УДК 681.3.06(07)
ББК 32.973
А18
А18
Авдеев, Вадим Александрович.
Периферийные устройства: интерфейсы, схемотехника, программирование /
В. А. Авдеев. — 2-е изд., эл. — 1 файл pdf : 849 с. — Москва : ДМК Пресс, 2023. —
Систем. требования: Adobe Reader XI либо Adobe Digital Editions 4.5 ; экран 10". —
Текст : электронный.
ISBN 978-5-89818-570-1
В книге с энциклопедической полнотой рассматриваются периферийные устройства
персонального компьютера; принципы действия и применения разнообразных шин (PCI,
SCSI, USB, IEEE 1394, I2C, SATA, SAS, PCI Express); интерфейсная схемотехника; интерактивные
устройства ввода; способы обмена данными, видеоадаптеры и мониторы;
печатающие устройства, сканеры, жесткие диски, дисководы CD и DVD, преобразователи
информации, модемы и т. д.
Приведены основные сведения по защите информации от ошибок (коды Хэмминга,
БЧХ и Рида-Соломона). Показаны рисунки динамических моделей некоторых периферийных
устройств и шин, поясняющие принципы их работы. Изложены вопросы программирования
некоторых периферийных устройств на регистровом уровне и составлены
функциональные графы вариантов программных заданий. Рассмотрены способы построения
пространственных интерфейсов ввода/вывода на базе микросхем коммутационных
устройств.
Книга содержит большое количество схем и таблиц, способствующих лучшему пониманию
соответствующей информации. Главы в основном имеют следующую структуру:
основные терминологические определения, описание функциональных, аппаратных и
параметрических классификационных признаков, справочное дополнение, контрольные
вопросы и упражнения, список литературы.
Издание предназначено для студентов вузов и колледжей, изучающих компьютерную
технику, а также для преподавателей и инженерно-технических работников.
УДК 681.3.06(07)
ББК 32.973
Электронное издание на основе печатного издания: Периферийные устройства: интерфейсы,
схемотехника, программирование / В. А. Авдеев. — Москва : ДМК Пресс, 2016. — 848 с. — ISBN 9785-97060-207-2.
— Текст : непосредственный.
Все права защищены. Любая часть этой книги не может быть воспроизведена в какой бы то ни было
форме и какими бы то ни было средствами без письменного разрешения владельцев авторских прав.
Материал, изложенный в данной книге, многократно проверен. Но поскольку вероятность технических
ошибок все равно существует, издательство не может гарантировать абсолютную точность и правильность
приводимых сведений. В связи с этим издательство не несет ответственности за возможные ошибки, связанные
с использованием книги.
В соответствии со ст. 1299 и 1301 ГК РФ при устранении ограничений, установленных техническими средствами
защиты авторских прав, правообладатель вправе требовать от нарушителя возмещения убытков или выплаты
компенсации.
ISBN 978-5-89818-570-1
© Авдеев А. В., 2014
© Оформление, ДМК Пресс, 2014
Стр.3
—Ó‰ÂʇÌËÂ
¬‚‰ÂÌË .........................................................................................10
√·‚‡ 1. ¡‡ÁÓ‚˚È ÍÓÏÔ¸˛ÚÂ. “ÂÏËÌÓÎӄˡ ................12
1.1. Типы шин .......................................................................................12
1.2. Центральная часть компьютера .....................................................17
1.3. Клавишное устройство ввода .........................................................21
1.4. Контроллер прямого доступа к памяти...........................................23
1.5. Контроллер гибкого диска ..............................................................25
1.6. Дисковод гибкого диска ..................................................................27
1.7. Жесткий диск .................................................................................30
1.8. Интерфейсы жесткого диска ..........................................................33
1.9. Системная шина с квитированием ............................................... 41
1.10. Шина расширения ...................................................................... 44
Контрольные вопросы .......................................................................... 48
Литература............................................................................................51
√·‚‡ 2. ÃÌÓ„ÓÛÓ‚Ì‚‡ˇ ÒËÒÚÂχ ¯ËÌ ............................52
2.1. Функциональная классификация шин...........................................52
2.2. Архитектура компьютера ...............................................................69
2.3. Базовая шина PCI .......................................................................... 74
2.4. Интерфейс SCSI..............................................................................86
2.5. Модель шины SCSI ....................................................................... 102
2.6. Шина USB ....................................................................................107
2.7. Модель шины USB ........................................................................132
2.8. Шина IEEE1394............................................................................145
2.9. Последовательный интерфейс SATA .............................................147
2.10. Последовательный интерфейс SAS.............................................151
2.11. Последовательный интерфейс PCI Express .................................153
Контрольные вопросы .........................................................................160
Литература..........................................................................................164
√·‚‡ 3. »ÌÚÂÙÂÈÒ̇ˇ ÒıÂÏÓÚÂıÌË͇ ...........................166
3.1. Основные определения................................................................. 166
3.2. Способы обмена данными ............................................................174
Стр.4
4
Содержание
3.3. Дешифрация адреса .....................................................................182
3.4. Формирование управляющих сигналов .......................................188
3.5. Интерфейсные формирователи ....................................................191
3.6. Адаптер программного обмена ..................................................... 192
3.7. Интерфейс с мультиплексной шиной ...........................................196
