Пауль Хоровиц - Искусство схемотехники. Том 2 [Изд.4-е]

Драйверы. Компьютерный мир полон разнообразия — каждый месяц мы сталкиваемся с новинками технологии в области запоминающих устройств (магнитных, оптических), принтеров (лазерные, электролюминесцентные), сетей и проч. Различное электронное оборудование требует и различных управляющих сигналов с разными требованиями к временной синхронизации и т. д. Это могло бы привести к серьезным программным трудностям, так как программное обеспечение, разработанное, например, для матричного принтера, абсолютно не годилось бы для лазерного наборного автомата.

Решение лежит в использовании драйверов, специальных программ, предназначенных для организации единого программного интерфейса с разнообразным оборудованием. Так, например, наборный язык ТЕХ создает файлы в формате dvi (device-independent-не зависящий от устройств); драйвер принтера (специфический для каждого используемого вами принтера) пережевывает файл dvi и выплевывает соответствующие принтерные коды, заставляющие принтер работать должным образом. ТЕХ может работать с любым принтером, если только к этому принтеру у вас есть «dvi-транслирующий» драйвер. Сказанное относится и к устройствам массовой памяти, таким, как дисководы дисков; в результате вы можете взять любой из имеющегося на рынке множества дисков и подключить его к любому компьютеру — типа PC или Macintosh или с системой UNIX.

Драйверы являются частью системного программного обеспечения и средний пользователь компьютера может и не подозревать об их функционировании. Если, однако, вы разрабатываете новое оборудование для компьютера, вы, скорее всего, вскоре станете экспертом по драйверам, так как для того, чтобы заставить вашу аппаратуру играть заодно со всей остальной командой, вам придется написать для нее ваши собственные драйверы.

Принципы передачи данных 

Простая вычислительная система обычно комплектуется устройствами массовой памяти (диски, ленты), интерактивными устройствами (алфавитно-цифровой терминал), а также устройствами для получения твердой копии (принтеры, плоттеры). Кроме того, в систему может входить модем (модулятор-демодулятор), чтобы компьютер мог «позвонить» другому компьютеру по обычной телефонной линии. Наконец, все более популярными становятся локальные вычислительные сети (ЛВС). Включив компьютер в ЛВС, вы получите доступ к файлам, хранящимся на остальных компьютерах сети и, кроме того, право совместного использования дорогостоящих ресурсов (больших дисков, ленточных магнитофонов, принтеров и наборных машин). Во всех этих случаях ваш ЦП должен пересылать данные. Посмотрим, как это делается.

Несовместимость. В мрачные времена компьютерного средневековья (скажем, до 1975 г.) ситуация была довольно унылой. Каждое семейство компьютеров использовало собственную структуру магистрали и собственный протокол обмена (не говоря уже о языках программирования). Вы покупали (или иногда делали) интерфейсные платы, подходящие к данному компьютеру и связывали эти платы с самими периферийными устройствами самодельными кабелями. Такая всеобщая несовместимость распространялась и на сами периферийные устройства: ленточный магнитофон нельзя было подключить к интерфейсу диска, а терминал — к интерфейсу плоттера и т. д. Дело осложнялось еще и тем, что периферийные устройства, выпускаемые разными производителями, часто использовали разные сигналы и соглашения для передачи данных и были несовместимы «на уровне разъемов».

Совместимость. В какой-то степени отмеченная выше несовместимость была неизбежна, так как с целью повышения производительности различные периферийные устройства по-разному пересылают свои данные. Например, магнитный диск для передачи слов с высокой скоростью использует параллельный формат шириной 1 байт, а соответствующий интерфейс, как отмечалось выше, должен обладать прямым доступом к памяти; в противоположность этому клавиатура терминала передает данные в стандартном бит — последовательном алфавитно-цифровом формате с использованием более простого программного ввода-вывода по прерываниям. Хотя какая-то доля этой несовместимости сохранилась и до настоящего времени, в целом ситуация существенно улучшилась, так как большая часть выпускаемого оборудования использует ограниченное число общепринятых стандартов на передачу данных. Появление компьютеров IBM PC привело к определению магистрали и долгожданных форматов для малых машин, в то время как высокопроизводительные магистрали общего назначения вроде VME или Multibus стали основой ряда других компьютеров. Многие фирмы выпускают интерфейсы для этих магистралей (да и для других, вроде Q-bus машин фирмы DEC), что существенно упростило их использование. Что еще более важно, производители периферийного оборудования договорились об ограниченном числе стандартизованных «кабельных интерфейсов». Наиболее важными являются (а) последовательный формат RS-232, обычно используемый с алфавитно-цифровыми данными в коде ASCII; (б) формат Centronics для параллельного принтера; (в) параллельная магистраль SCSI; (г) магистраль IPI; и (д) приборная магистраль IEEE-488 (GPIB).

