WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 |   ...   | 3 | 4 || 6 | 7 |   ...   | 16 |

«МОДЕРНИЗАЦИЯ И РЕМОНТ НОУТБУКОВ Скотт Мюллер Москва • Санкт-Петербург • Киев 2006 ББК 32.973.26-018.2.75 М98 УДК 681.3.07 ...»

-- [ Страница 5 ] --

Большинство современных производительных ноутбуков могут использовать 1 Гбайт оперативной памяти, но продаются с установленным объемом, равным 512 Мбайт. Обычно в таких компьютерах на системной плате доступно два гнезда для установки 200-контактных модулей DDR SDRAM SO-DIMM. К сожалению, поскольку два модуля по 256 Мбайт дешев ле одного модуля объемом 512 Мбайт, в большинстве случаев компьютер с объемом опера тивной памяти 512 Мбайт будет оснащен двумя модулями памяти по 256 Мбайт, что не ос тавляет свободных гнезд для увеличения объема оперативной памяти. Если потребуется уве личить объем памяти до 1 Гбайт, придется избавиться от двух модулей по 256 Мбайт и заменить их двумя модулями по 512 Мбайт. Очевидно, что отказ от использования уже 206 Глава 6. Оперативная память установленной оперативной памяти для выполнения модернизации обойдется очень недеше во. При заказе нового компьютера стоит удостовериться, что заказанный объем оперативной памяти будет установлен в виде одного модуля, чтобы в дальнейшем можно было использо вать свободное гнездо для увеличения объема оперативной памяти. Некоторые производите ли выполняют подобное пожелание, но за дополнительную плату.

Извлечь и установить модули памяти в большинстве ноутбуков довольно просто. Доступ к модулям осуществляется через панель в нижней части корпуса, которая закрепляется од ним или двумя шурупами (рис. 6.8).

Если в конкретном ноутбуке доступ к модулям памяти осуществляется иначе, обратитесь к руководству по обслуживанию системы, в котором описано расположение модулей. После снятия люка доступа к памяти достаточно извлечь или установить модуль DIMM. Модули DIMM извлекаются после отведения держателей в стороны, поворота модуля вверх и извле чения его из гнезда (рис. 6.9).

Процесс установки происходит в обратном порядке: вставьте контакты модуля в гнездо (правильная ориентация задается ключевыми пазами), наклоните модуль вниз и защелкните держатели.

Снимите панель доступа к памяти ыкрутите шурупы Рис. 6.8. Снятие люка доступа к модулям памяти Потяните модуль на себя и вверх Отодвиньте в сторону удерживающий рычаг Отодвиньте в сторону удерживающий рычаг Рис. 6.9. Извлечение модуля DIMM Модернизация памяти Глава Блоки питания и батареи В этой главе рассматриваются подсистемы питания ноутбуков. Обычно портагивные компьютеры располагают несколькими источниками питания, включая сеть переменного тока (доступна через настенные розетки в большинстве зданий), разъемы питания в автомо билях или самолетах и несколько типов батарей. Особое внимание в главе уделяется техноло гиям энергосбережения ноутбуков.

Источники питания переменного и постоянного тока Все портативные компьютеры время от времени должны работать от внешнего источника питания, в частности для зарядки батарей или обеспечения постоянной работы ноутбука.

Используются следующие основные источники питания:

• 120 В/60 Гц, сеть переменного тока (США);

• 240 В/50 Гц, сеть переменного тока (Европа);

• 12 В постоянное напряжение (автомобиль/самолет).

Аппаратное обеспечение большинства портативных компьютеров работает на постоянном напряжении от 2 до 24 В, в зависимости от дизайна системы и батарей. Некоторые системы могут работать с батареями различных типов и даже поддерживают разные напряжения.

Системная плата и процессор используют намного меньшее напряжение, чем предоставляет ся батареей, что связано со снижением напряжения в процессе разрядки батарей, тогда как для нормальной работы системе требуется стабильное напряжение. Поэтому батареи имеют большее напряжение, которое понижается до уровня энергопотребления системной платы, процессора и других компонентов. Кроме того, стоит заметить, что напряжение внешнего ис точника питания отличается от напряжения батарей. Это связано с тем, что внешний источ ник питания должен не только поддерживать работу системы, но и перезаряжать батареи, для чего требуется напряжении, большее напряжения батарей.

Так как контуры заряда батарей требуют напряжения, отличающегося от напряженки в ро зетках электросети и в разъемах автомобилей, в ноутбуках используются специальные внешние блоки питания;

помимо понижения напряжения, они преобразуют переменный ток в постоян ный, который передается ноутбуку. Блоки питания, работающие при напряжении 12 В постоян ного тока, называются адаптерами постоянного тока. Некоторые блоки питания размещены внутри корпуса ноутбука. Такие компьютеры достаточно подключить электрическим кабелем к розетке в стене. Встроенные в корпус ноутбука контуры электропитания приведут к увеличению его веса, размера и генерируемой температуры. Ноутбуки со встроенными блоками питания предназначены для постоянного подключения к сети переменного тока либо к разъему постоян ного тока в автомобиле или самолете, т.е. являются заменой настольных ПК.

Переменный и постоянный ток Переменный ток предоставляется через обычные настенные розетки. Они получил свое название за измене ние полярности через регулярные интервалы времени. Обычно в США изменение полярности происходит с частотой 60 Гц, а в остальных странах с частотой 50 Гц. В свою очередь, постоянный ток предоставляется ба тареями и сохраняет постоянную полярность. В автомобилях и самолетах обеспечивается именно постоянный ток. Блоки питания используются для преобразования переменного тока в постоянный, а также для преобра зования напряжения постоянного тока в подходящее напряжение для конкретной системы.

Адаптер переменного или постоянного тока преобразует переменный ток с напряжением 120/240 В или постоянный ток с напряжением 12 В в постоянный ток с подходящим для ра боты системы напряжением. Проблема заключается в том, что потребляемое напряжение на ходится в пределах от 2 до 24 В (хотя большинство систем используют напряжение 15 или 16 В) и существует несколько типов переходников и разъемов. Иногда в различных системах используется один и тот же тип разъема, но контакты имеют противоположную полярность!

Возможность использования различных полярностей и напряжений в разъемах одинакового Глава 7. Блоки питания и батареи типа может привести к повреждению ноутбука в случае подключения блока питания непод ходящего типа. Важно иметь блок питания, предназначенный для использования с конкрет ной системой. Если оригинальный адаптер будет утерян или прекратит работать, заказ такого же блока питания от производителя системы позволит гарантированно получить совмести мое устройство. Обычно большинство производителей предлагают адаптеры переменного тока, а некоторые продают и адаптеры постоянного тока (для автомобилей и самолетов).

При подключении внешнего блока питания к ноутбуку существует четыре основных свойства, на которые стоит обратить внимание.

• Выходное напряжение. Все ноутбуки работают на постоянном токе с напряжением от 2 до 24 В, а большинство из них с напряжением 15 или 16 В. Подача неправильного на пряжения может привести (хотя и не обязательно) к повреждению компьютера, в за висимости от возможностей внутренних стабилизаторов и схем зарядки батарей.

• Постоянный ток. Большинство устройств (например, портативные компьютеры) ра ботают на постоянном токе, но некоторыми устройствами используется переменный ток. Подключение адаптера, выдающего переменный ток, к устройству, работающему на постоянном токе (или наоборот), скорее всего приведет к повреждению устройства.

• Размер и форма штекера питания. Очевидно, что правильный размер и форма штекера питания необходимы для подключения его в разъем и обеспечения надежного контакта.

• Полярность штекера питания (только для постоянного тока). Штекер питания обыч но имеет внешний и внутренний проводники. Внутренний проводник может иметь по ложительную или отрицательную полярность (большинство штекеров с положитель ным внутренним проводником). Если штекером применяется неподходящая поляр ность, это может привести к повреждению устройства.

Обычно на корпусе адаптера электропитания указываются входное и выходное напряже ния, тип и мощность постоянного тока и полярность контактов (последнее с помощью небольшой диаграммы). К сожалению, несмотря на предоставление подробной информации, на адаптерах редко указывается, с каким устройством они поставлялись и каковы требования к источникам питания. Если перепутать несколько адаптеров, то определить, какой адаптер относится к определенному устройству, будет сложно. Именно поэтому рекомендуется поме тить каждый адаптер, чтобы точно знать, для какого устройства он предназначен, и нанести метку на само устройство. Достаточно наклеить небольшой кусочек клейкой ленты на уст ройство и записать на нем спецификации и производителя адаптера, а также номер модели.

В случае путаницы или утраты адаптера можно обратиться к документации на устройство, в котором указываются спецификации источника питания. В некоторых случаях в докумен тации этой информации нет. Например, недавно мне пришлось использовать внешний нако питель с интерфейсом FireWire, который имел внешний блок питания. Основной блок пита ния был утерян, а в документации указывалось, что устройством потребляется постоянный ток напряжением 9 В. Информация о полярности контактов в документации отсутствовала.

Я приобрел универсальный адаптер, который был оснащен несколькими штекерами и позво лял устанавливать разные напряжения. Я нашел подходящий штекер и установил напряже ние равным 9 В. Правильная полярность контактов не вызывала сомнений, так как ни на уст ройстве, ни в документации эта информация не указывалась. Так как большинство устройств имеют положительный внутренний проводник, я соответствующим образом настроил уни версальный адаптер и подключил его к накопителю. Через пару секунд из накопителя поя вился дым! Следовательно, полярность контактов штекера оказалась неправильной, но что-то менять было уже поздно. Но если бы я правильно отметил адаптер и устройство сразу после открытия упаковки, этого могло не произойти.

Безусловно, использовать оригинальные адаптеры питания, предоставляемые вместе с компьютером или другим устройством, гораздо предпочтительнее. Однако ряд компаний производят универсальные адаптеры переменного или постоянного тока, поддерживающие Источники питания переменного и постоянного тока заменяемые штекеры и настраиваемое напряжение (рис. 7.1). Возможно, лучшим универ сальным адаптером является ChargeSource, производимый компанией Comarco и распро страняемый компанией Targus.

В адаптерах ChargeSource используется запатентованная конструкция со сменными ште керами (PowerTips), позволяющими выбирать подходящее напряжение и полярность в зави симости от устройства. Благодаря сменным штекерам для розеток переменного тока адаптер может работать от любой сети как в США, так и в других странах. Адаптером для постоянного тока поддерживаются стандартные разъемы 12 В, используемые в самолетах или автомобилях (рис. 7.2).

Рис. 7.1. Универсальный адаптер переменного тока ChargeSource со сменными штекерами Рис. 7.2. Универсальный адаптер постоянного тока ChargeSource со сменными штекерами 212 Глава 7. Блоки питания и батареи Адаптеры ChargeSource имеют толщину в полдюйма и весят 8,5 унции (вместе с кабелями).

Они совместимы со многими портативными компьютерами, PDA или мобильными телефонами.

Мощность адаптеров — до 70 Вт, чего вполне достаточно для большинства портативных компь ютеров. Обратите внимание, что существуют модели портативных компьютеров, которые по требляют мощность 120 Вт, а использование адаптера в условиях повышенной нагрузки может привести к его перегреву. Некоторые адаптеры продаются с базовыми штекерами, а менее рас пространенные штекеры продаются отдельно, что позволяет работать с любой портативной сис темой, доступной на рынке. Имея подходящий штекер можно приспособить универсальный адаптер для работы с мобильными телефонами, PDA, цифровыми камерами, портативными принтерами и т.д. Сменные штекеры PowerTips могут использоваться как с универсальным адаптером сети переменного тока, так и с адаптером для самолетов/автомобилей. Оба адаптера распространяются компанией Targus и продаются множеством компаний.

Дополнительная информация об адаптерах ChargeSource представлена на следующих Web-узлах:

• www.comarco.com;

• www.chargesource.com;

• www.targus.com.

Рекомендуется иметь хотя бы один запасной адаптер питания, так как большинство источников питания работают с большой нагрузкой и с некоторой вероятностью могут отка зать в любой момент, что лишит возможности использовать систему и даже подзаряжать ба тареи. Имеет смысл брать с собой в дорогу два адаптера питания, а третий оставлять на рабо чем столе вместе с репликатором портов. Таким образом, после возвращения достаточно будет только подключить компьютер к репликатору.

Батареи Одним из основных преимуществ портативного компьютера является возможность рабо тать от батарей. Даже если ноутбук большую часть времени работает в стационарном режиме, возможность мгновенного переключения на питание от батареи эквивалентна наличию в компьютере блока бесперебойного питания. Обычный блок, предназначенный для работы на стольного ПК с монитором, может стоить около 500 долларов. При этом, если понадобится поддерживать работу ПК больше нескольких минут, придется купить еще более дорогой блок бесперебойного питания. Батареи современных ноутбуков несколько раз спасали меня при неожиданных отключениях электроэнергии. В то время как пользователи настольных компь ютеров немедленно прекратят работу (потеряв всю несохраненную информацию), пользова тели портативных компьютеров с полностью заряженной батареей смогут продолжать работу в течение еще 3-6 часов. Хотя обычный ноутбук стоит примерно вдвое дороже (или больше) обычного настольного компьютера с сопоставимой производительностью, следует принять во внимание, что покупка блока бесперебойного питания для настолько ПК может повысить общую стоимость системы до стоимости ноутбука.

Многие пользователи даже не догадываются, что в портативный компьютер встроено три различные батареи:

• основная батарея (или батареи);

• батарея "спящего" режима/режима ожидания;

• батарея энергонезависимой памяти (СМО5)/микросхемы часов.

Первые две батареи поддерживают перезарядку. В некоторых компьютерах батарея спя щего режима/режима ожидания, используемая для питания оперативной памяти в течение ограниченного периода времени, не устанавливается;

вместо нее используется основная бата рея. Рекомендуется всегда сохранять рабочие данные перед переключением в один из режи мов энергосбережения, так как после разряда основной батареи или батареи спящего режи Батареи. ма/режима ожидания содержимое оперативной памяти будет утрачено. Батарея спящего режима/режима ожидания увеличивает время работы системы и автоматически подзаряжа ется при включении питания. К сожалению, при полном разряде основной батареи система отключается и все несохраненные данные пропадают.

Многие системы обладают дополнительным режимом Hibernate, при переходе в который содержимое оперативной памяти копируется на диск и питание системы отключается. Пока компьютер находится в данном режиме, энергия не потребляется и ноутбук может быть от ключен неограниченное время. Для доступа к данным достаточно просто нажать кнопку питания. Обратите внимание, что при переходе в режим Hibernate существует риск утраты несохраненных данных, поэтому всегда сохраняйте данные, с которыми велась работа.

Батарея энергонезависимой памяти (СМО8)/микросхемы часов Обычно в ноутбуках устанавливается микросхема, обеспечивающая работу часов реально го времени и содержащая 64 байт энергонезависимой памяти (NVRAM). Официально микро схема называется RTC/NVRAM, однако чаще упоминается как CMOS или CMOS RAM, по скольку для производства микросхемы используется технология CMOS. Микросхемы CMOS отличаются исключительно низким энергопотреблением, а микросхема часов и энергонезави симой памяти работает от батареи в течение нескольких лет. Эта микросхема обычно встраи вается в модуль South Bridge или hub-контроллер ввода-вывода системной платы.

