Please purchase PDF Split-Merge on www.verypdf.com to ... - Patrz

,. 

<strong>Please</strong> <strong>purchase</strong> <strong>PDF</strong> <strong>Split</strong>-<strong>Merge</strong> on www.verypdf.com to remove this watermark. 

"- 

. ' .. .:.}" 

.. 

jI. 1 

] 

I, 

J

KRZYSZTOF WOJTUSZKIEWICZ 

URZADZENIA TECHNIKI 

KOMPUTEROWEJ 

Czesc II 

URZADZENIA. 

PERYFERYJNE 

I INTERFEJSY 

<strong>Please</strong> <strong>purchase</strong> <strong>PDF</strong> <strong>Split</strong>-<strong>Merge</strong> on www.verypdf.com to remove this watermark.

Projekt okladki: Grzegorz Lawniczak 

Autor zdjec: Piotr Jeszke 

Redakcja: Justyna Domaslowska-Szulc 

Sklad komputerowy: Dorota Swistak 

Ksiazka przeznaczona jest dla sluchaczy szkól policealnych o specjalnosci 

technik informatyk, dla uczniów technikum o specjalnosci systemy 

mikroprocesorowe oraz dla kazdego, kto jest zainteresowany tym jak dzialaja 

urzadzenia zewnetrzne komputera. W pierwszej czesci ksiazki omówiono 

urzadzenia wewnetrzne i ich powiazania. 

Na wstepie autor omawia podstawy komunikacji z urzadzeniami 

peryferyjnymi. Nastepnie zajmuje sie prezentacja monitorów, kart graficznych, 

dysków, napedów CD-ROM i DVD, drukarek, skanerów, modemów 

i zasilaczy UPS. Prócz urzadzen prezentowane sa interfejsy. Ksiazka obejmuje 

magistrale AGP, interfejsy EIDE i SCSI, Centronics, ECP, EPP, RS 232C oraz 

magistrale USB. 

Autor jest pracownikiem Elektronicznych Zakladów Naukowych we 

Wroclawiu i wieloletnim wykladowca przedmiotu "Urzadzenia techniki 

komputerowej" . 

Zastrzezonych nazw fmn i produktów uzyto w ksiazce wylacznie w celu 

identyfikacji. 

Copyright © Wydawnictwo MIKOM 

Wszystkie prawa zastrzezone. Reprodukcja bez zezwolenia zabroniona. 

Wydawca: 

Wydawnictwo MIKOM, 

Druk: 

ZWP "HEL", ul. Grenadierów 77, Warszawa, tel. 810-12-71 

ISBN 83-7158-229-3 

Warszawa, styczen 2000 


Spis tresci 

Przedmowa 7 

Podziekowania 8 . 

Wstep 9 

l. Urzadzenia peryferyjne i uklady wejscia/wyjscia 11 

Wstep·.···.······································ ·..· 11 

1.1. Przyczyny stosowania ukladów wejscia/wyjscia 11 

Czesc l. Podstawowe urzadzenia peryferyjne 17 

2. Monitory i adaptery graficzne 19 

2.1. Zasada dzialania monitora 19 

2.2. Inne rodzaje ekranów 25 

2.3. Budowa i dzialanie adapterów graficznych 26 

2.3.1. Schemat blokowy prostej karty graficznej 27 

2.3.2. Praca karty graficznej w trybie tekstowym 28 

2.3.3. Praca karty graficznej w trybie graficznym 31 

2.3.3.1. Karta EGA 32 

2.3.3.2. Karta VGA 33 

2.3.4. Karty SVGA 37 

2.3.5. Zestawienie wlasnosci podstawowych kart graficznych 39 

2.3.6. Kartyakceleratorowe i koprocesorowe 40 

2.4. Grafika trójwymiarowa i magistrala AGP 42 

2.4.1. Grafika trójwymiarowa 42 

2.4.2. Magistrala AGP 46 

2.4.2:1. Wlasciwosci magistrali AGP 46 

2.4.2.2. Wybrane zagadnienia zwiazane z dzialaniem magistrali 

AGP 48 

3. Dyski twarde i elastyczne 51 

3.1. Zasada zapisu informacji na nosnikach magnetycznych 51 

3.1.1. Fizyczna zasada zapisu na nosnikach magnetycznych 51 

3.1.2. Sposoby kodowania informacji przy zapisie magnetycznym 53 


4 Urzadzenia peryferyjne i interfejsy 

3.2. Dyski elastyczne i ich interfejs 56 

3.2.1. Budowa mechaniczna napedu dysku elastycznego 57 

3.2.2. Interfejs dysków elastycznych 58 

3.2.3. Fizyczna struktura zapisu na dyskietce 60 

3.2.4. Logiczna struktura dyskietki dla systemu plików FAT 63 

3.3. Dyski twarde 67 

3.3.1. Budowa mechaniczna dysku twardego 67 

3.3.2. Struktura fizyczna i logiczna dysku twardego 70 

3.3.2.1. Adres sektora fizycznego 71 

3.3.2.2. Adres sektora logicznego 71 

3.3.2.3. Adresowanie numerem klastera 73 

3.3.2.4. Master Boot Record (glówny rekord ladujacy) i tablica 

partycji 73 

3.3.2.5. Rekord ladujacy 75 

3.3.2.6. Tablica rozmieszczenia plików (FAT) 75 

3.3.2.7. Katalog glówny 76 

3.3.2.8. Obszar danych 76 

3.3.3. Profilaktyka dysku twardego 76 

3.4. Interfejsy dysków twardych 77 

3.4.1. Interfejs (E) IDE 77 

3.4.1.1. Podstawy dzialania interfejsu IDE 77 

3.4.1.2. Rodzaje i oznaczenia interfejsu IDE, ograniczenia wielkosci 

dysków 80 

3.4.1.3. Tryby transmisji 83 

3.4.1.4. Perspektywy rozwoju IDE 85 

3.4.2. interfejs SCSI. : 86 

3.4.2.1. Podstawowe wiadomosci o SCSI 86 

3.4.2.2. Wersje elektryczne magistrali SCSI 88 

3.4.2.3. Protokól magistrali 90 

3.5. Podsumowanie 91 

4. CD-ROM, DVD inapedy magnetooptyczne 93 

Wstep 93 

4.1. CD-ROM 93 

4.1.1. Budowa CD-ROM-u i zasada zapisu 94 

4.1.1.1. Kodowanie informacji 96 

4.1.2. Format zapisu 98 

4.1.2.1. Fizyczny format zapisu 98 

4.1.2.2. Logiczny format zapisu 98 

4.1.3. Nagrywarki CD-R i CD-RW 99 


Spis tresci 

4.2. 

4.3. 

Napedy DVD 100 

Napedy magnetooptyczne 101 

5. Klawiatura i mysz 105 

Wstep 105 

5.1. Klawiatura "105 

5.2. Mysz 107 

5.3. Inne odmiany myszy ~ 109 

6. Standardy interfejsu szeregowego i równoleglego 111 

Wstep 111 

6.1. Standard RS 232C 111 

6.1.1. Transmisja szeregowa asynchroniczna (startowo-stopowa) 112 

6.1.2. Parametry elektryczne interfejsu RS 232C 114 

6.1.3. Sygnaly sterujace interfejsu RS 232C 115 

6.1.4. Polaczenie dwóch urzadzen typu DTE 117 

6.2. Magistrala USB 118 

6.2.1. Skladniki magistrali USB 119 

6.2.2. Zasada dzialania magistrali USB 121 

6.2.2.1. Typy transmisji na USB 122 

6.2.2.2. Realizacja transmisji 122 

6.2.2.3. Kodowanie sygnalu i rozwiazania elektryczne 122 

6.2.2.4. Topologia polaczen 124 

6.3. Standardy lacza równoleglego 125 

6.3.1. Interfejs Centronics 125 

6.3.2. Tryby ECP i EPP 126 

6.3.2.1. ECP 127 

6.3.2.2. EPP : 128 

Czesc II. Dodatkowe urzadzenia peryferyjne 129 

7. Drukarki i plotery 131 

Wstep 131 

7.1. Drukarki 131 

7.2. Platery 134 

8. Skanery i digitizery 137 

Wstep 137 

8.1. Skanery 137 

8.2. Digitizery 140 


5 

Jl.!


9. Modemy. o •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 143 

Wstep 143 

9.1. Transmisja informacji cyfrowej przez siec telekomunikacyjna 143 

9.1.1. Zasada przesylania informacji 143 

9.1.2. Rodzaje modulacji 144 

9.1.2.1. Kluczowana modulacja czestotliwosci - FSK 145 

9.1.2.2. Róznicowa kluczowana modulacja fazy - DPSK 145 

9.1.2.3. Modulacja QAM 147 

9.1.3. Rodzaje transmisji.. 148 

9.2. Schemat blokowy i zasada dzialania modemu 148 

9.3. Protokoly i standardy zwiazane z modemami 150 

10. UPS -y ..............•..•.. o ••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• o •••••••••••• o ••••••• o •••••• 153 

Wstep 153 

10.1. Zadania i schemat blokowy UPS-a 153 

10.2. Parametry uzytkowe UPS-ów 156 

10.3. Oprogramowanie 156 

11. Karty dzwiekowe 0 •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 157 

Wstep 157 

11.1. Cyfrowy zapis i synteza dzwieku :: 157 

11.2. Schemat blokowy i zadania karty dzwiekowej 162 

Bibliografia ..o •• o o ••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• o •• 163 

Skorowidz o ••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• o ••••••••• 165 


Przedmowa 

Niniejsza ksiazka jest druga czescia podrecznika poswieconego urzadzeniom 

techniki komputerowej. Pierwsza czesc nosila tytul "Jak dziala komputer". Staralem 

sie w niej wyjasnic dzialanie podstawowych ukladów i urzadzen komputera tworzacych 

jednostke centralna, takich jak procesory, pamieci czy tez plyty glówne. Niniejsza 

czesc nosi tytul "Urzadzenia peryferyjne i ich interfejsy", poniewaz omawia 

budowe i zasade dziania urzadzen pozwalajacych komunikowac sie jednostce centralnej 

z otoczeniem. Podobnie jak poprzednio, staralem sie ujac temat w nieco inny sposób 

niz jest to czynione w pozostalych ksiazkach. Nie unikajac nowosci, glówny 

nacisk kladlem na zrozumienie zasady dzialania i powiazan pomiedzy urzadzeniami. 

Sadze, ze relacje te sa bardzo logiczne i uwazna ich analiza pozwoli zrozumiec prace 

nawet z pozoru skomplikowanych urzadzen. Konkretne zalecenia, jak przykladowo 

zamontowac karte rozszerzen czy ustawic na niej zworki znajdziecie Panstwo w wielu 

innych ksiazkach a najpewniej w instrukcji uzytkownika karty. 

Material ksiazki obejmuje zakres tematyczny drugiego semestru przedmiotu 

"Urzadzenia techniki komputerowej" wykladanego na policealnych studiach zawodowych 

o specjalnosci technik informatyk. Znaczna czesc materialu przyda sie takze 

uczniom techników zajmujacym sie systemami mikroprocesorowymi i urzadzeniami 

peryferyjnymi. 

Na zakonczenie pragnalbym jeszcze raz prosic o nadsylanie na nizej podane adresy 

wszelkich uwag, szczególnie krytycznych, gdyz pozwola one ulepszyc ewentualne 

przyszle wydania ksiazki. Szczególnie cenny bylby dla mnie kontakt z kolegami 

po fachu, wykladajacymi przedmiot "Urzadzenia techniki komputerowej". 

Korespondencje mozna nadsylac na adres: 

• Krzysztof W ojtuszkiewicz 

Elektroniczne Zaklady Naukowe 

ul. Ostrowskiego 22 

53-238 Wroclaw 

• e-mail: kawojt@masters.ckp.pl 

Krzysztof Wojtuszkzewicz 


Podziekowania 

Marcinowi i Ani 

za cierpliwosc i wyrozumialosc 

Pragne w tym miejscu podziekowac wszystkim, którzy swoimi uwagami i dyskusja 

przyczynili sie do powstania tej ksiazki. Dziekuje takze pani dr Grazynie Zurkowskiej-Krakowskiej 

z wydawnictwa Mikom za zyczliwe wsparcie i wyrozumialosc przy 

wspólpracy ze mna. ! 

Jeszcze raz chcialbym podziekowac moim sluchaczom zarówno w Elektronicznych 

Zakladach Naukowych, jak i w Policealnym Studium Zawodowym Copemicus 

za wspólprace. Wasze pytania i uwagi pozwolily mi ulepszyc tresc ksiazki. 

Chcialbym takze zlozyc podziekowania firmie OrCAD za wyrazenie zgody na 

uzycie ich programu do utworzenia czesci rysunków. Wszystkie przebiegi analogowe 

w rozdzialach od 9 do 11 zostaly uzyskane droga symulacji komputerowej za pomoca 

programu PSpice wlasnie firmy OrCAD. 

Krzysztof Woj tuszkiewicz 


Wstep 

Druga czesc podrecznika "Urzadzenia techniki komputerowej" poswiecilem 

urzadzeniom peryferyjnym i ukladom, które zapewniaja poprawna ich wspólprace 

z systemem. Urzadzenia peryferyjne umozliwiaja wprowadzanie badz wyprowadzanie 

informacji, czyli komunikacje komputera ze "swiatem zewnetrznym". Czesc z nich 

jest wrecz niezbedna do prawidlowego i efektywnego dzialania systemu, inne potrzebne 

sa przy realizacji okreslonych zadan. Dla tego tez niniejsza ksiazke podzielilem 

na dwie czesci. Pierwsza z nich, zatytulowana "Podstawowe urzadzenia peryferyjne", 

omawia urzadzenia majace kluczowe znaczenie dla efektywnego dzialania 

systemu. Czesc z nich jest wrecz niezbedna, inne wystepuja w wiekszosci systemów. 

Wybór jest byc moze nieco arbitralny, lecz jezeli nie jest zgodny z czyims przekonaniami, 

prosze o potraktowanie go jako subiektywnego spojrzenia na komputer autora 

ksiazki. Po wstepie, który przedstawia ogólna koncepcje sposobu podlaczenia urzadzen 

peryferyjnych do systemu, w czesci pierwszej przedstawiam kolejno: monitory 

i karty graficzne oraz dyski i ich interfejsy. Obydwa typy urzadzen sa praktycznie 

niezbedne do dzialania autonomicznego komputera. Kolejnymi omawianymi urzadzeniami 

sa napedy CD-ROM, DVD i napedy magnetooptyczne. Przy objetosci wspólczesnych 

programów szczególnie pierwsze nabraly duzego znaczenia. Na koniec 

omawiam kolejno klawiature, mysz oraz interfejsy szeregowe i równolegle. 

W drugiej czesci ksiazki przedstawiam urzadzenia wybrane sposród pozostalych 

urzadzen peryferyjnych. Kolejno omawiane sa drukarki i plotery, skanery i digitizery, 

modemy, UPS-y i karty dzwiekowe. Czesc druga jest zdecydowanie mniej szczególowa 

niz pierwsza. W przypadku kazdego urzadzenia staram sie wyjasnic zasade jego_ 

dzialania ze szczególnym uwzglednieniem tych zjawisk, które wplywaja na parametry 

urzadzenia. Podaje tez podstawowe parametry uzytkowe kazdego z nich. 

Czytelników zainteresowanych bardziej szczególowym opisem dzialania omawianych 

urzadzen zachecam do studiowania pozycji podanych w bibliografii. Duzo 

z nich jest co prawda w jezyku angielskim, lecz bariere te warto przelamac (szczególnie 

dotyczy to informatyków). Ta droga uzyskuje sie bowiem dostep do duzej ilosci 

interesujacych informacji. 

Zycze milej lektury i mam nadzieje, ze ksiazka ta spelni przynajmniej czesc 

oczekiwan czytelników. 

Krzysztof Wojtuszkiewicz 


l. Urzadzenia peryferyjne i uklady 

wejscia/wyjscia 

~ Ten rozdzial 

Rozdzial pierwszy opisuje koncepcje podlaczenia i wspólpracy urzadzen peryferyjnych 

z systemem . 

..o. Nastepny rozdzial 

Rozdzial drugi przedstawia budowe i dzialanie monitorów oraz adapterów graficznych. 

Wstep 

Urzadzeniami peryfelyjnymi komputera nazywamy urzadzenia zapewniajace jego 

komunikacje z otoczeniem badz jego urzadzenia wykonawcze. Przykladami urzadzen 

peryferyjnych sa: monitor, drukarka, klawiatura, mysz, ploter i stacja dysków. Nazwa 

unadzenia pelyfelyjne moze byc nieco mylaca, gdyz sugeruje umieszczenie tych 

urzadzen poza komputerem, co nie zawsze jest prawda (przyklad: stacje dysków). 

Urzadzenia peryferyjne nie komunikuja sie z systemem bezposrednio, lecz za pomoca 

specjalnych ukladów zwanych interfejsem badz sterownikami (kontrolerami) tych 

urzadzen. Z punktu widzenia systemu uklady te stanowia uklady wejscia/wyjscia 

(patrz czesc I, rozdz. 4). 

1.1. Przyczyny stosowania ukladów wejscia/wyjscia 

Przyczyny, dla których uklady wejscia/wyjscia musza istniec sa nastepujace: 

• format informacji dostarczanej przez system jest rózny od formatu informacji 

wykorzystywanej przez urzadzenie peryferyjne 

• parametry elektryczne sygnalów w systemie i urzadzeniu peryferyjnym sa rózne 

• wystepuje róznica w szybkosci transmisji informacji. 


12 

Urzadzenia peryferyjne i interfejsy 

Przykladem pierwszej z wymienionych przyczyn moze byc wspólpraca monitora 

z komputerem, co jest zilustrowane na rysunku 1.1. 

Informacja w pamieci wideo 

(kody ASCII wyswietlanego tekstu) 

Ala 

Uklad zmieniajacy 

(dostosowujacy) 

postac informacji 

Karta 

graficzna 

.1 

Rodzaj informacji dla monilora 

(sygnaly sterujace) 

I Odchylanie poziome 

Odchylanie pionowe 

Rysunek 1.1. Informacja graficzna w systemie i sygnaly wymagane przez monitor . 

Informacja przygotowana przez system jest tresc wyswietlanego obrazu (tekst, 

jak w przykladzie lub grafika). Informacja (sygnaly) wymagana przez monitor to jasnosc 

swiecenia plamki oraz sygnaly synchronizujace ruch plamki w poziomie i pionie 

(dokladniejsze wyjasnienie zasady dzialania monitora znajduje sie w rozdziale 2). 

Sygnaly potrzebne do wysterowania monitora wytwarzane sa przez karte graficzna na 

podstawie informacji z systemu o tresci obrazu. Jest wiec ona ukladem wejscia/wyjscia 

dla monitora, przeksztalcajacym informacje dostarczana przez system na sygnaly 

potrzebne do jego wysterowania. 

Przykladem ilustrujacym druga z wymienionych przyczyn moze byc standard 

interfejsu szeregowego RS 232C. Od strony systemu dostarczane sa do niego tak zwane 

sygnaly TTL-owe, w przypadku których zeru logicznemu odpowiadaja napiecia od 

okolo O do 1,4 wolta, zas jedynce logicznej od 2,4 do 5 woltów. Poziomy logiczne 

sygnalu wyjsciowego wymagane przez urzadzenia dolaczone do interfejsu RS 232C sa 

zupelnie inne. Zeru logicznemu odpowiadaja napiecia dodatnie wybrane z zakresu od 

3 do 15 woltów, zas jedynce logicznej napiecia ujemne od -3 do -15 woltów. Przy 

wprowadzaniu badz wyprowadzaniu informacji przez interfejs RS 232C istnieje wiec 

potrzeba dokonania translacji napiec poziomów logicznych. Dokonuja tego uklady 

interfejsu RS 232C. 

Przykladem do ostatniej podanej przyczyny moze byc wspólpraca zewnetrznego 

modemu polaczonego z komputerem za pomoca wspomnianego wyzej interfejsu RS 

232C. Komputer potrafi przekazywac informacje do modemu ~ znacznie szybciej niz 

modem jest ja w stanie przesylac do sieci telekomunikacyjnej. Gdyby wiec nie bylo 

mozliwosci sterowania przebiegiem transmisji pomiedzy komputerem a modemem, to 

po przepelnieniu bufora modemu dalsza informacja bylaby tracona. Interfejs RS 232C 


Urzadzenia peryferyjne i uklady wejscia/wyjscia 13 

posiada jednak sygnaly pozwalajace wstrzymac transmisje pomiedzy modemem a komputerem, 

co pozwala zapobiec powyzszej sytuacji. 

Opisujac wiec wspólprace urzadzen peryferyjnych z systemem mikroprocesorowym 

(czytaj komputerem),_ a dokladniej z mikroprocesorem i pamiecia mozemy od 

strony sprzetowej wyróznic trzy elementy: mikroprocesor i pamiec, uklad wejscia/ 

wyjscia bedacy interfejsem i urzadzenie peryferyjne. Opisana sytuacje przedstawia 

rysunek 1.2. 

Mikrap-rocesor 

Pamiec 

Uklad::: • 

wejscia 

Iwyjscia 

Urzadzenie 

peryferyjne 

Rysunek 1.2. Koncepcja podlaczenia urzadzenia peryferyjnego do systemu 

Wiadomo jednak (patrz "Urzadzenia techniki komputerowej - Jak dziala komputer"), 

ze wszystko co dzieje sie w komputerze (byc moze z wyjatkiem awarii), jest wynikiem 

wykonywania pewnego programu. Innymi slowy, do poprawnej pracy komputera 

potrzebny jest zarówno sprzet (ang. hardware), jak i oprogramowanie (ang. software). 

Dotyczy to oczywiscie takze obslugi urzadzen peryferyjnych. Sprzetem sa tu uklady 

wejscia/wyjscia lub inaczej interfejs danego urzadzenia. Oprogramowaniem sa tak zwane 

sterowniki programowe. W celu unikniecia klopotów jezykowych w dalszej czesci 

ksiazki bedziemy trzymac sie nastepujacej konwencji: sterownik programowy (program 

obslugi) okreslany bedzie mianem sterownika; sterownik sprzetowy (uklad lub urzadzenie 

elektroniczne) to kontroler (unikniemy dzieki temu fragmentów zdan w rodzaju 

"Sterownik (programowy) sterownika dysku twardego (urzadzenia elektronicznego)". 

Jak mówilismy, kazde urzadzenie peryferyjne musi korzystac z okreslonego 

ukladu wejscia/wyjscia (interfejsu). Nie oznacza to jednak, ze uklad taki zawsze znajduje 

sie na karcie montowanej w gniezdzie rozszerzajacym. Rozwiazanie takie zapewnia 

wieksza elastycznosc budowy komputera, o czym pisalismy w pierwszej czesci 

podrecznika, lecz nie jest konieczne. Interfejsy bardzo popularne i czesto spotykane 

mozna, i czesto tak sie robi, umieszczac bezposrednio na plycie glównej. Przykladami 

moga byc: sterownik klawiatury, porty szeregowe (RS 232C), równolegle czy 

tez interfejsy dysków elastycznych lub dysków twardych (zarówno EIDE, jak i rzadziej 

spotykany SCSI). Nieco podobnie ma sie rzecz ze sterownikami (programowymi). 

Sterowniki popularniejszych, standardowych urzadzen sa elementami systemu 

operacyjnego lub BIOS-u i czesto sa instalowane automatycznie. Urzadzenia nowe 



badz nietypowe wymagaja sterowników dostarczonych przez producenta (na dyskietce 

lub CD-ROM-ie). Podkreslamy jednak jeszcze raz: poprawne funkcjonowanie urzadzenia 

warunkowane jest zarówno wlasciwym dzialaniem jego ukladów, jak i odpowiednimi 

dla nich, poprawnie dzialajacymi sterownikami (dostosowanymi czesto do 

danej wersji urzadzenia). 

W celu zapewnienia wspólpracy ukladów wejscia/wyjscia z systemem wymagane 

sa pewne zasoby systemu. Naleza do nich: adresy w przestrzeni adresowej pamieci, 

adresy w przestrzeni adresowej ukladów wejscia/wyjscia, sygnaly zgloszen przerwan 

i kanaly DMA. Wymagania co do stalych adresów w przestrzeni adresowej pamieci 

dotycza w zasadzie adapterów graficznych (inaczej ma sie rzecz z plynnym przydzialem 

pamieci, na przyklad na tak zwane bufory). Natomiast wszystkie uklady (lub wiekszosc, 

ale osobiscie nie znam wyjatków) wymagaja pewnego zakresu adresów w przestrzeni 

adresowej ukladów wejscia/wyjscia. Wynika to miedzy innymi stad, ze sa to uklady programowalne, 

posiadajace rejestry, do których nalezy zapisac informacje o sposobie 

dzialania ukladu. Rejestry te oraz rejestry informujace o stanie ukladu (tak zwane rejestry 

statusowe), ewentualnie rejestry komunikacyjne i inne, znajduja sie pod okreslonymi 

adresami w przestrzeni adresowej ukladów wejscia/wyjscia. Innym, czesto wymaganym 

zasobem sa sygnaly zgloszenia przerwania (o przerwaniach piszemy bardziej 

szczególowo w pierwszej czesci podrecznika). W ten sposób obslugiwana jest wiekszosc 

urzadzen peryferyjnych, przykladowo napedy dyskowe, drukarki, porty szeregowe itd. 

W przypadku niektórych magistral, na przyklad standardu lSA, dostepnosc przerwan 

byla czasami problemem. Inne magistrale, takie jak PCl czy USB w znacznej mierze 

rozwiazuja ten problem. Wreszcie czesc urzadzen, szczególnie urzadzen zorientowanych 

na transmisje blokowa (takimi sa na przyklad napedy dyskowe), moga uzywac do 

transmisji kanalu DMA. Rzadsze uzycie tej metody wiazalo sie nie z wlasnosciami wyj 

nikajacymi z jej zasady dzialania, lecz z rozwiazaniami stosowanymi na plytach glównych 

PC-tów. Sytuacja ta ostatnio ulegla zmianie. 

Na koniec zamieszczamy rysunek 1.3 wymieniajacy przykladowe urzadzenia peryferyjne 

oraz rodzaje interfejsu, do których sa one podlaczone. Oczywiscie, rysunek 

ten nie wyczerpuje wszystkich mozliwosci, a ma jedynie za zadanie pokazanie róznorodnosci 

zarówno urzadzen, jak i ich interfejsów 


Urzadzenia peryferyjne i uklady wejscia/wyjscia 15 

System 

El DE 

RS 232C 

Karta 

graficzna 

Dysk twardy 

ZIP 

Modem 

Mysz 

centroniCS' H Drukarka I 

Karta 

dzwiekowa 

SCSI 

Rysunek 1.3. Przyklady urzadzen peryferyjnych i ich interfejsów 

CD-ROM 


Czesc I 

Podstawowe urzadzenia peryferyjne 


2. Monitory iadaptery graficzne 

'fr Poprzedni rozdzial 

W poprzednim rozdziale przedstawiono podstawowe pojecia zwiazane z podlaczaniem 

urzadzen peryferyjnych do systemu. 


Rozdzial drugi przedstawia dzialanie monitorów, kart graficznych oraz magistrali 

AGP . 

.(l.. Nastepny rozdzial 

Rozdzial trzeci poswiecony jest budowie i dzialaniu napedów dyskowych oraz 

ich interfejsom. 

2.1. Zasada dzialania monitora 

Monitor jest urzadzeniem sluzacym do wyprowadzania infOlTIlacji z komputera 

w postaci obrazów (tekstu badz grafiki). Zasada tworzenia obrazu na ekranie lampy 

kineskopowej (ang. Cathode Ray Tube - CRY), która jest jednym z zasadniczych elementów 

monitora, przedstawiona jest na rysunku 2.1. 

Ekran kineskopu pokryty jest specjalna substancja zwana luminoforem. Pod 

wplywem zogniskowanego strumienia rozpedzonych elektronów luminofor swieci, 

przy czym jasnosc tego swiecenia zalezy od energii (szybkosci) elektronów. W przypadku 

nieruchomego strumienia pozwalaloby to uzyskac na ekranie swiecaca plamke. 

W celu narysowania obrazu na calej powierzchni ekranu strumien elektronów jest 

odchylany zarówno w poziomie, co powoduje kresleni:: na ekranie pojedynczej linii 

(przy zalozeniu stalej jasnosci swiecenia plamki), jak i w pionie, co zapewnia kreslenie 

kolejnych linii jedna pod druga. Tresc obrazu tworzona jest w ten sposób, ze 

w miare przesuwania sie strumienia elektronów po powierzchni ekranu jego energia 

jest zmieniana, co poweduje zmiany jasnosci swiecenia poszczególnych punktów 

luminoforu tworzacych punkty wyswietlanego obraz zwane pzkselamz (w naszym 

przypadku obrazu monochromatycznego - o wyswietlaniu obrazów kolorowych powiemy 

nieco pózniej) . 


.l.

20 Urzadzenia peryferyjne i inteliejsy 

Kreslac linie strumien elektronów przesuwa sie poziomo z jednej strony ekranu 

na druga, na przyklad z lewej na prawa, a nastepnie powinien powrócic ponownie do 

lewej strony ekranu. Do tworzenia obrazu na ekranie wykorzystywany jest ruch plamki 

tylko w jedna strone, przykladowo z lewej na prawa. Wówczas przy powrocie 

plamki z prawej strony na lewa jest ona wygaszana, czyli strumien elektronów jest 

hamowany na tyle silnie, aby nie powodowal swiecenia luminoforu. Jednoczesnie 

ruch ten jest znacznie szybszy niz ruch "roboczy" plamki. Z czasem potrzebnym na 

narysowanie jednej linii i powrotu plamki zwiazany jest parametr zwany czestotliwosciq 

odchylania poziomego, bedacy odwrotnoscia tego czasu. Inaczej mówiac, parametr 

ten okresla, ile linii jest kreslonych na ekranie monitora w czasie jednej sekundy. 

Na poziomy ruch strumienia elektronów nalozony jest ruch pionowy z góry na 

dól, wolniejszy od ruchu poziomego, co jak powiedzielismy, powoduje kreslenie kolejnych 

linii jedna pod druga. W tym przypadku takze po dotarciu do dolnego brzegu 

ekranu strumien powinien powrócic do górnego brzegu, ruch ten powinien byc znacznie 

szybszy od ruchu w dól i w czasie jego trwania strumien powinien byc wygaszony. 

Widok Z boku 

Swiecaca plamka 

Ruch roboczy (wyswietlanie obrazu) 

Powrót strumienia (plamka wygaszona) 

- - - - -... - - - - 

Ruch plamki w poziomie 

(odchylanie poziome) 

~ ~ 

- -... - - 

-"-... - - ~ 

- -... - ,,- 

Ekran pokryty luminoforem 

Powrót plamki w pionie 

"- 

Rysunek 2.1. Zasada rysowania obrazu na ekranie kineskopu 

w pionie 

(odchylanie 

!Ruch pionowe) plamki 

Widok Z przodu 

Po zapelnieniu calego ekranu trescia obrazu opisany proces jest powtarzany tak 

czesto, abysmy (dzieki bezwladnosci naszego oka) odnosili wrazenie, ze patrzymy na 

stabilny obraz. Ilosc obrazów kreslonych w jednej sekundzie, czyli czestotliwosc powtarzania 

obrazów, zwana jest czestotliwosciq odswiezania obrazu. Jest to jeden 

z wazniejszych parametrów monitora, decydujacy o komforcie pracy, czyli o braku 

migotania obrazu. 


Monitory i adaptery graficzne 21 

W celu otrzymania na ekranie stabilnego obrazu, kazde rozpoczecie kreslenia zarówno 

calego nowego obrazu, jak i kazdej linii wchodzacej w jego sklad, musi rozpoczynac 

sie w takim samym, scisle okreslonym momencie. Dlatego tez do monitora 

dostarczane sa specjalne sygnaly mówiace o tym, kiedy ma sie rozpoczac kolejny ruch 

plamki w poziomie lub pionie. Sygnaly te nazywane sa odpowiednio sygnalem synchronizacji 

odchylania poziomego - SYNCHRO H (H od ang. Horizontal) i sygnalem 

synchronizacj(".odchylania pionowego - SYNCHRO V (V ang. Ve/1ical). Trzecim 

sygnalem poNzebnym do uzyskania obrazu jest oczywiscie sygnal jasnosci swiecenia 

plamki, oznaczany czesto jako ,- sygnal VIDEO. Na rysunku 2.2 przedstawiony jest 

schemat blokowy monitora wraz z dostarczanymi do niego sygnalami. 

, 

Dzialo elektronowe Cewki odchylania poziomego 

VIDEO 

SYNCHROV 

SYNCHRO H 

Wzmacniacz 

wideo (wizji) 

Generator odchylania 

pionowego 

Gene[ator odchylania 

poziomego 

Rysunek 2.2. Schemat blokowy monitora 

Cewki odchylania pionowego 

Wzmacniacz wideo (wizji) wzmacnia sygnal zmiemajacy energie strumienia 

elektronów, a wiec jasnosc swiecenia plamki. Od szerokosci tak zwanego pasma przenoszenia 

tego wzmacniacza zalezy, jak szybko mozemy zmieniac jasnosc swiecenia 

plamki, a co za tym idzie, ile szczególów mozemy narysowac w danej linii, czyli 

w poziomie. Parametr ten ma wiec wplyw na jeden z bardzo waznych parametrów 

monitora, zwany rozdzielczosciq. Rozdzielczosc decyduje o ilosci szczególów obrazu, 

które mozemy wyswietlic na ekranie. Rozdzielczosc podawana jest jako ilosc pikseli 

mozliwych do wyswietlenia w poziomie i w pionie. Przykladowo rozdzielczosc 

640x480 oznacza mozliwosc' wyswietlenia 640 pikseli w kazdej z 480 linii. Jak powiedzielismy, 

rozdzielczosc w poziomie zwiazap.a jest z pasmem przenoszenia 

wzmacniacza wideo, natomiast rozdzielczosc w pionie wiaze sie z iloscia linii, które 

rysujemy na ekranie, a wiec z czestotliwoscia odchylania poziomego. Na ostrosc obrazu, 

a wiec takze i na rozdzielczosc ma takze wplyw srednica plamki Gest ona podawana 

w milimetrach). Jest to oczywiste, gdy zauwazymy, ze zbyt duza plamka bedzie 

na przyklad powodowala nakladanie sie na siebie sasiadujacych linii. 



Dla komfortu pracy z monitorem wazny jest brak migotania obrazu, co uzyskujemy 

powtarzajac odpowiednio czesto Wyswietlanie tego samego obrazu na ekranie. 

Dla uzyskania stabilnego obrazu powinien on byc wyswietlany co najmniej 50 razy na 

sekunde, a dla wyzszych rozdzielczosci czestotliwosc powinna byc jeszcze wieksza. 

Zwiekszanie czestotliwosci powtarzania obrazu (czyli czestotliwosci odswiezania) 

wiaze sie jednak ze wzrostem ilosci informacji przesylanej do monitora. Dlatego tez 

w pewnych przypadkach stosuje sie wybieg pozwalajacy zmniejszyc te ilosc. Sposób 

polega na kresleniu obrazu na ekranie w dwóch etapach, najpierw wszystkie linie nieparzyste, 

a nastepnie wszystkie linie parzyste. Inaczej mówiac, kreslimy na ekranie 

dwa pólobrazy. Powoduje to zwiekszenie dwukrotnie czestotliwosci powtarzania 

(pól)obrazu, przy tej samej ilosci przesylanej informacji. Okazuje sie jednak, ze sposób 

ten przestaje poprawnie funkcjonowac przy wysokich rozdzielczosciach obrazu 

(uzytkownicy odczuwaja to jednak jako migotanie). Kreslenie obrazu jako jednej calosci, 

linia po linii nazywamy praca monitora bez przeplotu (lub wybieraniem kolejnoliniowym, 

ang. non-interlaced), zas konstruowanie obrazu z dwóch pólobrazów 

zwane jest praca z przeplotem (lub wybieraniem miedzyliniowym, ang. interlaced). 

Obydwa sposoby wyswietlania obrazu przedstawione sa schematycznie na rysunku 

2.3. 

Praca bez przeplotu 

1 

, - - '-: - 

, ' .•. ' ' ' , •.. ' ' 

o o ' o '9 ' ./ 

o -, 0_' ,~ ' 

,- ' 

'3 

7 

, ' ' ' - 5 

Rysunek 2.3. Praca monitora bez przeplotu i z przeplotem 

- 

Praca z I-'lrzeplEltem 

Wyswietlanie obrazu kolorowego polega na tworzeniu obrazu z punktów o trzech 

kolorach: czerwonym (ang. red), zielonym (ang. green) i niebieskim (ang. blue). Kolory 

czerwony i niebieski sa kolorami podstawowymi, kolor zielony zas jest mieszanina koloru 

niebieskiego i zóltego. Mieszajac ze soba w odpowiednich proporcjach wymienione 

trzy kolory mozemy na ekranie uzyskac dowolna barwe. 

Ekran kineskopu kolorowego pokryty jest trzema rodzajami luminoforu (tworzacymi 

punkty badz paski). Kazdy rodzaj luminoforu pobudzany jest do swiecenia przez 

oddzielny strumien elektronów. Schematycznie konstrukcja kineskopu kolorowego 

pokazana jest na rysunku 2.4. 


-- -- 


I 

I 

~ 

~ 

O---- 

O ---- 

O 

~ 

---- 

O 

I 

Maska 

oLuminofor czerwony 0 Luminofor niebieski 0 

Rysunek 2.4. Zasada dzialania kineskopu kolorowego 

Luminofor 

zielony 

Jednym z problemów wystepujacych przy budowie tego rodzaju kineskopu jest 

precyzja wykonania dzial elektronowych, ukladów ogniskujacych i odchylajacych. 

Nie mozna bowiem dopuscic, by przykladowo strumien elektronów odpowiedzialny 

za swiecenie koloru niebieskiego trafial na punkty luminoforu czerwonego. Rozwiazaniem 

ulatwiajacym osiagniecie prawidlowego stanu jest stosowanie odpowiednio 

skonstruowanej maski, której przyklad pokazany jest na rysunku 1.4. Oczywiscie tego 

typu kineskop wymaga w miejsce pojedynczego sygnalu VIDEO trzech sygnalów 

sterujacych, zwanych R, G, B, odpowiedzialnych za zmiany jasnosci swie:cenia odpowiednio 

luminoforu czerwonego, zielonego i niebieskiego. 

Podsumowujac, podstawowymi parametrami monitora sa: rozdzielczosc, czestotliwosc 

odswiezania, srednica plamki oraz wielkosc ekranu. Wielkosc ekranu podawana 

jest w postaci dlugosci jego przekatnej wyrazonej w calach. Jest to jednoznaczne, 

gdyz stosunek wysokosci do szerokosci ekranu jest staly i wynosi 4:3. Pomiedzy 

niektórymi z tych parametrów, takim jak czestotliwosc odchylana poziomego, i pasmem 

przenoszenia wzmacniacza wideo istnieja dosc oczywiste zwiazki. Przy ustalonej 

rozdzielczosci i czestotliwosci odswiezania, czestotliwosc odchylania poziomego 

mozemy wyliczyc ze wzoru: 

gdzie: fH - czestotliwosc odchylania poziomego 

fy - czestotliwosc odswiezania 

ny - rozdzielczosc (ilosc linii) w poziomie. 

<strong>Please</strong> <strong>purchase</strong> <strong>PDF</strong> <strong>Split</strong>-<strong>Merge</strong> on www.verypdf.com to remove this watermark


Wzór jest oczywisty, gdy zauwazymy, ze w czasie kreslenia jednego obrazu mu 

simy narysowac nH linii, co oznacza, ze jedna linie trzeba narysowac nH razy szybciej 

niz caly obraz. 

Zakladajac przykladowo prace monitora z rozdzielczoscia 640x480 i czestotliwoscia 

odswiezania 60 Hz, otrzymujemy czestotliwosc odchylania poziomego równa 

28,8 kHz. 

Zwiazek szerokosci pasma przenoszenia wzmacniacza wideo z rozdzielczoscia 

i czestotliwoscia odswiezania wynika z ilosci informacji, która musimy przeslac przez 

niego, a dokladniej z maksymalna szybkoscia zmian sygnalu wideo. Przy zalozeniu, 

ze wyswietlamy na przemian piksele jasne i ciemne, ilosc zmian sygnalu w ciagu sekundy 

(a wiec i jego czestotliwosc) jest równa ilosci pikseli, które wyswietlamy 

w ciagu sekundy. Ilosc te mozemy wyliczyc ze wzoru: 

gdzie: N - ilosc wyswietlanych pikseli, a wiec i czestotliwosc sygnalu wideo 

nH - rozdzielczosc w poziomie 

ny - rozdzielczosc pionowa 

fy - czestotliwosc odswiezania obrazu. 

Oczywiscie pasmo przenoszenia wzmacniacza wideo powinno byc wieksze od 

wyliczonej wartosci. Dla wymienionych wyzej parametrów otrzymujemy: 

fYideo = 640·480·60= 18432000 

i rzeczywiscie IBM dla tego trybu podaje wymagane pasmo równe 25,175 MHz [7]. 

Ze zmiana rozdzielczosci wiaze sie (szczególnie w przypadku starszych monito 

rów) pewne ostrzezenie. Jak powiedzielismy, zwiekszeIlie rozdzielczosci "zmusza" 

generatory odchylania monitora do pracy z wyzsza czestotliwoscia. Moze to spowodowac 

zerwanie synchronizacji drgan oraz przegrzewanie sie tych ukladów, co w kon 

sekwencji moze prowadzic do ich uszkodzenia. W przypadku zerwania drgan (brak 

obrazu na monitorze) nalezy wylaczyc monitor i powrócic do nizszej rozdzielczosci 

(na przyklad tryb awaryjny w Windows). 

W nowszych monitorach problem ten zwykle nie wystepuje, monitory te maja 

bowiem generatory odchylania, które moga pracowac z róznymi czestotliwosciami. 

Monitory takie okreslane sa wówczas jako monitory multisync lub multiscan. Jednakze 

i tutaj nie wolno przekraczac ich parametrów granicznych (jezeli monitor na to 

pozwala). 

Przy1dadowe czestotliwosci odswiezania i odchylania poziomego w okreslonych 

trybach i przy okreslonych rozdzielczosciach podane sa w tabeli 2.1. 


