2. Внешние интерфейсы

Принтеры, модемы и другое периферийное оборудование под­ключается к компьютеру через стандартизированные интерфейсы, иногда называемые портами. В зависимости от способа передачи информации (параллельного или последовательного) между сопря­гаемыми устройствами различают параллельные и последователь­ные интерфейсы (табл. 2.12).

Таблица 2.12. Характеристики основных внешних интерфейсов

Стандарт	Год выпуска	Первоначальная скорость, Мбит/с	Максималь­ное расстоя­ние связи, м	Максимальное количество подключений	Необходи­мость элек­тропитания	Число линий
Последовательный порт (RS 232)	1960	0,02	15	1	Да	10
RS-485	-	10	1200	32	-	2
Параллельный порт (LFT)	1981	1.1	1,8	1	Да	25/30
MIDI	1982	31,25 Кбит/с	15	4	Да	3
USB 1.1	1995	12	5/25	127	Нет	4
FireWire	1995	400	4,5/72	63	Нет	6
USB 2.0	2000	480	5/25	127	Нет	4
FireWire 800	2001	850	4,5/72	63	Нет	9
Последовательный SCSI	2004	320-3200	6/500/3000	96/127/192	Да	1
eSATA	2004	2400	2	1	Да	7
IrDA	1995	0,115/4,0	15/1		Да	Беспро­водной
Bluetooth	1994	0,7-2,1	1-100	8-127	Да	Беспро­водной

Последовательный порт стандарта RS-232-C

Обычно персональный компьютер оборудован хотя бы одним последовательным асинхронным адаптером (который расположен на системной плате либо оформлен в качестве сменной карты), по-другому называемым последовательным портом RS-232-C. Интер­фейс RS-232-C разработан EIA (Electronic Industries Association  Ассоциация производителей электроники) и является стандартом для соединения ЭВМ с различными последовательными внешними устройствами, в качестве которых первоначально выступали в основном терминалы и печатающие устройства. В операционных сис­темах компьютеров IBM PC каждому порту RS-232-C присваивается логическое имя СОМ1:  COM4:.

Последовательная передача данных состоит в побитовой переда­че каждого байта цифровой информации, в форме кадра данных, со­держащего сигнал начала передачи (Start), сигнал окончания пере­дачи (Stop) и информационные биты (рис. 2.20).

Бит ST сигнализирует о начале передачи данных, затем переда­ются информационные биты  вначале младшие, потом старшие.

Иногда используется контрольный бит Р, которому присваивается такое значение, чтобы общее число единиц или нулей было четным или нечетным. Это применяется для контроля правильности пере­дачи кадра. Приемное устройство проверяет кадр на четность и при несовпадении с ожидаемым значением передает запрос о повторе передачи кадра. Бит (или биты) SP сигнализирует об окончании пе­редачи байта.

Использование (или нет) битов P, ST, SP задает формат передачи данных (кадра) на уровне RS-232. Принимающее и передающее уст­ройства должны применять одинаковые форматы.

Установка формата данных может быть, например, выполнена в MS DOS командой MODE вида

MODE COMn: BAUD=m, PARITY=x, DATA=y, STOP=z

Здесь n  номер СОМ-порта  1, 2, 3, 4;

m  скорость передачи данных в бодах (количество передавае­мых бит в секунду с учетом служебных бит  P, ST, SP). Стандарт­ные значения m  110, 150, 300, 600, 1200, 2400, 4800, 9600, 19 200;

х  контроль четности, наличие и тип (N  контроль отсутству­ет, O  нечетное число единиц, E  четное). По умолчанию  E;

у  число бит в кадре (5, 6, 7, 8). По умолчанию  7;

z  число стоп-бит в кадре (1, 2). По умолчанию  1.

Установка параметров в Windows NT иллюстрируется рис. 2.21, кроме того, каждая телекоммуникационая программа (или терми-налъта) имеет свои возможности по установке или изменению фор­мата кадра для каждого из портов.

Основу последовательного порта составляет микросхема UART (Universal Asyncronous Receiver-Transmitter  универсальный асин­хронный приемопередатчик  Intel 16450/16550/16550А).

Разъем для подключения последовательного порта может содер­жать 25 или 9 выводов (соответственные обозначения  D25 и D9)  табл. 2.13. Только два провода этих разъемов используются для пере­дачи и приема данных, остальные отведены для вспомогательных и управляющих сигналов.