Назначение микросхемы часов реального времени очевидно: часы позволяют программе считывать время и дату, а также хранят их значения, пока система отключена. Энергонезависи мая память имеет другую функцию. Она проектируется для хранения основных параметров системы, включая объем установленной памяти, тип накопителей, конфигурацию подсистемы Plug and Play, пароли на включение и другую информацию. Большинство наборов микросхем содержат энергонезависимую память объемом 256 байт, из которого на часы выделяется 14 байт.

Микросхема часов/энергонезависимой памяти при отключении питания получает энер гию от батареи. Батарея позволяет хранить данные в энергонезависимой памяти и предостав ляет необходимую энергию для работы часов реального времени. В большинстве ноутбуков применяется литиевая батарея, обладающая большим сроком работы, особенно при низком энергопотреблении микросхемы часов/энергонезависимой памяти. Обычно используются батареи серии 20хх (диаметром 20 мм и различной толщины) в двух вариантах, каждый из которых отличается внутренним содержимым. На рис. 7.3 показана литиевая батарея С R20xx.

Корпус(+) Прокладка Крышка анода (-) Катод МпО2 Литиевый анод Разделитель и электролит Токоприемник Рис. 7.3. Литиевая батарея CR20xx в разрезе 214 Глава 7. Блоки питания и батареи В табл. 7.1 приведены спецификации литиевых батарей серии 20хх.

Таблица. 7. 1. Спецификации литиевых батарей серии 20хх Тип Напряжение, В Емкость, мА*ч Диаметр, мм Высота, мм BR2016 3,00 75 20,00 1, BR2020 3,00 100 20,00 2, BR2032 3,00 20, 190 3, 3,00 55 20,00 1, CR CR2O16 3,00 90 20,00 1, 3,00 20,00 2, CR2O25 20, CR2O32 3,00 220 3, BR — монофлорид углерода.

CR — диоксид марганца.

Серии CR и BR обычно взаимозаменяемы, поскольку незначительно отличаются химической реакцией и производительностью. Тип CR более доступен в продаже и обеспечивает большую энергоемкость. Тип BR применяется при более высоких температурах (более 60 С или 140 F).

Время работы батареи может быть рассчитано с помощью деления емкости на потребляе мый ток. Например, типичная батарея CR2032 имеет емкость 220 мАч (миллиампер-часов), а микросхема часов/энергонезависимой памяти набора микросхем Intel 855 (предназна ченного для ноутбуков на основе процессора Pentium M) потребляет 5 мка (микроампер) при отключенном питании. Для портативного компьютера на основе процессора Pentium M, набора микросхем Intel 855 и батареи CR2032 время работы батареи может быть рассчитано таким образом:

220 000 мАч / 5 мкА = 44 000 ч = 5 лет.

Если воспользоваться батареей меньшей мощности (CR2025), время ее работы будет рас считываться по такой формуле:

165 000 мАч / 5 мкА = 33 000 ч = 3,7 лет.

Время работы батареи отсчитывается с момента заводской сборки ноутбука. К моменту продажи компьютера батарея может проработать уже несколько месяцев, даже если компью тер новый. Кроме того, батарея иногда частично разряжается еще до установки в систему, а повышенная температура при ее хранении и во время работы компьютера способна повли ять на срок службы батареи. Поэтому реальные показатели работоспособности батареи могут быть меньше теоретических.

С сокращением заряда батареи снижается напряжение, что может повлиять на точность часов реального времени. Большинство литиевых батарей номинально работают с напряжением 3 В, но фактически напряжение новой батареи оказывается несколько выше. Если часы в систе ме идут недостаточно точно (например, отстают), проверьте напряжение батареи энергонезави симой памяти. Наибольшая точность достижима при напряжении батареи, равном или большем 3 В. Стабильное напряжение литиевых батарей обычно поддерживается до полного использова ния заряда, после чего напряжение снижается очень быстро. Батарея с напряжением менее 3 В подлежит замене, даже если запланированный срок ее замены еще не подошел.

Основная батарея Относительно недолгий срок работы от батарей — одна из основных причин жалоб пользо вателей портативных компьютеров. Различными компаниями была проведена большая работа по улучшению функций управления питанием и повышению эффективности современных но утбуков. Кроме того, батареи многих ноутбуков созданы по передовым технологиям, например Батареи литий-ионной. Тем не менее, появление более быстродействующих процессоров, увеличение объема устанавливаемого ОЗУ, жестких дисков и внедрение активных матриц с большой диаго налью оставило время автономной работы от батарей на прежнем невысоком уровне.

Мечта многих пользователей ноутбуков такая же, что и несколько лет назад: полнофунк циональная портативная система, работающая от одной батареи на протяжении 8-10 часов, что важно при долгом трансконтинентальном перелете. В некоторых самолетах есть разъемы питания с напряжением 12 В, подобные разъемам питания в автомобилях, благодаря чему время работы от батареи особой роли не играет. Однако для достижения истинной автоном ности приходится брать две или больше батареи для обеспечения непрерывной работы хотя бы в течение шести часов. Технологии энергосбережения продолжают развиваться, одновре менно с требованиями к питанию современных компьютеров. Среднее время работы от бата реи составляет 2-4 часа;

на это влияет тип жесткого диска, диагональ экрана, объем ОЗУ, час тота процессора, интегрированные динамики и накопители на компакт-дисках и DVD. Про изводители ноутбуков смогли улучшить управление питанием через выборочное отключение компонентов, которые не используются в текущий момент, в то время как энергопотребление последних существенно возросло. Функции управления питанием заложены в современную архитектуру портативных компьютеров Intel Centrino, включающую в себя процессор, набор микросхем и беспроводной адаптер локальной сети.

Учитывая популярность ноутбуков на базе Centrino, можно с высокой долей вероятности предположить, что многие потребители выбрали мощные портативные компьютеры с увели ченным средним сроком работы от батареи вместо систем, работающих от 6 до 10 часов, но не обладающих многими типовыми возможностями.

Тем пользователям, которым жизненно необходим ноутбук, непрерывно работающий 6-10 часов, можно посоветовать летать самолетами, сиденья в которых оснащены разъемами для подключения блоков питания ноутбуков.

Типы батарей Технология производства батарей играет важную роль в вопросе энергопотребления пор тативных компьютеров. Большинство современных ноутбуков оснащены батареями одного из четырех основных типов:

• никель-кадмиевыми (NiCd);

• Ш никель-металл-гидридными (NiMH);

• литий-ионными (Li-ion);

• литий-ион-полимерными (LIP или Li-Poly).

В табл. 7.2 приведено сравнение различных типов батарей.

Таблица 7.2. Типы и спецификации аккумуляторов Спецификация NiCd NiMH Li-ion Li-poly Плотность энергии, Втч/кг 60 90 140 Среднее время цикла перезарядки 1500 400 400 Номинальное напряжение батареи, В,,,, "Эффект памяти" Нет Нет Да Да Рейтинг относительной стоимости 1, Время быстрой зарядки, ч 1 3 3 Опасность чрезмерной зарядки Высокая Средняя Очень высокая Высокая Саморазряд (в месяц), % 20 30 10 Год внедрения 1950 1990 1991 Далее рассматриваются возможности и преимущества каждого типа батарей.

216 Глава 7. Блоки питания и батареи Никель-кадмиевые батареи (NiCd) Имея наиболее почтенный возраст, никель-кадмиевые батареи (NiCd или Ni-Cad) редко используются в ноутбуках (хотя в некоторых компьютерах они используются в качестве ба тарей спящего режима/режима ожидания). Эти батареи обладают высокими показателями допустимой нагрузки по току, но сохраняют меньше энергии, чем батареи на базе остальных технологий, что приводит к сокращенному времени работы ноутбуков при питании от NiCd батарей. В целом такие батареи отличаются выносливостью в аспекте максимально возмож ного числа циклов зарядки/разрядки с меньшей степенью деградации энергоемкости при их правильной эксплуатации.

Время работы от никель-кадмиевой батареи может сократиться максимум на 40%, если батарею периодически не разряжать или часто заряжать сверх меры. Избежать повреждения этих батарей позволяет периодическая разрядка до 1 В и менее (достаточно полной разрядки раз в месяц). Несмотря на так называемый эффект памяти, никель-кадмиевые батареи доста точно хорошо сохраняют заряд в состоянии покоя, теряя около 20% заряда в течение месяца.

Эффект памяти связан с изменениями в кристаллических структурах внутренних компонен тов батареи. При периодической неполной разрядке с последующим зарядом батарей такие кристаллические структуры начинают расти, сокращая площадь поверхности, а значит, и энергоемкость батареи. Периодическая полная разрядка позволяет восстановить батарею, разрушая кристаллы и восстанавливая энергоемкость.

Никель-кадмиевые батареи поддерживают около 1500 циклов разрядки/зарядки, а высо кий выдаваемый ток делает такие батареи идеальными в портативных приемопередатчиках или других устройствах, где повышенные требования к энергоемкости имеют место в течение ограниченных периодов времени. Напряжение никель-кадмиевых батарей оставляет 1,2 В на ячейку. В портативных компьютерах батареи обычно формируются из шести или семи ячеек, которые в комбинации выдают 8,4 или 9,6 В. Несмотря на устойчивость, низкая энергетиче ская плотность (приводящая к малому времени работы от батареи) не позволила NiCd батареям стать популярными в мире ноутбуков;

в современных ноутбуках они не использу ются. Кадмий, содержащийся в них, считается токсичным металлом, поэтому такие батареи после окончания срока службы требуют особой переработки.

Никель-металл-гидридные батареи (NiMH) Эти батареи стали распространенным заменителем никель-кадмиевых батарей в ноутбу ках. В таких батареях используется то же напряжение ячейки (1,2 В), они имеют аналогичную форму и для их зарядки используется оборудование с такими же характеристиками, что и в устройствах для зарядки NiCd-батарей. Хотя NiMH-батареи стоят на 20% больше, чем NiCd, их энергетическая плотность примерно на 40% больше, за счет чего увеличивается время работы ноутбуков. Такие батареи менее подвержены эффекту памяти, возникающему при неправильных разрядке и зарядке. Кроме того, в никель-металл-гидридных батареях не ис пользуется токсичный кадмий, применяемый в никель-кадмиевых батареях.

Кроме незначительно большей стоимости, другим недостатком никель-металл-гидридных батарей является меньшее количество циклов зарядки/разрядки. Другими словами, при большем на 40% времени работы компьютера от батареи сама батарея служит намного мень ше, обычно выдерживая около 400 циклов до потери способности удерживать заряд. Кроме того, такие батареи обладают меньшим рекомендованным током разрядки, чем никель кадмиевые батареи (одна пятая против половины указанной емкости), и большую скорость саморазрядки. Также никель-металл-гидридные батареи требуют в два раза больше времени на перезарядку, чем никель-кадмиевые.

Хотя такие батареи и используются в некоторых ноутбуках, в настоящее время их можно найти лишь в самых дешевых моделях. В ноутбуках среднего и высокого класса применяются литий-ионные батареи.

Батареи Литий-ионные батареи (Li-Ion) В качестве современного промышленного стандарта литий-ионные батареи обеспечивают более продолжительное время автономной работы ноутбука, чем никель-кадмиевые и никель металл-гидридные технологии. Литий-ионные батареи нельзя зарядить сверх меры (благода ря специальному заряжающему оборудованию), они хорошо удерживают заряд. Они имеют исключительно высокую энергетическую плотность, поэтому батарея определенного размера может хранить большее количество энергии, чем батареи на основе других технологий, поскольку литий является одним из самых легких металлов.

Литий-ионные батареи в ноутбуках представляют собой блоки батарей, состоящих из не скольких ячеек. Каждая ячейка выдает напряжение от 2,5 В (разряженная батарея) до 4,2 В (полностью заряженная батарея) и обычно имеет номинальное напряжение 3,6 В. Ячейки формируют блоки батарей, включающие от 2 до 12 ячеек, организованных в параллельные и последовательные подключения с (номинальным) напряжением 7,2/10,8/14,4 В. Батареи обычно имеют емкость 2000-6600 мАч и более. Безусловно, чем больше емкость батареи, тем дольше проработает ноутбук в автономном режиме.

Литий — нестабильное вещество, и первые литий-ионные батареи имели ряд проблем.

После нескольких циклов зарядки/разрядки оказалось, что металлический литий кристалли зовался на литиевом электроде, что потенциально приводило к резкой экзотермической реак ции. Вентиляционное отверстие в корпусе батареи позволяло избежать взрыва, но в результа те реакции батарея извергала горячие газы или пламя, которые повреждали оборудование или даже обжигали находящихся рядом людей. Несколько случаев перегрева и возгорания бата рей привели к изменению основного дизайна батарей в начале 1990-х годов.

Следующие модели батарей имели встроенные защитные контуры, которые ограничивали пиковое напряжение ячеек во время зарядки (обычно до 4,3 В или меньше), предотвращали резкое падение напряжения (обычно не ниже 2,5 В) при разрядке, ограничивали максималь ный ток зарядки и разрядки и отслеживали температуру ячейки. Такие схемы безопасности позволили практически исключить вероятность температурных всплесков и активных реак ций. Именно поэтому отдельные ячейки не продаются частным лицам. В продаже присутст вуют только уже собранные батарейные блоки со встроенными механизмами защиты.

В различных типах литий-ионных батарей используются разные активные материалы для положительного и отрицательного электродов. Для положительного электрода применяется кобальт (такие батареи дают более сильный ток) или марганец (для менее сильного тока).

Отрицательный электрод делается из кокса или графита. Оба материала имеют немного отличающийся профиль разрядки.

Основное преимущество литий-ионных батарей состоит в их высокой энергетической плотности, обеспечивающей большее время работы ноутбука. Кроме того, литий-ионные батареи обладают низкой степенью саморазрядки, поэтому сохраняют заряд более продолжи тельное время. Наконец, такие батареи не требуют дополнительного обслуживания;

им не требуется периодическая полная разрядка, как никель-кадмиевым или никель-металл гидридным батареям. На самом деле, в отличие от последних, разрядка литий-ионных бата рей приводит к более быстрому использованию их ресурса.

Литий-ионные батареи обладают определенными недостатками, начиная с высокой стоимо сти и заканчивая необходимостью наличия встроенных защитных контуров, обеспечивающих безопасную работу. Как и никель-металл-гидридные, литий-ионные батареи обладают ресурсом в 400 циклов зарядки/разрядки, после завершения которых батарея теряет способность удержи вать заряд. Но, возможно, самым серьезным недостатком является неконтролируемое "старение". Это значит, что примерно через год работы батарея потеряет значительную часть энергоемкости независимо от того, как часто она использовалась. Через два или три года батарея вообще не сможет удерживать заряд, даже если не использовалась. Поэтому избегайте приобре тения литий-ионных батарей, бывших в употреблении. Кроме того, при работе с ноутбуком Глава 7. Блоки питания и батареи больше двух лет, скорее всего, придется приобретать новую (дорогую) основную батарею неза висимо от того, как активно использовалась (или не использовалась) старая батарея.

Наконец, в отличие от никель-кадмиевых и никель-металл-гидридных батарей, которые могут использоваться в компьютерах без модификации цепей питания, литий-ионные бата реи могут применяться только в специально предназначенных для них системах. Необходи мость в специальных методах зарядки литий-ионной батареи приводит к тому, что ее уста новка в систему, предназначенную для работы с никель-кадмиевыми и никель-металл гидридными батареями, может повлечь за собой отключение батареи контуром защиты (в не которых случаях батарея отключается навсегда).

