Аппаратные интерфейсы ПК. Энциклопедия
Шрифт:
9.3.1. CompactFlash
Карты CompactFlash (рис. 9.7), поддерживаемые ассоциацией CFA (Compact Flash association), широко используются в различных электронных приборах: цифровых фотокамерах, фотопринтерах, MP3-плейерах, цифровых диктофонах, персональных коммуникаторах и, конечно же, компьютерах — настольных, карманных, автомобильных. Карты имеют размер 42,8×36,4×3,3 мм (4 мм с учетом выступа) и 50-контактный разъем (розетка на карте, двухрядный штырьковый разъем с шагом 1,27 мм на слоте). Назначение контактов приведено в табл. 9.13. Через переходник с 50 на 68-контактный разъем карты могут устанавливаться в слот PC Card Type II или III, имеющийся практически во всех блокнотных ПК. Объем памяти выпускаемых в настоящее время карт — от 4 Мбайт до 1 Гбайт, напряжение питания — 5 или 3,3 В. Карты могут работать в одном из трех режимов: карт памяти (Mem), карт ввода-вывода PC Card (I/O), «чистого» режима IDE (ATA). В первых двух режимах карты работают с теми же интерфейсными сигналами, что и PC Card. В режиме IDE электрический интерфейс и система команд полностью совместимы со спецификацией ATA (см. п. 9.2.1), правда, обмен данными возможен только в режиме PIO. Режим IDE выбирается заземлением на стороне хоста сигнала
Рис. 9.7. Карты CompactFlash
Таблица 9.13. Назначение контактов карт CompactFlash
| № | Mem | I/O | IDE | № | Mem | I/O | IDE |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 | GND | GND | GND | 26 | CD1# | CD1# | CD1# |
| 2 | D03 | D03 | D03 | 27 | D11 | D11 | D11 |
| 3 | D04 | D04 | D04 | 28 | D12 | D12 | D12 |
| 4 | DOS | DOS | DOS | 29 | D13 | D13 | D13 |
| 5 | D06 | D06 | D06 | 30 | D14 | D14 | D14 |
| 6 | D07 | D07 | D07 | 31 | D15 | D15 | D15 |
| 7 | CE1# | CE1# | CS0# | 32 | CE2# | CE2# | CS1# |
| 8 | A10 | A10 | A10 | 33 | VS1# | VS1# | VS1# |
| 9 | OE# | OE# | ATA_SEL# | 34 | IORD# | IORD# | IORD# |
| 10 | A09 | A09 | A09 | 35 | IOWR# | IOWR# | IOWR# |
| 11 | A08 | A08 | A08 | 36 | WE# | WE# | WE# |
| 12 | A07 | A07 | A07 | 37 | RDY/BSY | IREQ | INTRQ |
| 13. | VCC | VCC | VCC | 38 | VCC | VCC | VCC |
| 14 | A06 | A06 | A06 | 39 | CSEL# | CSEL# | CSEL# |
| 15 | A05 | A05 | A05 | 40 | VS2# | VS2# | VS2# |
| 16 | A04 | A04 | A04 | 41 | RESET | RESET | RESET# |
| 17 | A03 | A03 | A03 | 42 | WAIT# | WAIT# | IORDY |
| 18 | A02 | A02 | A02 | 43 | INPACK# | INPACK# | INPACK# |
| 19 | A01 | A01 | A01 | 44 | REG# | REG# | REG# |
| 20 | A00 | A00 | A00 | 45 | BVD2 | SPKR# | DASP# |
| 21 | D00 | D00 | D00 | 46 | BVD1 | STSCHG# | PDIAG# |
| 22 | D01 | D01 | D01 | 47 | D08 | DOS | DOS |
| 23 | D02 | D02 | D02 | 48 | D09 | D09 | D09 |
| 24 | WP | IOIS16# | IOCS16# | 49 | D10 | D10 | D10 |
| 25 | CD2# | CD2# | CD2# | 50 | GND | GND | GND |
Таблица 9.14. Переходник CompactFlash Card — ATA
| ATA, конт. № | Цепь | CFC, конт. № | CFC, конт. № | Цепь | ATA, конт. № |
|---|---|---|---|---|---|
| 2 | GND | 1 | 26 | CD1# | – |
| 11 | D03 | 2 | 27 | D11 | 10 |
| 9 | D04 | 3 | 28 | D12 | 12 |
| 7 | D05 | 4 | 29 | D13 | 14 |
| 5 | D06 | 5 | 30 | D14 | 16 |
| 3 | D07 | 6 | 31 | D15 | 18 |
| 37 | CS0# | 7 | 32 | CS1# | 38 |
| GND¹ | A10 | 8 | 33 | VS1# | – |
| GND¹ | ATA_SEL# | 9 | 34 | IORD# | 25 |
| GND¹ | A09 | 10 | 35 | IOWR# | 23 |
| GND¹ | A08 | 11 | 36 | WE# | +5V² |
| GND¹ | A07 | 12 | 37 | INTRQ | 31 |
| +5V² | VCC | 13 | 38 | VCC | +5V² |
| GND¹ | A06 | 14 | 39 | CSEL# | 28³ |
| GND¹ | А05 | 15 | 40 | VS2# | – |
| GND¹ | А04 | 16 | 41 | RESET# | 1 |
| GND¹ | A03 | 17 | 42 | IORDY | 27 |
| 36 | А02 | 18 | 43 | INPACK# | – |
| 33 | А01 | 19 | 44 | REG# | +5V² |
| 35 | A00 | 20 | 45 | DASP# | 39 |
| 17 | D00 | 21 | 46 | PDIAG# | 34 |
| 15 | D01 | 22 | 47 | D08 | 4 |
| 13 | D02 | 23 | 48 | D09 | 6 |
| 32 | IOCS16# | 24 | 49 | D10 | 8 |
| – | CD2# | 25 | 50 | GND | GND¹ |
¹ С
шиной GND должны быть соединены контакты 2, 19, 22, 24, 26, 30 и 40 разъема ATA, а также контакт разъема питания.² Питание +5V на переходник подается от дополнительного разъема.
