1

CAP. 4. PLCI DE EXTENSIE. MAGISTRALE I PORTURI. 4.1. PLCI DE EXTENSIE Comunicarea dintre sistemele de calcul i mediul extern este asigurat prin cuplarea la

magistrala PC ului a aa-numitelor plci de extensie sau plci utilizator. Aceste plci de extensie sunt realizate pentru a asigura o mare diversitate de funcii. n categoria plcilor de extensie pot fi incluse:

- plci de achiziie de date de uz general; - plci de intrare-ieire numerice (compatibile TTL, cu optocuploare etc.); - plci de ieiri numerice echipate cu relee pentru comanda unor elemente de execuie; - plci pentru extensie de memorie; - plci de interfa IEEE 488 (GPIB); - plci de reea; - plci modem; - plci pentru comunicaia serial (RS-232, RS-485 etc.); - plci de achiziie i conducere (intrare-ieire) multifuncionale; - plci pentru interfaarea unor senzori (de exemplu termocupluri); - plci de msurare specializate (multimetre, frecvenmetre etc.). Pentru conectarea unei plci de extensie, fiecare PC este prevzut pe placa de baz cu un

numr de conectoare pentru extensii. n aprecierea expandabilitii unui PC, trebuie avute n vedere, pe lng numrul de conectoare, dimensiunile fizice admisibile ale plcilor de extensie i puterea disponibil de la sursa de alimentare a PC-ului.

Plcile de extensie sunt conectate prin intermediul magistralei de extensie la placa de baz a calculatorului. n funcie de evoluia tehnologic a echipamentelor, ntlnim mai multe tipuri de plci de baz, de magistrale i de plci de extensie. Pentru a nelege i utiliza mai bine plcile de extensie, vom face o scurt prezentare a plcilor de baz.

4.1.1.Tipuri de plci de baz Modul de proiectare al PC-urilor moderne este un compromis ntre dou filozofii de

proiectare opuse: prima abordare este cea a calculatoarelor orientate pe magistral (abordare caracterizat de diversitate, adaptabilitate, posibiliti de extindere) obinute prin montarea elementelor funcionale individuale pe plci separate, iar cea de-a doua abordare este cea a calculatoarelor pe o singur plac (abordare caracterizat de simplitate i economie) obinute prin montarea tuturor componentelor eseniale ale calculatorului pe o singur plac.

Placa de baz a unui PC include componentele electronice vitale ale acestuia: microprocesorul, memoria i de multe ori circuitele care asigur funciile video i audio. Componentele care se doresc a fi adugate la calculator se conecteaz la magistrala de extensie, care este o parte a plcii de baz. Fiind o component fundamental, placa de baz definete PC-ul i caracteristicile acestuia.

Ca terminologie, n afara denumirii consacrate de plac de baz se mai ntlnesc denumirile de plac de sistem (system board), plac principal (main board) sau plac mam (motherboard).

Pe lng faptul c reprezint suportul fizic pentru circuitele eseniale ale PC-ului, placa de baz trebuie s permit i o form oarecare de extindere. Prin urmare, placa de baz (la PC-urile desktop) conine conectoare electrice speciale, numite conectoare de extensie, care permit conectarea plcilor de extensie. Spaiul ocupat de o plac de extensie se numete slot de extensie sau simplu slot. Proiectarea spaiilor de extensie pe placa de baz se face conform unor reguli susinute de standarde.

Principala caracterizare a plcilor de baz se face dup standardul pe care l respect pentru caracteristicile fizice i electrice ale conectorilor i sloturilor de extensie. Standardele de extensie (de magistral) au trecut printr-o evoluie lung. n prezent, piaa este dominat de standardul PCI (Peripheral Component Interconnect), i singura opiune care rmne este de a vedea dac placa de

2

baz accept i plci de extensie mai vechi care respect standardele ISA (Industry Standard Architecture) sau EISA (Enhanced Industry Standard Architecture).

Numrul sloturilor de extensie este un compromis ntre necesitatea de a avea ct mai multe sloturi pentru posibile extinderi i restriciile legate de spaiu i de numrul de circuite de control care cresc preul PC. Spaiul dintre sloturi a rmas neschimbat nc din anul 1982, distana dintre centrele conectoarele de extensie fiind stabilit la 0.8 inci (2.03 cm).

Evoluia plcilor de baz Prima plac de baz pentru PC-uri a fost cea folosit de modelul original Personal Computer

lansat de IBM. Aceste plci aveau dimensiunile de 8.5 x 11 inci (21.6 x 28 cm) i aveau 5 sloturi de extensie n colul din stnga spate, montate la intervale de un inci ntre ele. Al doilea model creat de IBM n 1982 a stabilit standardul actual de 0.8 inci ntre sloturi, iar placa de baz avea dimensiunile 8.5 x 12 inci (21.6 x 30.5 cm). Aceast plac, denumit XT, a devenit un standard pentru industria calculatoarelor personale (Fig. 4.1).

