Аппаратные интерфейсы ПК. Энциклопедия - Михаил Гук

Современные игровые устройства имеют свой интеллект (микроконтроллер) и подключаются к компьютеру цифровым интерфейсом — по шине USB или через СОМ-порт. Их функциональные возможности богаче, они позволяют устанавливать и двустороннюю связь с игроком (вводить механические воздействия).

Адаптер Game-порта имеет в пространстве ввода-вывода один регистр с адресом 201h, биты которого при чтении отображают состояние кнопок и компараторов аналоговых сигналов. Ввод дискретных сигналов от кнопок пояснений не требует. Упрощенная схема одного канала аналогового ввода приведена на рис. 8.19. В начале преобразования конденсатор разряжается через ключ, после чего начинается его заряд, скорость которого определяется величиной сопротивления датчика (чем больше сопротивление, тем медленнее заряд). Напряжение на конденсаторе контролируется компаратором, который срабатывает по достижении определенного уровня. Выходы компараторов всех четырех каналов преобразования, как и дискретные входы, собираются в регистр (см. ниже), который может быть программно считан. Преобразование выполняется чисто программно и начинается по выводу любого байта в регистр адаптера (201h), при этом биты 0–3 устанавливаются в единицу. Далее программа циклически выполняет чтение регистра адаптера и измеряет время до возврата в нулевое состояние бит 0–3, соответствующих четырем аналоговым каналам. Если аналоговый вход закорочен на шину GND или цепь измеряемого сопротивления разорвана, соответствующий бит не обнулится. Поэтому в программе преобразования должен быть предусмотрен тайм-аут. Для измеряемых сопротивлений в диапазоне 0-100 кОм время определяется по формуле

T(мкс)=24,2+11×R(кОм).

Точность и линейность преобразования невысока, преобразование выполняется не быстро (до 1,12 мс) и сильно загружает процессор. Однако в отличие от «настоящих» аналого-цифровых преобразователей, этот достается даром — игровой адаптер входит в состав практически всех комбинированных плат последовательных и параллельных портов и звуковых карт.

Рис. 8.19. Канал аналогового ввода

Порт имеет разъем-розетку DB-15S. Назначение выводов и соответствие сигналов битам регистра приведено в табл. 8.20. Резисторы подключаются к шине питания +5 В, кнопки — к шине GND (рис. 8.20). Замыканию кнопок соответствуют нули в битах 5–7. Аналоговые каналы можно использовать для дискретного ввода, если их входы подключить к кнопкам, замыкающим их на шину GND, и к резисторам, «подтягивающим» их к уровню + 5 В. Два джойстика (А и В) подключаются через Y-образный переходник-разветвитель. На звуковых картах через разъем «Game» вместе с джойстиками могут подключаться и внешние MIDI-устройства, используя специальный кабель-адаптер, обеспечивающий гальваническую развязку входного сигнала и ограничение выходного тока (см. рис. 8.18). Для интерфейса MIDI используются контакты 12 и 15, ранее предназначавшиеся для шин GND и +5V. Такое назначение делает безопасным подключение адаптера MIDI к «чистому» игровому порту и обычного джойстика к игровому порту с сигналами MIDI.

Таблица 8.20. Интерфейс игрового адаптера и MIDI

Бит Назначение Контакт 7 Джойстик В кнопка #2 14 6 Джойстик В кнопка #1 10 5 Джойстик А кнопка #2 7 4 Джойстик А кнопка #1 2 3 Джойстик В Y-координата (Y2) 13 2 Джойстик В X-координата (X2) 11 1 Джойстик А Y-координата (Y1) 6 0 Джойстик А X-координата (X1) 3 - GND 4, 5, (12) - +5 В 1, 8, 9, (15) - MIDI In (Rx) — вход (на звуковой карте) 15 - MIDI Out (Tx) — выход (на звуковой карте) 12

Рис. 8.20. Подключение датчиков к игровому адаптеру

Системную поддержку джойстика обеспечивает сервис BIOS Int 15h при AH=84h. При вызове в DX задается код подфункции:

♦ DX=0 — опрос кнопок, возвращает в AL[7:4] состояние кнопок (соответствует битам порта 201h);

♦ DX=1 — чтение координат X, Y джойстика А (в регистры АХ, BX) и В (в СХ, DX).

