Интерфейсы современных компьютеров. Виды, типы, характеристики

Ожидается, что одним из последствий этого будет сокращение площади платы на 50%. Топология  шины PCX содержит главный мост (Host Bridge) и несколько оконечных пунктов (устройств ввода-вывода). Многократные соединения «точка-точка» вводят новый элемент - переключатель (ключ, switch) в топологию системы ввода-вывода.

Интерфейс PCX включает пары проводов - каналы (lane), и единственная пара (PCX-lane) представляет собой интерфейс РСХ 1х (800 Мбайт/с). Каналы могут быть соединены параллельно, и максимум (32 канала - PCX 32х) обеспечивает полную пропускную способность 16 Гбайт/с, достаточную, чтобы поддерживать требования систем связи в обозримом будущем.

FSB. Шина PCI, появившаяся в компьютерах на базе процессоров Intel Pentium как локальная шина, предназначенная для связи процессора с оперативной памятью, недолго оставалась в этом качестве. Сегодня она используется только как шина для подключения внешних устройств, а для связи процессора и памяти, начиная с процессора Intel Pentium Pro используется специальная шина, получившая название Front Side Bus (FSB). Эта шина работает на очень высокой частоте 100-125 МГц. Существуют системы, преимущественно старые, где FSB и периферийные шины ISA, PCI, AGP имеют общую опорную частоту, и попытка изменения частоты FSB не посредством её коэффициента умножения, а посредством изменения опорной частоты приведет к изменению частот периферийных шин, и даже внешних интерфейсов, таких как Parallel ATA. На других системах, преимущественно новых, частоты периферийных шин не зависят от частоты FSB.

В системах с высокой интеграцией  контроллеры памяти и периферийных шин могут быть встроены в процессор, и сама FSB в таких процессорах  отсутствует принципиально. К таким системам можно отнести персональную платформу Intel LGA1156.

AGP. Видеоадаптер - устройство, требующее особенно высокой скорости передачи данных. Как при внедрении локальной шины VLB, так и при внедрении локальной шины PCI видеоадаптер всегда был первым устройством, «врезаемым» в новую шину. Сегодня параметры шины PCI уже не соответствуют требованиям видеоадаптеров, поэтому для них разработана отдельная шина, получившая название AGP (Advanced Graphic Port -усовершенствованный графический порт). Частота этой шины соответствует частоте шины PCI (33 МГц или 66 МГц), но она имеет много более высокую пропускную способность - до 1066 Мбайт/с (в режиме четырехкратного умножения). На данный момент материнские платы со слотами AGP практически не выпускаются; стандарт AGP был повсеместно вытеснен на рынке более быстрым и универсальным PCI Express. Последние массовые материнские платы с AGP производились примерно в 2004-2005 годах для процессора Pentium 4 Prescott и чипсетов поколения Intel 8xx.

PCMCIA. (Personal Computer Memory Card International Association - стандарт международной ассоциации производителей плат памяти для персональных компьютеров). Этот стандарт определяет интерфейс подключения плоских карт памяти небольших размеров и используется в портативных персональных компьютерах. Со временем спецификация была доработана и стало возможно использовать PCMCIA для подключения всевозможных периферийных устройств. Обычно через интерфейс PCMCIA подключают сетевые карты, модемы и жёсткие диски.

Контроллер HyperTransport. Фирмой AMD была (процессор Hammer) предложена архитектура ГиперТранспорт (HyperTransport), обеспечивающая внутреннее соединение процессоров и элементов чипсета для организации многопроцессорных систем и повышения скорости передачи данных более чем в 20 раз. В традиционной архитектуре с северным и южным мостами транзакции памяти должны проходить через микросхему «Северного моста», что вызывает дополнительные задержки и снижает потенциальную производительность. Чтобы избавиться от этого «узкого места» производительности, корпорация AMD интегрировала контроллер памяти в процессоры AMD64. Прямой доступ к памяти позволил существенно уменьшить задержки при обращении процессора к памяти. С увеличением тактовой частоты процессоров задержки станут еще меньше. В основу шины HyperTransport - универсальной шины межчипового соединения - положено две концепции: универсальность и масштабируемость. Универсальность шины HyperTransport заключается в том, что она позволяет связывать между собой не только процессоры, но и другие компоненты материнской платы. Масштабируемость шины состоит в том, что она дает возможность наращивать пропускную способность в зависимости от конкретных нужд пользователя. Устройства, связываемые по шине HyperTransport, соединяются по принципу «точка-точка» (peer-to-peer), что подразумевает возможность связывания в цепочку множества устройств без использования специализированных коммутаторов. Передача и прием данных могут происходить в асинхронном режиме, причем передача Данных организована в виде пакетов длиной до 64 байт. Масштабируемость шины HyperTransport обеспечивается посредством магистрали шириной 2.4, 8.16 и 32 бит в каждом направлении. Кроме того, предусматривается возможность работы на различных тактовых частотах (от 200 до 800 МГц). При этом передача данных происходит по обоим фронтам тактового импульса. Таким образом, пропускная способность шины HyperTransport меняется от 200 Мбайт/с при использовании частоты 200 МГц и двух двухбитовых каналов до 12.8 Гбайт/с при использовании тактовой частоты 800 МГц и двух 32-битовых каналов.