Таблица 2.13. Структура разъемов интерфейса RS-232-C

Номер кон­такта D25	Принятое сокра­- щение по RS-232	Номер кон­- такта D9	Содержание информации	Вход или выход
1	AA	-	FG (Frame ground - защитное (силовое) заземление)	-
2	ВА	3	TD (Transmitted data - передаваемые данные)	Выход
3	ВВ	2	RD (Received data - принимаемые данные)	Вход
4	СА	7	RTS (Request to send - запрос для передачи)	Выход
5	СВ	8	CTS (Clear to send - сброс для передачи)	Вход
6	СС	6	DSR (Data set ready - готовность данных)	Вход
7	АВ	5	SG (Signal ground - сигнальное заземление)	-
8	CF	1	DCD (Data carrier detect - обнаружение пере­дачи данных)	Вход
20	CD	4	DTR (Data terminal ready - данные готовы к передаче)	Выход
22	СЕ	9	RI (Ring indicator - индикатор вызова)	Вход

Стандарт RS-232-C определяет взаимодействие между устройст­вами двух типов:

• DTE (Data terminal equipment  оконечное/терминальное устройство);

• DCE (Data communication equipment  устройство связи).

В большинстве случаев компьютер, терминал являются DTE, модемы, принтеры, графопостроители  DCE.

Если опустить ненужные подробности, то можно сказать, что для связи DTEDCE (например, компьютервнешний модем) в разъемах необходимо осуществить соединение проводов по принци­пу «входвход» и «выходвыход», для связи же DTEDTE (напри­мер, компьютеркомпьютер) принцип соединения другой  «вы­ходвход» и «входвыход» (такое соединение в обиходе получило название нуль-модем).

При передаче цифровых (импульсных) данных на большие рас­стояния по обычным проводам начинают сказываться эффекты так называемых «длинных линий», впервые обнаруженные при про­кладке трансатлантического кабеля для телеграфной связи Евро­паАмерика. Сигналы расплываются, накладываются друг на друга, создают помехи и подвержены внешним помехам (рис. 2.22). Для избежания данных эффектов необходимо использование кабелей связи с высокими характеристиками, а также установка на линии электронных устройств, корректирующих передаваемые сигналы (повторители), либо применение модемов (см. гл. 7).

По аналогичным причинам передача цифровой информации при соединениях типа DCEDCE и DCEDTE, описанных выше, ограничена определенными расстояниями. Официальное ограниче­ние по длине соединительного кабеля по стандарту RS-232-C со­ставляет 15,24 м. На практике это расстояние зависит от скорости передачи данных и может быть значительно больше (табл. 2.14).

Таблица 2.14. Параметры линии связи по нуль-модему

Скорость передачи, бод	Максимум длины экранированного кабеля, м	Максимум длины неэкранированного кабеля, м
Менее 300	1524	914
1200	914	914
2400	304	152
4800	304	76
9600	76	76

Параллельный порт

Параллельный порт (Centronics) используется для одновремен­ной передачи 8 битов информации. В компьютерах этот порт ис­пользуется главным образом для подключения принтера, хотя это не исключает возможность подсоединения к нему других устройств, например графопостроителей или даже других ПЭВМ.

Параллельные порты компьютера обозначаются LPT1LPT4, поддерживаются BIOS-прерыванием INT 17h:

00h  вывод символа без аппаратных прерываний;

01h  инициализация интерфейса и принтера;

02h  опрос состояния принтера.

Конструктивно порт обычно оформлен в виде 25-контактного разъема типа D (DB25).

Имеется восемь шин данных, для каждой из них  своя линия заземления.

Кроме того, имеются управляющие сигналы:

• сигнал строба Strobe на контакте 1 сообщает принтеру, что текущая передача данных окончена и принтер может печатать символ;

• линия подтверждения готовности ACK на контакте 10. До тех пор, пока на этой линии высокий потенциал, компьютер не посылает данных;

• линия занятости Busy сигнализирует компьютеру о том, что принтер занят;

• линия выбора Select показывает, что принтер выбран (т. е. режим on-line);

• линия автоматического перевода строки Fdxt;

• линия ошибки Error  принтер сообщает об ошибке (например, кончилась бумага);

• линия Ink  компьютер переводит принтер в то состояние, в котором он находился после включения питания (т. е. начальное состояние);

• линия Slctin  по этой линии компьютеру сообщается, го­тов ли принтер принимать данные (при низком уровне сигнала  готов, при высоком  нет).

