3. Специальные интерфейсы

В этой главе рассматриваются следующие интерфейсы
IBM PC-совместимых компьютеров: интерфейсы устройств
ввода (клавиатуры и манипуляторов), аналоговый и диск-
ретный интерфейсы игрового адаптера, аудиоинтерфейсы и
интерфейсы мониторов.

3.1. Интерфейс клавиатуры

Для подключения клавиатуры предназначен последователь-
ный синхронный интерфейс, состоящий из двух обязатель-
ных сигналов, KB-Data и KB-Clock. Необязательный сигнал
KB-Reset сбрасывает клавиатуру низким уровнем сигнала.
Интерфейс на системной плате XT реализован аппаратной
логикой - регистром сдвига, параллельный выход которого
подключается ко входам порта А системного интерфейса
i8255. По приему байта от клавиатуры вырабатывается ап-
паратное прерывание IRQ2, обработчик которого может про-
читать принятый байт из порта 60h. С помощью бит 7 и 6
порта 61h возможны программная блокировка и сброс кла-
виатуры соответственно. Сброс клавиатуры XT осуществля-
ется обнулением линии KB-Clock.

Интерфейс клавиатуры AT построен на микроконтроллере
18042, обеспечивающем, в отличие от XT, двунаправленный
интерфейс с клавиатурой. Передача информации к клавиа-
туре используется для управления индикаторами ее состоя-
ния и программирования параметров (автоповтор, набор
скан-кодов).

Хотя электрический интерфейс клавиатур XT и AT совпа-
дает (за исключением двунаправленного обмена в AT), ло-
гические форматы посылок существенно отличаются. POST
способен производить диагностику клавиатуры. Подключе-
ние клавиатуры неподходящего типа или отсутствие клавиа-
туры он воспримет как ошибку. Если проверка клавиатуры

разрешена в BIOS Setup, то по этой ошибке POST будет
дожидаться получения кода клавиши F1.

Вид разъемов клавиатур (со стороны задней панели) и назна-
чение контактов приведены на рис. 3.1. Конструктивно воз-
можны два варианта разъема -обычная 5-контактная розетка
DIN или малогабаритная розетка mini-DIN (PS/2). На этот
же разъем через плавкий предохранитель поступает напряже-
ние питания клавиатуры +5 В. Электрически и логически ин-
терфейс клавиатуры PS/2 повторяет AT, поэтому для согла-
сования типа разъема применяют специальные переходники.
Предпочтительнее использовать переходники, выполненные
в виде мягкого кабеля с разъемами. Монолитный переход-
ник, особенно с АТ-клавиатуры на PS/2-разъем, хуже тем, что
малейшее движение кабеля вызывает большой момент силы,
выламывающий переходник из маленького гнезда PS/2.

31.jpg

Рис. 3.1. Разъемы подключения клавиатур XT, AT - а и PS/2 - б
(вид со стороны контактов)

Питание от разъема клавиатуры часто используется такими устройствами, как внеш-
ние накопители или адаптеры локальных сетей, подключаемыми к параллельному
порту. Плавкий предохранитель, установленный на системной плате, может не вы-
держать броска тока, потребляемого этими устройствами. При этом откажется ра-
ботать и клавиатура - ее индикаторы не мигнут при включении.

Программируемый микроконтроллер 18042 имеет встроенное
ПО, которое хранится в масочном внутреннем ПЗУ и обес-
печивает вырабатывание запроса прерывания по приему скан-
кода от клавиатуры и отработку управляющих команд от
ЦП. Кроме управления клавиатурой, через программно-
управляемые и программно-читаемые линии внешних пор-
тов контроллера формируются сигналы управления венти-
лем Gate А20, аппаратного системного сброса, а также
считываются сигналы от конфигурационных джамперов си-
стемной платы. Контроллер 18242В, кроме интерфейса кла-

виатуры, поддерживает аналогичный интерфейс дополни-
тельного устройства, например PS/2-Mouse. Контроллер
имеет два порта, доступ к которым осуществляется через
команды контроллера.

Порт ввода, доступный по команде СО/?, используется для
чтения состояния джамперов и ключа:

т Бит 7 - если 0, то клавиатура заблокирована ключом
(KeyLock).

^ Бит б - исходный видеорежим: 0=CGA, 1=MDA.
^ Бит 5 - системная перемычка: 0=замкнута.
т Бит 4 - системное ОЗУ: 0=512 Кбайт и более, 1-256 Кбайт.
^ Бит 1 - вход данных дополнительного интерфейса.
^ Бит 0 - вход данных интерфейса клавиатуры.

Порт вывода, доступный для записи и чтения по командам
D1h и DOh соответственно, имеет следующее назначение бит:

^ Бит 7 - последовательные данные клавиатуры.
?i Бит 6 - синхронизация клавиатуры.

^ Бит 5 - запрос прерывания от дополнительного интер-
фейса (IRQ12).

^ Бит 4 - запрос прерывания от клавиатуры (IRQ1).
т Бит 3 - синхронизация дополнительного интерфейса.

^ Бит 2 - последовательные данные дополнительного ин-
терфейса.

т Бит 1 - вентиль линии адреса А20 (Gate А20).

т Бит 0 - альтернативный сброс процессора (без форми-
рования общего сигнала сброса).

