MS-DOSa cura di Pierluigi Panunzi

Un po' di hardwareogni tanto non guasta•••

Tanto per rompere lamonotonia di una lunghissimaserie di articoli teorici,ecco che in questa puntata cilanciamo in un campo cheriteniamo abbia molti proselititra i nostri lettori: come«manomettere» il proprio PC(meglio se compatibile,perché se qualcosa va storto,allora non si è buttata al ventouna carrettata di milioni emeglio ancora se è già fuorigaranzia, tanto ce lo ripariamoda soli ... o no?1)Comunque dicevamo che di«smanettoni» ce ne sonoveramente tanti (a cominciaredal redattore degli articoli, seancora non si era capito ...) edallora andiamo a proporrequalche idea, raccolta qua e làtra riviste estere e (perché no)«tra le righe!! degli schemielettrici del nostro fidocomputer.Ora come al solito siamo difronte ad un dilemma: unarticolo tecnicissimo, peraddetti ai lavori,scontenterebbe chi vuolesemplicemente conoscerequalcosa in più del propriocomputer, mentre viceversaun articolo tropposemplicistico risulterebbelunghissimo in quanto

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bisognerebbe spiegare indettaglio ogni termine tecnicoche si incontri.Ecco che perciò adotteremola solita «via di mezzo»cercando di non esseretroppo tecnici, ma neanchetroppo banali: se sarànecessario, parleremo intermini tecnici.Iniziamo dunque ilnostro discorso parlandodella «porta parallelaper stampante»di cui il nostro PC dovrebbeessere in genere dotato

La porta paralleladella stampante

Abbiamo detto «dovrebbe», in quantonon è detto che chi acquisti un PC(intenderemo con tale termine non ne-cessariamente l'originale, ma anche icompatibili: tra l'altro poi sottintendere-mo sempre il termine «XT») non dotatodi stampante, voglia viceversa acqui-sta me la scheda di controllo: comunqueda ormai parecchio tempo tale schedinaviene inglobata nella scheda video (CGAcompatibile, Hercules o EGA, compati-bile e non), appunto per evitare lo spre-co di uno slot per una schedina che

possiede una manciata di circuiti inte-grati alquanto «banali»

Il nostro problema è dunque il se-guente: da una porta parallela di «usci-ta» vogliamo trame anche una parallelain «ingresso», dal momento che le po-tenzialità esistono, ma inspiegabilmen-te, come vedremo, non sono state uti-lizzate dai progettisti.

Perciò, sia che si tratti di schedina aparte, sia che essa faccia parte dellascheda video, è facile immaginare chesorge subito il grave problema che ingenere né dell'una né dell'altra schedasi ha lo schema elettrico, mentre è giàtanto se si possiede quello del compu-ter (made in 18M), in genere allegato al«Technical Reference Manual».

Inoltre, per problemi legati ai dirittid'autore, si ha la presenza in commer-cio di una grande quantità di schedecompatibili e ... compatibili delle compa-tibili, schede tutte completamente diffe-renti e che ovviamente non hanno lostesso schema elettrico (e tantomenola disposizione dei componenti sullascheda stessa), ma che in fondo infondo però devono fare tutte le stessacosa, sia dal punto di vista software(vedi i vari indirizzi e le funzioni svolte),sia dal punto di vista dell'hardware (vedile temporizzazioni).

Eppoi chi poco poco si intende dihardware lo sa che per fare un certocircuito si possono utilizzare un grannumero di integrati secondo svariatecombinazioni e permutazioni, così comeper un softwarista è facile camuffare unprodotto altrui cambiando qualche istru-zione qua e là, mantenendo inalterati gli«entry point» delle routine, laddove ciòsia strettamente necessario (ogni riferi-

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MS-DOS

Figura 1 - Schema logico della scheda che realizza l'interfaccia di un PC-18M (o compatibile) con unastampante parallela.Per non appesantire la schematizzazione. non abbiamo connesso i vari segnali di "controllo)) dei vari blocchilogici. con ti blocco "decodifica)).

mento al BIOS originario ed ai miliardi diBIOS, nati praticamente per ogni com-patibile, è puramente voluto ...). Perciò,prima di risolvere il nostro problema,cercheremo innanzitutto di descrivere iblocchi logici che compongono la partedi circuiteria relativa alla connessionecon una stampante, mentre scendere-mo nei dettagli dando alcune indicazionidi come un certo blocco logico puòessere stato realizzato, nell'ottica poi didover mettere mano (o meglio, saldato-re) non certo sullo schema logico.

