Интерфейсы

27. Стандартный интерфейс IEEE-1284
IEEE 1284 международный стандарт параллельного интерфейса для подключения
периферийных устройств персонального компьютера.
Традиционный, LPT-порт называется стандартным параллельным портом (Standard Parallel
Port, SPP), или SPP-портом.
В основном используется для подключения к компьютеру принтера, сканера и других внешних
устройств (часто использовался для подключения внешних устройств хранения данных), однако
может применяться и для других целей (организация связи между двумя компьютерами,
подключение каких-либо механизмов телесигнализации и телеуправления).
В основе данного стандарта лежит интерфейс Centronics и его расширенные версии (ECP, EPP).
Centronics — порт, используемый в персональных компьютерах фирмы IBM для
подключения печатающих устройств; Изначально этот порт был разработан только для
симплексной (однонаправленной) передачи данных, так как предполагалось, что порт Centronics
должен использоваться только для работы с принтером. Впоследствии разными фирмами были
разработаны дуплексные расширения интерфейса (byte mode, EPP, ECP). Затем был принят
международный стандарт IEEE 1284, описывающий как базовый интерфейс Centronics, так и все
его расширения.
SPP-порт ориентирован на вывод данных, хотя с некоторыми ограничениями позволяет и
вводить данные. Скорость передачи данных может варьироваться и достигать 1,2 Мбит/с.
Существуют различные модификации LPT-порта: двунаправленный, ЕРР, ЕСР и др.,
расширяющие его функциональные возможности, повышающие производительность и
снижающие нагрузку на процессор. Поначалу они являлись фирменными решениями отдельных
производителей, позднее был принят стандарт IEEE 1284.
Порт на стороне управляющего устройства
(компьютера) имеет 25-контактный 2-рядный разъём
DB-25-female («мама») (IEEE 1284-A). На
периферийных устройствах обычно используется 36контактный микроразъем ленточного типа Centronics
(IEEE 1284-B), поэтому кабели для подключения
периферийных устройств к компьютеру по
параллельному порту обычно выполняются с 25контактным разъёмом DB-25-male на одной стороне и
36-контактным IEEE 1284-B на другой (AB-кабель).
Длина соединительного кабеля не должна превышать 3
метров. Конструкция кабеля: витые пары в общем экране, либо витые пары в индивидуальных
экранах. Изредка используются ленточные кабели.
Для подключения сканера, и некоторых других устройств используется кабель, у которого
вместо разъема (IEEE 1284-B) установлен разъем DB-25-male. Обычно сканер оснащается
вторым интерфейсом с разъемом DB-25-female (IEEE 1284-A) для подключения принтера
(поскольку обычно компьютер оснащается только одним интерфейсом IEEE 1284).
Схемотехника сканера построена таким образом, чтобы при работе с принтером сканер
прозрачно передавал данные с одного интерфейса на другой.
Стандарт позволяет использовать интерфейс в нескольких режимах:
SPP— однонаправленный порт, полностью совместим с интерфейсом Centronics.
Nibble Mode — позволяет организовать двунаправленный обмен данными в режиме SPP
Исторически это был единственный способ использовать Centronics для двустороннего обмена
данными.
Byte Mode — редко используемый режим двустороннего обмена данными.
EPP —двунаправленный порт, со скоростью передачи данных до 2МБайт/сек.(1991)
ЕСР в дополнение появились такие возможности, как наличие аппаратного сжатия данных,
наличие буфера и возможность работы в режиме DMA.
28. Стандартный интерфейс RS-232C
RS-232 ( Recommended Standard 232) — в телекоммуникациях, стандарт последовательной
асинхронной передачи двоичных данных между терминалом и коммуникационным
устройством
RS-232 — интерфейс передачи информации между двумя устройствами на расстоянии до 15
метров. Информация передается по проводам цифровым сигналом с двумя уровнями
напряжения. Логическому "0" соответствует положительное напряжение (от +5 до +15В для
передатчика), а логической "1" отрицательное (от -5 до -15
В для передатчика).
Асинхронная передача данных осуществляется с
фиксированной скоростью при самосинхронизации
фронтом стартового бита. Передача данных, при которой
интервалы времени между направляемыми блоками
данных не являются постоянными. Для выделения в
потоке данных блоков в начале и конце каждого из них
записываются старт/стопные биты. При асинхронной
передаче передатчик и приемник данных работают не
зависимо друг от друга.
Интерфейс RS-232-C был разработан для простого
применения, однозначно определяемого по его названию: «Интерфейс между терминальным
оборудованием и связным оборудованием с обменом по последовательному двоичному коду».