Контроллер расположен в пространстве ввода/вывода по
адресам 60h и 64h, причем по чтению скан-кода клавиату-
ры из порта 60h сохраняется совместимость с XT. Назначе-
ние регистров контроллера клавиатуры приведено в табл. 3.1.
Регистр данных контроллера в режиме записи используется
для подачи команд, относящихся к клавиатуре и собственно
контроллеру. Признаком готовности контроллера является
нулевое значение бита 1 регистра состояния (порт 064h).

Порт,

Назначение

R/W

060 RW

Порт данных 8042

064 R

Регистр состояния 8042:

Бит 7 - ошибка четности

Бит 6 - тайм-аут приемника/общий тайм-аут*

Бит 5 - тайм-аут передатчика/выходной буфер

дополнительного интерфейса полон*

Бит 4: 1 - клавиатура на замке

БитЗ:

1 - команда,

0 - данные

Бит 2:

0 - Power ON,

1 - Reset OK (состояние завершения

системного сброса)

Бит 1:

1 - входной буфер полон,

0 - готовность к приему команды/данных

Бит 0: 1 - выходной буфер полон

064 W

Регистр команд 8042


* Второе назначение бита относится к контроллеру 18242В, имеющему
дополнительный интерфейс для подключения PS/2-Mouse.

Общие команды контроллера 18042:

т DF - разрешить управление линией А20.
т DD - запретить управление линией А20.
^ D1 - запись в порт вывода 18042.
т 00 - чтение порта вывода 18042.
т СО - чтение порта ввода 18042.
т АЕ - разрешение клавиатуры.
^ AD - запрещение клавиатуры.
т AC - чтение ОЗУ контроллера.

ss AB - тест синхронизации и данных.

ш АА - внутренний тест контроллера.

т 60 - запись в контроллер.

^ 20 - чтение контроллера.
Команды управления клавиатурой AT:

т. FF - Reset - сброс и тест клавиатуры.

^ FE - Resend - повтор последней передачи.

^ FB-FD - Set Key Types - установка автоповтора отдель-
ных клавиш.

т F7-FA -Set All Keys - установка операции автоповтора
клавиатуры.

т F6 - Set Default - сброс в начальное состояние и разре-
шение сканирования.

ш F5 - Default Disable - сброс в начальное состояние и за-
прет сканирования.

^ F4 - Enable KB - клавиатура ответит байтом подтверж-
дения АСК и продолжит сканирование.

^ F3 - Set Typematic Rate/Delay - задание задержки и час-
тоты повтора кодов. Последующий байт данных имеет
следующий формат:

Бит 7=0.
Биты [6:5] - задержка, мс:

00=250, 01=500, 10-750. 11=1000.
Биты I^OJ^OO-lFh - скорость повторов, 1/с:

00h=30.0 05h=18,5 OAh=12,0 12h=6,0
01h=26,7 06h=17,l OCh-10,0 14h=5,0
02h=24,0 07h=16,0 ODh=9,2 17h=4,0
03h=21,8 08h=15,0 OFh=8,0 lAh=3,0
04h-20,0 09h=13,3 lOh-7,5 lFh=2,0

m F2 - Read ID Code - запрос на двухбайтный идентифи-
катор.

^ ЕЕ - Echo - эхо-диагностика: возвращает OEEh.

ffi ED - Set/Reset Mode Indicators - управление индикато-
рами клавиатуры. Последующий байт данных:

Бит 0: 1=включить Scroll Lock.

Бит 1: 1 ^включить Num Lock.

Бит 2: 1=включить Caps Lock.
8й AD - запрет сканирования.
т АЕ - разрешение сканирования.

По нажатии клавиши ее скан-код попадает в регистр дан-
ных. По отпускании в регистр данных попадает сначала пре-
фикс отпускания, затем - скан код. В XT префикса нет, по
отпускании передается скан-код с единицей в бите 7.

Из регистра данных контроллера кроме скан-кодов возмож-
но получение ответов на команды, префикса кода отпуска-
ния клавиши (FO) или кодов особых случаев:

as FA - АСК - подтверждение приема команды.
йй АА - Test OK - внутренний тест прошел.
т FD - Diagnostic Failure - ошибка внутреннего теста.
^ ЕЕ - Echo Response - ответ на эхо-команду.

а? 00, FF - Buffer Error - переполнение буфера или неиден-
тифицированная клавиша.

3.2. Интерфейсы манипуляторов

Устройство ввода мышь (mouse) передает в систему инфор-
мацию о своем перемещении и нажатии-отпускании кнопок.
Обычная конструкция имеет свободно вращающийся мас-
сивный обрезиненный шарик, передающий вращение на два
координатных диска с фотоэлектрическими датчиками - две
открытые оптопары (светодиод - фотодиод), в оптический
канал которых входит вращающийся диск с прорезями.

По интерфейсу с компьютером различают три основных вида
мышей: Bus Mouse, Serial Mouse и PS/2-Mouse. Ожидается
появление мышей с интерфейсом USB.

Bus Mouse (шинная мышь) - вариант, применявшийся в первых
мышах. Содержит только датчики и кнопки; обработка их сигна-
лов производится на специализированной плате адаптера. Муль-

типортовые карты (СОМ-, LPT- и GAME-порты), на которых
установлен и адаптер Bus Mouse, встречаются редко. Кабель
9-проводный, разъем специальный (см. рис. 3.2 и табл. 3.2), хотя
на первый взгляд напоминает разъем PS/2-Mouse.

