von Владимир Дарявин Vor 8 Jahren
473
Mehr dazu
Интерфейс представляет собой совокупность линий и шин, сигналов, электронных схем и алгоритмов (протоколов), предназначенную для осуществления обмена информацией между устройствами.
Для согласования интерфейсов периферийные устройства подключаются к шине не напрямую, а через свои контроллеры (адаптеры) и порты по следующей схеме:
Последовательный интерфейс для передачи данных в одну сторону использует одну сигнальную линию, по которой информационные биты передаются друг за другом последовательно. Такой способ передачи данных и определяет название интерфейса и порта, его реализующего (Serial Interface и Serial Port). Последовательная передача данных может осуществляться как в асинхронном, так и в синхронном режимах.
При асинхронной передаче каждому биту предшествует старт-бит, сигнализирующий приемнику о начале очередной посылки, за которым следуют биты данных. Завершает посылку стоп-бит, гарантирующий определенную выдержку между соседними посылками. Старт-бит, имеющий всегда строго определенное значение (лог.0), обеспечивает простой механизм синхронизации приемника по сигналу от передатчика.
Порт параллельного интерфейса был введен в ПК для подключения принтера ¾ отсюда и пошло его название LPT-порт (Line PrinTer ¾ построчный принтер). Хотя через этот же порт подключается и большинство лазерных принтеров, которые по принципу действия не построчные, а постраничные, название “LPT” закрепилось основательно.
Адаптер параллельного интерфейса представляет собой набор регистров, расположенных в пространстве ввода/вывода. Порт имеет внешнюю 8-битную шину данных, 5-битную шину сигналов состояния и 4-битную шину управляющих сигналов.
Small Computer System Interface (“скази”) ¾ интерфейс системного уровня, в отличие от выше описанных портов, представляет собой шину: сигнальные выводы множества устройств абонентов соединены друг с другом “один в один”. В отличие от жестких шин расширения, SCSI реализуется в виде кабельного шлейфа, который допускает соединение до 8 устройств внутреннего и внешнего исполнения. Одно из них ¾ хост-адаптер (Host Adapter) связывает шину SCSI с системной шиной компьютера, семь других свободны для периферии. К шине могут подключаться винчестеры, CD-ROM, стриммеры, сканеры и другое оборудование, применяемое не только для ПК.
Существуют два варианта организации внутреннего интерфейса:
многосвязный интерфейс: каждый блок ПК соединен с прочими блоками своими локальными проводами; многосвязный интерфейс иногда применяется в качестве периферийного интерфейса (для связи с внешними устройствами ПК);
- односвязный интерфейс: все блоки ПК связаны друг с другом через общую, или системную шину.
AGP (AdvancedGraphicPort) – специальный шинный интерфейс для подключения видеоадаптеров. Разработан в связи с тем, что параметры шины PCI не отвечают требованиям видеоадаптеров по быстродействию. Частота от 33 до 66 МГц, пропускная способность до 1066 Мбайт в секунду.
EISA (Extended ISA) – расширение стандарта ISA до 32 разрядов, пропускная способность возросла до 32х Мбайт в секунду, позволяет подключать к шине более одного ЦПУ. Как и стандарт ISA этот стандарт исчерпал свои возможности и в будущем выпуск плат, которые поддерживают эти интерфейсы прекратиться.
Интерфейс ISA (IndustryStandardArchitectureComputing) разрешает связать между собой все устройства системного блока, а также обеспечивает простое подключение новых устройств через стандартные слоты. Пропускная способность составляет до 5,5 Мбайт в секунду. В компьютерах может использоваться лишь для подсоединения внешних устройств, которые не требуют большой пропускной способности (звуковые карты, модемы), в настоящее время не используется.
В современном компьютере достаточно много различных разъемов для подключения внешних устройств. Некоторые из них устарели, некоторые только внедряются. Аналоговые и цифровые порты можно классифицировать по способу передачи данных: последовательно/параллельно, однонаправленно/двунаправленно. Некоторые допускают соединение только двух устройств, а некоторые создают целую шинную организацию, объединяющую много устройств. Попробуем разобраться в некоторых особенностях и характеристиках следующих интерфейсных портов: RS-232C, RS-422/488, LPT, Keyboard Port, PS/2, Game Port, VGA, S-Video, DVI, HDMI, DisplayPort, Audio,S/PDIF, SDI, IrDA, USB, IEEE 1394, SCSI, SATA.
Для вывода изображения на бытовые видеоустройства (телевизоры, видеомагнитофоны и т. п.) широко применяется порт S-Video, использующий разъем Mini Din 4. В S-Video кабеле видеосигнал передаются по двум небалансным витым парам с общим экранирующим проводником. По одной из линий передается яркостная составляющая Y (с импульсами синхронизации), а по другой — цветовая компонента С, содержащая оба цветоразностных сигнала Cb (Y-B) и Cr (Y-R). Параметры кадровой развертки и способ кодирования цвета зависят от выбранного формата (NTSC, PAL или SECAM).
