Внешние интерфейсы компьютера

 

Оглавление

Введение…………………………………………………………………………стр4

Внешние интерфейсы компьютера

Последовательный  порт…………………………………………………………стр5 
USB порт…………………………………………………………………………стр6 
SCSI……………………………………………………………………………….стр9 
PS/2………………………………………………………………………………стр22 
Bluetooth…………………………………………………………………………стр24 
IEEE……………………………………………………………………………...стр25 
Интерфейс PC Card (РСMСIA)………………………………………………...стр28

Внутренние интерфейсы компьютера

Peripheral Component Interconnect (PCI)……………………………………….стр32 
Accelerated Graphics Port (AGP)………………………………………………..стр34 

Заключение.………………………………………………………………….стр38

Список литературы…………………………………………………………...стр39

Приложения……………………………………………………………………стр40

   

 

 

 

 

Введение

Толковый словарь  по вычислительным системам определяет понятие интерфейс (interface) как границу  раздела двух систем, устройств или  программ; элементы соединения и вспомогательные  схемы управления, используемые для  соединения устройств. Мы же поговорим  о интерфейсах, позволяющих подключать к персональным (и не только) компьютерам  разнообразные периферийные устройства и их контроллеры. По способу передачи информации интерфейсы подразделяются на параллельные и последовательные. В параллельном интерфейсе все биты передаваемого слова (обычно байта) выставляются и передаются по соответствующим  параллельно идущим проводам одновременно. В PC традиционно используется параллельный интерфейс Centronics, реализуемый LPT-портами. В последовательном же интерфейсе биты передаются друг за другом, обычно по одной  линии. СОМ порты PC обеспечивают последовательный интерфейс в соответствии со стандартом RS-232C. При рассмотрении интерфейсов  важным параметром является пропускная способность.

В архитектуре  современных компьютеров все  большее значение приобретают внешние  шины, служащие для подключения различных  устройств. Сегодня это могут  быть, например, внешние жесткие  диски, CD-, DVD-устройства, сканеры, принтеры, цифровые камеры и прочее. Широко используемый последовательный интерфейс синхронной и асинхронной передачи данных.

Интерфейс - это аппаратное и программное обеспечение (элементы соединения и вспомогательные схемы  управления, их физические, электрические  и логические параметры), предназначенное  для сопряжения систем или частей системы (программ или устройств). Под  сопряжением подразумеваются следующие  функции:

• выдача и прием информации;

• управление передачей  данных;

• согласование источника  и приемника информации.

В связи с понятием интерфейса рассматривают также понятие  шина (магистраль) - это среда передачи сигналов, к которой может параллельно  подключаться несколько компонентов  вычислительной системы и через  которую осуществляется обмен данными.

Системный интерфейс —  это конструктивная часть ЭВМ, предназначенная  для взаимодействия ее устройств  и обмена информацией между ними.

Системные интерфейсы:

- параллельные;

- последовательные.                                                                                         

 