Fig. 4.1. Dimensiunile plcii de baz XT

Deoarece productorii doreau dezvoltarea unor PC-uri din ce n ce mai puternice,

dezavantajul plcii XT a constat la acel moment n dimensiunile prea mici ale sale, i prin urmare IBM a dezvoltat placa de baz AT cu dimensiunile de 13.5 x 12 inci (Fig. 4.2). Aceast plac a devenit de asemenea un standard de facto la sfritul anilor 80 i nceputul anilor 90.

Prin integrarea la scar din ce n ce mai mare a circuitelor, numrul i dimensiunea cipurilor de pe placa de baz au fost reduse pe msura trecerii timpului. Din aceste motive, productorii au fost stimulai s reduc i dimensiunile plcilor de baz, deoarece acest lucru permitea reducerea costurilor. Deoarece poziiile gurilor de prindere i intervalele dintre sloturi de la plcile AT au devenit standarde, inginerii au creat modele mai mici care pstreaz aceste caracteristici. Plcile mai mici compatibile cu modelul AT se numesc mini-AT (8.66 x 13 inci).

Pentru a aduce o oarecare uniformitate n proiectarea plcilor de baz, industria calculatoarelor personale a creat un nou standard, care pstreaz n mare parte dimensiunile plcii mini-AT, dar aduce inovaii de proiectare care determin i costuri mai mici. Acest nou standard, numit ATX, a fost promulgat de Intel n 1996 (Fig. 4.3). Dimensiunile unei plci ATX sunt de 9.6 x 12 inci (24.4 x 30.5 cm). Dei standardul nu impune configuraia i tipul sloturilor de extensie, au fost vizate modelele ISA, PCI i combinaiile ISA/PCI. Placa permite folosirea tensiunilor de alimentare de 5.0 V sau 3.3 V (cte o surs sau ambele simultan).

3

Fig. 4.2. Placa de baz AT

Fig. 4.3. Placa de baz ATX

Din considerente similare cu cele care au condus la apariia plcii mini-AT, a fost creat

modelul mini-ATX (8.2 x 11.2 inci). n afara acestor modele de baz (XT, AT, ATX) au fost dezvoltate i alte tipuri de plci,

cum ar fi modelele LPX, mini-LPX, NLX pentru PC-uri cu profil redus, WTX pentru staiile de lucru etc.

4.1.2. Tipuri de plci de extensie Dei teoretic o plac de baz ar putea conine toate circuitele necesare pentru construirea

unui PC, posibilitatea de adugare a unor elemente sau de mbuntire a plcii de baz extinde conceptul de PC. Capacitatea de extindere transform PC-ul ntr-un instrument cu posibiliti aproape nelimitate.

Plcile cu circuite imprimate care se insereaz n placa de baz sunt adeseori numite plci de extensie. Plcile de extensie sunt difereniate prin standardul pe care l respect interfaa lor sau prin tipul conectorului. De exemplu, o plac de extensie ISA respect standardul de magistral Industry Standard Architecture, iar o plac PCI respect standardul Peripheral Component Interconnect.

Alte denumiri ntlnite pentru plcile de extensie sunt: plci utilizator, plci de opiuni, plci fiic etc.

4

Din punct de vedere fizic, placa de extensie este o plac imprimat realizat n tehnologie de montare pe suprafa sau n tehnologii combinate. Un conector de extensie conecteaz placa de extensie la placa de baz, iar o brid de prindere fixeaz placa n interiorul calculatorului i furnizeaz spaiu pentru conectoarele periferice.

Standardizarea este esenial pentru extinderea PC-urilor. Sloturile, conectoarele, montarea, semnalele i interfaa logic sunt strict definite. Plcile de extensie trebuie s fie compatibile din punct de vedere fizic, electric i logic cu plcile de baz pe care sunt instalate. n primul rnd, o plac de extensie trebuie s ncap n calculator, ceea ce nseamn c standardele dicteaz dimensiunea fizic a plcilor de extensie. Deoarece ntre placa de extensie i cea de baz exist legturi electrice, standardizarea se extinde i asupra conectoarelor electrice, care trebuie s corespund ca tip, dimensiuni i poziie.

Prototipul plcilor de extensie a fost placa proiectat pentru PC-ul IBM original din 1981. Chiar i cele mai noi calculatoare mai pstreaz cel puin un slot pentru montarea unor astfel de modele vechi, care se mai numesc i plci motenite i care respect standardul ISA.