При ошибочном задании кода в DX устанавливается CF=1. Стандартный джойстик поддерживается и ОС Windows.

Глава 9

Интерфейсы устройств хранения

Устройства хранения данных — накопители на магнитных дисках (гибких и жестких, фиксированных и сменяемых), оптические диски CD и DVD, ленточные и твердотельные — подключаются к компьютеру самыми разнообразными способами. Первые устройства хранения в ПК — накопители на гибких магнитных дисках (НГМД) — подключались интерфейсным кабелем-шлейфом к контроллеру, отделенному от самих устройств. Этот специализированный интерфейс сохранился до сих пор, им подключают дисководы, требующие скорости передачи всего 500 Кбит/с (около 60 Кбайт/с). Скорость 1000 Кбит/с, требуемая для так и не распространившихся дисководов на 2,88 Мбайт, осталась невостребованной. К интерфейсу дисководов подключали и старые стриммеры (очень тихоходные). Аналогичный интерфейс поначалу использовался и для подключения винчестеров (так называемых MFM и RLL), по нему передавались «сырые» данные записи чтения с головок диска, правда, усиленные. Позже накопители слегка «интеллектуализировали», и появился (ненадолго) интерфейс дисков ESDI, обеспечивающий скорость передачи данных аж 1 Мбайт/с. Однако вскоре контроллер полностью переселился на само устройство, да еще и с собственной буферной памятью (сначала на один сектор, а потом объем стал стремительно расти), и из внешнего интерфейса устройства хранения ушла вся специфика, связанная с магнитной записью и воспроизведением данных. Так появились устройства с интерфейсом ATА, начавшим свою историю в 1988 г. и ставшим в наши дни самым распространенным. Для устройств, логически отличающихся от жестких дисков — оптических, магнитооптических, ленточных и любых других, — в 1996 г. была принята спецификация ATAPI. Это пакетное расширение интерфейса, которое позволяет передавать по шине ATA устройству блоки командной информации, структура которых была позаимствована из SCSI. Потолок скорости ATA — 100 Мбайт/с (Ultra DMA Mode 5). Интерфейс ATA имеет уже вполне видимую границу по адресации около 137 Гбайт, в AT API используется принятая в SCSI 32-битная адресация, позволяющая адресовать до 2 Тбайт (при 512-байтном блоке). Дальнейшее развитие интерфейса — Serial ATA; здесь повышается скорость обмена с устройством, решается проблема одновременной работы с несколькими устройствами, значительно расширяются возможности адресации.

Для устройств хранения используют и универсальные интерфейсы, первым конкурентом ATA является шина SCSI, как в параллельном варианте так и в последовательном (FCAL). Примерно при тех же скоростях обмена SCSI позволяет эффективно работать с несколькими устройствами на одной шине, которая во время выполнения команды с длительной фазой ожидания данных свободна для обмена с другими устройствами. В отличие от сугубо внутренней шины ATA, SCSI позволяет подключать и внешние устройства. Для внешних устройств хранения с успехом применяются и шины USB, реже Fire Wire, а также подключение к LPT-порту.

9.1. Интерфейс НГМД

Накопители на гибких магнитных дисках (НГМД) подключаются к контроллеру через специальный стандартный интерфейс. Основные функции по управлению НГМД, а также кодирование-декодирование данных выполняет контроллер, расположенный на большинстве современных системных плат. Раньше контроллер часто выносили на специальную карту расширения («в компании» с интерфейсом НЖМД). На плате электроники, установленной на корпусе НГМД, расположены только схемы приводов двигателей, усилители-формирователи сигналов записи и считывания и формирователи сигналов от датчиков.