Параллельное соединение применяется на расстояниях не более 5 м, некоторые источники ограничивают расстояние 12 м; при увеличении длины параллельных проводов возрастает межпровод­ная емкость, что приводит к перекрестным помехам, кроме того, растут материальные затраты на реализацию линии.

В принципе, параллельные порты должны быть двунаправлен­ными и соответствовать требованиям стандарта ЕРР, поскольку он позволяет передавать данные в 10 раз быстрее, чем стандартные параллельные порты (2 Мбит/с против 200 Кбит/с).

Порт располагается обычно на задней стенке компьютера как D-образная 25-контактная розетка. Там может также иметься D-образная 25-контактная вилка.

Более новые параллельные порты выполнены в стандарте IEEE 1284, первая редакция которого вышла в 1994 г. Этот стандарт опре­деляет пять следующих режимов работы:

1. Режим совместимости.

2. Режим тетрады.

3. Режим байтов.

4. Режим ЕРР (Расширенный параллельный порт).

5. Режим ЕСР (Режим с расширенными возможностями).

Аппаратные свойства. Ниже приведено (табл. 2.15) размещение выводов D-образного 25-контактного разъема и 34-контактного разъема Centronics. Первый обычно используется для параллельного порта компьютера, в то время как разъем Centronics обычно приме­няется на принтерах. Стандарт IEEE 1284, однако, определяет три различных соединителя для использования с параллельным портом. Первый, 1284 Тип А  D-образный 25-контактный соединитель, установленный сзади у большинства компьютеров. Второй  1284 Тип В, который является 36-выводным разъемом Centronics, уста­новленным на большинстве принтеров.

Таблица 2.15. Назначение выводов соединителей параллельного порта

№ вывода (D-образный 25-контактный)	№ вывода (Centronics)	Сигнал SPP	Направление вход-выход	Регистр	Аппаратная инверсия
1	1	nStrobe	Вход-выход	Управления	Да
2	2	Данные 0	Выход	Данные
3	3	Данные 1	Выход	Данные
4	4	Данные 2	Выход	Данные
5	5	Данные 3	Выход	Данные
6	6	Данные 4	Выход	Данные
7	7	Данные 5	Выход	Данные
8	8	Данные б	Выход	Данные
9	9	Данные 7	Выход	Данные
10	10	nAck	Вход	Состояние
11	11	Busy	Вход	Состояние	Да
12	12	PaperOut / PaperEnd	Вход	Состояние
13	13	Select	Вход	Состояние
14	14	nAutoLinefeed	Вход-выход	Управление	Да
15	32	nEnor/nFault	Вход	Состояние
16	31	nlnitialize	Вход-выход	Управление
17	36	nSelectPrinter / nSelectln	Вход-выход	Управление	Да
18-25	9-30	Земля	Gnd

IEEE 1284 Тип С является 36-контактным соединителем, подоб­ным Centronics, но меньшего размера. Этот соединитель имеет луч­ший замок, лучшие электрические свойства и легче собирается. Он также содержит еще два вывода для сигналов, которые могут ис­пользоваться, чтобы видеть, включено ли другое устройство.

Вышеприведенная таблица использует «n» перед именем сигна­ла, когда активным является низкий уровень сигнала, например, nError. Если на принтере произошла ошибка, тогда на этой линии низкий уровень. В нормальном состоянии, когда принтер работает правильно, на этой линии высокий уровень. «Аппаратная инверсия» означает, что сигнал инвертирован аппаратно в контроллере парал­лельного порта. Пример  линия Busy. Если на этот вывод подать +5 В (логическая единица) и прочитать регистр состояния, в бите 7 последнего был бы 0.

Centronics. Centronics  это ранний стандарт для передачи дан­ных от ведущего устройства к принтеру. Большинство принтеров использует этот протокол передачи. Подтверждение передачи обыч­но осуществляется путем программного управления стандартным параллельным портом.

Адреса портов. Параллельный порт имеет три обычно исполь­зуемых базовых адреса (табл. 2.16). Базовый адрес ЗВСh использо­вался для параллельных портов на ранних видеоплатах. Этот адрес исчез на некоторое время, когда параллельные порты были удалены из видеоплат. Затем он вновь появился как вариант для параллель­ных портов, интегрированных на системных платах, где их конфи­гурация может быть изменена с использованием BIOS.