Чаще всего используется в промышленном и узкоспециальном оборудовании, встраиваемых
устройствах. Присутствует на стационарных персональных компьютерах (как правило, RS-232
не ставят на портативных компьютерах - на ноутбуках, нетбуках, КПК и т. п.).
По структуре это обычный асинхронный последовательный протокол, то есть передающая
сторона по очереди выдает в линию 0 и 1, а принимающая отслеживает их и запоминает.
Данные передаются пакетами по одному байту (обычно 8 бит).
Вначале передаётся стартовый бит, противоположной полярности состоянию незанятой (idle)
линии, после чего передаётся непосредственно кадр полезной информации, от 5 до 8-ми бит.
Увидев стартовый бит, приемник выжидает интервал T1 и считывает первый бит, потом через
интервалы T2 считывает остальные информационные биты. Последний бит — стоповый бит
(состояние незанятой линии), говорящий о том, что передача завершена. Возможно 1, 1,5 или 2
стоповых бита.
В конце байта, перед стоп битом, может передаваться бит чётности (parity bit) для контроля
качества передачи. Он позволяет выявить ошибку в нечетное число бит (используется, так как
наиболее вероятна ошибка в 1 бит).
Устройства для связи по последовательному каналу соединяются кабелями с 9-ю или 25-ю
контактными разъёмами типа D-sub. Обычно они обозначаются DE-9 (или некорректно: DB-9),
DB-25, CANNON 9, CANNON 25.
Первоначально в RS-232 использовались DB-25, но, поскольку
многие приложения использовали лишь часть предусмотренных
стандартом контактов, стало возможно применять для этих целей 9штырьковые разъёмы DE-9 (D-subminiature), которые
рекомендованы стандартом RS-574.
Номера основного передающего и принимающего данные контакта
для разъемов 9 и 25 разные! Для DB-9 контакт 2 - вход приемника,
контакт 3 - выход передатчика. Для DB-25 наоборот, контакт 2 выход передатчика, контакт 3 - вход приемника.
29. Интерфейс 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, CDROM 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.
Существует более десятка различных версий интерфейса SCSI. Наиболее
существенные из них - SCSI-1, Fast SCSI, Fast Wide SCSI, Ultra SCSI, Ultra 2 SCSI.
Основными характеристиками шины SCSI являются: ширина - 8 или 16 бит («narrow»
или «wide»): частота, с которой тактируется шина; физический тип интерфейса
(однополярный, дифференциальный, оптика). На скорость влияют в основном два
первых параметра. Обычно они записываются в виде приставок к слову SCSI.
Максимальную скорость передачи устройство-контроллер можно подсчитать, взяв
частоту шины, а в случае наличия «Wide» умножить ее на 2 (например, FastSCSI - 10
Мбайт/с, Ultra2WideSCSI -80 Мбайт/с).
30. Организация стандартной шины PCI
PCI (англ. Peripheral component interconnect, дословно — взаимосвязь периферийных
компонентов) — шина ввода/вывода для подключения периферийных устройств к материнской плате
компьютера. на сегодняшний день de facto стандартная системная шина для подключения
периферийных устройств к материнской плате компьютера.
Такие устройства могут быть двух видов:
1. Встроенные непосредственно в материнскую плату (в спецификации PCI их называют
планарными).
2. Плата расширения, вставляемая в гнездо на материнской плате.
Шина PCI есть во всех современных персональных компьютерах и пришла на замену шинам ISA
и VESA. Сейчас данная шина постепенно вытесняется более продвинутым вариантом, шиной PCI
Express.
Первая версия PCI 2.0 шины имела тактовую частоту 33 МГц, могла быть 32 или 64 битной, а
устройства могли работать с сигналами в 5 В или 3,3 В. Теоретически, пропускная способность шины
132 Мбайт/сек, однако в реальности пропускная способность составляла около 80 Мбайт/сек.
Далее появляется версия PCI 2.1 (ещё одно название — «параллельная шина PCI», которая
обеспечила передачу данных по шине с частотой 66 МГц и максимальную скорость передачи в 528
Мб/сек. Кроме того, эта шина уже была поддержана на уровне ОС Windows 95 (технология Plug and
Play- самонастраиваемы).
частота шины — 33,33 МГц или 66,66 МГц, передача синхронная
разрядность шины — 32 или 64 бита, шина мультиплексированная (адрес и данные передаются
по одним и тем же линиям)
пиковая пропускная способность для 32-разрядного варианта, работающего на частоте 33,33
МГц — 133 Мб в секунду
разрядность шины — 32 или 64 бита
адресное пространство памяти — 32 бита (4 Гигабайта)
адресное пространство портов ввода-вывода — 32 бита (4 Гигабайта)
конфигурационное адресное пространство (для одной функции) 256 байт
напряжение 3,3 или 5 вольт.
