|
|
Компьютеры
|
Вряд ли найдется пользователь персонального компьютера, который бы не сталкивался с понятием “интерфейс”, в тоже время далеко не все могут дать четкий ответ на вопрос, что же это такое? И это не удивительно, так как в сфере информационных технологий за этим понятием могут скрываться зачастую мало похожие друг на друга вещи… Так называются и видимые на экране монитора окна приложений с элементами управления (интерфейс приложения или интерфейс пользователя), и какие-то разъемы, на задней панели компьютера, а еще и какие-то протоколы…
Что такое интерфейс?
В английском языке слово “interface” обычно обозначает прослойку или среду, разделяющую или связывающую различные объекты (дословный перевод – между лицами). В вычислительной технике термин “интерфейс” обычно используют для обозначения совокупности правил взаимодействия некоторой группы компонентов вычислительной системы и правил построения технических средств, обеспечивающих это взаимодействие. Так, пользователь взаимодействует с компьютером, на основании того, что отображается на экране монитора, т. е. взаимодействует с программой через интерфейс пользователя.
Однако, компьютер взаимодействует не только с пользователем. Он также “общается” и с рядом других устройств, которые могут находиться как внутри компьютера (внутренние устройства – накопители на жестких дисках, приводы CD/DVD и т. п.), так и вне его (внешние устройства – клавиатура, принтер, сканер, разнообразные датчики и т. д.). В этом случае под интерфейсом понимается система передачи данных между компьютером и устройствами, описанная некоторым стандартом. Следует заметить, что внешние устройства могут находиться на значительном удалении от компьютера – на расстоянии десятков и сотен (а иногда – и больше!) метров. Основной задачей интерфейса (или просто сопряжения) является осуществление совместимости программных, аппаратных и конструктивных средств, обеспечивающих взаимодействие различных функциональных элементов в едином процессе обработки информации в ЭВМ на этапах сбора, преобразования и обработки, хранения и выдачи результатов и управляющих воздействий.
Различают системные (или внутренние) интерфейсы, предназначенные для обеспечения взаимодействия компьютера с внутренними устройствами, и внешние интерфейсы, предназначенные для работы с внешними устройствами. Системные интерфейсы способны обеспечить высокую скорость обмена (от сотен Мбайт/с до 4,3 Гбайт/с), но на ограниченном расстоянии (от 15 см до 1,0 м). Внешние интерфейсы допускают передачу информации на гораздо большие расстояния (от 1 до 1200 м), но скорость передачи информации при этом существенно меньше – в лучшем случае составляет несколько сотен Мбайт/с, и то на сравнительно небольших расстояниях, не превышающих несколько метров. При передаче информации на большие расстояния скорость передачи существенно падает.
Следует учесть, что обмен информацией между устройствами имеет две составляющие – аппаратную и программную части. Аппаратная часть описывает электрические (уровни напряжений) и временные характеристики сигналов, их функциональное назначение, конструктивное исполнение (схемная реализация, типы разъемов и их разводку) и т.п. Программная часть описывает реализацию протоколов, т. е. договоренность о правилах передачи данных.
Основные интерфейсы персональных компьютеров
Современные ПК обладают, определенным набором интерфейсов, разъемы которых обычно устанавливаются на материнской плате и выводятся на заднюю панель компьютера, как показано на рисунке. Типы интерфейсов и их количество зависят от типа материнской платы и могут существенно различаться для различных плат.
В таблице приведены основные характеристики наиболее распространенных интерфейсов ПК.
Быстрее и дальше! (основные характеристики интерфейсов ПК).
| Название, разрядность | Назначение | Пределы скорости | Дальность | Перспективы | | | Параллельные интерфейсы | | | | IEEE 1284
(LPT-порт),
8 бит | Подключение принтеров, плоттеров, сканеров и других внешних устройств | 2 Мбайт/с | 1-10 м | Отказаться от использования, перейти на USB | | SCSI, 8/16 бит | Подключение любых внутренних и внешних устройств | 10-20-40-80-160-320 Мбайт/с | До 6-12-25 м | Переход на Serial SCSI | | | Последовательные интерфейсы | | | | RS-232C
(COM-порт) | Подключение коммуникационных и других внешних устройств | 115200 бит/с
(11,5 кбайт/с) | 25 м | Отказаться от использования, перейти на USB | | RS-422/485 | Подключение устройств промышленной автоматики и других внешних устройств | 10 Мбит/с | 1200 м | | | USB 1.0-1.1 | Подключение внешних устройств | 1,5-12 Мбит/с
(до 1 Мбайт/с) | 25 м | Переход на USB 2.0 | | USB 2.0 | Подключение внешних устройств | 1,5-12-480 Мбит/с
(до 24 Мбайт/с) | 30 м | Переход к единому интерфейсу | Fire Wire
(IEEE 1394) | Подключение внешних устройств | 100-200-400 Mбит/с | Сегмент - 4,5 м
Общая длина кабеля – не более 72 м | Переход на 4 Гбит/с |
Один из наиболее древних интерфейсов в персональном компьютере - это параллельный интерфейс, или так называемый интерфейс принтера (LPT-порт). Термин "параллельный интерфейс" означает, что данные от компьютера к ПУ передаются не побитно, а в виде машинных слов - байтов. Для каждого разряда байта в кабеле интерфейса предназначен отдельный провод. Кроме того, параллельно данным передается различная служебная информация. Для параллельного интерфейса на корпусе компьютера установлен 25-контактный разъем DB-25S. Длина простого кабеля не должна превосходить 5 м, а экранированного - 12 м. Максимальная скорость передачи данных по параллельному интерфейсу лежит в диапазоне от 120 до 200 Кбайт/с. В 1994 г. был принят стандарт IEEE 1284, который определил расширенные возможности параллельного порта. В современном компьютере параллельный порт теперь может работать в нескольких режимах – AT или SPP (Standart Parallel Port) — стандартный параллельный порт, ЕРР (Enhanced Parallel Port) – усовершенствованный параллельный порт и ЕСР (Extended Capability Port) – параллельный порт с расширенными возможностями.