Monitory i adaptery graficzne 

Tabela 2.1. Przy~-adowe czestotliwosci pracy monitorów dla wybranych standardów 

Standa~ 

Rozdzielczosc 

60 640x350 640x480 21,5 48,1 60kHz 80kHz fH lub 72Hz 60Hz 75Hz 1280x1024 31,5 1024x768 75 800x600 kHz 70 Hz Hz 

fykHz 

• 

Wejscie sygnalów wideo moze byc zarówno analogowe jak i cyfrowe. Problem 

ten zostanie dokladnie wyjasniony przy omawianiu adapterów (kart) graficznych. 

2.2. Inne rodzaje ekranów 

Prócz klasycznych monitorów z kineskopem, stosuje sie, szczególnie w komputerach 

przenosnych, inne rodzaje ekranów, a konkretnie ekrany (wyswietlacze) LeD 

(ang. liquid o1stal display) oraz ekrany plazmowe, przy czym te ostatnie sa malo popularne. 

Obydwa typy ekranów sa ekranami plaskimi. W jednym i drugim przypadku 

obraz na ekranie, podobnie jak w przypad1.ru kineskopu, budowany jest z poszczególnych 

punktów, czyli pikseli. Inna jest tylko zasada ich wyswietlania. 

Zasade dzialania ekranu LeD przedstawia rysunek 2.5. 

2!.. 

Dolny filtr polaryzacyjny 

Swiatlo 

Rysunek 2.5. Zasada dzialania wyswietlacza LeD 

Ciekly krysztal 

25 

:;o,... Podluzna siatka 

przewodników 

Filtry polaryzacyjne górny i dolny maja plaszczyzny polaryzacji przesuniete 

wzgle.dem siebie o 90° (o wlasnosciach swiatla spolaryzowanego piszemy dokladniej 

w rozdziale 4.3, poswieconym napedom magnetooptycznym). Umieszczony pomiedzy 



nimi ciekly krysztal powoduje zmiane plaszczyzny polaryzacji swiatla, przy czym kat 

skrecenia tej plaszczyzny zalezy od przylozonego do niego napiecia. W wyswietlaczu 

cieklokrystalicznym w taki sposób wybrano ciekly krysztal, aby bez napiecia polaryzujacego 

powodowal skrecenie plaszczyzny polaryzacji swiatla o 90°. Dzieki temu 

swiatlo moze przedostawac sie przez wyswietlacz. Przylozenie napiecia pomiedzy 

dwa punkty siatki przewodników, podluznej i poprzecznej, powoduje zmiane kata 

skrecenia plaszczyzny polaryzacji swiatla i przepuszczanie mniejszej ilosci swiatla. 

W konsekwencji powstaje na wyswietlaczu punkt tym ciemniejszy, im wieksza jest 

wartosc przylozonego napiecia. W przypadku wyswietlaczy kolorowych w odpowiednich 

punktach umieszczone sa filtry o kolorach: czerwonym, zielonym i niebieskim 

(RGB). 

Odmiana ekranu LCD jest wyswietlacz LCD z aktywna matryca. W tego typu 

wyswietlaczu kazdemu pikselowi odpowiada osobny tranzystor wykonany w tak zwanej 

technice TFT (tranzystor cienkowarstwowy, ang. Thin Film Transistor). Moze on 

przelaczac wieksze prady niz matryca pasywna i w efekcie uzyskuje sie jasniejszy, 

bardziej wyrazny obraz. 

Inna odmiana plaskich ekranów sa ekrany plazmowe. Swiecace punkty sa tam 

uzyskiwane w wyniku miejscowej jonizacji gazu. Wymaga to stosunkowo duzego 

napiecia okolo 200 V, stad jak powiedzielismy, sa one rzadko stosowane. 

2.3. Budowa i dzialanie adapterów graficznych 

Terminów adapter i karta mozna przy pewnym zalozeniu uzywac zamiennie. 

Róznica pomiedzy karta a adapterem polega na tym, ze karta jest urzadzeniem wymiennym, 

które montujemy w gniezdzie magistrali rozszerzajacej (ang. slot), natomiast 

adapter moze byc umieszczony takze na stale na plycie glównej. Rozróznienie 

to dotyczy wszelkich adapterów i kart. W rozdziale tym uzywamy terminu karta, gdyz 

jest on powszechnie stosowane, nie przesadza to jednak o umiejscowieniu urzadzenia. 

Karta graficzna jest urzadzeniem posredniczacym w komunikacji systemu komputerowego 

z monitorem. Jak wspomnielismy w rozdziale pierwszym, otrzymuje ona 

informacje o tresci obrazu od systemu i po odpowiednich dzialaniach wytwarza sygnaly 

sterujace praca monitora. Z biegiem czasu ilosc zadan wykonywanych przez 

karte graficzna rosla. Stad mozemy karty graficzne podzielic na tak zwane bufOlY 

ramki, które nie uczestnicza w tworzeniu tresci obrazu oraz na karty akceleratorowe. 

Wsród tych ostatnich wyrózniamy akceleratory 2D, czyli grafiki dwuwymiarowej 

i akceleratOlY grafiki trójwymiarowej 3/J. Zadaniem prostych ka{!: graficznych, czyli 

buforów ramki, jest wytworzenie sygnalów sterujacych monitorem, potrzebnych do 

uzyskania okreslonego obrazu. O elementach tego obrazu decyduje zawartosc tak 

zwanej pamieci wideo (o której wiecej powiemy w dalszych czesciach niniejszego 

rozdzialu). Zawartosc ta jest tworzona wylacznie przez system, a konkretnie przez 


Monitory i atlaptery graficzne 27 

mikroprocesor, natomiast karta w tym procesie w ogóle nie uczestniczy. W przypadku 

kart akceleratorowych sytuacja jest nieco odmienna. Mniejsza lub wieksza czesc operacji 

zwiazanych z tworzeniem tresci obrazu (inaczej mówiac, z obliczaniem, jak intensywnie 

powinny swiecic poszczególne piksele skladajace sie na calosc obrazu) 

wykonywana jest przez karte graficzna (na zadanie systemu). Zwiazane jest to zwykle 

z potrzeba szybszego wykonania tych operacji i odciazenia procesora. Od strony systemu 

karta graficzna widziana jest jako uklad wejscia/wyjscia wspóladresowalny 

z pamiecia operacyjna (zarezerwowany zakres adresów AOOO:OOOO(BOOO:FFFFh 

128 KB). Rejestry konfiguracyjne i sterujace maja zarezerwowane adresy w przestrzeni 

adresowej izolowanych ukladów wejscia/wyjscia. 

2.3.1. Schemat blokowy prostej karty graficznej 

Prace kart graficznych mozemy podzielic na dwa rózniace sie znacznie tryby: 

tekstowy i graficzny. Róznica polega przede wszystkim na sposobie interpretacji zawartosci 

pamieci wideo. W trybie tekstowym zawartosc pamieci interpretowana jest 

jako kody znaków, które nalezy wyswietlic na ekranie. Zawartosc pamieci wideo 

okresla wiec w tym przypadku posrednio, co ma byc wyswietlone na ekranie. Informacja 

o tym, który piksel ma byc zapalony, a który zgaszony, pochodzi z generatora 

znaków. Prace karty graficznej w trybie tekstowym opisuje podrozdzial 2.3.2. 

W trybie graficznym zawartosc pamieci wideo jest interpretowana jako bezposrednie 

okreslenie jasnosci swiecenia kazdego piksela (przy zalozeniu, ze piksel moze 

byc jedynie zgaszony lub zapalony, na kazdy piksel przypadalby 1 bit). Praca karty 

graficznej w trybie graficznym opisana jest w podrozdziale 2.3.3. 

Schemat blokowy prostej karty graficznej bedacej buforem ramki przedstawia 

rysunek 2.6. 

Od 

systemu 

Interfejs 

magistrali 

R 

G 

B 

SYNCHRO V 

SYNCHRO H 


Do 

monitora


na przyklad sygnaly synchronizacji. Oprócz dostarczania wymienionych sygnalów, 

sterownik: monitora adresuje pamiec wideo, matryce znaków (RAM/ROM znaków) 

oraz taktuje prace generatora znaków i rejestru przesuwajacego. Oczywiscie pelny 

zestaw funkcji CRTC zalezy od jego typu, a zatem i od karty, w której pracuje. 

Interfejs magistrali posredniczy w wymianie informacji karty z CPU (czesc tych 

ukladów jest w istocie zawarta w CRTC). Pamiec wideo zawiera tresc obrazu (w formie 

posredniej lub bezposredniej) przeznaczonego do wyswietlenia. RAM/ROM znaków 

zawiera matryce znaków, czyli informacje o sposobie konstruowania znaków 

z pikseli. Pamiec ta razem z dekoderem atrybutów oraz generatorem znaków wspólpracuje 

przy wyswietlaniu znaków w trybie tekstowym. W spólpraca ta jest opisana 

w podrozdziale 2.3.2. Generatory wyjsciowe wytwarzaja sygnaly o poziomach wymaganych 

przez monitor, z którym wspólpracuje karta. 

_2.3.2. Praca karty graficznej w trybie tekstowym 

Schemat blokowy ukladów karty uczestniczacych w wyswietlaniu tekstu na ekranie 

w trybie tekstowym oraz konstrukcje przykladowego znaku pokazuje rysunek 2.7. 

wideo 61h 

SYNCHROH 

(RAM/ROM 

Rysunek 2.7. Praca karty graficznej w trybie tekstowym 

Na rysunku zastosowano nastepujace oznaczenia: 

N l - ilosc wierszy na ekranie 

N2 - ilosc znaków w wierszu 

011011000 

SYNCHROV 

n = 16 

Matryca duzej litery A 

(kod ASCII 61 h, 

VGA. matryca 9 x 16) 

D Piksel zgaszony lub kolor lIa 

•• Piksel zapalony lub kolor znaku 

Jasnosc swiecenia plamki 

m x n - matryca znaku (ilosc pikseli na znak x ilosc linii na znak). 

Dzialanie ukladu jest nastepujace: impulsy taktujace przesylanie kolejnych bitów 

z rejestru przesuwnego podawane sa jednoczesnie zespolowi liczników, których zadaniem 

jest sledzenie, który piksel obrazu aktualnie wyswietlamy. Licznik LI liczacy 



modulo m sygnalizuje zakonczenie rysowania fragmentu linii nalezacej do danego 

znaku (m pikseli na jeden znak) i przejscie do rysowania nastepnego znaku. Impulsy 

wyjsciowe tego licznika zliczane sa przez licznik L2. Jego zawartosc mówi o tym, 

który znak w biezacym wierszu rysujemy. Licznik ten generuje wiec czesc adresu dla 

pamieci wideo, okreslajac, kod którego znaku nalezy pobrac. Przepelnienie tego licznika 

po zliczeniu N2 impulsów sygnalizuje koniecznosc zmiany linii, co jest zwiazane 

z wygenerowaniem impulsu synchronizacji poziomej. Licznik L3 zwieksza swoja 

zawartosc po narysowaniu kazdej kolejnej linii. Zliczenie wiec n linii przez licznik 

oznacza zakonczenie rysowania biezacego wiersza i przejscie do kreslenia linii nalezacych 

do wiersza nastepnego. Przepelnienie licznika powoduje zwiekszenie zawartosci 

licznika L4 zliczajacego (numerujacego wiersze. Zawartosc tego licznika stanowi 

druga czesc adresu wybierajacego kod okreslonego znaku w pamieci wideo. 

Zawartosc pamieci wideo, bedaca kodem ASCII aktualnie wyswietlanego znaku, 

podawana jest do pamieci matrycy znaków, stanowiac czesc adresu mówiaca o tym, 

jakiego znaku konstrukcja bedzie aktualnie wyswietlana. Pozostala czesc adresu stanowi 

numer linii aktualnie wyswietlanego znaku pobrany z licznika L3. Powoduje to 

wybranie okreslonego bajtu z pamieci matrycy znaków i zaladowanie go 'do rejestru 

przesuwnego, którego zawartosc bit po bicie, zgodnie z taktem zegara przesylana jest 

na zewnatrz. Wyjscie tego rejestru steruje jasnoscia swiecenia plamki, co stanowi 

sygnal wideo (O- piksel zgaszony, l zapalony lub w przypadku wyswietlania koloru O 

- kolor tla, l kolor znaku). 

Uklady z rysunku 2.7 biora udzial takze w wyswietlaniu tekstu w kolorze. Kolory 

uzyskuje sie przy uzyciu czterech sygnalów oznaczanych jako I - intensywnosc, 

R - czerwony, G - zielony i B - niebieski. Informacja o z~aku potrzebna do jego wyswietlenia 

w trybie kolorowym przedstawiona jest na rysunku 2.8. Dalsza czesc ukladów 

wyswietlajacych tekst w kolorze pokazana jest na rysunku 2.9. 

15 

Bajt atrybutów 

12 11 8 7 

__ 11_- 

Atrybuty tla Atrybuty znaku 

Bajt kodu znaku 

Rysunek 2.8. Zawartosc bajtów reprezentujacych znak w pamieci wideo 

Przy wyswietlaniu znaków w trybie tekstowym w kolorze kazdy znak jest reprezentowany 

w pamieci wideo przez dwa bajty. Pierwszy bajt zawiera kod ASCII wyswietlanego 

znaku, zas w drugim bajcie umieszczone sa tak zwane atrybuty wyswietlanego 

znaku. Szczególowe rozmieszczenie informacji w obydwu bajtach przedstawia 

rysunek 2.8. 


o 

29

uty znaku 

30 

Bajt z matrycy 

znaków 

Rejestr przesuwajacy 

01001101 

Migotanie tla Jl..f1JL 

BI = 1 

Rozjasnienie tla O 

Atrybuty tla ~15 ~ 

12 

Q 

B 

8I 

-B 

G 

----.. R 

11 ~ 

Rysunek 2.9. Wyswietlanie tekstu w trybie znakowym w kolorze 


s 

o - wyswietlamy piksel tla 

1 - wyswietlamy piksel znaku 

Rysunek 2.9 wyjasnia uzycie bajtu atrybutów w celu uzyskania kolorów znaku 

i tla. Informacja o konstrukcji znaku zaladowana do rejestru przesuwajacego nie steruje 

bezposrednio jasnoscia swiecenia plamki, lecz jest podawana na wejscie sterujace 

multipleks era. Multiplekser posiada dwa czterobitowe wejscia oraz czterobitowe wyjscie. 

Jezeli z rejestru przesuwajacego podawana jest wartosc l (co oznacza, ze wyswietlamy 

element znaku) na wyjscie multipleksera podawane sa bity atrybutów znaku. 

Cztery bity umozliwiaja uzyskanie 24 = 16 róznych kolorów. Zestawienie kolorów 

w zaleznosci od wartosci bitów IRGB przedstawia tabela 2.2 . 

Tabela 2.2. Kombinacje wartosci bitów IRGB i odpowiadajace im kolory 

IRGB ~ Jasnopurpurowy 

Jasnoniebieski 

Ciemnoszary 

asnoczerwony 

Jasnozielony Jasny Purpurowy Jasnoszary Czerwony Niebieski Brazowy Zielony Czarny Zólty Bialy Cyjan IRGB Kolor 

1011 1000 1010 1110 1001 cyjan 1100 1111 1101 


R 

G 

B 

•


Jezeli z rejestru przesuwajacego podawane jest zero, oznacza to, ze wyswietlany 

jest piksel tla. Wówczas na wyjscie multipleksera podawane sa bity atrybutów tla. Bity 

R, G i B podawane sa bezposrednio, natomiast bit Bl (ang. Blinking - migotanie) jest podawany 

za posrednictwem bramki AND i jego uzycie zalezy od stanu drugiego wejscia 

tej bramki. Jezeli na to wejscie podawana jest wartosc O z tak zwanego rejestru trybu 

wyswietlania (wchodzacego w sklad CRTC), to bit Bl okresla rozjasnienie tla. Jesli natomiast 

na wejscie to podawany jest przebieg prostokatny (na przemian l i O), to wówczas 

uzyskujemy migotanie tla (co zreszta nasze oko odbiera jako migotanie znaku). 

W starszych kartach graficznych matryca znaków umieszczona byla w pamieci 

ROM, co uniemozliwialo jej zmiane. Poczawszy od karty EGA matryca ta znajduje 

sie w pamieci RAM. Sposób rozmieszczenia informacji o kodach wyswietlanych znaków 

i konstrukcji znaków w bankach pamieci wideo omówiony jest w podrozdziale 

2.3.3.2 (rys. 2.15). 

Na koniec opisu trybu tekstowego wyliczymy pojemnosc pamieci potrzebna do 

przechowania zawartosci pelnego ekranu w tym trybie, przykladowo dla karty VGA. 

W jednym z tIybów tej karty wyswietlane jest na ekranie 25 wierszy po 80 znaków. 

Poniewaz w pamieci wideo kazdemu znakowi przypisane sa dwa bajty, pamiec potrzebna 

do przechowania tresci calego ekranu wynosi: 

25·80·2B = 4000B == 4KB 

Wartosc te porównamy w nastepnym rozdziale do wielkosci pamieci potrzebnej 

dla trybu graficznego. 

2.3.3. Praca karty graficznej w trybie graficznym 

Jak powiedzielismy w podpunkcie 2.3.1, w trybie graficznym informacja z pa- 

. mieci wideo jest interpretowana jako bezposrednie okreslenie jasnosci swiecenia 

(badz koloru) pikseli. W sytuacji obrazu czarno-bialego (piksel zgaszony lub zapalony) 

schemat ukladu wyswietlania jest bardzo prosty. Jest on przedstawiony na rysunku 

2.10 . 

Pamiec 

wideo 

Takt 

.;. 

do wzmacniacza wideo 

l O O 1 O O O 1 1 -.1 a:-.:o:- 

Rejestr przesuwajacy 

Rysunek 2.10. Tworzenie obrazu czarno-bialego w trybie graficznym 



Kolejne bajty pobierane z pamieci wideo ladowane sa do rejestru przesuwajacego. 

Stamtad w miare przesuwania sie wiazki elektronów po kineskopie podawane sa 

bit po bicie do ukladów sterujacych jasnoscia swiecenia plamki, tworzac kolejne pik~ 

sele. 

Bardziej skomplikowana sytuacje mamy w przypadku wyswietlania obrazu kolorowego. 

Kazdy piksel musi byc reprezentowany przez zespól bitów, których ilosc 

zalezy od liczby kolorów, których chcemy uzywac. Ilosc bitów których uzywamy do 

reprezentowania kazdego piksela musi zapewnic mozliwosc zakodowania wszystkich 

uzywanych kolorów. Stad ilosc bitów i ilosc kolorów musza spelniac prosta zaleznosc: 

gdzie: N - ilosc uzywanych kolorów, n - ilosc bitów reprezentujacych 1 piksel. 

W starszych kartach graficznych typu EGA czy VGA, ze wzgledu na prostsza 

budowe ukladów wyjsciowych i stosunkowo mala ilosc kolorów, zawartosc pamieci 

nie reprezentowala koloru bezposrednio. Odpowiednie kombinacje bitów byly poddawane 

konwersji za pomoca okreslonych tablic przekodowujacych (ang. look-up 

table), wchodzacych w sklad ukladów karty graficznej. Zasade generowania sygnalów 

kolorów pokazemy najpierw na prostszym przykladzie karty EGA, a dopiero potem 

opiszemy analogiczna sytuacje w karcie VGA. Ma to dodatkowe uzasadnienie, jako ze 

czesc ukladów zawartych w karcie VGA wynika z mozliwosci emulowania przez nia 

karty EGA. 

2.3.3.1. Karta EGA 

Schemat blokowy karty EGA pracujacej w trybie graficznym w kolorze przedstawia 

rysunek 2.11. 

Pamiec wideo karty EGA dzielona jest na cztery czesci zwane platami lub bankami 

(ang. pIane). Z kazdego platu ladowany jest do wspólpracujacego z nim rejestru 

przesuwajacego 1 bajt, co daje w sumie 4 bajty okreslajace wyglad osmiu pikseli. 

Kolejne odpowiadajace sobie 4 bity pojawiajace sie na wyjsciach rejestrów przesuwajacych 

okreslaja kolor wyswietlanego piksela poprzez wybór jednego z szesnastu 

rejestrów zwanych rejestrami palety kolorów. Pojemnosc tych rejestrów wynosi 6 bitów, 

co daje mozliwosc zakodowania 26=64 róznych kolorów. Jednakze bez przeladowywania 

rejestrów (a wiec przeprogramowywania karty) mamy do dyspozycji tylko 

16 kolorów, gdyz tyle jest rejestrów palety kolorów (a takze tyle róznych mozliwosci 

mozemy wybrac za pomoca 4 bitów). Stad mówimy, ze karta EGA mogla pracowac 

z maksymalnie szesnastoma kolorami, przy czym byly one wybierane z palety 64 kolorów. 



- - - - Rejestr 1 

Rejestr O Rejestry palety kolorów 

/ H (. Rejestr 2 

Rejestr 3 y;: I 

Rejestr "_,m~""j~ Rejestr 14 Rejestr 12 Rejestr Rejestr 6 7 

4 

Rejestr z 16 Rejestr rejestrów 13 Rejestr119B-bitowych n 

f\ 

Rejestr 10 

5 

Rejestr 5 

Rejestr 8 

Or~ 

I 

I 

( 

~~ 

Rysunek 2.11. Schemat blokowy karty EGA pracujacej w trybie graficznym 

R 

G 

B 

IR 

IG 

IB 

Do cyfrowego 

wejscia video 

Wyjscie rejestrów palety kolorów bylo podawane do monitora w postaci sygnalów 

R, G, B, IR, IB, IG, przy czym mogly one przyjmowac wartosci odpowiadajace 

dwom stanom O i 1. Dlatego tez wyjscie karty EGA okreslane jest jako wyjscie cyfrowe. 

Gniazdem wyjsciowym tej karty bylo gniazdo typu DB 9. Schematyczny rysunek 

tego gniazda wraz z okresleniami sygnalów wystepujacych na poszczególnych pinach 

pokazuje rysunek 2.12. 

GND •• 

IR •• 

R •• 

G •• 

B • 

IG (monochrom. INTENSITY) 

IB (monochrom VIDEO) 

SYNCHRO H' 

SYNCHROV 

Rysunek 2.~2. Schemat gniazda wyjsciowego karty EGA 

Przyczyna podzialu pamieci wideo karty EGA na platy jest miedzy innymi ilosc 

adresów zarezerwowana dla kart graficznych w przestrzeni adresowej pamieci. Jak 

podawalismy na poczatku rozdzialu 2.3, zakres przydzielonych adresów umozliwia 

zaadresowanie 128 KB. Dla bogatszych kart EGA oraz dla kart VGA i SVGA jest to 

ilosc zbyt mala, stad potrzeba podzialu pamieci na platy. 

2.3.3.2. Karta VGA 

Schemat blokowy karty VGA dla trybu graficznego przedstawia rysunek 2.13. 


33


PlatO 

Pamiec wideo 

Rejestr przesuwajacy O 

Rejestr przesuwajacy 1 

" 

Rejestr przesuwajacy 2 

Rejestry palety kolorów 

(EGA) 

Rejestr O 

RejeS'u 1 

Rejes1r2 

Rejeslr3 

~ 

RejeS'.r5 

Rejestr 6 

~ 

Rejestr 8 

Rejestr 9 

Rejestr 

Rejes1r11 

10 

Rejestr 12 

Rejestr 13 

Rejestr 14 

5 I Rejestr15 I O 

R 

G 

B 

IR 

iG 

iB 

12B rejestrów 16·bitov.ych 

Rejestr v.yboru kolorów 

Rysunek 2.13. Schemat blokowy karty VGA dla trybu graficznego 

Tablica przekodowujaca kolorów 

17 12 11 6 5 o 

§'27 

, , 126 

, I 125 

, I 124 

__ '. ' ~ .'23 

, 4 

3 

, 2 §-'-"-s , 

~ 6-l 6~eJeJeJ 

R G B 

Do wejscia analogowego 

Karta VGA moze pracowac w wielu róznych trybach, emulujac dzialanie wczesniejszych 

kart lub pracujac z róznymi rozdzielczosciami i liczbami kolorów. Zestawienie 

trybów pracy karty VGA zawiera tabela 2.3. 

Tabela 2.3. Tryby pracy karty VGA 

Numer trybu Graficzny 

Tekstowy Graficzny 

Graficzny 

Graficzny 

Tekstowy Graficzny Tekstowy Matryca /paleta 16/256K 

Rozdzielczosc/ 

640x35016 256/256K 16/256K Rodzaj mono 16/256K 

320X200 640X480 Ilosc 4/256K 9x16 2/256K 4/256K 2/256K 320x200 640x200 320x200 640x200 640x350 16/256k 160x200 320/200 2/25


Przykladowo, dl~ trybu EGA (tryb lOh) informacja z pamieci wideo ladowana 

jest do rejestrów przesuwajacych, skad za pomoca czterech bitów (tryb lOh jest 16kolorowy) 

wybiera 1 z 16 rejestrów palety kolorów. W trybie tym rejestry zawieraja 

swój numer, co powoduje wybranie jednego z pierwszych szesnastu rejestrów w tablicy 

przekodowujacej. Informacja z rejestru palety kolorów podawana jest na tablice 

przekodowujaca za posrednictwem multipleks era, przy wartosci sygnalu S=O (tryb· 

EGA). Zawartosc rejestrów tablicy przekodowujacej (18 bitów) decyduje o wyswietlanym 

kolorze piksela. Ilosc kolorów, które mozemy wybrac bez przeladowywania 

rejestrów tablicy przekodowujacej, wynosi 16. Nalezy jednak zauwazyc, ze w stosunku 

do oryginalnej karty EGA zmienila sie paleta kolorów, która wynosi 256 K kolorów, 

co wynika z uzycia do kodowania kolorów 18 bitów (takie mamy rejestry w tablicy 

przekodowujacej). 

W trybie 13h VGA kazdy piksel jest reprezentowany przez 8 bitów, co umozliwia 

zakodowanie 256 kolorów. Cztery mlodsze bity wybieraja jeden z szesnastu rejestrów 

palety kolorów, jednakze w tym trybie kazdy z rejestrów zawiera swój zakodowany 

dwójkowo numer. Oznacza to, ze bity docieraja niezmienione do tablicy przekodowujacej. 

Nastepne cztery bity ladowane sa do rejestru wyboru kolorów, skad czesciowo bezposrednio, 

czesciowo zas za posrednictwem multipleks era podawane sa na tablice 

przekodowujaca. Ostatecznie 8 bitów wybiera 1 z 256 18-bitowych rejestrów. Na kazda 

skladowa koloru poswieconych jest 6 bitów, co daje 64 kombinacje dla jednego koloru. 

Bity te steruja praca trzech przetworników a/c, po jednym dla kazdej skladowej koloru. 

Lacznie daje to na wyjsciu kazdego przetwornika 64 rózne poziomy napiecia odpowiadajace 

danej skladowej koloru, co daje sumarycznie 64 x 64 x 64 = 262 144 odcienie 

kolorów stanowiacych palete, z której moze byc jednoczesnie wyswietlanych 256 kolorów. 

Jak widac, wyjscie karty VGA jest wyjsciem analogowym (wiele poziomów napiec). 

Gniazdo monitora karty VGA wraz z numeracja styków pokazane jest na rysunku 

2.14, a odpowiadajace im sygnaly podaje tabela 2.4. 

5 

1 

~11 

Rysunek 2.14. Numeracja wyprowadzen zlacza karty VGA 

6 

_ 15 

<strong>Please</strong> <strong>purchase</strong> <strong>PDF</strong> <strong>Split</strong>-<strong>Merge</strong> on www.verypdf.com to remove this watermark 

35

36 

Tabela 2.4. Opis wyprowadzen groazda VGA 


Nrpinu Sygnal Green Oznaczenie Blue Red Sygnal z zDAC zDAC DAC -- kolor -kolor Opis kolor czerwony niebieski zielony Zarezerwowane 

GND Masa 

GND Synchronizacja VSYNC HSYNC GND GND Masa Masa (czerwony) (niebieski) odchylania (zielony) pionowego poziomego Nie Zarezerwowane 

podlaczone 

Policzymy teraz ilosc pamieci potrzebna dla zapamietania tresci obrazu zajmujacego 

pelny ekran w jednym z wybranych trybów graficznych. Przykladowo dla trybu 

12h VGA (16 kolorów przy rozdzielczosci 640 x 480) wymagana pojemnosc pamieci 

WYnOSI: 

(rozdzielczosc pozioma) x (rozdzielczosc pionowa) x (ilosc bitów na piksel) = 

= 640 x 480 x 4b = 1 228 800 bitów 

czyli (po podzieleniu przez 8) 154 KB. Wielkosc te nalezy porównac z wymaganiami 

trybu tekstowego. 

Karty VGA, jak wyliczylismy, wymagaja pamieci wideo o pojemnosci powyzej 

128 KB. Pojemnosc pamieci karty VGA wynosi standardowo 256 KB. Pamiec ta, podobnie 

jak dla karty EGA, dzielona jest na cztery banki (platy) po 64 KB kazdy (chociaz 

teoretycznie mozliwy bylby takze podzial na 2 banki 128-kilopajtowe). Dla trybów 

szesnastokolorowych wykorzystanie tych banków jest dosc naturalne. Kazdy z nich 

przechowuje bity okreslajace skladowa jednego koloru. W trybie 256 kolorowym kazdy 

piksel opisywany jest jednym bajtem. Przy rozdzielczosci 320x200 wymagana pojem- 



nosc pamieci wynosi 320 x 200 x 1B = 64 KB. Informacja o kolejnych pikselach umieszczana 

jest pod kolejnymi rosnacymi adresami od AOOOOhdo AF9FFh. 

Uzycie ba~ów pamieci dla trybu tekstowego przedstawia rysunek 2.15. 

BOOOOh 

A8000h 

AOOOOh 

Plat O 

64 KB 

Nieuzywane 

Kody 

znaków 

Plat 1 

64 KB 

Nieuzywane 

Atrybuty 

znaków 

Plat 2 

I M. Zn. 7 (VGA)I 

I I I M. MM. M. M. M. Zn Zn. Zn Zn. Z,; Zn. 4 o 6 2 5 3 1 (VGA)I (EGA)I 

Plat 3 

64 KB 

M. Zn - matryca znakó,*, EGA - dla EGA i VGA VGA - tylko dla VGA 

Rysunek 2.15. Wykorzystanie banków pamieci wideo dla trybu tekstowego 

Nieuzywane 

Jak widzimy, matryce znaków sa przechowywane w pamieci RAM, co umozli 

wia ich ~iane. Zmiane taka najprosciej przeprowadzic przy uzyciu przerwania llh 

VGA BIOS (Interface to the Character Generator) [2]. 

2.3.4. Karty SVGA 

Kartami SVGA nazywa sie karty pracujace z rozdzielczosciami i/lub iloscia kolorów 

przekraczajacymi wielkosci podane dla karty VGA. Poczatkowo karty te projektowane 

byly bez zadnych uzgodnionych standardów, co powodowalo wiele klopotów 

z kompatybilnoscia oprogramowania i systemu graficznego. Sytuacja w znacznej 

mierze zostala uporzadkowana przez komitet 6 nazwie VESA (ang. The Video Electronics 

Standards Association). Wprowadzono nowe tryby oznaczane liczbami lxxh 

dla odróznienia ich od trybów wprowadzonych przez producentów. Zestawienie no 

wych trybów SVGA zawiera tabela 2.5. 

Tabela 2.5. Tryby pracy kart SVGA 


Rozdzielczosc 

Rodzaj Ilosc 640x400 640x480 800x600 256 

256 16kolorów 

znaków trybu 

wrs/kol 


37



Graficzny Tekstowy Graficzny 

Tekstowy Graficzny Tekstowy Graficzny Rozdzielczosc 

1280x1024 

1280xlO24 

1280x1024 

1600x1200 Rodzaj Ilosc 1024x768 lO24x768 320x200 640x480 800x600 

800x600 32K 64K 32K 16M 32K 64K 16M 64K 16M 32K 64K 16M 256 32K 64K 16M 32K 64K 16M 256 16 16kolorów 

znaków trybu 

132 132 132 132 80 x x60 25 43 50 60 wrs/kol 

Jak widac z tabeli, do kodowania kolorów uzywane sa 8, 15, 16 lub 24 bity, co 

daje odpowiednio 256, 32 K, 64 K i 16 M kolorów. Ostatnia z wymienionych mozliwosci 

nazywa sie trybem True Color. W nowszych kartach stosuje sie takze kodowanie 

koloru 32 bitami. Rozwiazanie to jest nieco dyskusyjne, poniewaz oko ludzkie 

rozróznia jedynie kilka milionów kolorów. Pewnym uzasadnieniem jest mozliwosc 

uzycia dodatkowego bajtu do kodowania efektów specjalnych. Poniewaz dla monito- 


r 

( 

} 

} 

(


rów kolory sa kodowane zawsze w systemie RGB (dla drukarek bedzie to na przyklad 

CMYK - Cyjan, Magenta, Yellow, blacK), calkowita ilosc bitów przeznaczona na 

kodowanie kolorów dzielona jest na trzy równe czesci (kazda dla jednej skladowej 

koloru). Nie zawsze jest to jednak mozliwe, stad w przypadku 16 bitów na skladowe 

czerwona i niebieska przypada po 5 bitów, a na zielona 6. Z kolei w przypadku kodowania 

kolorów 15 bitami z pamieci odczytywane sa dwa bajty, a 16. bit jest po prostu 

meuzywany. 

Karty SVGA posiadaja pamieci wideo o pojemnosci 512 KB i wieksz~. Tu takze 

wystepuje problem adresowania pamieci wideo. Pamiec ta jest najczesciej adresowana 

przez 64-kilobajtowe okno, przy czym banki pamieci zmieniane sa przy uzyciu tak 

zwanego rejestru wyboru banku (ang. bank select register). Dane opisujace poszczególne 

piksele tworzace obraz rozmieszczone sa w pamieci wideo liniowo, poczawszy 

od lewego górnego rogu ekranu - mfjnizszy adres, a skonczywszy na prawym dolnym 

- najwyzszy adres. Adresowanie i sposób rozmieszczenia informacji (adresy pikseli) 

w pamieci wideo pokazane sa na rysunku 2.16 na przykladzie trybu 800x600 z 256 

kolorami. 

AOOOOh 

Adres CPU 

Pamiec wideo 

Bank O 

64 KB 

Bank 1 

64 KB 

• 

• 

• •• 

Bank 7 

64 KB 

Rysunek 2.16. Obsluga pamieci wideo dla kart SVGA 

2.3.5. Zestawienie wlasnosci podstawowych kart graficznych 

Ponizej zamieszczamy tabele, w której zostaly zebrane najwazniejsze wlasnosci 

podstawowych typów kart graficznych. Z powodów wyjasnionych ponizej, do zestawienia 

tego wlaczono karte typu Hercules (ang. Hercules Graphics Card - HGC). 

Czesc z podanych parametrów zalezy od konkretnego wykonania, nalezy je wiec 

traktowac jako wielkosci orientacyjne. 


70000h 

• 

20000h 

319h 

10000h 

752FFh 

39


Tabela 2.6. Najwazniejsze cechy podstawowych typów kart graficznych 

Nazwa parametru 64-256 256 9x16 15,7-21,8 14,3-16,3 50-70 do Analogowy 16zM ok. Tak AOOOh Cyfrowy 60Hz 3CO-3DFh B800h 8x14 640x350 KartaEGA do 16 640x480 AOOOh 3BO-3DFh BOOOh Karta 9x16 TakTak 1600x1200 ~512 Karta ok. z256 Analogowy AOOOh 3BO-3DFh BOOOh 31,5 mln ok. (typowo) 50 256 28 KB Hz 100MHz KB -200 MHz 90 VGA lub KB kHz KkHz 

MHz SVGA kHz 4Hz mld Karta 16,257 3BO-3BFh 18432 720x348 Cyfrowy BOOOh 

Mono 50 4KB 9x14 Nie Hz HGC MHz kHz 

(zalezna od karty) 

.CzestotliwoSc Rozmiar 

Pasmo wzmacniacza 

pamieci odchylania wideo 

wideo 

2.3.6. Kartyakceleratorowe i koprocesorowe 

Opisywane do tej pory karty nie uczestniczyly w zaden sposób w tworzeniu tresci 

obrazu. Jednakze wraz z pojawieniem sie graficznego intelfejsu uzytkownika (ang. 

Graphical User Intelface - GUl) jak przykladowo w systemach operacyjnych Windows 

czy OS/2, wymagania w stosunku do kart graficznych wzrosly. Dwoma podstawowymi 

problemami zwiazanymi z przetwarzaniem duzej ilosci informacji graficznych 

jest: 

• przesylanie duzej ilosci informacji poprzez magistrale laczaca procesor glówny 

z pamiecia wideo karty graficznej 

• duze obciazenie procesora glównego obliczeniami zwiazanymi z tworzeniem 

i zmianami tresci obrazu. 

Obydwa problemy moga byc w znacznej mierze rozwiazane poprzez przekazanie 

czesci "uprawnien" do tworzenia obrazu bezposrednio karcie graficznej. Zmniejszy to 

zarówno obciazenie procesora glównego (czesc wyliczen wykona karta graficzna), jak 

i obciazenie magistrali (pamiec wideo znajduje sie bezposrednio na karcie}. 


Y1onitory i adaptery graficzne 

Efektem tych spostrzezen jest powstanie kart akceleratorowych i koprocesorowych . 

.i(óznica pomiedzy nimi wynika z ich mozliwosci i zródla, z którymi te mozliwosci sa 

zwiazane. Dla kart akceleratorowych wynikaja one wylacznie z rozwiazan sprzetowych 

zastosowanych w tych kartach, a konkretnie w ukladzie scalonym akceleratora, stad ich 

mozliwosci sa scisle okreslone przez ich projektanta. Karty koprocesorowe sa wyposazone, 

jak sama nazwa wskazuje, w procesor oraz w pamiec programu. Mozliwosci ta 

~ch kart sa wiec znacznie wieksze i zaleza takze od oprogramowania samej karty. 

Róznice w budowie kart akceleratorowych i koprocesorowych przedstawione sa symbo 

!lcznie na rysunku 2.17. 

,:'.Gdad akceleratora 

a) 

Do monitora 

linie Prostokaty I CRTC Uklady logiczne, LI.p. 

Operacje BitSIt 

Pamiec wideo 

(DRAM lub VRAM) 

b) 

EJ 

Do monitora 

linie 

Prostokaty 

Operacje BitBIt 

ALU Lt.p. 

Koprocesor graficzny 

3.ysunek 2.17. Uproszczony schemat blokowy: a) kartyakceleratorowej, b) karty koprocesorowej 

Operacje wykonywane przez tego typu karty, zobra~owane symbolicznie na ryunku 

2.17, dotycza grafiki dwuwymiarowej, zwiazanej, jak powiedzielismy wczesniej, 

miedzy innymi z graficznym interfejsem uzytkownika. Wymaga on czestego 

wykonywania takich operacji jak tworzenie okien (rysowanie prostokatów) czy ich 

przesuwanie. Te ostatnie realizowane sa jako transfery bloków w pamieci wideo (opisujacych 

piksele danego okna). Stad jedna z "umiejetnosci" zarówno akceleratorów, 

jak i koprocesorów graficznych jest wykonywanie tego typu operacji zwanych operacjami 

BitBlt (ang. Bzt Bloek transfer). Przykladowy uklad akceleratora 2D, Weitek 

Power 9100, wraz ze wspólpracujacymi ukladami pokazany jest na rysunku 2.18. 

Jak widzimy, w ukladzie zawarte sa wszelkie elementy tworzace karte VGA/SVGA 

typu bufor ramki (CRTC, sterownik pamieci wideo, generatory przebiegów synchronizujacych 

itp.). Oprócz wymienionych, uklad ten zawiera jednak takze bloki odpowiedzialne 

za realizacje operacji graficznych 2D. Do ukladu obliczania parametrów przekazywane sa 

z CPU polecenia wykonania operacji graficznych (np. rysowania prostokatów, przesuwania 

obszarów itp.) Na podstawie otrzymanych informacji (charakterystyczne punkty figury 

(np. wspólrzedne dwóch przeciwleglych rogów prostokata), koloru wypelnienia i tym 

podobnych, uklad ten wylicza odpowiednie parametry, takie jak adresy pamieci wideo / 

i pr~ekazuje je do ukladu rysowania. Uklad ten wypelnia okreslone obszary pamieci wideo 

<strong>Please</strong> <strong>purchase</strong> <strong>PDF</strong> <strong>Split</strong>-<strong>Merge</strong> on www.verypdf.com to remove this waterma 

cPU 

41

42 Urzadzenia peryferyjne i interfejsy . 

(podanymi przez uklad obliczania parametrów) wartosciami. tworzacymi za pomoca pikseli 

zadany obraz. 

V-LBus 

I 

PCI I 

Interfejs 

magistrali 

32-bitowej 

Sterownik 

VGAlSVGA 

Weitek Power 9100 

Generator 

sygnalów 

synchronizujacych 

Uklad 

obliczania 

parametrów 

Uklad 

rysowania 

Sterownik 

VRAM 

32 

RAMDAC 

Pamiec wideo 

VRAM 

Rysunek 2.1~. Schemat blokowy karty graficznej z ukJ:adem Weitek Power 9100 

2.4. Grafika trójwymiarowa i magistrala A G P 

SYNCHRO H 

SYNCHROV 

Kolejnym etapem w rozwoju kart graficznych bylo opracowanie tak zwanych 

akceleratorów grafIki trójwymiarowej. Tworzenie tej grafiki wymaga pewnych specyfIcznych 

operacji (przykladowo takich jak nakladanie tekstur) oraz bardzo duzej ilosci 

zmudnych obliczen. Problemy pojawiajace sie przy uzywaniu grafiki trójwymiarowej, 

zarysowane w nastepnym podpunkcie, doprowadzily do pojawienia sie kart z akceleratorami 

3D oraz do opracowania specjalnej magistrali zwanej AGP (ang. Accelerated 

Graphics Port) dedykowanej kartom graficznym, a szczególnie akceleratorom 3D. 

Magistrale te opisujemy w podpunkcie 2.4.2. 