Vediamo dunque qual è lo schemalogico di una interfaccia per stampanteparallela e da questo momento in poinon ci interesserà più sapere se si trattadi una schedina singola o di una schedavideo: a tal proposito osserviamo lafigura 1

In essa troviamo innanzitutto un bloc-co di «decodifica», che serve a genera-re i segnali di controllo per tutti gli altriblocchi logici, segnali che servono ap-

attesa che quest'ultima comunichi al PCl'istante in cui può ricevere tale dato: ingenere tale registro è un 74LS374. Vi-sto che abbiamo parlato del fatto che lastampante deve comunicare con il PC,ecco dunque necessaria la presenza del«buffer di stato», il quale raccoglie isegnali provenienti dalla stampante perpermettere al PC di leggerli (tali segnalinon vengono memorizzati, ma sempli-cemente «bufferati», in quanto in gene-re la stampante li mantiene stabili): sitratta in genere di un cassico 74LS240o di un 244 entrambi buffer.

Il penultimo blocco è quello denomi-nato «registro di controllo» (in generaleun registro tipo 74LS174, che contiene6 flip-flop). che consente al PC di inviarealla stampante dei segnali di controllo,che servono appunto per controllare ilprotocollo di scambio dati con la stam-pante stessa.

L'ultimo blocco infine è il «buffer da-ti» (in genere un 74LS240 o 244). desti-nato dai progettisti dell'IBM al semplicecontrollo che il dato inviato alla stam-pante sia proprio quello che volevamo:dal momento che però è collegato diret-tamente al «registro dati», vorremmoproprio sapere come potranno mai es-sere differenti i dati in uscita con quelli(<In Ingresso».

In effetti è qui che «è cascato l'asi-no»: in pratica si tratta di una circuiteriaperfettamente inutile ed inutilizzabileper altri scopi, a meno di non apportarealcune lievi modifiche, cosa che propo-niamo appunto.

Torniamo però un attimo al fatto del-l'inutilità della presenza di tale buffer:dal momento che i due integrati sonocollegati «direttamente» senza cioènemmeno un integrato frapposto e poile connessioni vanno direttamente allastampante, ecco che l'unica possibilitàin cui il dato in output differisca daquello «in input» è quando uno dei dueintegrati si è rotto: ora, se è il «registrodati» a rompersi, allora sulla stampanteavremo subito dei caratteri strani, fattoche ci indicherà subito la causa ed ilrimedio, senza bisogno di andare a leg-gere quello che abbiamo inviato (cosache in realtà non facciamo mai, nean-che quando tutto va bene, a meno dinon essere oltremodo pessimisti, maallora perché solo la stampante gode ditale «privilegio» e non ad esempio unaporta parallela o peggio la tastiera o ilvideo?)

Viceversa se si rompe il «buffer»,cosa di cui ci accorgiamo se pedante-mente effettuiamo la lettura di quantoinviamo alla stampante (cosa che tral'altro allunga i tempi di stampa). allora ècome se ci dessimo la zappa sui piedi in

bulferdati

bulferdi stato

controllo

controllo

STATO

DATI

connetterestampante

DATA BUS INTERNO

punto ad attivare un certo blocco logicopiuttosto che un altro, secondo unacorretta sequenza logica e temporale:questo blocco è in genere formato dapiù porte logiche e decoder (74LS 138 e139) oppure addirittura da PAL (Pro-grammable Array Logic).

Successivamente troviamo il blocco«buffer bidirezionale» (un classico74LS245). che serve per interfacciarecorrettamente con il «DATA BUS» delPC, soprattutto per non sovraccaricarloe poi per non utilizzarlo in istanti in cuiesso è sotto il controllo di altre parti delcomputer: basti pensare al fatto che sulDATA BUS si affaccia praticamente il90% dei componenti (memorie, DMAcontroller, timer, porte parallele, ecc.).che ne devono «guadagnare l'accesso»solo in istanti ben determinati.

