Тема 1.7 Внутренние интерфейсы компьютера

Интерфейс – это средство сопряжения двух устройств, в котором все физические и логические параметры согласуются между собой.  Если интерфейс является общепринятым, например, утвержденным на уровне международных соглашений, то он называется стандартным.  Каждый из функциональных элементов (память, монитор или другое устройство) связан с шиной определенного типа – адресной, управляющей или шиной данных. Для согласования интерфейсов периферийные устройства подключаются через свои адаптеры и порты.  Порты устройств представляют собой некие электронные схемы, содержащие один или несколько регистров ввода-вывода и позволяющие подключать периферийные устройства компьютера к внешним шинам микропроцессора.  В настоящее время компьютеры могут иметь множество внешних интерфейсов. Наиболее распространены следующие:  - шина SCSI (Small Computer System Interface – интерфейс малых вычислительных систем) – шина, которая предназначена для подключения высокопроизводительных дисковых устройств;  - последовательная шина USB (Universal Serial Bus – универсальная последовательная шина) соответствует современному унифицированному стандарту на шину и разъём. К шине USB можно подключить до 127 внешних устройств одновременно;  - параллельный порт (LPT-порт) - предназначен для подключения принтера, сканера, внешних дисководов и другие;  - последовательный порт (COM-порт) - предназначен для подключения низкоскоростных внешних устройств, таких как мышь, модем и т.д.;  Далее рассмотрим более подробно порты LTM, COM и шины SCSI, USB.  1.2 Порт LPT  Параллельный интерфейс был введен в персональный компьютер (ПК) для подключения принтера (отсюда и аббревиатура LPT – Line printer – построчный принтер). Однако параллельный интерфейс стал использоваться для подключения других периферийных устройств – сканеров, дисководов типа Zip и ряда других устройств.  В основе данного стандарта лежит интерфейс Centronics и его расширенные версии (ECP, EPP).  Существовало несколько вариантов стандарта LPT. Самый первый, отличался тем, что мог передавать данные только в одну сторону (к принтеру). Далее возник стандарт BPP , обеспечивавший полностью двусторонний обмен.  1.3 Порт COM  Последовательный интерфейс СОМ-порт появился в первых моделях IBM PC. Был реализован на микросхеме асинхронного приемопередатчика Intel 8250. Порт имел поддержку BIOS, однако широко применялось (и применяется) взаимодействие с портом на уровне регистров. Поэтому во всех PC совместимых компьютерах для последовательного интерфейса применяют микросхемы приемопередатчиков, совместимые с i8250. В ряде отечественных PC-совместимых (почти) компьютеров для последовательного интерфейса применялась микросхема КР580ВВ51. Однако эта микросхема является универсальным синхронно-асинхронным приемопередатчиком. Совместимости с PC на уровне регистров СОМ-порта такие компьютеры не имеют. Совместимость на уровне регистров СОМ-порта считается необходимой.  Последовательный порт (СОМ), в основном, используется для подключения мыши, модема, соединения двух компьютеров (рис 2). Термин последовательный означает, что передача данных осуществляется по одиночному проводнику, а биты при этом передаются последовательно, один за другим.  1.4 SCSI шина  Шина – это канал пересылки данных, используемый совместно различными блоками системы. Она может представлять собой набор проводящих линий, вытравленных на печатной плате, провода, припаянные к выводам разъемов, в которые вставляются печатные платы, либо плоский кабель. Основными характеристиками шин являются разрядность передаваемых данных и скорость передачи данных.  Шина SCSI – это шина ввода-вывода, а не системная шина и не интерфейс приборного уровня. Интерфейс SCSI повышает гибкость и вычислительную мощность системы, поскольку он позволяет подключить к одной шине несколько разных ПУ, которые могут непосредственно взаимодействовать друг с другом. К шине могут подключаться: дисковые внутренние и внешние накопители (CD-ROM, винчестеры, сменные винчестеры, магнитооптические диски и др.); стримеры; сканеры; фото- и видеокамеры; другое оборудование, применяемое не только для IBM PC.  Режим обмена по SCSI-шине может быть:   асинхронным, или синхронным с согласованием скорости (Synchronous Negotiation), где передача данных контролируется по паритету.  Дополнительные расширения спецификации SCSI-2:  - Fast - удвоение скорости синхронной передачи (частота шины 10МГц).  - Ultra – сверхскоростной интерфейс (частота шины 20МГц).  - Wide – увеличение разрядности до 16-ти бит, реже 32-х бит.  Наилучшую скорость передачи данных обеспечивает интерфейс Ultra 3 SCSI (модификация SCSI)-160 Мбайт/с. Преимущества SCSI проявляются наиболее ярко в тех компьютерах, которые используют многозадачные операционные системы или выполняют роль серверов, то есть там, где требуется параллельная работа нескольких устройств.  Интерфейс контроллера SCSI и системной шины может быть как совсем простым, так и более сложным.  Шина SCSI распространена в больших серверных системах, в системах по обработке графических данных и т.п. Шина SCSI распространения не получила из-за своей дороговизны.  1.5 USB шина  Шина USB (Universal Serial Bus) - это универсальная последовательная шина. Она является промышленным стандартом расширения архитектуры ПК, ориентированным на интеграцию с телефонией и устройствами бытовой электроники. С середины 1996 года выпускаются ПК со встроенным контроллером USB. Появились модемы, клавиатуры, сканеры, динамики и другие устройства ввода/вывода с поддержкой USB, а также мониторов с USB-адаптерами - они играют роль концентраторов для подключения других устройств. USB обеспечивает одновременный обмен данными между компьютером и множеством ПУ.  Шина позволяет подключать, конфигурировать, использовать и отключать устройства во время работы хоста и самих устройств.  Шина имеет два режима передачи. Полная скорость передачи сигналов USB составляет 12 Мбит/с, низкая - 1,5 Мбит/с. Для полной скорости используется экранированная витая пара с импедансом 90 Ом и длиной сегмента до 5 м, для низкой – не витая неэкранированная, кабель до 3 м. Низкоскоростные кабели и устройства дешевле высокоскоростных. Одна и та же система может одновременно использовать оба режима; переключение для устройств осуществляется прозрачно.  Низкая скорость предназначена для работы с небольшим количеством ПУ. Скорость, используемая устройством, подключенным к конкретному порту, определяется хабом по уровням сигналов.  Питание устройств USB возможно от кабеля (Bus-Powered Devices) или от собственного блока питания (Self-Powered Devices). Хост обеспечивает питанием непосредственно подключенные к нему ПУ. Каждый хаб, в свою очередь, обеспечивает питание устройств, подключенных к его нисходящим портам. При некоторых ограничениях топологии допускается применение хабов, питающихся от шины. На рис 5 приведен пример схемы соединения устройств USB. Здесь клавиатура, перо и мышь могут питаться от шины.  С точки зрения конечного пользователя, привлекательны следующие черты USB:  - простота кабельной системы и подключений;  - скрытие подробностей электрического подключения от конечного пользователя;  - самоидентифицирующиеся ПУ, автоматическая связь устройств с драйверами и конфигурирование.  - возможность динамического подключения и конфигурирования ПУ.  Возрастающие объёмы флэш-накопителей объясняются не реальными потребностями пользователей, а стремительным прогрессом техники и технологии. Ёмкость существующая: 64,128,256,512 Мб и 1,2,4,8,6 Гб.