2.4.1. Grafika trójwymiarowa 

Tworzenie grafIki trójwymiarowej mozemy podzielic na dwa podstawowe etapy: 

obliczenia geometrii obrazu (ang. geometry calculatzons) oraz odtworzenie obrazu na 

ekranie (ang. rendering). Obiekty trójwymiarowe (ich powierzchnie) modelowane sa 

generalnie z wielokatów, najczesciej z trójkatów (które pózniej najlatwiej pozycjonowac). 

Wyglad tych obiektów zmienia sie w zaleznosci od miejsca polozenia obserwatora, 

jak to ma miejsce w rzeczywistosci. Pierwszy etap polega zatem na ustaleniu 


R 

-l 

G 

--l 

B

y :\1onitoryi adaptery graficzne 43 

)1- gladu przedmiotów i ich wzajemnego polozenia na scenie. Podstawowymi czynno- 

Liami ustalania geometrii obrazu sa: 

podzial obiektów na wielokaty 

pozycjonowanie wielokatów. 

Nastepnie otrzymana w ten sposób informacja (wspólrzedne wierzcholków) 

?fZekazywana jest do drugiego etapu zwanego renderingiem. W ramach tego etapu: 

ustalana jest widocznosc i wzajemne przeslanianie sie przedmiotów (przy uzyciu 

tak zwanego Z-bufora, o którym piszemy nizej) 

na powierzchnie przedmiotów nakladane sa tak zwane tekstury 

wykonywane jest cieniowanie przedmiotów (symulujace ich brylowatosc - wkleslosc 

badz wypuklosc) oraz symulowanie ziarnistosci ich powierzchni 

dodawane sa ewentualne efekty specjalne (dym, mgla itp.). 

Z ostatnio wymienionych operacji dwie - ustalanie widocznosci obiektów i tek 

sturowanie - wymagaja dodatkowych wyjasnien, gdyz wplywaja znaczaco na wymagania 

sprzetowe w stosunku do karty (ilosc pamieci wideo) oraz na czas opracowywania 

sceny trójwymiarowej (tu krytyczna operacja jest wlasnie teksturowanie). 

Przeslanianie obiektów zwiazane jest miedzy innymi z glebia obrazu, a dokladniej 

z umiejscowieniem obiektów blizej lub dalej obserwatora. Stosowane jest tu nastepujace 

rozwiazanie: dla kazdego punktu tworzacego obraz, oprócz informacji 

o jego wygladzie, przechowywana jest takze informacja o jego polozeniu na scenie 

trójwymiarowej. Czesc pamieci wideo przechowujaca te informacje zwana jest wlasnie 

Z-buforem (oprócz wspólrzednych x i y, trzecia skladowa z to glebokosc obrazu). 

Oczywiscie, im wiecej bitów poswiecimy na zapisanie glebi obrazu, czyli inaczej, im 

wieksza bedzie "glebokosc" Z-bufora, tym bogatsze sceny mozemy pokazywac. Pla 

- cimy jednak za to zwiekszonymi wymaganiami co do pojemnosci pamieci wideo. 

Powszechnie stosowana metoda zapewniania naturalnego wygladu przedmiotów 

, (szczególnie duzych powierzchni) jest proces nakladania tak zwanych tekstur, zwany 

inaczej teksturowaniem. TekstUJ) sa mapami bitowymi symulujacymi wyglad róznorodnych 

powierzchni (na przyklad drewna, trawy, ale takze okreslonego wzorku na 

przedmiocie), przy czym im wiecej jest ich do dyspozycji, tym bogatszy i bardziej 

naturalny jest wyglad trójwymiarowego obrazu. Tekstury przed nalozeniem na poszczególne 

plaszczyzny przedmiotu musza byc odpowiednio przygotowane. Poniewaz 

plaszczyzny te sa zwykle nachylone, nalezy wykonac dla tekstur korekcje perspektywy. 

W zaleznosci od odleglosci przedmiotu od obserwatora, naklada sie na przedmiot 

l tekstury o róznej rozdzielczosci. W tym celu przechowuje sie te sama teksture gotowa, 

w róznych rozdzielczosciach, gdyz na jej przeksztalcanie nie ma czasu. Rozwiazanie 

to nazywa sie MIP-mappingiem. Poprawia ono szybkosC teksturowania, jednakze 

wymaga dodatkowej ilosci pamieci. W celu zapewnienia plynnych przejsc, na 

przyklad na krawedziach wielokatów, stosuje sie tak zwane filtrowanie. Polega ono 



zasadniczo na usrednianiu wygladu sasiadujacych ze soba pikseli. Poprawia to znacznie 

wyglad obrazu, szczególnie w przypadkach gdy zaczyna brakowac tekstury o odpowiednio 

duzej rozdzielczosci (na przyklad obserwator przysuwa sie zbyt blisko do 

sciany). 

Caly zestaw tekstur potrzebny aplikacji przechowywany jest w pamieci masowej, 

najczesciej na dysku twardym. Przed ich uzyciem tekstury te musza zostac zaladowane 

do pamieci wideo karty graficznej. 

Obliczanie geometrii obrazu zwiazane jest z duza iloscia obliczen zmiennoprzecinkowych 

i realizuje je glównie procesor. Jednakze dalsze etapy tworzenia obrazu 

trójwymiarowego przejmowane sa przez karty, zwane wówczas akceleratorami 3D. 

Akceleratory te maja postac badz oddzielnych kart (np. Voo Doo) i musza wówczas 

wspólpracowac z kartami bedacymi buforami ramki (i ewentualnie akceleratorami 

2D), badz w pelni samodzielnych kart (Riva TNT 2, Voo Doo 3). 

Potrzeba stosowania akceleratorów, szczególnie w przypadku wspólczesnych 

gier i symulatorów, jest oczywista. Jak opisalismy krótko powyzej, tworzenie grafiki 

trójwymiarowej jest procesem wymagajacym dosc duzej mocy obliczeniowej i wykonania 

wielu operacji. Dodatkowo, w wymienionych aplikacjach grafika ta jest nie 

statyczna a dynamiczna, poniewaz symuluje ruch. Chcac zapewnic jego plynnosc 

i brak migotania, obraz musi byc renderowany co najmniej 30 razy na sekunde. Przy 

stale wzrastajacej ilosci szczególów (co oczywiscie daje uzytkownikowi wrazenie 

bardziej rzeczywistego obrazu) realizacja tego zadania wylacznie przez procesor nie 

jest mozliwa. Stad znaczna czesc tych operacji przejmuje akcelerator 3D. Odciaza to 

zarówno sam procesor (znaczna czesc przygotowania obrazu wykonywana jest przez 

karte), jak i zmniejsza obciazenie magistrali laczacej procesor z karta graficzna. 

Zastosowanie akceleratora 3D rozwiazuje w znacznej mierze sprawe mocy obliczeniowej 

i obciazenia procesora, jednak sprawa ilosci pamieci potrzebnej na karcie 

graficznej i przepustowosci magistrali laczacej karte graficzna z procesorem (mimo 

pewnego zmniejszenia jej obciazenia) pozostaje nierozwiazalna. Obydwa wymienione 

"waskie gardla" wiaza sie z nakladaniem tekstur, dlatego tez przyjrzymy sie nieco 

dokladniej przeplywowi informacji w trakcie jego realizacji. 

Na rysunku 2.19 przestawiony jest system z magistrala PCl. Zaz?aczono tu równiez 

kolejne etapy teksturowania .• 

Jak stwierdzilismy, wszystkie tekstury potrzebne danej aplikacji przechowywane 

sa w pamieci maso~j, na przyklad na dysku twardym. Kolejnosc operacji przy teksturowaniu 

jest nast~~ujaca: 

1. Tekstury z pamieci masowej ladowane sa za posrednictwem magistrali rozsze- 

"rzajacej 

(na rysunku 2.19 - PCl) do pamieci glównej. 


Monitory i adapt-ery graficzne 

2. Zadana tekstura pobierana jest z pamieci przez pr~esor (magistrala lokalna), 

który wykonuje na niej okreslone operacje, zapisuj,rc ich rezultaty do pamieci 

cache. 

3. Po zakonczeniu obróbki tekstura jest przesylana na powrót do pamieci glównej 

(ponownie magistrala lokalna) .• 

4. Tekstura po transformacjach jest za posrednictwem magistrali PCI odczytywana 

z pamieci glównej przez st@rownik karty graficznej i umieszczana w (lokalnej) 

pamieci wideo. 

Jak widzimy, przygotowanie tekstury do uzycia wymaga przesylania duzej ilosci 

informacji przez magistrale PCI (operacja 1 i 4). Mimo duzej szybkosci dzialania magistrali 

PCI, jest to istotny problem, gdyz przepustowosc magistrali dzielona jest 

obecnie na wiele urzadzen. Oprócz dysków twardych, przykladowo w szybkim standardzie 

EIDE UltraDMA, z magistrali tej moga na przyklad korzystac: kontroler SC 

SI, szybka karta sieciowa czy kontroler szybkiego interfejsu szeregowego (PiTeWire). 

, Wisl~j) 

:_~rJi_ . 

Karta 

graficzna 

PCI 

CD 

Magistrala PCI 

CPU 

Chipset 

'PCI / 

Rysunek 2.19. Przebieg teksturowania dla magistrali PCI 

CD / 132MBIs 

Pamiec 

glówna 

'fi' 

Gniazda 

rozszerzajace 

PCI 

Drugim z problemów jest ilosc pamieci wideo na karcie. Uzycie duzej ilosci tekstur, 

duza glebokosc Z-bufora oraz wysoka rozdzielczosc obrazu sprawiaja, ze ilosc 

pamieci wideo drastycznie rosnie (do kilkunastu lub wiecej MB). Nalezy tez zwrócic 

uwage, ze sa to pamieci typu VRAM lub SGRAM, drozsze od pamieci, z których 

budowana jest pamiec glówna (np. SDRAM). 

<strong>Please</strong> <strong>purchase</strong> <strong>PDF</strong> <strong>Split</strong>-<strong>Merge</strong> on www.verypdf.com to remove this watermar 

45


2.4.2. Magistrala AGP 

Rozwiazaniem obydwóch problemów jest zastosowanie zaproponowanej przez 

firme Intel specjalnej magistrali dedykowanej adapterom graficznym, zwanej AGP 

(ang. Accelerated Graphics Port). Schemat blokowy systemu z magistrala AGP przedstawiony 

jest na rysunku 2.20. 

Karta 

graficzna 

528 MB/s 

Magistrala AGP 

(wersja x2) 


CPU 

Chipset 

Magistrala lokalna 

Rysunek 2.20. Schemat blokowy systemu z magistrala AGP 

• 

• 

• 

• 

1. 

2. 

3. 

Magistrala 

systemowa 

800 MB/s 

Pamiec 

glówna 

132/264 MB/s (32 bity, zegar 33 lub 66 MHz) 

Gniazda 

rozszerzajace 

PCI 

Glówne zalety AGP to: 

duza szybkosc transmisji 

przydzielenie pelnej przepustowosci AGP wylacznie karcie graficznej 

odciazenie magistrali pel 

umozliwienie wykorzystania (przydzielenia) czesci pamieci glównej na potrzeby 

systemu graficznego i przechowywania w niej tekstur. 

Z ostatniego punktu wynikaja nastepujace korzysci: 

Tekstury nie musza byc przed uzyciem ladowane do lokalnej pamieci wideo 

(zysk czasowy). 

Tekstury moga byc przechowywane w pamieci glównej, co po pierwsze umozliwia 

uzycie tekstur o wiekszych rozmiarach (i rozdzielczosciach), a po drugie 

zmniejsza wymagania co do wielkosci pamieci wideo. 

Zmniejszenie wymagan co do wielkosci pamieci wideo znaczaco obniza cene 

kart graficznych. 

2.4.2.1. Wlasciwosci magistrali AGP 

Ponizej przedsta~slmy podstawowe wlasciwosci magistrali AGP wraz z krótkim 

opisem ich znaczenia dla systemu. 



1. Duza przepustowosc. W zaleznosci od wersji (o czym nizej) magistrala ·AGP 

oferuje szybkosc transmisji danych od 264 MB/s do 1 GB/s. Jak widac, szybkosc 

ta jest porównywalna, a nawet w pewnych wypadkach zdecydowanie przekracza 

transfer PCI. Przykladowe transfery magistral systemu zostaly takze podane na 

rysunku 2.20 (dla porównania). 

2. Interfejs dedykowany grafice. Magistrala AGP obsluguje jedynie karte graficzna 

(lub oddzielny akcelerator). Cala przepustowosc magistrali jest wiec prz~znaczona 

dla tej karty. 

3. Karta graficzna jest urzadzeniem typu master na AGP (inicjatorem w terminologii 

magistrali PCI). Oznacza to, ze inicjacja transmisji zalezy wylacznie od karty 

graficznej. Urzadzeniem docelowym jest chipset zawierajacy miedzy innymi sterownik 

pamieci DRAM. 

4. Potokowa realizacja transakcji na AGP. Dla AGP, inaczej niz dla PCI, rozdzielono 

faze adresowania od fazy transmisji danych. Umozliwia to tworzenie kolejki 

zadan transakcji (czyli potokowa ich realizacje)· 

5. Potokowa realizacja arbitrazu. Zarówno transmisja informacji, jak i zgloszenie 

zadania wykonania okreslonej transakcji wymaga przyznania urzadzeniu master 

dostepu do magistrali. W celu unikniecia przestojów (stanów uspienia magistrali) 

takze arbitraz jest realizowany potokowo. 

6. Adresowanie równolegle (ang. sideband addressing). Na magistrali AGP mozliwa 

jest inicjacja transakcji nie tylko przy uzyciu linii AD i C/BE#, ale takze 

przy uzyciu specjalnego 8-bitowego portu oznaczanego jako SBA (ang. Side 

Band Address). Pozwala on na wykorzystanie linii AD i C/BE# wylacznie dla 

transmisji danych. 

7. Dynamiczny przydzial pamieci. AGP pozwala na przydzial czesci pamieci glów 

nej dla potrzeb systemu graficznego. Jest ona traktowaIjl wówczas jako czesc 

pamieci wideo, do której moga byc przykladowo ladowalJrtekstury. Pozwala to 

na uzycie wiekszych tekstur przy niezwiekszonych wymaganiach co do pojemnosci 

pamieci na karcie. Przydzialu tego dokonuje system operacyjny. W przypadku 

uruchamiania aplikacji niewymagajacych tak duzej pamieci wideo mozliwa 

jest dynamiczna dealokacja tej czesci pamieci i uzycie jej dla innych potrzeb 

(takiej mozliwosci nie ma dla nieuzywanej czesci pamieci wideo). 

8. Przydzial pamieci przez AGP. Pamiec glówna przydzielona za posrednictwem 

AGP na potrzeby adaptera graficznego, jest widziana przez niego jako liniowa 

przestrzen adresowa, choc nie musi byc ona kontynuacja przestrzeni adresowej 

pamieci wideo na karcie. Fizycznie, przydzielona pamiec moze byc nieciagla. 

Translacja adresu fizycznego na liniowy zapewniana jest przez uklady plyty 

glównej, przy uzyciu tablicy umieszczonej w pamieci zwanej tablica GART 

(ang. Graphics Address Remapping Table). Miejsce umieszczenia tablicy zalezy 

<strong>Please</strong> <strong>purchase</strong> <strong>PDF</strong> <strong>Split</strong>-<strong>Merge</strong> on www.verypdf.com to remove this watermar 

47

• 


od rozwiazania zastosowanego przez producenta plyty glównej. Przykladowo, 

sterownik programowy obslugujacy taka translacje w przypadku systemów Windows 

98 czy Windows NT nosi nazwe VGARTD.VXD 

9. Teksturowanie na magistrali AGP. Tekstury w przypadku uzycia A6P moga byc 

przechowywane w pamieci glównej. Akcelerator graficzny wykorzystujacy je, 

odczytuje oraz zapisuje wyniki swej pracy do pamieci glównej za posrednictwem 

magistrali AGP. Rezultatem tego jest: skrócenie czasu operacji, odciazenie magistrali 

PCI i zmniejszenie wymagan co do ilosci pamieci wideo. 

2.4.2.2. Wybrane zagadnienia zwiazane z dzialaniem magistrali AGP 

W podpunkcie tym omówimy niektóre aspekty dzialania magistrali AGP wyja 

sniajace nieco dokladniej pewne jej wlasciwosci. Dokladne omówienie dzialania magistrali 

AGP mozna znalezc na przyklad w pozycji [4] bibliografii. 

• Istnieje kilka wersji magistrali AGP o róznej szybkosci dzialania, oznaczanych 

jako wersje xl, x~ x4. Istotny jest fakt, ze mnozniki te dotycza wylacznie szybkosci 

transmisji danych na AGP. Pozostale operacje sa synchronizowane podstawowa 

szybkoscia zegara AGP (wynoszaca do wersji 2.0 wlacznie 66 MHz). 

Sygnaly te zwane sa czesto sygnalami petli zewnetrznej AGP, w odróznieniu od 

sygnalów petli wewnetrznej, zwiazanych bezposrednio z transmisja informacji. 

Wlasnie sygnaly petli wewnetrznej sa synchronizowane zegarem o zwielokrotnionej 

czestotliwosci, zaleznej od wersji AGP. Sposób taktowania transmisji na 

AGP dla wersji x2 i x4 pokazany jest na rysunku 2.21. Dla wersji x2 zwiekszenie 

szybkosci transmisji danych uzyskuje sie poprzez transmisje na obydwu zboczach 

sygnalów AD_STBx (maja one te sama czestotliwosc co AGP Clock). Dla 

wersji x4 sygnaly AD _STBO i AD _STB 1 sa sygnalami o podwojonej w stosunku 

do AGP Clock czestotliwosci. Transmisja jest taktowana zboczem opadajacym 

sygnalów AD _STBx i AD_STBx#. 

Istnieja dwie wersje napieciowe magistrali AGP: 3,3 V i 1,5 V. Wartosci te dotycza 

napiecia na wyprowadzeniu oznaczonym Vddq, decydujacym o poziomach 

logicznych magistrali (nie jest to napiecie zasilania ukladów na karcie). Magistrala 

w wersji xl' i x2 moze pracowac z dowolnym z tych napiec, magistrala 

w wersji x4 uzywa tylko wartosci 1,5 V. Przykladowo, dla srodowiska 3,3 V poziomy 

logiczne na wejsciach ukladów wynosza: niski od - 0,5 V do 0,99 V, wysoki 

od 1,65 V do 2,8V. Gniazda moga byc gniazdami przeznaczonymi dla konkretnego 

napiecia lub uniwersalnymi. W przypadku okreslonych napiec gniazda 

wyposazone sa w klucze zabezpieczajace przed wlozeniem niewlasciwej karty 

(dla gniazda 3,3 V klucz przy kontaktach nr 22-25, dla gniazd 1,5 V kontakty 

42-45). W pr7~/adku gniazda uniwersalnego uklady logiczne plyty glównej musza 

rozpoznac typ karty przy uzyciu kontaktu TYPDET# i zapewnic stosowne 

napiecie Vddq .• 


_.Ionitory i adaptery graficzne 

AGP Clock 

,I 

AD[15-0]~ 

AD STBO~ 

Wersja x2 

t ' 

AD [31-16] . ____ 01_ 02 

AGP Clock 

AD [15-0] 

AD_STBO 

AD_STBO# 

AD [31-16] 

AD STB1 

3.ysunek 2.21. Sygnaly taktujace transmisje danych na magistrali AGP 

Wersja x4 

Na magistrali AGP mozliwe sa dwa sposoby uzyskania dostepu do pamieci. 

Pierwszy z nich to uzycie adresowania równoleglego, wymienionego we wlasciwosciach 

AGP. Drugim sposobem jest zgloszenie~dostepu i podanie adresu przy 

uzyciu linii AD i CIBE#. W tym w_dku dzialanie AGP jest nieco odmienne 

niz PCI. Magistrala AGP pozwala na podanie kolejnych adresów przed zakonczeniem 

realizacji 

na rysunku 2.22. 

wczesniejszych zadan transmisji. Róznica ta jest zilustrowana 

PCI UI]- --CQ1]ug] ---[:QU - - - - 

Rysunek 2.22. Adresowanie równolegle na magistrali AGP 

• W tablicy 2.7 zestawione sa rodzaje cykli wykonywanych przez AGP. Jak widzimy, 

transmisje dla odczytu moga byc "zwykle" lub "dlugie" (ang. long). ilosc 

transmitowanych bajtów jest okreslona w trakcie zadania transmisji w polu dlugosci 

transmisji, zgodnie z tabela 2.7 a (transmisje zwykle) lub 2.7 b (transmisje 

dlugie). Dostep do pamieci glównej przez AGP dotyczy zawsze argumentów bedacych 

czteroslowem (64 bitami), inaczej mówiac stosowane adresy sa zawsze 

podzielne przez 8. Takze ilosc transmitowanych bajtów jest podzielna przez 8. 

Transmisja moze miec niski priorytet (ang. low priOlity) lub wysoki (ang. high 

priority). Transmisje o wysokim priorytecie maja gwarantowany czas realizacji. 

Kolejnosc realizacji transmisji ulega zmianie tylko w wypadku niemoznosci dotrzymania 

tego czasu dla transmisji o wysokim priorytecie. Cykl o nazwie Dual 

Address Cycle realizowany jest w wypadku koniecznosci zastosowania adresu 

64-bitowego. 

<strong>Please</strong> <strong>purchase</strong> <strong>PDF</strong> <strong>Split</strong>-<strong>Merge</strong> on www.verypdf.com to remove this waterma 

49

111 

50 

Tabela 2.7. Kody operacji na magistrali AGP 

0000 0001 0100 0101 1000 1001 1101 

Tabela 2.7 a Kody dlugosci transmisji "zwyklych" 

001 010 Oll 111 100 101 110 

000 

Tabela 2.7 b Kody dlugosci transmisji "drugich" 

• 

001 010 011 110 100 101 

000 

Kod operacji Long Dual Low-Priority High-Priority Low-Priority High-Priority Address Low-Priority High-Priority Rodzaj Write Read Write Cycle Readoperacji 

Read 

Kod dlugosci Liczba 40 48 56 64 24 32 16 8 bajtów 

Kod dlugosci .. Liczba 224 256 160 192 128 32 64 96 bajtów 



3. Dyski twarde i elastyczne 

Poprzedni rozdzial 

W poprzednim rozdziale opisane zostalo dzialanie i budowa monitorów i adapte 

_ów graficznych, bedacych ich interfejsem. Monitory sa jednym z podstawowych 

~adzen wyjsciowych w komputerach osobistych. 

=> Ten rozdzial 

W rozdziale trzecim przedstawiamy zasade dzialania i budowe podstawowych 

:ypów pamieci masowych, czyli dysków twardych i dysków elastycznych, ich napeów 

oraz interfejsów . 

.o. Nastepny rozdzial 

Rozdzial czwarty omawia budowe i dzialanie pozostalych pamieci masowych, 

:.akich jak CD-ROM-y, DVD czy napedy magnetooptyczne. 

3.1. Zasada zapisu informacji na nosnikach magnetycznych 

3.1.1. Fizyczna zasada zapisu na nosnikach magnetycznych 

Zasada zapisu informacji na nosnikach magnetycznych stosowanych w dyskietkach 

i dyskach twardych jest zblizona do zapisu stosowanego w magnetofonach. Wykorzystywane 

jest tu· zjawisko powstawania pola magnetycznego wokól przewodnika, 

przez który plynie prad oraz wlasciwosci pewnych materialów zwanych materialami 

magnetycznie twardymi. Materialy te pod wplywem pola magnetycznego ulegaja 

trwalemu namagnesowaniu, i "zapamietuja" pole magnetyczne. Uklad nanoszacy pole 

magnetyczne na nosnik magnetyczny (czyli glowica zapisujaca) jest schematycznie 

przedstawiony na rysunku 3.1. 

<strong>Please</strong> <strong>purchase</strong> <strong>PDF</strong> <strong>Split</strong>-<strong>Merge</strong> on www.verypdf.com to remove this watermar

52 

i mag 

• Ruch nosnika 

t. ~I ~ ~ ~ ~I~~~~r i mag 

Rysunek 3.1. Zasada zapisu na nosniku magnetycznym 


Magnetowód 

(material magnetyczny miekki) 

Nosnik magnetyczny 

(material magnetyczny twardy) 

Magnetowód wykonany z materialu magnetycznie miekkiego prowadzi w swoim 

wnetrzu linie sil pola magnetycznego wytworzone przez przewodnik, przez który plynie 

prad. Szczelina w magnetowodzie powoduje powstawanie "babelka" linii sil pola 

magnetycznego, które wnika w znajdujacy sie pod spodem nosnik magnetyczny 

(material magnetycznie twardy), powodujac jego stale namagnesowanie (zaznaczone 

w przykladzie jako NS). Zmiana kierunku pradu (zwanego pradem magnesujacym) 

w przewodniku powoduje magnesowanie nosnika w kierunku przeciwnym - SN. 

Zjawisko wykorzystywane przy odczycie to powstawanie sily elektromotorycznej 

w przewodniku znajdujacym sie w zmiennym polu magnetycznym. Dzialanie 

ukladu odczytujacego, czyli glowicy odczytujacej zilustrowane jest na rysunku 3.2. 

i odczytu I l ~ I~ Impuls "dodatni" 

r.;IN-"':"~TI s--N~IN- s I Impuls "ujemny 

Magnetowód 

(material magnetyczny miekki) 

Nosnik magnetyczny 

, ,". "" "' ./ (m"."'lm'go.'~oylw",dy) 

~ 

Ruch nosnika 

Rysunek 3.2. Zasada odczytu informacji z nosnika magnetycznego 

Nosnik przesuwajacy sie pod glowica zostal namagnesowany pradem zmieniajacym 

kierunek tak, jak to opisalismy w poprzednim przykladzie. W momencie zmiany 

kierunku pradu takze pole magnetyczne zmienialo kierunek, pomiedzy zmianami po- 


Dyski twarde i elastyczne 

• zostajac bez zmian. Jezeli pod glowica przesuwa sie fragment nosnika, na którym nastapila 

zmiana pola, przewodnik nawiniety na magnetowodzie znajduje sie w zmiennym 

;:>olumagnetycznym, co powoduje wyindukowanie w nim impulsu pradu. Impulsy te 

ytwarzane sa przy kazdej zmianie pola, przy czym kierunek impulsów zalezy od 

kierunku zmian pola. 

W glowicach zapisujacych dla dysków twardych i dyskietek ksztalt przebiegll . 

radu jest wlasnie taki, jak opisano w przykladzie. Stad w glowicy odczytujacej indukuja 

sie impulsy pradu (w momentach zmian pola) o zmiennej polaryzacji (dodatnie 

i ujemne). Za pomoca prostych ukladów elektronicznych mozna te impulsy wyprostowac, 

czyli zamienic je na impulsy o jednakowej polaryzacji (na przyklad dodatnie). 

3.1.2. Sposoby kodowania informacji przy zapisie magnetycznym 

Sposób kodowania informacji powinien zapewniac ukladom zapisujacym i odczytujacym 

mozliwosc zakodowania: 

informacji uzytecznej (danych, tekstów itp. w postaci ciagów zerojedynkowych) 

• informacji synchronizujacej odczyt z zapisem. 

Wyjasnimy krótko na czym polega potrzeba dolaczenia informacji synchronizujacej. 

Impulsy w postaci zmian pola sa zapisywane na wirujacym krazku magnetycznym 

(zwanym dyskiem) szeregowo, jeden za drugim Uako koncentryczne okregi zwane 

sciezkami, o czym nieco pózniej). Stabilnosc obrotów silnika napedzajacego dysk 

nigdy nie jest idealna. Stad przy zapisie i odczycie nosnik moze przesuwac sie pod 

glowica z rózna szybkoscia. Informacja o tym, który fragment odczytujemy i jak 

szybko przesuwaja sie pod glowica kolejne zapisane impulsy musi wiec byc zawarta 

w samym zapisie. Pozwoli to zsynchronizowac odczyt z zapisem (czyli odtworzyc 

przy odczycie tempo zapisywania impulsów). 

Istnieja rózne metody spelniajace wymienione wymagania. Tu opiszemy przykladowo 

trzy metody: w kazdej z nich istotne jest z jednej strony zapewnienie mozliwie 

duzej gestosci zapisu, zas z drugiej zapewnienie synchronizacji zapisu i odczytu. 

Fragmentami przebiegu odczytywanego, które pozwalaja dosynchronizowac odczyt 

do zapisu, sa momenty pojawiania sie impulsów pradu w glowicy odczytujacej, odpowiadajace 

momentom zmian kierunku pradu w glowicy zapisujacej. Jednym z waznych 

parametrów przy kodowaniu informacji na nosnikach magnetycznych jest czestotliwosc 

zmian pola magn"etycznego (ang. fiux desity), a zatem takze czestotliwosc 

zmian kierunku pradu w glowicy zapisujacej. Decyduje ona, ile informacji jestesmy 

w stanie umiescic na "jednostkowym" odcinku nosnika, czyli decyduje o gestosci 

zapisu. Im mniej zmian pradu przy tej samej ilosci kodowanej informacji, tym lepsza 

metoda. Wynika to stad, ze maksymalna ilosc zmian pola na "jednostkowym" odcinku 

nosnika jest jego stala fizyczna (zalezy od jego jakosci, jednak istnieje wartosc graniczna, 

której nie da sie przekroczyc). Z drugiej jednak strony, dlugie okresy braku 


53


zmian tego pradu oznaczaja brak informacji synchronizujacej, co jest niedopuszczalne, 

gdyz grozi rozsynchronizowaniem odczytu z zapisem. Przedstawione metody 

kodowania sa wiec pewnym kompromisem pomiedzy tymi dwoma wymaganiami. 

Ponizej przedstawiamy: 

• metode FM, obecnie juz niestosowana, która jednak pozwala w prosty sposób 

opisac zasade zapisu na nosnikach magnetycznych 

• 

• 

metode MFM stosowana przy zapisie na dyskietkach 

metode RLL(2,7), bedaca jedna , z metod zapisu informacji na dyskach twardych. 

W kazdym przypadku bedziemy kodowali ten sam ciag bitów, co pozwoli nam 

poznac zalety i wady poszczególnych metod. 

Na rysunku 3.3 przedstawiony jest ciag kodowanych bitów oraz czestotliwosc 

zmian w glowicy magnesujacej dla kazdej z trzech wymienionych metod. 

FM 

MFM 

Kod RLL (2,7) 

RLL (2,7) 

Q O O O O O 

Rysunek 3.3. Zmiany pradu w glowicy zapisujacej dla róznych metod zapisu 

Zmiany pradu 

w glowicy 

zapisujacej 

Juz na oko widac, ze czestotliwosc zmian jest najmniej sza dla metody RLL (2,7). 

Oznacza to, ze metoda ta umozliwi najwieksza gestosc zapisu informacji na nosniku. 

Wyjasnimy teraz reguly kodowania informacji dla kazdej z metod. W metodzie FM 

kierunek pradu w glowicy magnesujacej zmienia sie zawsze na poczatku zapisywanego 

bitu oraz na srodku bitu, jezeli ma on wartosc 1. Pokazane jest to na rysunku 3.4. 

Zapisywana 

informacja 

• Prad w glowicy 

zapisujacej 

Prad w glowicy 

odczytujacej 

Rysunek 3.4. Metoda FM 

Impulsy po "wyprostowaniu" 

Metoda ta zapewnia dobra synchronizacje (zmiana pradu zawsze na poczatku bitu), 

jednak daje mala gestosc zapisu. Na rysunku 3.4 dodalismy tez przykladowy wykres 

pradu w glowicy odczytujacej (nie robimy tego w przypadku nastepnych metod). 


•


W zmodyfikowanej metodzie modulacji czestotliwosci, MFM, prad w glowicy 

zapisujacej zmienia kierunek na srodku zapisywanej jedynki oraz na poczatku zapisyanego 

zera, jezeli poprzednio zapisywanym bitem nie byla jedynka. Proces kodowania 

MFM pokazany jest na rysunku 3.5. Zmiany pradu zapewniajace synchronizacje 

~ojawiaja sie tu nieco rzadziej, co wymaga bardziej skomplikowanych ukladów odrwarzajacych 

czestotliwosc zapisywania bitów (stosowana jest tu tak zwana petla 

sprzezenia f~owego PLL (ang. Phase Locked Laap)). W metodzie MFM przy ciagach 

zer lub jedynek prad zapisujacy zmienia kierunek co takt (czyli z kazdym 'zapisywanym 

bitem), co zmniejsza gestosc zapisu. • 

Rysunek 3.5. Metoda MFM 

Metoda RLL (2,7) wymaga najpIerw przeksztalcenia zapisywanej informacji 

zgodnie z tabela 3.1. 

Tabela 3.1. Kodowanie bitów metoda RLL (2,7) 

011 010 0010 0011 1011000 

Kodowana informacja 00001000 00100100 001000 000100 100100 0100 1000 Kod RLL (2,7) 

Zauwazmy, ze kazdy bit kodowanej informacji zapisywany jest dwoma (tak, 

dwoma!) bitami kodu RLL. Ciagi kodujace RLL sa jednak tak dobrane, aby jedynka 

pojawiala sie nie czesciej niz co dwa zera i nie rzadziej niz co siedem zer (stad w nazwie 

2,7). Prad magnesujacy zmienia kierunek tylko na srodku zapisywanej jedynki. 

Jednoczesnie bity RLL sa podawane z dwukrotnie wieksza szybkoscia niz bity informacji 

(bo jest ich dwa razy wiecej). Przewaga tej metody nad pozostalymi polega na 

tym, ze gwarantuje ona z jednej' strony wzglednie równomierne pojawianie sie zmian 


55


pradu w glowicy zapisujacej (co dostarcza informacji synchronizujacej), a z drugiej 

strony gwarantuje odpowiednia czestotliwosc tych zmian (brak zbyt dlugich przerw, 

lecz takze mozliwie dlugie przerwy). Kodowanie RLL (2,7) jest wyjasnione na rysunku 

3.6. 

Informacja 

kodowana 

Kod RLL (2,7) o 1 

Prad w glowicy 

zapisujacej 

Rysunek 3.6. Metoda RLL (2,7) 

10 000 10 11 

Zgodnie z tabela 3.1, ciag 10 000 10 11 zapisujemy w kodzie RLL (2,7) jako 

01000001000100 1000. Zmiany kierunku pradu w glowicy zapisujacej nastepuja na 

srodku bitu o wartosci l. Dobór ciagów kodowych zapewnia w przypadku wystepowania 

ciagu jednakowych bitów rzadsze zmiany pradu w glowicy zapisujacej, a wiec 

wieksza gestosc zapisu. 

3.2. Dyski elastyczne i ich inteIfejs 

Dyski elastyczne zwane sa takze dyskietkami i takiego wlasnie okreslenia bedziemy 

najczesciej uzywali w dalszej czesci rozdzialu. Napedem dysków elastycznych 

lub stacja dysków (dyskietek), oznaczana w skrócie jako FDD (ang. Flappy Disk 

Drive), nazywa sie urzadzenie zawierajace czesc mechaniczna oraz uklady elektroniczne 

niezbedne do sterowania praca mechanizmów i realizacji operacji odczytu 

i zapisu. Stacja dyskietek 3,5" przedstawiona jest na rysunku 3.7. 

Stacja dyskietek (zgodnie z zasada opisana w rozdziale l) wspólpracuje z ukladem 

wejscia/wyjscia (bedacym jej interfejsem) zwanym sterownikiem napedu dysków 

elastycznych, oznaczanym skrótem FDC (ang. Flappy Disc Cantroller). Kolejne podrozdzialy 

przedstawiaja budowe i dzia!anie FDD i FDC. 


sy =>yskitwarde i elastyczne 

~leJ 

rw, 

1n- 

~o 

?ssunek 3.7. Stacja dyskietek 3,5" 

la . 

)- 

~c 3.2.1. Budowa mechaniczna napedu dysku elastycznego 

Podstawowe czesci mechaniczno-elektryczne tworzace naped dysku elastycz 

:lego przedstawione sa na rysunku 3.8. Naped zawiera dwa silniki. Pierwszy z nich 

:Japedza krazek pokryty ferromagnetykiem, bedacy nosnikiem informacji. Szybkosc 

obrotowa tego silnika dla dyskietek 3,5" wynosi 360 obr/min (300 dla dyskietek 360 

- KB 5,25"). Drugi z silników, zwany silnikiem krokowym, zapewnia liniowy ruch 

h glowicy zapisujaco-odczytujacej, przesuwajacej sie drobnymi skokami wzdluz pro 

Ie :nienia krazka magnetycznego (od tych drobnych skoków pochodzi jego nazwa). Zaaniem 

tego silnika jest precyzyjne ustawienie glowicy nad okreslonym obszarem 

azka. Informacja jest zapisywana (a wiec i odczytywana) na dyskietce w postaci 

koncentrycznych okregów zwanych sciezkami (ang. track)', gdyz w tr~cie zapisu jednej 

sciezki glowica pozostaje nieruchoma. Po zapelnieniu calej sciezki, glowice nalezy 

, przesunac o pewien odcinek i zaczac zapisywac na nastepnej sciezce. Najbardziej 

zewnetrzna sciezke nazywamy sciezka zerowa (ang. track zero). Poniewaz pelni ona 

pewne wyróznione role, istnieje w napedzie czujnik sygnalizujacy ustawienie glowicy 

nad sciezka zerowa. Miedzy innymi wlasnie z tego miejsca rozpoczyna prace glowica 

po uruchomieniu napedu. 

Innym czujnikiem wystepujacym w mechanizmie napedu dyskietki jest czuJnik 

blokady zapisu. Blokada ta jest blokada sprzetowa i (na szczescie) nie da jej sie w zaden 

sposób programowo ominac. Stad nad tak zabezpieczona dyskietke nie moga sie 

przedostac wirusy komputerowe (co innego z wirusami grypy). 

Ostatnim czujnikiem, niepokazanym na rysunku, jest czujnik pierwszego sektora 

sciezki . .sygnalizuje on, aczkolwiek w sposób niezbyt precyzyjny, zblizanie sie do 


57

58 Urzadzenia peryferyjne iinterfejsy 

glowicy tak: zwanego pierwszego sektora sciezki. Szczególowo o sektorach i fizycznym 

formacie zapisu na dyskietce piszemy w podpunkcie 3.2.3. 

Czujnik blokady 

zapisu 

~--.__Y. 

Obudowa (koperta) dyskietki 

~~ 

~. 

Glowica zapisujaco 

-odczytujaca 

..- Silnik napedu dyskietki 

Rysunek 3.8. Budowa mechaniczna napedu dysku elastycznego 

3.2.2. Interfejs dysków elastycznych 

Czujnik sciezki zerowej 

Silnik krokowy przesuwajacy 

ramiona z glowicami zapisujaco 

-odczytujacymi 

Interfejs dysków elastycznych sklada sie z kontrolera napedu dyskowego FDC 

oraz okablowania w postaci tak zwanego pasma laczacego FDC z FDD. Interfejs ten 

zostal opracowany przez firme Shugart Associates i nastepnie zakupiony na wlasnosc 

przez fIrme IBM. Nosi on oznaczenie SA-450. Schemat blokowy FDC wraz z dolaczonymi 

napedami dyskowymi pokazany jest na rysunku 3.9. 

Interfejs 

magistrali 

Sterownik 

Mikroprocesor 

Rysunek 3.9. Schemat blokowy FDC standardu SA-450 

Zadaniem tego interfejsu jest przesylanie pomiedzy FDt i FDD danych zapisywanych 

i odczytywanych (szeregowo) oraz dostarczenie wszystkich sygnalów sterujacych 

niezbednych do dzialania FDD (pelny zestaw sygnalów pomiedzy FDC i FDD 

przedstawiony jest na rysunku 3.10). Sygnaly te wytwarzane sa przy wspólpracy mikroprocesora 

zawartego w FDC wspólpracujacego ze specjalizowanym ukladem sca-, 



_onym oznaczonym na schemacie jako sterownik. UJdady logiczne CRC dostarczaja 

odatkowych danych sluzacych do kontroli poprawnosci odczytywanej informacji 

w stosunku do zapisu). Separator danych rozdziela odczytane impulsy na impulsy da 

:.1ychi impulsy synchronizujace. Interfejs magistrali zapewnia równolegla komunikaje 

z systemem. 

Interfejs SA-450 umozliwia podlaczenie 4 napedów dyskowych, jednak mM 

wykorzystal tylko jedno zlacze do podlaczenia do dwóch napedów, za pomoca pojedynczego 

pasma (tasmy). W celu rozróznienia pomiedzy obydwoma napedami w pasmie 

wystepuje tak zwany przeplot. Polega on na zamianie miejscami niektórych sygnalów 

dla zlaczy umieszczonych na pasmie, obslugujacych kazdy z napedów. Konepcja 

przeplotu oraz nazwy sygnalów, które zostaly obrócone, sa przedstawione na 

rysunku 3.10. Jak widac, sa to sygnaly wyboru napedu i wlaczenia jego silnika. Do 

zlacza po przeplocie dolacza sie stacje, która bedzie stacja A (chyba ze zmienimy 

odpowiednia opcje w BIOS-ie). 

FDC 

2 

4 

6 

8 

10 

12 

14 

16 

18 

20 

22 

24 

26 

28 

30 

32 

34 

f,f\I1~sy 13 ~33 (nie parzyste) 

Rysunek 3.10. Pasmo FDD standardu SA-4S0 

Naped B 

Przeplot 

Naped A 

Pasmo laczace naped z kontrolerem ma zaznaczona (najczesciej kolorem czerwonym) 

pierwsza zyle (zyle numer 1). Zlacze powinno byc podlaczone zarówno do 

kontrolera, jak i do nape,du, tak aby pierwsza zyla zostala dolaczona do pierwszego 

pinu_zla~za: • ~~ . , ;ko:ntrolerze .- - .... (u~es~zpp.yPJ " •. ,najcze~siej nap!yc~ ·'·t gló~nej) nalezy; . 

odczytac, który pin· IlUl. numer 1. W napedzie pierwszy pin jest urrueszczony zwykle 

od strony zlacza zasilajacego. Na szczescie nieprawidlowe dolaczenie pasma nie po- 


59


woduje uszkodzenia napedu ani kontrolera i jest latwo rO'zpoznawalne - pali sie na 

stale dioda kontrolna na napedzie. 