Il «registro dati», come dice il nome,non è altro che un registro in cui vienememorizzato volta per volta il dato chedeve essere inviato alla stampante, in

controllo

registrodati

controllo

registro dicontrollo

segnali dicontrollo aibulfer eregistri

controllo

ADDRESSBUS

CONTROLBUS

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206 MCmicrocomputer n. 74 - maggio 1988

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quanto la stampante in generale conti-nuerà a funzionare bene: e allora a cheserve sapere che l'integrato si è rottodal momento che la stampante funzionalo stesso?1

A questo proposito, dal punto di vista«sistemistico», la presenza di un bloccoche consenta il corretto funzionamentodi un altro è, sì, auspicabile per proble-mi di affidabilità globale del sistema (dalpunto di vista del funzionamento logi-co). mentre comporta problemi aggiun-tivi in quanto (e non è il caso di scomo-dare la ben nota «Legge di Murphy»)ogni componente in più in un circuito èun componente in più a potersi rompe-re, il che non è così banale come puòapparire a prima vista.

Cosa pensa un buon «smanettone»davanti a questa abbondanza di compo-nenti per lo più inutilizzati ed inutilizza-bili?

Ecco cosa pensa: abbiamo sì unaporta parallela di uscita, ma cosa ciimpedisce di usare tale porta parallelacome input?

L'impedimento è dato dal fatto che idue integrati in questione sono collegatidirettamente in una classica configura-zione «wired OR», e cioè un OR ottenu-to tramite semplice interconnessione,come dire che tutto quanto è posto inuscita dal registro si ritrova all'ingressodel buffer (e di questo ne abbiamoampiamente parlato). mentre se si vuo-le connettere un qualcosa da leggerepoi con il buffer, non otterremo altroche l'OR del nostro dato con quanto«dice» il registro: supponendo adesempio che tale registro abbia in usci-ta il valore FFH (corrispondente a tutti ibit posti ad «1»), ecco che qualsiasi siail valore che vogliamo leggere «dallaporta della stampante» otterremo sem-pre e solo FFH.

Ma noi non ci scoraggiamo, ben sa-pendo che il 74LS374 è sì un registro,ma la cui uscita è controllabile con unapposito piedino (l'l per la precisione):se tale pin è a massa (cosa che sul PCavviene, inutile dirlo ...) allora l'uscita sa-rà sempre abilitata e come valore saràproprio l'ultimo dato memorizzato (ecioè "ultimo dato inviato alla stam-pante).

Viceversa se tale pin è posto ad «1»allora l'uscita del registro va, come suoidirsi, in «tri-state» e cioè tutto va comese tale uscita fosse sconnessa total-mente dal circuito: una vera pacchia peri nostri scopi!

Armati dunque di tranciapiste andia-mo subito (quasi con voracità) ad isolareil pin 1 dalla connessione di massa,ripromettendoci di collegare tale pin aqualcos'altro, sia pure uno switch ama-

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nuense (orrore!). Apriamo una piccolaparentesi: abbiamo detto che bastatranciare la pista che collega il pin 1 conla massa.

Qualcuno forse obietterà giustamen-te che non avendo lo schema elettrico èdifficile trovare un comP9nente, speciese la porta della stampante è inglobatain una compl~ssa scheda video.

Comunque rispondiamo che neanchenoi avevamo lo schema della scheda(se non quello più generale del PC origi-nario ...) e diciamo soprattutto che bastasemplicemente cercare tale componen-te ... confidando sul fatto che è collegatoal connettore della stampante: bastaseguire una qualsiasi pista di quelle chesi affacciano al connettore, per trovaretale integrato.

Tra l'altro così facendo individueremointanto sia il registro che il buffer (soloper la cronaca in quanto su esso nondobbiamo intervenire). ma soprattuttosapremo quali integrati sono utilizzatieffettivamente.

Comunque questo fatto di come sitrovano gli integrati lo diciamo ai menoesperti: agli altri invece sembrerà bana-le, soprattutto se si ha una discretaesperienza in tal campo (ad alcuni ba-stano poche rapide occhiate per trovarequello che cercano).

Chiudiamo dunque la parentesi, ana-lizzando ora i vari modi che abbiamo adisposizione per portare ad «1» tale pinin modo automatico, da programma,sfruttando eventualmente alcune altremancanze da parte dei progettisti ...

Due soluzioni:una completa ed una parziale

Riassumiamo dunque la situazione aquesto punto: portando ad «1» il pin 1del registro 74LS374, si forza lo stato dialta impedenza alle sue otto uscite,permettendo così di poter leggere permezzo del buffer di input un byte pre-sentato da un dispositivo esterno con-nesso al PC tramite il connettore per lastampante (un Cannon a 25 pin).