Контакт

Сигналы

Контакт

Сигналы

1

Vcc (+5 В)

6

Ш - левая кнопка

2

Ха - датчик Х

7

t/b - средняя кнопка

3

ХЬ - датчик Х

8

Rb - правая кнопка

4

Ya - датчик Y

9

GND

5

Yb - датчик Y


32.jpg

Рис. 3.2. Разъем Bus Mouse

Serial Mouse - мышь с последовательным интерфейсом, под-
ключаемая через 25 или 9-штырьковый разъем СОМ-порта
(табл. 2.3). Имеет встроенный микроконтроллер, который об-
рабатывает сигналы от координатных датчиков и кнопок.
Каждое событие кодируется двоичной посылкой по интер-
фейсу RS-232C (см. 2.5.1).

PS/2-Mouse - мышь, появившаяся с компьютерами PS/2.
Ее интерфейс и 6-штырьковый DIN мини-разъем аналогич-
ны клавиатурному (рис. 3.3). Адаптер и разъем PS/2-Mouse
устанавливается на современных системных платах brand-
name. Контроллер такой мыши может входить в контрол-
лер клавиатуры или занимать дополнительные адреса в про-
странстве ввода/вывода. Для PS/2-Mouse используется
прерывание IRQ12.

33.jpg

С интерфейсами Serial Mouse и PS/2-Mouse иногда возни-
кают недоразумения. Хотя оба они последовательные, но
имеют принципиальные различия в уровнях сигналов, спо-
собе синхронизации, частоте и формате посылок:

^ Интерфейс PS/2 использует однополярный сигнал с уров-
нями ТТЛ, питание мыши - однополярное с напряжени-
ем +5 В относительно шины GND. Интерфейс RS-232C,
применяемый в Serial Mouse, использует двухполярный
сигнал (см. 2.1.1) с уровнями срабатывания +3 В
и -3 В, требует двухполярного питания.

ж Синхронный интерфейс PS/2-Mouse использует две раз-
дельные сигнальные линии, одну - для передачи данных,
другую - для сигналов синхронизации. Serial Mouse ис-
пользует асинхронный способ передачи данных по одной
линии.

Ясно, что совместимости между этими интерфейсами нет.
Тем не менее, выпускаются и продаются переходники (пас-
сивные!), позволяющие выбирать способ подключения мыши.
Они предназначены только для универсальных мышей, у ко-
торых встроенный контроллер по напряжению питания спо-
собен распознать, к какому интерфейсу его подключили, и
установить соответствующий тип своего выходного интер-
фейса. Универсальные мыши не особо распространены, по-
этому часто приходится слышать о неудачньк попытках при-
менения таких переходников к обычным Serial Mouse или
PS/2-Mouse.

Дополнительную путаницу вносят мыши для компьютеров
Macintosh, которые имеют разъем, с виду напоминающий
PS/2. Однако разъемы эти разные,'да и интерфейс совер-
шенно иной.

Манипулятор трекбол (trackball) ("шар") представляет со-
бой перевернутую мышь, шарик которой вращают пальца-
ми. Иногда встраивается в клавиатуру.

3.3. Интерфейс игрового адаптера - GAME-порт

Интерфейс игрового адаптера занимает особое место в клас-
сификации. Он позволяет вводить значения дискретных

(4 бита) и аналоговых сигналов (сопротивления 4 резисто-
ров). Изначально порт был предназначен для подключения
джойстиков и других игровых устройств ввода (Paddle), но
может применяться и для подключения "серьезных" датчи-
ков. Метод измерения сопротивления основан на програм-
мном определении длительности импульса, пропорциональ-
ной сопротивлению. Преобразование начинается по выводу
любого байта в регистр адаптера (20 lh), при этом биты 0-3
устанавливаются в 1. Время измеряется до возврата в нуле-
вое состояние бит 0-3, соответствующих четырем аналого-
вым каналам. Если аналоговый вход закорочен на шину GND
или цепь измеряемого сопротивления разорвана, соответству-
ющий бит не обнулится. Поэтому в программе преобразова-
ния должен быть предусмотрен тайм-аут. Для измеряемых
сопротивлений в диапазоне 0-100 кОм время определяется
по формуле

Т=24,2+ llxR,

где Т - время (в микросекундах), a R - сопротивление (в ки-
лоомах).

Точность и линейность преобразования невысока, преобра-
зование выполняется не быстро (до 1,12 мс) и сильно загру-
жает процессор. Однако в отличие от "настоящих" аналого-
цифровых преобразователей этот достается даром - игровой
адаптер входит в состав практически всех комбинированных
плат последовательных и параллельных портов, звуковых
карт или системных плат.

Порт имеет разъем-розетку DB-15S. Назначение выводов и
соответствие сигналов битам регистра приведены в табл. 3.3.
Резисторы подключаются к шине питания +5 В, кнопки - к
шине GND (рис. 3.4). Замыканию кнопок соответствуют нули
в битах 5-7. Аналоговые каналы можно использовать для
дискретного ввода, если их входы подключить к кнопкам,
замыкающим их на шину GND, и к резисторам, "подтягива-
ющим" их к уровню + 5 В. Два джойстика (А и В) подклю-
чаются через Y-образный переходник-разветвитель. На зву-
ковых картах через разъем "Game" вместе с джойстиками
могут подключаться и внешние MIDI-устройства через спе-
циальный кабель-адаптер, обеспечивающий гальваническую

развязку входного сигнала и ограничение выходного тока (см.
рис. 2.16). Для интерфейса MIDI используются контакты 12
и 15, ранее предназначавшиеся для шин GND и +5V. Такое
назначение делает безопасным подключение адаптера MIDI
к "чистому" игровому порту и обычного джойстика к игро-
вому порту с сигналами MIDI.