IDE. IDE (Integrated Device Electronics) - интерфейс устройств со встроенным контроллером. При создании этого интерфейса разработчики ориентировались на подключение дискового накопителя. За счет минимального удаления контролера от диска существенно повышается быстродействие.

Интерфейс EIDE имеет первичный  и вторичный каналы, к каждому  из которых можно подключить два  устройства, то есть всего их может  быть четыре. Это может быть жесткий  диск, CD-ROM или переключатель дисков.

SCSI. Интерфейс SCSI был разработан в конце 1970-х годов организацией Shugart Associates. Первоначально известный под названием SASI (Shugart Associates System Interface), он после стандартизации в 1986 году уже под именем SCSI (читается «скази») стал одним из промышленных стандартов для подключения периферийных устройств - винчестеров, стримеров, сменных жестких и магнитооптических дисков, сканеров, CD-ROM и CD-R, DVD-ROM и тому подобное К шине SCSI можно подключить до восьми устройств, включая основной контроллер SCSI (или хост-адаптер).

Интерфейс SCSI является параллельным и физически представляет собой  плоский кабель с 25-, 50-, 68-контактными  Разъемами для подключения периферийных устройств. Шина SCSI содержит восемь линий  данных, сопровождаемых линией контроля четности, и девять управляющих линий. Стандарт SCSI определяет два способа  передачи сигналов: одно-полярный, или асимметричный (Single ended), и дифференциальный (Differential). В первом случае имеется один провод с нулевым потенциалом («земля»), относительно которого передаются сигналы по линиям данных с уровнями сигналов, соответствующими ТТЛ-логике. При дифференциальной передаче сигнала для каждой линии данных выделено два провода, и сигнал на этой линии получается вычитанием потенциалов на их выходах. При этом достигается лучшая помехозащищенность, что позволяет увеличить длину кабеля.

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.

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 СOМ1: -COM4:.

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. Параллельное соединение применяется на расстояниях не более 5 метров, некоторые источники ограничивают расстояние 1-2 метров; 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-об-разная 25-контактная вилка.

USB. (Universal Serial Bus - универсальная последовательная магистраль). Это одно из последних нововведений в архитектурах материнских плат. Этот стандарт определяет способ взаимодействия компьютера с периферийным оборудованием. Он позволяет подключать до 256 различных устройств, имеющих последовательный интерфейс. Устройства могут включаться цепочками (каждое следующее устройство подключается к предыдущему). Производительность шины USB относительно невелика и составляет до 1,5 Мбит/с, но для таких устройств, как клавиатура, мышь, модем, джойстик и т. п., этого достаточно. Удобство шины состоит в том, что она практически исключает конфликты между различным оборудованием, позволяет подключать и отключать устройства в «горячем режиме» (не выключая компьютер) и позволяет объединять несколько компьютеров в простейшую локальную сеть без применения специального оборудования и программного обеспечения. Физически интерфейс IDE реализован с помощью плоского 40-жильного кабеля, на котором могут быть разъемы для подключения одного или двух устройств. Общая длина кабеля не должна превышать 45 см, причем между разъемами должно быть расстояние не менее 15 сантиметров.

Fire Ware. История FireWire, теперь известного также как IEEE 1394 и как i-Link, началась в 1986 году, 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 тому подобное Результатом труда разработчиков стал окончательно утвержденный 12 декабря 1995 года 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;

-поддержка «горячего  подключения» и отключения;

-питание внешних устройств  через IEEE 1394 кабель;

-высокая скорость;

-возможность строить  сети различной конфигурации  из разнотипных устройств;

-простота конфигурации  и широта возможностей;

-поддержка асинхронной  и синхронной передачи данных  

Fibre Channel (оптоволоконная связь)

В 1991 года IBM, Hewlett-Packard Со. 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 года 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 году 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.

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

IrDA. Ассоциация инфракрасной передачи данных (Infrared Data Association - IrDA), начиная с ее образования в 1993 году, 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 году несколько лидеров  рынка электроники выпустили  серию продуктов, использующих для  передачи информации по открытому оптическому  каналу IrDA-standart, а в ноябре 1995 года 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 метра со скоростями между 9.6 Кбит/с и 16 Мбит/с.