3.8. Адаптер принтера .........................................................................201
3.9. Программа вывода данных на печать ..........................................204
3.10. Варианты заданий .....................................................................208
3.11. Энергонезависимая флэшпамять .............................................209
Контрольные вопросы .........................................................................213
Упражнения ........................................................................................216
Литература..........................................................................................217
√·‚‡ 4. ”ÒÚÓÈÒÚ‚Ó с ˆÂθ ¯ËÌ˚ PCI ............................. 218
4.1. Основные определения................................................................. 218
4.2. Задание на проектирование цели.................................................221
4.3. Общий вид схемы цели ................................................................. 222
4.4. Схема приема адреса и команды .................................................. 229
4.5. Цикл конфигурации .....................................................................232
4.6. Экспериментальная часть ............................................................238
Контрольные вопросы .........................................................................242
Литература..........................................................................................242
√·‚‡ 5. œˇÏÓÈ ‰ÓÒÚÛÔ Н Ô‡ÏˇÚË .....................................243
5.1. Основные определения.................................................................243
5.2. Общие сведения ...........................................................................244
5.3. Контроллер ПДП ...........................................................................246
5.4. Внешний контроллер с режимом ПДП..........................................256
5.5. Упрощенная схема КПДП .............................................................262
5.6. Программирование КПДП ............................................................268
5.7. Варианты заданий ....................................................................... 272
Контрольные вопросы .........................................................................272
Литература..........................................................................................273
√·‚‡ 6. œÂËÙÂËÈÌ˚ ËÌÚÂÙÂÈÒ˚
‚‚Ó‰‡/‚˚‚Ó‰‡ ..............................................................................274
6.1. Последовательный интерфейс RS232 .........................................274
6.2. Асинхронная передача данных ....................................................280
6.3. Синхронная передача данных ......................................................282
6.4. Асинхронный передатчик ............................................................282
6.5. Асинхронный приемник ...............................................................284
6.6. Подключение портов УАПП к шине ..............................................286
Стр.5
Содержание
5
6.7. Морфологический граф заданий .................................................. 288
6.8. Микросхема УАПП ........................................................................290
6.9. Модели схем последовательной передачи данных........................293
6.10. Параллельный интерфейс ..........................................................300
6.11. Программируемый периферийный интерфейс .......................... 300
6.12. Адаптер последовательнопараллельного интерфейса...............305
6.13. Адаптер ISA/ИРПР ......................................................................306
6.14. Тестирование последовательного порта (УАПП) .........................315
6.15. Пример выполнения варианта задания .....................................321
6.16. Варианты заданий .....................................................................324
6.17. Интерфейс I2
C ............................................................................. 326
6.18. Последовательный интерфейс EIA485 (RS485) ........................335
Контрольные вопросы .........................................................................338
Литература..........................................................................................340
√·‚‡ 7. «‡˘ËÚ‡ ‰‡ÌÌ˚ı УЪ Ó¯Ë·ÓÍ ................................342
7.1. Основные определения.................................................................342
7.2. Проверка четности .......................................................................346
7.3. Коды Хэмминга ............................................................................350
7.4. Справочное дополнение ...............................................................357
7.5. Циклический контроль .................................................................364
7.6. Коды БЧХ...................................................................................... 367
7.7. Коды РидаСоломона .................................................................... 383
7.8. Каскадные коды ...........................................................................386
Упражнения ........................................................................................389
Контрольные вопросы .........................................................................390
Литература..........................................................................................393
√·‚‡ 8. œÓÒÚ‡ÌÒÚ‚ÂÌÌ˚ ËÌÚÂÙÂÈÒ˚
‚‚Ó‰‡/‚˚‚Ó‰‡ ..............................................................................394
8.1. Устройства связи вычислительных систем ..................................394
8.2. Назначение пространственных интерфейсов ..............................396
8.3. Структура данных КУ ...................................................................398
8.4. Элементная база пространственных интерфейсов ......................400
8.5. Структурная схема пространственного интерфейса ....................402
8.6. Матричное КУ ..............................................................................404