34.jpg

Рис. 3.4. Подключение датчиков к игровому адаптеру

Бит

Назначение

Контакт

7

Джойстик В кнопка #2

14

6

Джойстик В кнопка #1

10

5

Джойстик А кнопка #2

7

4

Джойстик А кнопка # 1

2

3

Джойстик В Y-координата

13

2

Джойстик В Х-координата

11

1

Джойстик А Y-координата

6

0

Джойстик А Х-координата

3

-

GND

4, 5, (12)

-

+5В

1, 8, 9,(15)

-

MIDI-Rx - вход (на звуковой карте)

15

-

MIDI-Tx - выход (на звуковой карте)

12


3.4. Аудиоинтерфейсы

В первых PC этот интерфейс был однонаправленным - тра-
диционный канал управления звуком (PC Speaker) представ-
лял собой примитивный синтезатор. Теперь для звуко-
воспроизведения (и звукозаписи) используется ставший
стандартным двунаправленный цифровой аудиоканал. Роль
PC Speaker сводится к подачам гудков при загрузке, иден-
тификации ошибок во время POST, а также к сопровожде-
нию сообщений об ошибках.

3.4.1. PC Speaker

Стандартный канал управления звуком PC Speaker рассчи-
тан на подключение высокоомного малогабаритного дина-
мика. Логическая схема канала приведена на рис. 3.5. Звук
формируется из тонального сигнала от второго канала сис-
темного таймера, которым можно программно управлять.
Частоту сигнала можно изменять, программируя коэф-
фициент деления счетчика-таймера, который расположен в
пространстве ввода/вывода по адресу 042h. При записи (и
чтении) 16-битный двоичный код передается парой (обяза-
тельно!) 8-битных операций (сначала младший байт, потом
старший). Разрешая/запрещая формирование сигнала про-
граммно-управляемым битом 0 системного порта 61h, мож-
но подавать сигналы определенной длительности. Такой спо-
соб формирования звука не загружает процессор и позволяет
исполнять незамысловатые мелодии. С учетом инерции слуха
быстрым переключением частот можно достигать эффекта
многоголосия.

Более интересные звуки можно извлекать, используя прин-
цип широтно-импульсной модуляции, программно осуще-
ствляемой через бит 1 порта 61h. В этом случае динамик
выполняет роль фильтра низких частот (инерционного зве-
на) демодулятора. Процессоры, начиная с 80286, способны
формировать поток управляющих сигналов, который позво-
ляет воспроизводить музыкальный или речевой сигнал с ка-
чеством карманного радиоприемника. Однако такое форми-
рование звука практически полностью загружает процессор.
Качество воспроизведения сильно зависит от частотных

свойств динамика. Предпочтительнее более крупные дина-
мики, у которых лучше воспроизведение нижних частот, - с
ними можно добиться даже разборчивости речи. Драйвер для
звукоизвлечения существует также и для Windows З.х/95, но
в стандартную поставку Windows не входит.

35.jpg

Рис. 3.5. Канал управления звуком

3.4.2. Цифровой аудиоканал

Кроме стандартного канала управления звуком, фактичес-
ки стандартизованными являются средства работы с аудио-
сигналом, имеющиеся на плате Sound Blaster фирмы
Creative Labs (табл. 3.4). Звуковые карты обычно имеют
16-битную шину ISA (8-битные нежелательны), PCI или
PC Card, новые модели поддерживают РпР. Звуковая кар-
та в своем составе имеет цифровой канал записи-воспроиз-
ведения моно- и стереофонического сигнала, микшер, син-
тезатор и MIDI-порт.

Цифровой аудиоканал обеспечивает возможность моно- или
стереофонической записи и воспроизведения аудиофайлов
с уровнем качества от кассетного магнитофона до аудио-CD.
Запись производится оцифровкой сигнала с частотой диск-
ретизации 5-44,1 кГц. Разрядность используемых ADC и
DAC (аналого-цифровых и цифроаналоговых преобразо-
вателей) варьируется от 8 до 16 бит. Более совершенные схе-
мы имеют встроенные средства компрессии сигнала, на-
пример, по методу адаптивной дельта-импульсно-кодовой
модуляции (ADPCM). В этом случае в цифровом виде хра-
нятся не значения выборок, а специальным образом обрабо-
танные разности величин соседних выборок, что позволяет
(при сохранении качества) значительно уменьшить объем
записи. Компрессия аудиосигнала применяется, например,
в кодеках MPEG и голосовых модемах. На стандартных
аудио-CD компрессия не применяется.

Для передачи потока данных по шине в цифровой аудиока-
нал и обратно используются 8- и/или 16-битные каналы
DMA. Звуковой канал использует аппаратные прерывания
и порты ввода/вывода. Для организации телефонной связи
по сети (например, IPhone) нужен полнодуплексный режим
(Full Duplex), реализуемый далеко не на всех картах.