Plcile motenite sunt plci care respect standardul Industry Standard Architecture ISA. Dimensiunile critice sunt pentru plcile ISA lungimea maxim a plcii, nlimea i poziia conectorului. Plcile ISA actuale sunt limitate la o lungime maxim de 13.415 inci. Datorit miniaturizrii componentelor, sunt ntlnite des aa-numitele plci scurte, care au lungimea mai mic (placa de extensie nu ajunge la ghidaje).

Din punct de vedere al nlimii, se ntlnesc plci ISA de nlime XT (4.2 inci) (Fig. 4.4) i plci ISA de nlime AT (4.8 inci) (Fig. 4.5). Standardul EISA accept aceste dimensiuni pentru nlimea maxim a plcilor de extensie.

Fig. 4.4. Dimensiunile plcilor de extensie ISA de nlime XT

Fig. 4.5. Dimensiunile plcilor de extensie ISA de nlime AT

nlimea plcii este important, deoarece carcasele proiectate pentru plci XT nu accept

plci de nlime AT. Cele mai multe calculatoare moderne bazate pe magistrale PCI nu sunt destul de nalte pentru plci de nlime AT. Prin urmare, prezena sloturilor ISA nu garanteaz posibilitatea de instalare a oricrei plci de extensie ISA. Problema compatibilitii este din ce n ce mai puin important pe msur ce importana plcilor ISA se diminueaz.

Productorii de calculatoare i de sisteme numerice de conducere au adaptat modelul electric al plcilor ISA i au creat un format mai robust, numit PC/104. Plcile PC/104 difer de plcile ISA obinuite n principal prin aspecte mecanice (Fig. 4.6).

5

Aceste plci sunt mai mici i folosesc un conector diferit. Ca i plcile ISA, plcile PC/104 pot folosi interfee pe 8 bii sau pe 16 bii. Plcile cu magistral de lime mai mare au un conector auxiliar pentru semnalele suplimentare. Plcile PC/104 au un conector pentru magistrala de 8 bii pe 64 de pini i un conector pentru magistrala de 16 bii pe 40 de pini (n total 104 pini).

n loc s se conecteze la o magistral, plcile PC/104 formeaz o magistral proprie, prin suprapunerea conectoarelor. Fiecare plac are att conectoare mam ct i conectoare tat, astfel nct o plac se poate monta deasupra alteia i furnizeaz un nou conector pentru instalarea urmtoarei plci.

Fig. 4.6. Dimensiunile plcii de extensie PC/104

Plci PCI. Standardul PCI definete mai multe variante ale plcii de extensie. Specificaiile

definesc dou seturi de dimensiuni, fiecare cu cte trei moduri de aranjare a conectoarelor (pentru 5 voli, pentru 3.3 voli i pentru ambele tensiuni).

O plac PCI de dimensiuni standard msoar 12.283 x 4.2 inci. n Fig. 4.7 este prezentat o plac PCI standard pentru operare la 5 voli (cea cu operare la 3.3 voli difer nu prin dimensiuni ci prin numrul i poziia contactelor). Standardul PCI definete i o plac de extensie scurt (dimensiuni 6.875 x 4.2 inci).

Implementarea pe 64 de bii a plcilor PCI a extins conectorul de margine pentru includerea semnalelor suplimentare. n Fig. 4.8 este prezentat conectorul extins care implementeaz toate opiunile (ambele tensiuni de 5 i 3.3 voli).

O derivaie a standardului PCI este reprezentat de plcile CompactPCI, realizate pe baza standardului Eurocard. Plcile CompactPCI sunt de dimensiuni mai mici i sunt robuste.

Pentru sistemele de calcul de tip notebook au fost dezvoltate plci de tip PCCard. Aceste plci au forma unor cartele de 54 x 85 mm i 5 mm grosime. Plcile PCCard respect standardul PCMCIA (Personal Computer Memory Card International Association).

Fig. 4.7. Dimensiunile plcii de extensie de tip PCI cu operare la 5 voli

6

Fig. 4.8. Conectorul de margine PCI universal pe 64 de bii

4.2. MAGISTRALE DE EXTENSIE Magistrala de extensie a unui calculator permite dezvoltarea sistemului, asigurnd conexiuni

de mare vitez pentru dispozitivele periferice interne. Magistralele standardizate au condus la dezvoltarea unei ntregi industrii care produce plci de extensie interschimbabile.

Magistralele (sau bus-uri) sunt de fapt ci de transfer pentru date i comenzi. Noiunea de magistral definete nu numai traseul fizic respectiv, ci i regulile care guverneaz transmisia de date i comenzi ntre componentele sistemului, precum i modul de interconectare a perifericelor cu microprocesorul de pe placa de baz.