Стандартные модификации PCI
PCI 2.2 — допускает частоту 66 МГц (3,3 Вольт) (пиковая пропускная способность 533 Мб/с)
PCI-X — незначительное изменение протокола и увеличение частоты до 133 МГц (пиковая
пропускная способность 1066 Мб/с);
PCI-X 2.0 — определяет частоту в 266 МГц (пиковая пропускная способность 2133 Мб/с), а
также частоту 533 МГц, расширяет конфигурационное пространство PCI до 4096 байт, добавляет
вариант шины 16-бит и допускает напряжение в 1,5 Вольт;
Mini PCI — новый форм-фактор PCI 2.2 для использования в основном в ноутбуках; Cardbus —
PCMCIA форм-фактор для 32-бит, 33 МГц PCI;
В 1997 году, в связи с развитием компьютерной графики и разработкой шины AGP, шина PCI
перестала удовлетворять новым, повышенным требованием к видеокартам и перестала использоваться
для установки видеокарт.В настоящее время интерфейс PCI постепенно вытесняется интерфейсами PCI
Express и USB. На современные материнские устанавливается лишь один, редко два PCI разъема,
вместо 5-6, устанавливавшихся ранее.
31. Интерфейсы IEEE-1394, USB
Протокол FireWire (также известный как i.Link или IEEE 1394) предназначен для персональных
компьютеров в качестве быстродействующего последовательного интерфейса, возможно применение и
для задач реального времени. Стандарт был утвержден в 1995 году. Стандарт IEEE 1394-1995 для
скоростной последовательной шины определяет протокол последовательной передачи данных.
Возможности стандарта 1394 достаточны для поддержки широкого круга цифровых аудио/видео
приложений, таких как маршрутизация сигналов, домашние сети, управление аудио/видео
устройствами, нелинейное DV редактирование и 32-канальное (или более) цифровое аудиомикширование. Смотри FireWire (IEEE1394) bus interface pinout
Особенности IEEE - 1394
Скорости передачи 100 - 200 - 400 - 800 Мбит/с
Оперативные подключения/отключения без потери данных или прерывания работоспособности.
Свободная топология сети, допускающая как древовидную, так и петлевую (daisy-chains) схемы.
Возможность установки гарантированной полосы пропускания для приложений реального
времени
Стандартные разъемы для различных устройств и приложений.
469контакт. контакт. контакт. Назначение Описание
разъем
разъем
разъем
цвет
провода
в кабеле
1
8
Питание
Нерегулируемый DC; 30 В без
нагрузки
белый
2
6
Земля
Возвратная земля питания и
внутренний экран кабеля
черный
1
3
1
TPB-
Скрученная пара B,
дифференциальные сигналы
оранжевый
2
4
2
TPB+
Скрученная пара B,
дифференциальные сигналы
голубой
3
5
3
TPA-
Скрученная пара A,
дифференциальные сигналы
красный
4
6
4
TPA+
Скрученная пара A,
дифференциальные сигналы
зеленый
5
A экран
7
9
Оплетка
B экран
Внешний
экран кабеля
FireWire допускает подключение до 63 периферийных устройств. Стандарт допускает
коммуникации между устройствами в режиме P2P, например, соединение сканера и принтера без
использования ресурсов памяти или ЦПУ компьютера. FireWire поддерживает также подключение
нескольких машин к шине, а с помощью программного обеспечения возможно формирование IP-сетей
между машинами, соединенными через FireWire. Для реализации протокола используется 6-проводный
кабель, что более удобно, чем в случае SCSI, и может также обеспечить до 45 ватт питания на порт. Это
позволяет в случае применения устройств с малым потреблением обойтись без отдельных сетевых
кабелей.
FireWire 400 может передавать данные между устройствами со скоростью 100, 200 или 400
Мбит/с (в действительности это 98.304, 196.608 или 393.216 Мбит/с, и называется S100, S200 и S400).
Длина кабеля ограничивается 4.5 метрами, но в случае использования петлевой, ромашка-подобной
схемы с 16-ю кабелями, суммарная длина соединений может достигать 72 метров. Стандарт FireWire
800 был введен в 2003, и позволяет поднять пропускную способность до 786.432 Мбит/с при
сохранении совместимости для работы при более низких скоростях.