Хотя литий-ионные батареи являются самыми дорогими и требующими особого обраще ния среди всех четырех типов батарей, они используются практически во всех (кроме самых дешевых) современных ноутбуках.

Литий-ион-полимерные батареи (LIP или Li-Poly) Это четвертый тип батарей, который разрабатывался в течение последних лет и лишь не давно появился на рынке. Этому типу батарей еще придется завоевывать популярность среди пользователей портативных компьютеров. Литий-ион-полимерные батареи производятся из ячеек, основанных на литий-ионах и оксиде кобальта. При этом задействуется закрытый по лимерный электролит, который позволяет формировать ячейки в виде плоского листа тол щиной около 1 мм любой площади. Это позволяет создавать очень тонкие батареи, которые можно разместить в местах, которые раньше сложно было себе представить, например за жидкокристаллическим экраном. Литий-ион-полимерные батареи обеспечивают меньшую энергетическую плотность, чем литий-ионные батареи, принося емкость в жертву меньшему размеру и весу. Кроме меньшего размера, веса и энергетической плотности, они обладают всеми свойствами литий-ионных батарей.

Литий-ион-полимерные батареи обычно используются в мобильных телефонах, PDA и дру гих небольших устройствах. Меньшая по сравнению с литий-ионными батареями энергетиче ская плотность препятствует широкомасштабному использованию LIP-батарей в ноутбуках.

Обслуживание батарей Никель-кадмиевые и никель-металл-гидридные батареи лучше всего работают после полной разрядки перед их зарядкой. Батареи, которые не использовались несколько месяцев, должны быть восстановлены с помощью нескольких циклов полной разрядки/зарядки. Для этого можно оставить ноутбук включенным до момента автоматического отключения;

существуют специаль ные утилиты восстановления батарей, которые позволяют автоматизировать этот процесс.

Хотя литий-ионные батареи восстанавливать не нужно (на самом деле такая процедура только сократит срок службы батареи, используя оставшиеся циклы зарядки/разрядки), бы вают случаи, когда цикл полной разрядки/зарядки оказывается полезным. Все современные батареи для ноутбуков содержат специальные контуры, позволяющие определить оставшееся время работы батареи.

Если батарея остается полностью заряженной длительный период времени, то индикатор заряда батареи может оказаться неточным. В результате система отключается еще до того, как индикатор достигнет нулевой отметки. Выполнение полной разрядки и зарядки батареи по зволяет сбросить показания индикатора и вернуть синхронизацию с фактическим состояни ем батареи.

Еще одним признаком необходимости полного цикла разрядки является прекращение за рядки до достижения индикатором показателя 100%. Решением проблемы также будет не сколько циклов зарядки/разрядки. Литий-ионные батареи поддерживают большее напряже ние при разрядке (2,5-3 В вместо 1 В у никель-кадмиевых батарей), но из-за контуров инди кации эффект рассинхронизации все равно остается заметным.

К сожалению, приобретение более емкой батареи не гарантирует увеличения срока авто номной работы ноутбука. Потребление энергии зависит от аппаратных компонентов, про Батареи граммных технологий управления питанием и емкости самой батареи. Некоторые производи тели, переходя от использования никель-металл-гидридных батарей к литий-ионным, рас сматривают этот шаг как возможность увеличения объема свободного пространства внутри корпуса ноутбука. Производители считают, что, если используется более эффективная тех нология создания батарей, значит, батареи меньшего размера обеспечивают аналогичный уровень производительности.

Технологии производства батарей отстают в развитии от всех остальных подсистем пор тативного компьютера. Увеличение функциональности ноутбуков привело к существенному возрастанию их энергопотребления за последние несколько лет. Подсистема энергообеспече ния с трудом "поспевает" за ростом потребностей остальных подсистем. В дорогих ноутбуках время работы от батареи, составляющее три часа, — это прекрасный показатель, причем с ис пользованием всех технологий управления питанием.

Еще один способ увеличения времени работы ноутбука от батарей состоит в установке в систему двух батарей. Универсальные отсеки некоторых ноутбуков дают возможность за менить дисковод на гибких дисках или CD-ROM на второй батарейный блок, что примерно в два раза увеличивает время работы компьютера от батарей.

Основные надежды пользователей и производителей портативных систем, будь то мобиль ные телефоны, PDA, смартфоны или ноутбуки, связаны с технологией топливных элементов, масштабное внедрение которой планируется начиная с 2008 года. Ноутбук, работающий на топливных элементах, получит время автономной работы, равное 20-40 часам.

Управление питанием Под управлением питанием понимают способность портативной системы автоматически переходить в режим сохранения энергии во время простоя. Существует два основных меха низма управления питанием. Оригинальный стандарт называется расширенным управлением питанием (Advanced Power Management — АРМ) и поддерживается большинством систем со времен выхода компьютеров на основе процессоров Intel 386 и Intel 486. В современных ком пьютерах управление питанием реализовано на основе интерфейса ACPI (Advanced Configuration and Power Interface), разработанного в 1998 году. Большинство компьютеров, проданных в 1998 году и позднее, поддерживают управление питанием на основе интерфейса ACPI. При использовании АРМ основное управление возлагается на аппаратное обеспечение и операционная система (или другое программное обеспечение) не имеет реального контроля над подсистемой питания. Благодаря интерфейсу ACPI управление питанием осуществляет ся встроенными средствами BIOS и операционной системы, при этом соответствующие функции управления питанием становятся доступными всем приложениям.

Различные компоненты компьютера не обязательно должны работать постоянно и в целях энергосбережения в ноутбуках отключаются те компоненты, которые не используются в те кущий момент времени. Если файл, открываемый в текстовом редакторе, полностью загружа ется в оперативную память, незачем поддерживать вращение жесткого диска.

После определенного времени простоя подсистема управления питанием может припар ковать головки жесткого диска и остановить вращение пластин до того момента, пока пользо ватель не сохранит файл или не даст другую команду, требующую обращения к жесткому диску. Все остальные компоненты, включая приводы гибких и компакт-дисков, а также адап теры PC Card, могут быть обесточены на время простоя, что значительно сокращает потреб ление энергии.

Большинство портативных компьютеров обладают системными режимами энергосбере жения, которые приостанавливают работу всего компьютера. Названия таких режимов могут различаться, но обычно используются два режима, которые отличаются тем, подается пита ние к оперативной памяти или нет. В режиме ожидания (Suspend) питание отключается от всей системы, кроме оперативной памяти, после определенного времени простоя компонен тов системы. В данном режиме потребляется минимальный объем энергии и работоспособ ность системы восстанавливается за несколько секунд, что очень мало по сравнению с пол 220 Глава 7. Блоки питания и батареи ным циклом загрузки компьютера. При переходе в спящий режим (Standby) оперативная па мять получает энергию от основной батареи, а если ее заряд закончился, то от специальной батареи. Последняя может питать оперативную память в течение нескольких минут или даже часов, в зависимости от ее емкости и состояния. Именно поэтому рекомендуется сохранять данные перед переходом в спящий режим.

Кроме того, некоторыми ноутбуками поддерживается режим "анабиоза" (Hibernate), в ко тором содержимое памяти записывается в специальный файл на жестком диске и система полностью отключается, теряя содержимое оперативной памяти. В режиме Hibernate ком пьютер вообще не потребляет энергии батарей, поэтому теоретически может находиться в данном режиме неограниченное время. После включения питания компьютера содержимое файла Hibernate записывается в оперативную память и система восстанавливается в то со стояние, в котором находилась до перехода в режим Hibernate. Процесс восстановления за нимает немного больше времени, чем восстановление из режима ожидания, однако отключе ние питания модулей памяти позволяет сохранить больше энергии. При использовании лю бого из описанных режимов система восстанавливается быстрее, чем при обычной загрузке.

Замечание В некоторых компьютерах файл подкачки для режима Hibernate расположен в специальном разделе жест кого диска. Если раздел поврежден, для его восстановления может потребоваться специальная утилита от производителя компьютера. В операционных системах Windows Me, Windows 2000 и Windows XP создается собственный файл Hibernate.

Описанные режимы представлены в стандарте АРМ, который совместно разрабатывался компаниями Microsoft и Intel и определяет интерфейс между драйвером политики управле ния питанием операционной системы и программным обеспечением управления питанием, специально предназначенным для работы с определенным аппаратным обеспечением. Обыч но интерфейс реализуется в BIOS системы.

Усовершенствованная система управления питанием Стандарт усовершенствованной системы управления питанием (Advanced Power Man agement — АРМ) разработан компанией Intel совместно с Microsoft и определяет ряд интер фейсов между аппаратными средствами управления питанием и операционной системой компьютера. Полностью реализованный стандарт АРМ позволяет автоматически переклю чать компьютер между пятью состояниями, в зависимости от текущего состояния системы.

В приведенном ниже списке состояния системы расположены в соответствии с уменьшением потребления энергии.

• Full On (система включена). Система полностью включена.

U АРМ Enabled (активизирован режим приостановки). Система работает, некоторые уст ройства являются объектами управления для системы управления питанием. Неис пользуемые устройства могут быть выключены, может быть также остановлена или замедлена (т.е. снижена тактовая частота) работа тактового генератора центрального процессора.

• АРМ Standby (резервный режим). Система не работает, большинство устройств нахо дятся в состоянии потребления малой мощности. Работа тактового генератора цен трального процессора может быть замедлена или остановлена, но необходимые пара метры функционирования хранятся в памяти. Пользователь или операционная систе ма могут запустить компьютер из этого состояния почти мгновенно.

Управление питанием • АРМ Suspend (режим приостановки). Система не работает, большинство устройств пассивны. Тактовый генератор центрального процессора остановлен, а параметры функционирования хранятся на диске и при необходимости могут быть считаны в па мять для восстановления работы системы. Чтобы запустить систему из этого состоя ния, требуется некоторое время.

• Off (система отключена). Система не работает. Источник питания выключен.

Для реализации режимов АРМ требуются аппаратные средства и программное обеспече ние. Источниками питания АТХ можно управлять с помощью сигнала Power_On и факульта тивного разъема питания с шестью контактами. (Необходимые для этого команды выдаются программой.) Изготовители также встраивают подобные устройства управления в другие элементы системы, например в системные платы, мониторы и дисководы.

Операционные системы (такие, как Windows), которые поддерживают АРМ, при наступ лении соответствующих событий запускают программы управления питанием, "наблюдая" за действиями пользователя и прикладных программ. Однако операционная система непосред ственно не посылает сигналы управления питанием аппаратным средствам.

Система может иметь множество различных аппаратных устройств и программных функ ций, используемых при выполнении функций АРМ. Чтобы решить проблему сопряжения этих средств, в операционной системе и аппаратных устройствах предусмотрен специальный абст рактный уровень, который облегчает связь между различными элементами архитектуры АРМ.

При запуске операционной системы загружается программа — драйвер АРМ, который свя зывается с различными прикладными программами и программными функциями. Именно они запускают действия управления питанием, причем все аппаратные средства, совместимые с АРМ, связываются с системной BIOS. Драйвер АРМ и BIOS связаны напрямую;

именно эту связь использует операционная система для управления режимами аппаратных средств.

Таким образом, чтобы функционировали средства АРМ, необходим стандарт, поддержи ваемый схемами, встроенными в конкретные аппаратные устройства системы, системная BIOS и операционная система с драйвером АРМ. Если хотя бы один из этих компонентов от сутствует, АРМ работать не будет.

Усовершенствованная конфигурация и интерфейс питания Впервые усовершенствованная конфигурация и интерфейс питания (Advanced Configura tion and Power Interface — ACPI) были реализованы в современных BIOS и операционных сис темах Windows 98 и более поздних. Если BIOS вашего компьютера поддерживает систему ACPI, то все управление питанием передается операционной системе. Это упрощает конфигурирова ние параметров, все они находятся в одном месте — в операционной системе. Теперь для конфи гурирования параметров системы управления питанием не нужно устанавливать соответст вующие параметры в BIOS. Система ACPI реализована только в самых новых компьютерах.

Совет Если управление питанием является причиной неправильной работы операционной системы или машин ных сбоев, проще всего отключить АРМ с помощью системной BIOS. В большинстве базовых систем вво да-вывода, в которых предусмотрена поддержка АРМ, имеется опция отключения средств АРМ. Она по зволяет разорвать цепочку, связывающую операционную систему и аппаратные средства. Средства управления питанием работать в этом случае не будут. Можно достигнуть того же эффекта, удалив драй вер АРМ из операционной системы. Однако средства самонастройки Windows 9x обнаруживают аппарат ные средства АРМ системы всякий раз, когда вы перезагружаете компьютер, и стремятся повторно уста новить драйвер АРМ.

Отключение системы управления питанием в Windows осуществляется с помощью пиктограммы Управление электропитанием (Power Management) в окне Панель управления (Control Panel).

222 Глава 7. Блоки питания и батареи Передача управления питанием операционной системе значительно упрощает взаимодейст вие с приложениями. Например, программа может сообщить операционной системе о выполне нии критически важной операции, требующей немедленной активизации жесткого диска. При этом выполнение некоторых стандартных операций может быть отложено до следующей акти визации жесткого диска по более важной причине. Например, текстовый редактор может быть настроен на автоматическое фоновое сохранение файлов. Эта операция может быть отложена операционной системой, поддерживающей ACPI, до активизации диска по другой причине, что позволяет сократить количество случайных включений шпинделя жесткого диска.

Интерфейс APCI значительно превосходит по своим характеристикам предыдущий стан дарт АРМ, в котором описаны методы энергосбережения для процессоров, жестких дисков и экрана. ACPI поддерживает не только управление питанием, но и настройку программного обеспечения Plug and Play для всей системы. При использовании ACPI настройка системы (Plug and Play) и управление питанием осуществляются не BIOS, а операционной системой.

Интерфейс ACPI позволяет системе автоматически включать или выключать питание внутренних компонентов (например, дисководов на компакт-дисках, сетевых адаптеров, же стких дисков и модемов), а также внешних устройств (например, принтеров, мониторов, уст ройств, подключенных к последовательному или параллельному порту, шине USB, видео адаптеру или другим портам системы). С помощью ACPI периферийные устройства включа ют питание системы или восстанавливают ее работу из режима ожидания. Это важно, например, для программы телефонного автоответчика, которой требуется ответ на телефон ный звонок в течение одной секунды. Даже если пользователь нажмет кнопку отключения питания, система перейдет в настроенный энергосберегающий режим, позволяющий выпол нить требование приложения автоответчика.

Благодаря ACPI архитекторы мобильных систем реализуют функции управления пита нием, совместимые с различным аппаратным обеспечением, причем для это требуется лишь один драйвер операционной системы. Кроме того, для предоставления операционной системе независимого интерфейса настройки и управления Plug and Play в ACPI используются структуры данных Plug and Play BIOS.

В стандарте ACPI определено несколько статусов и режимов системы. Существует четыре статуса (режима) Global System, обозначенные от GO до G3. Статус GO соответствует полной функциональности системы, а статус G3 — механическому отключению питания. Изменения глобальных статусов очевидны для пользователя и влияют на всю систему в целом. Для ста туса GO определены четыре режима питания процессора (СО-СЗ) и четыре режима питания устройств (D0-D3) — для каждого устройства в отдельности. В рамках режима процессора СО определены 16 статусов производительности процессора (Р0-Р15).

