Лекція № 11 Тема: “Порти, інтерфейси основних пристроїв вводу-виводу”.
План:
1. Класифікація інтерфейсів (провідні і безпровідні, послідовні та паралельні).
2. Клавіатура система передачі та кодування сигналів.
3. Звукові пристрої. Система передачі та кодування звукової інформації.
Література:
О.С. Степаненко Персональный компьютер, учебный курс, 2-издание, М. : Издательський дом “Вильямс”, 2001.
2. Модернызация и ремонт ПК для “чайников”, 5- издание. Под редакцией Я.К. Шмидського.
М. : Издательський дом “Вильямс”, 2001.
3. Скот Моллер Ремонт и модернизация ПК, 17-издание, М. : Издательський дом “Вильямс”, 2008.
4. Гук М. Аппаратные средства IBM PC. Энциклопедия 2-е изд. – СПб.: Питер, 2001 – 928с.: ил.
Компьютерные сети. Учебный курс: Официальное пособие Microsoft для самостоятельной подготовки: Пер. с англ. – 2-е изд., испр. И доп. – М.: Издательско-торговый дом «Русская редакция», 1999. – 576с.: ил.
Інформатика. Комп'ютерна техніка. Комп’ютерні технології. Під ред. О. І. Пушкаря. Київ 2001.
Я.М.Глинський Практикум з інформатики, навчальний посібник, самоучитель, 10- вид., Львів, 2007.
1. Класифікація інтерфейсів (провідні і безпровідні, послідовні та паралельні).
Інтерфейс (interface) розглядають як границю двох систем, пристроїв чи програм; елементи з'єднання і допоміжні схеми керування, які використовуються для з’єднання пристроїв.
За способом передачі інформації інтерфейси поділяють на паралельні і послідовні. У паралельному інтерфейсі всі біти переданого слова (переважно байта) виставляються і передаються по відповідних паралельних провідниках одночасно. У ПК традиційно використовується паралельний інтерфейс Centronics який реалізується через LPT-порти. У послідовному інтерфейсі біти передаються один за одним, переважно по одній лінії. Соm-порти ПК забезпечують послідовний інтерфейс у відповідності зі стандартом RS-232C.
При розгляді інтерфейсів важливим параметром пропускна здатність. Цілком очевидно, що при однакових швидкодії прийомопередавальних ланок і пропускної здатності з'єднувальних ліній за швидкістю передачі паралельний інтерфейс повинен перевищувати послідовний. Однак підвищення продуктивності за рахунок збільшення тактової частоти передачі даних обмежується хвильовими властивостями з’єднувальних кабелів. У випадку паралельного інтерфейса починають виникають затримки сигналів при їхньому проходженні по лініях кабелю, і, що найбільш шкідливе, затримки в різних лініях інтерфейсу можуть бути різними внаслідок неідентичності проводів і контактів роз’ємів. Для надійної передачі даних тимчасові діаграми обміну будуються з урахуванням можливого розкиду часу проходження сигналів, що є одним із факторів, що стримують ріст пропускної здатності паралельних інтерфейсів. У послідовних інтерфейсах, звичайно ж, є свої проблеми підвищення продуктивності, але, оскільки в них використовується менше число провідників (мінімум – одна), підвищення пропускної спроможності ліній зв'язку обходиться дешевше.
Першим послідовним інтерфейсом який став стандартом в ПК, починаючи із ІВМ РС, є інтерфейс RS-232. Він використовується для з’єднання із ПК пристроїв з малою інформаційною ємністю даних, що передаються (переважно числа або символи): маніпулятори “миш”, зчитувачі штрих-кодів, касові апарати, зовнішні модеми, системи та пристрої керування. Цей інтерфейс і його модифікації реалізуються через com-порт і використовують 9-ти або 25-контактні роз’єми DB-9 та DB-25. Швидкість передачі у залежності від модифікації та відстані коливається у межах від 1 кбіт/с до 10 Мбіт/с.
У сучасних ПК практично стандартом став інтерфейс USB. USB (Universal Serial Bus — універсальна послідовна шина) є промисловим стандартом розширення архітектури ПК, орієнтованим на інтеграцію з телефонією і пристроями побутової електроніки.
Стандарт розробили сім компаній: Compaq, Digital Equipment, IBM, Intel, Microsoft, NEC и Northern Telecom.
USB (англ. Universal Serial Bus, абревіатура читається ю-ес-бі) — укр. універсальна послідовна шина, призначена для з'єднання периферійних пристроїв. Символом USB є чотири геометричні фігури: квадрат, трикутник, велике коло та мале коло.
Шина USB представляє собою послідовний інтерфейс передачі даних для середньошвидкісних та низькошвидкісних периферійних пристроїв. Для високошвидкісних пристроїв на сьогодні кращим вважається FireWire.