Таблица 2.16. Адреса портов

Адрес	Замечания
3BCh-3BFh	Используется для параллельных портов, встроенных в видеоплаты. Не поддерживает адреса ЕСР
378h-37Fh	Обычный адрес для LPT1
278h-27Fh	Обычный адрес для LPT2

Для LPT1 обычно назначается базовый адрес 378h, в то время как для LPT2  278h.

Когда компьютер включается впервые, BIOS (базовая система ввода-вывода) определяет число имеющихся портов и назначает им имена LPT1, LPT2 и LPT3. BIOS сначала проверяет адрес ЗВСh. Если параллельный порт найден здесь, ему назначается имя LPT1, затем проверяется адрес 378h. Если контроллер параллельного порта най­ден там, ему назначается следующее свободное имя устройства. Это было бы LPT1, если плата не была найдена по ЗВСh, или LPT2, если бы она была найдена в ЗВСh. Последний опрашиваемый порт  278h, и для него следует та же самая процедура. Поэтому можно иметь LPT2 с адресом 378h, а не 278h, как ожидалось.

Перечисленные режимы конфигурируются через BIOS.

USB

USB (Universal system bus)  стандарт, разработанный совмест­но фирмами Compaq, DEC, Microsoft, IBM, Intel, NEC и Northern Telecom (версия первого утвержденного варианта появилась доволь­но давно  15 января 1996 г.) и предназначенный для организации соединения многочисленных и разнотипных внешних устройств с помощью единого интерфейса.

Стандарт USB предполагает взаимодействие по архитектуре «клиентсервер» (используется терминология «MasterSlave», или «главныйслужебный») и позволяет подключать до 127 устройств последовательно или используя концентратор USB (hub), к которому подсоединяется до семи устройств (рис. 2.23). Разъемы содержат че­тыре контакта, включая провода питания (5 В) для устройств с ма­лым потреблением, таких как клавиатуры, мыши, джойстики и т. п.

Топология USB практически не отличается от топологии обыч­ной локальной сети на витой паре, обычно называемой «звездой». Даже терминология похожа  концентратор шины также называет­ся хаб (hub). Шина USB позволяет многоуровневое каскадирование («многоуровневая звезда»  рис. 2.24).

Вместо любого из устройств может также стоять хаб. Основное отличие от топологии обычной локальной сети  компьютер (или host-устройство) может быть только один. Хаб может быть как от­дельным устройством с собственным блоком питания, так и встро­енным в периферийное устройство. Наиболее часто хабы встраива­ются в мониторы и клавиатуры.

Пропускной способности в 480 Мбит/с в версии 2.0 достаточно для удовлетворения потребностей всех этих применений в полной мере. Добавление устройств больше не сопряжено с установкой до­полнительных адаптеров, выполнением сложного конфигурирова­ния, ручным инсталлированием дополнительного программного обеспечения: система автоматически определяет, какой ресурс, включая программный драйвер и пропускную способность, нужен каждому периферийному устройству и делает этот ресурс доступ­ным без вмешательства пользователя.

В связи с прогнозируемым ростом в области интеграции компь­ютеров и телефонии шина USB сможет выступать в качестве интер­фейса для подключения устройств цифровой связи (ISDN) и циф­ровых устройств Private Branch eXchange (PBX).

Технические характеристики. Возможности USB (версия 1.1) следуют из ее технических характеристик:

• режим высокой скорости обмена (full-speed signaling bit rate) 12 Мбит/с;

• максимальная длина кабеля для высокой скорости обмена 5 м;

• режим низкой скорости обмена (low-speed signaling bit rate)  1,5 Мбит/с;

• максимальная длина кабеля для низкой скорости обмена  3 м;

• максимальное количество подключенных устройств (включая концентраторы)  127;

• возможно подключение устройств с различными скоростями обмена;

• отсутствие необходимости в установке пользователем дополнительных элементов, таких как терминаторы для SCSI;

• максимальное потребление тока на одно устройство  500 мА.

На рис. 2.24 показан пример рационального соединения периферийных устройств в условную USB сеть. Так как обмен данными по USB идет только между компьютером и периферийным устрой­ством (между устройствами обмена нет), то устройства с большими объемами приема и/или передачи данных должны подключаться либо к самому компьютеру, либо к ближайшему свободному узлу. В данном случае наивысший трафик у колонок (около 1,3 Мбит/с), затем модем и сканер, подключенные к хабу в мониторе, и завер­шают цепь клавиатура, джойстик и мышь, трафик у которых мини­мален.

Колонки USB имеют такой высокий трафик, так как для использования их не требуется звуковая карта. Драйвер колонок отправляет оцифрованный звук сразу в колонки, где он преобразуется в аналоговый сигнал и подается на громкоговоритель.