Архитектура IEEE-1394
Стандарт IEEE 1394-1995 определяет две категории шины: backplane и кабель. Шина backplane
служит для обеспечения параллельной передачи данных, которая является альтернативой
последовательной передачи данных между устройствами, подключенными к backplane. Кабельная шина
представляет собой древовидную сеть, состоящую из шинных бриджей и узлов (кабельные устройства).
6-битовый идентификатор имени узла позволяет иметь до 63 узлов, подключенных к одному шинному
бриджу; 10 битовый шинный идентификатор позволяет иметь до 1,023 бриджей в системе. Это
означает, например, что до 63 устройства может быть подключено к одной карте адаптера 1394 в PC.
Каждый узел обычно имеет три разъема, хотя стандарт предусматривает от 1 до 27 разъемов на
одно устройство уровня PHY. До 16 узлов может быть подключено к сети при схеме типа ромашки с
помощью кабелей длиной 4.5 м. При этом суммарная длина кабелей оказывается равной 72 м. Шина
1394 может рассматриваться как plug-and-play шина.
Стандарт для кабеля 1394 определяет три базовые скорости передачи: 98.304, 196.608 и 393.216
Мбит/с. Пользователь DV устройства использует скорость S100, но большинство адаптеров 1394 PC
поддерживают скорость S200. Скорость работы всей шины обычно является самой медленной; однако,
если мастер шины (контроллер) использует Topology_Map и Speed_Map для специфицированной пары
узлов, шина может поддерживать кратные (более высокие) скорости обмена для данной пары устройств.
Возможен изохронный и асинхронный обмен данными. Изохронный режим передачи шины 1394
обеспечивает гарантированную полосу и необходимую задержку при высокоскоростной передаче через
несколько каналов. При сбросе шины или при включении изохронного режима узла, узел запрашивает
полосу. Если нужная полоса недоступна, запрашивающее устройство периодически повторяет запросы.
IEEE 1394 является платформа независимым стандартом. Его характеристики превосходят
известные I/O интерфейсы. IEEE 1394 может предоставить интерфейс с верхним слоем нового
параллельного стандарта для порта, IEEE 1284. Хотя скорости передачи IEEE 1284 4 - 32 Мбит/с ниже
по быстродействию, чем 1394, 1284 находит применение при работе с принтерами, так как нужна
обратная совместимость с существующим параллельным интерфейсом Centronics. Устройства IEEE
1394 с различными скоростями передачи могут соединяться друг с другом, обеспечивая обратную
совместимость с устройствами меньшего быстродействия.
Стандартные соединения шины осуществляются через 6-проводный кабель, содержащий две
отдельные экранированные скрученные пары для передачи данных, два провода для подвода питания, и
общий экран. Скрученные пары используются для передачи и приема данных. Силовые провода служат
для подачи напряжения (8 - 40) В, при токе до 1.5 А. Для гальванической изоляции применяются
трансформаторы, которые могут работать при разности потенциалов до 500 В, или конденсаторы,
обеспечивающие изоляцию при напряжениях до 60В относительно земли.
Разводка кабеля
32. Интерфейсы графических адаптеров и мониторов
VGA (Video Graphic Array) сегодня является старейшим из используемых
видеоинтерфейсов. Он был разработан компанией IBM и представлен в 1987 году.
Отличительной особенностью интерфейса в сравнении с другими (DVI, HDMI и DisplayPort)
является работа исключительно с аналоговой передачей сигнала. Аналоговыми являются также
интерфейсы S-Video, SCART, стандарты композитного и компонентного видео, однако они
применяются в основном в потребительской электронике. Такой способ подходит для работы с
ЭЛТ-мониторами, но не так удобен в случае с жидкокристаллическими решениями. Из-за
необходимости преобразования аналогового сигнала в цифровой и наоборот страдает качество
изображения, однако порой оно совсем незаметно: многое зависит от алгоритмов операции,
которые у различных устройств имеют свои особенности. Изначально VGA использовался для
картинки с максимальным разрешением 640x480, но имелся и определенный потенциал.
Сегодня посредством интерфейса можно выводить изображение в разрешении до 2048x1536
точек с частотой развертки 85 Гц. Этого с лихвой хватает для поддержки режима Full HD. Стоит
заметить, что интерфейс VGA часто именуют D-Sub. Это нельзя назвать ошибкой, но нужно
иметь в виду, что данный термин можно применять не только к VGA. D-Sub является формфактором, который широко применяется в компьютерной технике. Так, например, COM-порт
также относится к семейству D-Sub. Несмотря на свой возраст, во многих видеокартах до сих
пор можно встретить интерфейс VGA. Полагаем, только через лет пять он будет окончательно
вытеснен своими современными собратьями.