3.2.3. Fizyczna struktura zapisu na dyskietce 

Jak juz powiedzielismy, informacja na dyskietce zapisywana jest na sciezkach 

bedacych koncentrycznymi okregami. Sciezki dzielone sa na mniejsze fragmenty zwane 

sektorami. Sektor jest najmniejsza porcja informacji, jaka potrafi przeczytac 

z dysku kontroler. Przykladowo w komputerach PC sektor ma rozmiar 512 B, jednak 

odczyt pojedynczych bajtów nie jest mozliwy. Stad mówimy, ze urzadzenia typu napedów 

dyskowych sa ukiemnkowane na transmisje blokowa. Jezeli przypomnimy 

sobie wiadomosci z pierwszej czesci niniejszej serii, stwierdzimy, ze do obslugi tego 

typu transmisji predystynowana jest operacja wejscia/wyjscia zwana DMA (podrecznik 

czesc I, rozdzial 4). 

Podzial dyskietki na sektory przedstawiony jest na rysunku 3.11. Zilustrowane 

jest na nim takze pojecie numem strony (ang. side) lub glowicy (ang. head). Zwiazane 

jest to z faktem, ze wykorzystujemy obydwie strony krazka magnetycznego (a jak 

zobaczymy, w dyskach twardych moze byc takich krazków wiecej) 

lub 

Strona O 

lub glowica O \ ~ 

Strona 1 ) 

glowica 1 

Rysunek 3.11. Podzial dyskietki na sciezki i sektory 

Sciezka 

Sektor 

Z takim podzialem i sposobem zapisU:i odczytu wiaze sie pojecie adresu fizycznego 

na dysku twardym lub dyskietce. Aby zlokalizowac szukany sektor 

(odczytujemy badz zapisujemy cale sektory), musimy podac nbmer strony lub glowicy, 

numer sciezki i numer sektora. Dla dysków twardych zamiast numeru sciezki 

wprowadzono numer tak zwanego cylindra. Koncepcje cylindra ilustruje rysunek 3.12. 



Rysunek 3.12. Ilustracja koncepcji cylindra 

~ Cylindern 

Sciezka n , 

Sciezka n 

Cylindrem jest zbiór wszystkich sciezek na wszystkich takrzach dysku majacych 

ten sam promien (czyli wyznaczonych przez przeciecie z cylindrem o tym promieniu 

- stad nazwa). Adres fizyczny na dysku mozna okreslic jako adres CBS (ang. Cylinder 

Bead Sector). Podajac numer cylindra, wybieramy wszystkie sciezki o tych samych 

numerach, lecz na róznych powierzchniach. Numer glowicy identyfikuje konkretna 

sciezke, z której wybieramy sektor o podanym numerze. 

Na dyskietce prócz danych zapisywana jest informacja niezbedna do poprawnego 

funkcjonowania napedu i jego kontrolera. Informacja ta obejmuje impulsy synchronizujace 

(których potrzebe wyjasnilismy juz w punkcie 3.1.2) oraz informacje o tym, 

który fragment dyskietki jest odczytywany, jaki jest jego rozmiar itp. Dodawana jest 

tez informacja pozwalajaca na kontrole poprawnosci odczytu w stosunku do zapisu, 

w postaci dodatkowych bajtów zwanych bajtami CRC (ang. Cyclic Redundancy Check). 

Na rysunku 3.13 pokazany jest format poczatku i konca sciezki oraz jednego 

sektora (formaty wszystkich sektorów sa jednakowe). Format ten obowiazuje dla zapisuMFM. 

Poczatek sciezki jest wstepnie sygnalizowany sprzetowym czujnikiem (zwanym 

czesto indeksem) sprzegnietym z mechanizmem napedowym (w starszych dyskietkach 

znajdowal sie przed poczatkiem sciezki niewielki otwór zwany otworem indeksowym). 

Precyzja jego umiejscowienia jest jednak w stosunku do wymagan zwiazanych 

z gestoscia zapisu i odczytu o wiele za mala. Precyzyjny sygnal poczatku sciezki dostarcza 

kontrolerowi szereg bajtów o podanym formacie. Rozpoczyna sie on tak zwana 

szczelina (przerwa) GAP 4B. Po niej nastepuje 12 bajtów synchronizujacych, majacych 

wartosc O (przypominamy, ze ciag zer zapewnia w MFM doskonala informacje 

o czestotliwosci pojawiania sie bifOw - zmiana kierunku pradu na poczatku kazdego 


61


bitu). Nastepnie umieszczana jest sekwencja oznaezona lAM (ang. lndex Address 

Mark - znacznik adresowy indeksu). Znajdujaca sie za nim szczelina GAP 1 sygnalizuje 

zblizanie sie poczatku sektora. 

Poczatek sciezki 

I GARAA I SYNC I lAM ~ 

Sektor 

SYNC 

Koniec sciezki 

I GA~4B I 

E ~~::~]~S-·~;iÓ0.i~1 CRC 

~~p~~\~i[ ~~n~ I CRC I GAP 3 I 

GAP 4A - 80 bajtów 4Eh SYNC - 12 bajtów OOh lAM - bajty C2h C2h C2h FCh GAP 1 - 50 bajtów 4Eh 

IDAM - bajty A1h A1h A1h FEh CRC - 2 bajty wartosci CRC . GAP 2 - 22 bajty 4Eh DAM - bajty A1h A1h A1h FBh 

Dane - 512 bajtów danych GAP 3 - 80 bajtów 4Eh GAP 48 - n bajtów 4Eh 

Rysunek 3.13. Fizyczny format zapisu na dyskietce 

Kazdy sektor rozpoczyna sie bajtami synchronizacji, po których nastepuje pole 

znacznika adresowego identyfikatora, IDAM. Kolejne pole, ID - identyfikator, pozwala 

kontrolerowi odczytac, który sektor fizyczny przesuwa sie pod glowica. 

W zwiazku z tym zawiera on miedzy innymi numer glowicy, sciezki i sektora, a takze 

zakodowana wielkosc sektora (wielkosc ta moze byc inna od standardowych 512 bajtów). 

Pole identyfikatora zabezpieczone jest dwoma bajtami zawierajacymi specjalnie 

obliczona wartosc, zwana wartoscia CRC. Po nich nastepuje szczelina GAP 2 potrzebna 

przy odczycie kontrolerowi do obliczenia i porównania wartosci bajtów kontrolnych 

CRC. Dalej nastepuja ponownie bajty synchronizujace i znacznik adresowy 

danych DAM (ang. Data Address Mark), który poprzedza pole danych roboczych 

(informacji zapisywanej), zwykle o wielkosci 512 B. Ponownie dane zabezpieczone sa 

bajtami CRC. Sektor konczy sie szczelina GAP 3, sygnalizujaca jednoczesnie zblizanie 

sie poczatku kolejnego sektora. 

Koniec sciezki sygnalizowany jest szczelina oznaczona jako GAP 4B. Ilosc bajtów 

tej szczeliny nie jest dokladnie okreslona, gdyz zalezy od pewnych fluktuacji 

dlugosci roboczej sciezki przy zapisie. Sa one zwiazane z niewielkimi zmianami 

szybkosci obrotowej talerza, zmianami termicznymi itp. Zadaniem szczeliny GAP 4B 

jest wiec wypelnienie pustego, koncowego fragmentu sciezki. 


..•.


3.2.4. Logiczna struktura dyskietki dla systemu plików FA T 

Jak zapowiada tytul, przedstawiona struktura dyskietki bedzie obowiazywala dla plików 

i katalogów (w systemie Windows - folderów) zapisywanych w tak zwanym systemie 

FAT. Mimo pewnych wad, jest to bardzo popularny system plików. Obecnie 

popularnosc ta wynika miedzy innymi z faktu, ze wiekszosc systemów operacyjnych potrafi 

go obslugiwac, podczas gdy pliki zapisane w systemach, takich jak NfFS czy HPFS, 

sa dostepne tylko dla okreslonych systemów (w tym wypadku Windows NT i o.S/2) . 

. Podzial dyskietki na logiczne struktury przedstawiony jest na rysunku 3.14. 

Podana jest na nim kolejnosc ich wystepowania oraz adres fizyczny pierwszej z nich. 

Nazwy struktur na rysunku zostaly podane w jezyku angielskim. Uzasadnieniem tego 

jest fakt, ze w wiekszosci programów narzedziowych wlasnie takie nazwy sa uzywane. 

W tekscie podajemy ich polskie odpowiedniki. 

Adres CHS 

o O 1 

Rysunek 3.14. Struktura logiczna dysku 

Nazwa struktury 

Boot record 

FAT #1 

FAT #2 

Root Directory 

Data area 

Opis rozpoczynamy od struktury zwanej rekordem ladujacym (ang. boot record). 

Znajduje sie on na sciezce zerowej strony zerowej dyskietki i umieszczony jest 

w pierwszym sektorze (adres CHS = 001). Takie umiejscowienie tej struktury bierze 

sie stad, ze zawiera ona program ladujacy okreslony system operacyjny. Program taki 

jest poszukiwany w wyniku wykonania procedury BIOS-u zwanej Bootstrap Loader, 

dostepnej takze jako przerwanie BIOS-u !NT 13h. Procedura ta poszukuje systemu 

operacyjnego na dysku twardym, dyskietce badz CD-ROM-ie. Poniewaz ilosc sciezek 

i sektorów na sciezce moze byc rózna, rekord ladujacy umieszczony jest na poczatku 

dyskietki, jako ze kazda dyskietka ma strone zerowa i sciezke zerowa, a na niej sektor 

pierwszy. Tak wiec poszukiwany adres jest zawsze t~ sam. 

Po rekordzie ladujacym nastepuja struktury zwiazane ze sposobem zapisu informacji 

na dyskietce (czy dysku twardym) zwanym systemem plików FAT. FAT jest 

skrótem od angielskiego terminu File Allocation Table oznaczajacego tablice rozmieszczenia 

(alokacji) pliku. FAT#l i FAT#2 to oryginal i kopia tej samej struktury, 

co oznacza, ze w poprawnej sytuacji ich zawartosc jest identyczna. Root directory jest 

angielska nazwa katalogu glównego. Sposób zapisu plików i uzycie wymienionych 

struktur wyjasnione jest na rysunku 3.15 i 3.16. 


63


W celu ulatwienia zarzadzania plikami sa one grupowane w pewne jednostki 

zwane katalogami albo podkatalogami, a w nowszych systemach operacyjnych folderami. 

Katalogi (lub foldery) tworza drzewiasta strukture, której przyklad pokazany jest 

na rysunku 3.15. Kazdy katalog moze zawierac pliki oraz inne katalogi zwane wówczas 

podkatalogami tego katalogu. Rózne katalogi moga zawierac pliki o tej samej 

nazwie lub wrecz te same. Katalogiem, od którego rozpoczyna sie tworzenie tej 

struktury, jest katalog glówny. 

Katalog 1 Katalog 3 IKatalog 

n 

Katalog glówny (nie ma swojej nazwy) 

Katalog 2 

riPlik2· .. P"km 

Katalog 5 

Katalog 4 Plik 1 Plik 2 - Plik k 

Rysunek 3.15. Struktura plików i katalogów 

I Plik 1 Plik 2 - - - Plik n 

i tak dalej 

Plik 1 Plik 2 - Plikj 

Poniewaz FAT#l i FAT#2 powinny byc jednakowe, na rysunku 3.16 wystepuje 

nazwa FAT. Studiujac rysunek nalezy zwrócic baczna uwage na nazwy obszarów, 

w których wystepuje okreslona informacja. 

Numery kolejnych 

bajtów 

Format 

pozycji 

w katalogu 

Nazwa pliku 

01234567 

Katalogi [ 10 ~ 

FAT 

Pozycja dla 

klastera 2 

cl2 

3 rl 

cl3 

. a J ! 

cl4 

n't2 ] ! 

Rysunek 3.16. Zapis plików w systemie PAT 

Data utworzenia Rozmiar 

•I Czas utworzenial l Numer startowego klastera lI 

·~-C-1-D~1-E-1F-.- 

ciS 

n r----_-~ ] [ 

ci n+1 

EOF ] I c~;~I 

- - f IO.SYS cz.m IO.SYS cz.osl. I ALA.TXT Cz.osl·1 



Podstawowym fragmentem dysku z punktu widzenia systemu operacyjnego jest 

tak zwany klaster (ang. cluster), zwany czasami jednostka alokacji pliku, w skrócie 

JAP. Pojedynczy klaster moze sie skladac z jednego lub kilku sektorów. Dla konkretnego 

typu dyskietki jest to wartosc stala, natomiast dla dysków twardych moze miec 

rózne wartosci (bedace jednak potegami liczby 2), które moga zalezec od wielkosci 

dysku. i jego podzialu na tak zwane partycje i dyski logiczne. Klaster jest najmniejszym 

fragmentem dysku, do którego potrafi odwolac sie system operacyjny (nie potrafi 

on odwolac sie do sektora, ani tym bardziej do bajtu). Pliki zapisywane na dysku, 

sa zapisywane w klasterach, przy czym jezeli ostatni fragment pliku w ostatnim klasterze, 

do którego jest zapisywany, zajmie tylko jego czesc, pozostala czesc pozostanie 

niewykorzystana, bowiem zapis nowego pliku musi zaczac sie od nowego klastera. 

Poniewaz klastery sa jednostkami, w których zapisuje sie plik, to pojecie klastera dotyczy 

wylacznie obszaru danych dysku. 

Informacja o tym, w których klasterach zostal zapisany dany plik, znajduje sie na 

dysku (badz dyskietce) w specjalnej tablicy zwanej tablica rozmieszczenia (alokacji) 

plików, w skrócie FAT (wyjatkiem jest tu poczatkowy, pierwszy klaster danego pliku, 

o czym za chwile). Kazdy klaster na dysku ma odpowiadajaca mu pozycje w tablicy 

FAT, stad liczba pozycji w tablicy FAT nie moze byc mniejsza od liczby klasterów 

wystepujacych na dyskietce lub dysku logicznym (kazdy dysk logiczny posiada swoja 

tablice FAT). Podstawowe informacje o pliku zapisanym na dysku znajduja sie 

w (pod)katalogu, w którym zostal zapisany plik, w odpowiadajacej mu pozycji. Jak 

widac, podana jest tam jego nazwa, rozmiar, tak zwane atrybuty i wreszcie informacja 

o numerze pierwszego klastera, od którego rozpoczyna sie dany plik. Zapis pliku przebiega 

nastepujaco: system operacyjny szuka na dysku pierwszego wolnego klastera 

i tam zaczyna zapisywac plik, jednoczesnie zapisujac numer tego klastera do pozycji 

w katalogu, która odpowiada danemu plikowi. Numer ten jest jednoczesnie numerem 

pozycji w tablicy FAT odpowiadajacej temu klasterowi. Jezeli plik zmiesci sie w jednym 

klasterze, to w pozycji tablicy FAT jemu odpowiadajacej wpisywana jest sygnatura 

konca pliku oznaczana przez EOF (ang. End OJ File), równa FFFFh. W przeciwnym 

wypadku system szuka kolejnego, najblizszego wolnego klastera i zapisuje 

w nim kolejna czesc pliku. Jednoczesnie numer tego klastera jest zapisywany w tablicy 

FAT na pozycji odpowiadajacej poprzedniemu klasterowi (gdzie w poprzednim 

wypad1..ruwpisane zostalo EOF). Efekt takiego procesu jest zilustrowany na rysunku 

3.16. Numery lancucha klasterów, w których zapisany jest dany plik, mozna znalezc 

w tablicy FAT, przy czym na kolejnych pozycjach odpowiadajacym kolejnym klasterom, 

w których jest zapisany plik, zapisany zostaje numer nastepnego klastera. 

O ostatnim klasterze informuje sygnatura EOF. 

Skasowanie pliku polega na zmianie pierwszej litery nazwy na symbol ((kod E5h), 

oznaczajacy dla systemu plik skasowany oraz na wpisaniu zer w tablicy FAT na pozycjach 

odpowiadajacych klasterom, w których zostal zapisany dany plik. Stad odzyskanie przy- 


65


padkowo skasowanego, pojedynczego pliku nie nastrecza zwykle wiekszych trudnosci, 

pod warunkiem, ze po tym fakcie nie dokonalismy na dysku zadnych zapisów (w pewnych 

szczególnych przypadkach odzyskanie pliku moze byc trudne lub wrecz niemozliwe). 

Krótkiego wyjasnienia wymaga jeszcze zapis i umiejscowienie informacji o podkatalogach. 

Informacja o podkatalogu jest zapisywana tak samo jak plik, czyli podkatalogowi 

przydzielany jest oddzielny klaster badz, w razie potrzeby, klastery. Jednoczesnie 

numer tego klastera jest w~isany do pozycji odpowiadajacej temu podkatalogowi 

w jego katalogu nadrzednym (czyli w katalogu, w którym dany podkatalog 

zostal utworzony). Wynikiem tego jest miedzy innymi fakt, ze ilosc podkatalogów 

danego podkatalogu jest nieograniczona, a dokladniej, ograniczona jedynie dostepna 

przestrzenia na dysku (ilosc pozycji w katalogu glównym byla ograniczona). 

Przykladowe pozycje plików i podkatalogów w katalogu o nazwie MSIMEV54 

oraz lancuch pozycji w tablicy FA T dla wybranego pliku o nazwie README.DOC 

pokazuje rysunek 3.17 a i b. 

Rysunek 3.17 a. Widok katalogów w programie Disk Editor 

W tym katalogu pozycja o nazwie README.DOC jest plikiem o rozmiarze 

49993 B. Pierwszy klaster zajmowany przez ten plik nosi numer 8888. Pozycja o nazwie 

BACKUP jest podkatalogiem zapisanym w klasterze~o numerze 8894. Wreszcie 

pozycja aRF 390 jest skasowanym plikiem. Na rysunku 3.16b pokazane jest okno 

wyswietlajace zawartosc tablicy FAT. Jest w nim podswietlony lancuch pozycji dotyczacy 

pliku README.DOC (z katalogu MSIMEV54). Dysk, na którym sa zapisane 

wymienione struktury, ma klastery skladajace sie z 32 sektorów. Stad, jak latwo poli- 

<strong>Please</strong> <strong>purchase</strong> <strong>PDF</strong> <strong>Split</strong>-<strong>Merge</strong> on www.verypdf.com to remove this waterma


czyc, wymieniony plik musi byc zapisany w 4 klasterach (49993B / (32 ·512B) = 3,05). 

Przedstawione okna uzyskane zostaly za pomoca programu Disk Editor z pakietu 

Norton Utility. Program ten pozwala ogladac i modyfikowac informacje logiczna zapisywana·na 

dysku, dostarcza takze wielu innych uzytecznych informacji na jego temat 

(np. wielkosc klastera). Jest to program bardzo uzyteczny, chodz w niedoswiadczonych 

rekach moze byc niebezpieczny. Jednakze w trybie odczytu (w którym moze 

pracowac) jest wspanialym narzedziem do poznania struktury logicznej dysku. Do 

programów pakietu Norton Utility i innych programów narzedziowych dla dysków 

powrócimy w rozdziale dotyczacym dysków twardych. 

Rysunek 3.17 b. Widok tablicy FAT w programie Disk Editor 

3.3. Dyski twarde 

Dyski twarde sa obecnie prawdopodobnie najczesciej uzywanym typem pamieci 

masowych. Charakteryzuja sie duzymi pojemnosciami (do kilkunastu GB) i szybkim 

transferem informacji. Wlasnosci te w znacznej mierze zawdzieczaja swojej konstrukcji 

mechanicznej. 

3.3.1. Budowa mechaniczna dysku twardego 

Wnetrze dysku twardego wraz z zaznaczeniem podstawowych czesci przedstawia 

rysunek 3.17. 

<strong>Please</strong> <strong>purchase</strong> <strong>PDF</strong> <strong>Split</strong>-<strong>Merge</strong> on www.verypdf.com to remove this waterm 

67

68 

Widok z góry na otwarty dysk 

2 3 

Widok od spodu ze zlaczami 

Widok górnej pokrywy 

Rysunek 3.17. Dysk twardy 

7 

4 


1 -talerze 

2 - pozycjoner 

3 - ramiona glowic 

4 -glowica 

5 - zlacze IDE 

6 - zlacze zasilania 

7 - geometria dysku 



Podstawowymi elementami dysku sa: pozycjoner, ramiona, na których umieszczone 

sa glowice zapisujaco-odczytujace, uklady elektroniczne sterujace i interfejsu, silnik 

napedu talerzy i wreszcie same talerze pokryte nosnikiem magnetycznym. Jedna z zasadniczy.ch 

róznic pomiedzy dyskami twardymi i elastycznymi dotyczy wlasnie budowy 

talerzy. W dysku twardym sa one wykonane ze sztywnego materialu pokrytego warstwa 

nosnika magnetycznego (stad nazwa dysk twardy). Sztywnosc i precyzja wykonania 

zapewniaja, ze dysk moze wirowac z duza szybkoscia (obecnie do rzedu 7 tysiecy obrotów 

na minute) a glowica odczytujaco-zapisujaca moze byc umieszczona bardzo blisko 

powierzchni dysku Gest unoszona nad powierzchnia dysku przez poduszke powietrzna 

powstajaca w zwiazku z szybkimi obrotami dysku). Wymienione czynniki oraz 

bardzo dobra jakosc nosnika zapewniaja duza gestosc zapisu (niewielka szcZelina pomiedzy 

glowica a dyskiem zapewnia mniejsza szerokosc sciezek, a zatem wiekszy parametr 

TPD. Schematycznie wyjasnia to rysunek 3.19. Na rysunku tym wyjasnione tez 

jest dlaczego czesc mechaniczna zawierajaca talerze i glowice musi byc co najmniej 

pyloszczelna. Duza szybkosc wirowania zapewnia z kolei duza czestotliwosc zapisywania 

oraz odczytu informacji, a co zatem idzie duzy transfer informacji. 

Glowica 

Odcisk palca 

Zaleznosc szerokosci sciezki 

od odleglosci glowicy od nosnika 

Rysunek 3.18. Porównanie odstepu glowicy od talerza dysku z wielkoscia wybranych obiektów 

Zdjecia na rysunku 3.18 pozwalaja na jeszcze jedno ciekawe spostrzezenie. Jedna 

z istotnych informacji o dysku sa parametry zwane jego geometria, na która sklada sie 

ilosc glowic, cylindrów i sektorów na jednej sciezce. Podawane sa one na naklejkach na 

dysku lub w instrukcjach. Okazuje sie, ze nie maja one zadnego zwiazku z 'rzeczywistym 

wygladem mechanizmu dysku. W naszym przypadku 16 glowic (16 HDS) oznaczaloby 

obecnosc 8 talerzy w dysku, co przy jego wysokosci byloby technologicznie rzecza bardzo 

klopotliwa (byc moze wrecz niewykona1na). W rzeczywistosci nasz dysk posiada 

dwa talerze, a zatem cztery glowice. Parametry podane na dysku sa wiec parametrami, 

przy uzyciu których zglaszaja sie do systemu uklady sterujace praca dysku. 

Rozwiazania mechaniczne pozycjonerów sa dwojakiego rodzaju. Pierwsze, stosowane 

wczesniej, uzywaly silników krokowych i zapewnialy ruch glowicy po prostej 


69


radialnej w stosunku do talerzy. Drugie rozwiazanie uzywa najczesciej silników liniowych, 

a glowica przemieszcza sie po luku. Obydwa rozwiazania pokazane sa schematycznie 

na rysunku 3.20 a i b. 

a) 

! Ruchy 

,Talerz dys,ku 

pozycjonera 

Rysunek 3.19. Rozwiazania mechaniczne pozycjonerów dysku 

b) 

. Os obrotu 

3.3.2. Struktura fizyczna i logiczna dysku twardego 

Struktura fizyczna dysku twardego niewiele odbiega od struktury fizycznej dyskietki. 

Jest ona (dla zapisu RLL) przedstawiona na rysunku 3.21, który nie wymaga 

dodatkowych komentarzy. 


I SYNC I lAM I GAP 1 

Sek10r 

I SYNC 1 IIDAM I~ ECC I GAP 2 ISYNC 2 ~DAM~: I Dane : r ECO I GAP 3 I 

Koniec sciezki 

I GAP4 I 


SYNC - 12 bajtów OOh lAM - bajty A1h FCh GAP 1 - 12 bajtów FFh 

Sek10r 

SYN C 1 - 10 bajtów 00 IDAM - bajty 5Eh A 1h ECC - 4 bajty wartosoi ECC GAP 2 - 5 bajtów 00 4Eh 

SYNC 2 - 11 bajtów 00 DAM - bajty 5Eh A 1h GAP 3 - 3 bajty OOh i 17 bajtów FFh 

Dane - 512 bajtów danych GAP 48 - okolo 93 bajty OOh 

R.ysl:lnek 3.'21. Struktura fi2yczna dysku twardego RLL 



Znacznie dokladniej zaJrruemy sie struktura logiczna dysku twardego. W tym 

celu najpierw przedstawimy metody adresowania informacji na dysku: adres sektora 

fizycznego, który poznalismy przy omawianiu dyskietek, adres sektora logicznego 

oraz adres klastera. 

3.3.2.1. Adres sektora fizycznego 

Adres ten zostal omówiony w rozdziale dotyczacym dyskietek. Przypomnimy 

tylko, ze byl on nazywany adresem CHS (ang. cylinder, head, sector - cylinder, glowica, 

sektor, lub w innej interpretacji: numer sciezki, numer glowicy i numer sektora). 

3.3.2.2. Adres sektora logicznego 

Adres ten mozna inaczej nazwac numerem sektora logicznego lub po prostu numerem 

sektora. Sposób numerowania sektorów logicznych (w porównaniu z adresem 

CHS) przedstawia rysunek 3.22 a. Na rysunku tym zalozono pewna (fikcyjna) geometrie 

dysku: 4 glowice, 4 cylindry i 8 sektorów na sciezke. 

Dól 

Góra 

014 3 

Rysunek 3.22 a. Sposób uzyskiwania numeru sektora logicznego 

013 2 

·012 1 O 

2517 

112 

7- 032 

16 

111 24 

Strona zerowa jest nazywana sttona ukryta (ang. hidden). Jest ona poswiecona 

celom systemowym. Sektory tej strony nie wchodza do numeracji sektorów logicznych 

na dysku. Strona ukryta nie ma swojego odpowiednika na dyskietce. 

Regula numerowania sektorów logicznych jest nastepujaca: numeracje rozpoczynamy 

od liczby O. Sektorem logicznym O (slowo logiczny bedziemy pomijac 

w dalszej czesCi tekstu) jest pierwszy sektor fizyczny na stronie 1 i sciezce O dysku 

(CHS = 011). Kolejne numery otrzymuja kolejne sektory fizyczne lezace na tej sciezce. 

I tak CHS = 012 to sektor 1, 013 - 2 itd. Po wyczerpaniu wszystkich sektorów 


71


sciezki zmieniamy strone nie zmieniajac cylindra. Sektorem 8 w naszym przykladzie 

jest wiec sektor fizyczny o adresie CHS = 021. 

007 

Strona O(Hidden) 

005 

Strona 2 

15 

025 

12 

004 

6 

017 

8 95 

024 

02~0 \ \ \ \ VIV))J 



o 

23 16 

20 

035 

014 

034 

24 

111 

9 '-/ ..---r---... ~ 17 

14 22 

027 1!~\\022 037 , /'/' ~ 'v'\.'\ 032 

Rysunek 3.22 b. Sposób uzyskiwania numeru sektora logicznego 

J 03~8 

Dopiero po wyczerpaniu wszystkich sektorów fizycznych biezacego cylindra, 

zmieniamy cylinder; przechodzac na cylinder o numerze wyzszym o 1 i numeracje 

kontynuujemy od pierwszego sektora fizycznego pierwszej strony tego cylindra. Postepowanie 

kontynuujemy az do wyczerpania wszystkich sektorów fizycznych. Podkreslamy 

jeszcze raz, ze sektory strony O w ogóle nie wchodza do tej numeracji. Opisane 

postepowanie jeszcze raz zostalo zilustrowane na rysunku 3.22 b, na którym dysk 

jest tak przedstawiony, jakby kazdy talerz zostal rozciety na dwie warstwy, górna 

i dolna. 


25 

112


3.3.2.3. Adresowanie numerem klastera 

Ostatnia mozliwosc adresowania informacji na dysku polega na podaniu numeru 

klastera, yv którym sie znajduje. Adresowac w ten sposób mozemy jedynie obszar danych, 

gdyz ich dotyczy pojecie klastera. Numeracja klasterów zaczyna sie od liczby 2. 

Mozemy obecnie juz podac strukture logiczna dysku twardego. Jest ona pokazana 

na rysunku 3.23. Sa tam równiez podane mozliwosci adresowania poszczególnych 

obszarów. 

C H S: Sposoby adresowania 

O O 1: Tylko adres 

fizyczny (CHS) 

Strona :ukryta (hidden) 

O 1 1: Adres CHS, 

numer sektora 

logicznego 

Adres CHS, 

numer sektora 

- -,- - - 

logicznego i numer 

klastera 

Rysunek 3.23. Struktura logiczna dysku 

Nazwa obszaru 

Master Boot Rekord - glówny rekord ladujacy 

Data Parttion Table - tablica partycji 

Boot Record - rekord ladujacy 

FAT #1 - tablica alokacji plików 

FAT #2 - tablica alokacji plików - kopia 

Root Directory - katalog glówny 

Data Area - obszar danych 

Omówimy teraz role poszczególnych struktur. 

3.3.2.4. Master Boot Record (glówny rekord ladujacy) i tablica partycji 

Dyski twarde sa nosnikami o duzych pojemnosciach, stad zalozono (zupelnie 

slusznie), ze moga byc na nich instalowane rózne systemy operacyjne. Instalacja kilku 

systemów operacyjnych wymaga zwykle (choc nie zawsze) umieszczenia ich na wydzielonym 

obszarze dysku zwanym partycja. Partycje sa logicznie niezaleznymi 

strukturami na dysku. Miedzy innymi rózne partycje moga obslugiwac rózne systemy 

plików Gest to jeden z wazniejszych powodów podzialu dysku na partycje). Informacja 

o tym, w jaki sposób dysk twardy zostal podzielony na partycje, znajduje sie 

w specjalnej strukturze umieszczonej na ukrytej stronie dysku. Struktura ta nosi nazwe 

tablicy partycji (ang. Data Pmtition Table) i jest czesto oznaczana skrótem DPT. Tablica 

partycji jest czescia innej waznej struktury zwanej Master Boot Record. Polskim 

odpowiednikiem tego terminu, oznaczanego czesto skrótem MER, jest glówny rekord 

ladujacy. Adres fizyczny (CHS) glównego rekordu ladujacego wynosi 001. Zajmuje 


73


on wiec pierwszy sektor sciezki zerowej strony ukrytej dysku twardego. W glównym 

rekordzie ladujacym umieszczony jest program, którego zadaniem jest przegladniecie 

tablicy partycji w celu odnalezienia tak zwanej partycji aktywnej i w dalszej kolejnosci, 

zaladowanie z tej partycji umieszczonego tam programu ladujacego system operacyjny 

(program taki znajdowal sie na dyskietce w obszarze zwanym Boot Record). 

Tylko jedna partycja moze byc partycja aktywna. 

Format glównego rekordu ladujacego oraz znajdujacej sie w nim tablicy partycji 

podane sa na rysunku 3.24 i w tabeli 3.2. 

, 

Numer bajtu w sektorze 

o 

aktywnej zawartoscpartycji pierwszego sektora 

AA55h Rekord Rekord I opisu opisu opisupartycji partycji nr nr nr 42 

3 1 

1BEh 

1CEh 

1DEh 

1EEh 

Program odszukujacy i ladujacy 

Rysunek 3.24. Format glównego rekordu ladujacego 

Tabela 3.2. Opis pól rekordu opisu partycji 

Tablica 

partycji 

Numer bajtu rekordu .' Zawartosc 

Poczatek Rodzaj Znacznik Koniec Rozmiar Koniec Poczatek partycji aktywnosci partycji partycji - -numer -numer --numer -partycji liczba numer glowicy 

cylindra sektorów cylindra wzgledny i sektora (10 pierwszego bitów) i sektora sektora(6 

bitów) 

OOh 

Przykladowymi rodzajami partycji (wraz z ich kodem) sa: 

• DOS, 16-bitowa tablica FAT, rozmiar < 32 MB- kod 04h 

• DOS, l6-bitowa tablica FAT, rozmiar 232 MB (oznaczany jako BIGDOS) - kod 06h 


=--..;..----------------- 


• OS/2, system plików HPFS - kod 07h 

• UNIX SysV/386 - kod63h. 

Wiecej szczególów na temat rozmieszczenia informacji w DPT mozna znalezc na 

przyklad w pozycji [13] bibliografii. 

Mimo mozliwosci wpisania w adresie poczatku tablicy partycji takze numeru 

sektora i glowicy, programy partycjonujace, takie jak Fdisk, dzialaja tak, ze granica 

podzialu jest zawsze koniec i poczatek kolejnych cylindrów na dysku. Ilustruje to 

rysunek 3.25. Pierscienie o tym samym stopniu szarosci naleza do tej samej partycji. 

Party~a Party~a 

1 Partycja 3 Partycja 

2 4 Obszar wolny (nieuzywany) 

Rysunek 3.25. Podzial dysku na partycje 

3.3.2.5. Rekord ladujacy 

Zadanie rekordu ladujacego na dysku jest takie samo jak w przypadku dyskietki 

- polega na zaladowaniu okreslonego systemu operacyjnego. Przypominamy jednak, 

ze na róznych partycjach dysku twardego moga byc zainstalowane rózne systemy 

operacyjne. Wynika z tego, ze kazda partycja moze miec swój wlasny rekord ladujacy. 

Adres fizyczny CCHS) rekordu ladujacego pierwszej partycji wynosi 011. 

3.3.2.6. Tablica rozmieszczenia plików (FAT) 

Rola tablicy FAT na dysku twardym jest taka sama jak rola tablicy FAT na dyskietce. 

Istotna róznica wystepuje jedynie w ilosci bitów zarezerwowanych na zapis 

numerów klasterów. Na dyskietce na ten cel rezerwowano zawsze 12 bitów, co dla 

pojemnosci dyskietki bylo iloscia w zupelnosci wystarczajaca. Dla dysków twardych 


75


moze to byc obecnie 16 lub 32 bity, stad mówimy o tablicach FAT 16- lub 32-bitowych. 

Ponizej wyjasnimy znaczenie powiekszania dlugosci pozycji w tablicy FAT. 

Pozycje w tablicy FAT o dlugosci 16 bitów pozwalaja ponumerowac 216 = 

65536 klasterów. Przykladowo, w przypadku dysku o pojemnosci 208 MB daje to 

klastery skladajace sie z 8 sektorów, czyli o dlugosci 4 KB. Dla dysku 508 MB dlugosc 

ta wzrasta do 8 KB, a dla dysku 4,3 GB wynosi 64 KB. Przypominamy, ze jeden 

klaster moze byc uzywany tylko przez jeden plik. Stad przestrzen na koncu ostatnich 

klasterów plików jest niewykorzystywana. Im wieksze klastery, tym wieksza moze 

byc nieuzywana powierzchnia dysku. Powiekszenie pozycji w tablicy FAT do 32 bitów 

pozwala ponownie zmniejszyc wielkosc klasterów, takze dla duzych dysków. 

3.3.2.7. Katalog glówny 

Katalog glówny dla dysku twardego nie rózni sie niczym od katalogu glównego 

na dyskietce. Maksymalna ilosc pozycji w katalogu glównym wynosi 512. 

3.3.2.8. Obszar danych 

Od poczatku obszaru danych mamy mozliwosc adresowania infolIlI:lLji na dysku 

trzema sposobami: za pomoca adresu (sektora) fizycznego, numeru sektora logicznego 

i numeru klastera. W obszarze danych zapisywane sa pliki oraz podkatalogi. Ilosc 

pozycji w podkatalogu jest ograniczona jedynie pojemnoscia obszaru danych. 

3.3.3. Profilaktyka dysku twardego 

W rozdziale tym chcemy podac kilka prostych wskazówek pozwalajacych na 

bezpieczniejsze i bardziej efektywne uzywanie dysku twardego oraz na unikniecie 

wielu klopotów. 

Po podziale dysku na partycje oraz po ich zmianach (co przy uzyciu okreslonych 

programów jest mozliwe bez utraty informacji) nalezy zrobic na dyskietce kopie jego 

podstawowych struktur: MER wraz z DPT. Mozna takze wykonac kopie tablic FAT 

oraz katalogu glównego, choc te struktury zmieniaja sie znacznie szybciej i wymagaja 

czestszego kopiowania. Kopie takie mozna wykonac recznie, na przyklad przy uzyciu 

programu Disk Editor z pakietu NU, jednakze istnieje tez gotowy program z tegoz 

pakietu, noszacy nazwe Resctle, realizujacy te same zadania, a dodatkowo pozwalajacy 

szybko odtworzyc struktury na podstawie przechowywanych wzorców.- 

Inna wazna czynnoscia jest usuniecie tak zwanej defragmentacji dysku. Po dluzszym 

uzytkowaniu dysku, czestym zapisywaniu i kasowaniu plik§w i katalogów, pliki 

zaczynaja byc zapisywane w klasterach nieprzylegajacych do siebie, a nawet dosc 

odleglych. Zmusza to glowice dysku do czestych zmian sciezek i oczekiwania na odczyt 

kolejnych klasterów, co znacznie spowalnia prace dysku. Ponownie, istnieja pro- 


Dyski twarde i elastyczne 77 

gramy przywracajace "spójnosc" plikom na dysku. Przylcladami takich programów 

jest Defrag firmy Microsoft czy Speedisk z pakietu NU. 

Przy omawianiu programów narzedziowych warto jeszcze wspomniec o programach 

pozwalajacycnna repartycjonowanie dysku bez utraty informacji (czynnosci 

takiej nie potrafi wykonac program Fdisk). Jednym z ciekawszych jest program Partition 

Magic firmy PowerQuest. Program ten potrafi miedzy innymi zmienic wielkosc 

partycji, dodac (utworzyc), usunac oraz przesunac partycje. Obsluguje systemy plików 

FAT, FAT32, HPFS, NTFS oraz system plików Linuksa. Mozna za jego .pomoca 

zmienic takze wielkosc klasterów. Program ten umozliwia tez analize pewnych wlasnosci 

dysku, takich jak ilosc miejsca traconego na dysku (z powodu niepelnych, 

"ostatnich" klasterów) czy analize bledów na dysku. 

3.4. Interl'ejsy dysków twardych 

Zgodnie z wczesniejszymi wyjasnieniami, wiemy, ze naped dyskowy (a generalnie 

kazde urzadzenie peryferyjne) jest podlaczony do systemu za posrednictwem okreslonego 

ulcladu wejscia/wyjscia, czesto wówczas zwanego jego interfejsem. Dla twardych 

dysków istnieja obecnie dwa konkurujace ze soba interfejsy: EIDE i SCSI. 

Pierwszy z nich wystepuje prawie wylacznie w PC-tach i obsluguje dyski twarde 

i CD-ROM-y. Jest tez wolniejszy (choc ostatnia róznica pomiedzy nim a SCSI nieco 

sie zmniejszyla), ale za to tanszy. Interfejs SCSI jest w zasadzie magistrala. Jest to 

interfejs szybki i uniwersalny, pozwalajacy na podlaczenie róznorodnych urzadzen. 

Niestety jego wada jest cena. ~ 

3.4.1. Interfejs (E) IDE 

3.4.1.1. Podstawy dzialania interfejsu IDE 

Skrót IDE pochodzi od angielskiej nazwy Integrated Drive Electronics lub Inteli 

gent Drive Electronics. Poprzednik interfejsu IDE, interfejs ST506 (którego tu nie 

przedstawiamy, gdyz ma obecnie jedynie znaczenie historyczne), wymagal obecnosci 

w kontrolerze dysku (HDC) wielu róznorodnych ukladów, podczas gdy elektronika 

samego napedu (HDD) byla stosunkowo uboga. Powodowalo to, ze kontrolery standardu 

ST 506 byly duze (dodatkowo stopien scalenia stosowanych ukladów scalonych 

byl nizszy) i wymagaly do polaczenia z napedem dyskowym dwóch pasm, jednego 

transmitujacego dane, a drugiego sygnaly sterujace praca napedu. Koncepcja IDE jest 

odmienna. Zalozono, ze mozliwie duzo ulcladów sterujacych praca napedu nalezy 

umiescic na plytce zamontowanej w napedzie. Pozwoli to znacznie uproscic (i zmniejszyc) 

konstrukcje sterownika napedu dysku twardego (HDC). Zadanie to zostalo 

w pelni zrealizowane. Zachowano natomiast zgodnosc z wiekszoscia rejestrów oraz 

operacjami (typu odczytaj sektor) wystepujacymi w interfejsie ST506. 



Rysunek 3.26 pokazuje podstawowe bloki ukladów potrzebne do realizacji operacji 

zapisu i odczytu na dyskach twardych. Na rysunku tym z'aznaczono tez miejsce 

podzialu tych ukladów na uklady HDD i HDC. 

HOO 

HOO 

~ ST506~ 

Separator 

danych 

Uklad 

formatowania 

danych 

(szereg.lrówn), 

bufory, 

uklady sterujace 

Rysunek 3.26. Porównanie interfejsu ST 506 i IDE 

Bufory 

magistrali 

i dekodery 

adresowe 

~IDE _ HOC 

HOC - 

Magistrala 

systemowa 

Kontroler IDE zawiera glównie bufory linii magistrali i uklady dekodowania adresów. 

Sygnaly przesylane pomiedzy systemem a kontrolerem przedstawiono na rysunku 

3.27. 