Magistralele sunt reprezentate fizic prin trasee de cupru cablate pe placa de baz sau pe plcile utilizator, n interiorul microprocesorului prin trasee microscopice, iar ntre plci prin cabluri panglic sau cabluri multifilare ecranate. Traseul unei magistrale este greu de identificat datorit multitudinii de trasee i de componente de pe o plac, partea vizibil fiind reprezentat de sloturi.

Magistralele pot fi clasificate n magistrale de date i de instruciuni i n magistrale de comenzi (de control).

Atunci cnd ne referim la semnalul transportat trebuie precizat limea magistralei, care se exprim n numr de bii i reprezint numrul de linii (de ci) care compun magistrala, fiind egal cu numrul de bii ce pot fi transmii simultan prin magistral. Magistralele, n funcie de tipul lor, pot avea limi de 8, 16, 32 sau 64 de bii, sau chiar mai mult pentru sisteme deosebit de performante.

Magistralele lucreaz la o anumit frecven de tact dat de controllerele de magistral. Frecvena de tact este obinut prin divizarea sau multiplicarea frecvenei dat de un circuit de ceas. Frecvenele de lucru ale microprocesorului, magistralelor i memoriei trebuie sincronizate. Cu ct frecvena este mai mare cu att va crete viteza de transfer a magistralei. Aceste frecvene au valori, n funcie de standardul de magistral ntre 5 i 133 MHz. Prima magistral IBM se numea PC bus sau XT bus i lucra pe 8 bii la o frecven de 4.77 MHz. Creterea peste anumite limite a frecvenei de tact ntmpin dificulti datorit unor eventuale incompatibiliti cu plci de extensie care nu permit viteze mari de recepie.

O perioad din istoria dezvoltrii calculatoarelor, problemele legate de magistrale (lime, vitez) au fost neglijate, pn cnd s-a observat faptul c utilizarea unui microprocesor performant este limitat dac nu se folosesc i magistrale corespunztoare. Acesta este motivul care a condus la renunarea standardelor vechi de tip ISA, EISA n favoarea magistralelor PCI, care dispun nu numai de lime i vitez mai mari dar i de o alt arhitectur.

Magistralele unui sistem de calcul pot fi clasificate astfel: - Magistrala microprocesorului: stabilete cile i protocolurile de comunicaie ntre

microprocesor i memoria cache intern (magistral care face parte din microprocesor) precum i ntre microprocesor i memoria extern. Frecvena de tact este dat de frecvena master a plcii de baz. De exemplu, pentru un Pentium I, magistrala conine 64 de linii de date i 32 de linii de adrese.

- Sistemul de magistral al memoriei: const n cile de transfer i protocoalele aferente care sunt folosite pentru transferul dintre microprocesor i memoria de lucru RAM.

- Sistemul de magistrale de adrese: este sistemul ce transport informaii privind adresele de unde se vor citi sau unde se vor scrie date n memoria de lucru.

- Sistemul de magistrale I/O care definete calea direct de comunicaie ntre microprocesor i orice periferic/extensie cuplat la sistemul de calcul.

7

Din punct de vedere al cuplrii plcilor de extensie la calculator intereseaz ndeosebi acest sistem de magistrale I/O la care ne vom referi n continuare.

Din punct de vedere istoric, evoluia standardelor de magistral, precum i performanele acestora sunt prezentate sintetic n tabelul 4.1. Performanele magistralelor sunt reprezentate de lime, de frecvena de ceas precum i de memoria maxim care poate fi adresat, memorie care depinde de numrul de linii de adres ale magistralei.

Tabelul 4.1. Standarde pentru magistralele de extensie Standard Explicaii Data Limea

magistralei Frecvena de ceas

Adresare

PC Bus (XT Bus)

Magistrala folosit de calculatorul IBM PC

1981 8 bii 4.77 MHz 1 MB

ISA Industry Standard Architecture, cunoscut i sub numele de magistrala clasic sau AT Bus

1984 16 bii 8 MHz 16 MB

MCA Micro Channel Architecture, modelul prin care IBM a mbuntit magistrala ISA, dar care nu a ptruns dect n mic msur pe pia

1987 32 bii 10 MHz 16 MB/ 4 GB

EISA Enhanced ISA, o form a magistralei ISA, mai rapid i cu lime mai mare, care a fost nlocuit de PCI

1988 32 bii 8 MHz 4 GB

VL Bus VESA (Video Electronics Standards Association) Local Bus, o extensie a magistralei ISA proiectat n special pentru sistemele video

1992 32/64 bii 50 MHz 4 GB

PCI Peripheral Component Interconnect, principala magistral de extensie n PC-urile actuale