Per avere perciò la possibilità di leg-gere dalla porta parallela per mezzo diun comando software, bisogna innanzi-tutto far sì che a seguito di un comando(un'istruzione di OUT, tipicamente). il bitin esame venga portato ad «1» e talerimanga fino ad un altro comando (un'al-tra OUT): abbiamo bisogno cioè di unregistro ad un bit (un semplice flip-flop)che possa essere settato e resettatoappunto con due distinte istruzioni.

A questo punto si può scegliere tradue alternative: una completa, ma piùonerosa e "altra più rapida e di differen-te filosofia.

Cominciamo dalla prima, che prevedel'utilizzazione (a spreco) di un flip-flop oda ricercarsi tra gli integrati della scheda(specie se è una scheda video c'è qual-che probabilità di trovarne) oppure ag-giungendolo alla scheda, nel caso in cuisi è così fortunati (come lo è stato ilredattore del presente articolo ... ) daavere una scheda video in cui compareuno zoccolo vuoto, i cui pin sono com-pletamente sconnessi I

In questo caso conviene usare un flip-flop tipo 74LS76, cioè dotato di ingressidi PRESET e di CLEAR oltreché ovvia-mente del CLK: nel nostro caso si trattadi un flip-flop J K ed i pin corrispondentiagli ingressi J e K andranno rispettiva-mente collegati a massa ed all'alimenta-zione.

Il principio di funzionamento è il se-guente: l'uscita Q del flip-flop deve es-sere connessa al fatidico pin 1 ed inbase allo stato dei tre ingressi CLK,PRESET e CLEAR si avrà un differentecomportamento.

lnnanzitutto il pin CLEAR si dovràconnettere alla linea di «RESET negato»e cioè a valle di un inverter connessoalla linea di RESET (il pin 82 del connet-tore che va verso il PC): dato che ingenere gli integrati vengono resettaticon un segnale attivo basso (con l'ecce-zione dell'8088) non è difficile trovaretale segnale sulla scheda.

Questo segnale fa dunque sì cheall'inizio, grazie all'abbassarsi del segna-le di RESET «negato», il flip-flop vengaazzerato cosicché l'uscita Q (e perciò ilpin 1 fatidico) è subito posta a «O»,consentendo al PC un normale funzio-namento, nel caso in cui desideriamostampare qualcosa.

Per quanto riguarda i segnali di CLK ePRESET del flip-flop bisogna trovare,nell'ambito del blocco logico di «decodi-fica», due segnali che correntementenon sono utilizzati nel Pc.

In particolare un apposito integrato(che può essere un decoder 74LS138 o74LS 139 oppure un decoder-demulti-plexer 74LS155 oppure altri ancora) for-nisce in uscita, in base a certe configu-razioni di ingresso, un paio di segnali di«scrittura» (attivati con un'istruzione diOUT) e tre segnali di ,<lettura» (attivabilicon un'istruzione di IN).

In dettaglio i segnali di scrittura elettura sono i seguenti:- «scrittura all'indirizzo 278H», che vasul pin 11 del «registro dati» e cheperciò abilita il 374 alla registrazione deldato da inviare alla stampante.- «scrittura all'indirizzo 27AH», che vaal pin 1 del «registro di controllo» edabilita la memorizzazione della parola dicomando (di cui sono utilizzati solo 5

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bit) all'interno di 5 registri (nell'integratove ne sono 6), per poter comandareopportunamente la stampante: adesempio il bit 4 serve ad abilitare gliinterrupt provenienti dalla stampante,per poter lavorare appunto sotto inter-rupt, cosa che fa il comando PRINTdell'MSDOS (toh! chi si rivede: questavolta l'abbiamo un po' trascurato ...).- ,<lettura all'indirizzo 278H», che va alpin 1 del «buffer dati» e che consente(finora) la lettura del byte inviato allastampante e che viceversa consentirà(dopo la modifica) di leggere il datoproveniente dall'esterno.- «lettura all'indirizzo 279H», che va alpin 1 del «buffer di stato» e che con-sente tra gli altri la lettura dei segnali diBUSYe di ACK ((negato»), provenientidalla stampante.- «lettura all'indirizzo 27AH», che vasempre al «buffer di stato» (la secondametà in cui è diviso l'integrato) e chepermette di leggere altri segnali tra iquali lo STROBE (<<negato») generatodal PC, e IRQEN, che indica se gliinterrupt della stampante sono o menoabilitati.