ISARESET SA2 S013 OA1 IOROYSPSYNC/CSEL 

INTRQIOCS16 CS3FX# POIAG 

OACKx 

S01 

IOW# S02 

GNO IDEIDE 

SOS S014 SOg S015 S010 S011 S012 NCOMARQ OIOW# 001 000 DO?DOS 002 D06 DOS0010 DD4 003 DOg NC GNO 0011 0012 0013 D014 0015 GNO 

DIOR# GNO 

POIAG I/OCS16 OMACK OAODA2 GNO GND 

Rysunek 3.27. Podlaczenie dysków IDE do kontrolera 

ISA 

Zlacze 

IDE 

<strong>Please</strong> <strong>purchase</strong> <strong>PDF</strong> <strong>Split</strong>-<strong>Merge</strong> on www.verypdf.com to remove this waterma

s) 


Rejestry interfejsu IDE sa widziane przez system jako izolowane uklady wejscia/wyjscia 

(patrz czesc I ksiazki rozdzial 4), o adresach skupionych w dwóch grupach, 

rozpoczynajacych sie od IFOh i 3F6h. Dokladny opis tych rejestrów wykracza 

poza ramy tego podrecznika. Mozna go znalezc na przyklad w pozycji [6J lub [3J bibliografii. 

Interfejs IDE umozliwia podlaczenie do systemu dwóch dysków twardych. Sposób 

podlaczenia dysków do kontrolera oraz sygnaly pasma (pasmem nazywamy plaski 

wielozylowy kabel) pomiedzy dyskami i kontrolerem przedstawia rysunek 3.27. Na 

rysunku tym przedstawiono tez sygnaly magistrali ISA odpowiadajace syghalom IDE" 

(o ile taka odpowiedniosc istnieje). 

Zarówno zlacze, jak i kabel powinny miec oznaczony sygnal numer 1. Dla pasma 

oznaczenie ma kolor czerwony. Na plycie lub karcie kontrolera jest zwykle oznaczenie 

przy gniezdzie (1, 2 lub 39, 40). Jedynka zlacza na dysku twardym jest umieszczana 

z reguly od strony zlacza zasilania. 

Jak widzimy, sygnaly interfejsu IDE sa buforowanymi sygnalami magistrali 

systemowej, wsród których przewazaja linie danych oraz sygnaly potwierdzajace 

przeslanie informacji. Sterowanie praca napedu dyskowego odbywa sie za pomoca 

zestawu polecen przekazywanych do jego ukladów sterujacych za pomoca linii danych. 

Podstawowy zestaw polecen oraz kilka przykladowych polecen (pola zacieniowane) 

zestawu rozszerzonego podaje tabela 3.3. Pelny zestaw polecen IDE wraz z ich 

dokladnym opisem mozna znalezc na przyklad w pozycji [3J bibliografii. 

Tabela 3.3. Przykladowe polecenia interfejsu IDE 

padku wystapienia bledów druga wersja polecenia 

Nazwa polecenia Pozycjonuje Konfiguruje Uruchamia Podaje Odczytuje Sprawdza blok Dzialanie mozliwosci okreslona wewnetrzna (255 geometrie glowice slówilosc (ustawia (poprawnosci) 16-bitowych) dysku. procedure sektorów. Uzywana nad okreslonym diagnostyczna Wparametrów odczytu przy- takze 

przy powtarza sektorów dysku wama opisujacych cylindrem) przelaczaniu kilkakrotnie (dane i naped przelacza niena * sainny przesylane) próbe na nia nizodczytu naped CHS tryb adreso- 


79

~.~ ~ 


napedu '. - 

Nazwa 

Odczyt ~. .. 

polecenia 

i transmisja. bloku ~ sektorów 

Jak dla polecenia DzialanieRead 

Sectors, lecz dla operacji 

Wprowadza naped w s~,anu.spienia, wylacza silnik 

zapISU 

* - dokladny opis formatu bloku znajduje sie w pozycji [3] bibliografii 

Poniewaz obydwa dyski podlaczone sa do sterownika tym samym pasmem, bez 

zadnego przeplotu, musi istniec mechanizm pozwalajacy ukladom logicznym napedów 

dyskowych rozróznic, którego z dysków dotyczy aktualnie wykonywane polecenie. 

Dlatego tez kazde urzadzenie IDE (dysk twardy lub CD-ROM) ma mozliwosc 

ustawienia za pomoca zworek (ang. jumpers) rodzaju pracy: jako dysk master 

(nadrzedny) i slave (podporzadkowany). Dysk o adresie O jest dyskiem master, dysk 

o adresie 1 dyskiem slave. Czasami tez wymagane jest ustawienie opcji zwanej single 

(pojedynczy) lub opcji slave is present - wystepuje dysk podrzedny. Konkretne ustawienia 

zaleza od producenta i sa umieszczane badz na naklejce na obudowie dysku, 

badz w instrukcji dla uzytkownika (ang. Usd s Manual). Róznica pomiedzy dyskiem 

master i slave wystepuje jedynie w czasie startu systemu. W trakcie pracy dyski te 

pracuja niezaleznie. 

3.4.1.2. Rodzaje i oznaczenia intenejsu IDE, ograniczenia wielkosci dysków 

W terminologii dotyczacej IDE istnieje niestety spore zamieszanie. Ponizej podajemy 

terminologie zaproponowana (i mamy nadzieje, sprawdzona) przez niemiec-o 

kiego autora publikacji na temat IDE, Friedhelma Schmidta [3]. Poniewaz odbiega 

ona od terminologii popularnie uzywanej w Polsce, podajemy takze i te ostatnia. 

Interfejs IDE powstal jako rozwiniecie standardu ST506. Sugestia jego powstania 

wyszla od firmy Compaq. W jego opracowaniu uczestniczyly firmy Western Digital 

i CDC. Za date jego powstania mozna uznac rok 1985. W nastepnych latach 

amerykanski instytut standaryzacji ANSI (ang. American National Standmds lnstitute) 

opracowal standard dotyczacy interfejsu IDE. W standardzie interfejs ten nosil nazwe 

ATA (ang. AT-Attachment, jako ze IDE byl czesto okreslany takze jako AT-Bus) 

oznaczany pózniej jako ATA-l. Prace nad standardem zakonczono w roku 1994. Po 

wprowadzeniu pewnych ulepszen dotyczacych szybkosci transmisji i dodaniu nowych 

polecen stworzono standard ATA-2. Osobnym standardem opracowanym w celu dolaczenia 

do IDE innych urzadzen, glównie CD-RaM-ów, jest ATAPI (ang. AT-Attachment 

Packet lnteiface). Uzywa on IDE jako interfejsu fizycznego, lecz uzywane 

polecenia sa komendami SCSI. Termin EIDE nie pokrywa sie dokladnie z zadnym 



z tych standardów. Moze oznaczac szybszy transfer, obsluge dysków wiekszych niz 

504 MB (o czym za chwile), obsluge CD-ROM-ów, uzywanie dwóch portów IDE, co 

w efekcie daje mozliwosc podlaczenia czterech urzadzen, czy tez wreszcie dowolna 

kombinacje wymienionych cech. 

W przypadku mozliwosci podlaczenia do systemu czterech urzadzen IDE, na 

plycie glównej czy karcie kontrolera IDE wystepuja dwa zlacza, oznaczane czesto 

jako primary IDE i secondmy IDE (inne oznaczenia to np. IDE O i IDE 1). W istocie, 

w takim przypadku mamy do czynienia z dwoma niezaleznymi kontrolerami IDE. 

Wymagaja one miedzy innymi oddzielnych sygnalów przerwan i oddzielnych adresów 

w przestrzeni adresowej ukladów wejscia/wyjscia. Kontroler portu p/immy ma standardowo 

przypisane przerwanie 14, natomiast port secondmy uzywa zwykle przerwa 

.nia 15. Sposób podlaczenia czterech urzadzen IDE pokazuje rysunek 3.28. 

Primary 

(IDE O) 

Kontroler IDE 

(HOC) 

Secondary 

(IDE 1) 

Rysunek 3.28. Sposób podlaczenia do systemu czterech urzadzen IDE 

Na polskim rynku przyjelo sie jednak nieco inne rozumienie tych oznaczen. IDE 

uwazany jest za synonim ATA lub ATA-l. Z kolei oznaczenie EIDE jest uwazane za 

jednoznaczne z ATA-21ub FAST ATA. 

W mechanizmie wspólpracy interfejsu IDE z systemem plików FAT oraz w pewnych 

rozwiazaniach stosowanych w samym interfejsie IDE tkwia ograniczenia pojemnosci 

obslugiwanych dysków. Interfejs IDE jest widziany przez system jako okreslony 

zestaw rejestrów. Przez te rejestry jest miedzy innymi przekazywana geometria dysku 

(ilosc glowic, cylindrów i sektorów na sciezce). Przypominamy, ze parametry te nie sa 

zwiazane z fizycznym wygladem dysku, lecz stanowia sposób, w jaki uklady sterujace 



dysku sa widoczne dla systemu. W rejestrach IDE ilosc cylindrów zapisana jest za 

pomoca 16 bitów, ilosc sektorów za pomoca 8 bitów, a ilosc gl0wic zapisana jest przy 

uzyciu 4 bitów (w rejestrach o adresach lF3+ lF6h). Przy dlugosci sektora równej 512 B 

daje to maksymalna pojemnosc 127,5 GB, GO wynika ze wzorów: 

, Ilosc cylindrów 

216 * 

Ilosc glowic 

l 

(28_1)* 24 * 512B 

t 

Ilosc sektorów 

136902082560 B 

136902082560B/ (1024 ·1024 ·1024) = 127,5GB 

" 

(przypominamy, ze 1 GB to 1024*1024*1024 B). 

Niestety, znacznie ostrzejsze ograniczenia nakladal tu standardowy BIOS systemu. 

Uzywal on do komunikacji z dyskiem przerwania INT 13h, w którym parametry 

CHS byly przekazywane nastepujaco: numer cylindra - 10 bitów, numer sektora 

6 bitów i numer glowicy - 4 bity, co ponownie przy dlugosci sektora 512 B dawalo 

maksymalna pojemnosc 504 MB. Uzywajac wlasnego BIOS-u i adresowania okreslanego 

jako XCHS lub adresowania za pomoca tak zwanych bloków logicznych, czyli 

LBA, uzyskiwano limit pojemnosci 7,875 GB zgodny z wielkoscia zapisu partycji 

w DPT (8 bitów - ilosc sektorów, 6 bitów - numer glowicy i 10 bitów - numer cylindra). 

Podane ograniczenia przedstawione sa w tabeli 3.4. 

Tabela 3.4. Ograniczenia naldadane przez standardowy BIOS systemu 

Parametr LBA/XCHS 2516 65536 255 16 IDE 63 1024 BIOS 16 102463 

Adresowanie blokami logicznymi polega na podaniu numeru kazdego bloku. Do 

zapisu bloku uzywane sa wymienione wyzej rejestry o adresach lF3+ lF6h. Numer ten 

jest tworzony niemal tak samo, jak numer sektora logicznego, opisanego wczesniej. 

Jedyna róznica jest brak strony ukrytej, co oznacza, ze do numeracji LBA wchodza 

wszystkie strony dysku. Numer sektora LBA mozna wiec wyrazic wzorem: 

NLBA = (nCY1 ·lhead + llhead) ·lsec/tr + llsec -1 



gdzie: 

neyl- numer cylindra (numeracja od O) 

lhead- liczba glowic 

nhead- numer glowicy 

l sec/tr -liczba sektorów na sciezke 

nsee- numer sektora na sciezce (od wartosci 1). 

W przypadku rozszerzonego adresu CHS (czyli XCHS) omija sie ograniczenia 

BIOS-u podajac fikcyjna liczbe cylindrów i glowic. Jezeli liczba glowic podawana 

przez IDE przekracza wartosc 16, jest OM zmniejszana do 16, a w zamian zwiekszana 

jest podawana liczba cylindrów tak, aby osiagnac zadana pojemnosc. 

3.4.1.3. Tryby transmisji 

Przesylanie informacji pomiedzy pamiecia operacyjna a napedem dyskowym 

moze sie odbywac w jednym z dwóch podstawowych trybów: PlO - programowanego 

wejscia/wyjscia (ang. Programmable Input Output) lub DMA - bezposredniego dostepu 

do pamieci (ang. Direet Memmy Aeeess). Podstawowa róznica pomiedzy tymi 

trybami zostala opisana w czesci I podrecznika, gdzie opisano takze w sposób bardziej 

szczególowy realizacje operacji DMA. Tu przypomnimy zasadnicza róznice pomiedzy 

tymi trybami. W trybie PlO informacja pomiedzy dyskiem a pamiecia przesylana jest 

za posrednictwem rejestrów procesora. Stad przykladowo przeslanie jednego bajtu 

wymaga wykonania dwóch rozkazów procesora: przykladowo rozkaz IN - wczytanie 

wartosci z rejestru kontrolera dysku do rejestru procesora i rozkaz MOV - przeslanie 

zawartosci rejestru procesora do pamieci. Stad operacja ta angazuje czas procesora, 

ale tez (co w pewnych przypadkach ma istotne znaczenie) jest Wykonywana z szybkoscia, 

która zalezy od czestotliwosci taktujacej zegara procesora. Dla DMA, po zapoczatkowaniu 

operacji przez procesor, przebiega ona dalej pod nadzorem ukladu zwanego 

kontrolerem DMA. Kontroler ten ma wlasny zegar, od którego zalezy szybkosc 

transmisji. ~peracja odczytu i zapisu danych ma miejsce w tym samym cyklu DMA 

inaczej mówiac, operacja ta nie jest buforowana, przesylana wartosc nie jest wpisywana 

do zadnego rejestru posredniego, lecz jest przesylana bezposrednio pomiedzy 

pamiecia a ukladem wejscia wyjscia. Odciazenie procesora wystepujace dzieki DMA 

ma szczególnie duze znaczenie przy wielozadaniowych systemach operacyjnych 

i pozwala efektywniej wykorzystac czas procesora. 

Rysunki 3.29 a, b i c pokazuja realizacje transmisji odpowiednio: w trybie PlO, 

Single-word DMA (transmisja DMA pojedynczymi slowami), i Multi-word DMA 

(transmisja blokowa DMA). 


8:)

84 

CS1 Fx, CS3Fx 

DA2· DAO 

DIOR# 

DIOW# 

OB 

IOCS16# 

Rysunek 3.29 a. Transmisja w trybie PlO 

DMARQ 

DMACK 

DIOR# 

DIOW# 

OB 

Adres rejestru kontrolera 

Rysunek 3.29 b. Transmisja w trybie Single-word DMA 

DMARQ 

DMACK 

DIOR# 

DIOW# 

OB 

Rysunek 3.29 c. Transmisja w trybie Multi-word DMA 

~ 


• 

~--L 

___ t 

- - - - (-w-art-os-c n-r- 

W trybie PlO ulclady dysku sa wybierane jedna z dwóch linii, es lFx lub eS3Fx 

(w zaleznosci od zadanego adresu I/O - lFxh LUB 3Fxh) oraz trzema bitami adresu. 

W zaleznosci od rodzaju operacji - zapis lub odczyt, uaktywniany jest sygnal DIOW# 

<strong>Please</strong> <strong>purchase</strong> <strong>PDF</strong> <strong>Split</strong>-<strong>Merge</strong> on www.verypdf.com to remove this watermar


(zapis) lub DIOR# (odczyt). Powyzsze dzialania sa wynikiem wykonania rozkazu 

OUT (wyslij do portu) lub IN (odczytaj port), przy czym zaleznosci czasowe wyznaczane 

sa przez kontroler IDE (bedacy na przyldad fragmentem chipsetu 82371AB 

(PIIX4) firmy Intel). Czas trwania cyklu, zaznaczony na rysunku jako te' zalezy od 

trybu PlO. Numery trybów PlO, czasy trwania cyklu oraz szybkosci transferu danych, 

które zapewniaja, podane sa w tabeli 3.5. 

Tabela 3.5. Parametry trybów PlO 

Numer trybu 11,1 5,2 383 240 1234 8,3 120 16.6 180 600 O 3,3 

Jak widzimy, poczawszy od trybu trzeciego, transfer przekracza mozliwosci zlacza 

ISA. Stad tryby te sa stosowane dla szybszych magistrali rozszerzajacych (np. PCI). 

W trybie DMA nadzór na przebiegiem transmisji (za wyjatkiem jej inicjacji) 

sprawuje kontroler DMA. Wybór urzadzenia (kontrolera IDE) wynika z przydzielonego 

mu kanalu DMA. Szybkosc transmisji zalezy od szybkosci (wlasnego) zegara 

taktujacego transmisje DMA (przyldadowo dla ISA byla to czestotliwosc równa polowie 

czestotliwosci taktowania magistrali). Dlatego tez przed wprowadzeniem nowych 

trybów pracy DMA (Ultra DMA 33 i 66), przy szybkich procesorach tryby PlO 

bywaly szybsze od DMA. Szybkosci poszczególnych trybów DMA podaje tabela 3.6 . 

• 

Tabela 3.6. Parametry trybów DMA 

Tryb Ultra DMAO- 13,3 Multi-word DMA1- Multi-word 16,6 DMA2- 66 UltraDMA 33DMA4,1 

33 66 

3.4.1.4. Perspektywy rozwoju IDE 

Najnowszym rozwiazaniem, na razie jednak niestandardowym, jest zastosowanie 

do wspólpracy z kontrolerem Ultra DMA 33 (tak jak w chipsecie BX) dodatkowego 

kontrolera firmy HighPoint. Umozliwia on dolaczenie do systemu do osmiu urzadzen 

IDE (dyski twarde CD-ROM-y, ZIP-y) i prace w trybie Ultra DMA 66. Dodatkowo 

uzywa tylko jednego przerwania. 



3.4.2. Interfejs SCSI 

Interfejs SCSI (ang. Smal! Computer Systems Inteiface, nazwa ta po angielsku 

jest zwykle wymawiana jako skazi), jest interfejsem znacznie bardziej uniwersalnym 

niz IDE. W istocie jest to równolegla magistrala z okreslonym protokolem komunikacyjnym. 

Pf?:edstawienie pelnych mozliwosci magistrali SCSI wymagaloby napisania 

osobnej ksiazki. Tutaj postaramy sie przedstawic podstawy dzialania, najwazniejsze 

wlasnosci i terrriinologie zwiazana z SCSI. 

3.4.2.1. Podstawowe wiadomosci o SCSI 

Prace nad SCSI zostaly zapoczatkowane przez firme Shugart Associates. Zaowocowaly 

one utworzeniem interfejsu o nazwie SASI (ang. Shugan Associates Systems 

lnteiface). Po pewnych zmianach zostal on przyjety jako standard SCSI-1, stajac sie 

zreszta wczesniej standardem de facto (standard de facto to taki, który powstal w wyniku 

stosowania go przez przemysl, przez wielu producentów, w odróznieniu od standardu 

de iure, który powstal w wyniku prac komisji normalizacyjnej). Wyprzedzenie 

stosowania tego standardu, a takze niedokladnosci w jego pózniejszym okresleniu 

zaowocowalo klopotami z kompatybilnoscia urzadzen pochodzacych od róznych producentów. 

Wynikiem tego byly kolejne opracowa~ia - CCS (ang. Common Comand 

Set), precyzujacy rozkazy uzywane przez SCSI oraz standard SCSI-2. Wprowadzal on 

miedzy innymi szybszy zegar transmisji i wieksza szerokosc magistrali (16 lub 32 bity 

w miejsce 8). Ponownie, zastosowanie standardu wyprzedzilo jego zatwierdzenie. 

Wreszcie ostatnim zatwierdzonym opracowaniem jest SCSI-3. Zwiekszono w nim 

liczbe urzadzen, które mozna podlaczyc do interfejsu, czestotliwosc transmisji (do 

20 MHz) i co najwazniejsze, polozono duzy nacisk na zapewnienie kompatybilnosci 

urzadzen wspólpracujacych z magistrala. 

Podstawowe cech i wlasnosci magistrali SCSI to: 

• Uniwersalnosc - gama urzadzen, które mozemy dolaczyc jest bardzo szeroka 

i przykladowo obejmuje: dyski twarde, CD-ROMOy, skanery, streamery, drukarki, 

napedy magneto-optyczne i wiele innych. 

• Duza ilosc urzadzen - w podstawowej wersji do 8 urzadzen (przy czym jednym 

z nich musi byc kontroler SCSI (ang. host adapterSCSl); SCSI-3 umozliwia podlaczenie 

do 32 urzadzen, choc czesciej spotyka sie wersje do 16 urzadzen. Kazde 

urzadzenie, wlacznie z kontrolerem musi miec przydzielony unikalny numer, 

zwany jego identyfikatorem (oznaczany jako ID, majacy dla 8 urzadzen zakres 

od O do 7). Im wyzsza wartosc ID tym wyzszy priorytet urzadzenia, któremu go 

przydzielono. 

• Szerokosc magistrali w podstawowej wersji wynosila 8 bitów. Wymagala ona 

pojedynczego pasma 50-zylowego. Wersja Wide SCSI moze uzywac magistrali 

32-bitowej, wymaga jednak wtedy dwóch pasm, co jest niezwykle rzadko reali- 



zowane. Istnieje jednak wersja pozwalajaca realizowac transmisje 16-bitowe, 

uzywajaca pojedynczego pasma 68-ZYlowego. 

Szybkosci transmisji okreslonych odmian magistrali SCSI przedstawia tabela 3.7. 

Tabela 3.7. Szybkosc transmisji dla okreslonych odmian magistrali SCSI 

2SI 

-2 SCSI (SCSI-l) 

Odmiana magistrali SCSI 10 20 Maksymalny 40MB/s 80 MB/s MB/s 5 MB/s transfer 

• Urzadzenia moga pelnic na magistrali role inicjatora zapoczatkowujacego transmisje 

lub urzadzenia docelowego, sterujacego dalszym jej przebiegiem (istotna 

róznica w stosunku do protokolu PCl - patrz czesc 1). 

• W systemie wymagana jest obecnosc (na karcie lub plycie glównej) glównego 

kontrolera SCSI (ang. Host Adapter), który jest liczony jako jedno z urzadzen 

magistrali. Kazde z urzadzen SCSI musi posiadac uklady wspólpracujace ze sterownikiem. 

Uklady te po angielsku sa czesto okreslane jako SCSI controller, co 

moze byc nieco mylace. 

• Urzadzenie SCSI moze zawierac do 8 logicznych jednostek, okreslanych wówczas 

jako LUN (ang. Logical Unit) 

• Jezeli uklady okreslane jako SCSI controller sa umieszczone na osobnej karcie 

(nie sa elementem urzadzenia), okrdlane sa mianem bridge contoller. Urzadzenie 

tego typu pozwal~ dolaczac urzadzenia niepracujace w standardzie SCSI, przykladowo 

drukarki z interfejsem Centronics; przyklad taki jest pokazany na rysunku 

3.30. ~' 

• Urzadzenia laczone sa lancuchowo, przy czym zwykle moga wystapic dwa lancuchy: 

wewnetrzny i zewnetrzny. Urzadzenia na obydwu koncach lancucha 

(dotyczy to wiec takze kontrolera) musza miec na magistrali dopiete rezystory 

dopasowujace, zwane terminatorami (sa one zawarte w kazdym urzadzeniu SCSI 

i wlaczane odpowiednim mikroprzelacznikiem lub zworka). Przyklad takiego 

podlaczenia urzadzen pokazuje rysunek 3.31. 

• Istnieja dwie wersje elektryczne magistrali SCSI: niesymetryczna (ang. singleended) 

i symetryczna, inaczej róznicowa (ang. differential). Sa one niekompatybilne: 

urzadzen niesymetrycznych nie wolno podlaczac do kontrolera symetrycz- 


87


nego i na odwrót. Zaleta rozwiazania róznicowego jest wieksza dlugosc kabli laczacych, 

jednakze ze wzgledu na cene jest ono znacznie rzadziej stosowane. 

Host adapter 

- Centronics Drukarka 1 

Bridge ..~ LUN=O 

controller 

10=6 

Centronics Drukarka 2 

LUN=1 

I., .-::~~, DrukarkaL~N=2 

Rysunek 3.30. Sposób podlaczenia do SCSI urzadzen o innych interfejsach 

Urzadzenie 

zewnetrzne 

II 

Urzadzenie 

zewnetrzne 

T - terminator 

c 

T 

Kontroler SCSI 

(Host adapter) 

Rysunek 3.31. Sposób dolaczania urzadzen do kontrolera SCSI 

50 (lub 68) 

T Urzadzenie 

wewnetrzne 

II 

Urzadzenie 

Przedstawimy teraz nieco dokladniej wymienione wyzej rozwiazania elektryczne 

magistrali, a nastepnie pokrótce opiszemy protokól komunikacyjny. 

3.4.2.2. Wersje elektryczne magistrali SCSI 

1. Wersja niesymetryczna. W wersji tej jeden z dwóch zacisków sygnalowych jest 

uziemiony. Wyglad ukladu wejsciowo/wyjsciowego dla tej wersji przedstawia 

rysunek 3.32. 



Wyjscie sygnalu 

Zezwolenie 

Wejscie sygnalu 

Rysunek 3.32. Uklad we/wy urzadzenia SCSI w wersji nie symetrycznej 

Sygnal 

magistrali 

2. Wersja symetryczna. W tej wersji zaden z przewodów sygnalowych nie jest dolaczony 

do masy. Sygnaly na obydwu przewodach sa w przeciwfazie. Uklad wejsciowo/wyjsciowy 

dla tej wersji przedstawia rysunek 3.33. 

Zezwolenie na wyjscie 

Wyjscie sygnalu 

Wejscie sygnalu 

Zezwolenie na wejscie 

150 n 

330 n 

Rysunek 3.33. Uklad we/wy urzadzenia SCSI w wersji symetrycznej 

+5V 

Terminator 

Terminator 

- Sygnal magistrali 

+ Sygnal magistrali 

Na rysunku 3.34 wyjasniona jest zwiekszona odpornosc sygnalu róznicowego na 

zaklócenia, co pozwala stosowac wieksze dlugosci kabla. Dla sygnalu róznicowego 

poziomy logiczne okreslane sa jako róznica pomiedzy przewodem + Sygnal a przewodem 

- Sygnal, dla sygnalu niesymetrycznego jest to wartosc sygnalu w stosunku do 

stalego potencjalu (masy). Dodanie zaklócenia z zewnatrz w przypadku sygnalu róznicowego 

nie powoduje bledu, poniewaz zaklócenie dodaje sie do kazdego z przewodów 

i róznica potencjalów pozostaje stala. 


89


Zaklócenia 

Zaklócenia 

Sygnal róznicowy Sygnal niesymetryczny 

Przeklamanie 

Rysunek 3.34. Oddzialywanie zaklócen na sygnal symetryczny i niesymetryczny 

3.4.2.3. Protokól magistrali 

• 

Kazda transakcja na magistrali SCSI sklada sie z 8 nastepujacych faz: 

Magistrala wolna - stan, w którym magistrala nie jest uzywana przez zadne 

urzadzenie. 

• 

Arbitraz - w fazie tej dokonywany jest wybór urzadzenia, które przejmie kOj1trole 

nad magistrala. Chec przejecia magistrali moze zglosic zarówno urzadzenie 

inicjujace (inicjator), jak i urzadzenie docelowe. 

• 

Selekcja - faza ta nastepuje, gdy dostep do magistrali uzyska inicjator. Nawiazuje 

on wówczas polaczenie z urzadzeniem docelowym, podajac wlasne ID oraz 

• 

ID urzadzenia docelowego. 

Reselekcja - faza ta ma miejsce, gdy dostep do magistrali uzyska urzadzenie 

docelowe. Po pobraniu polecenia (patrz nastepne fazy), nastepuje przerwanie 

polaczenia z inicjatorem, w celu jego wykonania. Po zakonczeniu polecenia nastepuje 

wznowienie polaczenia, stanowiace wlasnie reselekcje. Taka organizacja 

dzialania magistrali pozwala na unikniecie strat czasu w przypadku 

su realizacji rozkazu. 

dlugiego cza 

• Przesylanie komunikatów - w fazie tej urzadzenie docelowe (ang. target) prze 

• 

kazuje informacje na temat realizacji pewnych okresl6nych operacji. 

Zadanie rozkazu - w fazie tej urzadzenie docelowe zada przekazania przez inicjator 

kolejnego rozkazu do wykonania. 

• 

• 

Przesylanie 

Przesylanie 

danych - w fazie tej nastepuje przeslanie zadanej informacji. 

informacji statusowej - w tej fazie przesylana jest informacja 

o sposobie zakonczenia operacji. 

Na koniec przedstawimy mozliwosc laczenia ze soba urzadzen wykonanych 

w wersji standardowej (uzywajacych pasma 50-zylowego, tzw. kabla A) z urzadzeniami 

w wersji Wide (16-bitowymi, uzywajacymi kabla 68-zylowego, tzw. kabla P). 

Polaczenie takie jest mozliwe po zastosowaniu prostego adaptera (jako ze linie od 1 



( 

do 50 kabla A to linie od 11 do 60 kabla P). Schematycznie taka przejsciówke (wraz 

, z terminatorami dla konca lancucha) przedstawia rysunek 3.35. 

A I T 49 50 ~ 1 ~ - 1 ~.- 

;; T I - terminatory 

2 l' d' T 

L--.J 

r kabel Al kabelKabel P 

67 '1 

I 

Urzadzenie 

a) Urzadzenie 

816- -bitowe bitowe 

I ; I 

- I 

Przyklady konfiguracji polaczenia takich urzadzen pokazuje rysunek 3.36. Pokazano 

na nim równiez konfiguracje 

- 

(c), która nie jest mozliwa do zrealizowania. 

;.~;:gmS


dzialania, jak i programowania tych urzadzen mozna znalezc w pozycjach literatury 

podanych w tym rozdziale (numery odnosza sie do bibliografii podanej na koncu 

ksiazki) oraz w innych pozycjach podanych w bibliografii. Przypominamy tez, ze 

obydwa opisane interfejsy (a szczególnie SCSI), lacza wiele innych rodzajów urzadzen. 


4. CD-ROM, DVD inapedy 

magnetooptyc~ne 

\. 

1I Poprzedni rozdzial 

W rozdziale trzecim opisane zostaly podstawowe pamieci masowe, jakimi sa 

dyski twarde i elastyczne. Opisano tez dzialanie interfejsów dysków elastycznych oraz 

interfejsów IDE i SCSI sluzacych miedzy innymi do obslugi dysków twardych. 


Rozdzial czwarty kontynuuje temat pamieci masowych. Przedstawiamy w nim 

budowe i dzialanie CD-RaM-ów, napedów DVD oraz dysków magnetooptycznych . 

..Q.. Nastepny rozdzial 

Rozdzial piaty poswiecony jest podstawowym ukladom pozwalajacym na komunikacje 

czlowieka z komputerem. Przedstawiamy w nim dzialanie klawiatury i myszy. 

Wstep 

Wielkosc wspólczesnego oprogramowania jest znaczna. Pakiety programów czy 

gry zajmujace kilkaset megabajtów lub wiecej, nie sa niczym niezwyklym. Wewnatrz 

komputera znajduja miejsce na dyskach twardych. Poniewaz dyski twarde nie sa 

w zasadzie pomyslane jako urzadzenia przenosne (w przypadku kieszeni jest to mozliwe, 

ale wiaze sie z zachowaniem duzej ostroznosci), a na dodatek sa zbyt drogie jak 

na nosnik dla celów dystrybucji. Dlatego tez ogromne znaczenie maja plyty CD-ROM 

i DVD bedace nosnikami oprogramowania tanimi i o duzej pojemnosci. Nieco mniej 

popularnym nosnik,iem, ze wzgledu na. wysoka cene, sa dyski magnetooptyczne. 

W rozdziale tym przedstawiamy budowe i dzialanie tych urzadzen. 

4.1. CD-ROM 

CD-ROM-y wywodza sie z rewolucyjnego rozwiazania wprowadzonego w technice 

zapisu dzwieku, opracowanego wspólnie przez firmy Philips i Sony. W jego wy- 


94 


niku powstaly plyty kompaktowe audio o zapisie cyfrowym (ang. Compact Disc Digital 

Audio). Szybko okazalo sie, ze zapis ten nadaje sie doskonale do zastosowania 

w technice komputerowej. W ten sposób powstaly CD-ROM-y i ich napedy. 

4.1.1. Budowa CD-ROM-u i zasada zapisu 

Przekrój poprzeczny przez krazek CD oraz jego wymiary i sposób zapisu informacji 

przedstawia rysunek 4.1. 

Poczatek 

sciezki 

Góra plyty 

Nadruk 

15mm I 120mm O 

Rysunek 4.1. Przekrój plyty CD i sposób zapisu informacji 

~ - Warstwa zabezpieczajaca 

,,- 

Odbijajaca warstwa aluminium 

Promien lasera 

;t 

~ 

Przezroczysta warstwa 

wlókna poliweglanowego 

- - .- - - - - - .. 

O 

~ 

Fragment 

pojedynczej sciezki 

Nosnikiem jest przezroczysta warstwa poliweglanowa, w której wytloczone sa 

wglebienia. Warstwa ta pokryta jest napylona warstwa aluminium odbijajaca swiatlo. 

Calosc zabezpieczona jest od góry lakierem, na którym sa wykonane ewentualne nadruki. 

Plyta jest oswietlana od spodu waska wiazka swiatla laserowego. Sposób odczytu 

informacji wyjasniaja rysunki 4.2 i 4.3. 

Wiazka swiatla laserowego padajac na plyte odbija sie. od warstwy aluminium. ~/ 

Jezeli odbija sie ona od obs.zaru zwanego landem (brak wglebienia), jej natezenie jest 

znacznie wieksze niz w przypadku, gdy odbija sieod pitu (wglebienie). Wyjasnione 

jest to pogladowo na rysunku 4.3. W p~zypadku pitu wiazka jest po prostu znacznie 


o 

O

CD-ROM, DVD i napedy magnetooptyczne 95 

mocniej rozpraszana, czego powodem jest jej nizsze natezenie. Stad przy przejsciach 

pomiedzy pitami i landami wystepuja skoki natezenia swiatla i w konsekwencji skokowe 

zmiany sygnalu elektrycznego z elementów swiatloczulych. 

Sygnal 

elektryczny 

A+B+C+D 

Lustro 

Wiazka 

padajaca 

pólprzepuszczalne 

Wiazka 

odbita 

pit land pit land; 

; 1 

, , , 

•••• 

t AB CD 

Plyta CD 

Zespól 

soczewek 

Soczewka pryzmatyczna 

Fotodiody 

Rysunek 4.2. Uklady odczytujace 

• 

napedu CD-ROM 

Jak pokazano na rysunku 4.2, wiazka odbita jest dzielona przez soczewke pryzmatyczna 

zadania: 

na dwie czesci i lkierowana na zespól czterech diod. Zespól ten ma trzy 

i. Dostarcza sygnalu danych (suma sygnalów A+B+C+D). 

2. Tworzy sygnal bledu ogniskowania wiazki (sygnal (A+D)-(B+C) - jezeli wiazka 

jest na przyklad zbyt silnie zogniskowana, sygnal B+C bedzie wiekszy niz A+D). 

3. Tworzy sygnal bledu pozycjonowania wiazki (sygnal (A+B)-(C+D) - przykladowo, 

jezeli wiazka (na rysunku) jest przesunieta w lewo, sygnal A+B bedzie 

wiekszy niz C+D). 


96 

Promien lasera 

~ c:::::::) ( ) c:::::) 

n._~~O~(-) -Q_~t== c:::::::) C) 

.e!! 

Natezenie wiazki 

odbitej od pitu 

Rysunek 4.3. Odbicie swiatla lasera od pitu i landu 


Fragment 

pojedynczej sciezki 

, '00' F 

Natezenie wiazki 

odbitej od landu 

Sciezka na plycie CD-ROM, inaczej niz w przypadku twardych dysków, ma 

ksztalt spiralny i jej poczatek znajduje sie przy jej wewnetrznym otworze. Wlasnosc ta 

wywodzi sie prawdopodobnie z muzycznego rodowodu plyt CD, w których byl odtwarzany 

ciagly strumien danych. 

W systemach zapisu danych na CD-ROM-ach stosuje sie najczesciej zmienna 

szybkosc obrotów plyty w celu osiagniecia stalej szybkosci liniowej, co jest oznaczane 

skró(em CLV (ang. Constant Linear Velocity). Bez takiej kompensacji, im dalej od 

srodka plyty, tym wieksza jest predkosc liniowa. Przykladowo, przy dwukrotnej szybkosci 

odczytu, plyta wiruje z szybkoscia okolo 1000 obr/min przy odczycie poczatku 

sciezki, zas przy koncu szybkosc ta spada do 400 obr/min. 

Wymienione wyzej fakty powoduja jednak, ze czas zmiany miejsca odczytywanej 

informacji (czyli inaczej mówiac, czas swobodnego dostepu) w przypadku 

CD-ROM-u jest znacznie dluzszy niz dla dysków twardych. W jego sklad wchodzi 

pozycjonowanie ukladu kierujacego promieniem lasera oraz zmiana predkosci obrotowej 

silnika napedzajacego plyte. 

4.1.1.1. Kodowanie informacji 

Informacja zapisywana na CD-ROM-ie kodowana jest tak zwana metoda EFM 

(ang. Eight to Fourteen Modulation). W ramach tej metody kazde 8 bitów (jeden bajt) 


CD-ROM, DVo i napedy magnetooptyczne 

jest zastepowane l4-bitowym slowem. Kodowanie ma przebiegac tak, aby dwie kolejne 

jedynki byly rozdzielone nie mniej niz dwoma i nie wiecej niz dziesiecioma zerami 

(regula 2-10). Przypomina to metodeRLL i bierze swój poczatek z tych samych powodów: 

z jednej strony mozliwie duza gestosc zapisu (zapisujemy bity metoda NRZ, 

o czym za chwile), a z drugiej, zapewnienie odpowiedniej czestotliwosci ilnpulsów 

utrzymujacych synchronizacje. l4-bitowe slowo zapewnia 214 róznych kombinacji, 

z czego wykorzystanych jest 256 (bo tyle kombinacji daje 1 bajt). Pozostale zas sa nieuzywane 

lub nie nadaja sie do stosowania w ramach metody EFM. Przed zapisaniem 14bitowych 

slów dodawane sa do nich tak zwane slowa sklejajace o dlugosci 3 bitów. Dwa 

z nich sa dobierane w ten sposób, aby zachowac regule 2-10, trzeci bit ma wartosc, która 

zapewnia w zapisie NRZ brak skladowej stalej (co oznacza, ze w slowie l4-bitowym 

wraz ze slowem sklejajacym powinna byc parzysta ilosc jedynek). Przyklad kodowania 

wyzej wymieniona metoda przedstawiony jest na rysunku 4.4. 

Kodowane bajty • E2 h BAh 

o ~o ilosc 1,parz)o'sta, " 1110001910111010 

- 

~ 

- - - - 

Rysunek 4.4. Kodowanie metoda EFM i zapis NRZ 

poprzednie slowo I" I -. 

00010010000010 0'0'0: OO~OOO~OOOO~O100~10001,00001,001.00 

Przykladowo, bajtowi E2h odpowiada w kodzie EFM kombinacja 10010001??oo10. 

Poniewaz ilosc jedynek jest w niej parzysta, trzeci bit slowa sklejajacego musi byc równy 

O, gdyz jego dwa pierwsze bity równiez musza byc równe zero z powodu reguly 2-10 

(warto przetestowac inne kombinacje, pamietajac, ze zgodnie z regula 2-10, dwie jedynki 

musza byc rozdzielone co najmniej dwoma zerami (ale nie wiecej niz dziesiecioma) i ze 

ilosc jedynek we wszystkich 17 bitach musi byc parzysta). 

Rysunek 4.4 pokazuje tez kodowanie informacji za pomoca pitów i landów 

zgodne z metoda NRZ. Metoda ta koduje kazda jedynke zmiana stanu. Pamietamy, ze 

dla pitów i landów zmiana natezenia odbitej wiazki swiatla nastepowala na przejsciu 

pomiedzy nimi. Tak wiec jedynki ustawiaja na przemian poczatek i koniec pitu. Odpowiedni 

dobór slów sklejajacych zapewnia, ze kazdy pit nalezy do jednego kodowanego 

bajtu. 

Zastosowana metoda kodowania wydaje sie malo efektywna. Jezeli jednak 

przyjmiemy, ze na 17 bitów (kod jednego bajtu) przypadnie srednio 6 zer ((10+2)/2=6 

zer na slowo 17-bitowe), t6 wówczas srednia ilosc jedynek w tym slowie wynosi 4 (bo 

musi byc parzysta). Daje to dwa pity na bajt, co jest bardzo dobrym wynikiem. 


97


4.1.2. Format zapisu 

4.1.2.1. Fizyczny format zapisu 

Informacja na CD-ROM-ie zapisywana jest w tak zwanych ramkach, skladajacych 

sie z 584 bitów (33 zakodowane bajty, poniewaz kazdy bajt jest zapisany za pomoca 

17 bitów oraz 27-bitowe slowo synchronizujace). Format ramki przedstawia 

rysunek 4.5. 

24 17 208 68 208 68 

SYN C 

Bajt 

sterujacy 

Dane 

(12 bajtów) blok 4-baltowy kontrolny I (12Dane bajtów) 

Rysunek 4.5. Fizyczny format zapisu na plycie CD 

4-bajtowy 

blok kontrolny 

Ramka rozpoczyna sie 27-bitowa sekwencja synchronizujaca (trzy jedynki oddzielone 

jedna od drugiej dziesiecioma zerami plus cztery zera). Kombinacja ta nie 

wystepuje nigdy w zakodowanych danych, stad jest uzywana jednoczesnie do sygnalizacji 

poczatku ramki. Dalej naste.puje bajt informacyjno-sterujacy. Bajty z 98 kolejnych 

ramek sa laczone w bloki zawierajace przykladowo tabele zawartosci dysku. 

Nastepnie nastepuja dwa l2-bajtowe bloki danych, przy czym po kazdym z nich nastepuje 

4-bajtowy blok kontrolny. Bloki kontrolne wraz z odpowiednim rozmieszczeniem 

informacji w ramce umozliwiaja korekcje bledów metoda oznaczana jako CIRC 

(ang. Cross-Interleave Reed-Solomon Coding). Opis tej metody jest zbyt skomplikowany, 

by go zamiescic w tej ksiazce. Mozna tylko dodac, ze dzieki niej mozna skorygowac 

ciag okolo 450 blednych bajtów! 

4.1.2.2. Logiczny format zapisu 

Informacje podane powyzej dotyczyly w równym stopniu plyt audio, jak i CD 

ROM. Na tych ostatnich stosowane jest laczenie ramek w sektory. Format sektora 

przedstawia rysunek 4.6. 