Режимы питания устройств активны в том случае, когда система находится в рабочем режи ме GO. Режимы устройств могут быть видимы, а могут оставаться незаметными для пользовате ля. Например, отключение жесткого диска или монитора видно сразу, а отключение модема или другого устройства — нет. Режимы питания устройства не имеют строго определенных методов использования, поскольку все четыре режима поддерживаются далеко не всеми устройствами.

Для режима G1 (глобальный "спящий режим") определено четыре состояния (S1-S4).

Глобальный статус G2 программного отключения также называется режимом сна S5. В ре жиме G2 отключено все питание системы, кроме резервного. Наконец статус G3 (механи ческое отключение) соответствует полному отключению питания системы.

Ниже приведены определения и схема взаимодействия различных режимов.

• GO Working. Стандартное рабочее состояние системы. В этом режиме применяются следующие режимы питания процессора и устройств:

GO/DO Fully-On — все устройства полностью включены и работают;

• G0/D1 — в зависимости от устройства используется меньше энергии, чем в режи • ме DO;

Управление питанием • G0/D2 — в зависимости от устройства используется меньше энергии, чем в ре жиме D1;

• G0/D3 Off — устройство отключено (кроме компонентов, обеспечивающих его по вторную активизацию).

Режимы питания процессора определяются следующим образом:

GO/CO CPU On — нормальный режим работы процессора;

• G0/C1 Halted — работа процессора приостановлена;

• G0/C2 CPU Stopped — генерация тактовой частоты прекращена;

• G0/C3 CPU/Cache Stopped —генерация тактовой частоты и обновление кэш-па • мяти прекращены.

• Gl Sleeping. Система выглядит как полностью отключенная, но на самом деле нахо дится в одном из "спящих режимов", вплоть до режима Hibernate. Скорость выхода из режима GO зависит от выбора конкретного "спящего режима". В каждом из режимов сохраняются данные и состояние системы, что позволяет полностью восстановить ее работоспособность. В глобальном режиме G1 доступны следующие "спящие режимы":

Gl/Sl Halt — режим простоя с низкими задержками;

работа процессора приоста • новлена, но служебные данные и состояние системы полностью сохранены;

G1/S2 Halt-Reset — напоминает режим S1, но данные процессора и кэш-памяти не • сохраняются, а после включения системы проводится повторная инициализация процессора;

G1/S3 Suspend to RAM — все служебные данные системы, кроме содержимого • оперативной памяти, теряются;

содержимое памяти поддерживается средствами аппаратного обеспечения;

после включения системы проводится повторная ини циализация процессора и восстанавливается часть данных процессора/кэш-памяти второго уровня;

G1/S4 Suspend to Disk (Hibernate) — служебные данные системы и содержимое • оперативной памяти сохраняются на энергонезависимом носителе (обычно в его роли выступает жесткий диск). Для возврата в режим GO необходимо нажать кноп ку питания на корпусе, в результате чего начнется загрузка системы и сохраненных данных. Возврат из режима G2/S5 в режим GO сопровождается значительными временными задержками.

• G2/S5 Soft Off. Обычный режим отключения питания, активизируемый при выборе команды Завершение работы системы (Shutdown) в операционной системе или на жатии кнопки питания на корпусе компьютера. Система и все устройства отключены от питания, однако системная плата по-прежнему получает резервное питание от бло ка питания, что позволяет включить компьютер по команде внешнего устройства.

Служебные данные аппаратного обеспечения не сохраняются. Для возврата в режим GO система должна быть полностью перезагружена.

• G3 Mechanical Off. От системы полностью отключено электропитание. В большинстве случаев это выражается в отключении электрического кабеля. Единственный безопас ный режим для разборки системы. Кроме микросхемы часов реального времени и энергонезависимой памяти, остальные компоненты обесточены.

На рис. 7.4 приведена схема различных режимов ACPI.

224 Глава 7. Блоки питания и батареи Рис. 7.4. Режимы ACPI При стандартом использовании в системе применяются режимы GO и G1. В режиме G питание отдельных устройств и процессора может контролироваться с помощью режимов Device Power (D1-D3) и Processor Power (C1-C3). Каждое избирательно отключенное уст ройство может быть включено мгновенно или через пару секунд (например, при раскручива нии шпинделей жесткого диска).

Во время простоя системы (при отсутствии сигналов от клавиатуры и мыши) в течение указанного промежутка времени система переходит в режим Global G1, который подразуме вает выбор одного из статусов S1-S4. В этих режимах система выглядит выключенной, одна ко все служебные данные сохранены, что позволяет восстановить предыдущее состояние сис темы с некоторой задержкой. Например, возврат в режим GO из режима G1/S4 требует боль ше времени, чем возврат из режима G1/S3.

Как только пользователь нажимает кнопку питания на корпусе компьютера для выключе ния системы или выбирает команду Завершение работы (Shutdown) в операционной систе ме, система переходит в режим G2/S5 (Soft Off). При этом служебные данные не сохраняются и система полностью отключена, однако для системной платы обеспечено резервное питание.

Полное отключение от сети переменного тока или от батареи приводит к переходу системы в режим G3 — единственно безопасный режим для разборки системы.

При загрузке операционной системы интерфейс ACPI осуществляет ряд проверок для оп ределения того, поддерживается ли ACPI аппаратным обеспечением и BIOS системы. Если поддержка не обнаружена или некорректна, система возвращается к интерфейсу АРМ. Если в процессе загрузки обнаруживается проблема в работе подсистемы управления питанием, сис тема может "зависнуть" с отображением красного или синего экрана и выводом сообщения об ошибке ACPI.

Экран красного цвета означает, что проблема связана с аппаратным обеспечением или BIOS. Синий экран указывает на проблемы в работе программного обеспечения или на про блемы неопределенного характера. Коды ошибок ACPI приведены в табл. 7.3.

Управление питанием Таблица 7.3. Коды ошибок ACPI Код ошибки Описание Указывает на ошибку во время инициализации драйвера ACPI и обычно означает, что драйвер 1ххх не в состоянии прочитать одну или несколько таблиц ACPI 2ххх Указывает на ошибку интерпретатора машинного языка ACPI (AML) Зххх Указывает на ошибку в обработчике событий драйвера ACPI 4ххх Указывает на ошибки управления температурой 5ххх Указывает на ошибки управления питанием устройств Практически все ошибки являются следствием использования частичной или несовмес тимой реализации ACPI либо несовместимости на уровне BIOS или драйверов устройств.

В случае появления приведенных в табл. 7.3 ошибок следует обратиться к производителю системной платы за обновлением BIOS или к производителям устройств для получения но вых драйверов.

Меню управления питанием АРМ BIOS Большинство параметров BIOS, относящихся к управлению питанием, связаны с режи мом АРМ. Этот режим используется только при загрузке операционной системы, не поддер живающей ACPI. В режиме АРМ программа BIOS сокращает потребление энергии, останав ливая вращение шпинделей жестких дисков и выключая мониторы, соответствующие стан дартам VESA и DPMS. При переходе в режим ожидания система продолжает отвечать на внешние запросы, поступающие от клавиатуры, мыши, модема и сетевых адаптеров. Напри мер, любая активность клавиатуры или мыши приведет к переключению системы в нормаль ный режим работы и немедленному включению питания монитора.

Если системная плата и BIOS поддерживают ACPI, операционная система использует этот интерфейс для управления питанием, при необходимости переопределяя параметры АРМ BIOS.

В некоторых компьютерах применяется ряд различных настроек управления питанием (в параметрах BIOS), которые необходимы в том случае, когда операционная система не под держивает ACPI. Некоторые наиболее распространенные параметры приведены в табл. 7.4.

Таблица 7.4. Распространенные параметры управления питанием Параметр Описание ACPI Function Может использоваться только при условии поддержки ACPI операционной системой (поддержка реализована во всех версиях Windows, начиная с Windows 98) Power Management Позволяет выбрать тип энергосбережения для режимов Doze, Standby и Suspend Далее приводятся параметры отдельных режимов:

Max Saving — максимальный уровень энергосбережения {в каждом режиме период простоя равен 1 мин);

User Define — позволяет настроить индивидуально каждый режим (время лрос~оя указывается в разделе каждого режима);

Min Saving — минимальное энергосбережение (в каждом режиме период простоя равен 1 ч, кроме жесткого диска) PM Control by АРМ Если системой поддерживается интерфейс АРМ, установка этого параметра в значение Yes позволяет добиться более экономного использования энергии Video Off Method Позволяет указать метод отключения экрана V/H SYNC+Blank Предназначен для отключения портов вертикальной/горизонтальной синхронизации и записи пробелов в буфер видеоадаптера DPMS Support Используется в том случае, если монитором поддерживается стандарт DPMS. Для выбора параметров энергосбережения следует воспользоваться программным обеспечением видеоадаптера Blank Screen Предназначен для записи в видеобуфер пустых полей Video Off After Позволяет указать режим, с помощью которого монитор отключится при переходе системы от режима меньшего энергосбережения к большему 226 Глава 7. Блоки питания и батареи Окончание табл. 7. Параметр Описание MODEM Use IRQ Укажите линию запроса прерывания, используемую модемом (если модему действительно назначено прерывание). Активность указанной линии запроса прерывания приведет к "пробуждению" системы Doze Mode После указанного времени простоя системы частота процессора снижается до 10 или 25% номинальной. Все остальные устройства будут функционировать в стандартном режиме Standby Mode После указанного времени простоя тактовый генератор процессора останавливается, жесткий диск переходит в состояние простоя, а кэш-память второго уровня переходит в режим энергосбережения. Все остальные устройства будут функционировать в стандартном режиме Suspend Mode После указанного времени простоя набор микросхем материнской платы входит в аппаратный режим ожидания, останавливая тактовый генератор процессора и переводя остальные'системные устройства в режим сохранения энергии HDD Power Down После указанного времени простоя устройства IDE, совместимые со спецификацией АТА-2 и более поздними версиями, берут на себя управление питанием, переходя в режим простоя после указанной задержки и возвращаясь в нормальное состояние при получении запроса Throttle Duty Cycle При переходе в режим Doze генератор тактовой частоты процессора работает только часть времени. Можно указать процент от общего времени работы тактового генератора процессора VGA Active Monitor С использованием этого параметра активность видеоадаптера приведет к перезапуску глобального таймера режима Standby Soft Off by PWR-BTTN При выборе значения Instant Off или Delay 4 Sec отключение системы кнопкой питания переведет компьютер в режим низкого энергопотребления немедленно или через 4 с.

Система получит минимум энергии, необходимой для ее запуска после нажатия кнопки питания на корпусе или передачи сигнала Resume by Ring CPUFAN Off in Suspend Предназначен для отключения вентилятора процессора с переходом в режим Suspend Resume by Ring С использованием этого параметра входящий сигнал на последовательной линии Ring Indicator (другими словами, входящий звонок на модем) приводит к запуску системы из режима программного отключения Resume by Alarm Необходим для указания времени и даты запуска компьютера по сигналу часов реального времени Date (of Month) Alarm Дата срабатывания сигнала пробуждения Time (hh:mm:ss) Alarm Время срабатывания сигнала пробуждения Wake Up On LAN При установке этого параметра входящий сигнал из локальной сети приводит к пробуждению компьютера Указание значений Enabled или SuspendDisabled позволит контролировать линии запроса IRQ8 Break [Event From] прерывания IRQS (часы реального времени), чтобы событие данного прерывания не выводило систему из режима Suspend При указании этого параметра событие, генерируемое каждым устройством в списке, Reload Global Timer Events приведет к перезапуску таймера режима Standby:

IRQ3-7, 9-15, NMI Primary IDE Primary IDE Secondary IDE Secondary IDE Floppy Disk Serial Port Parallel Port Параметры управления питанием в BIOS применяются для работы со старыми операцион ными системами или не поддерживающими ACPI, например Windows 95 и DOS. Операционная система Linux отличается развитой поддержкой ACPI, реализованной благодаря компании Intel;

дополнительная информация доступна на Web-узле h t t p : / / a c p i. s o u r c e f o r g e. n e t.

В Windows 98/Me, Windows 2000 и Windows XP параметрами управления питанием лучше управлять непосредственно из операционной системы, а не из меню BIOS. Большинство порта тивных компьютеров обладают собственным программным обеспечением для управления пита нием, дополняющим функции ACPI операционной системы.

Управление питанием J Глава Шины расширения В стремлении наделить ноутбуки возможностями настольных ПК ассоциация PCMCIA (Personal Computer Memory Card International Association) представила несколько стандартов для адаптеров расширения размером с кредитную карту, предназначенных для установки в небольшие разъемы портативных компьютеров. В некоммерческую ассоциацию PCMCIA, основанную в 1989 году, входят 85 компаний со всего мира. Ее целью было утверждение технических стандартов технологии PC Card, разработка которой стала истинным торжест вом научной мысли над идеями рыночного маркетинга относительно закрытых стандартов.

Термин Memory Card в аббревиатуре PCMCIA связан со спецификацией версии 1.0, которая была выпущена в сентябре 1990 года и описывала исключительно карты памяти. Версия 2.0, представленная в сентябре 1991 года, уже содержала поддержку адаптеров ввода-вывода. После дующие версии расширяли стандарт еще больше, добавляя высокопроизводительные режимы, сниженное энергопотребление и улучшенную совместимость с другими технологиями. Совре менный стандарт PC Card (версия 8.0) предоставляет множество возможностей и функций, поэтому в значительной мере превосходит первоначальную спецификацию карт памяти.

Стандарт PC Card (PCMCIA) Хотя изначально такие адаптеры назывались PCMCIA Card, после второй версии специфи кации, вышедшей в 1991 году, официальным названием стало PC Card. Несмотря на это, до сих пор многие называют адаптеры PCMCIA Card, что неправильно с технической точки зрения.

Спектр применения современных адаптеров PC Card чрезвычайно широк;

с их помощью можно существенно расширить функциональность портативного компьютера. Практически любым интерфейсом, добавляемым к настольному компьютеру с помощью шин ISA или PCI, можно оснастить и ноутбук благодаря адаптерам PC Card.

Разъемы PC Card позволяют добавить к ноутбуку порты USB, FireWire, RS-232, парал лельные порты, сотовые и факс-модемы, порты Parallel или Serial ATA, адаптеры SCSI, адап теры проводных или беспроводных локальных сетей, жесткие диски формфактора 1,8 дюйма, ТВ-тюнеры, аудиоадаптеры, платы GPS (глобальной системы позиционирования) и множе ство других устройств. Если компьютер оснащен разъемами PC Card, совместимыми со стан дартом PCMCIA, к ним можно подключить любой адаптер PC Card, который будет автомати чески распознан компьютером.

