14-Le interfacce: EIDE e SCSI

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I dischi fissi e i lettori di CD ROM o di DVD sono governati da un controller, cioè un dispositivo hardware che gestisce lo scambio dei dati con la scheda madre. Gli standard sono due, EIDE e SCSI (si legge scàsi), anche se ormai le schede madri hanno integrati i controller SATA. Il controller EIDE è integrato sulla scheda madre e gestisce due unità (disco o lettore CD e DVD o masterizzatore). Siccome sulla scheda madre esistono due controller EIDE (primario e secondario) in un computer possiamo trovare quattro unità a disco, oltre il lettore di floppy che è gestito da un proprio controller. Se due unità a disco sono collegate allo stesso canale EIDE, una va configurata come master, l’altra come slave mediante appositi ponticelli sempre presenti sui lettori. Il disco fisso principale, identificato dalla lettera C deve sempre essere collegato al canale EIDE primario e va configurato come master.

Lo standard SCSI (Small Computer System Interface) è destinato ad una utenza più “professionale”. Il controller non è integrato nella scheda madre e quindi è necessario aggiungere una apposita scheda (adattatore SCSI) che di solito viene inserita in un connettore PCI. Un controller SCSI può gestire, a seconda dei modelli, 7 o 15 unità di diverso tipo, compresi anche scanner, stampanti e masterizzatori. 

I dati viaggiano in bus

Il bus permette lo scambio delle informazioni fra il processore e i vari dispositivi che devono dialogare con esso.

Esistono due modi per collegare più dispositivi che devono comunicare fra loro. Una prima modalità è detta collegamento punto/punto (point to point). Ogni dispositivo è collegato con ciascun altro da uno o più conduttori.

Come si può facilmente notare, il collegamento punto a punto introduce una notevole complessità nel circuito, specialmente all’aumentare del numero dei componenti e dei segnali da scambiare. Basti pensare a cosa diventerebbe il circuito di Fig. 8.3.15 se volessimo realizzare lo stesso tipo di collegamento fra componenti che operano con parole di 8 bit.

 Esempio di collegamento punto-punto tra 6 dispositivi.

Una soluzione alternativa, generalmente adottata in questi casi, è costituita dal cosiddetto collegamento a bus.

Un bus è un collegamento che serve più dispositivi. Il microprocessore o un particolare circuito controllore del bus stabiliscono di volta in volta quali sono i dispositivi abilitati a trasmettere o ricevere dati.

Un bus è costituito da un gruppo di conduttori, a cui vengono collegati tutti i dispositivi.

Come si può notare, l’architettura derivante dal collegamento a bus è molto più semplice rispetto al caso precedente, anche se è necessario dotare il circuito di un sistema di controllo per regolare l’accesso al bus da parte dei dispositivi ad esso collegati. L’adozione del collegamento a bus si basa sul concetto che normalmente lo scambio dei dati non interessa tutti i dispositivi contemporaneamente, e pertanto buona parte delle linee costituenti un collegamento punto a punto sono inattive in un dato istante. La semplificazione introdotta dal bus ha come contropartita l’inconveniente che uno solo dei dispositivi collegati può essere abilitato a trasmettere (i dispositivi ricevitori, al contrario, possono essere anche più di uno). Il dispositivo che invia i suoi dati lungo il bus impone alle linee i suoi livelli logici, e pertanto nessun altro emettitore può usare il bus simultaneamente al primo. La funzione della logica di controllo è allora quella di evitare da una parte una contesa del bus, abilitando un solo trasmettitore alla volta, e di stabilire d’altra parte quali sono i dispositivi abilitati a ricevere i dati.

In un computer troviamo diversi bus.

Il bus dati (data bus) serve per il trasferimento delle informazioni dal microprocessore alle periferiche e viceversa. Le dimensioni del bus (8, 16, 32 o 64 bit) dipendono dal processore.

I primi personal computer utilizzavano processori a 16 bit e quindi anche il bus era di queste dimensioni. Un processore a 64 bit richiede un bus a 64 bit.