I. Внешние интерфейсы компьютера

Интерфейс RS-232C

Обмен данными в соответствии со спецификацией протокола RS-232 происходит последовательно, методом асинхронной  передачи. При этом каждому байту  предшествует так называемый старт-бит (всегда имеющий значение логического  «0»). Он сигнализирует приемнику  о начале пакета. За ним следуют  биты данных и (не всегда) бит четности. Завершает посылку стоп-бит, сигнализирующий  о начале паузы между пакетами. Для асинхронного режима принято  несколько стандартных скоростей  обмена. Сегодня актуальными можно  считать скорости 9600,19200, 38400, 57600 и 115200 бит/с. Тем самым эти скорости являются стандартными для последовательного  порта компьютера, реализованного на интерфейсе RS-232C. Интерфейс использует несимметричные передатчики и приемники, то есть сигнал передается относительно общего провода, высокий уровень  соответствует логическому «О», а низкий уровень - логической «1». В  компьютерных системах применяют универсальные  асинхронные приемопередатчики (UART - Universal Asynchronous Receiver -Transmitter), совместимые  на уровне регистров с типом 16550А. Микросхема UART 16550А обеспечивает поддержку  буферов ввода-вывода (FIFO) емкостью по 16 байт, режим прямого доступа  к памяти (DMA), все стандартные  скорости обмена данными. Последовательные порты компьютера реализованы на микросхеме UART и имеют внешние  разъемы стандарта DB-25P или DB-9P, которые  должны быть выведены на заднюю стенку корпуса. Спецификацией АТХ предусмотрен разъем СОМ-порта на тыльной стороне  системной платы. К последовательному  порту могут быть подключены различные  манипуляторы (мышь, трекбол), внешние  модемы, печатающие устройства (принтеры, плоттеры), инфракрасные приемопередатчики, так называемый «нуль-модемный»  кабель для соединения с другим компьютером, электронные ключи, измерительные  приборы и т. д. Компьютер имеет  четыре последовательных порта (COM1-COM4), каждой паре которых выделяется своя линия запроса прерывания. Для  СОМ1/COM3 это линия IRQ 4, для COM2/COM4 - линия IRQ 3. Если к одному из портов подключена мышь, то линию запроса прерывания на нем переназначить нельзя, так  как она жестко задана в драйвере устройства. Конфигурирование последовательных портов осуществляется на аппаратном уровне средствами BIOS системной платы, а на программном уровне - динамически, соответствующими приложениями. В период инициализации BIOS проверяет наличие  портов по стандартным адресам и  присваивает им логические имена (СОМ1-СОМ4). Затем обнаруженным портам назначаются  линии запроса прерывания.

 

Интерфейс IEEE1284

Спецификация IEEE1284 определяет параметры параллельного интерфейса обмена данными с внешними устройствами компьютера. Практически единственным широко распространенным внешним устройством  с параллельным интерфейсом до последнего времени являлся принтер. Прочие компоненты (как-то: «электронные ключи», стримеры, сканеры, дисководы ZIP) на самом  деле для IEEE1284 «неродные» и работают, надо сказать, отвратительно. В частности, «электронный ключ» на порту LPT легко  эмулируется программными методами, а дисковод ZIP записывает так долго, что пользователь успевает состариться. Поэтому в дальнейшем мы будем  рассматривать параметры IEEE1284 применительно  к принтерам. Однонаправленный параллельный интерфейс для подключения принтеров  получил наименование Centronics. Он объединяет спецификацию на параметры сигналов, протоколы взаимодействия и применяемые  разъемы. Интерфейс Centronics реализован на современных компьютерах как SPP (Standard Parallel Port - стандартный параллельный порт). В качестве разъема применяется DB-25S, обычно размещаемый на отдельной  планке. Контроллер параллельного интерфейса поддерживает 8-битную шину данных, 5-битную шину сигналов состояния и 4-битную шину управляющих сигналов. Обычно поддерживаются три 8-битных регистра в пространстве ввода-вывода и одна линия запроса прерывания. Схемотехника порта LPT базируется на TTL-логике. Скорость обмена не выше 150 Кбайт/с при значительной загрузке процессора. Очевидно, что  для современных устройств печати такая скорость совершенно недостаточна. В 1994 г. был принят стандарт IEEE1284, определивший спецификацию портов SPP, ЕРР и ЕСР. Дополнительные режимы ЕРР (Enhanced Parallel Port - улучшенный параллельный порт) и  ЕСР (Extended Capability Port - порт с расширенными возможностями) позволили ввести поддержку  двунаправленного обмена с аппаратным сжатием данных, использованием буферов FIFO и каналов DMA. В качестве разъемов спецификацией определены Тип A (DB-25), Тип В (Centronics) и тип С (компактный 36-контактный). Требования к кабелям  также ужесточены: перевитые провода, экранирование и другие параметры  должны обеспечить пропускную способность  до 2 Мбит/с при длине кабеля до 10м. Однако надо следить за тем, чтобы  кабель, идущий в комплекте с принтером  или приобретаемый отдельно, соответствовал спецификации и был маркирован «IEEE Std 1284-1994 Compliant». Конфигурирование параллельного  порта осуществляется средствами BIOS.

