Михаил Гук - Аппаратные интерфейсы ПК. Энциклопедия

• Название: Аппаратные интерфейсы ПК. Энциклопедия
• Автор: Михаил Гук
• Издательство: Издательский дом «Питер»
• Жанр: Все книги в жанре Компьютерное "железо"
• Год: 2002
• ISBN: 5-94723-180-8

Книга посвящена аппаратным интерфейсам, использующимся в современных персональных компьютерах и окружающих их устройствах. В ней подробно рассмотрены универсальные внешние интерфейсы, специализированные интерфейсы периферийных устройств, интерфейсы устройств хранения данных, электронной памяти, шины расширения, аудио и видеоинтерфейсы, беспроводные интерфейсы, коммуникационные интерфейсы, вспомогательные последовательные интерфейсы. Сведения по интерфейсам включают состав, описание сигналов и их расположение на разъемах, временные диаграммы, регистровые модели интерфейсных адаптеров, способы использования в самостоятельно разрабатываемых устройствах. Книга адресована широкому кругу специалистов, связанных с эксплуатацией ПК, а также разработчикам аппаратных средств компьютеризированной аппаратуры и их программной поддержки.

---

Рис. 9.6. Разъемы Serial ATA: a — полный разъем на устройстве, б — сигнальный сегмент кабельного разъема, в — питающий сегмент кабельного разъема, г — сигнальный сегмент разъема хост-адаптера, д — разъем хоста для непосредственного подключения устройства

Регистры Serial ATA

Каждое устройство, подключенное к адаптеру Serial ATA, представляется тремя блоками регистров, два из которых соответствуют традиционным регистрам ATA (см. п. 9.2.1) и называются «теневыми», третий блок — новый. Привязка адресов блоков к адресному пространству хоста стандартом не регламентируется; для PCI-контроллера блоки задаются регистрами конфигурационного пространства и «теневые» регистры могут располагаться по стандартным адресам ATA.

В блоке управляющих регистров, как и в ATA, используется лишь один (AS для чтения, DC для записи). В блоке командных регистров разрядность регистров SC, SN, CL и СН расширена до 16 бит, назначение младших байтов сохранилось. В режиме LBA старшие байты регистров SN, CL и СН несут биты логического адреса [24:31], [32:39] и [40:47] соответственно. В регистре D/H бит DEV игнорируется (при эмуляции пар устройств на одном канале бит DEV используется для выбора устройства). Из спецификации не совсем ясно, используются ли младшие биты D/H для задания бит LBA[27:24], поскольку эти же биты фигурируют в старшем байте SN.

Новый блок регистров SCR (Serial ATA Status and Control registers) состоит из 16 смежных 32-разрядных регистров SCR0-SCR15, из которых пока определены лишь 3 (остальные зарезервированы).

Регистр SStatus (SCR0) — регистр текущего состояния интерфейса хост адаптера (только чтение).

♦ Биты [3:0] — поле DET, подключение устройств:

 • 0000 — устройство не обнаружено, физической связи нет;

 • 0001 — устройство обнаружено, но физическая связь не установлена;

 • 0011 — устройство обнаружено, физическая связь установлена;

 • 0100 — устройство отключено (запретом интерфейса или запуском внутреннего теста).

♦ Биты [7:4] — SPD, скорость:

 • 0000 — нет согласованной скорости (устройство не подключено или связь не установлена);

 • 0001 — согласована скорость 1-го поколения.

♦ Биты [11:8] — поле IPM, состояние энергопотребления интерфейса:

 • 0000 — устройство не обнаружено, физической связи нет;

 • 0001 — интерфейс в активном состоянии;

 • 0010 — интерфейс в состоянии PARTIAL;

 • 0110 — интерфейс в состоянии SLUMBER.

Остальные биты и значения полей зарезервированы.

Регистр SError (SCR1) — регистр диагностической информации, относящейся к интерфейсу. В регистре представлены ошибки, накапливающиеся с момента последней очистки регистра. Регистр очищается операцией сброса, отдельные биты можно сбрасывать операцией записи в регистр (единицы в позициях сбрасываемых бит).

♦ Биты [15:0] — поле ERR, ошибки, обрабатываемые обычным программным обеспечением:

 • бит 9 — С — устойчивая неисправимая ошибка связи или нарушение целостности данных (может возникать при неправильном подключении, отказе или отключении устройства);

 • бит 11 — Е — внутренняя ошибка, обнаруженная хост-адаптером (если ошибка повторяется после сброса, она может быть признаком несовместимости адаптера и устройства);

 • бит 0 — I — исправленное нарушение целостности данных (не требует действий со стороны ПО, но может учитываться, например, для принятия решения о снижении скорости);

 • бит 1 — М — исправленная ошибка связи (может возникать при временном отключении устройства, потере синхронизации, не требует действий со стороны ПО);

 • бит 10 — P — протокольная ошибка, требует сброса интерфейса и повтора операции (в случае устойчивости может быть признаком несовместимости устройства и адаптера);

 • бит 8 — T — не исправленное нарушение целостности данных, требует повтора операции.

