· ATA-2. Целиком, включая самые быстрые режимы;

· ATAPI. Целиком;

· Dual IDE/ATA Host Adapters. Стандарт EIDE включает поддержку двух IDE/ATA хостов, что позволяет использовать одновременно до 4 IDE/ATA/ATAPI устройств.

Теперь посмотрим, что означает фраза "жесткий диск с интерфейсом EIDE". Поскольку поддерживать ATAPI ему абсолютно незачем, а два канала IDE он поддержать не в состоянии, то все это сводится к гораздо более скромному: "жесткий диск с интерфейсом АТА-2". В принципе идея была хорошая - создать стандарт, охватывающий BIOS, чипсет и жесткий диск. Но поскольку большая часть EIDE как стандарта относится именно к BIOS и чипсету, то получилась еще и путаница между Enhanced IDE и возникшим приблизительно в это же время Enhanced BIOS (BIOS, поддерживающий IDE/ATA диски емкостью больше 504MB). Сложилось вполне естественное мнение, что для использования дисков объемом больше 504МВ нужен интерфейс EIDE (тогда как на самом деле нужен был только Enhanced BIOS), тем более, что производители карт с Enhanced BIOS рекламировали их как "enhanced IDE cards". Сейчас, к счастью, эти проблемы позади (как и барьер 540МВ).

Итак, основные (как официальные, так и неофициальные) стандарты интерфейса IDE приведены в следующей таблице.

Теперь перейдем к теме, не менее интересной. Существуют два параметра, характеризующих скорость передачи данных при использовании IDE/ATA-жесткого диска. Внутренняя скорость передачи (internal transfer rate) характеризует скорость передачи непосредственно между магнитным носителем и внутренним буфером жесткого диска и определяется плотностью записи, скоростью вращения и т.д. Эти параметры зависят от конструкции диска, а не от типа интерфейса. С другой стороны, внешняя скорость передачи данных, то есть скорость передачи по каналу IDE, полностью зависит от используемого режима передачи данных. На заре использования дисков IDE/ATA скорость работы дисковой подсистемы определялась внутренней скоростью передачи данных, которая была заведомо меньше внешней. В настоящее время в связи с увеличением плотности записи (что позволяет снимать больше информации за один оборот диска) и частоты вращения на первый план выходит именно внешняя скорость передачи. Что же все-таки означают номера режимов и чем PIO отличается от DMA?

Изначально общеупотребительным способом передачи данных через интерфейс IDE/ATA был протокол, называемый Programmed I/O или PIO. Существует пять режимов PIO, различающихся максимальными скоростями пакетной передачи данных (burst transfer rates). Общеупотребительное английское название - PIO modes.

Естественно, речь идет о внешней скорости передачи данных и определяет скорость интерфейса, а не диска. Необходимо также учитывать (хотя сейчас это уже вряд ли актуально), что PIO mode 3 и 4 требуют использования шины VLB или PCI, так как шина ISA не может обеспечить скорость передачи данных больше 10 МВ/сек. До появления режима DMA-33 максимальная скорость передачи данных у режимов PIO и DMA была одинаковой. Главным недостатком режимов PIO является то, что передачей данных управляет процессор, что существенно увеличивает его загрузку. Зато эти режимы не требуют специальных драйверов и идеально подходят для однозадачных операционных систем. Похоже, однако, что это вымирающий вид…

Direct Memory Access (DMA) - прямой доступ к памяти - собирательное название протоколов, позволяющих периферийному устройству передавать информацию непосредственно в системную память без участия центрального процессора. Современные жесткие диски используют эту возможность в сочетании с возможностью перехватывать управление шиной и самостоятельно управлять передачей информации (bus mastering подробно обсуждался в серии статей по шинам). Существует несколько режимов DMA (DMA modes), которые приведены в таблице. Стоит отметить, что так называемые single word режимы в настоящее время не используются и приведены только для сравнения.

Еще одной забавной вещью, связанной с интерфейсом IDE/ATA, является 32-разрядный доступ к диску. Как уже отмечалось выше, интерфейс IDE/ATA был и остается 16-битным. Резонный вопрос: А почему тогда при отключении драйверов 32-разрядного доступа к диску в Windows скорость работы оного диска падает? Не менее резонный ответ: Во-первых, как работает Windows - отдельный разговор. А во-вторых, шина PCI, на которой в настоящий момент располагаются IDE host-контроллеры, 32-разрядная. Поэтому 16-битная передача по этой шине есть зряшнее расходование пропускной способности. В нормальных условиях host-контроллер формирует из двух 16-битных пакетов один 32-битный и пересылает его дальше по шине PCI (повторяю, я не берусь объяснять, как с диском работает Windows).