Спецификация ЕРР была разработана фирмами Zenith и Xircom, чтобы использовать параллельный порт для двунаправленной передачи данных. Максимальная скорость передачи данных по этому стандарту достигает 2 Мбайт/с. Порт ЕРР полностью совместим со стандартным параллельным интерфейсом. Дополнительно он обладает возможностью подключать без использования каких-либо механических переключателей до 64 периферийных устройств, соединенных в цепочку.
Дальнейшим развитием параллельного интерфейса стала спецификация ЕСР, предложенная корпорациями Microsoft и HP, которая позволила организовать скоростную двунаправленную передачу данных, сжатых по методу RLE (Run Length Encoding). Количество подключаемых периферийных устройств увеличено до 128.
Последовательный интерфейс используется для связи двух устройств между собой. Данные в одну сторону передаются по одному проводу с помощью последовательности битов. Для соединения со стороны компьютера используется интерфейс, называемый СОМ-портом (COMmunication port, коммуникационный порт). Этот порт обеспечивает асинхронный обмен данными.
Программное обеспечение СОМ-порта позволяет работать с несколькими протоколами, среди которых наиболее распространен протокол (последовательный интерфейс) RS-232. Также употребляется термин "Serial". Интерфейс RS-232 появился в эпоху первых вычислительных машин, где применялся для связи между процессорным блоком и терминалами. В ПК используется его упрощенная версия - асинхронный последовательный интерфейс RS-232C. Он также появился в ПК с самого начала и использовался для подключения самых разнообразных устройств – мышей, принтеров, плоттеров, а также для соединения компьютеров друг с другом. Однако в настоящее время он применяется почти исключительно для подключения модема и, иногда - мыши. В промышленных компьютерах широкое применение получили другие последовательные протоколы - RS-422 и RS-485.
По последовательному интерфейсу данные передаются по одному проводу, что означает передачу байта в виде последовательности отдельных битов. Для синхронизации битов в байте (группы битов) используются синхронизирующие биты — вначале идет стартовый бит, потом группа битов данных, которых может быть от 5 до 8, а заканчивает серию один или два стоповых бита.
Для подключения устройств с интерфейсом RS-232 используют два типа разъемов – DB25 и DB9. Причем вариант с громоздким разъемом DB25, где большинство контактов не используется, практически на современных системных блоках не устанавливается.
Универсальная последовательная шина (USB – Universal Serial Bus) обеспечивает большую скорость обмена данными между компьютером и периферийным устройством по сравнению со стандартными портами ввода-вывода (последовательный - COM и параллельный - LPT). Максимальная пропускная способность USB 1.1 составляет 12 Мбит/с, а для наиболее распространенного сегодня стандарта USB 2.0 – 480 Мбит/с, что в значительной степени превышает возможность последовательной передачи СОM-порта. Для поддержки низкоскоростных устройств предусмотрен режим передачи со скоростью 1,5 Мбит/с.
Согласно спецификации USB-шина может одновременно обслуживать до 127 устройств, что более чем достаточно для самого изощренного пользователя. Подключать и отключать такое огромное многообразие периферии можно в горячем режиме, не выключая и не перезагружая компьютер. Способ доступа к шине напоминает звездную топологию с использованием концентратора (Hub). Именно к такому устройству разветвления подключается основная масса периферийных устройств. Достаточно подключить хаб к одному из двух (иногда, четырех) разъёмов компьютера, так называемому корневому концентратору (Root Hub), чтобы избавиться от мнимой нехватки USB-портов.
USB-интерфейс является одним из наиболее перспективных интерфейсов ПК. Уже сегодня значительная часть периферийных устройств “общается” с компьютером с его помощью, а многие ноутбуки располагают исключительно USB-портами. Предполагается, что со временем он полностью вытеснит СОM-порты из ПК. Поэтому рассмотрение его особенностей заслуживает отдельной статьи.
