Типы и виды интерфейсов ввода-вывода в эвм

Классификация интерфейса с устройствами ввода-вывода

Признаки классификации и типы интерфейса с устройствами ввода-вывода таковы:

1. Пересечение с адресным пространством памяти (основным адресным пространством) процессора:

   1. Изолированный ввод-вывод.

   2. Ввод-вывод по принципу доступа к памяти.

Преимущества изолированного ввод-вывода в том, что он не занимает адресного пространства МП. Недостаток: программная часть ограничивается командами IN и OUT. Для ввода-вывода по принципу доступа к памяти можно использовать весь набор команд, но недостаток в том, что он занимает часть адресного пространства. В основном используется изолированный ввод-вывод.

2. По способу синхронизации работы процессора с устройствами ввода-вывода или, точнее, что инициирует обмен — процессор или устройство ввода-вывода:

   1. Ввод-вывод по опросу (синхронный ввод-вывод).

   2. Ввод-вывод по прерыванию (асинхронный ввод-вывод).

3. По количеству линий данных:

   1. Параллельный.

   2. Последовательный.

4. По направлению передачи информации:

   1. Односторонний (симплекс).

   2. Двусторонний поочередный (полудуплекс).

   3. Двусторонний (дуплекс).

5. По топологии:

   1. Многоточечные (магистральные) (SCSI, КОП).

   2. Двухточечные (радиальные):

      1. Параллельные:

         1. BS4421 (ИРПР).

         2. Centronics (ИРПР-М) (36 (Centronics) — 25 (DB-25) контактов).

      2. Последовательные:

         1. CL (Current Loop) (ИРПС, токовая петля) — асинхронная передача постоянного тока по 4-проводной дуплексной линии.

         2. RS-232C (Стык С2) — синхронно-асинхронный, разъем 25 или 9 контактов, самый распространенный вариант — “коротко-замкнутая петля” (“нуль модема”). В последнем случае TxD_DTE соединяется с RxD_DCE, RTS_DTE — с CTS_DCE.

         3. RS-422, RS-423 (С2-ИС) — усовершенствованный по скорости RS-232C, архитектура и программирование такие же.

Также интерфейсы можно классифицировать по типу устройств, для соединения которых они предназначены.

Аппраратно интерфейс реализуется совокупностью микросхем, отдельной микросхемой или входит в состав микросхемы вместе с другими интерфейсами. При этом одни интерфейсы могут подключаться через другие. Например, SCSI подключается к шине PCI. ISA также подключается через PCI. Интерфейс IDE вначале подключался к шине ISA, а затем — к PCI.

Важной характеристикой интерфейса является производительность (пропускная способность, скорость). Она определяется как произведение количества линий данных на тактовую частоту или количество передач (транзакций) в секунду, если за один такт даные могут быть переданы несколько раз.

Шина ISA

Isa (Industry Standard Architecture) имеет следующие характеристики:

• частота — 8 МГц;

• количество контактов — 62 или 98: данные — 8 или 16, адрес — 24;

• максимальная скорость — 15 Мбайт/с.

Шина PCI

Шина PCI (Peripheral Component Interconnect) разработана фирмой Intel.

Первая версия шины имела тактовую частоту 33 МГц, количество контактов — 124 (данные — 32) и 188 (данные — 64), скорость — 126 и 252 Мбайт/с.

PCI 2.1 работает на частоте 33-66 МГц. Отсюда максимальная скорость — 66 МГц x 8 байтов (64 разряда)  504 Мбайт/с. Позволяет подключать до десяти внешних устройств. Еще одним свойством этой шины является автоматическое конфигурирование внешних устройств (plug-n-play).

PCI-X — расширение PCI по частоте: 100, 133, 266 и 533 МГц.

Шина AGP

AGP (Accelerated Graphics Port). Данные 32 разряда. Тактовая частота — 66 МГц. Скорость — 252 Мбайт/с. Для AGP 2X, 4X, 8X частота и скорость умножаются на соответствующий коэффициент. AGP 1X и 2X — 3,3 В, AGP 4X и 8X — 1,5 В.

PCI Express

PCI Express (PCI-E) — шина, разработанная Intel, использующая программную модель шины PCI и высокопроизводительный физический протокол, основанный на последовательной передаче данных.

Пропускная способность PCI Express 1x — 0,5 Гбайт/с, PCI Express 16x — 8 Гбайт/с, PCI Express версии 2.0 — в два раза выше.