1992 32/64 bii 33 MHz/ 66 MHz

4 GB

PC Card Extensie de tip cartel, standard ISA, folosit la notebook-uri mai vechi

1990 16 bii 8 MHz 64 MB

CardBus Extensie de tip cartel, standard PCI, folosit la notebook-urile actuale

1994 32 bii 33 MHz 4 GB

Deoarece standardele ISA/EISA i PCI sunt cele mai folosite standarde de magistral, n

continuare vor fi prezentate pe scurt aceste standarde. 4.2.1. Standardul ISA/EISA Apariia standardului ISA a fost determinat de trecerea la microprocesoarele pe 16 bii,

prima arhitectur de magistral pe 16 bii fiind ISA sau AT Bus. Iniial, magistrala ISA lucra pe 8 bii, ulterior fiind mrit limea magistralei la 16 bii. S-a pstrat compatibilitatea cu magistrala PC Bus, o plac pe 8 bii (XT) putnd fi cuplat fr probleme. Sloturile ISA sunt formate din dou pri, una lung cu 62 de pini pentru plcile XT i una scurt cu 36 de pini pentru extensia la 16 bii.

Magistrala EISA reprezint o reproiectare a standardului ISA, prin care s-a trecut la limea de 32 de bii. Acest standard este compatibil cu standardele ISA i PC Bus.

Controlul magistralelor de tip ISA sau EISA este realizat prin intermediul unui controller de magistral pe 16/32 de bii. Deoarece arhitectura ISA/EISA este asemntoare, n Fig. 4.9 este prezentat aceast arhitectur la nivelul schemei bloc.

Se observ modul n care magistrala de extensie I/O asigur transferul ntre microprocesor/ RAM i periferice, transfer realizat sub supravegherea controllerului de magistral. Controllerul IDE (Integrated Device Electronics) este un controller al mediilor de stocare (standard de harddisc),

8

iar controllerul SCSI (Small Computer System Interface) este tot o interfa universal spre medii de stocare a datelor sau periferice.

Liniile magistralei ISA pot fi grupate n mai multe categorii distincte: - linii de adres - linii de date - linii de comand a magistralei - linii de alimentare - linii de comand a ciclurilor - linii de ntrerupere - linii pentru controlul accesului direct la memorie (DMA)

Fig. 4.9. Arhitectura magistralelor ISA/EISA Standardul ISA las n seama utilizatorului sarcina configurrii sistemului. Este necesar ca

utilizatorul s se asigure c fiecare plac de extensie primete ntreruperile, domeniile de adrese, adresele de porturi i canalele DMA de care are nevoie. Trebuie verificat dac cerinele unei plci nu intr n conflict cu alte plci din sistem. nainte de conectarea plcii de extensie trebuie verificat poziia jumperelor i comutatoarelor DIP (Dual Inline Pin) (unele plci de extensie utilizeaz comutatoare DIP care permit selectarea adresei de baz a plcii). Pentru uurarea cuplrii plcilor ISA s-a dezvoltat magistrala ISA Plug and Play care transfer aceast munc de configurare ctre sistemul de calcul.

4.2.2. Standardul PCI Nici-unul din standardele de magistral ISA/EISA, MCA sau VL Bus nu pot asigura

necesarul de cerine pentru microprocesoarele actuale de tip Pentium I - IV. Standardul care asigur realizarea unor performane corespunztoare este standardul PCI.

Acest standard este compatibil cu standardele mai vechi, asigurnd prin arhitectura sa i o independen de componentele cuplate la magistral (microprocesoare, controllere, plci), indiferent de tipul acestora sau de firma care le produce.

Conectarea unei plci PCI la sistemul de calcul presupune, spre deosebire de majoritatea magistralelor mai vechi, ca utilizatorul s nu intervin la setarea hard, deoarece procesorul de pe aceste plci, prin regitrii de configurare va realiza autosetarea optim, atunci cnd sunt executate rutine POST (Power On Self Test). Software-ul va rezolva setrile de sistem care mai rmn de efectuat.

Micro procesor Cache Memorie

RAM

Controller ISA/EISA

Plac video

Controller IDE

Controller SCSI

Plac extensie

Plac extensie

Magistral rapid de memorie

Magistral I/O lent Magistral ISA16 bii

Magistral EISA32 bii

sau

9

Arhitectura PCI propune o magistral care poate recunoate orice protocol utilizat de standardele anterioare, are o lime a magistralei de 32 de bii i lucreaz la o frecven de 33 MHz. Rata de transfer la aceast frecven poate ajunge la 132 MB/sec, iar magistralele PCI de 64 de bii la 264 MB/sec. Standardele actuale au ajuns la o frecven de ceas de 66 MHz ceea ce permite la o lime de 64 de bii o vitez de 528 MB/sec. n Fig. 4.10 este prezentat arhitectura magistralei PCI.