Следующий в очереди – интерфейс DVI (Digital Video Interface), который сегодня
является самым распространенным решением. Практически все видеокарты, за исключением
каких-то «экзотических» моделей, работают с этим разъемом. Интерфейс DVI был разработан
альянсом Digital Display Working Group (DDWG), во главе которого стояли компании Intel и
Silicon Image, и представлен в 1999 году. Его анонс пришелся как нельзя кстати: в то время
существовала потребность в новом разъеме для подключения жидкокристаллических
мониторов. В основе интерфейса лежала технология последовательной передачи данных
PanelLink от компании Silicon Image.
Основным отличием DVI от предшественника в лице порта VGA стало его
ориентирование на работу с цифровым сигналом, а не с аналоговым. Это позволило добиться
улучшения качества картинки и увеличения максимально возможного разрешения.
Интерфейс DVI устроен так, что данные передаются посредством четырех каналов. На каждый
из трех основных цветов: красный, синий и зеленый – приходится по одному каналу. Четвертый
же отвечает за горизонтальную и вертикальную синхронизации. Версия интерфейса,
передающего исключительно цифровой сигнал, получила наименование DVI-D. Кроме него,
существуют модификации, работающие только с аналоговой передачей (под названием DVI-A)
и с обоими типами (DVI-I). Интересно, что интерфейсы, работающие с «цифрой», бывают
Single Link и Dual Link типов. Первый из них обеспечивает теоретическую скорость передачи
данных, равную 4,9 Гбит/с. Однако из-за того, что каждый байт отсылаемой информации
представляет собой 10-битную составляющую, реальная скорость не превышает отметки 3,96
Гбит/с. Тем не менее, это позволяет выводить изображение в формате Full HD, то есть в
разрешении 1920x1080 с прогрессивным форматом записи кадра (обозначается литерой «p»).
При использовании прогрессивной развертки полный кадр выводится за один проход. Кроме
нее, существует еще и чересстрочная развертка (буква «i»). Она предусматривает вывод кадра
через два полукадра с четными и нечетными строками. Интерфейс DVI с меткой Dual Link
работает вдвое быстрее – с реальной скоростью 7,92 Гбит/с – и позволяет работать с
разрешениями вплоть до 2560x1600 точек. Что касается длины кабеля, то в теории она не
должна влиять на качество изображения. Тем не менее, время от времени случаются ситуации,
когда при работе на большом расстоянии появляются помехи или выпадают пиксели. Поэтому
нужно признать, что качество кабеля играет далеко не последнюю роль. Если брать
официальные спецификации, то на расстоянии до 5 м возможна работа с изображением в
максимальном разрешении 2560x1600. В этом случае не должно происходить снижение
качества картинки, чего не скажешь о кабеле длиной 15 м, при работе с которым разрешение не
превышает 1280x1024 точек. Интересно, что для усиления сигнала можно использовать
специальные устройства: с их помощью расстояние передачи изображения увеличивается до 61
м. Помимо всего прочего, DVI поддерживает протокол защиты цифровых данных HDCP.
История HDMI (High-Definition Multimedia Interface) началась в 2002 году, когда альянс
крупных производителей электроники (среди которых были Hitachi, Sony, Toshiba и Philips)
представил его публике. Видеоинтерфейс интересен тем, что стал первым полностью цифровым
– напомним, DVI мог работать как в аналоговом исполнении, так и в «цифре». HDMI также
привлек внимание тем, что мог передавать не только видео высокого разрешения, но и звуковой
контент. Это позволило значительно упростить подключение различных устройств за счет
уменьшения количества проводов. Начальная версия HDMI 1.0 с максимальной пропускной
способностью 4.9 Гбит/с увидела свет в декабре 2002 года. В HDMI 1.0 поддерживалась
передача видео в формате 1080p и 8-канального аудио с частотой 192 кГц. В них была
добавлена поддержка защиты DVD Audio, источников с низким напряжением, а также
возможность использования режима RGB для персональных компьютеров. Помимо этого, была
добавлена автоматическая синхронизация звука и поддержка Dolby True HD и DTS-HD.
Максимальное разрешение увеличилось до 2560x1440 (1440p), а глубина цвета – до 48 бит.
Интересно, что изменения затронули и звуковую составляющую: появилась возможность
передавать аудиоконтент с частотой 768 кГц. В рамках стандарта также был разработан новый
мини-разъем для портативных устройств.