Интерфейс USB

Специалисты, в свое время  немало помучившиеся с распределением прерываний, адресов и каналов DMA для модема, мыши, «навороченного»  джойстика на СОМ-портах, наверное, полнее всего ощутили преимущества последовательного интерфейса USB. С его появлением постепенно уходят в прошлое оставшиеся со времен первых IBM PC реликты, связанные с архитектурой шины ISA: COM и LPT-порты, интерфейс подключения FDD. Чипсеты материнских плат, в которых отсутствует явная поддержка шины ISA, ныне занимают львиную долю рынка. Практически все современные чипсеты поддерживают интерфейс USB, в том числе новой спецификации 2.0. Архитектурой USB предусмотрена топология так называемой «звезды». То есть в системе должен быть корневой (ведущий) концентратор, к которому подключаются периферийные концентраторы, а к последним — устройства USB. Корневой концентратор расположен в одной из микросхем системного набора (обычно в «южном мосту»). Периферийные концентраторы могут подключаться друг к другу, образуя каскады. Всего через один корневой концентратор может быть подключено до 127 устройств (концентраторов и устройств USВ). Однако, учитывая относительно невысокую пропускную способность шины версии 1.0 (до 12 Мбит в секунду), что с учетом служебных расходов составит около 1 Мбайт в секунду, — оптимальным числом следует считать 4-5 устройств. При этом рекомендуется более скоростные устройства подключать ближе к корневому концентратору. Проблема низкой пропускной способности снимается с внедрением спецификации интерфейса USB 2.0, чья пиковая производительность достигает 480 Мбит/с. Такого значения вполне хватает для типичных USB-устройств: принтеров, офисных сканеров, цифровых фотокамер, джойстиков и прочих. Но все же для внешних накопителей, сканеров высокого класса, цифровых видеокамер требуется более скоростной интерфейс: IEEE 1394 или SCSI.

Спецификация USВ определяет две части интерфейса: внутреннюю и внешнюю. Внутренняя часть делится на аппаратную (собственно корневой концентратор и контроллер USB) и программную (драйверы контроллера, шины, концентратора, клиентов). Внешнюю часть представляют устройства (концентраторы и компоненты) USB. Для обеспечения корректной работы все устройства делятся на классы: принтеры, сканеры, накопители и т. д. Классы устройств и особенности их функционирования подробно описаны в спецификации USВ. При отклонении от этих требований могут возникнуть проблемы с загрузкой драйверов и подключением устройств. Напротив, точное следование спецификации позволяет создавать драйверы для любых устройств сторонним производителям программного обеспечения. Разделение устройств на классы происходит не по их целевому назначению, а по единому способу взаимодействия с шиной USВ. Поэтому драйвер класса принтеров определяет не его разрешение или цветность, а способ передачи (односторонний или двунаправленный) и форматирования данных, порядок инициализации при подключении. Данные по шине USB передаются в различных форматах. Самый простой способ заключается в передаче потока байтов с маркером. При этом маркер путешествует в направлении корневого концентратора от устройства к устройству, а данные передаются при наличии свободной полосы пропускания. Гарантированную полосу пропускания обеспечивает изохронный формат. В этом случае опрос синхронных устройств производится с частотой, требуемой для полосы пропускания. Также производится синхронизация тактовых частот приемника и передатчика. Изохронный режим чаще всего применяют для подключения звуковых устройств, которым требуется постоянная полоса пропускания. Формат прерываний применяют для устройств, работающих в реальном масштабе времени до наступления требуемого события. Опрос таких устройств происходит с фиксированной частотой, а передача данных осуществляется при получении сигнала о произошедшем событии. Формат управления является специфическим и служит для конфигурирования и управления концентраторами и устройствами. Все устройства USB соединяются между собой четырехжильным кабелем. По одной паре передаются данные, по другой — электропитание, которое автоматически подключается устройством при необходимости. На концах кабеля монтируются разъемы типов «А» и «В». С помощью разъема «А» устройство подключают к концентратору. Разъем типа «В» устанавливают на концентраторы для связи с другим концентратором и на устройства, от которых кабель должен отключаться (например, сканеры). В духе современной тенденции к упрощению пользования компьютером реализована процедура подключения периферии к шине USB. Все происходит «в горячем режиме». Подключенное в свободный порт устройство вызывает перепад напряжения в цепи. Контроллер немедленно направляет запрос на этот порт. Присоединенное устройство принимает запрос и посылает пакет с данными о классе, затем ему присваивается уникальный идентификационный номер. Далее происходит автоматическая загрузка и активация драйвера устройства, его конфигурирование и, тем самым, окончательное подключение. Все. устройство готово к работе! Точно так же происходит инициализация уже подсоединенного и включаемого в сеть устройства.