Fig. 4.10. Arhitectura magistralei PCI

n cazul magistralei PCI, datele i adresele sunt multiplexate n timp, ceea ce nseamn c aceleai linii pot fi utilizate att pentru date, ct i pentru adrese. Din acest motiv sunt necesare dou tacturi pentru transmisie, unul pentru adres i unul pentru date. Arhitectura PCI permite conectarea a zece periferice fr a apare conflicte de acces, acest lucru fiind posibil datorit modului n care perifericele lucreaz cu memoria, fr intermediul microprocesorului, totul fiind guvernat de controllerul (controllerele) PCI. Magistrala PCI este total decuplat de magistrala microprocesorului i se autoguverneaz. n cadrul acestui standard, microprocesorul i perifericele capt statut de magistral-master sau magistral-slave. La un anumit moment, microprocesorul sau orice plac periferic pot deveni master, o alt plac are rol de slave, i toate acestea independent de microprocesor. Microprocesorul este decuplat de la PCI (dar nu i deconectat, existnd circuite de tip buffer care intr n alctuirea PCI Chipset), i prin urmare se poate ocupa de alte operaii. Semnalele de baz ale standardului PCI pot fi grupate n urmtoarele categorii:

- linii de sistem: includ liniile de ceas i de resetare; - linii de date i de adrese: includ 32 de linii care sunt multiplexate n timp, precum i alte

linii utilizate pentru interpretarea i validarea semnalelor de date/adrese; - linii de control de interfa: controleaz ciclurile de transfer i furnizeaz coordonarea

ntre surse i periferice destinaie (target); - linii de arbitrare: fiecare PCI master are o pereche de linii de arbitrare conectate la

arbitrul PCI de magistral;

Micro procesor Cache Memorie

RAM

Controller PCI (PCI Chipset)

Plac video

Controller EIDE

Controller SCSI

Plac extensie

Plac extensie

Magistral PCI de memorie

Magistral PCI I/O

Plac extensie

Controller I/O ISA (punte)

Magistral ISA/EISA

10

- linii de eroare: sunt folosite pentru controlul paritii i pentru alte erori; n plus, standardul PCI mai definete linii opionale de semnal grupate n urmtoarele

categorii: - linii de ntrerupere; - linii suport pentru memoria cache; - linii de extensie pentru magistrala de 64 de bii; - linii de testare. Datorit caracterului de independen fa de microprocesor, montarea i configurarea facil,

de tip Plug and Play, precum i vitezele mari de lucru, standardul PCI s-a impus la ora actual pe aproape toat piaa.

4.3. PORTURI PERIFERICE. INTERFEE SERIALE I PARALELE PENTRU TRANSFERUL DATELOR

Echipamentele periferice sunt prevzute cu unul sau mai multe porturi periferice. Porturile sunt regitri de 8, 16 sau mai muli bii folosii pentru memorarea temporar a informaiei. Prin intermediul lor se realizeaz transferul de date dintre microprocesor i echipamentele periferice. Porturile pot fi de intrare, de ieire sau bidirecionale. Multe microprocesoare sunt dotate cu spaii suprapuse de adrese pentru memorie, respectiv pentru intrare/ieire. Prin urmare o aceeai adres fizic poate s aparin fie spaiului memoriei, fie spaiului de intrare/ieire, n funcie de un semnal de tipul M/ IO furnizat de microprocesor. Spaiul de intrare/ieire care poate fi adresat de un microprocesor este mai mic dect spaiul memoriei, i deci sunt necesare mai puine linii de adrese. De exemplu, microprocesorul 8086 poate adresa 1 Moctet de memorie i doar 64 K porturi de 8 bii (sau 32 K de porturi de 16 bii) n spaiul de I/O. La proiectarea unei plci utilizator, stabilirea adresei porturilor trebuie s in seama de adresele alocate n acest scop de productorul calculatorului pentru diferitele echipamente. Aceste adrese sunt de regul listate n cartea tehnic a calculatorului sub forma unei hri de I/O. De exemplu, la vechile calculatoare AT, adresele spaiului I/O sunt cuprinse ntre 000H i 3FFH, adic sunt adrese reprezentate pe 10 bii. Rezult numai 1024 de adrese dintr-un total adresabil de 64 K. Altfel spus, dei microprocesorul poate adresa 64 K porturi, calculatoarele AT (i XT) pot adresa doar 1024 de porturi. Spaiul de 1024 de porturi este considerat suficient pentru majoritatea aplicaiilor. Primele 256 de adrese sunt rezervate pentru echipamentele I/O aferente plcii de baz, iar celelalte 768 sunt disponibile pentru plcile utilizator. Toate transferurile de informaii i date ntre diverse componente ale sistemului de calcul, care se realizeaz prin magistrale, se desfoar la nivel de bit, octet, cuvnt sau bloc de octei. Aceste transferuri de bii se pot efectua n dou feluri: prin transmisie serial sau prin transmisie paralel. Transmisia paralel este o transmisie eficient deoarece se desfoar concomitent pentru cei 8 bii ai unui octet de exemplu, pe 8 ci distincte. Prin urmare, transferul unui grup de octei are loc cu o vitez foarte mare, dar are dezavantajul unui cost ridicat datorat interfeei paralele i cablului de conectare cu 8 fire (sau mai multe). Transmisia paralel se utilizeaz la echipamentele care vehiculeaz un volum mare de date ntr-un timp scurt. Porturile paralele sunt folosite n general la comunicaia unidirecional (nu n sens strict) i dispun de regul de 25 de pini. Un exemplu clasic de utilizare a transmisiei paralele este cel al imprimantelor. Transmisia serial este mai simpl pentru c nu necesit dect o cale de transmisie, un octet transmindu-se bit cu bit. Costurile sunt mici, dar dezavantajul este legat de viteza de transmisie mic. Porturile seriale sunt folosite la transmisia bidirecional i au de regul 9 pini. O alt clasificare a transmisiilor de date se poate face dup modul n care este folosit linia de transmisie: transmisie simpl, care se efectueaz pe aceeai linie, n ambele sensuri, dar nu n acelai timp, respectiv transmisie duplex, n cazul n care componentele care folosesc aceeai linie de transmisie pot utiliza simultan linia n ambele sensuri.