Рассмотрим эти стандарты, заключив главу кратким обсуждением двух популярных локальных сетей, Ethernet и локальной сети с маркерным кольцом.

Как уже упоминалось, передача алфавитно-цифровой информации между компьютером и устройствами с умеренным быстродействием чаще всего выполняется с помощью 7-бит кода ASCII (American Standard Code for Information Interchange — американский стандартный код для обмена информацией), при бит-последовательной передаче по единственной линии.

В табл. 10.3 представлен список 7-бит кодов. Устройства, обменивающиеся данными с помощью последовательной ASCII-передачи, почти всегда посылают 8 бит, но этот 8-й бит не является частью кода ASCII; часто он представляет бит аппаратного контроля четности (иногда четности, иногда нечетности, хотя чаще всего он устанавливается в 0 и игнорируется), но иногда этот бит используется как «мета-клавиша» регистра для образования дополнительных 128 символов, которые могут быть греческими буквами, альтернативным шрифтом и д. Для этих дополнительных символов не существует стандарта.[10] (Восьмой бит используется и в тех случаях, когда по последовательной связи передаются двоичные данные; это, однако, не всегда возможно, так как для аппаратуры последовательной связи столь привычно отбрасывать этот 8-й бит при передаче кодов ASCII, что она может не допустить его использования в качестве элемента данных.)

Несколько замечаний по поводу таблицы кодов ASCII. Буквы верхнего регистра (прописные) начинаются с кода 40Н; установка в 1 бита 5 генерирует соответствующие буквы нижнего регистра (строчные). Код ASCII цифры равен самой цифре плюс 30Н. Первые 32 символа ASCII являются «неотображаемыми», управляющими символами. Некоторые из них достаточно важны, чтобы удостоиться собственных клавиш на клавиатуре, например CR (клавиша «возврата каретки», которая может называться return — возврат, поскольку у клавиатур отсутствует каретка), BS (backspace — возврат на шаг), НТ (tab — табуляция) и ESC (escape — выход). Любые управляющие символы, включая и перечисленные выше, можно ввести, нажав (и не отпуская) клавишу CTRL и введя соответствующую букву на верхнем регистре; например, CR эквивалентно CTRL-M (попробуйте это на своем компьютере). Управляющие символы используются для управления печатью или выполнением программ; они могут также восприниматься в качестве управляющих программ, которые предназначены для обработки алфавитно-цифровых символов, например, программами редакторов.

Помимо отмеченных выше, к важным символам можно отнести: NUL (ноль), символ, состоящий из одних двоичных нулей, и используемый иногда для разделения символьных строк; FF (Form Feed — перевод страницы), которым начинается новая страница; EXT (End of Text — конец текста, нежно называемый «control С»), который воспринимается многими операционными системами, как команда завершения текущей программы; DC3 (control S), используемый в качестве «мягкого рукопожатия» для приостановки последовательной передачи; DC1 (control Q), символ, возобновляющий передачу. К сожалению, в таблице кодов ASCII отсутствуют индексы, показатели степени, а также греческие буквы и научные знаки. Было бы полезно иметь по меньшей мере знаки π, μ, Ω и символ градусов (°), которые часто встречаются в технических текстах. Разумеется, с помощью управляющих символов (или их последовательности) можно указать на необходимость смены шрифта или алфавита. Так обычно и делают в текстовых процессорах, где после ввода управляющего символа программа форматирования воспринимает последующие символы ASCII по-иному. Возможно, такой подход является наилучшим решением проблемы, так как при работе с техническими текстами вряд ли вам надолго хватит одного фиксированного набора ASCII-символов, даже очень большого.