Интерфейс IDE

IDE (Integrated Drive Electronics) или (ATA (AT Attachment). Первоначально использовался для подключения винчестеров. Разъем — 40 контактов (данные — 16). Имеет возможность подключения до двух устройств.

Существует несколько разновидностей интерфейса IDE, совместимых снизу вверх друг с другом. Существует расширение спецификации IDE для поддержки иных типов накопителей с интерфейсом IDE (приводов CD-ROM, CD-R и DVD-ROM, накопителей LS-120 и ZIP, магнитооптики, стримеров и т. п.), которое называется ATAPI (ATA Packed Interface).

Интерфейс IDE поддерживает два типа обмена данными:

1. Программируемый ввод-вывод (PIO, Programmed Input/Output).

2. Прямой доступ к памяти (DMA, Direct Memory Access).

При программируемом вводе-выводе обмен данными производится через регистры процессора под его непосредственным управлением. В режиме прямого доступа к памяти контроллер интерфейса IDE и контроллер прямого доступа к памяти, расположенный на материнской плате, пересылают данные между диском и оперативной памятью, не загружая центральный процессор.

Скорость обмена зависит от разновидности интерфейса и способа обмена данными:

• PIO Mode 3 — 11,1 Мбайт/с;

• PIO Mode 4 и Single Word DMA Mode 2 — 16,7 Мбайт/с;

• Multi Word DMA Mode 2 — 20 Мбайт/с;

• Ultra ATA (Ultra DMA, ATA-33, DMA-33) при использовании режима DMA Mode 3 — 33.3 Мбайт/с;

• Ultra ATA-66 — 66 Мбайт/с;

• Ultra ATA/100 — 100 Мбайт/с.

Интерфейс SCSI

SCSI (Small Computer System Interface) используется для подключения винчестеров, стримеров, сменных жестких и магнитооптических дисков, сканеров, CD-ROM и CD-R, DVD-ROM и т. п. До 7 или 15 устройств, помимо контроллера (хост-адаптера).

Разъемы интерфейса SCSI отличаются большим разнообразием. Их можно разделить на два типа: для подключения внешних и внутренних устройств. Количество контактов: 25, 50 или 68. Существует множество разновидностей интерфейса SCSI, отличающихся шириной шины данных — 8 или 16 бит (Wide) и частотой тактовых импульсов:

• SCSI-1 — 5 МГц, 5 МБайт/с;

• Fast SCSI (SCSI-2) — 10 МГц, 10 МБайт/с;

• Fast Wide SCSI — 10 МГц, 20 МБайт/с;

• Ultra SCSI — 20 МГц, 20 МБайт/с;

• Ultra Wide SCSI — 20 МГц, 40 МБайт/с;

• Ultra 2 SCSI — 40 МГц, 40 МБайт/с;

• Ultra2 Wide SCSI — 40 МГц, 80 МБайт/с;

• Ultra3 SCSI — 40 МГц, 160 МБайт/с;

• Ultra-320 SCSI — 80 МГц, 320 МБайт/с;

• Ultra-640 SCSI — 160 МГц, 640 МБайт/с.

SATA

SATA (Serial ATA) является развитием параллельного интерфейса ATA (IDE). Существует несколько версий SATA:

• SATA 1.x — до 1,5 Гбит/с;

• SATA 2.x — до 3 Гбит/с;

• SATA 3.x — до 6 Гбит/с;

Serial Attached SCSI (SAS)

Интерфейс Serial Attached SCSI (SAS) разработан для замены параллельного интерфейса SCSI. Позволяет достичь более высокой пропускной способности, чем SCSI, — до 3 Гбит/с.

Интерфейс USB

USB — Universal Serial Bus, универсальная последовательная шина.

Для подключения периферийных устройств к шине USB используется четырёхпроводный кабель, при этом два провода в дифференциальном включении используются для приема и передачи данных, а два провода — для питания периферийного устройства.

К одному порту может быть подключено до 127 устройств, включая концентраторы, через цепочку концентраторов (хабов).

Режимы и производительность USB 1.0:

• Low-Speed — 1,5 Мбит/с;

• Full-Speed — 12 Мбит/с.

Режимы и производительность USB 2.0:

• Low-speed — 10-1500 Кбит/c (клавиатура, мышь, джойстик);

• Full-speed — 0,5—12 Мбит/с (аудио-, видеоустройства);

• Hi-speed — 25—480 Мбит/с (видеоустройства, устройства хранения информации).