Выше встречался термин - режим block transfer. На самом деле это всего-навсего режим, позволяющий передавать несколько команд чтения/записи за одно прерывание. Современные IDE/ATA диски позволяют передавать 16->32 сектора за "одно прерывание". Поскольку прерывания генерируются реже, снижается загрузка процессора и уменьшается доля команд в общем объеме передаваемых данных.

К каждому каналу IDE может быть подключено одно или два устройства. В современных компьютерах, как правило, устанавливается два канала IDE (что соответствует спецификации EIDE), хотя теоретически возможно установить до 4-х, что позволяет подключать 8 IDE устройств. Все каналы IDE являются равноправными. Использование системных ресурсов каналами приведено в таблице.

Ресурсы, используемые 3-м и 4-м каналами , могут конфликтовать с другими устройствами (так, IRQ 12 используется мышью PS/2, IRQ 10 - обычно занят сетевой картой).

Как было сказано выше, каждый канал IDE/AТА интерфейса поддерживает подключение двух устройств - master и slave. Конфигурация обычно задается перемычкой на задней стенке устройства. Кроме этих двух позиций там обычно присутствует и третья - cable select. Что же будет, если установить перемычку в это положение? Оказывается, для работы устройств в положении перемычки cable select требуется специальный Y-образный шлейф, центральный разъем которого подключается к системной плате. Крайние разъемы такого кабеля неравноправны - устройство, подключенное к одному разъему, автоматически становится master, к другому - slave (аналогично флопам А и В). При этом перемычки на обоих устройствах должны стоять в положении cable select. Основная проблема такой конфигурации в том, что она экзотична, хотя и является стандартной, и не всеми поддерживается, поэтому и Y-образный шлейф найти достаточно трудно (я, например, его не видел, да и вообще не совсем понятно, зачем это нужно).

Если не принимать во внимание эту экзотику, при конфигурировании IDE/ATA устройств необходимо помнить следующее:

· Каждый канал в каждый момент времени может обрабатывать только один запрос к одному устройству. Следующий запрос, пусть даже к другому устройству, будет ожидать завершения текущего. Разные каналы при этом могут работать независимо. Поэтому не стоит подключать два активно используемых устройства (например, два жестких диска), к одному каналу. В идеале каждое IDE-устройство стоит подключать к отдельному каналу (в этом, пожалуй, заключается основное преимущество SCSI).

· Практически все современные чипсеты поддерживают возможность использования различных режимов передачи данных для устройств, подключенных к одному каналу. Однако злоупотреблять этим все-таки не стоит. Два устройства, существенно различающихся по скорости, лучше все-таки разнести по разным каналам.

· Не рекомендуется подключать к одному каналу жесткий диск и ATAPI-устройство (например, CD-ROM). Как было сказано выше, протокол ATAPI использует другую систему команд, и, кроме того, даже самые быстрые ATAPI-устройства много медленнее жесткого диска, что может замедлить работу последнего.

Все вышесказанное, естественно, не является аксиомой, а лишь рекомендациями, основанными на здравом смысле и собственном опыте. Более того, тот же здравый смысл и опыт подсказывают, что если взять 4 IDE-устройства, то они на исправной плате будут работать всегда в любых сочетаниях и при минимуме усилий со стороны пользователя (см. выше, главное, чтобы они попарно были совместимы). И это одно из главных преимуществ IDE перед SCSI.

Интерфейс GPIB

Оборудование

Шина IEEE-488 и соответствующий протокол широко используются в программно-аппаратных комплексах для соединения персональных компьютеров и рабочих станций с измерительными инструментами (в частности, в системах сбора данных). Разработанный в 60-х годах в Hewlett-Packard, протокол изначально назывался HPIB (Hewlett-Packard Interace Bus, интерфейсная шина Hewlett-Packard). Впоследствии другие компании подхватили инициативу и начали использовать протокол для своих внутренних целей. Протокол был стандартизован американским Институтом инженеров электротехнической и электронной промышленности (IEEE) и переименован в IEEE-488 (по номеру стандарта) или GPIB (General Purpose Interface Bus, интерфейсная шина общего назначения) в середине 70-х годов. Аналогичный российский стандарт называется Канал Общего Пользования (КОП).

