Понятие интерфейса
Интерфейс (interface) – совокупность средств и методов взаимодействия между элементами системы.
В зависимости от контекста, понятие применимо как к отдельному элементу (интерфейс элемента), так и к связкам элементов (интерфейс сопряжения элементов).
Примеры:
руль, педали газа и тормоза, ручка КПП – интерфейс (управления) автомобиля (интерфейс элемента), или же интерфейс системы «водитель – автомобиль»;
электрические вилка и розетка – являются интерфейсом энергоснабжения большинства бытовых приборов (интерфейс системы);
клавиатура и мышь – являются интерфейсом компьютера в системе «пользователь – ЭВМ»;
Интерфейсы в вычислительной технике
Интерфейсы являются основой взаимодействия всех современных информационных систем. Если интерфейс какого-либо объекта (персонального компьютера, программы, функции) не изменяется (стабилен, стандартизирован), это даёт возможность модифицировать сам объект, не перестраивая принципы его взаимодействия с другими объектами.
Например, научившись работать с одной программой под Windows, пользователь с легкостью освоит и другие – потому, что они имеют одинаковый интерфейс.
Классификация интерфейсов
В настоящее время не существует достаточно полной объективной классификации интерфейсов. Имеющиеся классификации основываются, как правило, на одном классификационном признаке или же строятся для одного класса интерфейсов. Определенным обобщением этих классификаций является стандарт на классификационные признаки интерфейсов (ГОСТ), включающий четыре признака классификации:
способ соединения компонентов системы (магистральный, радиальный, цепочечный, смешанный);
способ передачи информации (параллельный, последовательный, параллельно-последовательный);
принцип обмена информацией (асинхронный, синхронный);
режим обмена информацией (симплексный, полудуплексный, дуплексный, мультиплексный режим обмена).
В вычислительной системе взаимодействие может осуществляться на пользовательском, программном и аппаратном уровнях. В соответствии с этим можно выделить следующие виды интерфейсов:
Интерфейс пользователя – это совокупность средств, при помощи которых пользователь общается с различными устройствами: интерфейс командной строки, графический интерфейс пользователя, диалоговый интерфейс, естественно-языковой интерфейс.
Физический интерфейс – способ взаимодействия физических устройств. Чаще всего речь идёт о компьютерных портах: сетевой интерфейс, шлюз, шина, нейрокомпьютерный интерфейс.
Интерфейсы в программировании: интерфейс функции, интерфейс программирования приложений, вызов удаленных процедур, интерфейс (ООП).
Персональные компьютеры обычно проектируются на основе принципа открытой архитектуры, которая заключается в следующем:
Регламентируются и стандартизируются только описание принципа действия компьютера и его конфигурация (определенная совокупность аппаратных средств и соединений между ними). Таким образом, компьютер можно собирать из отдельных узлов и деталей, разработанных и изготовленных независимыми фирмами-изготовителями.
Компьютер легко расширяется и модернизируется за счёт наличия внутренних расширительных гнёзд, в которые пользователь может вставлять разнообразные устройства, удовлетворяющие заданному стандарту, и тем самым устанавливать конфигурацию своей машины в соответствии со своими личными предпочтениями.
Для того чтобы соединить друг с другом различные устройства компьютера, они должны иметь одинаковый интерфейс (англ. interface от inter – между, и face – лицо).
Интерфейс – это средство сопряжения двух устройств, в котором все физические и логические параметры согласуются между собой.
Основные электронные компоненты, определяющие архитектуру компьютера, размещаются на основной плате, которая называется системной или материнской.
Шиной (Bus) называется вся совокупность линий (проводников на материнской плате), по которым обмениваются информацией компоненты и устройства ПК. Шина предназначена для обмена информацией между двумя и более устройствами. На рис.4 дана схема шины.
Рис.4 Структура шины
Шина имеет места для подключения внешних устройств – слоты, которые в результате становятся частью шины и могут обмениваться информацией со всеми другими подключенными к ней устройствами. Разъемы и слоты для подключения различных устройств располагаются на материнской плате (рис.5).
Рис.5 Материнская плата
Шины в ПК различаются по своему функциональному назначению:
системная шина (или шина CPU) используется микросхемами Chipset для пересылки информации к CPU и обратно;
шина кэш-памяти предназначена для обмена информацией между CPU и кэш-памятью;
шина памяти используется для обмена информацией между оперативной памятью RAM и CPU;
шины ввода/вывода информации подразделяются на стандартные и локальные.
Каждая шина имеет собственную архитектуру, позволяющую реализовать важнейшие ее свойства – возможность параллельного подключения практически неограниченного числа внешних устройств и обеспечение обмена информацией между ними. Архитектура любой шины имеет следующие компоненты:
линии для обмена данными (шина данных);
линии для адресации данных (шина адреса);
линии управления данными (шина управления);
контроллер шины.
Контроллер шины осуществляет управление процессом обмена данными и служебными сигналами и обычно выполняется в виде отдельной микросхемы либо в виде совместимого набора микросхем – Chipset.
Шина данных обеспечивает обмен данными между CPU, картами расширения, установленными в слоты, и памятью RAM. Чем выше разрядность шины, тем больше данных может быть передано за один такт и тем выше производительность ПК. Компьютеры с процессором 80286 имеют 16-разрядную шину данных, с CPU 80386 и 80486 – 32-разрядную, а компьютеры с CPU семейства Pentium – 64-разрядную шину данных.
Шина адреса служит для указания адреса к какому-либо устройству ПК, с которым CPU производит обмен данными. Каждый компонент ПК, каждый регистр ввода/вывода и ячейка RAM имеют свой адрес и входят в общее адресное пространство ПК. По шине адреса передается идентификационный код (адрес) отправителя и (или) получателя данных.
Шина управления передает ряд служебных сигналов: записи/считывания, готовности к приему/передаче данных, подтверждения приема данных, аппаратного прерывания, управления и других, чтобы обеспечить передачу данных.