Адрес*

R/W

Назначение

SB+0 (388Ь)

R

FM music status

SB+0 (388h)

W

FM music address register

SB+1 (389h)

W

FM music data register

SB+2 (38Ah)

W

Advanced FM music address register

SB+3 (38Bh)

W

Advanced FM music data register

SB+4

W

Mixer, I/O setup address register

SB+5

R/W

Mixer, I/O setup data register

SB+6

W

DSP reset

SB+8

W

FM music address register

SB+9

W

FM music data register

SB+OAh

R

DSP read data

SB+OCh

W

DSP write data or command

SB+OCh

R

DSP write buffer status

SB+ODh

R

DSP timer interrupt clear

SB+OEh

R

DSP data available status

SB+OFh

R

16-bit voice interrupt clear

SB+(10h...l3h)

Reserved

MPU+0

R/W

MPU-401 data

MPU+1

R

MPU-401 status

MPU+1

W

MPU-401 command


* 38xh - адреса регистров FM music для плат Adiib.
SB - базовый адрес Sound Blaster (220h, 240h, 260h, 280h).
MPU - базовый адрес MIDI-порта (300h, 330h).

Оцифрованный звук хранится в файлах. Размер файла за-
висит от длительности записи, разрядности преобразования,
частоты квантования и количества каналов (моно или сте-
рео). Эти файлы редактируются ПО, которое позволяет вы-
вести на экран подобие осциллограмм записанных сиг-
налов.

Микшер с программным управлением обеспечивает регули-
ровку входных и выходных сигналов, а также настройку тем-
бра по низким и высоким частотам. Микшер позволяет сме-
шивать входные сигналы от нескольких источников.

Синтезатор обеспечивает имитацию звучания музыкальных
инструментов и воспроизведение различных звуков. В зву-
ковых картах в основном используют два метода синтеза -
частотный и волновой.

FM Music Synthesizer - синтезатор с частотной модуляцией
(Frequency Modulated) имеет несколько каналов (голосов).
Каждый канал содержит несколько синусоидальных гене-
раторов (операторов), управляющих параметрами (часто-
та, амплитуда) друг друга. Частотный синтезатор при не-
большом числе операторов не обеспечивает хорошего
синтеза.

Более совершенные платы имеют WT Music Synthesizer -
синтезаторы на основе таблицы волн (Wave Table) - их на-
зывают также волновыми синтезаторами, - хранящие в сво-
ей постоянной памяти образцы некоторых звуков натураль-
ных инструментов. При воспроизведении звука выходной
сигнал пересчитывается встроенным процессором на соот-
ветствующие параметры частоты и амплитуды. Для хране-
ния большего количества образцов возможна установка
ОЗУ. Волновые синтезаторы обеспечивают высокое каче-
ство синтеза.

Для подключения внешних MIDI-устройств звуковые кар-
ты имеют порт MIDI (Musical Instrument Device Interface).
Интерфейс - токовая петля с питанием от передатчика и
гальванической развязкой входных цепей приемника (см.
главу 2) - выведен на контакты 12, 15 разъема игрового адап-
тера. Обычно MIDI-порт эмулирует UART MPU-401, ис-
пользующий два порта ввода/вывода и прерывание.

Для создания специальных эффектов (хор, реверберация и
т. п.) на более сложных звуковых картах применяются про-
цессоры обработки сигналов DSP (Data Signal Processor).

Звуковая карта имеет набор разъемов для подключения вне-
шних сигналов (входные - микрофон, линейный вход, CD-
ROM; выходные - линейный выход, выход на колонки или
наушники), некоторые платы имеют цифровой вход от CD-
ROM. Встроенный усилитель имеет мощность до 4 Вт на ка-
нал. Колонки (Speakers) для PC имеют специальный маг-
нитный экран или улучшенную конструкцию магнитной
системы динамиков, чтобы предотвратить воздействие маг-
нитного поля на монитор. Активные колонки (Active
Speakers) имеют встроенный усилитель и требуют внешнего
питания. Полоса частот колонок PC недостаточна для Hi-Fi
воспроизведения. Более качественные системы имеют две
колонки для средних и высоких частот и одну большую (саб-
вуфер) - для низких.

Для выдачи MIDI-команд существуют специальные MIDI-
клавиатуры, простейшие фиксируют и передают только факт
нажатия-отпускания клавиш, более сложные имеют динами-
ческие датчики, реагирующие на силу и скорость нажатия.
Динамическая клавиатура в сочетании с хорошим WT-син-
тезатором обеспечивает достаточно полную имитацию фор-
тепиано и других инструментов. MIDI-интерфейс имеют
многие профессиональные и полупрофессиональные клавиш-
ные синтезаторы.

Подключение к звуковой карте внешних устройств осуще-
ствляется через малогабаритные стереоразъемы - "джеки"
(Jack) - на задней панели:

si Line In - линейный вход от магнитофона, тюнера, проиг-
рывателя, синтезатора и т. п. Чувствительность поряд-
ка 0,1-0,3 В.

йй Micin - микрофонный вход, чувствительность 3-10 мВ.

^ Line Out - линейный выход сигнала на внешний усили-
тель или магнитофон, уровень сигнала порядка 0,1-0,3 В.

^ Speaker Out - выход на акустические системы или голов-
ные телефоны. Подключать к нему внешний усилитель

мощности нецелесообразно, поскольку здесь искажения
больше, чем на линейном выходе.