По мере проникновения принятого стандарта протокола в промышленность выяснилось, что конкретный порядок передачи команд по шине был недостаточно хорошо определен. Стандарт был пересмотрен и дополнен в 1987 году (добавлено описание протокола передачи). Новый стандарт содержит две части: IEEE-488.1, описывающую аппаратную часть и низкоуровненое взаимодействие с шиной, и IEEE-488.2, определяющую порядок передачи команд по шине. Стандарт IEEE-488.2 был еще раз пересмотрен в 1992 году.

Шина IEEE-488 -- это надежный и эффективный канал передачи данных. Простота использования, непрекращающееся развитие аппартной поддержки GPIB, разработка новых интерфейсных карточек и GPIB-совместимых инструментов ведут к неуклонному росту числа пользователей шины, несмотря на мощную конкуренцию со стороны архитектур VMEbus и FiberChannel. В последние несколько лет индустрия GPIB эволюционирует в направлении минимизации затрат на изготовление при сохранении базисной функциональности шины. Это достигается путем использования недорогих микроконтроллеров для реализации устройств типа "talker" и "listener" ("говорящий" и "слушающий", соответственно; о них ниже).

Поскольку шина IEEE-488 хорошо стандартизована и протестирована, большинство производителей автоматизированных измерительных систем и инструментов встраивают в свои изделия интерфейсы GPIB в качестве основного канала передачи данных.

Стандарт GPIB определяет три различных типа устройств, которые могут быть подключены к шине: "listener", "talker" и/или контроллер (точнее, устройства могут находиться в состоянии "listener" либо "talker" либо быть типа "контроллер"). Устройство в состоянии "listener" считывает сообщения с шины; устройство в состоянии "talker" посылает сообщения на шину. В каждый конретный момент времени в состоянии "talker" может быть одно и только одно устройство, в то время как в состоянии "listener" может быть произвольное количество устройств. Контроллер выполняет функции арбитра и определяет, какие из устройств в данный момент находятся в состоянии "talker" и "listener". К шине может быть одновременно подключено несколько контроллеров. В этом случае один из контроллеров (как правило, расположенный на интерфейсной карте GPIB) является ответственным контроллером (Controller-in-Charge, CIC) и делегирует по мере надобности свои функции другим контроллерам. Шина сконфигурирована таким образом, что одновременно может обслуживать до 15 клиентов с адресами от 0 до 30 включительно (адреса устройств не обязаны быть непрерывными, но во избежание конфликтов обязаны быть различными).

Шина состоит из 24 проводов.

Все сигнальные линии используют отрицательную логику: наибольшее положительное напряжение интерпретируется как логический "0", а наибольшее отрицательное -- как логическая "1". Конкретные значения напряжения определены стандартом IEEE-488.

Сигнальные линии шины относятся к одному из трех классов: линии данных, линии рукопожатия и линии управления интерфейсом. Для пересылки команд по шине используются восемь линий данных, причем старший бит (DIO8) в большинстве случаев игнорируется. Обратите внимание на тот факт, что линии данных пронумерованы от 1 до 8, а не от 0 до 7, как в большинстве других стандартов.

Три линии рукопожатия управляют передачей данных и команд и обеспечивают гарантированный прием данных всеми устройствами типа "listener" в надлежащее время.

Сигнал "Данные Готовы" ("Data Valid") используется устройством типа "talker" для оповещения устройств типа "listener" о том, что информация, подготовленная "talker'ом", выставлена на линиях данных и готова к приему.

Сигнал "Не Готов К Приему" ("Not Ready For Data") используется устройствами типа "listener" для того, чтобы сообщить устройству типа "talker" о том, что они не готовы к приему данных. В этом случае устройство типа "talker" прекращает обмен информацией до того момента, когда все устройства типа "listener" будут готовы к продолжению диалога. Сигнал "Не Готов К Приему" реализован по принципу "монтажное ИЛИ", что позволяет каждому взятому в отдельности устройству типа "listener" приостановить всю шину.

Сигнал "Данные Не Приняты" ("Not Data Accepted") используется устройствами типа "listener" и сообщает устройству типа "talker", что данные приняты всеми адресатами. Когда этот сигнал не активен, "talker" может быть уверен, что все клиенты успешно прочли данные с шины и можно приступать к передаче следущего байта данных. Процедура рукопожатия гарантирует, что скорость передачи данных по шине не превышает скорость их обработки самым медленным из клиентов. Имейте это ввиду, когда будете использовать GPIB для соединения устройств, работающих с разной скоростью! Линия "Данные Не Приняты" также организована как "монтажное ИЛИ".