11

Deoarece trebuie introdus un mecanism de separare a logic a octeilor transmii, la construcia interfeelor se folosete o alt clasificare a transmisiilor:

- transmisia sincron, n care octeii se transmit fr bii fanion i fr pauze de transmisie ntre octei;

- transmisia asincron, la care ntre octeii transmii sunt intercalate pauze sau se folosesc flag-uri de indicare a nceputului sau sfritului unui octet.

Dup ce microprocesorul prelucreaz datele, acestea pot fi transmise ctre un dispozitiv periferic ntr-un anumit format digital, fiind necesar o interfa care s adapteze semnalul transmis de ctre surs ntr-un semnal ce poate fi interpretat de dispozitivul periferic destinaie (target).

Interfeele standard utilizate pentru transferul sub form numeric a datelor asigur o adaptare a acestor formate digitale din punct de vedere al frecvenelor de tact, al nivelelor de semnal etc. n continuare vor fi menionate cteva din cele mai utilizate standarde de interfa.

Interfaa serial asincron RS 232 C

Interfaa serial RS-232-C (Reference Standard 232 Revision C) este una din cele mai uzuale interfee seriale, chiar dac este depit din punct de vedere tehnic. Standardele RS-232-C folosite pentru nivelele de semnal 0 i 1 sunt n afara intervalului 3 Vcc +3 Vcc: orice tensiune peste +3 Vcc (pn la 25 Vcc) este considerat corespunztoare unui bit 0, iar orice tensiune sub 3 Vcc (pn la -25 Vcc) este corespunztoare unui bit 1. Viteza de transmisie pentru aceast interfa este de 115 Kbii/sec., lungimea cablului de pn la 30 metri, numrul de conductoare folosite n cablu este ntre 3 i 9 iar numrul de dispozitive pe port este de unul singur. Interfaa serial RS-232 C este prezentat n detaliu n Anexa 1. Observaie: n cazul n care este necesar o comunicaie pe o distan mare se utilizeaz interfaa serial performant RS-485 (pn la 1200 m). Interfaa serial asincron UART Este tot un port serial motenit. Interfaa UART (Universal Asynchronous Receive Transmiter) este bazat pe un registru shift (de deplasare) care permite realizarea unei conversii a datelor din format serie/paralel n format invers paralel/serie. Un circuit UART are trei pri: un modul receptor care primete de la periferic un semnal serial i l convertete n paralel, dup care l depune pe magistrala de date, un modul emitor care primete un semnal paralel de la magistrala de date i l convertete ntr-un semnal serial pentru periferic, iar cel de-al treilea modul este un controller de interfa care gestioneaz activitatea primelor dou module. Portul serial USB Viteza de transmisie a portului USB (Universal Serial Bus, 1995) este mult mai mare dect la porturile motenite: 12 Mbii/sec. Numrul de dispozitive care pot fi conectate la un port este de 127, se poate conecta orice fel de dispozitiv, iar mediul de transmisie este un cablu special cu 4 fire. Modelul USB este gndit ca un sistem ierarhic, cu distribuitoare care se pot conecta la alte distribuitoare i aa mai departe, astfel c se poate ajunge la maxim 127 de dispozitive conectate la un singur port. Apare o structur arborescent de conectare. Calculatorul gazd este de fapt un distribuitor de baz. Circuitul din calculator care controleaz distribuitorul de baz i restul sistemului USB este numit controller de magistral. Pentru o funcionare corect este necesar conectarea corect a tuturor componentelor, iar software-ul aferent realizeaz sortrile necesare. Programul care implementeaz protocolul USB este de fapt cea mai complex component a standardului USB. Dei numrul de dispozitive care pot fi conectate este foarte mare, nu sunt aplicaii care s necesite mai mult de cteva zeci de conectri. Mai mult, apare i dezavantajul lungimii unui cablu USB, care nu poate fi mai mare de 5 m (distribuitoarele pot regenera semnalul, aa c prin trecerea prin distribuitoare sistemul USB se poate ntinde pe distane mai mari). Interfaa serial FireWire Avantajul principal al acestei interfee moderne (numit i IEEE 1394) este viteza care poate ajunge la 800 Mbii/sec. Numrul de dispozitive care se pot conecta la un port este de 16, iar tipul acestora este n special din categoria dispozitivelor video digitale i harddiscurilor. Aceast interfa