12 

Naglówek 

Sec 

Bajty Min 

Numer 

Tryb 

Dane ( bloku 

Rysunek 4.6. Logiczny format zapisu na CD-ROM-ie 

I 

2064 

Detekcja 

i korekcja 

bledów 

Sektor jest tworzony przez polaczenie 98 ramek. Daje to lacznie 98x24=2352 

bajtów danych. Sektor moze byc zapisywany w trybie 1 (z korekcja bledów - 2048 


288

· CD-ROM, DVD i napedy magnetooptyczne 

bajty w sektorze, pozostale bajty sluza do korekcji) lub w trybie 2 (bez korekcji 

wówczas w sektorze mieszcza sie 2352 bajty). 

Adres informacji ma format zapozyczony z plyt audio: min: sek : numer_bloku. 

Na plytach tych dzwiek byl zapisywany z czestotliwoscia44,1 kHz, przy czym slowa 

mialy dlugosc 32 bitów (4 bajtów). Stad ilosc ramek na sekunde czytana przez system 

44100Hz-4B 

audio lub naped CD-ROM o pojedynczej predkosci wynosi 24B -7350Hz 

Poniewaz na sektor przypada 98 ramek, oznacza to, ze w ciagu sekundy odczytywanych 

jest 75 sektorów. Numecbloku podaje, który z 75 sektorów przypadajacych na 

jedna sekunde jest odczytywany. Tak wiec przykladowy adres 5:4:12 oznacza absolutny 

sektor (czyli liczony od poczatku sciezki) o numerze 22812, gdyz: 

Ilosc sektorów w 5 minutach 

Absolutny numer 

sektora 

~ ~ sektorów w 4 sekundach 

= 5 x 60 x 75 + 4 x75 + 12 = 22812 

Poniewaz nominalny czas odczytu plyty CD wynosi najczesciej 74 min, to ilosc 

informacji, jaka mozemy zapisac na CD-ROM-ie wynosi: 

Ilosc sektorów na sekunde 

Ilosc mir;t na plycie ~ 

74 x 60 x 75 X 2048 B 681984000 B 

t + 

Ilosc sekund na minuie----It6sti;;j:ów na sektor 

Oczywiscie dla odczytu danych nie musimy zachowywac predkosci, jaka jest 

stosowana dla odczytu (i równiez dla zapisu) audio. Jezeli dysponujemy przykladowo 

60-krotnym napedem CD-ROM, oznacza to, ze odczytuje on dane z szybkoscia 

60-krotnie wieksza od odczytu audio. 

4.1.3. Nagrywarki CD-R i CD-RW 

Od strony elektronicznej, sposobu kodowania i formatu zapisu danych, nagrywarki 

CD-R i CD-RW niczym nie róznia sie od klasycznych napedów CD. Róznice 

zwiazane sa z technologia i materialami zastosowanymi do produkcji plyt. W plytach 

CD-R warstwa poliweglanowa pokryta jest specjalna substancja, na przyklad tak zwa 

na cyjanina, która metnieje pod wplywem promieniowania laserowego o okreslonej 

mocy. Na warstwe ta napylona jest, tak jak w zwyklych plytach, warstwa aluminium, 

odpowiednio zabezpieczona. W trakcie nagrywania plyty promien lasera o zwiekszonej 

moc..ypowoduje zmetnienie warstwy cyjani11y, co odpowiada obszarowi pitu na 

zwyklej plycie, gdyz powoduje zmniejszenie natezenia wiazki odbitej. Odczyt plyty 


99


dokonywany jest wiazka O "zwyklej", mniejszej mocy, co nie powoduje zmian przezroczystosci 

warstwy cyjaniny. 

Kolejnym krokiem bylo zastosowanie substancji, która w zaleznosci od dlugosci 

fali swiatla laserowego na nia padajacego, metnieje (staje sie amorficzna) badz staje 

sie na powrót przezroczysta (wraca do postaci krystalicznej). Zastosowanie takiej 

substancji w miejsce cyjaniny umozliwia wielokrotna zmiane informacji zapisywanej 

na plycie. Powodem niezbyt duzej, aczkolwiek stale rosnacej popularnosci plyt CD 

RW jest ich cena oraz klopoty z odczytem tych plyt w starszych napedach CD-ROM 

(spowodowane prawdopodobnie zbyt mala energia wiazki lasera). 

4.2. NapedyDVD 

Zasada zapisu informacji na DVD (ang. Digital Versatile Disk lub Digital Video 

Disc) nie rózni sie od zasady zapisu na plycie CD. Róznice sa w zasadzie ilosciowe, 

powoduja one jednak powstanie pewnej nowej jakosci. Ilosc informacji zgromadzona 

na pojedynczym krazku DVD moze siegac nawet kilkunastu GB. Obecnie glównym 

ich zastosowaniem jest przemysl wideo, jedna:lCzenalezy sadzic, ze w przyszlosci sytuacja 

ta ulegnie zmianie. 

Swoje wielkie pojemnosci dyski DVD zawdzieczaja miedzy innymi temu, ze 

odleglosc pomiedzy ich sciezkami jest o polowe mniejsza niz na plycie CD. Wymaga 

to uzycia lasera o krótszej dlugosci fali swiatla. Takze gestosc zapisu (wielkosc zaglebienia) 

moze byc o polowe mniejsza niz w przypadku CD. Kolejna nowoscia jest zapis 

dwuwarstwowy. W dysku dwuwarstwowym pierwsza warstwa odbijajaca jest pólprzezroczysta. 

Ponadto przy odczycie wiazka lasera jest ogniskowana na pierwszej lub 

drugiej warstwie. Pojemnosc plyty jednowarstwowej wynosi okolo 4,7 GB. Przy plycie 

dwuwarstwowej laczna pojemnosc wynosi 8,5 GB (pojemnosc drugiej warstwy 

jest nieco mniejsza niz pierwszej). Dla plyt dwustronnych odpowiednie wartosci wynosza 

9,4 i 17 GB. Poprawione tez zostaly metody kodowania i korekcji bledów. Ponizej 

podajemy tabele umozliwiajaca porównanie podstawowych parametrów obu 

rodzajów plyt. 

Tabela 4.1. Podstawowe parametry dysków CD i DVD 

~ 

0,41~m 

Parametr 34000 120 ok. 4,7CD-ROM DVD120 640 mm GB 17000 ok.780nm TPI nmmm 0,83 TPI 650 ~mMB 


QD-'"ROM,DVD i napedy magneta optyczne 

4.3. Napedy magnetooptyczne 

Dyski magnetooptyczne sa mobilnymi nosnikami informacji o wzglednie duzych 

pojemnosciach, rzedu kilkuset MB. Wada ich jest wysoka cena zarówno ich samych, 

jak i ich napedów. 

Do zapisu informacji na dyskach magnetooptycznych wykorzystuje sie zmiany 

pewnych materialów w zakresie ich wlasnosci polaryzacji swiatla, zachodzace pod 

wplywem pola magnetycznego. Dlatego tez przed dokladniejszym wyjasnieniem zasady 

zapisu magnetooptycznego musimy krótko wyjasnic zagadnienie polaryzacji swiatla. 

Swiatlo jest fala elektromagnetyczna z okreslonego zakresu dlugosci. Drgania 

elektromagnetyczne moga zachodzic w róznych plaszczyznach (co ma miejsce chocby 

w przypadku bezposredniego swiatla slonecznego) lub w jednej plaszczyznie (przykladem 

moze tu byc swiatlo odbite od lustra pod okreslonym katem). W pierwszym 

przypadku mamy do czynienia ze swiatlem niespolaryzowanym, w drugim zas ze spolaryzowanym. 

Schematycznie przedstawia to rysunek 4.7. 

Rysunek 4.7. Palaryzacja swiatla 

* I 

Swiatlo niespolaryzowane Swiatlo spolaryzowane 

Okreslone materialy badz urzadzenia powoduja, ze swiatlo niespolaryzowane po 

przejsciu przez nie staje sie swiatlem spolaryzowanym. Urzadzeni~ te zwiemy filtrami 

polaryzacyjnymi. Jednym z ich parametrów jest plaszczyzna polaryzacji, czyli plaszczyzna, 

w której drga fala elektromagnetyczna swiatla po przejsciu przez filtr. 

Jezeli swiatlo przepuscimy przez dwa filtry polaryzujace, których plaszczyzny 

polaryzacji sa ustawione do siebie pod ~atem prostym, uzyskamy calkowite wytlumienie 

fali swietlnej (co jest oczywiste - drgania nie moga zachodzic w zadnej plaszczyznie). 

Jest to przedstawione na rysunku 4.8. 

Swiatlo niesPolaryzowane~ 

Plaszczyzna polaryzacji 

Brak fali 

Rysunek 4.8. Oddzialywanie na swiatla filtrów palaryzujacych 


-~ 

101


Dla materialu uzywanego jako nosnik informacji w dyskach magnetooptycznych 

polozenie plaszczyzny polaryzacji odbitego od nich swiatla zalezy od stopnia ich namagnesowania. 

Inaczej mówiac, plaszczyzna ta ulega skreceniu pod wplywem namagnesowania 

nosnika. 

Ostatnim ze zjawisk fizycznych wykorzystywanych przy zapisie na dyskach magnetooptycznych 

jest fakt, ze jezeli namagnesowany material magnetyczny rozgrzejemy 

powyzej pewnej temperatury zwanej punktem Curie, to zostanie on samoistnie 

rozmagnesowany. 

Opis sposobu wykorzystania dysku magnetooptycznego rozpoczniemy od sposobu 

jego odczytu. Zalózmy, ze informacja na nim zostala naniesiona w postaci pól, 

które sa na przemian namagnesowane i nienamagnesowane. Uklad odczytujacy przedstawiony 

jest na rysunku 4.9. 

Dysk magnetooptyczny oswietlany jest wiazka swiatla spolaryzowanego o odpowiednio 

dobranej plaszczyznie polaryzacji. Plaszczyzna ta ulega skreceniu o rózny 

kat, w zaleznosci czy wiazka odbila sie od obszaru namagnesowanego, czy tez nienamagnesowanego. 

Filtr polaryzacyjny jest tak ustawiony ze przepuszcza praktycznie 

bez tlumienia wiazke odbita, przykladowo, od obszaru namagnesowanego, zas silnie 

tlumi wiazke odbita od obszaru nienamagnesowanego. W wyniku otrzymujemy silny 

lub slaby sygnal z detektora, reprezentujacy jedynka albo zero. 

Brak swiatla po polaryzatorze 

= bit O 

Polaryzacja swiatla 

odbitego od CD 

powierzchni 

namagnesowanej 

Swiatlo cz:> 

spolaryzowane 

i jego plaszczyzna 

polaryzacji 

Element fotoczuly 

Swiatlo przechodzi przez polaryzator 

= bit 1 

__ Filtr polaryzacyjny 

Polaryzacja swiatla 

odbitego od 

C=:=) powierzchni 

nienamagnesowanej 

+--+ 

Ruchy wiazki swiatla 

Rysunek 4.9. Zasada odczytu informacji na dysku magnetooptycznym 

Zwierciadlo ruchome 

Dysk magnetooptyczny 

Wyjasnienia wymaga jeszcze sposób zapisywania informacji na dysku magnetooptycznym 

- znajduje sie ono na rysunku 4.10. 


CD-ROM, DVD i napedy magnetooptyczne 103 

Dysk przesuwa sie (obracajac) w polu magnetycznym powodujacym jego magnesowanie. 

Miejsca, które maja zostac rozmagnesowane, oswietlane sa wiazka swiatla 

laserowego o duzej energii, powodujaca punktowe nagrzewanie nosnika magnetycznego 

powyzej temperatury punktu Curie. Powoduje to, jak powiedzielismy, rozmagnesowanie 

tego obszaru. 

Laser 

Pole magnetyczne 

/ 

Obszar namagnesowany 

Dysk magnetooptyczny 

Obszar rozmagnesowany 

po nagrzaniu wiazka lasera 

powyzej temperatury 

punktu Curie 

Rysunek 4.10. Zasada zapisu informacji na dysku magnetooptycznym 


5. Klawiatura i mysz 

iJ Poprzedni rozdzial 

W poprzednim rozdziale opisane jest dzialanie napedów CD-ROM, DVD i dysków 

magnetooptycznych. 


Rozdzial piaty poswiecony jest dzialaniu podstawowych urzadzen sluzacych do 

wprowadzania informacji do systemu przez jego uzytkowników. Opisujemy w nim 

budowe oraz dzialanie klawiatury i myszy . 

..o. Nastepny rozdzial 

W rozdziale szóstym przedstawiamy budowe zasade dzialania oraz parametry 

drukarek i skanerów. 

Wstep 

W tym rozdziale opisane zostaly podstawowe urzadzenia sluzace do wprowadza 

nia informacji bezposrednio przez czlowieka. Klawiatura nie wymaga w zasadzie 

specjalnych wyjasnien. Wprowadzanie tekstu czy pisanie polecen dla systemów pracujacych 

w trybach tekstowych 'byloby bez niej niemozliwe. Mysz w zamierzchlych 

czasach (czytaj okolo 10 lat temu) byla urzadzeniem dodatkowym, czasami ulatwiajacym 

zycie. W dobie graficznego interfejsu uzytkownika (ang. Graphical User Interface 

- GUl) praktycznie nie sposób sobie wyobrazic bez niej pracy (co prawda mozna 

wszystko zrobic za pomoca samej klawiatury, lecz laczy sie to z wieloma klopotami). 

W rozdziale tym opisujemy zasady dzialania obydwu urzadzen, które nie sa zbyt 

skomplikowane. 

5.1. Klawiatura 

Sposób podlaczenia klawiatury do systemu przedstawia rysunek 5.1 (koncepcja 

tego podlaczenia byla przedstawiona w czesci I podrecznika, w rozdziale 6.1.3). Na 

rysunku tym podajemy takze format ramki SDU (ang. Serial Data Unit) przesylanego 



szeregowo pomiedzy kontrolerem klawiatury a kontrolerem znajdujacym sie na plycie 

glównej (pomijamy tu rozwiazanie stosowane w komputerach XT, bedacych obecnie 

komputerowym zabytkiem klasy O). 

IRQ 

D7 

D6 

D5 

D4 

D3 

D2 

D1 

DO 

Kontroler 

8042/8741/ 

8742 

(lub podobny) 

System 

Format znaku SDU 

Zegar 

SDU (11 bitów) 

Dane J1..J""1Il.JL 

Reset 

5V 

Masa 

Kontroler 

8748 

(lub podobny) 

'~;yi:~"~9::.:"''-c··:,. 

'bm;:;'0Bó! 

0..:,. ..;;J>" •. ~. ,., 

O 10 

Do dalszych 

ukladów 

klawiatury 

STRT - bit startu równy O PAR - bit kontroli parzysto sci (uzupelnia do parzystej liczby jedynek) 

DB7 - DBO - bity danych STOP - bit stopu równy 1 

Rysunek 5.1. Interfejs klawiatury i format przesylanej ramki 

Pomimo przesylania sygnalu zegarowego, format przesylanego znaku jest taki, 

jak dla szeregowej transmisji asynchronicznej (startowo-stopowej; ten rodzaj transmisji 

opisujemy dokladniej w rozdziale 6). Trzecim sygnalem przesylanym pomiedzy 

systemem a klawiatura jest sygnal zerowania (reset). 

W zastosowanym rozwiazaniu (inaczej niz w XT) mozliwa jest transmisja 

w obydwie strony. Umozliwia to programowanie miktokontrolera umieszczonego 

w klawiaturze i w konsekwencji zmienianie na przyklad takich parametrów jak czas 

repetycji klawisza czy nawet blokowanie klawiatury. 

Na rysunku 5.2 przedstawiamy sposób identyfikowania nacisnIetego klawisza, 

czyli okreslanie jego numeru. 

Matryca klawiszy obslugiwana jest przez mikrokontroler, który co 50 ms sprawdza 

stan klawiszy. Procedura sprawdzania przebiega nastepujaco: mikrokontroler 

8048 generuje na swoich wyjsciach danych DB7+DBO liczby adresujace dekoder 

i multipleks er. Czesc adresu podawana na dekoder uaktywnia jedna z jego dwudziestu 

trzech linii, powodujac pojawienie sie na niej jedynki logicznej: Przy ustalonej wartosci 

na dekoderze zmienia sie wartosc liczb podawanych na multiplekser (sa to bowiem 

dwa naj mlodsze bity). Jezeli zaden z klawiszy dolaczonych do aktywnej linii nie jest 


•

B3 

Klawiatura i mysz 107 

nacisniety, to na wyjsciu multipleksera, niezaleznie od wartosci bitów DBa i DBl, 

bedzie wystepowal stan logiczny zero. W przypadku wcisnietego klawisza na wyjsciu 

multipleksera pojawi sie stan logiczny jeden, lecz tylko dla kombinacji DBa i DB l, 

powodujacej polaczenie wyjscia multipleksera z linia, do której dolaczony jest wcisniety 

klawisz. Jedynka na wyjsciu multipleksera sygnalizuje wiec przez wejscie Tl 

mikrokontrolerowi, ze odnaleziono wcisniety klawisz. Reakcja mikrokontrolera na ten 

fakt jest zapamietanie numeru klawisza, bedacego wartosciami na DB7+DBO i przeslanie 

go przez lacze szeregowe do mikrokontrolera na plycie glównej. W naszym 

przykladzie bylby to numer 87 (lOlOlllb), czyli w klawiaturze PS2 klawisz funkcyjny 

FU. 

o 

8048 I 

.../ oO 

1 

I 

.../ 

I DB6I 

21 

DB2 l I I.../ O DB4 

1 

22 

+5V 

I'; .3'.,

108 

Ruch poprzeczny 

Gumowa kulka 

Rysunek 5.3. Zasada dzialania myszy 


!Ruch podluzny 

Swiatlo 

Jednym z podstawowych elementów mysz sa tarcze stosowane jako czujniki ruchu 

myszy. Tarcze te poruszane sa za posrednictwem odpowiednich walków, które 

z kolei sa obracane przez gumowa kulke znajdujaca sie w•spodniej czesci myszy. Jeden 

z walków obraca sie, gdy mysz porusza sie wzdluz swojej osi, drugi wykrywa 

ruch poprzeczny. Specjalna konstrukcja tarcz (odpowiednie przesuniecie pól przezroczystych 

i nieprzezroczystych dla wewnetrznego i zewnetrznego segmentu tarczy) pozwala 

okreslic nie tylko kierunek i szybkosc, ale takze zwrot ruchu. Wyjasnia to rysunek 

5.4. Kolejnosc zboczy, przykladowo narastajacych, jest inna dla ruchu (obrotu) 

w prawo niz w lewo. To samo dotyczyloby ruchu góra - dól. 

8/2 

Zbocza narastaj ace 

Rysunek 5.4. Budowa czujnika ruchu myszy 

Czujniki 

swiatla 


8/2

Krawiatura i mysz 109 

Mysz komunikuje sie z systemem albo za pomoca interfejsu RS 232C (mysz zwykla, 

szeregowa) lub przy uzyciu dedykowanego interfejsu, który po raz pierwszy zastosowano 

w komputerach PS2 (stad mysz zwana PS-owa). Interfejs RS 232C opisujemy 

w nastepnym rozdziale. Sposób podlaczenia myszy PS-owej ilustruje rysunek 5.5. 

,Klawiatura 

8049 

Mysz 

, 

~ DCil.ne~awiatury 

Zegar kawiatury 

Zegar myszy 

Dane myszy 

Rysunek 5.5. Sposób podlaczenia do systemu myszy typu PS 2 

5.3. Inne odmiany myszy 

Plyta glówna 

8042 

Hot Reset 

~ 

A20 Gate 

IRQ1 

, klawiatury 

IRQ12 

Przerwanie 

Magistrala 

systemowa 

Przerwanie 

myszy 

Oprócz myszy "mechanicznej", w którym bezposrednim czujnikiem ruchu jest 

kulka obracajaca tarcze napedowe fotoczujników, istnieja tak zwane myszy optyczne. 

Wymagaja one specjalnej podkladki, sa jednak bardziej precyzyjne 

Inna odmiana myszy jest tak zwany track-ball. Zartobliwie mozna stwierdzic, ze 

jest to mysz odwrócona "do góry nogami". W trakcie pracy track-ball pozostaje nieruchomy 

a operator zawiaduje ruchami kursora, poruszajac kula znajdujaca sie w jego 

wierzchniej czesci (kulka ta jest zwykle wiekJza od kulki myszy). Poza ta zmiana 

zas,ada dzialania track-ballu i myszy jest taka sama. 


• 

• 


6. Standardy intenejsll szeregowe 

go i równoleglego 

1I ~opnedni rozdzial 

w poprzednim rozdziale omówilismy budowe oraz dzialanie klawiatury i myszy. 


Rozdzial szósty omawia standardy interfejsu szeregowego i równoleglego. Kolejno 

przedstawiamy interfejs RS 232C, magistrale USB i interfejs Centronics . 

.lJ.. Nastepny rozdzial 

W rozdziale siódmym przedstawiamy budowe, zasade dzialania i parametry drukarek 

oraz ploterów . 

Wstep 

W rozdziale tym przedstawiamy dwa powszechnie i od dawna stosowane interfejsy: 

RS 232C - standardowy interfejs lacza szeregowego oraz Centronics - standard 

lacza równoleglego. Wspominamy w nim takze o USB, standardzie dotyczacym szeregowego 

przesylania informacji. Tym razem jednak chodzi nie o proste lacze szeregowe, 

lecz o magistrale szeregowa, pozwalajaca na dolaczanie róznorodnych urzadzen 

i oferujaca wiele ciekawych wlasnosci. 

6.1. Standard RS 232C 

Standard RS 232C zostal opracowany na potrzeby obslugi modemów (o czym 

swiadcza chociazby nazwy i zestaw sygnalów sterujacych) przez amerykanskie stowarzyszenie 

Electronic Industries Association - ElA. Standard ten zastal pózniej przyjety 

w Europie przez komitet normalizacyjny CClrr i otrzymal oznaczenie V24. 

W PC-tach stal sie on standardem lacza szeregowego. System operacyjny nadaje laczom 

szeregowym nazwy COMn (n - numer lacza). Oprócz obslugi modemów, 

umozliwia przykladowo podlaczanie takich urzadzen jak mysz (o czym wspomina1i- 



smy w poprzednim rozdziale) czy drukarka (choc ta ostatnia bedzie pracowac zdecydowanie 

wolniej niz przy uzyciu zlacza równoleglego). Przy uzyciu gniazd RS 232C 

mozemy polaczyc ze soba dwa komputery, co umozliwi transmisje informacji pomie 

dzy nimi (jest to tez mozliwe do osiagniecia za pomoca lacza równoleglego, lecz przy 

mniejszej odleglosci). 

Interfejs RS 232C realizuje transmisje szeregowa asynchroniczna (tak zwana 

transmisje startowo-stopowa; róznice pomiedzy równoleglym i szeregowym sposobem 

przesylania informacji wyjasnilismy w czesci I podrecznika). Zaczynamy wiec 

od przedstawienia zasady realizacji samej transmisji. Dalej przedstawiamy parametry 

elektryczne interfejsu i znaczenie poszczególnych sygnalów sterujacych. 

6.1.1. Transmisja szeregowa asynchroniczna (startowo-stopowa) 

Transmisja szeregowa moze byc realizowana w dwóch podstawowych trybach: 

synchronicznym i asynchronicznym. W zadnym z tych trybów (mimo slowa synchroniczny) 

nie jest przesylany równolegle do danych przebieg zegarowy taktujacy transmisje 

(pojawianie sie kolejnych bitów). Ma to uzasadnienie chociazby czysto ekonomiczne: 

przesylanie taktu zegara wymagaloby osobnej linii, co przy dalekich polaczeniach 

przez siec telekomunikacyjna jest nierealne. Z drugiej strony, zegary nadawczy 

i odbiorczy musza byc ze soba zsynchronizowane (w sensie tej samej czestotliwosci 

i ustalonej fazy) na czas odbioru informacji. Róznica pomiedzy transmisja asynchroniczna 

i synchroniczna polega na tym, ze dla transmisji synchronicznej zegary te sa 

zsynchronizowane praktycznie przez caly czas trwania polaczenia, a dla transmisji 

asynchronicznej na czas transmisji jednej ramki. Wyjasnimy to dodatkowo w rozdziale 

dotyczacym modemów. 

Koncepcje dzialania transmisji asynchronicznej przedstawia rysunek 6.1. 

Przed realizacja transmisji musza byc uzgodnione nastepujace parametry: 

• czestotliwosc zegara nadawczego i odbiorczego (musza byc jednakowe, stad 

bedziemy tez uzywac terminu: zegar nadawcz%dbiorczy 

• format transmitowanej ramki (rodzaj bitów startu i stopu, format przekazywanego 

znaku, czyli ilosc bitów danych, obecnosc bitu kontroli parzystosci itp.). 

Ramka dla transmisji szeregowej w literaturze anglosaskiej jest czesto oznaczana 

skrótem SDU (ang. Selial Data Unit). 

Ponadto, jako wewnetrzny parametr odbiornika musi byc ustalony stosunek czestotliwosci 

zegara próbkujacego do czestotliwosci zegara nadawcz%dbiorczego. 

W naszym przykladzie na rysunku wynosi on 6. 

Bit startu z reguly przyjmowany jest jako bit o wartosci O. Stad linia w stanie 

spoczynku, kiedy nie jest nadawany znak, utrzymywana jest w stanie 1. Nadajnik 

rozpoczyna transmisje od przeslania bitu O jaJc9 bitu startu. Nastepnie przesylane sa 

kolejne bity, zgodnie z ustalonym formatem transmitowanej ramki. Sa to bity danych, 


Standardy interfejsu szeregowego i równoleglego 113 

ewentualnie bit kontroli parzystosci i bity stopu. Kolejne bity przesylane sa cyklicznie 

ze stala czestotliwoscia odmierzana przez zegar nadawczy. Po zakonczeniu nadawania 

ramki nadajnik moze przejsc w stan spoczynku (nic nie nadajac) lub rozpoczac nadawanie 

kolejnej ramki. 

Dane 

nadawane 

Zegar 

nadawczy 

Dane 

odbierane 

Zegar 

odbiorczy 

Zegar 

próbkujacy 

• 

Ramka 

Rysunek 6.1. Zasada transmisji szeregowej asynchronicznej 

~ 

_1_1 

07 08 stopu 

'['I:Y\ 

Zegar próbkujacy odbiornika sprawdza stan linii, przy czym jego czestotliwosc 

powinna byc przynajmniej o okolo rzad wielkosci wieksza niz czestotliwosc zegara 

nadawcz%dbiorczego. Zapewnia to szybkie wykrycie zmiany stanu linii z 1 na O. Po 

wykryciu takiej zmiany uklady logiczne stawiaja hipoteze o rozpoczeciu transmisji 

znaku, czyli odebraniu bitu startu. Po czasie równym polowie okresu zegara nadawcz%dbiorczego 

ponownie sprawdzany jest stan linii i w przypadku ponownego 

stwierdzenia zera uruchamiany jest zegar odbiorczy. Impulsy tego zegara powoduja 

odczytanie na linii wartosci kolejnych bitów. Moment uruchomienia zegara odbiorczego 

w polowie czasu trwania nadawania bitu ma bardzo istotne znaczenie. Wyjasnia 

to polozenie impulsu zegarowego w wycieniowanej elipsie. Z powodu fluktuacji 

czestotliwosci zegara odbiorczego (które zawsze maja miejsce) impuls ten pojawil 

sie nieco wczesniej. Nie spowodowalo to jednak bledu-odczytu wartosci bitu (dalej 

czytamy wartosc bitu numer 2). W przypadku ustawienia impulsu na przyklad na poczatku 

czasu nadawania bitu nastapilby najprawdopodobniej blad i odczytalibysmy 

jako bit 2 wartosc bitu l. 

Odbiornik przerywa odczytywanie wartosci bitów po ustalonej ilosci bitów. 

Ustalenie to jest konieczne, poniewaz wartosci bitów danych moga byc dowolne, 1 lub 

O i w zwiazku z tym nie ma zadnej mozliwosci zasygnalizowania konca ramki. Takze 

ewentualny bit stopu nie ma tu zadnego znaczenia. Jego zadaniem jest zapewnienie 


~


przejscia linii na pewien czas w stan 1, nawet gdy transmisja kolejnej ramki rozpoczyna 

sie natychmiast po zakonczeniu nadawania poprzedniej. Ulatwia to wykrycie 

kolejnego bitu startu, ale nie jest konieczne. Stad przykladowo, ilosc bitów stopu moze 

wynosic zero, jeden, póltora lub dwa. Oczywiscie póltora bitu stopu oznacza czas 

trwania jedynki przez póltora okresu zegara nadawcz%dbiorczego. Z roli, jaka pelni 

bit stopu, wynika tez jego wartosc. Musi on miec zawsze przeciwny znak niz bit startu. 

Podsumowujac, w transmisji szeregowej asynchronicznej zapewniamy synctr0nizacje 

zegarów nadawczego i odbiorczego na czas transmisji jednej rarnki. Po odebraniu 

znaku zegar odbiorczy jest wylaczany i odbiornik oczekuje na kolejny bit startu. 

Nadajnik w przypadku braku informacji do przesylania utrzymuje na linii stan 

wysoki (1). 

6.1.2. Parametry elektryczne interfejsu RS 232C 

Okreslenia poziomów logicznych dla interfejsu RS 232C róznia sie zdecydowanie 

od wartosci stosowanych wewnatrz systemu, gdzie obowiazuja tak zwane poziomy 

TTL-owe (O logiczne od okolo 0--;-1,4V i 1logiczna od 2,4+5 V) Poziomy logiczne 

TTL sa okreslone napieciami unipolarnym (czyli jednego znaku, konkretnie napieciami 

dodatnimi), podczas gdy interfejs RS 232C dla okreslenia poziomów logicznych 

uzywa napiec zarówno dodatnich, jak i ujemnych. Poziom logiczny O moze byc reprezentowany 

przez napiecia z zakresu Od +3 do +15 V, zas logiczne 1jest reprezentowane 

przez wartosci wybrane z zakresu od -3 do -15 V. Zwiekszenie wartosci napiec 

i zastosowanie napiec o obydwu znakach pozwala zwiekszyc odpornosc sygnalu na 

zaklócenia i przesylac informacje na wieksze odleglosci (niz przykladowo interfejs 

Centronics, który uzywa poziomów TTL). Wlasnosci elektryczne interfejsu RS 232C 

ilustruje rysunek 6.2. Warto zwrócic uwage, ze podczas ogladania przebiegu elektrycznego 

na RS 232C na przyklad na oscyloskopie zobaczymy ten przebieg "odwrócony" 

(zanegowany). Wynika to oczywiscie z przyjetych wartosci elektrycznych dla 

logicznej jedynki i zera. 

u 

o logiczne 

od +3 do+15 V 

Rysunek 6.2. Poziomy logiczne interfejsu RS 232C 


Standardy interfejsu szeregowego irównoleglego 

6.1.3. Sygnaly sterujace interfejsu RS 232C 

Jak wspomnielismy, interfejs RS 232C wywodzi sie od modemów. Stad tez przy 

jego opisie stosowana jest terminologia zwiazana z transmisja informacji pomiedzy 

komputerami przy uzyciu modemów i sieci telekomunikacyjnej (szerzej o tej transmisji 

w rozdziale 9). W transmisji tej wyróznia sie dwa rodzaje urzadzen: 

• urzadzenia typu DTE (ang. Data Terminal Equipment), bedace koncowymi urzadzeniami 

przy przesylaniu informacji (czyli ostatecznymi nadawcami badz odbiorcami; 

urzadzeniem typu DTE jest na przyklad sam komputer 

• urzadzenia typu DCE (ang. Data Communication Equipment lub Data Camer 

Equipment), które powinny przekazywac informacje do sieci telekomunikacyjnej, 

odbierajac ja od urzadzenia DTE lub odwrotnie; przykladem urzadzenia 

DCE jest modem. 

Terminologia ta jest wazna miedzy innymi dlatego, ze kierunki sygnalów sa podawane 

wlasnie przy jej uzyciu, czyli DTE-)DCE lub DCE-)DTE. Zestaw sygnalów 

sterujacych dla standardu RS 232C przedstawia rysunek 6.3. W pelnej wersji tego 

standardu podanej przez ElA wystepowalo w sumie 25 róznych sygnalów. W komputerach 

PC uzywana jest nieco uproszczona wersja tego standardu wymagajaca (chyba 

szczesliwie) jedynie 9 linii (lacznie z masa). Stad w pecetach sa stosowane dwa rodzaje 

zlaczy: DB-25, 25-pinowe i DB-9, 9-pinowe. Obydwa zlacza sa od strony komputera 

zlaczami meskimi (co oznacza, ze nie posiadaja otworów, a wystajace bolce). 

Na rysunku 6.3 podane sa tez numery pinów w zlaczu DB 25 i DB 9 dla DTE. 

Znaczenie i rola poszczególnych sygnalów sa nastepujace: 

• TxD - dane odbierane 

• RxD - dane nadawane. 

Istnienie dwóch niezaleznych linii dla danych nadawanych (wyjscie) i danych 

odbieranych (wejscie) pozwala zrealizowac jednoczesna transmisje w obydwu kierunkach, 

czyli tak zwany dupleks lub pelny dupleks. Pozostale mozliwosci prowadzenia 

transmisji to przesylanie tylko w jednym kierunku, czyli simpleks i przesylanie 

w dwóch kierunkach, lecz na przemian, a nie jednoczesnie, czyli póldupleks. Wszystkie 

trzy mozliwosci sa zilustrowane na rysunku 6.4. 

• DSR (ang. Data Terminal Ready) - sygnal gotowosci urzadzenia DCE. Oznacza 

on, ze urzadzenie DCE, na przyklad modem, jest· wlaczony i sprawny. 

• DTR (ang. Data Set Ready) - sygnal gotowosci urzadzenia DTE. Oznacza wlaczenie 

i operacyjnosc tego urzadzenia (na przyklad komputera). 

• 

RTS (ang. Request To Send) - sygnalizuje chec przekazania przez DTE do DCE 

informacji (chec rozpoczecia transmisji). 


115

116 

DTE 

8,. 

1 C--...5. 

22 

20~ 4........2 6,....u 3~ ,.....a 

2..........l 

GND TxD RxD CTS DSR RTS DCO DTR RI 

OBOB9 25' 

5~ 

Rysunek 6.3. Linie sterujace interfejsu RS 232C 

Simpleks D 

Póldupleks 

Dupleks 

(pelny dupleks) 


•• 

DCE 

D 

Rysunek 6.4. Sposoby realizacji transmisji szeregowej 

• CTS (ang. elear To Snul) - po otrzymaniu przez DCE sygnalu zachety do rozpoczecia 

transmisji, odpowiada aktywnym poziomem na CTS, oznaczajacym 

zgode na podjecie transmisji. 

Podsumowujac, sygnaly DSR i DTR sa sygnalami ogólnej gotowosci wspólpracujacych 

ze soba urzadzen. Powinny byc uaktywniane na poczatku transmisji i pozostawac 

aktywne az do konca. Sygnaly RTS i CTSpozwalaja sterowac przebiegiem 

transmisji. Jezeli na przyklad modem (DCE) nie nadaza z przesylaniem informacji 

dostarczanych przez komputer (DTE), moze na pewien czas wstrzymac przekazywa- 



nie danych przez ten ostatni, przestawiajac sygnal cts w stan nieaktywny. O potrzebie 

sterowania przebiegiem transmisji ogólnie pisailt'rny w rozdziale 1. 

• DCD (ang. Data Camer Detected) - sygnal wykrycia przez modem fali nosnej 

modemu odleglego. Informuje DTE o nawiazaniu polaczenia z modemem odleglym. 

• RI (ang. Ring lndicator) - sygnalizuje próbe nawiazania polaczenia przez modem 

odlegly. 

Jak widac, ostatnie z wymienionych sygnalów sa sygnalami przeznaczonymi 

glównie dla modemów. 

6.1.4. Polaczenie dwóch urzadzen typu DTE 

Zlacza urzadzen typu DTE i DCE zostaly tak zaprojektowane, aby urzadzenia te 

mogly zostac polaczone prostym pasmem. Inaczej mówiac, pin numer l DTE powinien 

laczyc sie z pinem l DCE itd., poniewaz w zlaczach tych te same numery pinów 

odpowiadaja z jednej strony wejsciu, a z drugiej wyjsciu danego sygnalu. Wynika 

z tego, ze tego samego kabla nie mozna uzyc do polaczenia dwóch urzadzen typu 

DTE, bowiem w tym wypadku polaczymy ze soba dwa wejscia (na przyklad RxD 

i RxD) lub dwa wyjscia (na przyklad RTS i RTS). Rozwiazaniem jest skrzyzowanie 

odpowiednich sygnalów tak, aby wyjscie sygnalu (przykladowo RTS) trafialo na wejscie 

sygnalu o tym samym przeznaczeniu (w naszym przykladzie bedzie to wejscie 

CTS). Wynikiem takiego rozumowania jest kabel polaczeniowy przedstawiony na 

rysunku 6.5, zwany czesto kablem modemu zerowego (w polaezehiu pomiedzy dwoma 

DTE brak modemów). 

DSR'XDTR 

DTE 

>


Mozliwe jest jeszcze prostsze rozwiazanie, wymagajace jedynie trzech zyl kabla, 

w którym praktycznie rezygnujemy z przesylania potwierdzenia gotowosci urzadzen. 

Przedstawiamy je na rysunku 6.6. 

~D' 

RxD' >< 

'~D 

'RxD 

DTE 

DSR: 

DTR:g 

DCD' 

CTS~ RTS~ 

EDTR 

DSR DTE 

DCD 

RTS 

CTS 

GND' , GND 

Rysunek 6.6. Kabel modemu zerowego - wersja II 

6.2. Magistrala USB 

Magistrala USB jest realizacja nowoczesnego standardu lacza szeregowego, 

przeznaczonego dla urzadzen o sredniej badz niskiej szybkosci transmisji. Powstala 

ona jako próba rozwiazania kilku problemów zwiazanych z dolaczaniem urzadzen 

peryferyjnych do komputera typu Pc. Oto problemy, które sie pojawily: 

• Duza róznorodnosc gniazd scianki tylnej oraz kabli, którymi dolacza sie znaczna 

czesc urzadzen peryferyjnych. W istocie wiekszosc urzadzen ma zlacza inne od 

pozostalych, wrecz bardzo nieliczne sa przypadki zlaczy takich samych, lecz nawet 

wówczas latwo stwierdzic, którego urzadzenia one dotycza. Elektronikom 

sytuacja taka nie sprawia klopotu. Mozna sobie jednak wyobrazic, ze ludzie niezwiazani 

z elektronika moga odczuwac z powodu duzej ilosci gniazd i kabli pewien 

dyskomfort. 

• Mala ilosc zasobów systemowych (przerwan i adresów wejscia/wyjscia). Rosnaca 

ilosc urzadzen powoduje, ze ich liczba zasobów staje sie niewystarczajaca. 

Sytuacje czesciowo poprawilo wprowadzenie magistrali pcr, jednakze dla urzadzen 

dolaczanych z zewnatrz nic sie wlasciwie nie zmienilo. 



Magistrala USB zapewnia rozwiazanie tych problemów, oferujac ponadto kilka 

innych interesujacych wlasnosci. Zaletami magistrali USB sa: 

• jeden typ konektora niezalezny od typu dolaczanego urzadzenia 

• oszczedzanie zasobów systemowych - mimo dolaczenia do USB takich urzadzen, 

jak klawiatura, mysz, drukarka, skaner itp., uzywa ona tylko jednego sygnalu 

zgloszenia przerwania i potrzebuje zakresu adresów z przestrzeni adresowej 

ukladów wejscia/wyjscia jedynie dla swojego ukladu, zwanego glównym 

kontrolerem USB (ang. host controller) 

• mozliwosc dolaczenia 127 urzadzen 

• obsluga urzadzen o sredniej (12 Mb/s) i niskiej (1,5 Mb/s) szybkosci transmisji; 

w przypadku urzadzen o niskiej szybkosci transmisji mozliwe jest stosowanie 

tanszego okablowania 

• instalacja urzadzen "w locie" (po zainstalowaniu urzadzenia nie jest wymagane 

ponowne uruchomienie systemu) 

• zasilanie urzadzen kablem USB (do ok. 500 mA) 

• zastosowanie mechanizmów wykrywania i obslugi bledów. 

Ponizej opiszemy skladniki i zasade pracy magistrali USB. Poszczególne punkty 

beda jednoczesnie wyjasnialy, w jaki sposób uzyskano jej kluczowe wlasciwosci. 

6.2.1. Skladniki magistrali USB 

Skladniki magistrali USB mozemy podzielic (jak praktycznie w przypadku kazdego 

urzadzenia w komputerze) na czesc sprzetowa (ang. hardware) i oprogramowanie 

(ang. software). 

Czesc sprzetowa magistrali USB stanowia: 

• glówny kontroler/koncentrator (ang. Host Controller/Root Hub) 

• koncentratory USB 

• urzadzenia USB. 

Koncentrator USB moze byc samodzielnym urzadzeniem lub moze byc elementem 

urzadzenia USB, przykladowo klawiatury czy drukarki. W drugim przypadku 

urzadzenie USB nosi nazwe urzadzenia zlozonego. Ceche te ilustruje rysunek 6.7. 

Skladnikami oprogramowania sa: 

• sterowniki urzadzen USB 

• sterownik USB 

• sterownik glównego kontrolera USB. 


120 

, Zlozone 

, urzadzenie 

USB 

Glówny kontroler 

USB 

Rysunek 6.7. Rodzaje urzadzen na magistrali USB 

• 

• 


Glówny 

kontroler/kon centrator 

USB 

Juz w tym miejscu musimy zwrócic uwage na nastepujacy fakt: wyeliminowanie 

wymagan co do zasobów systemu, a takze uproszczenie okablowania bylo mozliwe 

dzieki przejeciu wiekszej ilosci zadan do realizacji przez oprogramowanie. Stad oprogramowanie 

to jest Uak widac) dosc rozbudowane, a wspólzaleznosci pomiedzy poszczególnymi 

jego czesciami sa zlozone. W zwiazku z tym do problemu wspólpracy 

oprogramowania i sprzetu USB bedziemy kilkakrotnie wracac w niniejszym rozdziale. 

