Внешние интерфейсы

Однако перечень периферии, подключаемой к компьютеру, не ограничивается монитором, клавиатурой и мышью. Некоторым устройствам для работы не требуется все многообразие возможностей, предлагаемых современными системными шинами, им достаточно всего лишь нескольких проводников для передачи данных в машину, причем этот класс устройств достаточно обширен и включает в себя принтеры, сканеры, графопостроители, устройства внешней памяти и т.п. Для таких «нетребовательных» устройств в ПК предусмотрено несколько простых универсальных интерфейсов, представляющих стандартные способы подключения.

Последовательный порт–COM(от словаcommunication) – двунаправленный последовательный интерфейс, предназначенный для обмена байтовой информацией. Последовательный потому, что информация через него передаётся по одному биту, бит за битом (в отличие от параллельного порта). Наиболее часто для последовательного порта персональных компьютеров используется стандарт RS-232C (был разработан в 1969 году). Ранее последовательный порт использовался для подключения терминала, позже для модема или мыши. Сейчас он используется для соединения с источниками бесперебойного питания, для связи с аппаратными средствами разработки встраиваемых вычислительных систем.

Хотя некоторые другие интерфейсы компьютера — такие как Ethernet,FireWireи USB — также используют последовательный способ обмена, название «последовательный порт» закрепилось за портом, имеющим стандарт RS-232C, и предназначенным изначально для обмена информацией с терминалом.

Рисунок 15. Разъем последовательного порта

Наиболее часто используются D-образные разъёмы: 9- и 25-контактные, (DB-9 и DB-25 соответственно). Раньше использовались также DB-31 и круглые восьмиконтактные DIN-8. Максимальная скорость передачи обычно составляет 115200 бод.

В настоящее время в персональных компьютерах всё ещё встречается данный вид интерфейса, несмотря на значительное вытеснения другими портами: PS/2 (подключение мыши и клавиатуры).

COM-порты в операционной системе Windowsэто именованные каналы для передачи данных, называемые обычно COM1,COM2 и т.д. по порядку обнаружения драйверов соответствующих устройств. Например, для обмена информации черезBluetoothмногие драйверы представляются операционной системе как COM-порт, и резервируют похожее имя.

Параллельный порт–LPT(LinePrinterTerminal) – международный стандарт параллельного интерфейса для подключения периферийных устройств персонального компьютера. В основе данного стандарта лежит интерфейсCentronicsи его расширенные версии (ECP,EPP). Базовый интерфейс Centronics является однонаправленным параллельным интерфейсом, содержит характерные для такого интерфейса сигнальные линии (8 для передачи данных, строб, линии состояния устройства).

Рисунок 16. Разъем параллельного порта

Стандарт позволяет использовать интерфейс в нескольких режимах:

• SPP(StandardParallelPort) — однонаправленный порт, полностью совместим с интерфейсомCentronics.

• NibbleMode— позволяет организовать двунаправленный обмен данными в режимеSPPпутём использования управляющих линий (4 бит) для передачи данных от периферийного устройства к контроллеру. Исторически это был единственный способ использоватьCentronicsдля двустороннего обмена данными.

• ByteMode— редко используемый режим двустороннего обмена данными. Использовался в некоторых старых контроллерах до принятия стандартаIEEE1284 (серия стандартов для совместимых параллельных интерфейсов).

• EPP(EnhancedParallelPort) — разработчики - компанииIntel,XircomиZenithDataSystems— двунаправленный порт, со скоростью передачи данных до 2Мб/сек.

• ЕСР (ExtendedCapabilitiesPort) — разработчики - компанииHewlett-PackardиMicrosoft, в дополнение появились такие возможности, как наличие аппаратного сжатия данных, наличие буфера и возможность работы в режимеDMA.