Кабели и разъемы. Сигналы USB передаются по 4-проводному кабелю (рис. 2.25, табл. 2.17). Здесь «Земля»  цепь «корпуса» для питания периферийных устройств, VBus  +5 В также для цепей питания. Шина D+ предназначена для передачи данных по шине, а шина D-  для приема данных. Кабель для поддержки полной скорости шины (full-speed) выполняется как витая пара, защищается экраном и может также использоваться для работы в режиме минимальной скорости (low-speed). Кабель для работы только на мини­мальной скорости (например, для подключения мыши) может быть любым и неэкранированным.

Таблица 2.17. Нумерация контактов разъемов USB
Номер контакта	Обычный разъем		Мини-разъем
	Назначение	Цвет провода	Функция
1	V BUS (4.4-5.25 V)	Красный	VBUS (4.4-5.25 V)
2	D-	Белый	D-
3	D+	Зеленый	D+
4	Земля	Черный	ID
5			Земля
Оплетка	Экран	Оплетка

Конструкция разъемов для USB рассчитана на многократное сочленение/расчленение. Различают стандартные (рис. 2.26, ае) и мини- (рис 2.26, ж, з) разъемы, используемые для подключения периферийных устройств.

Как видно из рисунка, невозможно подключить устройство неправильно, так как разъем серии «А» можно подключить только к активному устройству на USB  концентратору или компьютеру, а серии «В» только к собственно периферийному устройству.

Большинство контактов мини-USB аналогичны стандартному USB-разъему, за исключением № 4. Контакт 4 называется «ID» и в разъеме Mini-A соединен с землей, однако в Mini-B  свободен. Это приводит к тому, что устройства, поддерживающие USB On-The-Go (с разъемом Mini-AB), выполняют функции хоста, буду­чи подсоединенными к разъему USB Mini-A (конец «А» кабеля Mini-AMini-B). Разъем Mini-A содержит также дополнительный ключ (кусочек пластика внутри), чтобы предотвратить включение в устройство типа «В».

«USB на ходу» (On-The-Go  OTG). Быстрое возрастание числа мобильных цифровых устройств выявило потребность в промыш­ленном стандарте на связь таких устройств и внешних устройств (например, принтеров). Множество методов обеспечения связи, ис­пользуемых изготовителями мобильных систем, свидетельствуют об этой потребности (это доки, слоты, соединители и различные тех­нологии карточек с памятью).

К началу 2001 г. рыночное проникновение USB составило более 1,1 млрд. устройств с этим интерфейсом (ПК, внешние устройства, устройства бытовой электроники). Это делает USB естественным кандидатом на обеспечение мобильной связи «точкаточка». Одна­ко, его несимметричный протокол «клиентсервер» (точнее, «главныйподчиненный», masterslave protocol), который полагается на «интеллект» хоста, является главным неудобством USB. Помещение полнофункционального USB хоста на портативное устройство про­сто невыполнимо. Кроме того, что стандарт хоста USB нанесет ущерб аккумулятору маломощного устройства, разъемы USB явля­ются слишком крупными для этих миниатюрных устройств.

Для решения проблемы ряд изготовителей мобильных телефо­нов, КПК и мобильных ПК (USB Promoter Group) объединились, чтобы разработать определить новое добавление к спецификации USB 2.0, которая была названа «USB на ходу» (On-The-Go, OTG). Выпущенный в декабре 2001 г., стандарт определяет новые неболь­шие разъемы, протокол установления связи, требования к электро­питанию, используемому на хосте и в периферии. Спецификация также определяет новый тип устройства, названного «внешнее уст­ройство двойного назначения», способное к действию как хост или периферия в зависимости от того, как пользователь подключает ка­бель с его «мини-АВ» разъемом. Будучи включенным в разъем «мини-А», устройство двойной роли ведет себя как хост, а включение в «мини-В» превращает его во внешнее устройство.

Интерфейс Fire Ware

История FireWire, теперь известного также как IEEE 1394 и как i-Link, началась в 1986 г., когда члены Microcomputer Standards Committee (Комитет Стандартов для Микрокомпьютеров) захотели объединить существовавшие в то время различные варианты после­довательной шины (Serial Bus).