12

folosete (ca i USB) modul de lucru pe pachete de date. Cu toate c acest mod de lucru impune o cretere substanial a operaiilor software, interfaa ofer o lrgime de band suficient de mare, care permite de exemplu transportarea simultan a trei semnale video sau a 167 semnale audio la rata de baz de 100 Mbii/sec. IEEE 1394 este un sistem ierarhic realizat din mai multe straturi: un strat de gestionare a magistralei, un strat de tranzacii, un strat de legtur i un strat fizic. Interfaa paralel PIA Cel mai uzual model de interfa paralel este PIA (Peripheral Interface Adapter). Interfaa folosete doi regitri: unul pentru date transmise de la periferic ctre microprocesor i cellalt pentru transferul n cellalt sens. n plus fa de cei doi regitri exist i un registru de stare ai crui bii folosii ca flag-uri indic microprocesorului starea celor doi regitri. Toi aceti regitri programabili sunt cuplai la magistrala de date a sistemului, prin aceasta fiind adresate direct de ctre microprocesor. Interfaa paralel GPIB (IEEE 488)

Magistrala 488, cunoscut i sub numele de magistrala Hewlett Packard Instrument Bus sau GPIB (General Purpose Instrument Bus) ofer posibilitatea interconectrii calculatorului personal cu un numr foarte mare de echipamente de msurare i control. n prezent datorit ariei din ce n ce mai largi de rspndire a echipamentelor cu microprocesoare au fost realizate circuite specializate care au permis reducerea preului de cost al interfeelor bazate pe acest tip de protocol.

Acest tip de conexiune permite ca microprocesorul s realizeze att supervizarea operaiilor de achiziie de date, ct i procesarea datelor achiziionate.

Printre avantajele datorate acestui tip de conexiune se pot enumera: Eliminarea operaiilor manuale repetitive Calibrarea i setarea echipamentului este extrem de simpl i robust Viteza de msurare este extrem de mare Reducerea erorilor de citire sau de calibrare Repetabilitate deosebit de bun Posibilitatea construirii unor funcii adiionale de prelucrare a informaiei

n ciuda complexitii echipamentului, softul sub care opereaz acest protocol realizeaz o interfa utilizator deosebit de prietenoas.

Standardul IEEE 488 dispune de urmtoarele categorii de structuri: Receptori - Listeners Emitori - Talkers Receptori/emitor Controllere Receptorii pot recepiona datele i semnalele de control de la alte dispozitive conectate la

magistral, dar nu sunt capabili s genereze date. Emitorii sunt capabili s plaseze date pe magistral, dar nu pot recepiona informaie.

Trebuie remarcat faptul c dac la un moment dat numai un singur emitor poate fi activ, pentru a depune pe magistral datele, n acelai timp mai muli receptori pot recepiona i prelucra datele.

Aceste dou funcii pot fi combinate ntr-un singur instrument, care poate s transmit i s recepioneze date. Un instrument de tip multimetru digital este un exemplu de emitor/receptor clasic. Prin intermediul magistralei este trimis informaia necesar schimbrii scalei de msur sau a tipului de mrime msurat, iar acesta transmite spre magistral informaia digitizat reprezentnd tensiunea, curentul sau rezistena.

Controllerele sunt dispozitive utilizate pentru a superviza fluxul de date prin magistral i a permite procesarea acestora. Controllerul unui sistem IEEE 488 este invariabil un microprocesor.

Semnalele magistralei IEEE 488. Aceast magistral dispune de 8 linii bidirecionale de date. Prin acestea sunt transferate date, adrese, comenzi i informaii de status. Adiional sunt utilizate nc 5 linii destinate managementului magistralei, precum i comunicaiei. n Anexa 2 este prezentat arhitectura interfeei GPIB i semnalele de baz utilizate.