Следующая версия HDMI появилась лишь спустя 3 года. В HDMI 1.4 была добавлена
поддержка разрешений 3840x2160 и 4096x2160. Также в интерфейс был добавлен канал для
Ethernet-подключения со скоростью 100 Мбит/с в обоих направлениях. Что касается звука, то
новый интерфейс обзавелся дополнительным восходящим каналом, что позволило полностью
избавиться от необходимости использования дополнительных кабелей при передаче аудио.
Интересно, что спецификация HDMI 1.4 включает в себя новый 19-контактный разъем Micro
HDMI, который способен передавать видео в разрешении 1080p. Кроме этого, была добавлена
поддержка 3D-изображения. К слову, версия HDMI 1.4a расширяет 3D-возможности.
Если говорить о HDMI в целом, то его преимуществами можно назвать обратную
совместимость с DVI и параметры разъема. Он довольно компактен, поэтому с его
расположением на мобильных устройствах не возникает никаких проблем. Однако есть и один
весомый недостаток: HDMI не является открытым стандартом. Использующий его
производитель вынужден платить лицензионные отчисления в пользу разработчиков. Сумма
отчислений составляет от 4 до 15 центов за каждый экземпляр устройства. Цена колеблется в
зависимости от того, располагает ли производитель логотип HDMI на девайсе или нет.
Главным конкурентом HDMI по праву считается интерфейс DisplayPort. Он появился
чуть позже – в 2006 году, но был изначально разработан для применения в компьютерах.
33. Параллельный интерфейс ATA и его модернизация Serial ATA
Для подключения жёстких дисков с интерфейсом ATA обычноиспользуется 40проводный кабель (именуемый также шлейфом). Каждый шлейф обычно имеет два или три
разъёма, один из которых подключается к разъёму контроллера на материнской плате (в более
старых компьютерах этот контроллер размещался на отдельной плате расширения), а один или
два других подключаются к дискам. В один момент времени шлейф P-ATA передаёт 16 бит
данных. Иногда встречаются шлейфы IDE, позволяющие подключение трёх дисков к одному
IDE каналу, но в этом случае один из дисков работает в режиме read-only.
Долгое время шлейф ATA содержал 40 проводников, но с введением режима Ultra
DMA/66 (UDMA4) появилась его 80-проводная версия. Все дополнительные проводники — это
проводники заземления, чередующиеся с информационными проводниками. Такое чередование
проводников уменьшает ёмкостную связь между ними, тем самым сокращая взаимные наводки.
Ёмкостная связь являются проблемой при высоких скоростях передачи, поэтому данное
нововведение было необходимо для обеспечения нормальной работы установленной
спецификацией UDMA4 скорости передачи 66 МБ/с (мегабайт в секунду). Более быстрые
режимы UDMA5 и UDMA6 также требуют 80-проводного кабеля.
Хотя число проводников удвоилось, число контактов осталось прежним, как и внешний
вид разъёмов. Внутренняя же разводка, конечно, другая. Разъёмы для 80-проводного кабеля
должны присоединять большое число проводников заземления к небольшому числу контактов
заземления, в то время, как в 40-проводном кабеле проводники присоединяются каждый к
своему контакту. У 80-проводных кабелей разъёмы обычно имеют различную расцветку (синий,
серый и чёрный), в отличие от 40-проводных, где обычно все разъёмы одного цвета (чаще
чёрные).
Стандарт ATA всегда устанавливал максимальную длину кабеля равной 46 см. Если к
одному шлейфу подключены два устройства, одно из них обычно называется ведущим (англ.
master), а другое ведомым (англ. slave). Обычно ведущее устройство идёт перед ведомым в
списке дисков, перечисляемых BIOS’ом компьютера или операционной системы. В старых
BIOS’ах (486 и раньше) диски часто неверно обозначались буквами: «C» для ведущего диска и
«D» для ведомого.
80-проводные кабели, введённые для UDMA4, лишены указанных недостатков. Теперь
ведущее устройство всегда находится в конце шлейфа, так что, если подключено только одно
устройство, не получается этого ненужного куска кабеля. Кабельная выборка же у них
«заводская» — сделанная в самом разъёме просто путём исключения данного контакта.
Поскольку для 80-проводных шлейфов в любом случае требовались собственные разъёмы,
повсеместное внедрение этого не составило больших проблем. Стандарт также требует
использования разъёмов разных цветов, для более простой идентификации их как
производителем, так и сборщиком. Синий разъём предназначен для подключения к
контроллеру, чёрный — к ведущему устройству, серый — к ведомому.