Задачей разработчиков стало создание универсального внешнего интерфейса ввода-вывода, пригодного как для работы с мультиме­диа, так и с накопителями данных (Mass Storage Device), не говоря уже о таких устройствах, как принтеры, сканеры и т. п. Результатом труда разработчиков стал окончательно утвержденный 12 декабря 1995 г. документ, который описывал IEEE 1394.

Ведущую роль в разработке стандарта играла Apple, которая дала ему имя FireWire и сразу же сделала ставку на использование этого стандарта в своих компьютерах.

При разработке любительских цифровых видеокамер (DV) стало ясно, что наиболее подходящим внешним интерфейсом для них яв­ляется IEEE 1394. Поэтому Digital VCR Conference (DVC) приняла решение использовать IEEE 1394 как стандартный интерфейс для цифровых камер.

Из главных особенностей IEEE 1394 можно отметить:

• последовательная шина вместо параллельного интерфейса по­зволила использовать кабели малого диаметра и разъемы ма­лого размера (рис. 2.27);

• поддержка «горячего подключения» и отключения;

• питание внешних устройств через IEEE 1394 кабель;

• высокая скорость;

• возможность строить сети различной конфигурации из разнотипных устройств (рис. 2.28);

• простота конфигурации и широта возможностей;

• поддержка асинхронной и синхронной передачи данных.

Интерфейс во многом подобен USB 1.0, но является более быстродействующим. В различных спецификациях устанавливается быстродействие от 12,5 Мбит/с до 1,6 Гбит/с и более.

Это создает возможность для соединения интерфейсом FireWire ЭВМ с такими устройствами, как аналоговые и цифровые видеока­меры, телевизоры, принтеры, сетевые карты и накопители инфор­мации.

Версии FireWire

FireWire 400 может пересылать данные между устройствами со скоростями 100, 200 или 400 Мбит/с (реальные скорости состав­ляют 98,3, 196,6 и 393,2 Мбит/с или же 12,3, 24,6 и 49,2 Мбайт/с со­ответственно). Эти режимы передачи часто упоминаются как S100, S200 и S400. Хотя USB 2.0 может теоретически оперировать на ско­рости 480 Мбит/с, проведенные тесты показывают, что она редко достигается.

Длина кабеля ограничена 4,5 м (около 15 футов), хотя до 16 ка­белей могут быть соединены в цепь путем подключения активных повторителей, внешних концентраторов (хабов) или внутренних хабов, которые часто встраиваются в 1394-устройства. Стандарт S400 ограничивает любые конфигурации кабеля максимальной дли­ной 72 м.

FireWire 800 (фирма Apple использовала название «S800 bilingual» для 9-контактной версии стандарта IEEE 1394b) был предложен Apple в 2003 г. Эта новая спецификация 1394-шины обеспечивает скорость в 786,4 Мбит/с при обратной совместимости с более медленными устройствами и 6-контактными разъемами FireWire 400.

Полная спецификация IEEE 1394b предусматривает поддержку коммуникаций через оптоволокно на расстояние до 100 м со скоро­стью до 3,2 Гбит/с. Стандартный неэкранированный витой кабель категории 5 поддерживает связь на расстоянии до 100 м со скоро­стью S100, а новая технология 1394с обеспечивает скорость до S800. Исходные стандарты 1394 и 1394а используют метод кодирования сигналов D/S (data/strobe, или legacy mode), тогда как 1394b включает также схему кодирования 8В10В (называемую также beta mode). С использованием этих новых технологий интерфейс FireWire ста­новится существенно быстрее, чем Hi-Speed USB.

Последовательный интерфейс SCSI

Компоненты типичных систем на базе SSA (Serial Storage Architecture) соединяются двунаправленными кабелями. Данные, посылаемые адаптером, проходят в обоих направлениях, и при раз­рыве соединения SSA осуществляет реконфигурирование оборудо­вания, чтобы в дальнейшем восстановить разорванную связь. В сис­теме может поддерживаться до 192 НЖМД, допускающих «горячее» включение-выключение (см. табл. 2.6). Диски могут объединяться в массивы (до 32 отдельных RAID-массивов могут поддерживаться одним адаптером), причем массив может находиться на расстоянии до 25 м. В режиме работы с RAID поддерживается скорость 35 Мбайт/с, в остальных режимах  60 Мбайт/с (максимум скоро­сти  80 Мбайт/с).

