Универсальные последовательные интерфейсы

В 2003 – 2004 годах произошли революционные изменения в интерфейсных системах ЭВМ: сначала произошел переворот в сторону последовательных интерфейсов, а в 2004 году стали активно развиваться и беспроводные интерфейсы. Тенденция перехода на последовательные и беспроводные интерфейсы связана с усложнением функциональности интегральных микросхем (специальным кодированием и декодированием данных, устранением сложных процедур синхронизации каналов, эффективной защитой от ошибок, оптимизацией маршрутизации, поддержкой режима «горячего» подключения устройств и др.).

Последовательные интерфейсы используют вместо широченных многожильных (до 64 жил) шлейфов и кабелей 2–8-жильные. Они удобнее параллельных и, как это ни парадоксально, существенно более скоростные. Пропускная способность последовательных интерфейсов увеличивается ввиду соединений с устройствами по типу «точка– точка» (многосвязный интерфейс) вместо общей шины и уменьшения паразитных индуктивностей и емкостей проводов, а следовательно, и возможности работы на более высоких рабочих частотах. Так, рабочие частоты параллельных интерфейсов лежат в пределах десятков — нескольких сотен МГц, а последовательных — до десятка ГГц (например, последовательный интерфейс PCI Express имеет рабочую частоту 2,5 ГГц). Первыми на последовательные интерфейсы перебрались клавиатуры, мыши, модемы, принтеры и сканеры, а с 2003 года эта тенденция наблюдается и для прочих внешних устройств, включая дисковую память (интерфейсы USB, SATA, SAS) и видеосистему (интерфейс PCI Express). Есть попытки перевода на эти интерфейсы и системы оперативной памяти (технология Rambus).

Основные достоинства последовательных интерфейсов:

l большая гибкость и функциональность шин;

l удобство отладки и использования ввиду переноса «центра тяжести» выполнения этих технологий на микросхемы;

l высокая пропускная способность, ввиду многосвязности и снижения паразитных индуктивностей и емкостей в линиях связи и отсутствия сложных процедур синхронизации;

l миниатюризация и снижение стоимости монтажа, сокращение количества контактов, проводов, экранов;

l возможность горячего подключения устройств, то есть динамического конфигурирования системы и ее масштабирования;

l облегчение арбитража шин и организации прерываний;

l лучшая помехозащищенность и надежность работы.

Последовательная шина USB

USB (Universal Serial Bus) —универсальная последовательная шина: используются 4 провода, 2 для передачи данных и 3 для питания подключенного устройства.. К контроллеру шины может быть подключено 127 устройств.Шина появилась в 1995 году и призвана заменить такие устаревшие интерфейсы, как RS-232 (COM-порт) и параллельный интерфейс IEEE 1284 (LPT-порт), то есть прийти на смену последовательным и параллельным, клавиатурным и «мышиным» портам — все устройства подключаются к одному разъему, допускающему установку многочисленных устройств с легкостью технологии Plug & Play. Технология Plug & Play — «включай и работай» — позволяет производить «горячую» замену, то есть замену устройств без необходимости выключения и перезагрузки компьютера. После физического подсоединения устройства правильно опознаются и автоматически конфигурируются: USB самостоятельно определяет, что именно подключили к компьютеру, какой драйвер и ресурсы понадобятся устройству, после чего все это выделяет без вмешательства пользователя. Для адекватной работы шины необходима операционная система, которая корректно с ней работает. В данном случае такой ОС является Windows 95 и выше. К шине USB можно одновременно подключить до 127 устройств, практически любых: мониторы, принтеры, сканеры, клавиатуры и т. д. Каждое устройство, подключенное на первом уровне, может работать в качестве коммутатора — то есть к нему, при наличии соответствующих разъемов, могут подключаться еще несколько устройств. Обмен по интерфейсу — пакетный, скорость обмена — 12 Мбит/с. В 2001 году появилась следующая спецификация интерфейса USB 2.0 (начальный стандарт теперь называется USB 1.1), обеспечивающая пропускную способность 480 Мбит/с.

Поддерживается дополнительный подканал со скоростью обмена данными в 1,5 Мбит/с для медленных устройств (клавиатуры, мыши, модема). Шина USB реализует как синхронный (нужный, например, при проведении телеконференций), так и асинхронный режимы передачи данных. Компания Microtune анонсировала шину Cablefree USB — интерфейсы USB 1.1 и 2.0 с Bluetooth-адаптером, позволяющую подключать устройства по радиоканалу на расстоянии до 30 метров (технология Bluetooth обеспечивает связь даже при отсутствии прямой видимости). В 2008 г. корпорация Intel сообщила о разработке интерфейса USB 3.0 спропускной способностью 5 Гбит/с.

Стандарт IEEE 1394

IEEE 1394 — перспективный последовательный интерфейс, предназначенный для соединения внутренних компонентов компьютера и внешних устройств. IEEE 1394 известен также под именем Fire Wire — «огненный провод» (хотя это название — собственность Apple и на компьютерах других производителей не применяется, как и цифровой интерфейс iLink компании Sony, также объединенный в стандарте IEEE 1394). Цифровой последовательный интерфейс Fire Wire характеризуется высокой надежностью и качеством передачи данных, его протокол поддерживает гарантированную передачу критичной по времени информации, обеспечивая прохождение видео- и аудиосигналов в реальном масштабе времени без заметных искажений. При помощи шины Fire Wire можно подсоединить друг к другу большое количество различных устройств по технологии Plug & Play и практически в любой конфигурации, чем она выгодно отличается от названных ранее трудно конфигурируемых шин типа SCSI. К одному контроллеру возможно подключение до 63 устройств на один порт с помощью единого шестижильного кабеля. Пропускная способность интерфейса составляет 100–400 Мбит/с, а в будущем ожидается даже 1600 Мбит/с. Этот интерфейс будет использоваться для подключения жестких дисков, дисководов CD-ROM и DVD-ROM, а также высокоскоростных внешних устройств, таких как цифровые видеокамеры, видеомагнитофоны и т. д.