Графическое обозначение

Схема цоколевки

Вилка тип А (устанавливается  на кабеле)	Розетка тип А (устанавливается на корпусе компьютера)	Вилка тип В (устанавливается  на кабеле)	Розетка тип В (устанавливается на корпусе периферийного  устройства)

Названия и функциональные назначения выводов 

№ вывода	Обозначение	Описание
1	V BUS	Питание, +5 В
2	D–	Data (передача данных)
3	D+	Data (передача данных)
4	GND	Ground (корпус)

Интерфейс SCSI

Стало уже традицией сравнивать интерфейс SCSI (читается - «скази») исключительно  с интерфейсом IDE. На самом деле такое  сравнение не совсем корректно: SCSI, в отличие от IDE, позволяет подключать не только носители информации. Часто  забывают, что SCSI является универсальным  интерфейсом и до появления IEEE1394 ему практически не было альтернативы в работе с высокоскоростными  устройствами. К тому же и монополия IDE на рынке жестких дисков относится  к области мифов - реальная доля SCSI-устройств  составляет 25-27%. Обычно преимуществами IDE называют более низкую стоимость  и производительность, якобы достигшую  уровня SCSI. Если же сравнить изделия  для этих интерфейсов по критерию «стоимость-эффективность», то SCSI выглядит явным лидером. Конечно, выбор SCSI со стороны пользователя обусловлен, прежде всего, характером задач, которые призвана решать компьютерная система. Если предполагается профессиональная работа с видео, трехмерной графикой, большими массивами данных, оцифровка изображений, то альтернативой SCSI могут быть только интерфейсы, присутствующие на существенно более дорогих  рабочих станциях. Сегодня максимальная (теоретическая) скорость передачи информации по шине IDE составляет 133 Мбайт/с (протокол Ultra ATA-133), для нового интерфейса Serial ATA - до 150 Мбайт/с. Спецификацией Ultra320 SCSI предусмотрена скорость обмена до 320 Мбайт/с. Реальные преимущества SCSI особенно заметны в многозадачных операционных системах и при обработке непрерывных потоков данных (например, видео). Многие известные производители (в частности, Iwill) выпускают материнские платы со встроенными контроллерами SCSI. Но все же большинство покупателей предпочитает платы расширения, которые обеспечивают возможность последующей модернизации. В обоих случаях для инициализации требуется собственная система SCSI BIOS. На материнских платах со встроенным контроллером она обычно присутствует в системной BIOS в качестве дополнения. На платах расширения помещают собственную микросхему BIOS. Возможен и вариант (в самых дешевых системах) отсутствия BIOS и обеспечения поддержки интерфейса исключительно драйверами операционной системы. Такие операции, как форматирование жесткого диска, возможны только через «родной» BIOS того хост-адаптера, который будет работать с данным диском. Дело в том, что разные контроллеры могут использовать различные схемы трансляции логических адресов секторов жесткого диска в физические.