Хотя в базовой спецификации PC Card описывались только карты памяти, это стало наи менее популярной сферой их применения, а потому в настоящее время карты памяти PCMCIA (называемые "линейными", чтобы подчеркнуть их отличие от адаптеров флэш памяти) практически не используются. Карты памяти PCMCIA проектировались в те време на, когда системы работали значительно медленнее и считалось, что открывать корпус порта тивного компьютера для установки дополнительной памяти в виде модуля с микросхемами будет слишком сложной и трудоемкой задачей. Внешние карты памяти представляли собой эффективный способ модернизации системы. По сравнению со стандартными модулями SIMM и DIMM первые карты памяти PCMCIA были очень дорогими. Кроме того, они рабо тали значительно медленнее. Оригинальная шина PC Card была основана на медленной шине ISA и работала на частоте 10 МГц, которой было вполне достаточно для компьютеров лишь в 1990 году. Постепенно производители перешли на использование меньших по размеру и бо лее быстродействующих модулей SO-DIMM, которые устанавливаются в гнездо под крыш кой корпуса и работают на высоких частотах.

Типы шин PC Card Адаптеры PC Card предоставляют возможность расширения функциональности порта тивных компьютеров, аналогичную модернизации настольных ПК. Существует два стандарта PC Card: шина PC Card-16 (16 бит) и CardBus (32 бит). Шина PC Card-16 работает на частоте 10 МГц и выполняет передачу 16-разрядных данных максимальной пропускной способно стью 20 Мбайт/с. Шина является мобильным эквивалентом устаревшей шины ISA Шина 230 Плавав. Шины расширения CardBus работает на частоте 33 МГц и передает 32-разрядные данные с максимальной пропу скной способностью в 133 Мбайт/с (аналог шина PCI). В табл. 8.1 приведены различия меж ду шинами PC Card-16 и CardBus.

Таблица 8. 1. Типы шин PC Card Возможность PC Card-16 CardBus Напряжение,В 5/3,3 3, Дизайн ISA PCI Не используются совместно Прерывания Используются совместно Частота, МГц 10 Ширина шины данных, бит 8/ Пропускная способность, Мбайт/с 20 Хотя в обеих шинах используются одинаковые 68-контактные разъемы, они обладают различными ключевыми контактами, что позволяет подключать адаптеры PC Card-16 к разъ ему CardBus, но не наоборот. Всеми разъемами CardBus поддерживаются адаптеры PC Card- и CardBus. Практически все портативные компьютеры на базе процессоров 486 и Pentium оснащались разъемами PC Card-16. Портативные компьютеры, выпущенные после 1996 года, содержат разъемы CardBus. Если система имеет два разъема, в некоторых случаях только одним из них поддерживаются адаптеры CardBus.

Если неизвестно, разъемом какого типа оснащен ноутбук, обратитесь к документации. Если в ней указано, что разъемами поддерживается стандарт PCMCIA 2JC, следовательно, речь идет о поддержке только адаптеров PC Card-16, поскольку адаптеры CardBus были включены в стан дарт Зл" и выше. Обычно если разъемами поддерживаются адаптеры CardBus, это явным обра зом указывается в документации. Адаптеры CardBus содержат специальный металлический щи ток с выпуклостями, предотвращающий установку таких адаптеров в разъем PC Card 2х.

Поскольку адаптеры CardBus основаны на шине PCI, они могут совместно использовать линии запроса прерываний (IRQ) с помощью технологии IRQ steering. Такая возможность недоступна для адаптеров PC Card-16. Механизм IRQ steering предоставляет операционной системе возможность перепрограммирования и совместного использования линий запроса прерываний во время повторной балансировки ресурсов Plug and Play. При использовании адаптеров PC Card-16, не поддерживающих совместное использование прерываний, операци онная система может оказаться не в состоянии выделить достаточное количество свободных прерываний для всех установленных устройств. В итоге некоторые устройства окажутся от ключенными в окне Диспетчер устройств (Device Manager).

Как уже отмечалось, большинство новых быстродействующих адаптеров PC Card исполь зуют интерфейс CardBus, который поддерживается практически всеми современными порта тивными компьютерами. Тем не менее стоит лишний раз проверить наличие поддержки CardBus в ноутбуке, прежде чем приобретать соответствующий адаптер. Адаптеры медленных интерфейсов (например, модемы) обычно используют интерфейс PC Card-16, поскольку модемам более чем достаточно пропускной способности в 20 Мбайт/с. Однако технология IRQ steering делает интерфейс CardBus более привлекательным не только за счет повышен ной пропускной способности.

Например, компания Adaptec производит два адаптера PC Card SCSI, которые называют ся АРА-1460 (PC Card-16) и АРА-1480 (CardBus). Адаптер 1460 предоставляет интерфейс Fast-SCSI, а адаптер 1480 — интерфейс Ultra-SCSI, которым поддерживается вдвое большая пропускная способность. Адаптер 1460 работает в любой системе, содержащей разъем PC Card.

В свою очередь, адаптер 1480 предназначен только для разъемов CardBus, устанавливаемых в ноутбуках, выпущенных после 1996 года. Переход на адаптер 1480 позволяет сократить вре мя резервного копирования на магнитную ленту почти в два раза, а накопитель CD-ROM, под ключенный посредством интерфейса SCSI, работает с максимальной производительностью.

В большинстве случаев, когда есть возможность выбора между адаптером PC Card- и CardBus, выбирайте последний.

Стандарт PC Card (PCMCIA) Типы адаптеров PC Card В стандарте PC Card определено три физических типа адаптеров PC Card, которые отно сятся как к PC Card-16, так и к CardBus. Эти типы адаптеров приведены в табл. 8.2.

Таблица 8.2. Типы адаптеров PC Card Объем, см Тип адаптера PC Card Длина, мм Ширина, мм Толщина, мм (дюймов3) (дюймов) (дюймов) (дюймов) Typel 54,0(2,13) 85,6(3,37) 3,3(0,13) 15,25(0,93) Typell 54,0(2,13) 85,6(3,37) 5,0(0,20) 23,11(1,41) Typell 54,0(2,13) 85,6(3,37) 10,5(0,41) 48,54(2,915) Как видите, все адаптеры PC Card имеют одинаковую длину/ширину и отличаются только толщиной. Все адаптеры физически совместимы, поэтому если в разъем можно установить адаптер Туре III, значит, подойдут и адаптеры Туре II или Туре I. В разъем для адаптеров Туре II можно установить адаптер Туре I, но не Туре III. Очень редко в портативных компьютерах устанавливает ся разъем для адаптеров Туре I, в который можно устанавливать лишь адаптеры Туре I.

В большинстве компьютеров разъемы PC Card устанавливаются один над другим. В верх ний разъем можно установить адаптер Туре II или Туре I, а в нижний — адаптеры всех типов.

К сожалению, при установке адаптера Туре III в нижний разъем, адаптер занимает место, вы деленное под верхний разъем, что делает невозможной установку второго адаптера. Во мно гих современных портативных компьютерах присутствует только один разъем PC Card, кото рый поддерживает установку адаптеров всех типов. Некоторые многофункциональные сете вые адаптеры/модемы Туре II или Туре I могут иметь утолщение в районе контактов, иногда препятствующие установке второго адаптера.

Замечание Компания Toshiba предложила адаптеры Туре IV, которые имеют еще большую толщину, чем Type III.

Их предполагалось использовать для создания жестких дисков формата PC Card. Новый тип адат еров не был поддержан ассоциацией PCMCIA, поэтому адаптеры Туре IV не получили должного распространения.

Адаптер PC Card обычно поставляется в качестве запаянного металлического корпуса с 68-контактами интерфейса PCMCIA на одной из сторон адаптера. С другой стороны адаптера могут размещаться разъемы для кабелей, используемые при подключении адаптера к теле фонной линии, локальной сети или другому внешнему устройству. Сравнительный размер адаптеров PC Card Type I, Type II и Type III показан на рис. 8.1.

Назначение контактов интерфейса PC Card показано в табл. 8.3.

В последних версиях стандарта PC Card представлены некоторые решения по увеличению скорости и эффективности работы интерфейса.

• Работа с напряжением питания 5 или 3,3 В. Адаптеры PC Card-16 работают с напря жением питания 5 или 3,3 В (зависит от адаптера). Адаптеры, работающие с более низ ким напряжением, потребляют меньше энергии и продлевают срок работы от батарей.

Все адаптеры CardBus работают с напряжением питания 3,3 В.

• Поддержка протоколов энергосбережения ACPI и АРМ. Эти протоколы позволяют переводить адаптеры в различные режимы энергосбережения, а также полностью от ключать подаваемое к ним питание.

• Поддержка технологии Plug and Play. Данная технология позволяет операционной системе автоматически настраивать адаптеры, исключая конфликты с другими уст ройствами.

• Стандарт PC Card ATA. Дает возможность производителям использовать протокол AT Attachment для выпуска жестких дисков формата PC Card или накопителей на ба зе флэш-памяти.

232 Глава 8. Шины расширения I Type I PC Card II Type II PC Card I I Type III PC Card I I 3, 3 MM 5, 0 MM 1 0, 5 MM Два (2) адаптера Type II Один(1) адаптер Type III Рис. 8.1. Типы адаптеров PC Card. Один или два адаптера Туре I или Туре II (верхний ряд посередине) могут быть установлены практически в каждом ноутбуке (средний ряд). Однако при установке в один разъем адаптера Туре III добавить второй адаптер в соседний разъем не удастся Таблица 8.3. Назначение контактов шин PC Card-16 и CardBus Контакт Контакт PC Card-16 CardBus PC Card-16 CardBus 1 GND GND GND GND 2 D3 -CD1 -CCD CADO 3 D4 CAD1 37 D11 CAD 4 D5 CAD3 D12 CAD D 5 CAD5 39 D13 CAD D7 D 6 CAD7 40 RFU 7 -CE1 CC/-BE0 41 D15 CAD 8 A10 CAD9 42 -CE2 CAD 9 -OE CAD11 -VS1 CVS A11 CAD12 44 -IORD/RFU 10 CAD 11 CAD A9 45 -IOWR/RFU CAD A 12 A8 CC/-BE1 CAD CPAR 47 A18 RFU 13 A A14 A19 -CBLOCK 14 -CPERR 15 -WE -CGNT A20 -CSTOP READY/-IREQ -CINT 50 A 16 -CDEVSEL 17 Vcc Vcc 51 Vcc Vcc 18 Vpp/Vcore Vpp/Vcore 52 Vpp/Vcore Vpp/Vcore CCLK A22 -CTRDY 19 A16 -CIRDY 54 A 20 A15 -CFRAME Стандарт PC Card (PCMCIA) Окончание табл. 8. Контакт PCCard-16 CardBus Контакт PCCard-16 CardBus 21 CC/-BE2 A24 CAD А А 22 A25 CAD CAD CVS Аб CAD20 -VS 24 А5 CAD21 RESET -CRST А4 -WAIT -CSERR 25 CAD -CREO A3 CAD 26 60 -INPACK/RFU CAD 27 А2 -REG CC/-BE А1 BVD2(-SPKR) CAD25 CAUDIO АО CAD26 BVD1(-STSCHG/-RI) CSTSCHG 29 DO CAD27 D8 CAD 30 D 3t CAD29 D9 CAD D2 RFU D10 CAD 32 -CCLKRUN 67 -CD2 -CCD 33 WP(-IOIS16) GND GND 34 GND GND • Реализация функций нескольких устройств в одном. Например, это может быть сете вой адаптер и модем.

• Шина ZV (Zoomed Video). Видеошина между адаптером PC Card и графическим адаптером системы обеспечивает быструю передачу видеоданных для приложений ви деоконференций, ТВ-тюнеров и декодеров MPEG.

• Система температурного контроля. Позволяет программному обеспечению обнару живать чрезмерный перегрев устройства и предупреждать об этом пользователя.

Программная поддержка PC Card Адаптерами PC Card поддерживается горячая замена, т.е. при наличии должной про граммной поддержки адаптер можно вынуть из разъема и заменить другим адаптером без пе резагрузки операционной системы. Если устройствами PC Card и операционной системой поддерживается стандарт Plug and Play (PnP), установка адаптера в разъем приводит к за грузке и настройке соответствующего драйвера.

Для обеспечения описываемых возможностей требуется два отдельных программных уровня, обеспечивающих интерфейс между адаптером PCMCIA (управляющим разъемами) и приложениями, использующими устройства PC Card (рис. 8.2). Эти уровни называются Socket Sendees и Card Services. Третий модуль (enabler) фактически занимается настройкой параметров адаптеров PC Card.

Модуль Enabler Уровень Card Services Уровень Socket Service:

Адаптер Разъем Разъем Рис. 8.2. Службы Socket Services и Card Services позволяют операционной системе обнаружить установку адаптера PC Card и настроить соответствующие аппаратные ресурсы системы 234 Плавав. Шины расширения Службы Socket Services являются программным интерфейсом уровня BIOS, изолирую щим программное обеспечение PC Card от системного аппаратного обеспечения и обнаружи вающим установку или удаление адаптера PC Card. Службы Card Services управляют автома тическим выделением системных ресурсов, например памятью и прерываниями, после того как Socket Services обнаружит установку адаптера.

Уровень Socket Services Набор микросхем PCMCIA, обеспечивающий взаимодействие между разъемами адапте ров и остальными системными компонентами, является единственным не полностью стан дартизированным элементом архитектуры PCMCIA. Производители портативных компью теров могут выбирать среди большого количества различных наборов микросхем. В результа те, в отличие от параллельных и последовательных портов, приложение или операционная система не имеют непосредственно доступа к аппаратному обеспечению разъема. В большин стве ноутбуков используется набор микросхем PCMCIA от компании Texas Instruments.

Для решения описанных выше проблем предназначен программный уровень Socket Services, необходимый для работы с аппаратными параметрами PCMCIA. Уровень обеспечи вает абстрагирование для всех других программных системных компонентов. Взаимодейст вие между драйвером и адаптером может осуществляться на особом уровне, однако интер фейс между драйвером Socket Services и программным обеспечением Card Services описан в стандарте PCMCIA.

Технология Socket Services применяется в виде драйверов устройств, резидентных про грамм, запущенных из командной строки DOS (или файла AUTOEXEC. BAT), а также службы Windows 9x/Me/NT/2000/XP. Службами Windows поддерживается большинство наборов микросхем PC Card, в том числе наборы компании Texas Instruments. Компьютер может быть оснащен несколькими адаптерами разъемов PC Card. Например, дополнительные разъемы могут быть предоставлены в док-станции. В последнем случае используется несколько драй веров Socket Services, взаимодействующих с одной программой Card Services.

Уровень Card Services Программное обеспечение Card Services взаимодействует со службой Socket Services и от вечает за назначение адаптерам PC Card соответствующих ресурсов. Адаптеры PC Card ни чем не отличаются от других типов адаптеров расширения, подключаемых к шине, поэтому требуют выделения определенных аппаратных ресурсов для взаимодействия с процессором и памятью компьютера.

Согласно стандарту PCMCIA компьютер должен назначать аппаратные ресурсы различ ным адаптерам по мере их установки в разъемы. Программное обеспечение Card Services ре шает эту проблему благодаря набору аппаратных ресурсов, которые выделяются устройствам по мере необходимости и освобождаются, как только необходимость в ресурсах исчезает.

Например, если в системе установлены два разъема PC Card, программное обеспечение Card Services может быть настроено на использование двух аппаратных прерываний, двух портов ввода-вывода и двух адресов памяти, вне зависимости от наличия адаптеров в разъе мах в момент загрузки. Ни одно из остальных устройств компьютера не сможет использовать эти аппаратные ресурсы. При установке адаптера в разъем программное обеспечение Card Services назначает определенные значения для параметров, запрошенных устройством, что позволяет обеспечить уникальность аппаратных ресурсов, выделяемых адаптерам.