8.7. Трехкаскадное КУ .........................................................................405
8.8. Конфигурация многопроцессорной системы ...............................407
8.9. Общий принцип функционирования системы .............................410
Контрольные вопросы .........................................................................416
Справочное дополнение ......................................................................416
Литература..........................................................................................417
Стр.6
6
Содержание
√·‚‡ 9. »ÌÚ‡ÍÚË‚Ì˚ ÛÒÚÓÈÒÚ‚‡ ‚‚Ó‰‡ .................418
9.1. Основные определения.................................................................418
9.2. Типы клавиш ................................................................................419
9.3. Клавиатура PC/XT ........................................................................420
9.4. Клавиатура PC/AT ........................................................................423
9.5. Манипулятор мышь......................................................................436
9.6. Шаровые манипуляторы ..............................................................437
9.7. Ручки управления.........................................................................438
9.8. Программа «Коды клавиатуры» ....................................................440
9.9. Варианты заданий .......................................................................443
Справочное дополнение ......................................................................446
Контрольные вопросы .........................................................................449
Литература..........................................................................................450
√·‚‡ 10. ¬Ë‰ÂÓ‡‰‡ÔÚÂ˚ Л ÏÓÌËÚÓ˚ ..........................451
10.1. Основные определения ...............................................................451
10.2. Типы видеоадаптеров .................................................................452
10.3. Типы мониторов .........................................................................454
10.4. Растровые мониторы ..................................................................455
10.5. Адаптер VGA ...............................................................................458
10.6. Текстовый режим .......................................................................460
10.7. Графический режим ...................................................................462
10.8. Видеопроцессоры, графические ускорители ..............................472
10.9. Дисплеи на жидких кристаллах..................................................474
10.10. Демонстрационные модели ......................................................483
10.11. Программа управления курсором .............................................485
10.12. Программа изучения знакогенератора.....................................501
10.13. Программа выполнения текстового режима............................. 506
10.14. Программа выполнения графического режима ........................514
10.15. Видеокарты 3D .........................................................................521
Контрольные вопросы .........................................................................527
Литература..........................................................................................529
√·‚‡ 11. œÂ˜‡Ú‡˛˘Ë ÛÒÚÓÈÒÚ‚‡ ..................................530
11.1. Классификация принтеров.........................................................530
11.2. Лазерные принтеры ...................................................................532
11.3. Светодиодные принтеры ............................................................538
11.4. Струйные принтеры ...................................................................545
11.5. Матричные принтеры ................................................................547
11.6. Адаптер принтера ....................................................................... 552
11.7. Программа вывода данных на печать......................................... 555
11.8. Варианты заданий .....................................................................560
Стр.7
Содержание
7
Контрольные вопросы к теме «Лазерный принтер» ............................. 560
Литература..........................................................................................562
√·‚‡ 12. ”ÒÚÓÈÒÚ‚‡ ‚‚Ó‰‡ Л Â„ËÒÚ‡ˆËË
ËÌÙÓχˆËË .................................................................................563
12.1. Дигитайзеры ..............................................................................563
12.2. Графопостроители ......................................................................565
12.3. Сканер. Основные определения .................................................568
12.4. Структурная схема сканера ........................................................ 570
12.5. Принцип действия сканера ........................................................ 577
12.6. Электронный учебник «Сканер».................................................. 580
Контрольные вопросы .........................................................................584
Литература..........................................................................................586
√·‚‡ 13. œË̈ËÔ˚ χ„ÌËÚÌÓÈ Á‡ÔËÒË .......................... 587
13.1. Магнитные ленты....................................................................... 587
13.2. Дисковые накопители................................................................. 588
13.3. Магнитные головки .................................................................... 592
13.4. Методы кодирования ..................................................................594
13.5. Форматирование дорожки ..........................................................597
13.6. Циклический избыточный контроль ..........................................600
13.7. Адресные метки .......................................................................... 602
13.8. Фазовая автоподстройка частоты ..............................................605
