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I/O |
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Aggiornato il 16/03/99.
SOMMARIO
I/O
I/O é l' acronimo di Input/Output
(ingressi/uscite ) e indica tutti quei circuiti e dispositivi che consentono alla CPU di
colloquiare con l'esterno , come stampanti , tastiera , mouse , ecc .
Gli I/O principali del PC , normalmente disponibili a bordo (on-board0 della scheda madre
sono :
I/O controller
Nella generazione attuale delle mainboards il controllo delle linee di I/O
é compito di uno specifico circuito integrato , detto I/O controller
.
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Sulle diverse schede si tratta del componente 87306 , SuperIO della
National Semiconductors ; su altre é installato invece il chip Windbond 83877F
(nell'immagine accanto) o SMC della serie 87c o successivi . In tutti i casi si tratta di
circuiti integrati con numerosi pin , del tipo a montaggio superficiale ( surface mout ) ,
saldati direttamente sulla scheda . Questi chip gestiscono le due seriali veloci tipo 16550 , la porta parallela programmabili SPP/ECP/EPP , la porta IR , la porta mouse PS/2 , il controller del floppy disk . |
Le risorse di questi speciali chip possono essere completamente programmate nel Setup del BIOS con la finestra PERIPHERALS . L' accesso alle periferiche avviene con connettori a spina multipolari sulla mainboard , a cui si accoppiano connettori femmina fissati a pressione (crimpati) su cavi piatti (flat cables) nello standard AT o a connettori multipolari saldati sulla scheda nello standard ATX . Le nuove serie di chipset si avviano alla integrazione delle funzioni del super I/O direttamente sul silicio del South Bridge del chipset , con una evidente compatezza e riduzione dei costi delle schede.
I/O - CMOS clock-calendar
La configurazione del PC IBM XT non aveva alcun orologio , né ram CMOS
; una eventuale aggiunta di orologio poteva essere fatta con una scheda opportuna .
Invece, i progettisti dello standard AT , nella versione originale , hanno utilizzato il
chip Motorola MC146818 , contenente un orologio-calendario con clock a quarzo piú 50
bytes di ram , utilizzata per immagazzinare i dati avriabili del setup . Questo integrato
, in tecnologia CMOS , é contraddistinto da un bassissimo consumo , dell'ordine dei
microampere e quindi adatto a funzionare a batteria nei momenti in cui l' alimentazione
principale del PC é interrotta , con una autonomia , a piena carica ed a temperatura
normale , di molti mesi . Con lo svilupparsi delle tecnologie , altri costruttori hanno
prodotto questo chip o simili , ad esempio Dallas , con i modelli DS 1285 e 1287 ,
contenente al suo interno la batteria , il quarzo e tutti i circuiti ausiliari necessari e
con una autonomia dichiarata di ben 10 anni !
Inoltre la maggior parte dei progettisti di chipset hanno integrato queste funzioni in uno
dei componenti del chipset stesso , rendendo superfluo l'uso di un chip esterno . La
precisone tipica di un orologio CMOS su PC é di 15 sec/mese, circa 6ppm , ma dipende
dalla precisone del quarzo , ovvero dalla temperatura ambiente e dalle tolleranze dei
componenti . In sostanza , l'orologio del PC é piuttosto preciso , ma NON é uno standard
di tempo e puó essere afflitto da ampie tolleranze . Se il conteggio del tempo si arresta
o rallenta molto a PC spento , é indice sicuro della batteria quasi scarica ; occorrerá
cambiarla prima che la completa scarica cancelli anche il contenuto della memoria CMOS del
setup .
I/O - porta mouse PS/2
Il mouse é un dispositivo seriale , ovvero invia i suoi dati un bit per volta lungo un
solo conduttore ; sta al circuito ricevente , sincronizzandosi con un opportuno clock ,
ricostruire i byte originari . Poiché non faceva parte della dotazione iniziale del Primo
PC , ma é stato sviluppato successivamente e prima in ambiente MAC , il progetto
originale non riservava alcuna porta dedicata al puntatore ; quindi é stato gocoforza
prevederne inizialmente il collegamento alle porte seriali esistenti .
Il mouse si collega , quindi , comunemente , ad una porta RS-232C , occupando
una delle due esistenti sul PC e puó essere un problema . Se in passato il topo era un
plus non necessario in un mondo dominato da sistemi operativi con comandi a carattere
(DOS, UNIX) , via via che la struttura ad oggetti ha preso piede , il roditore é
diventato mezzo indispensabile per muoversi tra le finestre ed ora fa parte della
dotazione di ogni PC . Nel contempo , le seriali sono molto richieste , non piú da
stampanti o plotter , ormai tutti a contendersi la parallela , ma da molte altre
periferiche , come modem , macchina fotografica , ecc. . Che fare ?