Программное обеспечение Card Services не является эквивалентом подсистемы Plug and Play. По сути, в Windows 9x/Me/2000/XP используется Plug and Play для назначения адап терам аппаратных ресурсов. В остальных операционных системах ресурсы Card Services могут выделяться с помощью параметров командной строки. В системах, не поддерживающих спецификацию Plug and Play, необходимо настроить аппаратные ресурсы Card Services вруч ную;

это понадобится, например, для устройств, подключенных к шине ISA. Хотя Card Services не позволит назначить обоим адаптерам PC Card одинаковое прерывание, в архитек Стандарт PC Card (PCMCIA) туре PCMCIA нет механизмов предотвращения конфликтов между ресурсами Card Services и ресурсами, выделенными для других компонентов компьютера.

В системе может быть загружено несколько драйверов Socket Services и лишь одна програм ма Card Services, причем драйверы Socket Services должны быть загружены перед Card Services.

Модуль Enabler Несмотря на предоставляемые функции, службы Socket Services и Card Services не выпол няют фактической настройки аппаратных параметров адаптеров PC Card. Эта задача всшагает ся на программный модуль ЕпаЫег. Модуль получает назначенные параметры от Card Services и взаимодействует непосредственно с аппаратным обеспечением адаптера PC Card для указания соответствующих значений. Модуль Enabler включен в состав Windows, поддерживающих спе цификацию Plug and Play.

Замечание Адаптеры PC Card рекомендуется использовать с Windows 9x/Me/2000/XP. Комбинация систем управле ния памятью, поддержки Plug and Play, Card Services и Socket Services максимально упрощает процесс установки адаптера PC Card.

Например, в Windows NT 4.0 для установки адаптера PC Card в разъем требуется завер шение работы операционной системы и перезагрузка компьютера. Более того, для большин ства адаптеров PC Card в Windows NT 4.0 не существует драйверов. Аналогичные ограниче ния существуют и для DOS, где соответствующие драйверы должны быть загружены с помо щью файлов CONFIG. SYS И AUTOEXEC. BAT.

Если адаптеры PC Card планируется использовать в DOS, то программное обеспечение Socket Services, Card Services и Enabler придется запускать вручную. Обычно эти программы предоставляются производителем портативного компьютера в виде отдельного пакета под держки адаптеров PC Card для DOS. После установки файлов также понадобится инсталля ция драйверов для адаптеров, которые обычно предоставляются производителем адаптера.

Спецификация ExpressCard В феврале 2003 года ассоциация PCMCIA объявила о разработке новой спецификации с кодовым названием "NewCard", которая предназначена для замены адаптеров PC Card в су ществующих портативных системах..Позднее спецификация получила официальное назва ние ExpressCard. Спецификация ExpressCard, основанная на шине PCI Express, поддерживает меньший размер адаптера, более высокое быстродействие и более низкую стоимость по срав нению с существующими адаптерами PC Card. В отличие от PC Card, спецификация ExpressCard рассчитана как на портативные, так и на настольные компьютеры, потенциально поддерживая использование одних и тех же адаптеров в компьютерах обоих типов.

Хотя ассоциация PCMCIA является лидером в разработке новой спецификации, в проек те принимают участие такие организации, как PCI-SIG (Peripheral Component;

Interconnect Special Interest Group), USB-IF (USB Implemented Forum) и промышленная группа PC Quality/Ease of Use Roundtable. Компании Intel и Microsoft также оказывают поддержку разработке нового стандарта, как и несколько других основных игроков на рынке ПК.

На рис. 8.3 можно сравнить размер адаптера ExpressCard с 25-центовой монетой.

Далее перечислены основные преимущества адаптеров ExpressCard по сравнению с PC Card.

• Быстродействие. Адаптеры ExpressCard основаны на технологии последовательной шины PCI Express, обеспечивающей на порядок большую скорость работы, чем парал лельные шины PCI и ISA, используемые в адаптерах PC Card.

• Размер. Адаптеры ExpressCard примерно вдвое меньше и легче существующих адап теров PC Card.

Глава 8. Шины расширения Стоимость. Так как адаптеры ExpressCard основаны на технологии последовательной шины, используется меньшее количество контактов и сигналов, за счет чего уменьша ется стоимость производства адаптера.

Энергопотребление. Ожидается, что адаптерами ExpressCard будет использоваться меньше энергии, чем современными адаптерами PC Card.

Простота использования. Адаптеры ExpressCard используют инфраструктуру суще ствующих операционных систем и драйверов, что значительно упрощает их установку и настройку.

Рис. 8.3- Адаптер ExpressCard рядом с монетой в 25 центов Адаптеры ExpressCard будут поставляться в двух вариантах (различающихся размером):

единичной ширины (single-wide — SW) и двойной ширины (double-wide — DW). Адаптеры обоих типов обладают одинаковой длиной и толщиной, различие лишь в их ширине. Ожида ется, что в один разъем можно будет установить один адаптер DW или два адаптера SW.

Кроме того, в один разъем для адаптеров DW будет помещаться до двух адаптеров SW.

Высокоскоростные соединения В настоящее время для настольных и портативных компьютеров разработано два высоко скоростных устройства с последовательной шиной: USB и IEEE-1394, называемое также i.Link или FireWire. Эти высокоскоростные коммуникационные порты отличаются от стандартных параллельных и последовательных портов, установленных в большинстве современных ком пьютеров, более широкими возможностями. Преимущество новых портов состоит в том, что их можно использовать как альтернативу SCSI для высокоскоростных соединений с перифе рийными устройствами, а также подсоединять к ним все типы внешних периферийных уст ройств (т.е. в данном случае предпринята попытка объединения устройств ввода-вывода).

Зачем нужно последовательное соединение Новым направлением в развитии высокоскоростных периферийных шин является использование последовательной архитектуры. Для передачи информации в параллельной архитектуре, где биты передаются одновременно, необходимы линии, имеющие 8, 16 и более проводов. Можно предположить, что за одно и то же время через параллельный канал переда ется больше данных, чем через последовательный, однако на самом деле увеличить пропуск ную способность последовательного соединения намного легче, чем параллельного.

Параллельное соединение обладает рядом недостатков, одним из которых является фазо вый сдвиг сигнала, из-за чего длина параллельных каналов, например SCSI, ограничена Высокоскоростные соединения (не должна превышать 3 м). Проблема в том, что, хотя 8- и 16-разрядные данные одновремен но пересылаются передатчиком, из-за задержек одни биты прибывают в приемник раньше других. Следовательно, чем длиннее кабель, тем больше время задержки между первым и по следним прибывшими битами на приемном конце.

Последовательная шина позволяет единовременно передавать 1 бит данных. Благодаря отсутствию задержек при передаче данных значительно увеличивается тактовая частота.

Например, максимальная скорость передачи данных параллельного порта ЕРР/ЕСР достига ет 2 Мбайт/с, в то время как порты IEEE-1394 (в которых используется высокоскоростная последовательная технология) поддерживают скорость передачи данных, равную 400 Мбит/с (около 50 Мбайт/с), т.е. в 25 раз выше. Скорость передачи данных современных интерфейсов IEEE-1394b (FireWire 800) достигает 800 Мбит/с (или около 100 Мбайт/с), что в 50 раз пре вышает скорость передачи параллельного порта! Наконец, быстродействие интерфейса USB 2.0 достигает 480 Мбит/с (около 60 Мбайт/с).

Еще одно преимущество последовательного способа передачи данных— возможность использования только одно- или двухпроводного канала, поэтому помехи, возникающие при передаче, очень малы, чего нельзя сказать о параллельном соединении.

Стоимость параллельных кабелей довольно высока, поскольку провода, предназначенные для параллельной передачи, не только используются в большом количестве, но и специаль ным образом укладываются, чтобы предотвратить возникновение помех, а это весьма трудо емкий и дорогостоящий процесс. Кабели для последовательной передачи данных, напротив, очень дешевые, так как состоят из нескольких проводов и требования к их экранированию намного ниже, чем у используемых для параллельных соединений.

Именно поэтому, а также учитывая требования внешнего периферийного интерфейса Plug and Play и необходимость устранения физического нагромождения портов в портатив ных компьютерах, были разработаны эти две высокоскоростные последовательные шины, используемые уже сегодня. Несмотря на то что шина IEEE 1394 изначально была предназна чена для узкоспециализированного использования (например, с видеокамерами стандарта DV), в настоящий момент она применяется и с другими устройствами, например с профессиональ ными сканерами и внешними жесткими дисками.

Универсальная последовательная шина USB В USB реализована возможность подключения большого количества периферийных устройств к компьютеру. При подключении устройств к USB не нужно устанавливать платы в разъемы сис темной платы и реконфигурировать систему;

кроме того, экономно используются такие важные системные ресурсы, как IRQ (запросы прерывания). При подключении периферийного оборудо вания к персональным компьютерам, оснащенным шиной USB, его настройка происходит автома тически, сразу после физического подключения, без перезагрузки или установки. Шина USB по зволяет одновременно использовать до 127 устройств, причем такие периферийные устройст ва, как монитор или клавиатура, могут предоставлять дополнительные разъемы и выступать в качестве концентраторов USB.

Основным инициатором разработки стандарта USB выступила Intel. Начиная с набора микросхем системной логики Triton II (82430НХ), в котором стандарт USB был воплощен в микросхеме РПХЗ South Bridge, компания Intel поддерживает этот стандарт во всех наборах микросхем системной логики.

Совместно с Intel над созданием универсальной последовательной шины работали еще семь компаний, среди которых Compaq, Digital, IBM, Microsoft, NEC и Northern Telecom. Ими был создан USB Implement Forum (USB-IF), целью которого является развитие, поддержка и распространение архитектуры USB.

Первая версия USB анонсирована в январе 1996 года, а версия 1.1 — в сентябре 1998 года.

В этой спецификации более подробно описаны концентраторы и другие устройства. Боль шинство устройств USB должны быть совместимы со спецификацией 1.1, даже если они вы пущены до ее официального опубликования. В появившейся относительно недавно специфи 238 Плавав. Шины расширения кации USB 2.0 скорость передачи данных в 40 раз выше, чем в оригинальной USB 1.0;

кроме того, обеспечивается полная обратная совместимость устройств. Платы расширения PCI (для настольных систем) и платы PC Card Cardbus-совместимых портативных компьютеров позволяют модернизировать компьютеры ранних версий, не имеющие встроенных разъемов USB. В настоящее время практически все системные платы имеют в стандартной комплекта ции четыре и более порта USB 2.0. Портативные компьютеры отличались более низкой про изводительностью, что продолжалось до начала 2003 года, когда порты USB 2.0 появились в ноутбуках в качестве стандартных компонентов.

Технические характеристики USB Универсальная последовательная шина версии 1.1 — это интерфейс, работающий со ско ростью 12 Мбит/с (1,5 Мбайт/с) и основанный на простом 4-проводном соединении. Эта ши на поддерживает до 127 подключаемых устройств и использует топологию звезды, построен ную на расширяющих концентраторах, которые могут входить в персональный компьютер, любое периферийное устройство USB и даже быть отдельными устройствами.

Для таких низкоскоростных периферийных устройств, как клавиатура и мышь, в универ сальной последовательной шине предусмотрен более "медленный" подканал, работающий со скоростью 1,5 Мбит/с.

В USB используется кодирование данных NRZI (Non Return to Zero Invent). В этом мето де кодирования изменение уровня напряжения соответствует 0, а его отсутствие — 1. Схема кодирования данных NRZI весьма эффективна, поскольку при ее использовании не нужны дополнительные сигналы, например синхроимпульсы. Последовательность нулей означает переход с одного уровня на другой каждый бит времени;

последовательность единиц означает длительный промежуток времени, при котором изменения данных не происходит. Этот эффективный метод кодирования передачи данных отменяет необходимость в дополнительных тактовых импульсах, которые занимали бы время и снижали пропускную способность шины.

Для одновременного подключения нескольких устройств USB необходимо использовать концентратор. С помощью концентратора к одному порту USB можно подключить клавиатуру, мышь, цифровую камеру, принтер, телефон и т.д. В компьютере устанавливается модуль, назы ваемый корневым концентратором, — начальная точка для подключения всех остальных уст ройств. Практически все системные платы имеют два или четыре порта USB. В некоторых сис темах порты USB размещены на передней панели компьютера, что очень удобно для подключе ния таких устройств, как цифровые камеры или считыватели данных с флэш-карт.

Благодаря звездообразной топологии концентраторы позволяют подключить множество устройств. Каждая точка подключения именуется портом. Большинство концентраторов имеют четыре или восемь портов, что далеко не предел. Кроме того, к портам одного концен тратора можно подключать дополнительные концентраторы. Концентратор управляет как непосредственно подключением, так и распределением энергии между подключенными уст ройствами. Типичный концентратор показан на рис. 8.4.

Кроме предоставления дополнительных портов для подключения периферийных уст ройств, концентратор занимается распределением энергии. Он динамически распознает под ключенное периферийное устройство и после инсталляции предоставляет ему по меньшей мере 0,5 Вт. В целом концентратор может подавать до 2,5 Вт энергии, что зависит от про граммного драйвера устройства.

^>|_^^^ Совет Для повышения надежности передачи данных рекомендуется использовать концентратор с собственным энергообеспечением, подключенный в адаптер АС. Концентраторы, питание к которым подается по шине, подключенной к разъему USB основного концентратора системы, далеко не всегда могут обеспечить дос таточную мощность энергоемким устройствам наподобие оптической мыши.

Высокоскоростные соединения Рис. 8.4. Типичный концентратор Новому подключенному концентратору присваивается уникальный адрес;

устройства можно масштабировать до пяти уровней в глубину (рис. 8.5). Концентратор выступает в роли двунаправленного ретранслятора и транслирует сигналы USB как во входном (к ПК), так и в нисходящем (к устройству) потоках. Кроме того, концентратор осуществляет контроль за сигналами и обрабатывает адресованные ему транзакции. Все другие транзакции передаются к подключенным устройствам. Концентратор USB 1.1 поддерживает как высокоскоростную передачу данных (12 Мбит/с), так и низкоскоростную (1,5 Мбит/с).

Максимальная длина кабеля между двумя работающими на предельной скорости (12 Мбит/с) устройствами или устройством и концентратором — пять метров. В кабеле ис пользуется экранированная витая пара (толщина провода — 20). Максимальная длина кабеля для низкоскоростных (1,5 Мбит/с) устройств при использовании нескрученной пары прово дов — три метра. Причем эти расстояния уменьшаются, если используется более тонкий про вод (табл. 8.4).