Внешний последовательный интерфейс SATA

Стандарт внешнего интерфейса (external SATA, eSATA) был вве­ден в середине 2004 г. с определением кабелей, разъемов и требова­ний к электросигналам. Интерфейс имеет следующие особенности:

• полная скорость SATA для внешних дисков (115 Мбайт/с было измерено для внешнего массива RAID);

• нет необходимости преобразования сигналов и данных из протоколов PATA/SATA в формат USB/Firewire для подключения внешних дисков;

• длина кабеля ограничена 2 м (USB и FireWire поддерживают большую длину);

• минимальное и максимальное напряжения передаваемых сигналов были повышены до 500600 мВ (от 400600 мВ);

• минимальное и максимальное напряжения принимаемых сигналов были снижены до 240600 мВ (от 325600 мВ);

В настоящее время большинство системных плат ПЭВМ не поддерживают разъемы eSATA, и такие устройства могут подключаться либо через хост-адаптер eSATA (HBA) для настольных систем, либо же посредством Cardbus или ExpressCard для ноутбуков. Известны также простейшие адаптеры (кабели), обеспечивающие интерфейс между eSATA и SATA (в этих условиях допустимая длина кабеля уменьшается до 1 м).

В отличие от USB или Firewire eSATA не обеспечивает подсоединяемое устройство электропитанием, поэтому в этом случае необходим дополнительный кабель питания или адаптер.

Далее, в отличие от РАТА, интерфейсы SATA и eSATA поддерживают «горячее подключение», однако современные ОС, как пра­вило, не могут реализовать эту функцию.

Отметим также, что, хотя «горячее подключение» USB обеспечивается всеми современными ОС, и эта возможность заявлена во всех стандартах USB, известны случаи повреждения устройств и разрушения данных при подобных подключениях, что особенно часто происходит с МРЗ-плеерами, использующими флэш-накопи­тели, а также с выносными USB-НЖМД на 2,5". То же самое мож­но сказать по поводу FireWire - при формальной поддержке «горя­чего подключения» устройства часто повреждаются. Ряд производи­телей электроники объявляют об отказе от поддержки «горячего подключения» контроллерами FireWire и исключают соответствую­щие повреждения из гарантийных обязательств.

Интерфейс Fibre Channel (оптоволоконная связь)

В 1991 г. IBM, Hewlett-Packard Co. и Sun Microsystems Inc. объединенными усилиями создали Fibre Channel Systems Initiative (FCSI) с целью активизировать производство продуктов оптоволоконной связи и их продвижение на рынки. В 1994 г. интерфейс Fibre Channel был принят как стандарт ANSI. Впервые созданный, интер­фейс FC оперировал на скорости, не превосходящей SCSI-3, и ос­новным его преимуществом являлось расстояние связи (вначале 10000 м, а затем - 100 км, на основе оптических трансиверов), а не скорость взаимодействия. Однако в 2000 г. была выпущена версия FC со скоростью 2 Гбит/с. Протоколы Fibre Channel структурирова­ны как иерархическая система (наподобие ISO OSI Reference Model), включающая пять уровней, каждый из которых отвечает за определенные функции (табл. 2.18).

Таблица 2.18. Уровни протоколов Fibre Channel
Наимено­вание	Уровень	Функции
FC-4	Уровень отображения протоколов	Определяет правила интерпретации различных традиционных прото­колов вышестоящих уровней, позволяющих Поте Channel переносить данные из других сетевых протоколов (наподобие SCSI) и параллель­но передавать сетевую и канальную информацию, соответствующую физическому интерфейсу
FC-3	Уровень общих служб	Определяет параметры специальных служб, такие как multi-casting и striping
ГС-2	Уровень пакетов и сиг­налов	Определяет последовательность и порядок правил управления пото­ком данных, используемых для сборки-разборки пакетов, принимае­мых/передаваемых устройством
FC-1	Уровень управления передачей	Задает протокол передачи, включая правила и последовательность кодирования и декодирования, специальные символы, время за­держки, контроль ошибок и пр.
FC-0	Физический уровень	Определяет параметры физического соединения, включая кабели, разъемы и оптико-электрические характеристики линий для различ­ных скоростей передачи

Технические средства Fibre Channel связывают между собой накопители информации и серверы, образуя «фабрику» (Fibre Channel fabric) или коммутационно-коммуникационную среду. Фабрика со­стоит из физического уровня, устройств коммутации и передачи Данных. На физическом уровне находятся оптические и обычные кабели, по которым передаются сигналы протокола Fibre Channel между устройствами.

Интерфейсы беспроводной связи

Не останавливаясь на средствах организации беспроводных се­тей (WLAN), ограничимся рассмотрением высокочастотных радио- и оптических интерфейсов ограниченного радиуса действия.