Przedstawimy teraz zadania poszczególnych czesci oprogramowania: 

Sterownik USB - jego zadaniem jest skompletowanie informacji o wymaganiach 

poszczególnych urzadzen dolaczonych do USB, a dotyczacych zasobów 

systemowych, szybkosci transmisji itp. Nastepnie sterownik USB na podstawie 

zadan otrzymywanych od sterowników urzadzen USB organizuje transmisje da 

nych, dzielac ja na tak zwane transakcje, przydzielane nastepnie do 1-milisekundowych 

ramek Uedna ramka moze zawierac transakcje dotyczace wielu urzadzen, 

o czym za chwile). -- 

Sterowniki urzadzen USB - sa czescia oprogramowania komunikujaca sie 

z jednej strony bezposrednio z urzadzeniami USB, a z drugiej przekazujaca zadania 

transmisji generowane przez te urzadzenia do sterownika USB. Zadania te 

przekazywane sa w postaci tak zwanych pakietów IRP (ang. lO Request Packets). 



• Sterownik glównego kontrolera USB - decyduje o kolejnosci umieszczania 

transakcji dotyczacych okreslonych urzadzen w pakietach i nadzoruje realizacje 

transmisji. 

6.2.2. Zasada dzialania magistrali USB 

Jak juz zasygnalizowalismy, znaczna czesc dzialania magistrali USB zwiazana 

jest z oprogramowaniem. Oprogramowanie to tworzy pewne warstwy, komunikujace 

sie badz ze soba, badz z okreslonym sprzetem. Wspólprace poszczególnych warstw 

sprzetu i oprogramowania przedstawia rysunek 6.8. 

Opltogl'amowanie 

(m,in. stem-wnik) 

urzadzenia USB 

Urzadzenie 

USB 

System 

operacyjny 

Sterownik USB 

Oprogramowanie 

konfiguracyjne 

(np. PnP) 

(Zarzadzanie magistrala, konfiguracja, przesylaniem danych. 

Obsluga urzadzen USB) 

Sterownik.Qlówneg

122 

6.2.2.1. Typy transmisji na USB 

• 

• 


W zaleznosci od rodzaju urzadzenia, moze byc ono obslugiwane jedn)Tm z tqech 

typów transmisji: 

• Transmisja z przerwaniem (ang. zntelTUpt transfer) - ten typ transmisji uzywany 

jest w przypadku urzadzen, które typowo do komunikacji z systemem uzywaja 

przerwan. Poniewaz USB nie obsluguje przerwan sprzetowych, urzadzenia te 

musza byc periodycznie sprawdzane, czy nie maja danych do przekazania. Proces 

taki nazywany jest przepytywaniem (ang. pooling). Czestotliwosc przepytywania 

dla danego urzadzenia ma byc tak dobrana, by zapewniala poprawnosc jego 

dzialania. Przykladem moze tu byc komunikacja z klawiatura. 

Transmisja blokowa (ang. bulk transfer) - przeznaczona jest dla urzadzen, które 

wymagaja transmisji duzych bloków, jednak transmisje te sa nieokresowe. 

Transmisja blokowa wystepuje na przyklad w przypadku drukarki. 

Transmisja izosynchroniczna (ang. zsosynchronous transfer) - przeznaczona 

jest dla urzadzen wymagajacych ciaglego doplywu lub odbioru informacji, 

z okreslona czestotliwoscia. Sa to zwykle urzadzenia pracujace w czasie rzeczywistym. 

Tu przykladem moze byc transmisja informacji pomiedzy adapterem 

dzwiekowym USB a systemem. 

Prócz wymienionych, na magistrali USB mozna wyróznic jeszcze transmisje sterujace. 

Sa one uzywane do komunikacji z urzadzeniami USB, najczesciej w czasie 

konfiguracji. 

6.2.2.2. Realizacja transmisji 

Po etapie konfiguracji sterownik USB ustanawia polaczenie pomiedzy sterownikiem 

urzadzenia a sterownikiem USB. Ponadto dla kazdego urzadzenia USB jest tworzony 

w pamieci bufor. Transmisja jest realizowana po zgloszeniu zadania przez sterownik 

urzadzenia USB (o czym juz wspominalismy wczesniej). Informacja prze-o 

sylana jest w 1-milisekundowych ramkach, przy czym kazda ramka moze zawierac 

informacje od wielu urzadzen. O rozdziale transmitowanej informacji na poszczególne 

ramki decyduje sterownik glównego kontrolera USB, na podstawie informacji otrzymanych 

od sterownika USB. Przyklad takiej realizacji transmisji przedstawiony jest 


6.2.2.3. Kodowanie sygnalu i rozwiazania elektryczne 

Na magistrali USB stosuje sie metode kodowania sygnalu zwana NRZI. Polega 

ona na kodowaniu wartosci O zmiana stanu magistrali (z wysokiego na niski lub odwrotnie), 

podczas gdy zapis bitu o wartosci 1nie powoduje takiej zmiany. Ilustruje to 

rysunek 6.10. 


Standardy interfejsu szeregowego i równoleglego .123 

Sterownik USB 

Sterownik glównego 

kontrolera USB 

(RP 

ITransakcja 2-1\ !Transakcja 2-21 

'ttransa)


para przewodów). W przypadku wolniejszej wersji takiego wymagania nie ma, w zwiazku 

z czym kabel jest tanszy. 

Tabela 6.1. Nazwy sygnalów, numery zyl i kolory przewodów 

Numer kontaktu Czerwony + -Masa V Dane Czarny Kolor Zielony Bialy Nazwa przewodu sygnalu 

6.2.2.4. Topologia polaczen 

Jedna z waznych zalet USB jest zmniejszenie ilosci urzadzen dolaczonych bezposrednio 

do komputera, a co za tym idzie zmniejszenie ilosci gniazd w samym komputerze. 

Wynika to z faktu, ze urzadzenia USB sa laczone to tak zwanych koncentratorów 

(ang. hub), przy czym koncentrator moze byc samodzielnym urzadzeniem, ale 

moze tez byc elementem zlozonego urzadzenia USB. Te sytuacje ilustruje rysunek 6.11. 


Glówny kontroler 

/koncentrator USB 

Rysunek 6.11. Topologia magistrali USB 

_ - zlacze USB 

F - 12 Mb/S 

S - 1,5 Mb/S 



Dodatkowa zaleta USB jest j~den typ zlacza dla wszystkich urzadzen (co jest 

oczywiste - wszystkie urzadzenia sa dopiete do jednej magistrali). 

6.3. Standardy lacza równoleglego 

W tym podrozdziale przedstawiamy kolejno standard Centronics oraz jego modyfikacje 

oznaczane skrótami ECP (ang. Extended Capabilities Port) i EPP (ang. Enhanced 

Parallei Port). 

6.3.1. Interlejs Centronics 

Interfejs Centronics zostal stworzony przede wszystkim na potrzeby drukarek. 

Podobnie jednak jak i RS 232C, stal sie w PC-tach standardem lacza równoleglego. 

Oznaczeniem tego portu uzywanym przez system operacyjny jest LPTn (n- numer 

portu). Oryginalny interfejs Centronics byl laczem jednokierunkowym, przesylajacym 

informacje na zewnatrz (od komputera do drukarki - taki byl zamysl, a drukarki nie 

byly wówczas urzadzeniami "inteligentnymi", wymagajacymi komunikacji dwukierunkowej). 

Schemat blokowy interfejsu Centronics oraz nazwy jego sygnalów sterujacych 

i ich numery w zlaczu przedstawia rysunek 6.12. 

Stosowanym zlaczem jest zenskie (otwory, a nie bolce) zlacze DB 25. Znaczenie 

poszczególnych sygnalów w przypadku wspólpracy z drukarka jest nastepujace: 

ERROR# 

SLCT 

PE 

ACK# 

BUSY 

STROBE 

AUTOFEED 

INIT 

SELECTIN 

sygnal wewnetrznego bledu drukarki 

- sygnal wybrania (gotowosci) drukarki i stanu "on line" 

- brak papieru w drukarce 

- potwierdzenie gotowosci do przyjecia danych (sygnal uzywany do 

generowania przerwania od drukarki 

sygnal mówiacy o tym, ze drukarka jest zajeta (drukowanie, 

ranie danych) 

sygnal taktujacy transmisje danych do drukarki 

pobie 

- automatyczny wysuw papieru 

sygnal zadania wewnetrznego resetu (zerowanie ukladów logicznych) 

drukarki 

sygnal wyboru drukarki (przez komputer). 

Sposób podlaczenia ukladów drukarki do portu równoleglego zostanie opisany 

w rozdziale 7. 


I 

eJf3Str 


PE -- 

es 

14 

steruja~y 17 ~ - 16 

~ 

. , 

Rej~str 

dalJ~~ 

OS 

~~O O 10 15 12 

O 13 

I-/ I '" 11 

ACK 

SLCT 

ST~OBE AUTO SLCTINFD 

R . l----1)O 

Rysunek 6.12. Struktura i wyprowadzeni_a portu Centro nic s 

6.3.2. Tryby ECP iEPP 

D7 2 ~ 

- - - - - - - - -- - - - --'- O 

- - - - - - - - - - - - - - O 

DO 

9 

INIT 

BUSY 

ERROR' 

Jednokierunkowosc interfejsu Centronics szybko stala sie jego wada. Pewnym 

rozwiazaniem (lecz niestandardowym) bylo uzycie do transmisji w drugim kierunku 

czterech linii statusowych (piaty sygnal by! uzywany jako sygnal potwierdzenia). Tryb 

ten by! zwany trybem Nibble. Port dwukierunkowy wprowadzono w komputerach 

PS2. Polega on na zrnianie rozwiazan ukladów wyjsciowych portu i wprowadzeniu 

dodatkowego bitu w rejestrze sterujacym, decydujacego o kierunku transmisji. Poniewaz 

pojawialo sie wiele niestandardowych rozwiazan, stworzony zostal standard IEEE 

1284 definiujacy piec trybów pracy portu równoleglego. Trybami tymi sa: 

• Compatibility Mode - tryb pracy standardowego Uednokierunkowego) portu 

Centronics 



• . Nibble Mode - tryb zgodny z trybem przesylajacym powrotne dane przez rejestr 

statusowy portu Centronics 

• By te Mode - tryb zgodny z praca portu w komputerach typu PS2 

• ECP Mode - zmodyfikowany port równolegly pozwajacy na swobodna transrmsje 

w obie strony 

• EPP Mode - najbardziej zaawansowany tryb pracy portu równoleglego, tworzacy 

dwukierunkowa magistrale 8-bitowa mogaca przesylac zarówno dane, jak: 

i adresy. 

Po uruchomieniu port równolegly powinien pracowac w trybie Compatibility. 

Przelaczenie do pracy w innym trybie powinno byc dokonane programowo po ewentualnych 

negocjacjach z wspólpracujacym urzadzeniem (prosty opis tego typu negocjacji 

znajduje sie w pozycji [1] bibliografii. 

Nazwy poszczególnych sygnalów na zlaczu Centronics w trybach ECP i EPP podaje 

tabela 6.2. 

Tabela 6.2. Nazwy sygnalów dla trybów ECP i EPP 

Numerpinu Komputer Dla Urzadzenie Urzadzenie Dla AD7-ADO uzytkownika Dla EPP Write# Dstrb# Sygnal Astrb# uzytkownika 

Wait# lub lntr uzytkownika Komputer 

urzadzenie lnit# ReverseRequest# 

generowany peryferyjne 

peryferyjne 1284Active HostAck HostClk PeriphRequest# 

AckReverse# PeriphAck PeriphClk peryferyjne Xflag ECP przez D7 -DO 

6.3.2.1. EC~ I 

Po przel~czeniu w tryb ECP kierunek transmisji Jest ustawiony od komputera do 

urzadzenia. Tr~nsmisja jest taktowana dwoma sygnalami: HostClk i PeriphAck. Komputer 

sygnalizuje przekazanie danych stanem niskim HostClk. W odpowiedzi urzadzenie 

potwierdza gotowosc przyjecia danych stanem wysoldm PeriphAck. Po otrzy~ 

maniu potwierdzenia komputer przestawia HostClk z p.owrótem w stan wysoki, 



a urzadzenie konczy cykl wczytaniem bajtu i ustawieniem PeriphAck 

sygnalizuje gotowosc przyjecia nowego bajtu. " 

w stan niski, co 

Odwrócenie kierunku transmisji uzyskuje sie dzieki sygnalowi PeriphRequest, co 

jest potwierdzane sygnalem ReverseRequest. 

BCP oferuje ponadto dwie interesujace wlasnosci: przesylanie polecen pomiedzy 

komputerem i urzadzeniem oraz przesylanie ilosci identycznych, transmitowanych 

bajtów (co umozliwia kompresje danych). 

6.3.2.2. EPP 

Tryb ten jest najbardziej zaawansowanym trybem pracy portu równoleglego. 

Praca portu przypomina prace magistrali. Pelny opis wykracza poza ramy tej ksiazki 

(mozna o tym przeczytac w pozycji [1] bibliografii). Zaletami trybu BPP jest mozliwosc 

podlaczenia do portu wielu urzadzen oraz znacznie wiekszy transfer (ok. 1,5 do 

2 MB/s) niz w przypadku standardowego zlacza Centronics. 


Czesc II 

Dodatkowe urzadzenia peryferyjne 

/ 

I 


7. Drukarki i plotery 

1l"' Poprzedni rozdzial 

W poprzednim rozdziale omówilismy standardy lacza szeregowego i równoleglego. 


Rozdzial siódmy omawia zasade dzialania drukarek i ploterów . 

..().. Nastepny rozdzial 

Wstep 

Rozdzial ósmy wyjasnia zasade dzialania skanerów i digitizerów. 

Efekty wielu prac wykonywanych za pomoca komputera maja postac graficzna: 

teksty, obrazy, rysunki techniczne. Efekty te widziane jedynie na ekranie monitora 

mialyby bardzo niewielka wartosc. Stad niezbedne sa urzadzenia, które "niematerialne" 

wyniki graficzne (znajdujace sie w pamieci operacyjnej lub masowej) przeksztalca 

w materialne dokumenty. Do tego celu sluza drukarki i plotery. Pierwsze z nich maja 

uniwersalne zastosowanie: moga drukowac dokumenty zarówno tekstowe, jak i graficzne 

(nawet rysunki techniczne). Drugie sa urzadzeniami specjalizowanymi, przeznaczonymi 

glównie do tworzenia rysunków technicznych. Niewatpliwa ich zaleta jest 

mozliwosc obslugi duzych formatów. Ponizej opisujemy krótko zasade dzialania i parametry 

zarówno drukarek, jak i ploterów. 

7.1. Drukarki 

~ 

. Drukarki sa urzadzeniami sluzacymi do wyprowadzania informacji w postaci 

tekstów lub rysunków. Podobnie do adapterów J;.!--aficznych, drukarki moga pracowac 

w trybie graficznym lub tekstowym. Analogia ta idzie dalej. Takze i tu w trybie tekstowym 

przekazujemy do drukarki kody znaków przeznaczone do wydrukowania, 

a o sposobie konstrukcji znaku decyduje generator znaków zawarty wewnatrz urzadzenia. 

Tryb ten jest przeznaczony glównie dla prostych programów (najczesciej dosowych). 

W trybie graficznym system ma przekazac do drukarki informacje o kazdej 



kropce, z której zbudowany jest obraz. Dotyczy to takze drukowania tekstu i umozliwia 

stosowanie czcknek o róznorodnych krojach, o wielkosci skalowanej przez programy. 

Ze weiledu na sposób uzyskiwania obrazu (rysunku) drukarki dzielimy na: 

.-/ 

• iglowe 

• atramentowe 

• laserowe. 

Budowa ukladów mechanicznych drukarek iglowych i atramentowych (pomijajac 

zasade dzialania glowicy drukujacej) jest zblizona i jej schemat widac na rysunku 7.1. 

Walek 

Silnik napedu 

glowicy drukujacej 

Rysunek 7.1. Zasada dzialania mechanizmów drukarek atramentowych i iglowych 

Silnik napedu glowicy drukujacej przesuwa ja wzdluz walka, co powoduje wydrukowanie 

kolejnej linii. Po dojsciu do konca linii walek powinien obrócic sie o pewien 

kat (dla tekstu znak sterujacy ASCII LF - Line Feed, patrz czesc I podrecznika 

"Jak dziala komputer"), tak aby mozliwe bylo wydrukowanie nastepnej linii. Jednoczesnie 

(szczególnie w trybie tekstowym) glowica drukujaca powinna zostac przesunieta 

do poczatku linii (znak sterujacy CR - Camage Return). W trybie graficznym 

ruch roboczy glowicy moze zachodzic w obydwu kierunkach. 

Drukarki iglowe i atramentowe róznia sie sposobem nanoszenia obrazu na papier. 

W drukarkach iglowych tresc obrazu nanoszona jest na papier przez zespól stalowych 

bolców (igiel), które uderzaja w niego poprzez tasme barwiaca, co powoduje 

powstanie w miejscu uderzenia punktu. Jakosc wydruku jest tym lepsza, im wiecej 

igiel posiada glowica drukujaca. Jakosc ta (zwiazana miedzy innymi z parametrem 

zwanym rozdzielczoscia, o czym ponizej) jest jednak zawsze 'gorsza niz jakosc wydruków 

drukarek atramentowych czy laserowych. Z zasady drukowania wynika takze, 

ze wydruk bedzie sie ograniczal zwykle do jednego, dwóch kolorów. 


Drukarki i platery 

W drukarkach atramentowych wydruk uzyskuje sie nanoszac na papier mikroskopijne 

kropelki atramentu wyrzucane z zespolu dysz glowicy drukujacej. W konstrukcji 

glowicy drukujacej wykorzystuje sie dwa rózne zjawiska do wywolania efektu 

wyrzucania kropelek atramentu. Obydwa z nich sa zilustrowane na rysunku 7.2. 

Membrana z materialu 

piezoelektrycznego 

Ruch membrany 

Atrame'nt a) Atrament b) 

Rysunek 7.2 Zasada dzialania glowicy drukujacej drukarki atramentowej 

W obydwu przypadkach wykorzystuje sie mala scisliwosc cieczy, co przy zmianach 

jej cisnienia w wyniku zmian objetosci, powoduje jej wyplyw przez napotkane 

otwory. W pierwszym przypadku efekt wyrzucania atramentu uzyskuje sie w wyniku 

ruchu membrany wykonanej z materialu piezoelektrycznego. Wlasnoscia materialów 

piezoelektrycznych jest odksztalcanie sie pod wplywem przylozonego napiecia. Napiecie 

to steruje wlasnie ruchami membrany. 

W drugim przypadku zmiane objetosci i wzrost cisnienia uzyskuje sie przez podgrztwanie 

strefowe rurek kapilarnych (dyszy), w których znajduje sie atrament. Zarówno 

w pierwszym, jak i drugim przypadku o wielkosci kropel atramentu decyduje 

precyzja wykonania dysz. 

Dzialanie drukarki laserowej odbiega w znacznym stopniu od dzialania drukarek 

atramentowych i iglowych. Drukarka laserowa wymaga przygotowania wydruku pelnej 

strony (wczesniej opisane drukarki mogly drukowac strone pobierajac informacje 

porcjami). Zasada nanoszenia rysunku na papier bardzo przypomina dzialanie fotokopiarki. 

Rózny jest tylko etap nanoszenia tresci obrazu. Schemat ilustrujacy dzialanie 

drukarki laserowej przedstawiony jest na rysunku 7.3. 

Tresc obrazu nanoszona jest na beben pólprzewodnikowy swiatlem lasera. Beben 

jest wczesniej ladowany ujemnie, zas wiazka lasera powoduje przeladowanie miejsc, 

na któr1pada do potencjalq dodatniego. Powoduje to powstanie na bebnie elektrycznej 

rep,rezentacji drukowanego obrazu. Miejsca naladowane dodatnio przyciagaja drobinki 

tbnera, które nastepnie nanoszone sa na papier. Obraz na papierze wymaga jeszcze 

utr~enia termicznego. Po naniesieniu obrazu na papier beben jest czyszczony 

z pozostal~h resztek tonera i rozladowywany w celu przygotowania do naniesienia 

\ 

<strong>Please</strong> nast\:g,gmenru <strong>purchase</strong> <strong>PDF</strong> obrazu. <strong>Split</strong>-<strong>Merge</strong> on www.verypdf.com to remove this watermark. 

133


Laser 

Lustro wielokatne 

••• 

••• -1+ 

Pojemnik I:.::.\z 

tonerem 

Rysunek 7.3. Zasada dzialania drukarki laserowej 

Uklad 

czyszczacy 

Mechanizm 

utrwalajacy 

Zarówno w drukarkach laserowych, jak i atramentowych w celu otrzymania wydruku 

kolorowego stosuje sie metode oznaczana skrótem CMYK (ang. - Cyan, Magenta, 

Yellow, blacK), polegajaca na mieszaniu trzech kolorów podstawowych oraz 

koloru czarnego. 

W przypadku drukarek atramentowych w drukarce znajduja sie dwa pojemniki, 

jeden z trzema kolorami atramentu i drugi z atramentem czarnym. Wydruk uzyskiwany 

jest w jednym przebiegu .. 

Podobnie uzyskuje sie wydruk kolorowy na drukarkach laserowych stosujacych 

metoda nazywana Inline. Drukarka taka posiada cztery uklady nanoszace toner, kazdy 

innego koloru. Wydruk jest uzyskiwany w jednym przebiegu. Inna metoda uzyskiwania 

obrazu kolorowego w drukarkach laserowych jest metoda zwana Revolver. Cztery 

kolory tonera umieszczone sa w czterech pojemnikach w obracajacym sie bebnie Uak 

naboje w magazynku rewolweru). Naniesienie wszystkich kolorów wymaga czterech 

przebiegów drukarki. 

Podstawowymi parametrami drukarek sa: 

• rozdzielczosc podawana w punktach na cal (ang. dots per inch - dpi) 

• szybkosc drukowania 

• poziom halasu. 

7.2. Plotery 

Platery, jak wspomnielismy, sluza glównie do wykonywania wszelkich rysunków 

technicznych i w zwiazku z tym wspólpracuja przede wszystkim z programami 


8. Skanery i digitizery 

"fr Poprzedni rozdzial 

W poprzednim omówilismy dzialanie drukarek i ploterów. 


Rozdzial ósmy przedstawia zasady pracy skanerów i digitizerów . 


Wstep 

Rozdzial dziewiaty omawia zasade dzialania i podstawowe wlasnosci modemów. 

Wiele aplikacji wymaga jako danych wejsciowych obrazów lub wymiarów (odleglosci) 

przedstawionych na fizycznych rysunkach (wykonanych wówczas czesto na 

specjalnych podkladach). Przykladem pierwszych sa aplikacje umozliwiajace obróbke 

obrazów lub zdjec, a przykladem drugich programy wspomagajace wykonywanie 

plytek drukowanych. Dla programów przetwarzajacych obrazy bardzo uzytecznym 

urzadzeniem jest skaner. Wprowadzanie precyzyjnych wymiarów lub odleglosci 

umozliwiaja z kolei urzadzenia zwane digitizerami. 

8.1. Skanery 

Skaner jest urzadzeniem przetwarzajacym obraz graficzny (zdjecia., rysunki, tekst 

pisany itp.) na postac cyfrowa. Jest ona zapisywana w pikach o róznych formatach, 

pozwalajacych zmniejszyc (skompresowac) ilosc danych potrzebnych do zapamietania 

obrazu. W ksiazce tej nie opisujemy formatów plików graficznych. Mozna je znalezc 

na przyklad w pozycji [14] bibliografii. Najprostsza metoda zapisania obrazu jest 

tak zwana mapa bitowa, która niesie bezposrednio informacje o kolorze kazdego 

punktu tworzacego zapisany obraz. 

Skanery dzielimy na trzy podstawowe typy: 

• reczne 



• plaskie 

• bebnowe. 

Zasada przetwarzania obrazu na postac cyfrowa jest w kazdym z nich taka sama. 

Róznice tkwia w rozwiazaniach mechaniczno-elektrycznych, które z kolei decyduja 

o parametrach uzytkowych skanera, przykladowo takich, jak rozdzielczosc czy szybkosc 

skanowania. Zasada dzialania skanera przedstawiona jest na rysunku 8.1. Rysunek 

ten ilustruje jednoczesnie budowe skanera plaskiego (stolowego). 

Swietlówka 

I~- 

- - - - ~ 

Lustra --7 

Skanowany obraz 

Zespól filtrów RGB 

... D ·U';;:CCD 

Rolki jezdne Kierunek r~hu \ \ ~ 

Zespól skanujacy 

Rysunek 8.1. Zasada dzialania skanera plaskiego 

Przetwornik 

Wzmacniacz analogowo/cyfrowy 

ale 

Silnik krokowy 

napedu wózka 

/-Le 

Bufor 

pamieci 

Do komputera 

W skanerze tym skanowany obraz jest nieruchomy, porusza sie natomiast zespól 

skanujacy. Sklada sie on ze zródla swiatla, zespolu luster oraz tak zwanej linijki CCD. 

Zródlo swiatla wytwarza swiatlo, które odbija sie od skanowanego obrazu i trafia do 

li~jki CCD. Linijka ta sklada sie z zespolu elementów swiatloczulych o duzej czulosci, 

wykonanych w technologii CCD (ang. Charge Coupled Devices - przyrzady ze 

sprzezeniem ladunkowym). Ilosc odbitego swiatla zalezy od jasnosci skanowanej powierzchni. 

Im ciemniejsza powierzchnia, tym mniejsze natezenie odbitego swiatla 

i tym slabszy jest sygnal elektryczny wytwarzany przez elementy CCD. Sygnal ten 

jest nastepnie wzmacniany i przetwarzany na wartosci (slowa) cyfrowe w przetworniku 

analogowo/cyfrowym. 

Linijka CCD sklada sie, jak powiedzielismy, z szeregu elementów swiatloczulych. 

Im wieksza ilosc tych elementów, tym wiecej punktów w poziomie jest w stanie 

rozróznic skaner, czyli tym wieksza jest jego rozdzielczosc pozioma. Rozdzielczosc 

pionowa zalezy natomiast od precyzji wykonania ukladów mechanicznych oraz silnika 

krokowego, które poruszaja zespolem skanujacym. 

W przypadku skanowania obrazów kolorowych stosowane sa dwa rozwiazania. 

Pierwsze z nich polega na stosowaniu zespolu trzech filtrów o kolorach "podstawowych" 

RGB. Obraz jest skanowany w trzech przebiegach, przy czym w kazdym z nich 

skanowany jest inny kolor. Drugie rozwiazanie, drozsze lecz zapewniajace szybszy 


Skanery i digitizery 

przebieg skanowania, polega -na stosowaniu linijki zlozonych z trzech rzedów elementów 

CCD, przy czym kazdy rzad jest odpowiedzialny za skanowanie jednej skladowej 

koloru. 

Rysunek 8.2 przedstawia konstrukcje skanera recznego. W najprostszej werSJI 

skaner ten jest przesuwany recznie po skanowanej powierzchni. 

:Swietlówka 

O 

Wzmacniacz 

Przetwornik 

analogowo/ 

cyfrowy 

~ - - - - - ~- - - - ~ ~ ale ': 

, Linijka CCD , 

Uklad optyczny ~ H Iii.: 

Skanowany obraz 

Rysunek 8.2. Zasada dzialania skanera recznego 

(O) 

Do komputera 

Zasada skanowania nie ulega zmianie. Poniewaz skaner przesuwany jest recznie, 

a z drugiej strony jest zwykle podlaczony do komputera przez niezbyt szybki interfejs, 

ma czujnik sygnalizujacy zbyt szybki ruch, gdy dane moga byc tracone. W wersjach 

bardziej rozbudowanych skanery tego typu maja silnik, który powoduje ich przesuwanie 

po skanowanej powierzchni. Nazywane sa one wówczas skanerami mobilnymi. Skanery 

reczne maja stosunkowo niskie parametry i sa zwykle skanerami czarno-bialymi. 

Skanerami o najlepszych parametrach, ale tez o wysokich cenach sa skanery beb 

nowe, przeznaczone glównie do zastosowan profesjonalnych, w firmach poligraficznych. 

Skaner tego tyP\! sklada sie z bebna, na którego wewnetrznej sciance umieszcza 

sie skanowany obraz. Beben wiruje z duza szybkoscia. Wewnatrz bebna w jego osi przesuwa 

sie powoli zespól skanujacy. Obraz jest wiec skanowany po linii spiralnej, której 

zwoje leza bardzo blisko siebie. Zapewnia to wysoka rozdzielczosc skanowania. 

Podstawowymi parametrami skanerów sa: 

• rozdzielczosc 

a) fizyczna (optyczna) 

b) interpolowana 

- sprzetowo 

- programowo 

• szybkosc skanowania 

• format skanowanego obrazu 

• rodzaj interfejsu. 


139


Ponadto dla skanerów kolorowych: 

• glebokosc kodowania kolorów (ilosc bitów na zakodowanie kolorów) 

• ilosc przebiegów skanowania kolorów. 

Pewnych wyjasnien wymagaja dwa z wymienionych parametrów. Rozdzielczosc 

fIzyczna wynika z budowy czesci mechanicznej skanera oraz linijki CCD. Rozdzielczosc 

te mozna sztucznie zwiekszac, dodajac punkty o kolorze lub stopniu szarosci 

wyliczonym na podstawie fizycznie zeskanowanych punktów. Ilustruje to rysunek 8.3. 

Rozdzielczosc fizyczna 

CJ •• 

Rysunek 8.3. Rozdzielczosc fIzyczna i interpolowana 

Rozdzielczosc interpolowana 

CJ CL:.l ••. 

t Dodany punkt 

Interfejsem tanich skanerów jest najczesciej interfejs równolegly lub specjalny 

interfejs dedykowany dla danego skanera (niewielka karta z oprogramowaniem dostarczana 

przez producenta razem z urzadzeniem). Skanery wyzszej jakosci uzywaja 

zwykle znacznie szybszego interfejsu SCSI. 

8.2. Digitizery 

Zadanie digitizera w pierwszym przyblizeniu przypomina zadanie myszy: pf-Zl(: 

kazac informacje o odleglosci, o jaka przesunal sie czujnik. Istnieja jednak dwie za- . 

sadnicze róznice: pierwsza polega na tym, ze mysz przekazuje koordynaty wzgledne, 

czyli przesuniecie. Inaczej mówiac, jezeli mysz podniesiemy i przeniesiemy w inne 

miejsce jej "wybiegu" to nic sie nie zmieni. Przesuniecie czujnika digitizera na jego 

stole roboczym powoduje natomiast zawsze podanie koordynat zaleznych tylko od 

miejsca, w którym umiescimy czujnik (nie zas od tego jak go tam umiescimy). Druga 

róznica tkwi w precyzji. Wspólczesne digitizery rozrózniaja setne czesci cala. 

Digitizer sklada sie ze stolu roboczego i czujnika z celownikiem (polaczonego 

przewodem lub bezprzewodowego), który mozna precyzyjnie ustawiac na charakterystycznych 

punktach digitalizowanego rysunku. Zadaniem digitizera jest okreslenie 

polozenia czujnika i podanie jego koordynat w ukladzie wspólrzednych powiazanym 

ze stolem roboczym. Istnieje kilka metod okreslania polozenia czujnika na stole. Dwie 

najpopularniejsze to: 

1. Metoda elektromagnetyczna. W stól roboczy wbudowana jest siatka poziomych 

i pionowych przewodów. Siatka ta (nieco podobnie jak w przypadku klawiatury) 

przemiatana jest przebiegiem elektrycznym. Czujnik digitizera jest w tym przypadku 

niewielka antena wykrywajaca pole elektromagnetyczne wytwarzane 


Skanery i digitizery 

przez siatke przewodów. Moment uzyskania naj silniejszego sygnalu w powiazaniu 

z kolejnoscia przemiatania siatki pozwala okreslic polozenie czujnika. 

2. Metoda rezystancyjna. Wykorzystuje sie tu spadek napiecia na warstwie rezystywnej, 

która jest pokryty stól roboczy. Stól jest przemiatany fala napiecia wytwarzana 

z kazdego z czterech brzegów stolu. Wartosci napiec indukowanych 

w czujniku poprzez sprzezenie pojemnosciowe pozwala precyzyjnie okreslic 

polozenie czujnika. 

Czujniki moga przyjmowac forme plaskiego elementu z celownikiem badz forme 

pióra (ang. pen lub stylus). Najwazniejszymi parametrami digitizera jest jego 

rozdzielczosc, dokladnosc i format digitalizowanych rysunków. 


141

9. Modemy 

lI" Poprzedni rozdzial 

Rozdzial ósmy przedstawia prace skanerów i digitizerów. 


W rozdziale dziewiatym omawiamy zasade dzialania i podstawowe pOJeCIa 

zwiazane z modemami . 

.(l.. Nastepny rozdzial 

Wstep 

Rozdzial dziesiaty przedstawia dzialanie UPS-ów. 

Modemy umiescilem w czesci "Dodatkowe urzadzenia peryferyjne" z pewnym 

wahaniem. Nie ulega watpliwosci, ze modem nie jest jeszcze ciagle urzadzeniem instalowanym 

w kazdym komputerze. Jednakze z powodu ciagle rosnacego zainteresowania 

Internetem i wzrostu znaczenia wymiany informacji pomiedzy komputerami, 

byc moze modem powinien zostac przeniesiony w niedalekiej przyszlosci do czesci 

"Podstawowe urzadzenia peryferyjne". Zadaniem modemu jest wlasnie umozliwienie 

transmisji informacji pomiedzy komputerami, przy uzyciu istniejacej sieci telekomunikacyjnej. 

W kolejnych podpunktach opisuje koncepcje dzialania modemu, jego 

schemat blokowy i podstawowe standardy zwiazane z funkcjonowaniem. 

9.1. Transmisja informacji cyfrowej przez siec 

telekomunikacyjna 

9.1.1. Zasada przesylania informacji 

Przez siec telekomunikacyjna rozumiemy w zasadzie siec telefoniczna. Jest ona 

przeznaczona przede wszystkim do przesylania mowy, stad zakres czestotliwosci, 

które moga byc tak przesylane wynosi od 400 do 3400 Hz. Zakres ten jest zbyt maly, 

aby przeslac nim poprawnie sygnal cyfrowy (przypominamy, ze sygnal cyfrowy 



przyjmuje tylko dwa stany, oznaczane umownie jako O i 1, pomiedzy którymi nastepuja 

bardzo szybkie przejscia). Natomiast kanal telefoniczny jest bardzo dobrze przystosowany 

do przesylania sygnalu analogowego (ciaglego), w szczególnosci tak zwanej 

fali sinusoidalnej. W celu przeslania informacji cyfrowej przez kanal telefoniczny 

nalezy wiec informacje cyfrowa zakodowac poprzez zmiany jednego z parametrów 

fali sinusoidalnej. Proces taki nazywamy modulacja. 

Nazwa modem jest zlepkiem dwóch slów MODulator DEModulator. Ma to 

zwiazek z podstawowymi zadaniami modemu: 

• Odbieranie od komputera informacji w postaci cyfrowej i kodowanie jej za pomoca 

przebiegu analogowego. Proces ten nazywamy modulacja. Zmodulowany 

sygnal analogowy jest nastepnie przesylany przez linie telefoniczna do drugiego 

modemu zwanego modemem zdalnym, który jest w tym wypadku odbiornikiem 

informacji. 

• Odbieranie informacji w postaci analogowej od modemu zdalnego i nastepnie jej 

demodulacja, czyli na podstawie zmian parametrów przebiegu analogowego 

odtworzenie zakodowanej informacji cyfrowej. Nastepnie informacja jest przekazywana 

w postaci cyfrowej do komputera. 

Przedstawiona wyzej zasada dzialania modemu zilustrowana jest na rysunku 9.1. 

IK~P"t"l~IMOd'm~ J\/V\ ~ Mod,mI~ I~~-I 

Linia 

telekomunikacyjna 

Rysunek 9.1. Zasada dzialania modemu 

9.1.2. Rodzaje modulacji 

Modulacja nazywamy kodowanie informacji za pomoca zmian parametru lub parametrów 

przebiegu zwanego fala nosna. W przypadku analogowej linii telefonicznej 

fala nosna bedzie przebieg sinusoidalny, charakteryzujacy sie trzema parametrami: 

• amplituda 

• czestotliwoscia 

• faza.' 

Kazdy z tych parametrów 

frowych. 

moze niesc zakodowana informacje o wartosciach cy 


Modemy 

9.1.2.1. Kluczowana modulacja czestotliwosci - FSK 

Modulacja czestotliwosci polega na zmianie czestotliwosci fali nosnej w takt 

przebiegu modulujacego. Poniewaz przebiegiem modulujacym jest sygnal cyfrowy, 

przyjmujacy dwie wartosci. O i 1, czestotliwosc fali nosnej równiez bedzie przyjmowala 

dwie wartosci. Nizsza z nich moze przyjmowac O, a wyzsza 1. Poniewaz czestotliwosc 

zmienia sie skokowo, to modulacja ta nosi nazwe FSK - kluczowanej modulacji 

czestotliwosci (ang. Frequency Shift Keying). Przykladowy przebieg kodujacy 

informacje cyfrowa metoda FSK przedstawiony jest na rysunku 9.2. 

Kodowana 

informacja 

Fala nosna 

zmodulowana 

metodaFSK 

Rysunek 9.2. Modulacja FSK 

1 o 1 

9.1.2.2. Róznicowa kluczowana modulacja fazy - DPSK 

W modulacji DPSK (ang. Differential Phase Shift Keying) uzyteczna informacje 

niosa zmiany fazy fali nosnej. Poniewaz pojecie fazy przebiegu nie jest zbyt dobrze 

znane nieelektronikom, postaram sie krótko go wyjasnic. Nastepnie pokaze jak za 

pomoca zmian fazy mozna kodowac 

stawione sa na rysunku 9.3. 

informacje cyfrowa. Potrzebne przebiegi przed 

Przebiegi sinusoidalne na rysunku 9.3 a róznia sie faza. Przebieg numer 2 (oznaczony 

rombami) jest przesuniety w fazie o 90° w stosunku do przebiegu numer 1 

(oznaczonego kwadratami). Na rysunku 9.3 b pokazany jest przebieg sinusoidalny, dla 

którego w pewnym momencie faza zmienia sie o 180°. Róznicowa kluczowana modulacja 

fazy polega na tym, ze wartosci bitów kodujemy zmiana fazy przebiegu sinusoidalnego. 

Przykladowo mozna przyjac, ze zmiana fazy o 180° koduje O, zas zmiana 

fazy 0° (czyli jej brak) koduje 1, jak to pokazano na rysunku 9.3 b. 

Jednym z parametrów decydujacych o tym jak szybko mozemy przesylac informacje 

jest czestotliwosc zmian parametru niosacego informacje. Czestotliwosc ta jest 

ograniczona pasmem przenoszenia kanalu transmisyjnego. Szybkosc przesylania 

mozna jednak zwiekszyc, kodujac jedna zmiana wieksza ilosc bitów (niz jeden). Wymaga 

to oczywiscie stosowania wiekszej ilosci "zmian" (czyli tak zwanych stanów 

znamiennych sygnalu). Wyjasnimy to wlasnie na przykladzie DPSK. Jezeli zamiast 


145


dwóch wartosci zmian fazy (0° i 180°) uzyjemy czterech, to bedziemy jedna zmiana 

kodowac dwa bity, na przyldad tak jak to pokazano w tabeli 9.1. 

a) 

b) 

[J Przebieg nr 1 

Zmiana fazy 

o 180 o 

o 1 1 

Zmiana fazy 

o Oo (brak zmiany fazy) 

Rysunek 9.3. Przesuniecie fazy i modulacja DPSK 

Przesuniecie fazy = 900 

...........• 

Przebieg nr 2 

Czas 

Tabela 9.1. Przyklad kodowania dwójek bitów metoda 4DPSK 

270° 

180° 90° 0° 

J 

Przesuniecie fazy 01 00 Kodowane 10 11 bity 

Pozwala to dwukrotnie przyspieszyc predkosc transmisji (przyldadowo z 600 do 

1200 bitów/s). Modulacja taka, pokazana na rysunku 9.4, nosi nazwe 4DPSK. 


Czas

Modemy 

Kodowany 

ciag bitów 

Przebieg 

4DPSK 

Rysunek 9.4. Modulacja 4DPSK 

9.1.2.3. Modulacja QAM 

Zmiana fazy 180' 

1 O O O 1 1 . O 1 

90' 270' o' 

Kolejna mozliwoscia kodowania informacji jest zmiana amplitudy fali nosnej. 

W przypadku modemów stosuje sie te mozliwosc w polaczeniu z róznicowa modulacja 

fazy. Polaczenie takie pozwala zwiekszyc ilosc stanów znamiennych (patrz poprzedni 

punkt) i zatem kodowac wieksze grupy bitów. Nosi ona wówczas nazwe kwadraturowej 

modulacji amplitudy (ang. Quadrature Amplitude Modulation - QAM). 

Wyjasnimy to na przykladzie kodowania trójek bitów. Kodowanie takie jest pokazane 


01000 100 110 . 

90° 0° 

011 270° 

r - - - -.-101 - 

2 

001 

Kodowane 

bity 

QAM 

111 

011 011 110 000 

Rysunek 9.5. Uproszczona modulacja QAM 


147


Kazdej kombinacji zmiana fazy - amplituda przyporzadkowana jest jedna trójka 

bitów (przykladowo zmiana fazy 1800 i amplituda 1 - bity 011). Zaleznosc ta jest 

przedstawiona na rysunku 9.5 a. Poniewaz kombinacji jest 8, mozemy w ten sposób 

kodowac trójki bitów. Na rysunku 9.5 b przedstawiony jest przebieg kodujacy wlasnie 

ta metoda. Przedstawiona wersja modulacji QAM jest uproszczona. Rzeczywista modulacja 

QAM uzywa 16 stanów znamiennych i koduje czwórki bitów. Modulacja ta, 

podobnie zreszta jak jeszcze bardziej zaawansowana modulacja Trellis (TCM), jest 

zbyt skomplikowana, zeby ja tu szczególowo opisywac. Tym niemniej zasada modulacji 

QAM pozostaje taka sama. 

9.1.3. Rodzaje transmisji 

W modemach stosuje sie transrmsJe zarówno synchroniczna, jak i asynchroniczna. 