Справочное дополнение ......................................................................606
Контрольные вопросы .........................................................................607
Литература..........................................................................................608
√·‚‡ 14. √Ë·ÍËÂ Л КВТЪНЛВ ‰ËÒÍË..................................609
14.1. Типы гибких дисков .................................................................... 609
14.2. Организация данных на диске ...................................................610
14.3. Накопитель ГМД .........................................................................611
14.4. Контроллер НГМД....................................................................... 612
14.5. Подключение КНГМД к шине ..................................................... 615
14.6. Конструкция жесткого диска ......................................................616
14.7. Размещение данных на жестком диске.......................................617
14.8. Технические параметры НЖМД .................................................618
14.9. Порты адаптера ЖД ...................................................................619
14.10. Контроллеры жесткого диска ...................................................620
14.11. Программирование гибкого диска ............................................ 627
14.12. Программирование жесткого диска..........................................643
Контрольные вопросы .........................................................................651
Литература..........................................................................................652
Стр.8
8
Содержание
√·‚‡ 15. ŒÔÚ˘ÂÒÍË МУТЛЪВОЛ ËÌÙÓχˆËË ............653
15.1. Назначение CD ...........................................................................653
15.2. Конструкция и геометрия CD ..................................................... 653
15.3. Принципы оптического чтения/записи .....................................656
15.4. Функциональные характеристики CD........................................658
15.5. Аппаратурные характеристики ..................................................664
15.6. Обобщенная схема дисковода CD ............................................... 666
15.7. Технические характеристики ..................................................... 669
15.8. Цифровой универсальный диск (DVD) ........................................670
15.9. Функциональные признаки........................................................ 672
15.10. Параметрическая классификация............................................ 675
15.11. Аппаратурные признаки ..........................................................676
15.12. Программный интерфейс и руководство пользователя ............678
15.13. Многослойный диск FMD..........................................................681
Контрольные вопросы .........................................................................683
Литература..........................................................................................686
√·‚‡ 16. ”ÒÚÓÈÒÚ‚‡ ÔÂÓ·‡ÁÓ‚‡Ìˡ
ËÌÙÓχˆËË .................................................................................687
16.1. Основные определения АЦП .......................................................687
16.2. Цифроаналоговые преобразователи ...........................................692
16.3. Аналогоцифровые преобразователи ..........................................694
16.4. Устройства связи с объектом ......................................................701
16.5. Интерактивная модель АЦП .......................................................707
Контрольные вопросы .........................................................................708
Литература..........................................................................................709
√·‚‡ 17. ÃÓ‰ÂÏÌÓ ТУВ‰ЛМВМЛВ ÍÓÏÔ¸˛ÚÂÓ‚ ........ 710
17.1. Основные определения ...............................................................710
17.2. Аналоговые модемы .................................................................... 715
17.3. Функциональные признаки модемов ......................................... 719
17.4. Параметрические признаки модемов ......................................... 725
17.5. Аппаратура аналогового модема ................................................726
17.6. Цифровая связь ISDN ................................................................. 735
17.7. Методы цифровой модуляции..................................................... 737
17.8. Технология *DSL .........................................................................738
Контрольные вопросы .........................................................................739
Литература..........................................................................................741
œËÎÓÊÂÌË 1. ¬‡Ë‡ÌÚ˚ ‚˚ÔÓÎÌÂÌˡ
ÔÓ„‡ÏÏÌ˚ı Á‡‰‡ÌËÈ ............................................................742
Коды клавиатуры ................................................................................742
Вывод данных на печать. Адаптер принтера ...................................... 751
Стр.9
Содержание
9
Программирование последовательного порта (УАПП) ........................764
Управление курсором. Контроллер ЭЛТ ..............................................777
Знакогенератор. Режимы дисплея ......................................................790
Текстовый режим дисплея. Управление сдвигами данных ................. 803
Графический режим дисплея .............................................................. 811
Программирование контроллера НЖМД ............................................ 820
Литература..........................................................................................829
œËÎÓÊÂÌË 2. œÓ‚ÂÓ˜Ì˚ ‚ÓÔÓÒ˚
Н ·‡ÁÓ‚˚Ï ÚÂÏ‡Ï ........................................................................830
œËÎÓÊÂÌË 3. ŒÚ‚ÂÚ˚ ̇ ÍÓÌÚÓθÌ˚ ‚ÓÔÓÒ˚
Л Â¯ÂÌˡ ÛÔ‡ÊÌÂÌËÈ ........................................................... 839
œËÎÓÊÂÌË 4. ŒÚ‚ÂÚ˚ ̇ ‚ÓÔÓÒ˚
ФУ ÚÂÏ‡Ï ·‡ÁÓ‚Ó„Ó ÍÛÒ‡ .......................................................847
Стр.10