IrDA. Ассоциация инфракрасной передачи данных (Infrared Data Association - IrDA), начиная с ее образования в 1993 г., работала над открытым стандартом инфракрасной передачи данных на короткие расстояния. Спецификации IrDA базируются на двух стандартах - протоколе физического уровня 115 Кбит/с (типа UART), который был развит Hewlett Packard, и первоначально предложенном IBM протоколе Link Access Protocol (IrLAP), основанном на HDLC.

Уже в 1995 г. несколько лидеров рынка электроники выпустили серию продуктов, использующих для передачи информации по от­крытому оптическому каналу irDA-standart, а в ноябре 1995 г. Microsoft заявила о включении программного обеспечения, обеспе­чивающего инфракрасную связь, использующую IrDA-standart, в стандартный пакет операционной системы Windows 95. В настоящее время IrDA-standart - один из самых распространенных стандартов для организации передачи информации по открытому инфракрас­ному каналу. Это - протокол передачи данных связи «точка-точ­ка» в узком коническом углу (30°), предназначенный для работы на расстоянии до 1 м со скоростями между 9,6 Кбит/с и 16 Мбит/с.

Предусмотрены также протоколы следующих нескольких уровней:

• IrLAP (Infrared Link Access Protocol) - обеспечивает управление доступом, установление надежного двустороннего соеди­нения;

• IrLMP (Infrared Link Management Protocol) - обеспечивает многоканальный логический доступ, переключение устройств (активный/пассивный) и пр.;

• IrCOMM (Infrared Communications Protocol) - обеспечивает работу устройств в режиме как параллельного, так и последовательного портов;

• IrOBEX (Infrared Object Exchange) - обмен данными или объектами;

• IrLAN (Infrared Local Area Network) - обеспечивает соедине­ние инфракрасных устройств в локальную сеть в вариантах - «клиент-сервер» или «точка-точка» (peer to peer).

В области мобильных вычислений IrDA обычно используется для подключения портативного компьютера к мобильному телефону и установления модемной связи с Internet. IrDA также определяет IrLAN-протокол для подключения устройств, поддерживающих IrDA-связь со стационарной сетью.

Bluetooth. Названная по имени датского короля X столетия это спецификация для портативных устройств, обеспечивающая дешевую радиосвязь между мобильными компьютерами, мобильными те­лефонами, цифровыми камерами, принтерами, консолями видеоигр и другими переносными устройствами, возможность подсоединения к Internet (табл. 2.19). Связь устанавливается в безопасном, нелицензируемом диапазоне ультракоротких волн «Индустриальный науч­ный и медицинский» (Industrial Scientific and Medical - ISM) - 2,4 ГГц (в интервале 2,4-2,4835 ГГц в США и Японии). Части этой полосы также доступны во Франции и Испании. По сути, это - тот же самый вид микроволновой радиотехнологии, которая обеспечива­ет беспроводной звонок входной двери и открывание гаража. Главное преимущество систем Bluetooth перед инфракрасными портами со­стоит в том, что здесь не требуется прямая оптическая видимость.

Таблица 2.19. Характеристики различных типов интерфейсов Bluetooth
Класс связи	Максимальная разрешенная мощность, мВт	Дистанция (приближенно), м
1	100	-100
2	2,5	-10
3	1	-1

Устройства, связывающиеся по протоколу Bluetooth работают в режиме «клиент-сервер» (master-slave). Устройство-клиент может вызывать до семи устройств-серверов. Клиент и сервер в любой мо­мент могут поменяться ролями. Эта «сеть», которую образуют во­семь или менее устройств, получила название персональной сети (Personal Area Netork - PAN, или же «микросеть» - piconet).

Модули Bluetooth имеют приемопередатчики, которые сканиру­ют пространство и обнаруживают другие устройства Bluetooth, чтобы установить связь. Прежде чем любые данные будут переданы между устройствами, должна быть установлена сессия сети. По соображе­ниям безопасности пользователь должен предоставить подтвержде­ние по входу в сеть устройствам, которые не были ранее идентифи­цированы как устройства, принадлежащие этой же PAN.

В любой момент времени данные могут передаваться между клиентом и серверами, причем первый может быстро переключать­ся между вторыми на манер «карусели». Спецификации Bluetooth допускают соединение двух или более PAN в «распределенную сеть» (scatternet), где выделяются устройства, которые в одной подсети играют роль клиента, а в другой - сервера.