La carenza di dispositivi di I/O (sopratutto efficaci) é certamente uno dei problemi del
PC , che , non dimentichiamo , é nato molti anni fa .
In effetti , usare una linea RS-232C per il mouse non é molto pratico , se non per la
disponibiolitá immediata di queste porte : prima di tutto il topo utilizza solo due linee
di segnale piú l'alimentazione e quindi la complessa interfaccia RS-232C é presoche
inutilizzata ; secondariamente l'alimentazione del topo é prelevata dalla porta stessa e
RS-232C , pur potendo fornire una certa corrente , non é previsto per questo scopo (in
effetti si utilizza la corrente che i driver non impiegati dall'interfaccia possono
fornire ; soluzione elegante , ma non particolarmente approvabile . L' unico lato positivo
di questa sistemazione é che la scarsezza della corrente prelevabile ha costretto i
progettisti dei topi a progettare e realizzare circuiti a bassissimo consumo) .
In un primo tempo , una soluzione elegante , ma costosa , é stata fornita dal bus-mouse ,
ovvero una scheda da installare su uno slot ISA a 8 bit con un collegamento per il topo ,
che comincia ad avere il connettore mini-DIN , dotato anche dell'opportuna tensione di
alimentazione , prelevata dal bus del PC .
I progettisti della serie PS/2 di IBM , hanno poi risolto il problema inserendo una
porta dedicata solo al topo nell'hardware del PC.
La porta mouse vera e propria , detta PS/2 , é stato il passaggio successivo , integrando
nella scheda madre l'hardware del bus-mouse , e standardizzando le connessioni ed il tipo
di connettore usato . Attualmente questa funzione é integrata nell' I/O Controller
. Il puntatore é collegato ad un connettore mini-DIN standard a 6 pin e le risorse delle
linee seriali restano libere per altri usi . L' illustrazione seguente presenta i
collegamenti tipici del connettore mini-DIN .
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Pin | Segnale |
| 1 | n.c. | |
| 2 | DATA | |
| 3 | +5Vcc | |
| 4 | GND | |
| 5 | n.c. | |
vista lato esterno |
6 | CLK |
Tutti i mouse PS/2 hanno le connessioni riportate in figura e quindi sono completamente
compatibili l'uno con l'altro . Diverso discorso , purtroppo , per il collegamento tra
mini-DIN e scheda madre .
Nello standard ATX e micro ATX il connettore mini-DIN del mouse PS/2 é fissato sul
circuito stampato della scheda madre , solitamente assieme a quello della tastiera . Anche
in questo caso l'UCAS colpisce duramente : il mini-DIN della porta mouse ha la setssa
forma di quello della tastiera PS/2 ! Fortunatamente , scambiando l'inserzione dei
due connettori , non succede alcun danno né alla scheda né ai dispositivi collegati .
Il bello viene con il formato AT : se é presente sulla scheda madre la porta mouse PS/2 ,
cosa comune solo alle schede delle ultime generazioni , sul circuito stampato si troverá
un connettore , di solito maschio , a piú poli , a cui va connesso un cavo che collega la
scheda madre al connettore mini-DIN , a sua volta fissato ad un bracket per il
posizionamento su uno degli slot esterni dello chassis .
Questo tipo di connessione non é standard ed ogni produttore ha adottato uno schema
differente (spesso diverso anche su schede dello stesso marchio !!!) . Puro UCAS al
massimo livello , le connessioni ed i colori dei cavi sono in completa deregulation , al
di fuori di qualsiasi standard e considerazione comune .
Non resta altro , quindi , che consultare il manuale della propria scheda madre .
Fortunatamente , in diversi prodotti delle ultime generazioni , il connettore PS/2 é un
accessorio compreso nella confezione .
Tanto per esemplificare , le tabelle seguenti riportano le connessioni delle mainboard SUPERMICRO
, EPOX e FREETECH .
(Come informazione , si puó ricordare che , in alcuni prodotti AT , accanto al connettore
della tastiera , é presente il connettore mini-DIN per il mouse ; questa soluzione non ha
mai preso piede a causa della necessitá di una foratura diversa dallo standard sullo
chassis in corrispondenza delle due prese).