³ Возможно подключение не к разъему ATA, а к шине GND через джампер: замкнут — ведущее устройство, разомкнут — ведомое.
9.3.2. SmartMedia Card
Карты SmartMedia Card, поддерживаемые ассоциацией PCMCIA, предназначены примерно для того же круга приложений, что и CompactFlash. Они совсем тонкие, имеют менее «нежный» печатный разъем с малым числом контактов (всего 22) и не боятся не только повышенной влажности, но и воды. Карты основаны на микросхемах флэш-памяти с организацией запоминающих ячеек NAND. Средняя скорость передачи данных — 2 Мбайт/с, пиковая — до 10. Вид карт приведен на рис. 9.8, назначение контактов — в табл. 9.15. Карты на 5 В выпускаются объемом 16 и 32 Мбит (2 и 4 Мбайт). Карты на 3,3 В выпускаются объемом 16, 32 или 64 Мбит (2, 4, 8 Мбайт); у них контакт 17 соединен с Vcc. Для карт SmartMedia выпускают простые переходные адаптеры на слот PC Card Type II. Появились даже устройства FlashPath™ для считывания этих карт в обычном дисководе(!) 1,44 Мбайт.
Рис. 9.8. Карты SmartMedia: а — питание 5 В, б — питание 3,3 В
Таблица 9.15. Назначение контактов SmartMedia Card
| № | Цепь | № | Цепь |
|---|---|---|---|
| 22 | VCC (5 B) | 1 | VSS |
| 21 | СЕ# | 2 | CLE |
| 20 | RE# | 3 | ALE |
| 19 | R/B | 4 | WE# |
| 18 | GND | 5 | WP# |
| 17 | Power Detect | 6 | I/O1 |
| 16 | I/O8 | 7 | I/O2 |
| 15 | I/O7 | 8 | I/O3 |
| 14 | I/O6 | 9 | I/O4 |
| 13 | I/O5 | 10 | VSS |
| 12 | VCC | 11 | VSS |
9.3.3. MultiMediaCard и Sequre Digital
Карты MultiMediaCard (MMC) и Secure Digital (SD) еще компактнее — их размер в плане всего 32×24 мм при толщине 1,4 мм у MMC и 2,1 мм у SD. Эти карты имеют краевой печатный разъем, 7-контактный у MMC и 9-контактный у SD. У карт MMC на разъем выводятся питание, управляющий сигнал, сигнал синхронизации и двухразрядная шина данных. У карт SD за счет пары дополнительных контактов шина данных расширена до 4 бит, что позволяет повысить скорость обмена. Конструктивно карты SD сделаны так, что устройства, работающие с ними, физически могут работать и с картами MMC, но не наоборот (в тонкий слот MMC более толстую карту SD и не вставить). Логическая совместимость должна обеспечиваться программным обеспечением хоста (устройства, в которое вставляют карту). Карты MMC и SD предназначены примерно для того же спектра устройств, что и CompactFlash; к ним стоит добавить и электронные книги (eBook). Однако назначение этих карт различно: MMC предназначены для широкого распространения данных — музыки, игр, электронных книг, — и они являются довольно дешевыми носителями информации. Карты SD предназначены для безопасного (в смысле конфиденциальности) распространения информации, и они гораздо дороже.