In particolare ci interessano i duesegnali di scrittura: partendo a ritrosodai pin indicati (ad esempio partendo dalpin 11 dell'oramai ben noto 74LS374) eseguendo diligentemente le piste delcircuito stampato, si può risalire all'uni-co integrato che genera i due segnali.

Trovatolo, si noterà che i pin corri-spondenti alla «scrittura agli indirizzi279H e 27BH» sono inutilizzati (e qui civuole un minimo di esperienza ...): sa-ranno proprio questi due pin che an-dranno collegati ai due pin di PRESET eCLK del nostro flip-flop.

In questo modo si avrà che una«scrittura all'indirizzo 279H», proprioperché connessa al PRESET del flip-flop, ne forzerà lo stato e perciò l'uscitaQ al valore «1», che ci permette dun-que di disabilitare il registro 74LS374 edabilitare viceversa alla lettura del datoesterno (che poi avverrà con una INall'indirizzo 278H, come già visto).

Invece una «scrittura all'indirizzo27BH», connessa viceversa all'ingressoCLK del flip-flop, lo riporterà allo stato«O» (dal momento che gli ingressi J e Kstanno rispettivamente a «O» ed «1»),riabilitando da software la possibilità diutilizzare la porta in output.

Questa dunque era la soluzione piùcompleta, ma senz'altro la più comples-sa per chi non ha dimestichezza conl'hardware.

La versione più semplice prevede,sempre con lo scopo di «memorizzare»un valore «1» con cui disabilitare il 374,l'utilizzazione dell'uscita del sesto flip-

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fio p posto all'interno del blocco logico«registro di controllo», e per la precisio-ne il pin 15 del 74LS174, corrisponden-te perciò al bit 5 della parola di controlloverso la stampante, che abbiamo vistoche si può emettere con un comando di«scrittura all'indirizzo 27AH».

In questo caso per porre ad «1» il bitdi controllo del 374 basterà inviare «allastampante» e perciò all'indirizzo 27AH,un byte avente il bit 5 posto ad «1»,mentre per ripristinare a «O» il pin 1oramai ben noto, basterà che il bytecontenga uno «O» nel bit 5.

E questo è tutto, per quello che ri-guarda la seconda versione ...

È ovviamente molto più semplice daeffettuare, ma ci sono dei piccoli incon-venienti legati al fatto che, in funzionedel BIOS adottato dal proprio computer,non è dato sapere con certezza comeviene posto quel bit 5 ed in genere c'èperò da sperare che, siccome non eramai stato usato, venga posto «tranquil-lamente» a «O», facendo sì che all'iniziola porta «stampante» funzioni propriocome dovuto: ma ciò non è detto.

Da questo punto di vista dunque laprima versione è da preferire in quantoil bit di controllo del 374 è in uno statoben noto, in quanto resettato propriodal segnale che resetta tutto il PC allapartenza: eppoi con due semplici istru-zioni di OUT (inviando un dato qualun-que, che tanto non viene letto da nes-suno) si potrà setta re la porta comeoutput (modo di default) oppure comeinput.

Tornando alla versione semplificata,ci sono da aggiungere alcune «voci dicorridoio», secondo le quali pare chenegli ultimi computer dell'IBM (la seriePersonal System/2) il pin 1 del 374 ècollegato proprio al sesto flip-flop: nonavendo ancora avuto la possibilità mate-riale di controllare, non ci sbilanciamooltre, ma la verifica dovrebbe esserealquanto banale ed in caso positivo rap-presenterebbe la conferma del fattoche forse i tecnici dell'IBM avrebberovoluto applicare tale gestione dell'I/Oanche nei «vecchi» PC, ma poi conside-razioni interne a noi del tutto sconosciu-te hanno fatto propendere per la versio-ne «solo uscita» con l'incongruenza giàcitrata dell'input direttamente connessoall'output senza una motivazione benvalida (i manuali tecnici dell'IBM in talsenso sono ovviamente vaghi e parlanosolo del «wired OR» in caso di letturadalla porta).

Con questo abbiamo concluso questanon facile puntata, che speriamo siastata seguita da chi è interessato al-l'hardware del proprio computer.

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