Лекция 6 Интерфейсы персональных компьютеров

Классификация интерфейсов

Интерфейсы внешних устройств ввода-вывода

Параллельный порт.

Последовательный порт (COM-порт,RS-232).

PS/2.

Инфракрасный порт.

USB (Universal Serial Bus).

Итерфейсы шин расширения.

ISA (Industry Standard Architecture).

PCI (Peripheral Component Interconnect).

PCI-Express.

Интерфейсы видеокарт

AGP (Accelerated Graphics Port).

PCI-Express.

Интерфейсы внешней памяти.

IDE, ATA, Serial ATA;

SCSI, SCSI II, Wide SCSI II, Ultra SCSI II, Ultra Wide SCSI II, Ultra2 SCSI, Ultra160 SCSI;

IEEE 1394 (FireWire)

Внешние устройства ввода-вывода

Устройства, подключаемые к универсальному внешнему последовательному интерфейсу (RS-232, COM-порт), являются одними из самых медленных в силу ограничения его пропускной способности: 115200 бит/сек. Вследствие своего широкого распространенияCOM-порты получили поддержку многих ОС. ВWindows– это возможность работы с портом средствамиWin-32API, а, например, вReal-timeLinuxфункции управления портом входят даже в состав ядра ОС. Параллельный порт, изначально предназначенный для принтеров, используется для подключения внешних УВВ достаточно редко. Однако, работа в режимах портаEPPиECPпозволяет взаимодействовать с внешними устройствами со скоростью до 2 Мбайт/с, используя при этом ПДП. Последовательный и параллельный порты могут сами представлять собой устройства цифрового ввода-вывода.COM-порт имеет три программно-управляемых выходных линии и четыре программно-читаемых входных линии с уровнем логической единицы в диапазоне от –12 до –3 В и уровнем логического нуля в диапазоне от +3 до +12 В. Параллельный порт содержит гораздо больше выходных и входных цифровых линий (сколько и какие именно – зависит от режима работы порта) с логическими уровнями ТТЛ. Первоначально последовательный и параллельный порты подключались к компьютеру поISA-шине расширения. Современные компьютеры используют для этих портов и некоторых других интерфейсов специальный, более удобный для этих целей, интерфейсLPC(Low Pin Count, Малое Количество Контактов).

То есть LPC пришел на смену устаревшей ISA. Шина LPC имеет 4 – битный интерфейс, который поддерживает работу внешних портов (COM, LPT, PS/2 и инфракрасного) а также контроллера флоппи дисковода.

Несмотря на то, что количество линий у LPC всего 4 (вместо 8 или 16 у ISA), более высокая частота — 33 МГц (вместо 8 МГц) — обеспечивает большую пропускную способность.

Инфракрасный порт

Инфракрасный порт (IrDA — Infrared Data Association) представляет собой передатчик в виде светодиода и приемник в виде фотодиода, работающих в инфракрасном диапазоне. Длины волн, используемых для передачи данных через ИК-порт, колеблются от 850 до 880 нанометров.

В повседневной жизни мы сталкиваемся с ИК-портом каждый день. Дистанционный пульт управления имеет ИК-передатчик, а в телевизор или видеомагнитофон вмонтирован ИК-приемник. Сейчас ИК-порты устанавливаются в огромное количество устройств: мобильные телефоны, ноутбуки, цифровые фотоаппараты, часы и др. Инфракрасный порт мобильного телефона позволяет передавать и принимать информацию со скоростью от 2400 бит/с до 115 кбит/с. А компьютеры, в том числе и ноутбуки, могут посылать и получать информацию на скоростях до 4 Мб/с.

У ноутбуков и карманных компьютеров ИК-порт часто встроен, большинство настольных PC не имеет инфракрасного порта в стандартной системной конфигурации, и для них необходим ИК-адаптер, который подключается к компьютеру через USB, СОМ-порт или в специальный разъем на материнской плате и служит для связи PC с мобильными телефонами и другими устройствами.

Шина USB (Universal Serial Bus- универсальная последовательная шина) появилась по компьютерным меркам довольно давно - версия первого утвержденного варианта стандарта появилась 15 января 1996 года.

Основная цель стандарта, поставленная перед его разработчиками - создать реальную возможность пользователям работать в режиме Plug&Playс периферийными устройствами. Это означает, что должно быть предусмотрено подключение устройства к работающему компьютеру, автоматическое распознавание его немедленно после подключения и последующей установки соответствующих драйверов. Кроме этого, желательно питание маломощных устройств подавать с самой шины. Скорость шины должна быть достаточной для подавляющего большинства периферийных устройств. Попутно решается историческая проблема нехватки ресурсов на внутренних шинахIBMPCсовместимого компьютера - контроллерUSBзанимает только одно прерывание независимо от количества подключенных к шине устройств.

Технические характеристики USB 1.1:

Возможности USBследуют из ее технических характеристик:

Высокая скорость обмена (full-speed signaling bit rate) - 12 Mb/s

Максимальная длина кабеля для высокой скорости обмена - 5 m

Низкая скорость обмена (low-speed signaling bit rate) - 1.5 Mb/s

Максимальная длина кабеля для низкой скорости обмена - 3 m

Максимальное количество подключенных устройств (включая размножители) - 127 (на практике подсоединяют не более 10 √ ограничением служит максимальная пропускная способность канала).

Возможно подключение устройств с различными скоростями обмена

USB 2.0

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-speed 10—1500 Кбит/c (используется для интерактивных устройств: Клавиатуры, мыши, джойстики)

Full-speed 0,5—12 Мбит/с (аудио/видео устройства)

Hi-speed 25—480 Мбит/с (видео устройства, устройства хранения информации)

На самом деле хотя и 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 бо́льших скоростей обмена данными с жёсткими дисками и другими устройствами хранения информации.

USBOTG

USBOTG(аббр. отOn-The-Go) — дальнейшее расширение спецификацииUSB2.0, предназначенное для лёгкого соединения периферийныхUSB-устройств друг с другом без необходимости подключения к ПК. Например, цифровой фотоаппарат можно подключать к фотопринтеру напрямую, если они оба поддерживают стандартUSBOTG. Этот стандарт возник из-за резко возросшей в последнее время необходимости надёжного соединения различныхUSB-устройств без использования ПК. В данной спецификации устройства обходятся без персонального компьютера, т.е. выступают как одноранговые приемопередатчики(на самом деле это только создаётся такое ощущение. В действительности же устройства определяют кто из них будет мастер-устройством, а кто подчиняемым. А одноранговым интерфейсusbбыть не может).

USBwireless

Новейшая технология USB(официальная спецификация стала доступна только в мае 2005 года). Позволяет организовать беспроводную связь с высокой скоростью передачи информации (до 480 Мбит/с на расстоянии 3 метра и до 110 Мбит/с на расстоянии 10 метров).

USB3.0

USB3.0 находится на финальных стадиях разработки.Созданием USB 3.0 занимаются компании: Intel, Microsoft, Hewlett-Packard, Texas Instruments, NEC и NXP Semiconductors. В спецификацииUSB3.0 разработчики обещают сохранить полную совместимость со всеми предыдущими спецификациямиUSB. Пиковая пропускная способностьUSB3.0 составит 4,8 Гбит/с. Финальная спецификацияUSB3.0 появится в 2009 году, а оборудование, поддерживающее новую спецификацию, появится в 2009—2010 годах.