Как нетрудно видеть, устройство типа "talker" помещает новые данные на шину только тогда, когда все устройства типа "listener" готовы к приему.

Пять линий управления интерфейсом сообщают устройствам, присоединенным к шине, какие действия предпринимать, в каком режиме находиться и как реагировать на команды GPIB. Контроллер шины использует линию "Внимание" ("Attention") для сообщения клиентам о том, что по шине идут команды, а не данные. Сигнал "Запрос Обслуживания" ("Service Request") доступен любому клиенту шины. По этому сигналу контроллер переводит, по возможности, подавшее его устройство в состояние "talker" и передает ему функции передачи данных. Сигнал "Очистка Интерфейса" ("Interface Clear") используется для инициализации или реинициализации шины. Сигнал "Разрешить Работу В Удаленном Режиме" ("Remote Enable") переводит устройство, подключенное к шине, в режим исполнения команд с шины (а не с контрольной панели) и обратно. Сигнал "Конец идентификации" ("End of Identify") используется "talker'ом" для идентификации конца сообщения. Контроллер выставляет этот сигнал для инициации параллельного опроса подключенных к шине устройств.

Для получения информации от устройств, подключенных к шине, и переконфигурации шины контроллер посылает команды пяти классов: "однобитная" ("Uniline"), "многобитная общего назначения" ("Universal Multiline"), "многобитная адресная" ("Address Multiline"), "многобитная групповая адресная передающая" ("Talk Address Group Multiline") и "многобитная групповая адресная приемная" ("Listen Address Group Multiline").

Интерфейсные карты GPIB существуют для шин PCI, PC Card (PCMCA), ISA, NuBus, Sbusи NECBus.

Высокоскоростной протокол GPIB (HS-488)

Так называемый высокоскоростной протокол GPIB (HS-488), предложенный фирмой National Instruments в 1996 году, позволяет увеличить пропускную способность шины до 8 мбайт/сек, используя стандартные кабели и аппаратную базу. HS-488 улучшает производительность шины путем устранения задержек, связанных с необходимостью дожидаться подтверждения в трехсигнальной схеме IEEE-488.1 (DAV/NRFD/NDAC), где максимальная пропускная способность не превышает 1,5 мбайт/сек. Не вдаваясь в подробности, отметим только, что за одну операцию "talker" посылает столько байт данных, сколько "listener" в состоянии принять, исходя из наличия свободных буферов.

Протокол HS-488 полностью совместим с существующими системами, основанными на IEEE-488.1, поэтому устройства обоих типов могут сосуществовать на одной шине. "Talker" инициирует передачу данных по протоколу HS-488 только в том случае, если "listener" в состоянии принять эти данные. Команды GPIB всегда передаются с использованием классического протокола IEEE-488.1.

Прошивка

Для общения друг с другом инструменты, удовлетворяющие стандарту IEEE-488.2, используют текстовые команды, состоящие из 7-битных символов (как и модемы!). Стандарт определяет минимальный набор возможностей, которыми должен обладать каждый инструмент, а именно: принимать и передавать данные, посылать запрос на обслуживание и реагировать на сигнал "Очистить Интерфейс".

Стандарт задает формат команд, посылаемых инструментам, и формат и кодировку откликов. Команды, как правило, являются аббревиатурами соответствующих слов английского языка. Команды-запросы снабжаются на конце вопросительным знаком. Все обязательные команды префиксируются астериском (*). Список наиболее часто используемых обязательных команд приведен в таблице.

Вторым компонентом системы команд GPIB является Стандарт Команд Программируемого Инструмента (Standard Commands for Programming Instruments, SCPI), принятый в 1990 году. Несмотря на то, что SCPI был разработан на основе стандарта IEEE-488.2, он может быть легко адаптирован для любой другой аппаратной базы.

SCPI определяет стандартные правила сокращения ключевых слов, используемых в качестве команд. Ключевые слова могут быть использованы либо в длинной (например, MEASure - измерить), либо в короткой прописной форме (MEAS).Команды в формате SCPI префиксируются двоеточием. Аргументы команд разделяются запятой.