Ґs Joystick/MIDI - разъем подключения джойстика. Для под-
ключения MIDI-устройств необходим кабель-адаптер (см.
рис. 2.16).

Для подключения внутренних устройств CD-ROM к анало-
говым входам используются четырехштырьковые разъемы,
различающиеся как шагом между выводами, так и их назна-
чением. Часто ставят рядом несколько разъемов с параллель-
но соединенными сигнальными контактами. Но это может
не сработать, если кабель имеет другое расположение сигна-
лов. Тогда можно переустановить контакты на разъеме ка-
беля, для чего иголкой нажимают на фиксирующий выступ
контакта, после чего контакт вытягивают в сторону кабеля
и переставляют в другое гнездо. Сигнальные контакты аудио-
входов см. на рис. 3.6. Разъем может иметь ключ с противо-
положной стороны (по ошибке сборщика кабеля или по внут-
реннему стандарту его производителя). Задача подключения
облегчается тем, что требует правильной расстановки толь-
ко двух сигнальных контактов. Контакты общего провода
выделяются тем, что на плате соединяются с шиной, а на
кабеле - с экраном. Положение левого и правого каналов
аудио-CD в большинстве случаев непринципиально.

36.jpg

Рис. 3.6. Внутренние разъемы подключения аудиосигналов

3.5. Интерфейсы видеомониторов

В традиционной технике цветного телевизионного вещания
(PAL, SECAM или NTSC) видеосигнал непосредственно не-
сет информацию о мгновенном значении яркости, а цвето-
вая информация передается в модулированном виде на до-
полнительных частотах. Таким образом обеспечивается
совместимость черно-белого приемника, игнорирующего цве-

товую информацию, с цветным передающим каналом. Од-
нако для вывода графической информации с высоким раз-
решением ни одна из традиционных вещательных систем не
подходит, поскольку они имеют существенно ограниченную
полосу пропускания цветовых каналов.

Для графики низкого разрешения, при которой частоты син-
хронизации были близки к стандартным телевизионным,
использовался интерфейс Composite Video. По коаксиально-
му кабелю (75 Ом) передавался полный стандартный видео-
сигнал с размахом около 1,5 В. В видеотехнике этот сигнал
называют низкочастотным, имея в виду то, что по нему по-
дается прямой, а не модулированный сигнал. Соответству-
ющий ему вход имеется не у каждого телевизора. При нали-
чии дополнительного радиочастотного модулятора RFM
(Radio Frequency Modulator) можно было подключаться к
антенному входу стандартного телевизионного приемника,
но при этом еще более снижалось реальное разрешение гра-
фики. Для композитного интерфейса используют коаксиаль-
ные разъемы RCA ("колокольчик"), широко применяемые
в видео- и аудиотехнике.

Для мониторов при высоком разрешении можно использо-
вать только прямую подачу сигнала на входы видеоусили-
телей базовых цветов - RGB-вход (Red Green Blue - крас-
ный, зеленый и синий). Интерфейс между видеоадаптером
и монитором может быть как дискретным (с сигналами ТТЛ),
так и аналоговым.

3.5.1. Дискретный интерфейс RGB TTL

Первые мониторы для PC имели цифровой интерфейс с
уровнями ТТЛ (табл. 3.5) - RGB TTL Для монохромного
монитора использовали лишь два сигнала - видео (вклю-
чить/выключить луч) и повышенной яркости. Таким обра-
зом, монитор мог отобразить три градации яркости:

хотя 22=4, но "темный пиксел" и "темный с повышенной
яркостью" неразличимы. В цветных мониторах класса CD
(Color Display) имелось по одному сигналу для включения
каждого луча и общий сигнал повышенной яркости. Таким
образом, можно было задать 16 цветов. Следующий класс -
улучшенный цветной дисплей ECD (Enhanced Color Display)

имел цифровой интерфейс с двумя сигналами на каждый
базовый цвет. Сигналы позволяли задавать одну из 4 града-
ций интенсивности; общее количество кодируемых цветов
достигло 26=64. Сигналы RED, GREEN, BLUE и Red, Green,
Blue обозначают, соответственно, старшие и младшие биты
базисных цветов.

Строчная и кадровая синхронизация монитора осуществля-
ется сигналами H.Sync и V.Sync. Монохромные адаптеры
MDA и HGC, работающие с высоким разрешением (720х350
пикселов), используют высокую частоту развертки. Адаптер
CGA работает с низкими частотами (параметры синхрони-
зации близки к телевизионным). Адаптеры и мониторы EGA
могут работать с любыми из этих частот. Для облегчения
переключения режимов генератора развертки монитора ис-
пользуют сигнал V.Sync: полярность импульсов определяет
диапазон частот развертки текущего видеорежима. Для всех
разновидностей интерфейса RGB TTL используется разъем
DB-9S.

Контакт

Монитор

MDA/HGC

CGA

EGA Color/Mono

1

GND

GND

GND

2

GND

GND

Red

3

-

RED

RED

4

-

GREEN

GREEN

5

-

BLUE

BLUE

6

Intensiv.

Intensiv.

Green/lntens.

7

Video

Reserved

Blue/Video

8

+H.Sync.

+H.Sync.

+H.Sync.

9

-V.Sync.

+V.Sync.

-(+)V.Sync.


