní sběrnice (vestavěný hostitelský řadič) – odpovídá za generování rámců • systém USB – překlad paketů IRP na transakce • ovladač USB – rozhraní mezi klienty a zařízeními • hostitelský software • klienti USB – softwarové prvky • aplikační • systémové

8. Fyzické rozhraní – rozbočovač • pro lowspeed a fullspeed má jen funkci opakovače • pro highspeed navíc provádí resynchronizaci dat, překlad transakcí a další správu (výkonu napájení, sledování zařízení, diagnóza a potlačování chyb,...)

9. Fyzické rozhraní – zařízení • obsahuje endpointy • musí podporovat stavy: • attached (připojeno) • powered (napájeno) • default (výchozí) – přístup jen na EP0 • adressed (adresováno) • configured (konfigurováno) • suspended (pozastavenoú • zařízení má třídu a podtřídu • posílá popisovače • získává identifikátor

10. USB 3.0 • Postupně se rozšiřuje díky široké podpoře výrobců • Přenosová rychlost - 5 Gbit/s • Rozhraní - dual-simplex, čtyři datové vodiče oddělené od USB 2.0 • Vodiče - 4 pro SuperSpeed, 2 pro ostatní (+ 2 napájení, celkem 8) • Transakční protokol sběrnice - řízený hostitelem (řadičem) asynchronní, packetovýtok je směrován

11. USB 3.0 - 2 • Power management - víceúrovňový (idle, sleep, suspend)PM pro připojení, zařízení i funkce • Napájení - jako USB 2.0 s možností 50% zvýšení pro nekonfigurovaná zařízení a 80% pro konfigurovaná • Detekce připojení - hardwarová detekce s přechodem do provozního stavu pro datovou komunikaci • Typy dat. Přenosu - jako USB 2.0 se SuperSpeed omezením (viz dále)

12. FireWire • IEEE 1394, iLink, Digital Link • rychlost 1394a: S100, S200, S400 • rychlost 1394b: S800 • připravuje se 1394c: S1600, S3200 (9pinů) • připojení až 63 zařízení bez rozbočovačů

13. FireWire - 2 • nízká cena • snadná instalace • vznikla původně jako alternativa SCSI • aspirace na použití v domácích sítích • připojení kamer

14. Komunikační protokol - 1 • Fyzická vrstva • kódování a dekódování dat • arbitráž • opakovaná synchronizace dat • inicializace sběrnice • konektory, kabely • úrovně signálu

15. Komunikační protokol - 2 • Linková vrstva • odesílání a příjem paketů, řízení cyklu • Transakční vrstva • převod paketů na data aplikací a zpět

16. Fyzická vrstva • libovolná topologie (strom, hvězda, sběrnice) • zařízení (uzel sítě) mívá 3 konektory (max. 27) • délka kabelu max. 4,5 m • maximální délka kabelů 72 m • nesmí obsahovat smyčky • sběrnice kabelová, sběrnice backplane • redukce

17. Kabely a konektory • dva páry datových vodičů, napájení, země • zásuvky 4 nebo 6 pinové • napájení 8-40V max. 1,5 A

18. Konfigurace • dynamická rekonfigurace • při každém připojení a odpojení zařízení nastává reset sběrnice a rekonfigurace • pokud je přítomen i řadič sběrnice (nepovinný) lze komunikovat na více rychlostech • jinak se komunikuje podle nejpomalejšího zařízení

19. Přenosy • asynchronní zprávy • 16b adres zařízení = max. 63 zařízení • až 1023 sběrnic různých typů pomocí redukcí • umožňuje DMA • požadavek < ACK (NACK) > požadavek < … • izochronní přenosy • až 64 kanálů, kontrola CRC • rozhlašování, všichni naslouchají, sledují svůj kanál

20. Komunikace • vedoucí pakety cyklu • každých 125 ms • obsahují hodnotu 32b čítače času s frekvencí 24 576 Mhz • pak je odeslán 1 paket pro každý izochronní kanál a sběrnice se odmlčí • pak odešle každé zařízení jeden asynchronní paket • pokud zbývá čas, mohou následovat další pakety