Стандарт SCPI оперирует с моделью программируемого инструмента. Функциональные компоненты модели включают систему измерений (подсистемы "вход", "датчик" и "калькулятор"), систему генерации сигналов (подсистемы "калькулятор", "источник" и "выход") и подсистемы "формат", "показ", "память" и "тригер". Естественно, что у некоторых инструментов отсутствуют некоторые системы либо подсистемы. Например, осциллограф не имеет системы генерации сигналов, а программируемый генератор цифровых последовательностей - системы измерений.

Команды для работы с компонентами систем и подсистем имеют иерархический вид и состоят из подкоманд, разделенных двоеточиями. Рассмотрим в качестве примера команду, конфигурирующую цифровой мультиметр для измерения переменного напряжения величиной до 20 В с точностью 1 мВ: :MEASure:VOLTage:AC?20,0.001

· Двоеточие обозначает начало новой команды.

· Ключевые слова MEASure:VOLTage:AC сообщают мультиметру, что требуется произвести измерение переменного напряжения.

· Вопросительный знак сообщает мультиметру, что результат измерения должен быть возвращен компьютеру либо контроллеру.

· Числа 20 и 0.001, разделенные запятой, задают диапазон и точность измерения.

Программное обеспечение

Программные продукты для работы с шиной GPIB выпускаются в первую очередь компаниями National Instruments и Keithley Instruments, а также группой энтузиастов "Лабораторный проект для Линукс" (Linux Lab Project). Они доступны для операционных систем Mac OS (Макинтош), Windows NT/95/98/3.1 и Линукс (персональные компьютеры на базе процессора Intel), Солярис (Intel и Sun), HP-UX (рабочие станции Hewlett-Packard), IRIX (рабочие станции Silicon Graphics), AIX (рабочие станции IBM) и Digital Unix (рабочие станции DEC Alpha). Как правило, в пакет включается драйвер интерфейсной карты для соответствующей операционной системы, библиотека из около 40 стандартных функций (API) и программы для конфигурации и тестирования интерфейса.

Стандартные функции распадаются на несколько групп:

· функции конфигурации:

o ibask -- запросить текущую конфигурацию драйвера

o ibbna -- изменить адрес интерфейсной карты

o ibconfig -- задать конфигурацию драйвера

o ibdma -- разрешить/запретить прямой доступ в память

o ibeos -- разрешить/запретить останов чтения по символу конца строки

o ibeot -- разрешить/запретить сообщение о конце операции

o ibpad, ibsad -- изменить первичный/вторичный адрес устройства

o ibsrc -- запросить/уступить функции ответственного контроллера

o ibtmo -- изменить/запретить тайм-аут

· функции управления шиной:

o ibfind -- найти устройство с заданным именем, завести дескриптор устройства

o ibsic -- послать сигнал очистки интерфейса

o ibsre -- послать сигнал перевода в удаленный режим

o ibwait -- ждать события на шине

o ibcac, ibln, ibgts, iblines, ibloc, ibstop...

· функции управления устройствами:

o ibdev -- открыть и проинициализировать дескриптор устройства

o ibtrg -- инициировать операцию на устройстве

o ibclr, ibrsp, ibrpp, ibppc, ibpct, ibonl...

· функции ввода/вывода:

o ibrd -- считать данные с шины в буфер

o ibwrt -- высиавить данные из буфера на шину

o ibrda, ibrdf, ibwrta, ibwrtf...

· функции низкоуровневого ввода/вывода (ibcmd, ibcmda)

· функции "talker'а" и "listener'а" (ibist, ibsrv).

Рассмотрим в качестве примера простой фрагмент программы на языке "Си", который работает с цифровым логическим анализатором фирмы Hewlett-Packard HP-16500: инициализирует его, считывает 256 байт данных и затем отключает от шины. Как правило, при работе с аппаратными средствами диагностика ошибок по возможности должна сопровождать каждый вызов функции из библиотеки поддержки GPIB. Мы же ограничимся проверкой статуса лишь после наиболее критических операции: поиска устройства и считывания данных. Не забывайте, что многие устройства (например, тот же логический анализатор) возвращают целочисленные данные в так называемом сетевом формате, в котором старший бит числа находится в первом байте, а не во втором. В этом случае перед использованием "сырых" данных их необходимо перекодировать, используя, например, функцию ntohl().

2.8 Ранжирование материала по уровням сложности

3.1 Технология создания компьютерных тестов