Карты SD разработаны альянсом трех компаний — Toshiba, Matsushita (более известная по торговой марке Panasonic) и SanDisk, которые организовали ассоциацию SDA (Secure Digital Association), выпускающую спецификации, принятые уже сотнями фирм во всем мире. Членство в ассоциации платное и дорогостоящее; по вполне понятным причинам технические детали SD широко не освещаются (иначе грош цена провозглашаемой безопасности).
Карты SD (рис. 9.9) имеют размер 32×24×2,1 мм; справа на рисунке виден переключатель защиты записи (WP), предохраняющий от случайного стирания. На печатной плате карты SD смонтирована флэш-память структуры NAND, SD-контроллер и вспомогательные компоненты. 9-контактный разъем карт SD (табл. 9.16) по выводам 1–7 совпадает с картами MMC. Карты SD допускают «горячее» подключение/отключение. Конструкция коннектора рассчитана на 10 000 циклов вставки-изъятия. Карты выдерживают до 200 000–300 000 циклов записи в каждый блок флэш-памяти и падение на пол с высоты 3 м. Они устойчивы и к жаре, и к морозу. Скорость передачи данных у первых карт SD — 2 Мбайт/с, объем — 8-512 Мбайт; в 2002 г. планируется подъем скорость до 10 Мбайт/с и объем до 1 Гбайт, а в 2004 — до 20 Мбайт/с и 4 Гбайт. Начальная удельная цена хранения высока — $3 за 1 Мбайт, но постепенно она должна снизиться до уровня $1 за 1 Мбайт (что тоже немало!) и ниже.
Рис. 9.9. Карта памяти SD (вид сзади)
Таблица 9.16. Назначение контактов карт MMC и SD
| Контакт | Цепь | Контакт | Цепь |
|---|---|---|---|
| 1 | Command | 6 | Data 0 |
| 2 | Vss | 7 | Data 1 |
| 3 | Vdd | 8 | Data 2 |
| 4 | Clock | 9 | Data 3 |
| 5 | Vss |
Для карт SD разработаны (и разрабатываются) спецификации форматов данных на трех уровнях:
♦ физический уровень описывает перезаписываемые карты (SD-Rewritable) и постоянную память (SD-Read Only);
♦ уровень файловой системы использует стандарт ISO 9293;
♦ прикладной уровень учитывает специфику атрибутов различных типов содержимого — музыки (SD-Audio), изображений (SD-Picture), речи (SD-Voice), видео (SD-Video) и других.
На всех уровнях действуют средства безопасности (Security), являющиеся основным «коньком» SD. В SD используются технологии обеспечения безопасности CPRM (Content Protection for Recordable Media — защита содержимого записываемых носителей) — стандарта шифрования и сертификации/аутентификации, разработанного и лицензируемого фирмами IBM, Intel, Matsushita (Panasonic) и Toshiba. Карты SD-Audio отвечают требованиям SDMI [4] (Secure Digital Music Initiative) к портативным устройствам.
4
SDMI — коалиция производителей аудиоаппаратуры RIAA (Recording Industry Association of America) и компаний музыкальной индустрии (включающей ведущие звукозаписывающие фирмы UMG, ВМС, EMI, WMG, SME), направленная на защиту авторских прав на музыкальные произведения.
Карта SD имеет три области хранения с разными возможностями доступа: область хранения ключей шифрования и аутентификации, область секретных данных и область данных общего назначения. Секретные данные хранятся и передаются в зашифрованном виде, их кодирование-декодирование выполняется хостом (устройством, в которое устанавливается карта). Для того чтобы установить канал обмена секретными данными, требуется взаимная аутентификация хоста и карты: хост должен «признать» карту, а карта — хост. Таким образом, обмен данными с защищенной областью карты возможен только на «фирменных» устройствах (до тех пор пока алгоритмы и ключи шифрования не попадут в руки хакеров).
Карты SD продаются в форматированном виде; при необходимости они могут быть переформатированы на специальном устройстве или хосте SD, имеющем функции форматирования. Нештатное форматирование (например, на компьютере) может привести карту в состояние, негодное для дальнейшего применения, — защита может сработать как дверь, захлопнувшаяся на замок, единственный ключ от которого остался внутри.
Совместимость SD и MMC весьма ограничена. Хосты SD-карт совместимы с картами MMC на физическом уровне; в картах MMC и SD используется одна и та же структура таблицы размещения файлов (FAT), чем обеспечивается совместимость и на уровне записи/чтения файлов. Однако на прикладном уровне программные спецификации «начинки» этих карт могут и различаться. Так, например, в SD MP3-плейеры нельзя вставлять карты MMC — они используют различные форматы данных. Данные общего назначения (не секретные) могут быть перенесены с MMC на SD, но перенос секретных данных хосты не допустят (если хост — не компьютер со взломанным ПО). Хосты MMC-карт с SD-картами несовместимы даже чисто физически (эти карты в слот для MMC не влезут по толщине).