Термины «ведущий» и «ведомый» были заимствованы из промышленной электроники
(где указанный принцип широко используется при взаимодействии узлов и устройств), но в
данном случае являются некорректными, и потому не используются в текущей версии
стандарта ATA. Более правильно называть ведущий и ведомый диски соответственно device 0
(устройство 0) и device 1 (устройство 1). Существует распространённый миф, что ведущий диск
руководит доступом дисков к каналу. На самом деле управление доступом дисков и
очерёдностью выполнения команд осуществляют контроллер (которым, в свою очередь,
управляет драйвер операционной системы). То есть фактически оба устройства являются
ведомыми по отношению к контроллеру.
SATA (англ. Serial ATA) — последовательный интерфейс обмена данными с
накопителями информации. SATA является развитием параллельного интерфейса ATA (IDE),
который после появления SATA был переименован в PATA (Parallel ATA).
SATA использует 7-контактный разъём вместо 40-контактного разъёма у PATA. SATAкабель имеет меньшую площадь, за счёт чего уменьшается сопротивление воздуху,
обдувающему комплектующие компьютера, упрощается разводка проводов внутри системного
блока.
SATA-кабель за счёт своей формы более устойчив к многократному подключению.
Питающий шнур SATA так же разработан с учётом многократных подключений. Разъём
питания SATA подаёт 3 напряжения питания: +12 В, +5 В и +3,3 В; однако современные
устройства могут работать без напряжения +3,3 В, что даёт возможность использовать
пассивный переходник со стандартного разъёма питания IDE на SATA. Ряд SATA устройств
поставляется с двумя разъёмами питания: SATA и Molex.
Стандарт SATA отказался от традиционного для PATA подключения по два устройства
на шлейф; каждому устройству полагается отдельный кабель, что снимает проблему
невозможности одновременной работы устройств, находящихся на одном кабеле (и
возникавших отсюда задержек), уменьшает возможные проблемы при сборке (проблема
конфликта Slave/Master устройств для SATA отсутствует), устраняет возможность ошибок при
использовании нетерминированных PATA-шлейфов.
Стандарт SATA предусматривает горячую замену устройств и функцию очереди команд
(NCQ, начиная с SATA/300).
eSATA (External SATA) — интерфейс подключения внешних устройств,
поддерживающий режим «горячей замены» (англ. Hot-plug). Был создан несколько позже SATA
(в середине 2004).
Первоначально стандарт SATA предусматривал работу шины на частоте 1,5 ГГц,
обеспечивающей пропускную способность приблизительно в 1,2 Гбит/с (150 МБ/с). (20%-я
потеря производительности объясняется использованием системы кодирования 8B/10B, при
которой на каждые 8 бит полезной информации приходится 2 служебных бита). Пропускная
способность SATA/150 незначительно выше пропускной способности шины Ultra ATA
(UDMA/133). Главным преимуществом SATA перед PATA является использование
последовательной шины вместо параллельной. Несмотря на то, что последовательный способ
обмена принципиально медленнее параллельного, в данном случае это компенсируется
возможностью работы на более высоких частотах за счет большей помехоустойчивости кабеля.
Это достигается меньшим числом проводников и объединением информационных проводников
в две витые пары, экранированные заземленными проводниками.
Спецификация SATA Revision 3.0 предусматривает возможность передачи даннных на
скорости до 6 Гбит/с (600 МБ/с). В числе улучшений SATA Revision 3.0 по сравнению с
предыдущей версией спецификации, помимо более высокой скорости, можно отметить
улучшенное управление питанием. Также будет сохранена совместимость, как на уровне
разъемов и кабелей SATA, так и на уровне протоколов обмена. Кстати, консорциум SATA-IO
предостерегает от применения для обозначения поколений SATA доморощенных терминов
вроде SATA III, SATA 3.0 или SATA Gen 3. Полное правильное название спецификации —
SATA Revision 3.0; название интерфейса — SATA 6Gb/s.
34. Беспроводные интерфейсы
Применение излучателей и приемников инфракрасного (ИК) диапазона позволяет
осуществлять беспроводную связь между парой устройств, удаленных на расстояние до
нескольких метров. Инфракрасная связь — IR (Infra Red) Connection — безопасна для
здоровья, не создает помех в радиочастотном диапазоне и обеспечивает
конфиденциальность передачи. ИК-лучи не проходят через стены, поэтому зона приема
ограничивается небольшим, легко контролируемым пространством. Инфракрасный
интерфейс имеют некоторые модели принтеров, им оснащают многие современные
малогабаритные устройства: карманные компьютеры (PDA), мобильные телефоны, цифровые фотокамеры и т. п.
Различают инфракрасные системы низкой (до 115,2 Кбит/с), средней (1,152
Мбит/с) и высокой (4 Мбит/с) скорости. В 1993 году была создана ассоциация
разработчиков систем инфракрасной передачи данных IrDA (Infrared Data Association). В
настоящее время действует стандарт IrDA 1.1.