В основном параллельный порт используется для подключения к компьютеру принтера, сканера и других внешних устройств, однако может применяться и для других целей (организация связи между двумя компьютерами, подключение каких-либо механизмов телесигнализации и телеуправления). Название «LPT» получил от наименования стандартного устройства принтера «LPT1» (lineprinterterminal) в операционных системах семействаMS-DOS.

Окончательная стандартизация параллельного порта совпала с началом внедрения шины USB. По этой причине развитие стандартаIEEE-1284 было остановлено.

USB–UniversalSerialBus– универсальная последовательная шина, предназначенная для периферийных устройств. Шина USB представляет собой последовательный интерфейс передачи данных для среднескоростных и низкоскоростных периферийных устройств. Для высокоскоростных устройств лучше применять FireWire. USB-кабель представляет собой две витые пары: по одной паре происходит передача данных в каждом направлении (дифференциальное включение), а другая пара используется для питания периферийного устройства (+5 В). Благодаря встроенным линиям питания, обеспечивающим ток до 500 мА, USB часто позволяет применять устройства без собственного блока питания (если эти устройства потребляют ток не более 500 мА). К одному контроллеру шины USB можно подсоединить до 127 устройств через цепочку концентраторов (они используют топологию "звезда"). В отличие от многих других стандартных типов разъемов, для USB характерны долговечность и механическая прочность.

Стандарт разработали семь компаний: Compaq, Digital Equipment, IBM, Intel, Microsoft, NEC и Northern Telecom. Летом 1996 года на рынке появились первые компьютеры с портами USB. Технические характеристики:

• высокая скорость обмена — 12 Мбит/с

• максимальная длина кабеля для высокой скорости обмена — 3 м

• низкая скорость обмена — 1,5 Мбит/с

• максимальная длина кабеля для низкой скорости обмена — 5 м

• максимальное количество подключённых устройств (включая разветвители) — 127

• возможно подключение устройств с различными скоростями обмена

• напряжение питания для периферийных устройств — 5 В

• максимальный ток потребления на одно устройство — 500 мА

USB 2.0 отличается от USB 1.1 только большей скоростью и небольшими изменениями в протоколе передачи данных для режима Hi-speed(480Мбит/сек). Существуют три скорости работы устройств USB 2.0 :

• Low-speed10—1500 Кбит/c (используется для интерактивных устройств: клавиатуры, мыши, джойстики)

• Full-speed0,5—12 Мбит/с (аудио/видео устройства)

• Hi-speed25—480 Мбит/с (видео устройства, устройства хранения информации)

На самом деле, хотя в теории скорость USB 2.0 может достигать 480Мбит/с, устройства типа жёстких дисков и вообще любых носителей информации в реальности никогда не достигают такой скорости обмена по шине, хотя и могут развивать её. Это можно объяснить достаточно большими задержками шины USB между запросом на передачу данных и собственно началом передачи. Например, другая шина, FireWire, хотя и обеспечивает максимальную скорость в 400Мбит/с, что на 80Мбит/с меньше чем у USB, в реальности позволяет достичь больших скоростей обмена данными с жёсткими дисками и другими устройствами хранения информации.

USB OTG (аббр. от On-The-Go) — дальнейшее расширение спецификации USB 2.0, предназначенное для лёгкого соединения периферийных USB-устройств друг с другом без необходимости подключения к ПК. Например, цифровой фотоаппарат можно подключать к фотопринтеру напрямую, если они оба поддерживают стандарт USB OTG. Этот стандарт возник из-за резко возросшей в последнее время необходимости надёжного соединения различных USB-устройств без использования ПК. В данной спецификации устройства обходятся без персонального компьютера, т.е. выступают как одноранговые приемопередатчики (на самом деле только создаётся такое ощущение. В действительности же устройства определяют, кто из них будет мастер-устройством, а кто подчиняемым. А одноранговым интерфейс USB быть не может).

В настоящее время USBявляется основным внешним интерфейсом ПК.