3.5.2. Аналоговый интерфейс RGB

Из-за ограничений цифрового интерфейса пришлось перей-
ти на аналоговый интерфейс, перенеся цифроаналоговые

преобразователи сигналов базовых цветов из монитора на
графический адаптер. Такой интерфейс с 8-разрядными
ЦАП для каждого цвета в настоящее время позволяет вы-
водить 16,7 миллиона цветов (True Color). Этот интерфейс
называется RGB Analog, в нем базовые цвета передаются
аналоговыми сигналами с отдельными обратными линия-
ми по витым парам. Черному цвету соответствует нулевой
потенциал на линиях всех цветов, полной яркости каждого
цвета соответствует уровень +0,7 В. Сигналы управления,
состояния и синхронизации передаются сигналами ТТЛ.
Впервые аналоговый интерфейс был применен на адаптере
PGA фирмы IBM, где для него использовался 9-контакт-
ный разъем DB-9S (табл. 3.6). В дальнейшем, начиная с
адаптеров VGA, стали применять малогабаритный 15-кон-
тактный разъем с таким же внешним размером (табл. 3.7).
По назначению сигналов эти интерфейсы в основном со-
впадают, и существуют даже переходные кабели с 15- на
9-контактные разъемы (табл. 3.8). В адаптере PGA исполь-
зуется совмещенная синхронизация (Composite Sync) сигна-
лом (H+V)Sync., этот режим поддерживают и многие совре-
менные мониторы.

Контакт

Сигнал

1

Red

2

Green

3

Blue

4

(H+V)Sync

5

Mode Control

6

Red Return

7

Green Return

8

Blue Return

9

GND


Контакт
DB-15

Видеоадаптер

Монитор

MCGA/VGA/SVGA/XGA

Mono

Color

1

Red

-

Red

2

Green

Video

Green

3

Blue

-

Blue

4

ID2

-

-

5

GND/DDC Return1

SelfTest/DDC
Return

SelfTest/DDC
Return

6

Red Return

Key

Red Return

7

Green Return

Video Return

Green Return

8

Blue Return

-

Blue Return

9

Ключ (нет контакта)

-

-

10

GND

GND

GND

11

IDO

-

GND

12

ID1/SDA1

-/SDA

GND/SDA

13

H.Sync/(H+V)Sync2

H.Sync/(H+V)Sync

H.Sync/(H+V)Sync

14

V.Sync

V.Sync

V.Sync

15

SCL'

SCL

SCL


Сигналы DDC Return, SDA и SCL используются только при поддержке
DDC. При этом контакт 9 может использоваться для питания логики
монитора.

Сигнал (H+V)Sync используется при совмещенной синхронизации
(Composite Sync).

Контакт DB9

Сигнал

Контакт DB15

1

Red

1

2

Green

2

3

Blue

3

4

H.Sync

13

5

V.Sync

14

6

Red Return

6

7

Green Return

7

8

Blue Return

8

9

GND

10, 11


Несмотря (в прямом смысле) на наличие ключа - D-об-
разного кожуха - 15-контактные разъемы ухитряются встав-
лять в перевернутом положении, при этом один из контак-
тов среднего ряда подгибается, а потом и ломается
(штырьки этих разъемов тоньше и слабее, чем у 9-контакт-
ных). Естественно, монитор, подключенный таким образом,
работать не будет.

В компьютерах Macintosh монитор, совместимый по пара-
метрам с VGA, имеет разъем DB-15P (такой же, как и у
Game-порта PC). Назначение его выводов приведено в
табл. 3.9.

Контакт

Сигнал

1

Red Return

2

Red

3

Comp. Sync

4

IDO

5

Green

6

Green Return

7

ID1

8

He используется

9

Blue

10

ID2

11

Sync. GND

12

V.Sync

13

Blue Return

14

H.Sync GND

15

H.Sync


Кроме передачи изображения по интерфейсу передают ин-
формацию, необходимую для автоматизации согласования
параметров и режимов монитора и компьютера. "Интере-
сы" компьютера представляет дисплейный адаптер, к кото-
рому и подключается монитор. С его помощью обеспечива-
ются идентификация монитора, необходимая для РпР, и
управление энергопотреблением монитора.

Для простейшей идентификации в интерфейс ввели три ло-
гических сигнала IDO-ID2, по которым адаптер мог опреде-
лить тип подключенного монитора IBM (табл. 3.10). Со сто-
роны монитора эти линии либо подключались к шине GND,
либо оставлялись неподключенными. Однако из этой систе-
мы идентификации использовали лишь сигнал ID1, по кото-
рому определяют подключение монохромного монитора.
Монохромный монитор может быть опознан адаптером и
иначе - по отсутствию нагрузки на линиях Red и Blue.

Дисплей

IDO

ID1

ID2

Монохромный 12" IBM8503

NC

GND

NC

Цветной 12" IBM8513

GND

NC

NC

Цветной 14" IBM8512

GND

NC

NC

Цветной 15" IBM8514

GND

NC

GND


Параллельную идентификацию мониторов заменила после-
довательная по каналу цифрового интерфейса VESA DDC
(Display Data Channel). Этот канал построен на интерфейсе
PC (DDC2B) или ACCESS Bus (DDC2AB), которые исполь-
зуют всего два ТТЛ-сигнала SCL и SDA. Интерфейс DDC1
является однонаправленным - монитор посылает адаптеру
блок своих параметров по линии SDA (контакт 12), которые
синхронизируются сигналом V.Sync (контакт 14). На время
приема блока параметров адаптер может повысить частоту
V.Sync до 25 кГц (генератор кадровой развертки по такой
высокой частоте синхронизироваться не будет). Интерфейс
DDC2 является двунаправленным; для синхронизации ис-
пользуется выделенный сигнал SCL (контакт 15). Интерфейс
DDC2AB отличается тем, что допускает подключение ПУ, не
требующих высокой скорости обмена, к компьютеру по по-
следовательной шине ACCESS Bus. При этом внешний разъем
шины выносится на монитор (см. табл. 7.3).