Излучателем для ИК-связи является светодиод, имеющий пик спектральной
характеристики мощности 880 нм. Светодиод дает конус эффективного излучения с
углом около 30°. В качестве приемника используют PIN-диоды, эффективно принимающие ИК-лучи в конусе 15°.
Ниже перечислены варианты, возможные на физическом уровне IrDA:
IrDA SIR — для скоростей 2,4-115,2 Кбит/с используется стандартный асинхронный режим передачи (как в СОМ-портах).
ASK IR — для скоростей 9,6-57,6 Кбит/с также используется асинхронный режим.
IrDA HDLC — для скоростей 0,576 и 1,152 Мбит/с используется синхронный
режим передачи и кодирование, аналогичное протоколу SIR.
IrDA FIR — для скорости 4 Мбит/с также применяется синхронный режим.
Приемопередатчик IrDA может быть подключен к компьютеру различными способами; по отношению к системному блоку он может быть как внутренним (размещаемым на лицевой панели), так и внешним, размещаемым в произвольном месте.
Размещать приемопередатчик следует с учетом угла «зрения» (30° у передатчика и 15° у
приемника) и расстояния до требуемого устройства (до 1 м).
Внутренние приемопередатчики на скоростях до 115,2 Кбит/с (IrDA SIR, ASK IR)
подключаются через обычные микросхемы асинхронных приемопередатчиков UART,
совместимые с 16450/ 16550, через сравнительно несложные схемы ИКмодуляторов/демодуляторов. В ряде современных системных плат на использование
инфракрасной связи (до 115,2 Кбит/с) может конфигурироваться порт COM2.
Существуют внешние ИК-адаптеры с интерфейсом RS-232C (для подключения к
СОМ-порту) и с интерфейсом USB. Пропускной способности USB достаточно даже для
FIR, СОМ-порт пригоден только для SIR.
Последовательный инфракрасный порт SIR
Интерфейс SIR (Serial InfraRed port — последовательный инфракрасный порт) был
разработан ассоциацией IrDA (Infrared Data Association). Первые версии этого стандарта
были опубликованы в 1994 году.
По своим свойствам интерфейс SIR близок к интерфейсу стандарта RS-232C.
Скорость передачи по инфракрасному каналу составляет до 115 Кбит/с (в последних
спецификациях — до 4 Мбит/с). Обмен данными — асинхронный (без синхронизации),
то есть последовательный. Для обнаружения и устранения ошибок передачи
используются алгоритмы проверки контрольной суммы пакетов данных.
Существенным недостатком инфракрасного порта является ограниченный радиус
действия (скорость передачи 4 Мбит/с достигается на расстоянии около 1 м). К тому же
между приемником и передатчиком не должно быть посторонних предметов.
Радиоинтерфейс Bluetooth
Bluetooth (синий зуб) — это фактический стандарт на миниатюрные недорогие
средства передачи информации с помощью радиосвязи между мобильными (и
настольными) компьютерами, мобильными телефонами и любыми другими
портативными устройствами на небольшие расстояния.
Каждое устройство Bluetooth имеет радиопередатчик и приемник, работающие в
диапазоне частот 2,4 ГГц. Для Bluetooth используются радиоканалы с дискретной
(двоичной) частотной модуляцией. Кодирование простое — логической единице
соответствует положительная девиация частоты, нулю — отрицательная. Передатчики
могут быть трех классов мощности, с максимальной мощностью 1, 2,5 и 100 МВт.
В рамках спецификации Bluetooth определены несколько протоколов.
Протокол обнаружения сервисов SDP (Service Discovery Protocol), позволяющий
устройству использовать функциональность окружающего его оборудования.
Протокол RFCOMM обеспечивает эмуляцию последовательного порта (9проводного RS-232). С его помощью традиционные кабельные соединения устройств
могут быть легко заменены на радиосвязь, без каких-либо модификаций ПО верхних
уровней.
Интерфейс хост-контроллера HCI (Host Controller Interface) — это единообразный
метод доступа к аппаратно-программным средствам нижних уровней Bluetooth. Он
предоставляет набор команд для управления радиосвязью, получения информации о
состоянии и собственно передачи данных. Физически аппаратура Bluetooth может
подключаться к различным интерфейсам: шине расширения (например, PC Card), шине
USB, СОМ-порту. Для каждого из этих подключений имеется соответствующий
протокол транспортного уровня HCI — прослойка, обеспечивающая независимость HCI
от способа подключения.