IEEE 1394(FireWire,i-Link) — последовательная высокоскоростная шина, предназначенная для обмена цифровой информацией между компьютером и другими электронными устройствами. КомпанияAppleпродвигает стандарт под торговой маркойFireWire. КомпанияSonyпродвигает стандарт под торговой маркойi.LINK.

В 1986 году члены MicrocomputerStandardsCommittee(Комитет по Стандартам Микрокомпьютеров) приняли решение объединить существовавшие в то время различные варианты последовательной шины (SerialBus). В 1992 году разработкой интерфейса заняласьApple, а в 1995 году был принят стандарт IEEE 1394. Основные особенности этого стандарта таковы:

• Различная скорость передачи данных — 100, 200 и 400 Мбит/с (800, 1600Мбит/с IEEE 1394b)

• Гибкая топология — равноправие устройств, допускающее различные конфигурации

• Высокая скорость — возможность обработки мультимедиа-сигнала в реальном времени

• Открытая архитектура — отсутствие необходимости использования специального программного обеспечения

• Наличие питания прямо на шине (маломощные устройства могут обходиться без собственных блоков питания). До полутора ампер и напряжение от 8 до 40 вольт.

• Подключение до 63 устройств.

Шина IEEE 1394 может использоваться с:

• Компьютерами

• Аудио и видео мультимедийными устройствами

• Принтерами и сканерами

• Жёсткими дисками, массивами RAID

• Цифровыми видеокамерами и видеомагнитофонами

Устройства IEEE 1394 организованы по трехуровневой схеме – Transaction,LinkиPhysical:TransactionLayer- маршрутизация потоков данных с поддержкой асинхронного протокола записи-чтения.LinkLayer- формирует пакеты данных и обеспечивает их доставку.PhysicalLayer- преобразование цифровой информации в аналоговую для передачи и наоборот, контроль уровня сигнала на шине, управление доступом к шине.

Связь между шиной PCI и Transaction Layer осуществляет Bus Manager. Он назначает вид устройств на шине, номера и типы логических каналов, обнаруживает ошибки.

Данные передаются кадрами длиной 125 микросекунд. В кадре размещаются временные слоты для каналов. Возможен как синхронный, так и асинхронный режимы работы. Каждый канал может занимать один или несколько временных слотов. Для передачи данных устройство-передатчик просит предоставить синхронный канал требуемой пропускной способности. Если в передаваемом кадре есть требуемое количество временных слотов для данного канала, поступает утвердительный ответ и канал предоставляется.

IEEE 1394a. Первоначально интерфейс позиционировался для передачи видеопотоков. Также он пришёлся по нраву и производителям внешних накопителей, обеспечивая высокую пропускную способность для современных высокоскоростных дисков. Сегодня многие системные платы, а так же почти все современные модели ноутбуков поддерживают этот интерфейс. Скорость передачи данных — 100, 200 и 400 Мбит/с, длина кабеля до 4,5 м.

IEEE 1394b(800 Мбит/сек, 1600 Мбит/сек). В 1394b появляются новые скорости — 800 и 1600 мегабит в секунду (возможно, и 3200 Мбит/сек), и увеличивается максимальная длина кабеля до 50, 70 и даже до 100 метров.

Изменились используемые кабели и разъёмы. В 1394b могут применяться даже простые UTP кабели 5 категории, но только на скоростях до 100 Мбит/сек. Для достижения максимальных скоростей на максимальных расстояниях предусмотрено использование оптики (fiberoptics), пластмассовой — для длины до 50 метров, и стеклянной — для длин до 100 метров.

Рисунок 17. Разъемы FireWire

Существуют три вида разъёмов для FireWire:

4pin (IEEE 1394a без питания) стоит на ноутбуках и видеокамерах. Два провода для передачи сигнала (информации) и два для приема.

6pin (IEEE 1394a). Дополнительно два провода для питания.

9pin (IEEE 1394b). Дополнительные провода для приема и передачи информации.