Блок параметров расширенной идентификации дисплея EDID
(Extended Display Identification) имеет одну и ту же струк-
туру для любой реализации DDC (табл. 3.11).

Смещение,
байт

Длина,
байт

Назначение

0

8

Заголовок (индикатор начала потока
EDID)

8

10

Идентификатор изделия (назначается
производителем)

18

2

Версия EDID

20

15

Основные параметры и возможности
дисплея

35

19

Установленные параметры
синхронизации

54

72

Дескрипторы параметров
синхронизации (байты 4-18)

126

1

Флаг расширения

127

1

Контрольная сумма


Для управления энергопотреблением монитора в соответствии
со стандартом VESA DPMS (Display Power Management
Signaling) используются сигналы кадровой и строчной син-
хронизации V.Sync и H.Sync (табл. 3.12).

Режим

H.Sync

V.Sync

On

Активен

Активен

Standby

Неактивен

Активен

Suspend

Активен

Неактивен

Off

Неактивен

Неактивен


Разъемы, применяемые в современных адаптерах и монито-
рах SVGA, не предназначены для передачи высокочастотных
сигналов. Пределом для них является примерно 150 МГц, что
для высокого разрешения и высокой частоты регенерации
недостаточно. Поэтому на больших профессиональных мо-
ниторах с высокими разрешением и частотами синхрониза-
ции и на соответствующих адаптерах имеются BNC-разьемы
для соединения с помощью коаксиальных кабелей.

5 Зак.№530

3.5.3. Комбинированный интерфейс EVC

Для расширения частотного диапазона и, учитывая тенден-
цию к использованию последовательных шин USB и
FireWire, для подключения ПУ к системному блоку компь-
ютера VESA предложила новый тип разъема EVC (Enhanced
Video Connector). Кроме обычного аналогового интерфейса
RGB и канала DDC2 разъем EVC имеет контакты для ви-
деовхода, входные и выходные стереоаудиосигналы, шины
USB и FireWire, а также линии питания постоянного тока
для зарядки аккумуляторов портативных ПК. Разъем имеет
две секции: высокочастотную для присоединения четырех
коаксиальных кабелей и низкочастотную на 30 контактов
(рис. 3.7). Контакты высокочастотной секции, хотя и не яв-
ляются коаксиальными, позволяют передавать сигналы с
частотами до 2 ГГц. Контактом экранов является крестооб-
разная перегородка. При использовании 75-омных коакси-
альных кабелей на частоте 500 МГц гарантируется уровень
отражений и перекрестных помех не выше 2%. Контакты С1,
С2 и С4 используются для передачи цветовых сигналов R,
G и В соответственно, контакт СЗ служит для передачи син-
хросигнала пикселов. Низкочастотная секция описана в
табл. 3.13. Разъем поделен на компактные зоны для каждой
группы сигналов, правда, шины USB и 1394 используют об-
щий контакт для экрана. Назначение контактов видеовхода
(S-Video или композитный, PAL или NTSC) может програм-
мироваться по каналу DDC2.

37.jpg

Рис. 3.7. Разъем EVC (розетка)

Стандарт определяет три уровня реализации: базовый, муль-
тимедийный и полный. Базовый включает только видеосиг-
налы и DDC, в мультимедийном должны быть аудиосигна-
лы. При использовании коннектора в полном объеме монитор
превращается в коммутационный центр, который соединя-
ется с компьютером одним кабелем, а все остальные ПУ

(включая клавиатуру, мышь, принтер) подключаются к мо-
нитору. Разъем может использоваться для подключения
портативного ПК к док-станции. EVC собирает сигналы от
разных подсистем - графической, видео, аудио, последова-
тельных шин и питания. Этот общий разъем, устанавливае-
мый на корпусе системного блока, может соединяться с раз-
ными платами внутренними кабелями через промежуточные
разъемы.

Контакт

Цепь

Контакт

Цепь

Контакт

Цепь

1

Audio Output,
Right

11

Changing
power input, +

21

Audio input,
left

2

Audio Output,
Left

12

Chai-ging
power input, -

22

Audio input,
right

3

Audio Output,
Return

13

Video input,
Yor
composite in

23

Audio input,
return

4

Sync Return

14

Video input,
return

24

Stereo sync
(TTL)

5

Horizontal
Sync (TTL)

15

Video input,
С in

25

DDC return

6

Vertical Sync
(TTL)

16

USB data +

26

DDC data
(SDA)

7

RESERVED 1

17

USB data -

27

DDC, clock
(SCL)

8

RESERVED 2

18

USB/1394
common
mode shield

28

+5 В

9

1394 pair A,
data-

19

1394 Vg

29

1394 pair В,
clock +

10

1394 pair B,
data+

20

1394 Vp

30

1394 pair В,
clock-