Системный блок Клавиатура Монитор (основное устройство/ (концентратор/устройство) (концентратор/устройство) концентратор) Световое перо (устройство) Концентратор (концентратор) Телефон (устройство) Мышь (устройство) Микрофон Акустическая система (устройство) (устройство) Рис. 8.5. В персональном компьютере может использоваться несколько концентраторов USB для под ключения различных периферийных устройств, причем любое устройство можно подсоединить к любо му концентратору 240 Плавав. Шины расширения Таблица 8.4. Зависимость максимальной длины кабеля от удельного сопротивления проводов Удельное сопротивление, Ом/м Толщина, мм Длина (макс), м 28 0, 0, 26 1, 0, 24 2, 0, 22 3, 0, 20 5, 0, Скорость передачи данных, поддерживаемая стандартом USB 1.1, ниже, чем при передаче данных по FireWire или SCSI, но ее вполне достаточно для подключения периферийных устройств. Интерфейс USB 2.0 работает примерно в 40 раз быстрее, чем USB 1.1;

скорость пере дачи данных достигает 480 Мбит/с (или 60 Мбайт/с). К сожачению, стандарт USB 2.0 все еще не получил широкого распространения, поэтому систем или устройств, совместимых с этим стан дартом, довольно мало. Если вы собираетесь с помощью дополнительной платы USB модерни зировать систему, не имеющую портов USB, воспользуйтесь для этого USB 2.0-совместимой платой (даже если в системе нет каких-либо устройств, совместимых с USB 2.0). Одним из свойств USB 2.0 является возможность выполнения параллельных операций, что позволяет уст ройствам USB 1.1 передавать данные одновременно, не переполняя канал шины USB.

При первом запуске Windows XP драйверы USB 2.0 не устанавливаются. Они могут быть загружены из сетевых источников или получены из служебного пакета обновлений (service pack), который будет выпущен после всестороннего тестирования периферийных устройств USB 2.0 в среде Windows XP. К платам расширения USB 2.0 зачастую прилагаются собствен ные драйверы.

Разъемы USB Существует четыре типа разъемов (штепселей) USB — А и В, Mini-A и Mini-B.

Разъем типа А используется для организации входного/исходящего потока данных между устройством и портом/концентратором USB. Порты USB, имеющиеся в системных платах и концентраторах, обычно относятся к серии А. Разъемы серии В разработаны для передачи ис ходящего потока данных к устройству с отсоединяемыми кабелями. В любом случае мини разъемы являются просто уменьшенной версией стандартных разъемов, имеющей физически меньший формфактор.

Разъемы USB совсем небольшие (особенно мини-разъемы), что выгодно отличает их от последовательных и параллельных кабелей, которые, кроме всего прочего, приходится при креплять винтами или держателями. У разъема USB нет контактов, которые могут погнуться или сломаться, поэтому надежность разъема очень велика. Внешний вид разъемов и портов USB представлен на рис. 8.6.

Рис. 8.6. Разъемы и гнезда USB Высокоскоростные соединения Обратите внимание, что гнездо Mini-A/B характеризуется двойным назначением, т.е. под держивает как разъем Mini-A, так и разъем Mini-B. Новые мини-разъемы и гнезда имеют внутри соединителей пластиковые элементы, которые маркированы так, как указано в табл. 8.5.

Таблица 8.5. Цветная маркировка разъемов и гнезд USB типа Mini-A/B Цвет Разъем Гнездо Mini-A Белый Разъем Mini-A Белый Гнездо Mini-B Черный Разъем Mini-B Черный Гнездо Mini-A/B Серый В табл. 8.6 и 8.7 представлено расположение выводов для разъемов и кабелей USB.

В большинстве систем присутствует одна или две пары разъемов типа А на задней ланели системного блока. Кроме того, у некоторых компьютеров есть одна или две пары разъемов на передней панели, что позволяет временно подключать некоторые устройства.

Таблица 8.6. Схема расположения выводов в разъеме USB серии А/В Цвет Контакт Сигнал Примечание Кабель питания Красный 1 VCC Белый 2 Данные (-) Зеленый Данные (+) Черный Общий Заземление кабеля Оболочка Защита Фильтр Нет Таблица 8.7. Схема расположения выводов в разъеме USB типа Mini-A/B Цвет Примечание Контакт Сигнал Кабель питания 1 Vbus Красный Белый Передача данных Данные (-) Передача данных Зеленый Данные(+) Идентификация разъемов А/В* Идентификатор Заземление кабеля Общий Черный Фильтр Оболочка Защита Нет * Используется устройством для различения разъемов Mini-A и Mini-B. Идентификатор подключен к общему выводу в разъеме Mini-A и не подключен (открыт) в Mini-B.

Устройство USB удовлетворяет требованиям технологии Plug and Play компании Intel, в том числе требованию горячего подключения, при котором оно может подсоединяться к компьютеру без выключения питания и перезагрузки системы. Нужно просто подключить устройство, после чего контроллер USB, установленный в компьютере, самостоятельно его обнаружит, а также до бавит необходимые для работы ресурсы и драйверы. Компания Microsoft уже разработала спе циальные драйверы USB и включила их в Windows 98 и Windows 2000.

Операционные системы Windows 95В и 95С обеспечивают весьма ограниченную под держку для стандарта USB 1.1;

необходимые драйверы не входят в состав изначальных вер сий Windows 95 или 95А. В Windows 95B драйверы USB не устанавливаются автоматически и поставляются отдельно, хотя в последней версии Windows 95 — Windows 95C — обеспечена встроенная поддержка USB. Большинство устройств USB не будут работать с любой версией Windows 95, даже несмотря на установленные драйверы поддержки USB.

Операционная система Windows 98 и более поздние версии имеют встроенную поддержку стандарта USB 1.1. Тем не менее для USB 2.0 требуются дополнительные драйверы, которые, как правило, можно загрузить с помощью сервисной программы обновления Windows (Windows Update).

Глава 8. Шины расширения Поддержка универсальной последовательной шины необходима также и в BIOS;

шина USB устанавливается в новых системах, имеющих встроенные порты USB. Существуют так же платы USB, с помощью которых можно добавить возможности универсальной последова тельной шины в уже существующие компьютеры. К USB можно подключить такие перифе рийные устройства, как модем, телефон, джойстик, клавиатура и устройство управления ука зателем (мышь).

Бесплатная утилита USBready (www.usb.org) позволяет проверить программное и ап паратное обеспечение компьютера на предмет поддержки USB. Большинство компьютеров, выпущенных до 1995 года, не поддерживают USB. Широкое распространение этого стандарта началось с 1996 года, поэтому в компьютерах, выпущенных с конца 1997 года, практически наверняка есть порты USB. Интересной особенностью USB является возможность подвода мощности ко всем подключаемым устройствам через шину. Благодаря поддержке Plug and Play система "опрашивает" подключаемое устройство о его энергетических потребностях и, если уровень мощности превосходит допустимый, выдает предупреждение. Это наиболее эффективно для портативных компьютеров, емкость батарей которых ограничена.

Несомненным достоинством интерфейса типа USB является то, что для обслуживания всех устройств универсальной последовательной шины требуется только одно прерывание.

Это означает, что можно присоединить 127 устройств и все они будут использовать одно пре рывание. В современных ПК так часто не хватает свободных адресов прерываний, что это, пожалуй, самое ценное достоинство US В.

USB2. Спецификация USB 2.0 обратно совместима с USB 1.1 и использует те же кабели, разъемы и программное обеспечение, однако предлагаемая скорость передачи данных в 40 раз выше, чем в оригинальной спецификации версий 1.0 и 1.1. Такое повышение производительности позволяет использовать более современную периферию — камеры для видеоконференций, сканеры, принтеры, устройства хранения данных. Для конечного пользователя USB 2.0 ничем не отличается от 1.1, за исключением производительности. Все существующие устройства USB 1.1 работают на меньшей скорости с шиной USB 2.O. Сравнительные данные о произво дительности разных версий USB приведены в табл. 8.8.

Таблица 8.8. Скорость передачи данных различных версий USB Мбит/с Интерфейс Мбайт/с USB 1.1 (низкая скорость) 1,5 0, USB 1.1 (высокая скорость) 12 1, USB 2.0 480 Если в системе или на системной плате имеются порты USB 2.0 (Hi-Speed USB), необхо димо обеспечить поддержку USB 2.0 в системной BIOS и установить соответствующий драй вер. В противном случае быстродействие портов USB 2.0 будет равнозначно быстродействию USB1.1.

Для работы с высокопроизводительными устройствами USB 2.0 необходим концентратор, поддерживающий эту же версию спецификации USB. Можно использовать старый концен тратор USB 1.1, но повышения производительности устройств USB 2.0 достичь не удастся (максимальная скорость передачи данных будет ограничена 1,5 Мбайт/с). Устройства, под ключенные к концентратору USB 2.0, будут работать на максимальной скорости — около 60 Мбайт/с для USB 2.0 и 1,5 Мбайт/с для USB 1.1.

Для одновременной совместной работы устройств USB2.0 и 1.1, подключенных к высоко производительному концентратору USB 2.0, используется сложная система буферизации вхо дящих данных. Таким образом, каждое устройство будет работать на максимально возможной скорости. При взаимодействии с подключенным периферийным устройством USB 2.0 концен тратор просто повторяет высокоскоростные сигналы;

тем не менее при обработке данных, пере Высокоскоростные соединения даваемых к устройству USB 1.1 и от него, концентратор буферизирует транзакцию и уменьшает скорость передачи данных от высокоскоростного хост-контроллера 2.0 (в ПК) к устройству USB 1.1. Таким образом устройства USB 1.1 могут одновременно работать с периферийными устройствами стандарта USB 2.0, что не отразится существенно на пропускной способности се ти. Устройства и концентраторы USB 2.0 были представлены ведущими производителями и в настоящее время получили самое широкое распространение. Устройства USB 2.0, в отличие от USB 1.1, можно установить внутри системы. Некоторые производители плат расширения USB 2.0 оснащают платы как внутренними, так и внешними портами USB.

Как определить, какие устройства поддерживают стандарт USB 1.1, а какие стандарт USB 2.0? В конце 2000 года организация USB Implemented Forum (USB-IF), которая являет ся владельцем и разработчиком стандартов USB, представила новые логотипы (рис. 8.7) для изделий, прошедших сертификационные испытания. Как видите, стандарт USB 1.1 теперь на зывается просто USB, а стандарт USB 2.0 получил название Hi-Speed USB.

Рис. 8.7. Новые логотипы USB 1.1-совместимых (слева) и USB 2.0-совместимых (справа) устройств Кабели, разъемы, концентраторы и периферийные устройства USB можно также иденти фицировать благодаря обозначениям, показанным на рис. 8.8. Символ "+", добавленный к значку справа, указывает на то, что порт или устройство поддерживают стандарт USB 2. (Hi-Speed USB) наравне с USB 1.1.

Поддержка USB 1.x Поддержка USB 2.0 и 1.х Рис. 8.8. Значки на кабелях, разъемах, концентраторах и периферийных устройствах USB Стандарт USB On-The-Go В декабре 2001 года USB-IF выпустила дополнение к стандарту USB 2.0, получившее название USB On-The-Go. Стандарт был разработан для того, чтобы устранить один из ос новных недостатков USB — обязательное наличие ПК для передачи данных между двумя внешними устройствами. Другими словами, невозможно подключить две цифровые камеры друг к другу и передавать между ними изображения без компьютера, выступающего в качест ве "дирижера" передачи данных. Соответствующие устройства USB On-The-Go все равно можно подключать к ноутбуку, а при прямом подключении к другим устройствам пользова тель получает ряд новых возможностей.

Хотя стандарт USB On-The-Go и совместим с периферийными устройствами ПК, основ ной сферой его применения являются устройства USB, относящиеся к бытовой электронике.

Такие устройства, как цифровые видеомагнитофоны, теперь можно подключать к другим ви деомагнитофонам для передачи записанных фильмов или клипов;

можно передавать данные с одного карманного компьютера на другой и т.д.

Глава 8. Шины расширения Адаптеры USB Если у вас есть несколько устройств, а системная плата поддерживает последнюю версию спецификации USB, можно приобрести специальные адаптеры-преобразователи. Существу ют следующие типы таких адаптеров:

• USB-параллельный порт (принтер);

• USB-последовательный порт;

• USB-SCSI;

• USB-Ethernet;

• USB-клавиатура/мышь;

• USB-TV/video.

Рассмотрим эти устройства более подробно. Если модуль представляет собой однокомпо нентное устройство, активные электронные схемы собираются вместе с кабелем в корпусе моду ля либо монтируются на одном из концов кабеля. Электронные схемы, питание к которым пода ется по шине USB, преобразуют поступающие сигналы в сигналы, соответствующие интерфейсу второго устройства. Если у вас нет возможности установить плату базового адаптера, использо вать устройство с помощью порта USB намного лучше, чем вообще отложить его в сторону.

Например, адаптер USB-to-Ethernet позволяет подключать компьютер к широкополосным Intenet-устройствам, таким, как кабельный или DSL-модем.

Тем не менее подобные адаптеры имеют ряд недостатков. Прежде всего это высокая цена:

адаптеры стоят от 30 до 100 долларов. Это может показаться невероятным, но адаптер USB-to Parallel, необходимый для подключения принтера, стоит 40 долларов, что составляет примерно половину общей стоимости устройства печати. Кроме того, существуют и другие ограничения.

Например, преобразователь USB-to-Parallel работает только с принтерами и не подходит для подключения сканеров, цифровых фотоаппаратов, внешних накопителей и других параллельно подключаемых устройств. Поэтому, приобретая адаптер, убедитесь, что он подходит к тому или иному устройству. В том случае, если необходимо использовать несколько различных уст ройств, позаботьтесь о приобретении специальных концентраторов USB, которые содержат пор ты различных типов. Такие концентраторы иногда называют многофункциональными концен траторами USB, репликаторами USB-портов или установочными станциями USB. Их стои мость значительно выше, чем у концентраторов, содержащих только порты USB, но в то же время гораздо ниже общей стоимости концентратора USB и двух или более адаптеров USB.

Для подключения двух компьютеров обратите внимание на адаптер прямого соединения USB. С помощью этого типа устройств можно создать USB-сеть. Это пригодится любителям сетевых игр для двоих игроков, когда каждый из них использует собственную систему. Кроме того, такой тип соединения обеспечивает более высокую скорость передачи данных, чем пря мое параллельное соединение. Также существуют специальные контроллеры USB, позво ляющие периферийному устройству использовать две и более USB-шины. Как прямое соеди нение, так и контроллеры USB технически не определены в официальной спецификации USB, хотя все равно имеют право на существование.

IEEE-1394 (FireWire или i.Link) В конце 1995 года отдел стандартов Института инженеров по электротехнике и электро нике (Institute of Electrical and Electronic Engineers — IEEE) опубликовал стандарт IEEE- (или сокращенно 1394). Эти цифры — порядковый номер нового стандарта, который явился результатом обширных исследований в области мультимедийных устройств. Его основное преимущество заключается в высокой скорости передачи данных. Сегодня скорость передачи, поддерживаемая этим стандартом, достигает 400 Мбит/с.

Высокоскоростные соединения Стандарты Текущая версия стандарта 1394 получила название 1394а (иногда ее называют по году опубликования стандарта — 1394а-2000). Стандарт 1394а предназначен для решения проблем, присущих оригинальной версии стандарта 1394 и связанных с совместимостью и многофунк циональностью. В этом стандарте реализованы те же разъемы и поддерживаются те же скоро сти передач, что и в оригинальном стандарте 1394.

