7.5 Малые интерфейсы (usb,ide,rs-232c,scsi)

К числу «малых» интерфейсов принято относить интерфейсы для подключения отдельных периферийных устройств – накопителей на магнитных и оптических дисках, печатающих устройств, сканеров, модемов и т.д. Самой высокой скоростью передачи данных обладают НЖМД, поэтому для их подключения используют специальные параллельные интерфейсы – IDE (встроенный интерфейс накопителя) или SCSI (интерфейс малых вычислительных машин).

К «обычному» параллельному интерфейсу (обычно в качестве него используется интерфейс Centronics) принято подключать принтеры, сканеры и другие типы устройств с достаточно высокой скоростью обмена.

В последнее время все чаще стали использовать универсальный последовательный интерфейс USB. К последовательным интерфейсам подключают все остальные виды устройств, скорость работы которых по тем или иным соображениям принципиально ограничена, в том числе модемы, некоторые виды принтеров и т.п. В большинстве малых интерфейсов (исключение составляют интерфейсы SCSI и USB) отсутствует фаза адресации, поскольку к таким интерфейсам можно подключить только одно устройство.

Последовательные интерфейсы могут строиться по асинхронному и синхронному принципам.

Термин последовательный означает, что непосредственная передача символов осуществляется по одному проводу, при этом, если в таком интерфейсе имеется несколько проводов, то они используются для функций управления, например, запроса передачи, сигнализации готовности к приему и т.д.

Асинхронный интерфейс служит для последовательной передачи символов; примерно 20% информации используется только для идентификации символа и осуществления синхронизации.

При синхронной передаче (синхронный интерфейс) передатчик поддерживает постоянные интервалы времени между выдачей очередных квантов информации при передаче сообщения. Принимающее устройство с помощью дополнительных сигналов, обеспечивающих «синхронизацию», осуществляет прием передаваемых квантов в темпе их выдачи. В последовательность передаваемых байт передатчик вставляет коды символов синхронизации SYN; переход сигнала из состояния «0» в состояние «1» используется приемником для запуска своего генератора, работающего на той же частоте (таким образом осуществляется «синхронизация»). Приемник распознает передаваемый символ SYN и после этого принимает очередной байт сообщения. При невозможности распознать символ синхронизации, т.е. когда потеряна синхронизация, передатчик вставляет дополнительные символы синхронизации.

Если для устройства необходима двунаправленная связь с компьютером, то его подключают к стандартному последовательному интерфейсу RS-232C, передача сигналов которого обычно производится через 25-контактный разъем.

Из всех возможных интерфейсов НЖМД для персональных компьютеров на сегодня имеет смысл рассматривать только два: IDE и SCSI. Интерфейс SCSI более универсален; он обладает большими возможностями расширения компьютерной системы, подключения большего числа НЖМД, большего объема накопителей, их быстродействия, кроме того, он универсален, т.е. позволяет подключать и другое оборудование. Однако интерфейс IDE дешевле, он не уступает в быстродействии, но возможности его расширения и универсальность ограничены (он не позволяет подключать более двух накопителей). Оба типа интерфейса позволяют объединить контроллер с накопителем и за счет этого существенно повысить надежность воспроизведения данных. Это связано с тем, что наиболее критичные к помехам аналоговые сигналы не должны передаваться по кабелям.

Разъем IDE во многих компьютерах представляет собой просто усеченный вариант стандартного разъема шины. Контроллер IDE располагается в корпусе самого НЖМД. Для увеличения объема памяти подключаемого накопителя и повышения пропускной способности интерфейса используют улучшенную версию BIOS и несколько режимов «быстрого обмена». Такой «улучшенный» интерфейс получил название EIDE.

Стандартом SCSI определяются физические и электрические параметры параллельной шины ввода-вывода. Он обеспечивает скорость передачи данных по линиям в синхронном режиме до 5-10 Мбайт/с. Если же используется 16-разрядная (Wide) шина и быстрый обмен (Fast) данными, то скорость передачи может составлять 20 Мбайт/с. Обмен осуществляется по 50-проводному (или 68-проводному) кабелю длиной до 3 м.

Проверка правильности передаваемой информации осуществляется контролем по четности. Шина SCSI может работать в двух режимах – асинхронном (принимается по умолчанию) и синхронном. Режим синхронизации устанавливается контроллером шины после обмена специальными сообщениями между двумя устройствами. Если оба устройства способны передавать (и принимать) данные в быстром синхронном режиме, то именно такой режим и будет установлен.

Чтобы упростить подключение и настройку НЖМД, накопителей на CD-ROM и ряда других устройств, для шины SCSI выпускаются контроллеры Plug-and-Play («вставляй и работай»), позволяющие автоматически настраивать программы-драйверы и системные ресурсы.

Уже введен стандарт SCSI-2 (в настоящее время разрабатываются и стандартизуются требования SCSI-3) . В нем предусмотрены новые команды для управления различными устройствами, помимо НЖМД – накопителями CD-ROM, оптическими устройствами, сканерами, устройствами памяти на съемных носителях и т.п. Общее число устройств, подключаемых к шине SCSI-2, составляет 8 (в том числе, один адаптер для связи этой шины с шиной PCI), скорость обмена – до 20 Мбайт/с.

Среди последовательных интерфейсов отметим USB, представляющий собой шину, к которой подключаются мыши, джойстики, клавиатуры, телекоммуникационные и другие устройства. USB позволяет подключать до 127 различных периферийных устройств в виде «шлейфа», т.е. одно за другим. Пропускная способность USB составляет 12 Мбит/с (для устройств с собственными устройствами питания, например, принтеров) и 1,5 Мбит/с для мышей и клавиатур. Интерфейс USB имеет еще одну особенность: все устройства подключаются к его разъему, расположенному на дисплее. Первые упоминания об USB появились в печати в 1995 г., но до сих пор он не вытеснил разнообразные параллельные и последовательные интерфейсы главным образом из-за большого количества находящихся в эксплуатации мышей, джойстиков, принтеров, модемов и т.п.

Здесь мы привели самые общие сведения об интерфейсах, получивших наиболее широкое распространение. При рассмотрении интерфейсов нужно обратить внимание на следующее:

• за счет чего достигается высокое быстродействие и чем оно принципиально ограничено для данного интерфейса,

• сколько устройств можно подключать к интерфейсу и чем лимитируется число подключаемых к нему устройств,

• как распределяется время на обслуживание устройств, т.е. как выполнена схема арбитража.

Подробное рассмотрение этих, а также ряда других вопросов для интерфейсов, находящих применение в вычислительной технике, потребовало бы значительно больше времени.