По мере развития вычислительных машин сменялись поколения технологий производства видеоконтроллеров и внешних мониторов. В линейке персональных компьютеров, имеющей сравнительно долгую историю, заметный след оставили цифровой интерфейс CGA (Color Graphics Array), а также аналоговые EGA (Enhanced Graphics Array) и VGA. Последний из которых на базе разъема D-SUB-15 получил наиболее широкое распространение. Изначально порт VGA использовал тот же разъем D-SUB-9, что и EGA, но затем, с появлением мониторов SVGA, появилась необходимость передавать помимо видеосигнала ещё и дополнительные служебные данные по протоколам DDC1/DDC2B/DDC2AB (Display Data Channel). Поэтому вторая версия порта SVGA получила разъем «высокой плотности» High density D-SUB-15, который отличается от обычного DB-15 тем, что контакты в нем расположены не в два ряда, а в три.
Изначально игровой порт был предназначен для подключения к компьютеру до двух аналоговых игровых манипуляторов с двумя кнопками или одного с четырьмя. Чтобы указать координатное перемещение, манипулятор должен был соответствующим образом изменять уровень падения напряжения на 3/6 или 11/13 контактах и замыкать 2/7 или 10/14 контакт на общий провод в случае нажатия кнопок. О скорости обмена говорить тут не имело смысла, так как все зависело не от самого «устройства», а от скорости работы контроллера порта и его АЦП. Современные манипуляторы оснащаются более универсальными интерфейсами, например USB.
В середине 80-х IBM предложила в своей новой серии персональных компьютеров IBM PS/2 (Personal System) для удобства использовать один и тот же разъём для клавиатуры и мыши. Для этого был разработан новый последовательный порт с более компактным разъёмом, за которым в дальнейшем закрепилось название PS/2. В отличие от интерфейса RS-232C, порт PS/2 является полудуплексным. Скорость обмена выше, чем в клавиатурном порте, но не выше, чем у RS-232C. Большая скорость реакции PS/2 мышей объясняется тем, что RS-232C мыши работают на стандартной скорости 9600 бит/сек, а не на максимальной.
В первых моделях линейки персональных машин компании IBM порт последовательный порт клавиатуры был однонаправленным. С фиксированной скоростью контроллер клавиатуры синхронно посылал поток битов компьютеру. С появлением машин класса AT клавиатурный порт, не изменив конструкции разъема (DIN 5), стал более походить на последовательный полудуплексный порт (прямая и обратная передача идут по одной и той же сигнальной линии). Драйвер клавиатуры AT может управлять состояниями контроллера клавиатуры, подавая ему команды (например, установить скорость повтора нажатия, включить/выключить индикаторы режима работы).
Режим EPP (предложенный компаниями Intel, Xircom и Zenith Data Systems) при передаче данных использует обоюдные подтверждения, это позволяет прозрачно подстраивать скорость обмена (до 2 Мбит/с), а также дает возможность увеличить допустимую длину кабеля. Режим ECP был предложен компаниями Hewlett-Packard и Microsoft чуть позже. Главное отличие заключалось в том, что, если периферийное устройство умеет упаковывать/распаковывать данные по алгоритму RLE (удобно для передачи изображений), то обмен будет происходить со сжатием данных на ходу, и фактическая скорость обмена будет выше (в 2-50 раз). ECP версии порта LPT использовались для подключения принтеров, сканеров и даже внешних накопителей. На стороне компьютера порт имеет 25-и штырьковый разъем DB-25, а на стороне принтера обычно использовался оригинальный 36-контактный разъем Centronics.
Стандарты RS-422 и RS-485 являются более скоростным продолжением порта RS-232. Для увеличения скорости передачи данных и допустимой длины соединительного кабеля используются разностная (балансная) передача сигнала, поэтому задействованы дополнительные контакты 25-и штырькового разъема. Это резко снижает воздействие помех и взаимное влияние сигналов в линиях, и позволяет увеличить допустимую длину кабеля с 15 до 1000 метров. К тому же, к этим портам можно с помощью повторителей подключать до 10/32 устройств соответственно. Устройства подключаются параллельным ответвлением от основного кабеля, и совместно разделяют ресурсы шины. Интерфейс RS-422 дуплексный, а RS-485 — полудуплексный.
Порт RS-232C используется для подключения указывающих устройств (манипуляторы мышь), внешних модемов, а иногда для соединения двух машин нуль-модемным кабелем. Спецификация RS-232 была принята в качестве стандарта 1960 ассоциацией EIA, а через несколько лет (в 1969) была принята третья версия стандарта RS-232C, которая является на данный момент наиболее широко распространенной среди персональных компьютеров. В большинстве других источников заостряется внимание на том, что RS (Recommended Standart) не патентованный стандарт, а лишь рекомендованная спецификация. Конструктивно RS-232C порт может иметь либо 9-и (DB-9), либо 25-и (DB-25) штырьковый разъем (компьютер — розетка, устройство — вилка). Но фактически используются только 9 контактов. Интерфейс позволяет связать только 2 устройства (и не более). Передача данных дуплексная по двум независимым сигнальным линиям, небалансная (недифференциальная) с одним общим проводом. Скорость передачи в данный момент ограничена 155 Кбит/сек (18,9 Kбайт/сек).