21. Sériový port (1) • Určen k připojení: • tiskárny (zejména pro starší jehličkové) • druhého počítače (propojení dvou počítačů bez použití modemu) • modemu • počítačové myší • dalších zařízení • Data se přenášejí po jednom vodiči (v jeden okamžik se přenáší vždy jeden bit)

22. Sériový port (2) Data se přenášejí v následujícím formátu: Start bit Paritní bit TxD 0 1 1 0 0 0 1 1 0 0 0 t Klidový stav Datové bity Stop bit • V klidovém stavu je vždy na lince hodnota 1 • Komunikace začíná Start bitem, který je vždy 0

23. Sériový port (3) • Potom následují datové bity (např. 8) • Na jejich konci může (ale nemusí) být pře-nášen paritní bit, dovolující přenos zebezpe-čit sudou nebo lichou paritou • Na závěr je přenesen Stop bit (vždy 1), jehož délka může být 1, 1.5 nebo 2 délky bitového intervalu • Počet datových bitů bitů nesmí být příliš vy-soký, aby nedošlo ke ztrátě synchronizace mezi vysílající a přijímající stranou

24. Paralelní port (1) • Paralelní port měl původně sloužit jako alter-nativa k pomalejšímu sériovému portu pro připojování tehdejších výkonných jehličko-vých tiskáren • Paralelní port používá: • 17 signálových vodičů: • 4 ovládací (control): přenáší signály z počítače do tis-kárny (periferie): • Strobe: indikuje platnost dat na datových vodičích • AutoFeed: dává instrukci tiskárně, aby automaticky vkládala LF za každý CR • SelectIn: indikuje, že tiskárna byla zvolena • Init: používá se pro RESET (inicializaci) tiskárny

25. Paralelní port (2a) • 5 stavových (status): přenáší signály z tiskárny (perife-rie) do počítače: • Ack (Acknowledge): indikuje přijetí znaku (konec jeho tisku) • Busy: indikuje, že tiskárna je zaneprázdněna a že nemůže přijímat data • PE (PaperEmpty): indikuje, že tiskárna nemá papír • Select: indikuje, že tiskárna je připravena k činnosti (on-line) • Error: indikuje vznik chyby

26. Paralelní port (2b) • 8 datových (data): přenáší data z počítače do tiskárny • 8 zemnících vodičů • Paralelní port byl takto původně určen pro pře-nos dat pouze v jednom směru (počítač  tiskárna)

27. Paralelní port (3) Komunikace mezi počítačem a tiskárnou pak probíhá podle následujícího diagramu: Platná data Data Strobe Busy Ack t1 t2 t3 t4

28. Paralelní port (4) • Tento režim paralelního portu bývá označován jako Centronics (Compatibility mode, SPP - Standard ParallelPort) • Přenosová rychlost paralelního portu v režimu SPP je cca 150 kB/s • Později se objevují požadavky pro připojování i jiných periferií (HDD, CD-ROM, scanner atd.) prostřednictvím paralelního portu, které vyžadují přenos dat i opačným směrem

29. Paralelní port (5) • Přenos dat opačným směrem (periferie  počí-tač) je možné realizovat: • přidáním reverzního režimu: • Nibble Mode: • pro přenos dat z periferie do počítače využívá stavové signály • jeden byte přenáší po čtveřicích bitů (nibble) • je realizovatelný prakticky na všech standardních paralelních portech • dovoluje přenos rychlostí zhruba 50 kB/s • Byte Mode (EnhancedBi-directional Port): • pro přenos dat využívá datových vodičů • realizovatelný asi na 25 % dřívějších paralelních portů, které dovolují využít datové vodiče i pro opačný přenos dat

30. Paralelní port (6) • použitím obousměrných portů: • EPP (EnhancedParllelPort): • navržen firmami Intel, Xircom a Zenith • všechny datové přenosy probíhají během jednoho ISA cyklu • dosahuje přenosových rychlostí (500 KB/s - 2 MB/s) • připojené zařízení tak může pracovat na podobné úrovni jako zařízení připojené k ISA sběrnici • určen k připojování zejména zařízení jako jsou HDD, CD-ROM, ZIP disky atd. • ECP (ExtendedCapabilityPort): • navržen firmami Hewlett Packard a Microsoft • určen k připojování scannerů a výkonných (laserových) tiskáren • poskytuje přenosovou rychlost nad 1MB/s