Единственным реальным соперником USB 2.0 в борьбе за сердца и кошельки пользователей является интерфейс FireWire, называемый также IEEE1394. В настоящее время этот стандарт все еще дороже своего конкурента и менее распространен. Его разработчиком является фирма Apple. После решения Apple открыть стандарт и сотрудничества с заинтересованными фирмами в 1990 году вышло техническое описание этой шины в виде стандарта IEEE1394. Он имеет высокую скорость передачи шины данных, а количество подключаемых устройств может достигать 63. Как и USB, шина IEEE 1394 обеспечивает возможность переконфигурации аппаратных средств компьютера без его выключения.
Интерфейсы звуковых карт
Звуковая карта, помимо набора разъемов для подключения внешних аналоговых и цифровых аудиосигналов, может иметь дополнительный интерфейс подключения дочерней карты, расширяющей возможности основной. Дочерние карты могут содержать более качественный синтезатор, дополнительные высококачественные устройства ЦАП, АЦП и иные средства.
Аналоговые интерфейсы используются для подключения стандартной бытовой аппаратуры, микрофона, аналогового выхода CD-ROM. На большинстве карт массового потребления для аналоговых сигналов предназначены малогабаритные разъемы — “мини-джеки” (jack) диаметром 3.5 мм, моно и стерео. Эти разъемы универсальны (используются и для бытовой аппаратуры), но имеют весьма низкое качество контактов — являются источником шумов (шорохов и тресков), а также иногда просто теряют контакт. Их полноразмерные 6-мм “коллеги”, применяемые в профессиональной аппаратуре, имеют весьма высокое качество, но из-за крупных габаритов на звуковые карты не устанавливаются. На некоторых высококачественных картах сигналы линейного входа и линейного выхода выводятся на пары разъемов RCA (иногда их называют “тюльпанами”), что обеспечивает очень хороший контакт
Внешние разъемы звуковой карты унифицированы. Обычно на задней панели находятся три (иногда четыре, а в высококачественных звуковых платах и больше) разъемов:
? Line In (светло-голубой) — линейный вход от магнитофона, тюнера, проигрывателя, синтезатора и т. п. Чувствительность — порядка 0,1-0,3 В.
? Line Out (салатовый) — линейный выход сигнала на внешний усилитель или магнитофон, уровень сигнала — порядка 0.1-0.3 В.
? Mic In (светло-красный) — микрофонный вход, чувствительность — 3-10 мВ. Этот вход обычно монофонический, но иногда используется трехконтактное гнездо (как в стерео), у которого дополнительный контакт (на месте правого канала) предназначен для подачи питания на электретный микрофон.
Разъем Speaker Out — выход на акустические системы или головные телефоны, обычно находится на передней модели ПК. Подключать к нему внешний усилитель мощности нецелесообразно, поскольку здесь искажения больше, чем на линейном выходе. Такой же разъем может быть на передней панели некоторых CD/DVD-приводов.
Цифровой последовательный интерфейс S/PDIF (Sony/Philips Digital Interface Format) (и форматы данных) для передачи аудиосигналов между блоками бытовой цифровой аудиоаппаратуры (DAT, CD-ROM и т. п.). Этот интерфейс является упрошенным вариантом студийного интерфейса AES/EBU. В интерфейсе S/PDIF используется коаксиальный кабель 75 Ом, разъемы RCA или BNC, уровень сигнала — 0,5-1 В, длина кабеля — до 2 м. В звуковых картах внутренние разъемы S/PDIF проще — это просто пара штырьков (как у джамперов) на плате с соответствующей ответной частью на кабеле. Такие же упрощенные разъемы применяются и на новых приводах CD/DVD. имеющих выход S/PDIF. Схема передатчика S/PDIF содержит разделительный импульсный трансформатор, благодаря которому соединяемые устройства гальванически развязываются. Существует еще и оптическая версия интерфейса S/PDIF – Toslink стандарта EIAJ СР-1201 — с инфракрасными излучателями. Применение оптики позволяет обеспечить полную гальваническую развязку устройств, что необходимо для снижения уровня наводок. Для пластикового волокна (POF) длина кабеля не более 1,5 м, для стеклянного волокна — 3 м.
Прочие интерфейсы ПК
К таким интерфейсам можно отнести интерфейсы клавиатуры, мыши и некоторые другие интерфейсы (Game port, RJ-45 Lan и др.), устанавливаемые на задней панели. Разъемы интерфейсов могут также размещаться на платах различных адаптеров (видеоадаптеров, сетевых карт и др.), устанавливаемых в слоты расширения материнских плат. Обычно эти разъемы располагаются внизу задней панели. В современных корпусах для облегчения доступа обычно предусматривается установка нескольких дополнительных разъемов USB-интерфейсов на переднюю или боковые панели корпуса ПК. Там же могут находиться дополнительные разъемы микрофонного входа и выхода на головные телефоны.
Автор: ШМАКОВ Ю.
"Что это?", №37, апрель 2007 |
Добавить комментарий
Возможно Вас также заинтересует...
Последние комментарии к статьям
|
|
|
