Bài giảng Cổng song song - Cổng tuần tự - Cổng USB

rong máy đời cũ, thanh ghi dữ liệu chỉ có thể được ghi vào (biểu hiện cổng 1 chiều : undirectional)Từ 386  đều cung cấp cổng song song có những thanh ghi dữ liệu vừa đọc được, vừa ghi được (cổng 2 chiều : bi-directional) Để truy cập máy in gắn vào cổng song song, CPU chỉ nạp đến thanh ghi dữ liệu giá trị cần chuyển đi. Đầu nối của cổng song song là đầu nối cái - 25 chân - dạng chữ D, cỡ nhỏ.Address và IRQCác BIOS đời cũ hổ trợ 2 cổng song song.Các PC hiện nay dùng những BIOS hỗ trợ đến 4 cổng song song :LPT 1 với I/O add : 0378hLPT 2 với I/O add : 0278hLPT 3 với I/O add : 03BChLPT 4 với I/O add : 02BChĐịa chỉ gốc của mỗi cổng tương ứng với địa chỉ thanh ghi data của cổng.Thanh ghi tình trạng của cổng tương ứng thì được truy cập từ địa chỉ gốc đó cộng với 1 độ lệch là 1h (0379h, 0279h, 03BDh, 02BDh).Thanh ghi tình trạng của cổng tương ứng thì được truy cập từ địa chỉ gốc đó cộng với 1 độ lệch là 2h (037Ah, 027Ah, 03BEh, 02BEh).Có 2 phương thức để yêu cầu cung cấp ký tự cho máy in.Thăm dò cổng (polling)BIOS thăm dò thanh ghi tình trạng của cổng tương ứng để xem thử nó có sẳn sàng tiếp nhận 1 ký tự khác hay không  không có IRQ nào được sinh ra cả.Điều khiển bằng ngắt (interrupt-driven) : thanh ghi điều khiển được thiết lập để tạo ra 1 ngắt (IRQ7/LPT1 và IRQ5/LPT2) mỗi khi máy in sẳn sàng tiếp nhận 1 ký tự khác.Các đường tín hiệu của cổng song song1 đầu nối đến máy in sử dụng đầu nối 36 chân, “kiểu Centronics” (Amphenol type 57-30360).1 đầu còn lại là 25chân, dạng D.Có 3 đường dây tín hiệu trong các mối nối kết song song : các đường dữ liệu, các đường điều khiển và cá đường nối đất.Hoạt động của cổng song song (Xem tài liệu)Các loại cổng parallelCổng 1 chiều (unidirectional parallel port) : Gởi dữ liệu đi theo 1 chiều duy nhất (từ PC  thiết bị ngoại vi : máy in). Tồn tại đến năm 1987Cổng 2 chiều “Type 1”Hi-directional parallel port.Không nhanh hơn cổng 1 chiều nhưng có khả năng truyền dữ liệu ngược trở lại máy PC.Cổng 2 chiều “Type 3”Vấn đề của cổng song song 2 chiều là chúng có tính CPI – intensive, tức là đòi hỏi CPU phải quản lý việc truyền dữ liệu.Gia tăng thông suất của cổng song song bằng kỹ thuật DMA.Giải pháp DMA cho phép CPU qui định 1 khối dữ liệu trong bộ nhớ cần gởi đi - Bộ điều khiển DMA sẽ chiếm lấy quyền điều khiển từ CPU rồi chuyển khối dữ liệu ấy đi mà không cần sự can thiệp của CPU  truyền dữ liệu sẽ nhanh hơn.Các mode chuẩn IEEE 1284.Do cổng song song 2 chiều không đủ đáp ứng được tốc độ truyền của các thiết bị ngoại vi nhanh hơn (HDD, CDROM, ZIP, Tape backup và máy in laser ).Năm 1994 , IEEE (Institute of Electical and Electronic Engineers) và NPA (Network Printing Alliance : liên minh in ấn qua mạng) ban hành phương thức truyền tín hiệu chuẩn dành cho mạch giao tiếp song song hai chiều (Standard Signaling Method for a Bi-Directinal Parallel Peripheral Interface) còn gọi là chuẩn IEEE 1284.IEEE 1284 không qui định 1 giải pháp truyền thông