Transmisja asynchroniczna zostala szczególowo opisana w rozdziale dotyczacym 

interfejsu szeregowego. Przypominam, ze zapewnia ona synchronizacje zegarów 

nadawczego i odbiorczego na czas przesylania ramki z jednym znakiem (wartoscia). 

W transmisji synchronicznej przesylamy zwykle bloki danych. Synchronizacja zegarów 

nadawczego i odbiorczego utrzymywana jest bez przerwy. W przypadku braku 

informacji do przeslania transmitowane sa ramki synchronizujace. Róznice pomiedzy 

transmisja asynchroniczna i synclrroniczna zilustrowane sa na rysunku 9.6. 

Transmisja _ 

asynchroniczna ~ 

Linia w stanie nieaktywnym 

\ -------- 

~ D'"' ~'"' ~ d'"'l~ 

Transmisja 

synchroniczna 

I SXnc I~._pane 

Brak danych do przesIania 

I~ 

Sync I Sync 

Rysunek 9.6. Transmisja asynchroniczna i synchroniczna 

~ Dane 

9.2. Schemat blokowy i zasada dzialania modemu 

Schemat blokowy modemu przedstawia rysunek 9.7. 

Modemy wykonywane sa w dwóch wersjach: modem zewnetrzny (inaczej wolno 

stojacy), podlaczany do komputera na przyklad za pomoca interfejsu RS 232C (moze 

tez byc USB) oraz modem wewnetrzny, w postaci karty rozszerzajacej, komunikujacy 

sie z komputerem poprzez zlacze magistrali rozszerzajacej (zwykle PCI). W drugim 

przypadku modem zawiera uklad interfejsu szeregowego UART. Sterownik interfejsu 


Dane

Modemy 

i procesor sterujacy modemu (artg. Modem Control Processor- MCP) steruja transmisja 

cyfrowa pomiedzy komputerem a buforem danych modemu. W przypadku nada 

wania dane cyfrowe sa p!zetwarzane na zmodulowany przebieg analogowy przez 

uklady MCP i MAP (ang. Modem Analog Peripherals). Przed modulacja przebieg 

nadawany poddawany jest obróbce w tak zwanym skramblerze, który powoduje bardziej 

równomierny rozklad energii sygnalu w pasmie transmisyjnym. W przypadku 

odbioru przebieg analogowy jest demodulowany, poddawany obróbce w deskrambIerze 

i przekazywany do komputera. 

Do 

komputera 

Interfejs -, 

komputera _, 

(RS 232C) 

SterOWni 

interfejsu 

MCP 

-I 

MAP 

MCP - procesor sterujacy modemu MAP - uklady analogowe modemu 

Rysunek 9.7. Schemat blokowy modemu 

149 

linii linii 

Interfejs 't Do 

telefonicznej telefonicznej 

Modem moze pracowac w trybie pelnego dupleksu lub póldupleksu (tryby 

transmisji szeregowej - patrz rozdzial 4). Dla pelnego dupleksu przy nizszych czestotliwosciach 

pasmo kanalu telefonicznego dzielone jest na dwie czesci. Dolna czescia 

kanalu nadaje modem wywolujacy, górna czescia modem odpowiadajacy. Przy wyzszych 

szybkosciach nie jest mozliwy podzial kanalu (zbyt waskie pasmo) i stosowana 

jest bardziej skomplikowana metoda. Modem nadajacy (lokalny) zapamietuje swój 

sygnal i okresla opóznienie sygnalu modemu odleglego. Poniewaz sygnal w kanale 

jest suma sygnalu modemu lokalnego i zdalnego jego róznica (po uwzglednieniu 

opóznienia) jest równa sygnalowi modemu odleglego. 

Interfejs linii telefonicznej ma za zadanie dopasowanie sygnalów analogowych 

oraz sygnalu wybierania numeru do wymagan linii telefonicznej. Umozliwia on tez 

podlaczenie aparatu telefonicznego równolegle do modemu. 

Podlaczenie do sieci telefonicznej moze Byc realizowane za pomoca lacza dzierzawionego 

(inaczej zwanego sztywnym) lub lacza komutowanego, w przypadku którego 

do sieci telefonicznej laczymy sie za posrednictwem centrali telefonicznej. 

Przebieg nawiazania polaczenia zalezy w pewnej mierze od standardu transmisji, 

w jakim pracuje modem. Ponizej podajemy przyklad dla standardu V.22 bis. 

Komputer, który chce rozpoczac nadawanie, wysyla do modemu sygnal aktywny 

DTR. W odpowiedzi modem ustawia sygnal DSR. Nastepnie komputer ustawia sygnal 

CTS i wówczas modem nawiazuje polaczenie z modemem odleglym. Obejmuje to 


s is 


przeslariie fali nosnej i eweptualna negocjacje szybkosci (protokolu) transmisji. Faza 

ta ma scisle okreslony protokól, mówiacy ~osci i czasie generowania okreslonych 

sygnalów i przerw pomiedzy nimi. Modem zdalny powiadamia swój komputer 

o nawiazaniu polaczenia sygnalem DCD. O nawiazaniu polaczenia i mozliwosci realizacji 

transmisji modem powiadamia komputer aktywnym sygnalem CTS. 

Modem zawiera zwykle modul pamieci NVRAM (zapisywalna pamiec nieulotna 

- patrz czesc I podrecznika). Zadaniem tego modulu jest zapamietanie czesto uzywanych 

nastaw przy realizacji polaczen i transmisji. 

9.3. Protokoly i standardy zwiazane z modemami 

Protokoly i standan:!y zwiazane z modemami mozna podzielic na dwie grupy: 

standardy okreslajace wlasnosci elektryczne i logiczne interfejsu modemu, zarówno 

od strony komputera, jak i od strony linii telefonicznej oraz standardy dotyczace 

transmisji. Czesc z tych standardów nosi podwójne oznaczenia, jako ze zostaly one 

opracowane w Stanach Zjednoczonych Ameryki a nastepnie przyjete jako standardy 

przez miedzynarodowy komitet do spraw telefonii i telekomunikacji CCnT (fI. ComiM 

consultatif intemational de tilephonie et telegraphie) - obecnie dzialajacy pod 

zmieniona nazwa nu (ang. Intemational Telecommunication Union). 

Standard lacza z komputerem RS 232C (noszacy polska nazwe styku 52) jest 

ujety w zaleceniach CCnT o oznaczeniach V.24 (definicja linii) i V.28 (parametry 

elektryczne). Wlasnosci interfejsu linii telefonicznej (okreslanego polskim mianem 

styku 51) okresla zalecenie V.25 bis. 

Standardy dotyczace transmisji zebrane sa w tabeli 9.2. 

Tabela 9.2. Standardy transmisji przez modemy 

Oznaczenie Komutowane, 

Komutowane, 2400/4800 Rodzaj Szybkosc Asynchroniczna 

Komutowane 

Komutowane, 

Trwale Asynchr./synchr. 

Typ Asynchr./synchr. 

1200/2400 600/1200 Synchroniczna 

300 8DPSK DPSK Typ lacza modulacji DPSK QAM FSK transmisji b/s transmisji b/s 

b/s 


Modemy 

Oznaczenie Komutowane, 

Komutowane, 

Trwale Rodzaj Szybkosc Asynchr./synchr. 

Asynchr./synchr. 

Asynchr./synchr. 

Synchroniczna 

Typ 2400/4800 9600 Synchroniczna 

QAM,TCM QAM;TCM 28800 14400 4- 9600 8DPSK Typ QAM lacza modulacji b/s transmisji b/s transmisji b/s 

( 

Ponadto, standardy V.42 i MNP 2-4 okreslaja korekcje bledów, zas V.42 bis oraz 

:' 

standard MNP 5 kompresje danych. Standardy te sa niezwykle istotne, gdyz w przypadku 

linii o niskiej jakosci pozwalaja w sposób pewny osiagnac lepszy transfer danych, 

który w przypadku braku kompresji i korekcji bylby niemozliwy do osiagniecia. 

Wynika to z faktu, ze przy duzej ilosci bledów modem powinien zmniejszyc szybkosc 

zegara transmisyjnego. Stad modem szybszy bez korekcji bledów i kompresji bedzie 

osiagal gorsze rezultaty, poniewaz jego szybkosc wynika tylko z szybkosci ~zesylania 

bitów, podczas gdy ten sam rezultat mozna tez osiagnac na przyklad kompresja, co 

nie zalezy od jakosci linii. 

\ 

Istnieja juz obecnie standardy proponowane przez producentów szybkosci transmisji 

56 000 b/s. Ich przykladem moze byc X2 czy tez K56Flex. Ponadto, standard 

V.90 dotyczy wspólpracy modemu z liniami telefonii cyfrowej. 


151

10. UPS-y 

"fr Poprzedni rozdzial 

W rozdziale dziewiatym podalismy podstawowe informacje na temat modemów. 

c> Ten rozdzial 

W rozdziale dziesiatym omawiamy dzialanie i podstawowe pojecia zwiazane 

z UPS-ami . 


Rozdzial jedenasty omawia podstawowe zagadnienia zwiazane z kartami dzwiekowymi. 

Wstep 

UPS-y nie sa urzadzeniami czesto stosowanymi w warunkach amatorskich. Wylaczenie 

zasilania w trakcie gry powoduje jedynie nieznaczne zdenerwowanie gracza 

i nie niesie zadnych innych konsekwencji. Jednakze w zastosowaniach profesjonalnych, 

gdzie utrata informacji czy przerwanie realizacji waznej operacji w polowie (np. 

w polowie przegrana nowa wersja BIOS-u) jest zwykle bardzo kosztowna, UPS-y sa 

niezbednym elementem. 

10.1. Zadania i schemat blokowy UPS-a 

Jedno z zadan UPS-a wynika z jego nazwy Unznte1TUpted Power Supply (lub 

Unznte1TUptzble Power Supply), co mozna przetlumaczyc jako zasilacz o dzialaniu 

ciaglym (nieprzerywalnym). Zabezpieczenie przed wylac~mrrapie9a--zaslGIacego 

nasze komputery nie musi byc jedynym zadaniem UPS-a. W przypadku sieci zasilajacej 

o niskich parametrach (odchylki od napiecia nominalnego, zaklócenia, odksztalcony 

przebieg napiecia) UPS sluzy jako zródlo napiecia zasilajacego o wysokiej jakosci. 

Stad zadaniami UPS-ów sa: 

• zapewnienie rezerwowego zródla zasilania w przypadku awarii sieci zasilajacej 



• dostarczenie wysokiej jakosci napiecia zasilajacego w przypadku niskiej jakosci 

napiecia z sieci zasilajacej. 

Sie 

zasilajaca 

Schemat blokowy UPS-a przedstawiony jest na rysunku 10.1. 

LadowOlrka 

akumulatorów 

Tlumik 

przepie 

Rysunek 10.1. Schemat blokowy UPS-a 

Zespól 


Sterowanie 

Filtr 

Do 

komputerów 

Jak widzimy, w UPS-ie mozemy wyróznic dwa tory. Pierwszy z nich sklada sie 

z tlumika przepiec i filtra zaklócen. Tor ten jest uzywany przy czynnej sieci zasilajacej 

i jej parametrach powyzej okreslonych wymagan. Zadaniem tlumika przepiec jest blokowanie 

nieperiodycznych, duzych impulsów napiecia. Filtr odfiltrowuje zaklócenia 

impulsowe o wyzszych czestotliwosciach i zwykle niezbyt duzych amplitudach. 

Drugi tor powinien byc uzywany, gdy parametry napiecia zasilajacego sieci sa 

zbyt niskie lub, co oczywiste, w przypadku awarii zasilania z sieci. Tor ten sklada sie 

z baterii akumulatorów zapewniajacej zasilanie w przypadku awarii zasilania sieci, 

ladowarki, której zadaniem jest ladowanie baterii akumulatorów oraz ukladu falownika. 

Falownik przetwarza napiecie stale na fale sinusoidalna o okreslonych parametrach. 

UPS moze pracowac w dwóch trybach: czuwania (ang. standby) i aktywnym 

(ang. on-line). W trybie czuwania podstawowym torem jest tor pierwszy, zas tor drugi 

- rezerwowy, jest uzywany w razie awarii zasilania. Tryb ten powinien byc uzywany 

przy zadowalajacych parametrach sieci. 

W trybie aktywnym torem podstawowym jest tor drugi. Zapewnia on dobre parametry 

napiecia zasilajacego niezaleznie od parametrów napiecia zasilajacego z sieci, 

takze podczas awarii sieci zasilajacej. Tor pierwszy jest wówczas uzywany w wypadku 

awarii toru drugiego. Praca UPS-a w obydwu trybach pokazana jest na rysunku 

10.2. 


UPS-y 

Sie 

zasilajaca 

a) 

b) 

-. 

Sie 

zasilajaca 

Ladowarka 


Tlumik 

przepie 

Tlumik 

Zespól 


przepie 

EJ 

Ladowarka 

Zespól 



Tor podstawowy 

Rysunek 10.2. Tryby pracy UPS-a 

Filtr 

Filtr 

.~. 

Falownik 

Tor rezerwowy 

Do 

155 

ko_mp,uterów 

Do 

komputerów 

W przypadku pracy w stanie czuwania zadaniem sterowania jest odpowiednio 

szybkie przelaczenie zasilania komputerów z toru podstawowego na tor rezerwowy 

(awaryjny). Komputer pobiera energie impulsowo, co okolo 8,6 ms, co pokazane jest 

na rysunku 10.3. Przerwa w poborze energii wynosi 5 ms. Jezeli reakcja sterowania 

bedzie odpowiednio szybka, zanik zasilania z sieci pozostanie dla komputerów niezauwazalny. 

A::;YV~zas 

Moc 

-1LJLll--1LJL/l 

~s r----J Brak , poboru mocy 

Rysunek 10.3. Pobór pradu i mocy przez komputer 


Czas


10.2. Parametry uzytkowe UPS-ów 

Podstawowymi parametrami uzytkowymi upS-ów sa: 

• moc ZllaIDlOnOWa 

• wyjsciowe napiecie znamionowe 

• tolerancja napiecia wyjsciowego 

• czestotliwo §t napiecia wyjsciowego 

• tolerancja czestotliwosci napiecia wyjsciowego 

• czas przelaczania 

• czas podtrzymania 

• sprawnosc 

• rodzaj portu komunikacyjnego. 

Z wyjatkiem byc moze ostatniego, parametry te nie wymagaja wyjasnien. Cel 

stosowania portu komunikacyjnego omawia kolejny podrozdzial. 

10.3. Oprogramowanie 

UPS-y stosuje sie w szczególnosci do zapewnienia poprawnosci funkcjonowania 

sieci komputerowych, w których nie wolno dopuscic do utraty informacji. Z drugiej 

strony, mozliwosc podtrzymania zasilania komputerów w przypadku awarii sieci jest 

zawsze ograniczona czasowo. Rozwiazaniem jest zakonczenie pracy sieci po zachowaniu 

wszelkiej informacji i powiadomieniu uzytkowników o wylaczeniu serwera 

(lub serwerów). Zadanie to jest realizowane przez stosowne oprogramowanie zainstalowane 

na serwerze, wspólpracujace z ukladami sterowania UPS-u poprzez okreslony 

port komunikacyjny, na przyklad RS 232C. . 


11. Karty dzwiekowe 

1)' Poprzedni rozdzial 

W rozdziale dziesiatym podalismy podstawowe informacje na temat UPS-ów. 


Rozdzial jedenasty omawia podstawowe pojecia zwiazane z kartami dzwiekowymi, 

ich dzialanie i podstawowe parametry. 

Wstep 

Karty dzwiekowe niewatpliwie uprzyjemniaja prace z pecetem, sa tez niezwykle 

wazne dla graczy komputerowych, poniewaz powoduja, ze scenariusze gier moga 

stawac sie coraz bardziej realistyczne. Sa tez dziedziny zastosowan pecetów, takie jak 

prezentacje multimedialne czy nauka jezyków obcych, w których karty dzwiekowe 

staja sie niezbednym elementem. W biezacym rozdziale przedstawiamy podstawy 

dzialania kart dzwiekowych i wyjasniamy znaczenie ich podstawowych parametrów. 

11.1. Cyfrowy zapis i synteza dzwieku 

W pierwszej czesci podrecznika zatytulowanej "Jak dziala komputer", stwierdzilismy, 

ze kazda informacja przetwarzana przez komputer (a ogólnie przez uklad cyfrowy) 

musi byc przedstawiona w postaci binarnej (zero-jedynkowej), czyli musi zostac 

zakodowana binarnie. Proces kodowania informacji analogowej, czyli ciaglej, 

jaka jest dzwiek (dzwiek jest zmiana tak zwanego cisnienia akustycznego, rozchodzaca 

sie w powietrzu lub innym materiale) wymaga realizacji kilku etapów. Etapami 

tymi sa: 

• próbkowanie, polegajace na cyklicznym (inaczej z okreslona czestotliwoscia) 

sprawdzaniu wartosci przebiegu analogowego i zwykle czasowym zapamietaniu 

tej wartosci 

• kwantyzacja, polegajaca na podziale calego obszaru zmiennosci wielkosci analogowej 

na okreslona ilosc przedzialów i stwierdzeniu, w którym przedziale znajduje 

sie dana próbka 



• kodowanie, polegajace na przyporzadkowaniu kazdemu przedzialowi zmiennosci 

wielkosci analogowej okreslonej kQmbinacji zero-jedynkowej (zwykle interpretowanej 

jako numer czy tez wartosc danego przedzialu) i podaniu kodu tego 

przedzialu, w którym znajduje sie nasza próbka. 

Interpretacja wyzej wymienionych operacji przedstawiona jest na rysunku 11.1. 

u 

101 

100 

011 

010 

001 

000 

adres 

Pamiec 

Rysunek 11.1. Przetwarzanie przebiegu analogowego na cyfrowy 

Jak widac, po przeprowadzeniu opisanych operacji wartosci wielkosci analogowej 

(w naszym przypadku sinusoidalnie zmiennej) udalo sie zapisac w "pamieci" 

w postaci cyfrowej, a wiec nadajacej sie do przetwarzania przez komputer. Przejscie 

takie realizowane jest przez uklady zwane przetwornikami analogowo-cyfrowymi 

(w skrócie przetwornikami a/c, po angielsku DAC - Digital to Analog Convelter), poprzedzone 

ewentualnie ukladami próbkujaco-pamietajacymi (nie kazdy przetwornik 

ich wymaga). 

Przedstawienie informacji analogowej w postaci dyskretnej jest jednak pewnym 

przyblizeniem, co ilustruje rysunek 11.2. Gruba linia reprezentuje przebieg po zdigitalizowaniu 

(czyli przetworzeniu na wartosci cyfrowe). 

Prostym wnioskiem wysnutym na podstawie rysunku jest to, ze im wiecej przedzialów, 

na które dzielimy przebieg analogowy, tym dokladniejsze jest jego odtworzenie. 

Zwiekszenie ilosci przedzialów wymaga jednak wiekszej ilosci slów kodowych 

potrzebnych do ich oznaczenia. Ilosc kombinacji ciagów zero-jedynkowych 

zalezy od ich dlugosci i wynosi 2n. Dlatego tez dokladnosci przetwarzania zwiazana 

jest z iloscia bitów, których uzywamy do zapisania wyniku przetwarzania. Przykladowo 

uzywajac' 8 bitów mozemy ponumerowac 256 przedzialów kwantowania. Przy 

uzyciu 16 bitów przedzialów tych moze juz byc 65536. 


Karty dzwiekowe 159 

101 

100 

011 

010 

001 

000 

u 

Rysunek 11.2. Ilustracja bledu digitalizacji 

Ilosc bitów decyduje takze o waznym parametrze akustycznym zwanym dynamika· 

Dynamika jest stosunkiem najsilniejszego sygnalu do najslabszego, jaki jest 

w stanie odtworzyc dane urzadzenie akustyczne. Zwykle jest to jednoczesnie stosunek 

maksymalnego sygnalu do szumu. Dla dzwieku cyfrowego dynamika zalezy w sposób 

oczywisty od dlugosci slowa zapisujacego amplitude dzwieku, bowiem stosunek maksymalnego 

sygnalu do minimalnego to maksymalna wartosc cyfrowa, równa 2n do 

/" /l-go bitu. Dlugosc 16 slowa 16-bitowego gwarantuje dynamike 95 dB (albowiem 

D = 20lg Un" = 20lg~ 

Um'n 1 

== 96dB), która jest osiagana jedynie przez bardzo dobre zródla sygnalu 

akustycznego, na przyklad przez odtwarzacze plyt CD. 

Innym istotnym parametrem przetwarzania przebiegu analogowego na cyfrowy 

jest czestotliwosc, z jaka sprawdzamy jego wartosc, czyli tak zwana czestotliwosc 

próbkowania. Decyduje ona o tym jak szybkozmienny przebieg jestesmy w stanie 

scyfryzowac. Ilustruje to rysunek 11.3. 

u 

Przebieg 1 

Rysunek 11.3. Ilustracja znaczenia czestotliwosci próbkowania 

Na rysunku tym widac ze próbkowanie przebiegów 1 i 2 da w przyblizeniu takie 

same wyniki, czyli ze zostana zapisane te same rezultaty, podczas gdy w rzeczywistosci 

przebieg 2 ma czestotliwosc czterokrotnie wieksza od przebiegu 1. Powodem jest 

zbyt mala czestotliwosc sprawdzania przebiegu w drugim przypadku. W teorii sygnalów 

istnieje tak zwane twierdzenie o próbkowaniu, które mówi, ze aby odtworzyc 

prawidlowo przebieg o czestotliwosci f, musimy pobierac jego próbki z czestotliwo- 



scia dwukrotnie wieksza, czyli 2f (tylko 2f - jest to byc moze zaskakujace, ale dowód 

pozostawiamy specjalistom od teorii sygnalów). 

W przypadku kart dzwiekowych konsekwencja jest nastepujaca. Poniewaz 

chcemy odtwarzac czestotliwosci akustyczne, maksymalna czestotliwosc, która nas 

interesuje, wynosi 20 kHz (i tak slysza ja glównie wirtuozi muzyki). Stad czestotliwosc 

próbkowania f powinna wynosic: 

p 

f = 2 * 20 kHz + niewielki zapas = 40 kHz + 4 kHz = 44 kHz. 

p 

Te czestotliwosc znaja posiadacze kart dzwiekowych, gdyz taka jest wlasnie 

zwykle ich czestotliwosc próbkowania. 

Teoria sygnalów pomaga tez w znalezieniu sposobów syntezy dzwieków. Mówi 

ona miedzy innymi, ze dowolny przebieg periodyczny mozna zsyntetyzowac z przebiegów 

sinusoidalnych o czestotliwosciach bedacych calkowitymi wielokrotnosciami 

czestotliwosci przebiegu syntetyzowanego (czyli z tak zwanych czestotliwosci harmonicznych). 

Sinusoidy te powinny miec odpowiednio dobrane amplitudy i przesuniecia 

fazowe. Zamiast zajmowac sie dalej teoria sygnalów, na rysunku 11.4 pokazujemy 

synteze przebiegu prostokatnego. Widzimy, ze kazde dodanie nowej harmonicz~j _ 

zbliza przebieg do zadanego ksztaltu (chociaz do idealu jeszcze daleko). 

u 

Czestotliwos 

podstawowa 


podstawowa 

plus pierwsza 

harmoniczna 


podstawowa 

plus dwie 

harmoniczne 

Rysunek l1A. Synteza przebiegu prostokatnego z sinusoid 

Czestotliwo€; 

podstawowa 

plus trzy 

harmoniczne 

Oczywiscie synteza dzwieków imitujacych przykladowo dzwiek wybranego instrumentu 

nie jest tak prosta, bowiem ksztalt przebiegu, który go reprezentuje jest 

znacznie bardziej skomplikowany 

tu dwa rozwiazania: 

i na dodatek dosc szybko sie zmienia. Zastosowano 

1. Synteza z modulacja czestotliwosci (synteza FM) 

Synteza ta polega na zastosowaniu jednego lub (zwykle) kilku generatorów 

o zmiennej czestotliwosci, która dodatkowo moze byc modulowana (zmieniana) 

drugim przebiegiem pochodzacym z drugiego generatora takze o zmiennej czestotliwosci. 

Szczególnie interesujace wyniki osiaga sie, gdy czestotliwosc modu- 


Karty dzwiekowe 161 

lujaca i czestotliwosc podstawowa niewiele sie róznia. Na rysunku 11.5 a przedstawiona 

jest fala sinusoi'dalna zmodulowana takze przebiegiem sinusoidalnym, 

przy czym czestotliwosc nosna jest pietnastokrotnie wieksza od czestotliwosci 

fali podstawowej. Na rysunku 11.5 b róznica tych czestotliwosci wynosi 2,3. 

Qodatkowym zabiegiem stosowanym przy syntezie dzwieków jest ksztaltowanie 

obwiedni przebiegów. zwanej od angielskich nazw poszczególnych jej fragmentów 

obwiedni,) ADSR (Arrack - narost, Dccay - spadek, Sustain - trwanie i Release 

- zanik). Obwiednie takie sa charakterystyczne dla niektórych instrumentów, 

na przyklad gitary. Zabieg ten pozwala na synteze znacznie szerszego zestawu 

klas dzwieków. Ksztaltowanie obwiedni ADSR dla sygnalu zmodulowanego 

czestotliwosciowo pokazano na rysunku 11.5 c. 

Synteza FM jest prosta i tania metoda syntezy dzwieku, jednakze daje dzwiek, 

który brzmi nieco sztucznie. Dlatego w drozszych kartach dzwiekowych stosuje 

sie tez nieco inna metode syntezy dzwieków. 

a) 

'-- 

u 

b) u ( '~'\ . /j~j. f\ V\j\ 

c) 

u 

Narost 

• Spadek 

. " 

Rysunek 11.5. Synteza dzwieków metoda FM 

Trwanie 

2. Synteza Wave Tabl~ 

Skoro zsyntetyzowanie naturalnie brzmiacego dzwieku instrumentu jest trudne 

(trudne jest zarówno dokladne okreslenie ksztaltu przebiegu, jak i jego pózniej- 



sze odtworzenie), to nalezy uzyc gotowego ksztaltu naturalnego dzwieku danego 

instrumentu. Pomysl ten wykorzystuje synteza zwana Wave Table. Dla jej potrzeb 

przechowywane sa próbki dzwieków róznych instrumentów, zwane samplami 

(ang. to sample - próbkowac). Próbka taka moze byc poddawana obróbce. 

Zmieniajac jej czestotliwosc, zmieniamy wysokosc dzwieku, a zmieniajac amplitude, 

zmieniamy glosnosc. 

11.2. Schemat blokowy i zadania karty dzwiekowej 

Do systemu 

Uproszczony schemat blokowy karty dzwiekowej przedstawia rysunek 11.6. 

Sterowanie 

Interfejs MIDI 

Synteza FM 

Synteza 

Wave Table 

Rysunek 11.6. Schemat blokowy karty dzwiekowej 

Mikser 

Mikser 

Regulacja 

barwy 

tonu 

Wzmacniacz 

mikrofonowy 

MIC 

L1NE IN 

Wzmacniacz I L1NE OUT 

Karta zawiera dwa przetworniki: analogowo/cyfrowy (ADC) i cyfrowo/analogo 

wy (DAC) wraz z fIltrami dolnoprzepustowymi (FDP). Przetwornik ADC umozliwia 

wprowadzanie poprzez wejscie mikrofonowe i wejscie audio dzwieków i ich zapis 

w postaci cyfrowej, a przetwornik DAC umozliwia odtwarzanie dzwieków zapisanych 

cyfrowo. Uklady mikserów pozwalaja laczyc dzwieki z kilku zródel. Zródlami wyprowadzanych 

dzwieków moga byc pliki lub jeden z bloków syntezy: FM albo Wave 

Table. Ponadto czesc kart posiada tak zwany interfejs MIDI pozwalajacy na wspólprace 

z instrumentami równiez wyposazonymi w ten interfejs. Czestym elementem wystepujacym 

na kartach dzwiekowych jest tez interfejs joysticka. 

Wspólczesne karty Ss kartami stereo, co oznacza, ze posiad~a uklady obslugujace 

dwa kanaly. W bardziej ~"Ozbudowanychkartach producenci oferuja róznorodne mozliwosci 

rozbudowy uzyskiwanych przestrzennych efektów dzwiekowych (dzwiek 3D). 


Bibliografia 

[1] Murray Sargent III, Richard L. Shoemaker - "The Personal Computer from the 

lnside Out", Addison-Wesley, 1995. 

[2] Hans-Peter Messmer - "The Indispensab1e PC Hardware Book" Addison-Wesley 

1997. 

[3] Friedhelm Schmidt - "The SCSI Bus and IDE Interface", Addison-Wesley 

1997 .. 

[4] Dave Dzatko - "AGP System Architecture" - Addison-Wesley 1998. 

[5] Don Anderson - "Universal Serial Bus System Architecture", Addison-Wesley, 

1997. 

[6] Piotr Metzger, Adam Je10wicki - "Anatomia PC", Helion 1998. 

[7] Winn L. Rosch - "The Winn L.Rosch Hardware BibIe, third edition", SAMS 

Publishing 1997. 

[8] Leo F. Doyle - "Computer Peripherals", Prentice Ha1l1999. 

[9] Zdzislaw Kolan, "Urzadzenia techniki komputerowej", CWK-EZN SCREEN, 

1996. 

[10] Gary Syck, "Turbo asembler, Biblia uzytkownika", LT&P; 1994. 

[11] Richard Wilton - "Komputerowe karty graficzne", Oficyna Wydawnicza RE 

AD ME 1995. 

[12] Tomasz Kopacz - "Karty graficzne VGA i SVGA", Mikom 1995. 

[13] Leonid Bulhak, Ryszard Goczynski, Michal Tuszynski, "DOS 5.0 od srodka", 

HELP,1992. 

[14] John Levine - "Programowanie plików graficznych w C/C++", Translator s.c. 

1994. 

[15] Materialy katalogowe firmy APC 

[16] Egzemplarze czasopism Chip, Enter, CD-Action 


Skorowidz 

adapter graficzny, 26 

ADC,162 

adres, 14 

CHS, 61; 63; 71; 73; 79 

sektora fizycznego, 71 

sektora logicznego, 71 

adresowanie równolegle, 47 

AGP,42 

akcelerator 3D, 44 

akcelerator 2D, 26 

aktywna matryca, 26 

ANSI, 80 

atrybuty tla, 31 

atrybuty znaku, 29 

bajt CRC, 61 

bank, 32 

bank pamieci wideo, 31; 37 

bit stopu, 112 

bit kontroli parzystosci, 113 

bit startu, 112; 114 

bit stopu, 113 

blok logiczny, 82 

blad digitalizacji, 159 

buforrarnki,26;41 

CD-R,99 

CD-ROM, 93 

budowa, 94 

format zapisu, 98 

kodowanie informacji, 96 

zasada zapisu, 94 

CD-RW,99 

ciekly krysztal, 26 

CLV,96 

CMYK, 39; 134 

CRC, 59; 61 

CRTC, 27; 31; 41 

CTS, 116; 117 

cyfrowy zapis dzwieku, 157 

cykle magistrali AGP, 49 

cylinder, 60 

czestotliwosc 

20;23;24 

odchylania poziomego, 

czestotliwosc 

23; 24 

odswiezania obrazu, 20; 

czestotliwosc próbkowania, 159 

czujnik myszy, 108 

DAC, 36; 158; 162 

DCD,117 

DCE, 115; 117 

demodulacja, 144 

deskrambler, 149 

digitalizacja, 

digitizer, 140 

158 

drukarka, 11; 131 

atramentowa, 

iglowa, 132 

132 

laserowa, 133 

parametry, 134 

podzial, 132 

DSR,115 

DTE, 115; 117 

DTR,115 

dupleks, 115; 149 

dynamiczny przydzial pamieci, 47 


166 


dynamika, 159 

przykladowe polecenia, 79 

dysk master, 80 

interfejs RS 232C, 12; 111 

dysk slave, 80 

parametry elektryczne, 114 

dysk twardy, 51; 67 

sygnaly sterujace, 115 

budowa mechaniczna, 67 

interfejs SA-450, 58 

interfejsy, 77 

interfejs SCSI, 86 

profilaktyka, 76 

protokól, 90 

struktura fizyczna, 70 

wersje elektryczne, 88 

struktura logiczna, 70 

jednostka logiczna, 87 

dyski elastyczne, 51; 56 

jednostka alokacji pliku, 65 

dyski magnetooptyczne, 101 

kabel modemu zerowego, 117 

dyskietka, 60 

kanaly DMA, 14 

struktura logiczna, 63 

karta akceleratorowa, 26; 40 

ECP, 125; 126; 127 

karta dzwiekowa, 157 

EFM,96 

schemat blokowy, 162 

EGA,25 

wlasnosci, 39 

ekran LCD, 25 

zadania, 162 

ekran plazmowy, 25; 26 

karta EGA, 32 

EPP, 125; 126; 128 

karta graficzna, 12; 26 

FDC,56 


FDD, 56; 59 

karta Hercules, 39 

filtry polaryzacyjne, 25 

karta koprocesorowa, 40 

geometria dysku, 69 

karta SVGA, 37 

geometria obrazu, 42 

karta VGA, 33 

glowica, 60 

katalog glówny, 64; 76 

glowica drukujacej, 133 

kineskop, 19; 22 

glówny rekord ladujacy, 73 

klaster, 65; 73 

gniazdo magistrali rozszerzajacej, 26 

klawiatura, 11; 105 

graficzny interfejs uzytkownika, 

105 

40; 

kluczowana modulacja czestotliwosci 

-FSK,145 

grafika trójwymiarowa, 

GUl, 40; 105 

HDC,77 

HDD,77 

42 

kod ASCII, 29 

kodowanie, 158 

EFM,96 

informacji, 53; 96 

RLL,55 

interfejs, 11 

kolory podstawowe, 22 

interfejs Centronics, 125 

koncentrator USB, 119 

interfejs dysków elastycznych, 58 

kwadraturowa modulacja amplitudy 

mterfejs IDE, 77 

QAM,147 


Skorowidz 

kwantyzacja, 157 

lampa kineskopowa, 19 

land, 94 

LBA,82 

linijka CCD, 138 

luminofor, 19; 22 

. LUN, 87 

lacze równolegle, 125 

lacze szeregowe, 111 

magistrala AGP, 42; 46 

kody operacji, 50 

wlasciwosci, 46 

magistrala USB, 118 

skladniki, 119 

zasada dzialania, 121 

magistrala SCSI, 86 

magnetowód, 52 

Master Boot Record, 73 

matryca 

aktywna, 26 

klawiszy, 106 

pasywna, 26 

znaków, 28; 34; 40 

MBR,73 

MCP,149 

metoda 

druku Inline, 134 

druku Revolver, 134 

FM,54; 161 

MFM, 54; 55; 61 

RLL,54; 55; 70; 97 

mikroprocesor, 13 

MIP-mapping, 43 

modem, 143 

lokalny, 149 

nadajacy, 149 

odlegly, 149 

odpowiadajacy, 149 

protokoly. 150 

schemat bloko\n-. ~-= 

standardy transmisJ:. ~~= 

wywolujacy, 149 

zasada dzialania, 148 

zdalny, 149 

modulacja, 144 

DPSK,145 

FSK, 145 

rodzaje, 144 

monitor, 11; 12; 19; 21 

multisync lub multiscan, 24 

mysz, 11; 107 

optyczna, 109 

nagrywarka, 99 

naped 

dysku elastycznego, 57 

DVD,100 

magnetooptyczny, 101 

nosnik magnetyczny, 51 

NRZ,97 

NRZI, 122; 123 

obraz kolorowy, 22 

obszar danych, 76 

obwiednia ADSR, 161 

odchylanie pionowe, 21 

odchylanie poziome, 21 

odtworzenie obrazu na ekranie, 42 

operacje BitBIt, 41 

paleta kolorów, 32; 34; 35 

pamiec, 13 

wideo, 27; 28; 32;40 

partycja, 65; 73 

aktywna, 74 

pasmo przenoszenia, 21; 24 

piksel, 19; 21; 24; 27; 35 

pit,94 

plamka, 12 

ploter , 11; 134 


168 

plaszczyzna polaryzacji, 25 

plat, 32 

polaryzacja, 25; 53; 101 

potokowa realizacja arbitrazu, 47 

pozycjoner, 69 

póldupleks, 115; 149 

pólobraz, 22 

praca bez przeplotu, 22 

praca z przeplotem, 22 

priorytet, 49 

próbkowanie, 157 

przeplot, 59 

przerwanie, 14 

przetwornik analogowo/cyfrowy, 158; 

162 

przetwornik cyfrowo/analogowy, 162 

przydzial pamixci przez AGP, 47 

realizacja transmisji, 122 

rejestr, 14 

wyboru banku, 39 

rekord ladujacy, 63; 75 

rendering, 43 

RGB, 26; 39; 138 

RI,117 

rozdzielczosc, 21; 22; 23; 24; 36 

rozszerzony adres CHS, 83 

róznicowa kluczowana modulacja fazy 

-DPSK,145 

RTS, 115; 117 

SDU, 105; 112 

sektor, 60 

siec telekomunikacyjna, 143 

simpleks, 115 

skaner, 137 

bebnowy, 139 

mobilny, 139 

parametry, 139 


reczny, 139 

typy, 137 

stacja dyskietek, 56 

stacja dysków, 11 

stan znamienny, 145; 147 

sterownik monitora, 27 

sterownik programowy, 13 

sterownik sprzetowy, 13 

strona, 60 

ukryta, 71 

SVGA, 25 

sygnal TTL, 12 

sygnal synchronizacji odchylania 

pionowego, 21 

sygnal synchronizacji odchylania 

poziomego, 21 

sygnatura konca pliku, 65 

synchronizacja, 21; 24; 36; 53; 62; 97; 

114; 123; 148 

synteza 

dzwieku, 157; 160 

FM,160 

Wave Table, 161 

z modulacja czestotliwosci, 160 

system RGB, 39 

system plików FAT, 63 

sciezka, 57; 60 

zerowa, 57 

srednica plamki, 21; 23 

tablica 

alokacji plików, 65 

FAT,75 

GART,47 

partycji, 73 

rozmieszczenia plików, 75 

teksturowanie, 43; 48 

tekstury, 43 

track-ball, 109 


Skorowidz 

transmisja, 12; 83 

. asynchroniczna, 148 

blokowa, 14; 60; 122 

informacji cyfrowej, 143 

izosynchroniczna, 122 

startowo-stopowa, 112 

szeregowa asynchroniczna, 112 

synchroniczna, 148 

z przerwaniem, 122 

tranzystor cienkowarstwowy, 26 

tryb 

asynchroniczny, 112 

DMA, 83; 85 

ECP,127 

EPP,128 

graficzny, 27; 31 

PlO, 83; 85 

synchroniczny, 112 

tekstowy, 27; 28 

transmisji, 83 

True Color, 38 

typy transmisji, 122 

UART,148 

uklady wejscia/wyjscia, 11; 13 

UPS,153 

10.,1 

oprogramowanie, 156 

parametry uzytkowe, 156 


tryby pracy, 155 

zadania, 153 

urzadzenia peryferyjne, 11; 13 

urzadzen typu DTE, 117 

USB,122 

VESA, 25; 37 

VGA, 25 

warstwy oprogramowania USB, 121 

wirusy komputerowe, 57 

wybieranie kolejnoliuiowe, 22 

wybieranie miedzyliniowe, 22 

wyswietlacze LCD, 25 

z aktywna matryca, 26 

wzmacniacz wideo, 21 

XCHS, 82; 83 

Z-bufor, 43 

zegar próbkujacy, 112; 113 

zegar taktujacy, 28; 83; 85 

zworki,80 


Wydawnictwo MIKOM poleca 

podreczniki szkolne 

Informatyka bez tajemnic (MEN 3/95) 

I. Obsluga mikrokomputerów 

II. Uzytkowanie mikrokomputerów 

III. Programowanie mikrokomputerów 

Wprowadzenie do informatyki dla szkól podstawowych 

(MEN 150/95) 

Procedury w LOGO 

, 

Cwiczenia z matematyki w Excelu 

Cwiczenia i zadania z jezyka Turbo Pascal 

Turbo Pascal w zadaniach z komentarzem 

Podstawy programowania mikrokontrolera 8051 

Urzadzenia techniki komputerowej 

Informatyka dla gimnazjalisty 

Ponadto wiele cwiczen i ksiazek informatycznych naszego 

wydawnictwa jest wykorzystywanych w szkolach podstawowych, 

srednich i wyzszych. 


I 

Druga czesc serii Urzadzenia techniki komputerowej opisuje 

dzialanie urzadzen peryferyjnych oraz ich wspólprace z systemem 

komputerowym. Szczególnie dokladnie przedstawion.a zostala praca 

urzadzen majacych kluczowe znaczenie dla efektywnego dzialania 

systemu, takich jak karty graficzne, dyski twarde oraz ich interfej sy. 

Ponadto omówiono prace portów i podstawowych urzadzen wejscia 

/wyjscia .. 

Ksiazka jest przeznaczona dla sluchaczy szkól policealnych specj alizujacych 

sie w technice informatycznej, uczniów technikum specjalizujacych 

sie w systemach mikroprocesorowych oraz dla kazdego, kto 

chcialby sie dowiedziec, jak dzialaja urzadzenia zewnetrzne komputera. 

• Podstawy komunikacji z urzadzeniami pery:fetY}nvfi1i 

• Zasada dzialania monitorów / 

• Karty graficzne i akceleratory 

• Magistrala AGP 

• Zasada dzialania dysków twardych i magnetooptycznych 

• Napedy CD-ROM i DVD 

• Interfejsy EIDE i SCSI 

• Centronics, BCP, EPP, RS 232C 

• Magistrala USB 

• Drukarki, skanery, modemy i UPS-y 

Krzysztof Wojtuszkiewicz jest pracownikiem Elektronicznych 

Zakladów Naukowych we Wroclawiu. Jest wykladowca przedmiotu 

"Urzadzenia techniki komputerowej". Ksiazka wyrosla 

zjego doswiadczen dydaktycznych. 

ISBN 83-7158-229-3

Please purchase PDF Split-Merge on www.verypdf.com to ... - Patrz

Create successful ePaper yourself

Delete template?

Save as template?