Il bus indirizzi (address bus) serve al microprocessore per stabilire la corretta destinazione dei dati. Ogni periferica, come ogni cella di memoria, possiede un suo indirizzo che la distingue da tutte le altre. Il numero di bit, in questo caso, determina il numero di indirizzi gestibili da parte del processore. Con un bus indirizzi a 20 bit possiamo avere 2²⁰ (= 1 megabyte) diversi indirizzi. Con 32 bit il processore può indirizzare 2³² (= 4 gigabyte) celle di memoria.

Il bus controlli (control bus), infine, serve al processore per governare correttamente il flusso delle informazioni, abilitando e disabilitando i vari dispositivi, selezionando se un dato va ad una porta I/O oppure alla RAM eccetera.

Sulla scheda madre la presenza del bus si manifesta per mezzo degli slot di espansione, collegamenti predisposti per l’inserimento di schede di vario tipo (audio, video, eccetera).

Sulla scheda possiamo vedere due tipi di bus, corrispondenti a due diverse tecnologie di realizzazione, il bus ISA e il bus PCI.

Bus ISA (Industry Standard Architecture)
Viene chiamato anche AT bus ed è il primo tentativo ben riuscito di stabilire uno standard per il collegamento delle schede di espansione (video, audio, SCSI ecc.). Sulla scheda madre si riconosce per la presenza di connettori neri, paralleli fra di loro. Ogni connettore può ospitare una scheda. Il bus ISA (più precisamente EISA, ISA avanzato) è stato progressivamente abbandonato a favore del bus PCI, più veloce e affidabile.

Bus PCI (Peripheral Component Interconnect)
Il bus PCI (si legge pisiài) è lo standard per i sistemi con Pentium II e successivi. Gli slot PCI sono di colore bianco e sono più corti rispetto a quelli ISA. Alcune schede madri contengono sia slot PCI che ISA, ma questi ultimi sono in via di estinzione.

Il bus PCI è un bus locale a 32/64 bit per personal computer sviluppato da Digital Equipment, IBM, Intel e altri, che fornisce una connessione ad alta velocità tra CPU e schede di espansione. Viene chiamato bus locale perché si collega direttamente alla CPU lavorando alla stessa velocità di quest’ultima. Il PCI è usato praticamente su tutte le macchine dotate di processore Pentium Pro, su tutti i sistemi Pentium prodotti dal 1994 in avanti e anche su molte macchine 486 sviluppate a partire dallo stesso periodo. La velocità massima consentita nella prima versione di PCI è di 133 Mbyte per secondo se si usano schede di espansione a 32 bit (quelle più comuni) e di 266 Mbyte per secondo se s’impiegano schede di espansione con connettori a 64 bit.

Ogni macchina dispone almeno di tre connettori PCI, che a volte coesistono con connettori ISA oppure EISA. Il numero delle periferiche PCI ammesse dallo standard è 8, ma nella media le macchine non hanno mai più di 3 o 4 connettori di questo tipo. In futuro questo limite dovrebbe essere portato a 32.

Il bus PCI consente la tecnica del Plug&Play, cioè la possibilità che il sistema operativo riconosca automaticamente un nuovo dispositivo collegato al computer e lo configuri correttamente.

Porte e connettori
Un computer è dotato di numerose porte e connettori per il collegamento dei vari dispositivi.

Sul retro possiamo vedere di norma una porta parallela e due porte seriali, più due porte per collegare la tastiera ed il mouse. Sui computer recenti sono installate anche due porte USB.

Lo scopo delle porte e dei connettori è sempre lo stesso: mettere in comunicazione le periferiche con la scheda madre e il processore.

Per questo motivo si chiamano anche porte di input/output (I/O).

Va detto che le porte e i connettori sono in realtà la parte visibile del collegamento, che è gestito in ciascun caso da appositi circuiti integrati (interfacce) montati sulla scheda madre. Sono le interfacce a regolare il flusso delle informazioni fra l’interno e l’esterno, non le porte, così come non sono le prese di corrente a generare l’energia elettrica.