song song duy nhất mà đưa ra đến 5 mode hoạt động khác nhau cho cổng song song.5 mode đó là : compatibility mode, nibble mode, byte mode, ECP và EPPCompatibility mode :Tương thích ngược hoàn toàn với công nghệ cổng song song truyền thống Trong đó dữ liệu được gởi dọc theo 8 đường dữ liệu.Các đường tình trạng thì được kiểm tra xem có lỗi hay không và để xem thử thiết bị có bận hay không, rồi (nếu không bận) thì 1 tín hiệu Strobe được sinh ra để đưa dữ liệu vào thiết bị.Sự xuất liệu của 1 byte đòi hỏi bốn lệnh I/OTốc độ truyền dữ liệu bị giới hạn ở mức 150Kb/sNibble modeTruyền ngược mỗi lần 4bits.Là cách thức đơn giản để nhận dữ liệu từ thiết bị gửi ngược về trong 1 số lệnh I/O ít hơn.Tốc độ truyền hạn chế là 50Kb/s.Sử dụng cho việc thu thập những thông tin tình trạng của thiết bị.Byte mode :Truyền ngược mỗi lần 1 byte.Cho phép PC vô hiệu hóa các driver phần cứng thường được dùng để điều hành đường dây dữ liệu của cổng song song.Thiết bị có thể gởi 1 byte đầy đủ về PC trong chỉ 1 chu kỳ I/O  thu được dữ liệu nhanh hơn.ECP mode (Enhanced Capabilities Port)Cho phép truyền dữ liệu 2 chiều trong vòng 1 chu kỳ duy nhất.Khi có 1 cuộc truyền được yêu cầu, phần cứng của cổng sẽ tự động thực hiện tất cả những hoạt động đồng bộ hóa và bắt tay cho cổng.Vận hành ở tốc độ từ 800KB/s  2MB/s (tuỳ thuộc vào thiết bị và chất lượng cable nối)EPP mode (Enhanced Parallel Port mode)Đỉnh điểm của chuẩn IEEE 1284.Hoạt động giống như phương thức của ECP.Sự khác biệt là : coi cổng song song như là phần mở rộng của phần bus hệ thống  cho phép nhiều thiết bị EPP cùng có mặt trên 1 cổng (như SCSI)Chất lượng cable ECP/EPPCổng song song truyền thống bị giới hạn bởi chiều dài cáp khoảng 10feet (3m).Cross-talk (nhiễu chen ngang).Cáp phải được bọc chống nhiễu tốt mới có thể mở rộng phạm vi.Hiện cable trên thị trường chỉ thích hợp cho ciệc truyền với 6feet (khoảng 2m).Những vấn đề của IEEE 1284Cần phải quan tâm đến cổng song, cable, thiết bị.Để đạt được kết quả tốt với IEEE 1284, phải có 1 cable IEEE 1284 và 1 thiết bị có bộ nhớ đáng kể (như máy in laser  )Sử dụng những thiết bị ngoại vi tuân theo chuẩn IEEE 1284.Tìm hiểu cổng tuần tựChuyển đổi dữ liệu song song từ bus hệ thống của PC  1 chuỗi các bits tuần tự liên tiếp nhau, Bổ sung các bits thích hợp để thành lập khung (số bits này có thể thay đổi đ/v những kiểu kết nối tuần tự khác nhau), rồi cung cấp từng bit đó đến đường dây dữ liệu ở 1 tốc độ thích hợp.Cổng tuần tự còn phải làm việc theo chiều ngược lại : tiếp nhận những dữ liệu tuần tự ở 1 tốc độ đã biết biết rõ – bỏ đi các bit tạo khung – chuyển đổi các bit dữ liệu tuần tự ra dạng dữ liệu song song của bus hệ thống.Tài nguyên dành cho cổng tuần tựChip UART được điều khiển thông qua 1 loạt các thanh ghi quan trọng, cho phép các đặc tính của cổng tuần tự được lập trình, được truyền theo kênh và được nhận dữ liệu tùy theo nhu cầu.BIOS đời cũ chỉ hổ trợ 2 cổng tuần tự (cổng COM), nhưng BIOS đời mới hỗ trợ đến 4 cổng COM (COM1  COM4).Các