56. Внутренние и внешние, параллельные и последовательные интерфейсы компьютера. Примеры интерфейсов и шин, их основные характеристики.

Интерфейсы компьютера. Внутренние и внешние интерфейсы.

С тех пор как прекратился экспоненциальный рост рабочих частот процессоров, на первый план выходят функциональные параметры персональных компьютеров: • поддержка современных интерфейсов; • количество и удобство расположения портов для подключения периферии; • простота эксплуатации и облуживания. Сейчас начинающие пользователи компьютера больше ценят гибкость конфигурирования платформы, чем ее вычислительную мощность. ИНТЕРФЕЙС — совокупность сигнальных линий (образующих шину), объединенных по назначению. Имеет жестко заданные электрические параметры и протоколы обмена данными. Шина интерфейса обслуживается контроллерами и служебными устройствами, а также программной оболочкой через драйверы операционной системы. Шины могут быть синхронными и асинхронными. Используемые в настоящее время шины отличаются по разрядности, способу передачи сигнала (последовательные или параллельные), пропускной способности, количеству и типу поддерживаемых устройств, а также протоколу работы. Решающую роль в стабильности и перспективности платформы играет поддержка современных интерфейсов. Интерфейсы для персональных компьютеров в самом общем виде принято разделять на внутренние и внешние.

Внутренние интерфейсы размещены внутри системного блока. Они обслуживают системные устройства (процессор, чипсет, шину памяти и другие компоненты) и карты расширения. Внешние интерфейсы обслуживают обязательные компоненты компьютерной системы (монитор, клавиатура, мышь) и различные периферийные устройства, размещенные вне системного блока.

 Все контроллеры и шины внутренних интерфейсов размещаются на системной плате. К важнейшим внутренним интерфейсам относятся: • системная шина с разъемом процессора; • шина памяти с разъемами модулей памяти; • шина и слот видеокарты; • шины и слоты плат расширения; • шины и порты накопителей; • шина и разъемы электропитания; • линии и порты интерфейса управления питанием; • порты и панели индикации;

Последовательный и параллельный интерфейсы ввода-вывода

В настоящее время наиболее популярны такие высокоскоростные интерфейсы для подключения периферийных устройств к настольным ПК и ноутбукам, как Universal Serial Bus (USB) и IEEE 1394, который также называют i.LINK или FireWire. Каждый интерфейс доступен в двух версиях: USB 1.1 и USB 2.0; IEEE 1394а и IEEE 1394b (FireWire 800). Порты USB и IEEE 1394 представляют собой высокоскоростные коммуникационные порты, по своим возможностям значительно выигрывающие у своих предшественников — обычных последовательных и параллельных портов. Их также можно считать альтернативой интерфейсу для периферийных устройств SCSI. Помимо более высокого быстродействия, данные порты обеспечивают консолидацию устройств ввода-вывода, что означает возможность подключения к ним периферийных устройств любого типа.

Преимущества последовательного соединения

Как уже отмечалось, по своей природе интерфейсы USB и IEEE 1394 являются последовательными. При этом данные передаются по одному проводу по одному биту за такт. В то же время параллельные порты (SCSI, ATA и LPT) предполагают одновременное использование 8, 16 и более проводов. Можно предположить, что за одно и то же время через параллельный канал передается больше данных, чем через последовательный, однако на самом деле увеличить пропускную способность последовательного соединения намного легче, чем параллельного.

Параллельное соединение обладает рядом недостатков, одним из которых является фазовый сдвиг сигнала, из-за чего длина параллельных каналов, например SCSI, ограничена (не должна превышать 3 м). Проблема в том, что, хотя 8- и 16-разрядные данные одновременно пересылаются передатчиком, из-за задержек одни биты прибывают в приемник раньше других. Следовательно, чем длиннее кабель, тем больше время задержки между первым и последним прибывшими битами на принимающем конце. Этот эффект называют перекосом сигнала; он не дает возможности использовать длинные кабели, а также высокие тактовые частоты. Способность сигнала достигать на втором конце провода определенного напряжения с небольшими колебаниями в течение короткого промежутка времени называют флуктуацией.

Последовательная шина позволяет единовременно передавать 1 бит данных. Благодаря отсутствию задержек при передаче данных значительно увеличивается тактовая частота. Например, максимальная скорость передачи данных параллельного порта ЕРР/ЕСР — 2,77 Мбайт/с, в то время как порты IEEE 1394 (в которых используется высокоскоростная последовательная технология) поддерживают скорость передачи данных, равную 400 Мбит/с (около 50 Мбайт/с), т.е. в 25 раз выше. Скорость передачи данных современных интерфейсов IEEE 1394b (FireWire 800) достигает 800 Мбит/с (или около 100 Мбайт/с), что в 50 раз превышает скорость передачи параллельного порта! Наконец, быстродействие интерфейса USB2.0 достигает 480 Мбит/с (около 60 Мбайт/с).

Еще одно преимущество последовательного способа передачи данных — возможность использования только одно- или двухпроводного канала, поэтому помехи, возникающие при передаче, очень малы, чего нельзя сказать о параллельном соединении.

Стоимость параллельных кабелей довольно высока, поскольку провода, предназначенные для параллельной передачи, не только используются в большом количестве, но и специальным образом укладываются, чтобы предотвратить возникновение помех, а это весьма трудоемкий и дорогостоящий процесс. Кабели для последовательной передачи данных, напротив, очень дешевые, так как состоят из нескольких проводов и требования к их экранированию намного ниже, чем у используемых для параллельных соединений.

Именно поэтому, а также учитывая требования внешнего периферийного интерфейса Plug and Play и необходимость устранения физического нагромождения портов в портативных компьютерах, были разработаны эти две высокоскоростные последовательные шины, используемые уже сегодня. Шиной USB оснащен практически каждый компьютер. Благодаря своей универсальности этот порт используется для всех внешних подключений устройств общего назначения. Несмотря на то что шина IEEE 1394 (больше известная как FireWire) изначально была предназначена для узкоспециализированного использования (например, с цифровыми видеокамерами), в настоящий момент она применяется и с другими устройствами, например с профессиональными сканерами и внешними жесткими дисками.