♦ Биты [31:16] — поле DIAG, используемое диагностическим ПО:

 • бит 19 — В — ошибка декодирования 10B/8B;

 • бит 21 — С — ошибка CRC на канальном уровне;

 • бит 20 — D — ошибка паритета блоков данных (Disparity);

 • бит 26 — F — неопознанный тип FIS (ошибка, обнаруженная на транспортном уровне при корректном CRC-коде);

 • бит 17 — I — внутренняя ошибка физического уровня интерфейса;

 • бит 16 — N — сигнал готовности физического уровня менял состояние;

 • бит 22 — H — ошибка подтверждения кадров (может возникать как следствие ошибок В, С, D);

 • бит 23 — S — ошибка последовательности состояний канального уровня;

 • бит 24 — T — ошибка на транспортном уровне;

 • бит 18 — W — обнаружен пробуждающий сигнал Comm Wake.

Остальные биты зарезервированы.

Регистр SControl (SCR2) — регистр управления интерфейсом (запись и чтение).

♦ Биты [3:0] — поле DET, управление обнаружением и инициализацией устройств:

 • 0000 — нет действий;

 • 0001 — инициализация и установление соединения (эквивалентно аппаратному сбросу);

 • 0100 — запрет интерфейса и перевод физического уровня в режим Offline.

♦ Биты [7:4] — поле SPD, задает ограничение на скорость при согласовании соединений:

 • 0000 — нет ограничений;

 • 0001 — скорость не выше 1-го поколения.

♦ Биты [11:8] — поле IPM, управление энергорежимом интерфейса:

 • 0000 — нет ограничений;

 • 0001 — запрет перехода в состояние PARTIAL;

 • 0010 — запрет перехода в состояние SLUMBER;

 • 0011 — запрет перехода в состояние PARTIAL и SLUMBER.

Остальные биты и значения полей зарезервированы.

9.3. Интерфейсы и конструктивы твердотельных носителей информации

Твердотельные устройства хранения используются в миниатюрных компьютерах, а также компьютеризированных цифровых устройствах бытовой электроники — фотокамерах, плейерах, приемниках глобальной системы позиционирования (GPS), музыкальных инструментах и прочих. В большинстве своем эти устройства основаны на микросхемах флэш-памяти, в наиболее современных используется память со структурой NAND (см. п. 7.3.2). Этому типу флэш-памяти присуще быстрое чтение, запись и стирание небольших блоков (256 или 512 байт), что удобно для записи файлов. Правда, для этой памяти характерны довольно медленное чтение произвольного байта и отсутствие возможности побайтной записи, но приложениям этих карт такая возможность и не требуется, поскольку они ориентированы на блочный обмен. Устройства на флэш-памяти являются энергонезависимыми (в режиме хранения не требуют питания), экономичными в плане потребления, особенно при чтении, достаточно производительными, но, увы, недешевыми. Запись на эти носители специфична: быстрее всего она выполняется в чистый (стертый) блок (сектор диска), а перезапись требует относительно длительного стирания. Кроме того, флэш-память имеет хоть и большое (порядка 105), но ограниченное число циклов стирания-записи — как ни странно, у носителей с подвижным носителем с этим ограничением не сталкиваются. Устройства хранения обычно представляют комбинацию собственно микросхем памяти и микроконтроллера, обеспечивающего внешние интерфейсные функции. Этим они отличаются от карт памяти с линейным доступом, например Miniature Card, на которых располагаются только микросхемы памяти (встроенный контроллер не требуется).

Есть и другие твердотельные хранители — например, ферроэлектрическая память (FRAM), но пока что массового применения они не имеют. Менее чем за десятилетие устройства хранения на флэш-памяти прошли большой путь от электронных «дисков» («винчестеров») размером в 3" до современных, размером с почтовую марку. Интерфейсы твердотельных устройств хранения — карт внешней памяти — тесно связаны с их конструктивами; основные характеристики наиболее распространенных карт приведены в табл. 9.12.

Таблица 9.12. Основные характеристики карт внешней памяти

  CompactFlash SmartMedia Card MultiMedia Card Sequre Digital Miniature Card Длина 36,0 45,0 32,0 32,0 33,0 Ширина 43,0 37,0 24,0 24,0 38,0 Высота 3,3/5,0 0,76 1,4 2,1 3,5 Коннектор Штырьковый Печатный Печатный Печатный Эластомер Число контактов 50 22 7 9 60

Вышеперечисленные карты можно подключать и к обычным компьютерам. Для этого существуют различные адаптеры: для слотов PC Card (к блокнотным ПК), для шины USB (для самых разных ПК) и для других внешних интерфейсов. С помощью этих адаптеров компьютер «видит» подключенную карту как обычный сменный носитель информации (диск). Конечно, компьютеры общего назначения в такой внешней памяти не нуждаются — своя и больше, и дешевле. Главная цель подключения карты к ПК — быстрая передача прикладных данных бытового устройства (фотографий, музыки и т. п.) или перенос (хранения) информации (вместо дискет).