máy sử dụng bus MicroChannel có thể hổ trợ đến 8 cổng COM (COM1  COM8).Trong khi khởi động hệ thống, các cổng COM trong máy kiểm tra địa chỉ theo trình tự sau : 03F8h, 02F8h, 03E8h, 02E8h, 03E0h, 02E0h, 0338h, 0238h và sau đó tên các cổng COM được cấp phát tùy theo cổng nào được tìm thấy trong thực tế.Mỗi địa chỉ I/O chỉ được cấp cho 1 cổng mà thôi.Cổng tuần tự đòi hỏi phải dùng IRQ. Các máy đời cũ dành riêng 2 IRQ cho cổng tuần tự (IRQ4 cho COM1 và IRQ3 cho COM2).Trong các BIOS đời mới có nhiều cổng Com  các cổng ấy phải sử dụng chung IRQIRQ4 : COM1 và COM3IRQ3 : COM2 và COM4Chỉ có 2 trong số 4 cổng là có thể được dùng (vì không thể dùng chung 1 IRQ)Trong các BIOS đời mới nhất (từ 2002 trở đi), các mainboard đều cho phép sử dụng chung IRQ.Các chân tín hiệu của cổng tuần tựLà đầu nối nhỏ, dạng chữ D-25 pin hoặc D-9 pin.Cho phép 2 PC nối với nhau không cần modem.Các đường dây tín hiệu là : đường dữ liệu (data line), đường điều khiển hoặc bắt tay (control or handshaking line), đường nối đất (ground line).Tất cả các tín hiệu dữ liệu và điều khiển trên cổng tuần tự đều có tính lưỡng cực.IrDA (Infrared Data Association)Dùng để giải quyết các kết nối vật lý của các máy hoặc thiết bị tuần tự.Do Hiệp hội dữ liệu hồng ngoại sáng chế ra cổng IrDA để phục vụ truyền thông tuần tự qua 1 đường liên kết quang học (dùng tia hồng ngoại).Các kiểu ứng dụng dùng cổng IrDA gồm :In ấn từ máy PC để bàn hoặc xách tay mà không cần cable.Đồng bộ hóa các file giữa các máy desktop hoặc giữa laptop và desktop.Gửi fax/e-mail từ laptop thông qua 1 máy điện thoại có trang bị IrDA.Xử lý các tài khoản ngân hàng bằng cách dùng laptop với thiết bị mạng ATM có trang bị IrDA.Truy cập mạng bằng máy xách tay PC, sử dụng nút mạng có trang bị IrDA.Các chuẩn IrDA : công bố 6/1994 gồm :Serial Infrared (SIR) Link.Link Access Protocol (IrLAP)Link Management Protocol (IrLMP)Tháng 10/1995, IrDA đã ban hành những phần mở rộng cho chuẩn SIR standard (bao gồm 4MB/s).Từ đó, đặc tả kỹ thuật của chuẩn IrDA đã bao gồm cả những phần mở rộng tốc độ cao, từ 1,152 Mb/s  4Mb/s  đòi hỏi phải có 1 card add-in.Hạn chế của IrDAPhạm vi làm việc bị giới hạn từ 1-3mCần có 1 khoảng không trống trải giữa 2 cổng IRHai cổng IR phải đối diện thẳng với nhau (1 góc không lớn hơn 300).Các driver và phần mềm IrDA làm phức tạp thêm hệ thống.Các cổng IrDA ngày nay được tích hợp vào trong nhiều laptop và thiết bị ngoại vi mới (máy in).USBKiểu giao tiếp đơn giản, mạnh mẽ và cung cấp được khả năng nối kết “hot swappable”.Hoạt động của USB Có 2 tốc độ truyền dữ liệu 12Mbps và 1.5Mbps.Sử dụng 1 topology hình sao nhiều tầng (tiered star topology) – Hub USB.Có thể kết nối với nhau đến 127 thiết bị USB (PnP outside of the box)Tất cả việc định cấu hình trên các thiết bị USB là hoàn toàn tự động và do chipset quản lý (USB controller).Các USB hub và USB controller có thể phát hiện sự tháo ra (deattachment) và gắn vào (attachment) các thiết bị.Các máy đời mới đều cung cấp từ 2 - 8 cổng USB