USB-кабель представляє собою дві виті пари: по одній парі відбувається передача даних в кожному напрямку (диференціальне включення), а інша пара використовується для живлення периферійного пристрою (+5 В). Завдяки вбудованим лініям живлення, що забезпечують струм до 500 мА, USB часто дозволяє використовувати пристрої без власного блоку живлення (якщо ці пристрої споживають струм потужністю не більше 500 мА).
До одного контролера шини USB можна під'єднати до 127 пристроїв через ланцюжок концентраторів (вони використовують топологію «зірка»).
На відміну від багатьох інших стандартних роз'ємів, для USB характерні довговічність та механічна міцність.
На сьогодні USB 2.0 може забезпечувати швидкість передачі даних до 480 Мбіт/с.
Рисунок 11.1 - Символ USB
USB 1.0 Версія представлена в січні 1995 року.
Технічні характеристики:
високошвидкісне з'єднання — 12 Мбіт/с
максимальна довжина кабелю для високошвидкісного з'єднання — 3 м
низькошвидкісне з'єднання — 1,5 Мбіт/с
максимальна довжина кабелю для низькошвидкісного з'єднання — 5 м
максимальна кількість пристроїв підключення (враховуючи концентратори) — 127
можливість підключення пристроїв з різними швидкостями обміну інформацією
напруга живлення для периферійних пристроїв — 5 В
максимальний струм споживання на один пристрій — 500 мА
Рисунок 11.2 - Найпоширеніший USB типу А
Рисунок 11.3 - USB Тип B mini
USB 2.0 Версія випущена в квітні 2000 року. USB 2.0 відрізняється від USB 1.1 лише швидкістю передачі, яка зросла та незначними змінами в протоколі передачі даних для режиму Hi-speed (480 Мбіт/сек). Існує три швидкості роботи пристроїв USB 2.0:
Low-speed 10—1500 Кбіт/c (використовується для інтерактивних пристроїв: клавіатури, мишки, джойстики)
Full-speed 0,5—12 Мбіт/с (аудіо/відео пристрої)
Hi-speed 25—480 Мбіт/с (відео пристрої, пристрої зберігання інформації)
В дійсності ж хоча швидкість USB 2.0 і може досягати 480Мбіт/с, пристрої типу жорстких дисків чи взагалі будь-які інші носії інформації ніколи не досягають її по шині USB, хоча і могли б. Це можна пояснити доволі просто, шина USB має доволі велику затримку між запитом на передачу інформацію і самою передачею даних («довгий ping»). Наприклад шина FireWire забезпечує максимальну швидкість у 400 Мбіт/с, тобто на 80Мбіт/с менше чим у USB, дозволяє досягнути більшої швидкості обміну даними з носіями інформації.
USB OTG. Технологія USB On-The-Go розширює специфікації USB 2.0 для легкого з'єднання між собою периферійних USB-пристроїв безпосередньо між собою без задіяння комп'ютера. Прикладом застосування цієї технології є можливість підключення фотоапарата напряму до принтера. Цей стандарт виник через об'єктивну потребу надійного з'єднання особливо поширених USB-пристроїв без застосування комп'ютера, якого в потрібний момент може і не виявитися під руками.
Бездротовий USB. Офіційна специфікація протоколу була анонсована в травні 2005 року. Дозволяє організовувати бездротовий зв'язок з високою швидкістю передачі даних до 480 Мбіт/с на відстані 3 метрів та до 110 Мбіт/с на відстані 10 метрів. Для безпровідного USB часом використовують абревіатуру WUSB. Розробник протоколу USB-IF віддає перевагу практиці іменування протокол офіційно Certified Wireless USB.
USB 3.0. В листопаді 2008 року робоча група USB 3.0 Promoter Group заявила про завершення робіт над специфікацією нового високошвидкісного інтерфейсу USB 3.0, названого SuperSpeed USB. USB 3.0 є наступним етапом еволюції добре відомою нам всім технології USB. Новий інтерфейс забезпечує максимальну швидкість передачі даних в 10 разів більшу, ніж USB 2.0 (тобто 10 × 480 Мбіт/с = 4,8 Гбіт/с). Друга важлива властивість — покращені показники енергоефективності. Крім того, розробниками заявлена зворотна сумісність USB 3.0 з ранішими версіями USB. Докладніші відомості можна черпнути з опублікованих специфікацій (редакція 1.0).