Предлагаемый стандарт 1394b, как ожидается, будет поддерживать скорость передачи данных, равную 1 600 Мбит/с;

скорости передач будущих версий этого стандарта смогут дос тичь 3 200 Мбит/с. Стандарт 1394b будет поддерживать более высокие скорости, чем сущест вующие в настоящее время стандарты 1394/1394а. Это связано с внедрением новых сетевых технологий, в частности стеклянного и пластикового волоконно-оптических кабелей и кабеля UTP 5-й категории, а также с увеличением возможного расстояния между устройствами, использующими кабельное соединение 5-й категории, и улучшением принципа передачи сиг налов. Стандарт 1394b будет обратно совместим с устройствами 1394а. Стандарт 1394 также известен под двумя другими именами: i.Link и FireWire. Первое название используется ком панией Sony и является попыткой сделать этот стандарт более "дружественным" для конеч ных пользователей. Многие компании, занимающиеся производством устройств 1394 для ПК, поддержали инициативу Sony. Термин FireWire является зарегистрированной торговой мар кой компании Apple. Несмотря на это, в мае 2002 года компания Apple и организация 1394 Trade Association приняли соглашение, позволяющее производителям и дилерам, вхо дящим в ассоциацию, получать бесплатные лицензии торговой марки FireWire на разработку устройств, соответствующих стандарту 1394. При этом устройства должны предварительно пройти ряд специальных тестов. В компании Apple термин FireWire продолжает использо ваться в качестве рыночного названия устройств IEEE-1394. Например, FireWire 400 отно сится к 1ЕЕЕ-1394а-совместимой продукции, а термин FireWire 800 используется для обо значения устройств, отвечающих требованиям стандарта IEEE-1394b.

Технические характеристики 1394а Высокоскоростная локальная последовательная шина FireWire способна передавать данные со скоростью 100, 200 и 400 Мбит/с (12,5, 25 и 50 Мбайт/с), а при работе с некоторыми типами фай лов — до 1 Гбит/с. Большинство адаптеров ПК поддерживают скорость 200 Мбит/с (25 Мбайт/с), хотя текущие устройства могут работать только со скоростью 100 Мбит/с (12,5 Мбайт). К одному внутреннему адаптеру IEEE-1394 можно одновременно подключить до 63 устройств, которые раз мещаются по разветвленной цепочке или подключаются к единому шлейфу, не требуя наличия от дельного концентратора, хотя он и рекомендуется для устройств, которые будут отключать ся/подключаться в оперативном режиме. Кабель устройств IEEE-1394 позаимствован у игровой системы Nintendo GameBoy и состоит из шести проводов: по четырем передаются данные, а по двум осуществляется энергопотребление. Подключение к системной плате осуществляется с по мощью выделенного интерфейса IEEE-1394 или платы PCI. На рис. 8.9 показаны кабель, гнездо и разъем IEEE-1394.

Шина данных 1394 была создана на основе шины FireWire, изначально разработанной компаниями Apple и Texas Instruments;

кроме того, она является элементом нового стандарта последовательной шины Serial SCSI.

Эта шина использует простой 6-проводной кабель, состоящий из двух различных пар ли ний, предназначенных для передачи тактовых импульсов и информации, а также двух линий питания. Как и USB, IEEE-1394 полностью поддерживает технологию Plug and Play, в том числе возможность горячего подключения (установка и извлечение компонентов без отклю чения питания системы). По структуре шина 1394 не так сложна, как параллельная шина SCSI, и устройства, подключаемые к ней, могут потреблять от нее ток до 1,5 А. По производи тельности шина IEEE-1394 превосходит Ultra-Wide SCSI, стоит гораздо меньше, а подсоеди нить устройства к ней намного проще.

Глава 8. Шины расширения Стандартный 6-контактный 6-контактный порт IEEE-1394 кабель IEEE- 4-контактный кабель IEEE-1394, используемый в цифровых видеокамерах Рис. 8.9. Кабель, разъемы и соединитель шины IEEE- Шина 1394 построена на разветвляющейся топологии и позволяет использовать до 63 узлов в цепочке и подсоединять при этом к каждому узлу до 16 устройств. Если этого недостаточно, то можно дополнительно подключить до 1 023 шинных перемычек, которые могут соединять более 64 000 узлов! Кроме того, шина 1394 может поддерживать устройства, построенные на одной шине, но работающие на разных скоростях передачи данных, как и SCSI. Большинство адапте ров 1394 имеют три узла, каждый из которых поддерживает 16 устройств.

Подключить к компьютеру через шину 1394 можно все виды дисковых накопителей, вклю чая жесткие, оптические, CD- и DVD-ROM. К шине 1394 могут подключаться цифровые видео камеры, устройства с записью на магнитную ленту и многие другие высокоскоростные перифе рийные устройства. Шина 1394 используется в некоторых настольных и портативных компью терах в качестве замены или дополнения внешних высокоскоростных шин данных, таких, как USBHSCSI.

В настоящее время наборы микросхем системной логики, поддерживающие шину 1394, уже предлагаются производителями. Также поддержка работы с этой шиной встроена в Windows 95/98 и Windows NT/2000/XP. В настоящее время шина 1394 получила наиболее широкое распространение в области цифровых видеоустройств (камеры, видеомагнитофоны и т.д.). Подобные устройства выпускают компании Sony, Panasonic, Sharp, Matsushita и др.

Компания Sony не стала отступать от своих традиций и выпустила уникальный четырехкон тактный разъем, который можно подключить к карте PC Card IEEE-1394 только с помощью специального адаптера. Кроме того, Sony использует собственное название стандарта — i.Link. Помимо цифровых видеоустройств, стали появляться устройства обработки видеодан ных. Например, компании Adaptec и Texas Instruments выпускают адаптеры PCI, поддержи вающие IEEE-1394.

Цифровое видео и периферийные устройства IEEE-1394 становятся все более взаимосвя занными, поэтому многие адаптеры FireWire поставляются в комплекте с программным обеспечением по захвату и монтажу видео. Цифровая видеокамера или видеозаписывающее оборудование позволяют сделать ноутбук настоящим монтажным центром фильмов и видео клипов. Для этого, разумеется, нужна поддержка портов ввода-вывода IEEE-1394, реализация которых в системных платах встречается довольно редко.

Технические характеристики 1394b Спецификация 1ЕЕЕ-1394Б является вторым поколением стандарта 1394. Первые устройст ва, соответствующие стандарту IEEE-1394b (высокопроизводительные внешние накопители на жестких дисках), были представлены в январе 2003 года. В этом стандарте определены два но вых 9-жильных кабеля и соответствующие 9-контактные разъемы, обеспечивающие передачу данных по медному или волоконно-оптическому кабелю со скоростью 800-3200 Мбит/с. Кроме Высокоскоростные соединения того, в стандарт 1394b включены другие новые возможности, позволяющие еще больше увели чить скорость передачи данных.

• Самовосстанавливающиеся контуры. При неправильном подключении устройств 1394b, которое приводит к образованию логической петли, интерфейс выполняет автоматическую коррекцию. Аналогичное подключение устройств 1394а делало их дальнейшую работу невозможной и требовало правильного подключения кабеля.

• Постоянный сдвоенный симплекс. При использовании сдвоенных пар проводов каждая пара передает данные "своему" устройству, поэтому скорость передачи данных остает ся постоянной.

• Поддержка волоконно-оптического кабеля и сетевого кабеля САТ5, а также стандарт ного медного кабеля 1394а и 1394b.

• Улучшенная схема разрешения конфликтов между сигналами, которая позволяет повы сить производительность и длину используемого кабеля.

• Поддержка сетевого кабеля САТ5, несмотря на то что он использует пары контактов 1-2 и 7-8 только для повышения надежности. Это позволяет обойтись без применения пересекающихся кабелей.

В первых версиях стандарта IEEE-1394b используется новый 9-жильный интерфейс, со держащий две пары сигнальных проводов. Несмотря на это, были созданы две разные версии порта 1394b, которые обеспечивают возможность подключения 1394а-совместимых уст ройств к порту 1394b:

• бета-версия;

• двухстандартная версия.

Разъемы бета-версии используются только с устройствами 1394b, тогда как двухстандарт ная версия поддерживает разъемы того и другого типа (т.е. 1394а и 1394b). Разъемы и кабели имеют одинаковую схему расположения выводов, но отличаются формой и положением клю чей (рис. 8.10).

Кабельный разъем 1394b _L Гнездо двухстандартной версии (подходит как для стандартных, так и для кабелей бета-версии) Гнездо бета-версии Рис. 8.10. Двухстандартные кабели, бета-кабели и разъемы 1394b. В устройствах 1394b часто исполь зуются разъемы обеих версий Глава 8. Шины расширения Обратите внимание, что двухстандартные кабели и разъемы имеют более узкие пазы, чем ка бели и разъемы бета-версии, что предотвращает случайное подключение кабелей, предназначен ных для устройств 1394а, к бета-разъемам. На рис. 8.11 показаны различные типы кабелей.

Разъем бета-версии (широкий паз) 9-контактный 9-контактный Разъем двухстандартной рсии (узкий паз) 9-контактный 6-контактный 9-контактный Рис. 8.11. Кабель бета-версии с 9-контактными разъемами (вверху) и двухстандартные кабели с 4-контакгным (посередине) и 6-контактным (внизу) разъемами Сравнение 1ЕЕЕ-1394а и USB 1.1/2. В табл. 8.9 приведена сравнительная характеристика двух новых технологий — IEEE- и USB.

Практически ни один из наборов микросхем системной логики не поддерживает порты 1394а или 1394b. В большинстве случаев на системную плату устанавливается дополнитель ная микросхема, что увеличивает ее общую стоимость. Стоимость схемы 1394 (и 0,25 доллара лицензионного платежа, отчисляемые компании Apple Computer за каждую систему), а также то обстоятельство, что каждая системная плата уже содержит порты USB, ограничивает рас пространение интерфейса 1394 (FireWire) на рынке компьютеров.

В настоящее время практически все ноутбуки содержат, как минимум, два порта USB 2.0, однако лишь некоторые модели включают в себя порт FireWire 400 или FireWire 800. Тем не менее при желании эти порты можно добавить с помощью адаптеров PC Card.

Высокоскоростные соединения Таблица 8.9. Сравнение технологий IEEE-1394 и USB ЦМ 1. IEEE-1394а (i.Link 1ЕЕЕ-1394(или USB2. или FireWire) FireWire 800) Необходимость в Да/Нет' Нет Нет Да наличии основного узла Максимальное 63 63 количество устройств Горячее подключение Да Да Да Да Максимальная длина 4,5 (9-жильный 5 4, кабеля между медный);

устройствами, м 100(оптическое стекловолокно) Скорость передачи, 200 (25) 800(100) 12(1,5) 480(60) Мбит/с (Мбайт/с) Возможная скорость 400(50),800(100), 1000 1500(400);

Не определена Не определена передачи, Мбит/с (125) 3 200 (800) (Мбайт/с) Типичные Цифровые видеокамеры, Все устройства Клавиатуры, мыши, Все устройства подключаемые цифровые видеокамеры 1394а джойстики, модемы, USB 1.1, а также устройства высокого разрешения, цифровые видео- цифровые видео HDTV, высокоскоростные камеры низкого камеры, цифровые устройства, сканеры разрешения, видеокамеры высокого разрешения, низкоскоростные высокого разреше электронные музыкаль- устройства, принте- ния, HDTV, высоко ные инструменты ры, сканеры низкого скоростные' устрой разрешения ства, сканеры вы сокого разрешения Для подключения USB On-The-Go.

Кабель САТ-5 UTP поддерживает скорость передачи данных до 100 Мбит/с (100 м максимум);

оптическое стекловолокно со ступенчатым показателем преломления поддерживает скорости передачи 100 и 200 Мбит/с (50 м максимум).

Стандартные последовательные и параллельные порты Последовательные и параллельные порты традиционно были основными коммуникаци онными портами ПК и по-прежнему остаются в некоторых системах, однако уже практически исчезли из ноутбуков.

Последовательные порты (они же коммуникационные, или СОМ-порты) изначально использовались устройствами, которым требовалось двунаправленное взаимодействие с сис темой. Сюда относятся модемы, мыши, сканеры, дигитайзеры и любые другие устройства, которые "говорят" с ноутбуком и получают соответствующий "ответ". Новые последователь ные порты позволяют осуществлять высокоскоростную двунаправленную передачу данных.

Несколько компаний разрабатывают программы, с помощью которых возможна передача данных между ПК посредством последовательных или параллельных портов. Щюграмма пере дачи файлов была включена в DOS 6.0 и выше (Interlink), а также в Windows 95 и более поздние версии (прямое кабельное соединение). В настоящее время на рынке присутствует несколько программ, демонстрирующих нетрадиционный подход к параллельным портам. Например, к па раллельному порту можно подключить накопители на гибких дисках повышенной емкости, накопители CD-ROM, сканеры и устройства хранения данных на магнитной ленте.

Последовательные и параллельные порты практически полностью вытеснены портами USB 2.0 и FireWire, однако в некоторых системах они продолжают выполнять важные функции по обеспечению ввода-вывода.

Последовательные порты Асинхронный последовательный интерфейс — это основной тип интерфейса, с помощью которого осуществляется взаимодействие между компьютерами. Термин асинхронный озна чает, что при передаче данных не используются никакие синхронизирующие сигналы и от 250 Глава 8. Шины расширения дельные символы могут передаваться с произвольными интервалами, как, например, при вво де данных с клавиатуры.

Каждому символу, передаваемому через последовательное соединение, должен предшест вовать стандартный стартовый сигнал, а завершать его передачу должен столовый сигнал.

Стартовый сигнал — это нулевой бит, называемый стартовым битом. Он должен сообщить принимающему устройству о том, что следующие восемь бит представляют собой байт дан ных. После символа передаются один или два стоповых бита, сигнализирующие об оконча нии передачи символа. В принимающем устройстве символы распознаются по появлению стартовых и стоповых сигналов, а не по моменту их передачи. Асинхронный интерфейс ори ентирован на передачу символов (байтов), а при передаче используется примерно 20% ин формации только для идентификации каждого символа.

Термин последовательный означает, что передача данных осуществляется по одиночному проводнику, а биты при этом передаются последовательно, один за другим. Такой тип связи характерен для телефонной сети, в которой каждое направление обслуживает один проводник.

Типичные расположения последовательных портов Стандартные ноутбуки оснащены одним последовательным портом, разъем которого рас полагается на задней панели корпуса. Встроенными последовательными портами управляет или микросхема Super I/O системной платы, или интегрированная микросхема South Bridge.

Если требуется больше последовательных портов (или если такие порты вообще отсутст вуют), можно приобрести адаптер PC Card, содержащий необходимое количество портов.

Обратите внимание, что модемы на основе адаптеров PC Card содержат встроенный по следовательный порт. На рис. 8.12 показана стандартная схема 9-контактного разъема DB-9, используемого во всех современных последовательных портах.

I Г) Г) Г) ПО Обнаружение несущей Получение данных Передача данных Готовность терминала Общий Разъем Внешнее последо устройство Готовность данных порта Запрос на отправку Разрешение на отправку Индикатор вызова Рис. 8.12. Современный (стандарта AT) 9-контактный разъем для последовательного порта На рис. 8.13 предоставлена схема стандартного 25-контактного разъема.

Последовательный порт позволяет подключить устройства различного типа, например модемы, графопостроители, принтеры, а также другие компьютеры, сканеры штрих-кодов и модули управления различными устройствами.

В табл. 8.10 и 8.11 показаны назначения контактных выводов для 9- и 25-контактного по следовательных разъемов, а в табл. 8.12 — соответствие выводов между этими разъемами.

Pages:     | 1 |   ...   | 3 | 4 || 6 | 7 |   ...   | 16 |



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.