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n.c. = non collegato n.p. = non presente / polarizzazione
Non é comunque un problema adattare un cavo/bracket previsto per una scheda madre ad
un'altra con connessioni differenti .
Infatti é semplice sfilare i contatti dai blocchetti di connessione e re-inserirli
. Procedere come segue :
I/O - connettore tastiera
La tastiera é un'altro dispositivo seriale , ma , fortunatamente , essendo
necessaria al PC nella stragrande maggioranza dei casi , giá nel Primo PC é stata dotata
di un connetore e di un sistema di interfaccia propri .
Nelle prime realizzazioni si é utilizzato un microprocessore pre-programmato
(microcontroller) , solitamente del tipo 8042 ; successivamente la funzione di colloquio
con la tastiera é stat integrata in un I/O controller o in un altro componente del
chipset .
La tastiera é collegata alla mainboard con un connettore tipo DIN audio a 5 poli per lo
standard AT e con un connettore mini-DIN a 6 poli per lo standard PS/2 e ATX .
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La comunicazione tra mainboard e tastiera é di tipo seriale , simile a
quella del mouse , a due fili ( dati e clock ) , ma nun utilizza il protocollo RS-232C né
la sua interfaccia . I segnali della tastiera sono a livello logico TTL: , ovvero 5V ;
quindi il cavo che la connette al PC non puó essere lungo piú che tanto (di solito 1 o 2
metri) .
Nella tastiera é contenuto un microprocessore , in genere della famiglia 8042 o simile ,
che gestisce i dati da e per il computer ; questo processore ha bisogno di una
alimentazione a 5V che gli giunge dalla mainboard attraverso il connettore . Siccome la
presa della tastiera é l'unica disponibile all'esterno del PC su cui esiste una tensione
di alimentazione , essa é sfruttata da diversi dispositivi (casse acustiche ,
convertitori , switches, ecc) per prelevare la necessaria corrente .
Dato che la tensione +5V é quella principale del sistema , per evitare danni , la linea
di aliemntazione della tastiera é protetta con un microfusibile rapido (FS1 o F1 sulla
serigrafia del circuito stampato) , di solito da 1 ampere , posto vicino al connettore :
in caso di guasto della tastiera o di cortocircuiti sul cavo , questo fusibile brucia ,
impedendo danni maggiori ; purtroppo la sostituzione non é semplice e richiede un
intervento tecnico , che il ns. Laboratorio puó effettuare in breve tempo . Per contro ,
in alcuni prodotti , il fusibile classico é sostituito da un fusibile polimerico
auto-ripristinante , che non richiede manutenzione .
Avvertenza : non tutte le schede madri dispongono di questo
fusibile o di protezioni ragionevoli e quindi un corto circuito sui cavi della tastiera é
veramente da evitare perché potrebbe avere effetti rovinosi .
I segnali dell'interfaccia AT e ATX sono gli stessi ed é possibile adattare una tastiera PS/2 su un sistema AT e viceversa con le opportune spine o cavetti di riduzione , che normalmente Elma ha a disposizione .
I/O - porta IR
La porta IR é prevista per collegare un dispositivo a raggi infrarossi
per una comunicazone seriale senza fili su brevi distanze . Inizialmente pensato come
mezzo di comunicazione tra stazioni fisse e notebook , per la sua natura puó essere
adattato anche ad altre periferiche nelle quali la mancanza del cavo di connessione puó
essere un vantaggio ( ad es. mouse o puntatori per conferenze e presentazioni ) . Al
momento i dispositivi IR non sono molti , né molto diffusi e le potenzialitá dell'
interfaccia sono ancora latenti .
Trattandosi di una comunicazione seriele , é possibile gestire la normale porta RS-232C
per il controllo delle intrefacce IR ; in effetti , diverse schede dispongono nel setup
del BIOS di questa possibilitá . Sulle mainboard delle ultime generazioni l' I/O
Controller provvede a gestire anche IR , lasciando libere le seriali ; Solitamente la
porta IR é accessibile con un connettore a 5 pin , al quale andrá collegata l'
interfaccia con l' esterno , composta da un ricetrasmettitore di raggi infrarossi adatto
alla periferica da connettere e fornito dal costruttore della stessa o da terze parti . I
manuali delle mainboards forniscono ulteriori informazioni sui collegamenti necessari ,
non essendo la porta IR un vero e proprio standard per quanto riguarda le connessioni ,
mentre sono fissati diversi tipi di protocollo software (ad es. HP e Sharp) .
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