У складі USB 3.0 Promoter Group працювали такі гіганти IT-промисловості, як Hewlett-Packard, Intel, Microsoft, NEC, ST-NXP Wireless і Texas Instruments. Свою місію робоча група успішно завершила і передала специфікації організації USB Implementers Forum (USB-IF). Розробники висловили надію, що дискретні контролери SuperSpeed USB з'являться в другій половині 2009 року, тоді як вихід на ринок перших продуктів споживчого сегменту з USB 3.0 очікується в 2010 році. Серед перших пристроїв з новим інтерфейсом, ймовірно, опиняться накопичувачі, наприклад, флеш-брелоки, зовнішні SSD-диски і жорсткі диски, а також цифрові кишенькові гаджети, фотокамери.
FireWire. Стандарт для високопродуктивної послідовної шини (High Performance Serial Bus), що одержав офіційну назву IEEE 1394, був прийнятий у 1995 році. Метою було створення шини, що не уступає сучасним стандартним паралельним шинам, при істотному здешевленні та підвищенні зручності підключення. Стандарт заснований на шині FireWire, яка використовувалась Apple Computer у якості дешевої альтернативи SCSI у комп'ютерах Macintosh і PowerMac. Назва FireWire ("вогненний провід") тепер застосовується і до реалізацій IEEE 1394, вона співіснує з коротким позначенням 1394.
Переваги FireWire перед іншими послідовними шинами:
Багатофункціональнсть: шина забезпечує цифровий зв'язок до 63 пристроїв без застосування додаткової апаратури (хабів). Пристрої - цифрові камкодери, сканери, принтери, камери для відеоконференцій, дискові нагромаджувачі - можуть обмінюватися даними не тільки з PC, але і між собою.
Висока швидкість обміну й ізохронні передачі дозволяють навіть на початковому рівні (100 Мбит/с) передавати одночасно два канали відео (30 кадрів у секунду) широкомовної якості і стереоаудіосигнал з якістю CD.
Низька ціна компонентів і кабелю.
Легкість установки і використання. FireWire розширює систему РnР. Пристрої автоматично розпізнаються і конфігуруються при включенні/відключенні.
Живлення від шини (струм до 1,5 А) дозволяє пристрою взаємодіяти із системою навіть при відключенні їхнього живлення.
Паралельні інтерфейси. Для підключення принтера через інтерфейс Centronics у ПК був уведений порт паралельного інтерфейсу - так виникла назва LPT-порт (Line PrinTer - порядковий принтер).
Поняття Centronics відноситься як до набору сигналів і протоколу взаємодії, так і до 36-контактного роз’єма на принтерах. Інтерфейс Centronics підтримується принтерами з паралельним інтерфейсом.
Традиційний порт SPP (Standard Parallel Port) є односпрямованим портом, через який програмно реалізується протокол обміну Centronics. Сигнали порту виводяться на роз’єм DB-25S (розетка), установлений безпосередньо на платі адаптера (чи системній платі) або з'єднується з нею плоским шлейфом.
Системний інтерфейс малих комп'ютерів SCSI (Small Computer System Interface, вимовляється "сказі") був стандартизований ANSI у 1986 році (ХЗ. 131-1986). Інтерфейс призначений для з'єднання пристроїв різних класів – пам’яті прямого (тверді диски) і послідовного (стримери) доступу, CD-ROM, оптичних дисків одноразового і багаторазового запису, пристроїв автоматичної зміни носіїв інформації, принтерів, сканерів, комуникаційних пристроїв і процесорів. Пристроєм SCSI – SCSI Device – називається як хост-адаптер, що зв'язує шину SCSI з якою-небудь внутрішньою шиною комп'ютера, так і контролер -цільового пристрою - target controller, із допомогою якого він підключається до шини SCSI. З точки зору шини всі пристрої можуть бути рівноправними і виступати в ролі як ініціатора обміну, так і цільовими пристроями (ЦП), однак найчастіше в ролі ініціюючого пристрою виступає хост-адаптер. До одного контролера може підключатися де-кілька пристроїв, відносно до яких контролер може бути як внутрішнім, так і зовнішнім. Широке поширення одержали ПУ з убудованим контролером SCSI (embeded SCSI controller), до яких відносяться нагромаджувачі на твердих магнітних дисках, CD-ROM, стриммери. Кожен ЦП може містити до 8 незалежно адресованих логічних пристроїв (ЛУ) зі своїми номерами LUN (Logical Unit Number).
За фізичною реалізацією інтерфейс є 8-бітною паралельною шиною з тактовою частотою 5 Мгц. Швидкість передачі даних досягає 5 Мбайт/с. Специфікація - SCSI-2 Fast (швидкий)має тактову частоту шини 10 МГц, a Ultra SCSI-2 - 20 Мгц. Розрядність даних може бути збільшена до 16 біт – ця версія називається Wide (широкий) SCSI-2, а 8-бітну версію стали називати Narrow (вузький), 16-бітна шина допускає 16 пристроїв. Стандарт SCSI-2 визначає 32-бітну версію інтерфейсу, але такі пристрої володіють неоправдано високою вартістю інтерфейсу.