L’uso di porte standard, che utilizzano una modalità di comunicazione standard, il collegamento dei dispositivi è un’operazione molto semplice. Basta collegare il cavo e installare l’eventuale software (il driver) che informa il sistema operativo sulle caratteristiche della periferica. A volte, infine, si deve riavviare il computer.

Vediamo brevemente le caratteristiche delle porte I/O standard di un PC.

La più lenta: la porta seriale
A questa porta si collega il modem, alcuni vecchi mouse, la tavoletta grafica, la macchina fotografica digitale. Sui PC ne troviamo due, chiamate rispettivamente COMI e COM2. Si presentano come connettori maschio a 9 poli.

Ciascun polo o pin della porta ha una sua funzione nel collegamento. Notiamo però che un solo polo serve a ricevere i segnali all’ingresso, e analogamente solo uno serve a far transitare i segnali in uscita. Questo spiega il significato del nome seriale.

Un collegamento è detto seriale quando la trasmissione dell’informazione avviene su un unico conduttore, un bit alla volta.

Pertanto un modem trasmette un bit alla volta sulla linea telefonica i dati ricevuti dal PC.

La porta seriale trasmette alla velocità massima di 115 Kb per secondo (bit, non byte, è una seriale!)

Tabella Piedinatura dei poli della porta seriale.

La scrittrice: la porta parallela

La porta parallela serve quasi esclusivamente per il collegamento della stampante. In realtà esistono altre periferiche collegabili alla porta parallela (scanner, masterizzatori, dischi esterni) tuttavia la presenza di questi ultimi è occasionale, mentre la quasi totalità dei PC dispone di una stampante.

La porta parallela, identificata come LPT1, presenta un connettore femmina a 25 poli. La comunicazione è bidirezionale, cioè dal PC verso l’esterno e viceversa. Questo perché anche la stampante può aver bisogno di inviare informazioni al PC, come accade per esempio quando esaurisce la carta.

La porta parallela non è molto veloce, ma d’altra parte la stampante è una delle periferiche più lente, almeno per il momento, e quindi la relativa lentezza della porta non è un problema.

Alla porta parallela (LPT1) si collega di norma la stampante.

La più recente: la porta USB

USB sta per Universal Serial Bus, cioè porta seriale universale. Si tratta di una porta di tipo bidirezionale in grado di garantire il passaggio di dati, audio, alimentazione ecc. Tutto questo con appena 4 poli!

L’USB riguarda quindi dispositivi di input (come tastiere, mouse, scanner ecc.) oppure di output come stampanti, unità di backup, dischi fissi esterni e altri che di solito richiedono la configurazione del PC per renderne ottimale l’utilizzo, nonché la necessità di installare schede interne su bus ISA o PCI, oppure porte seriali e parallele aggiuntive. Con l’USB è possibile installare con un unico cavo fino a 127 periferiche per ogni singola porta presente sul nostro PC. Per far questo servono particolari dispositivi, detti HUB, come quelli che si usano nelle reti di computer.

La velocità massima di trasmissione, che dipende però dalla tipologia del cavo utilizzato e dalla periferica installata, può arrivare fino a 80 Gbit per secondo (circa 10 GB/s), molto elevata se confrontata con le moderne porte seriali.

I connettori USB hanno attacchi di ugual tipologia e quindi non si differenziano tra loro come avviene per le porte seriali e parallele. Una tale scelta rende decisamente più agevole l’installazione delle periferiche.

Uno dei maggiori vantaggi è che risulta possibile effettuare la cosiddetta installazione a “caldo”, cioè possiamo collegare una periferica senza spegnere il PC per poi riavviarlo. La periferica viene subito riconosciuta e diventa funzionante.

La porta USB eroga 500 mA con 5 V di tensione ed è quindi in grado di alimentare tutti i classici dispositivi esterni che sono in genere connessi ad un PC.

Tastiera e mouse
Sul PC sono presenti due connettori per il collegamento della tastiera e del mouse. I due attacchi (chiamati PS2) sono praticamente identici e risulta difficile distinguerli ad occhio. Generalmente il costruttore incide i simboli della tastiera e del mouse accanto a ciascun connettore per facilitarne il riconoscimento.

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