Прикладные программные интерфейсы

Для эффективной работы с видео- и аудиоинформацией разработаны прикладные программные интерфейсы API (Application Program Interface):

l Direct X — для работы с графикой;

l Open GL — для работы с 3D графикой;

l Open ML — для работы с мультимедиа (видео- и аудиоинформацией, в том числе и с 3D графикой).

API Open ML существенно облегчает работу прикладным программистам в таких областях как:

§ кодирование и декодирование мультимедиа потоков с помощью разнообразных эффективных кодеков;

§ поддержка асинхронной передачи информации между прикладной программой и устройствами мультимедиа;

§ управление устройствами мультимедиа и обеспечение их совместимости путем использования специальных драйверов,

§ создание гибкого механизма буферизации, обеспечивающего плавное воспроизведение цифровой мультимедиа информации;

§ обработка цифровых аудио/видео потоков в реальном времени;

§ воспроизведение и запись цифровой мультимедиа информации;

§  поддержка одновременной работы с двухмерной и трехмерной графикой, в том числе и согласование со стандартами Open GL;

§ эффективная разработка текстур в трехмерной графике.

Беспроводные интерфейсы

Беспроводные (wireless) интерфейсы применяются для передачи данных на расстояния от нескольких десятков сантиметров до нескольких километров. Они наиболее удобны для пользователей, но при небольших расстояниях их стоимость выше проводных. Тем не менее они востребованы во всех своих вариантах, и беспроводные технологии сейчас развиваются чрезвычайно интенсивно.

Беспроводные интерфейсы ЭВМ можно разделить на две группы.

1. Интерфейсы, предназначенные для подсоединения к ЭВМ периферийных устройств (клавиатуры, мыши, принтера, сканера, внешней памяти и др.) и портативных компьютеров (КПК, ноутбука и других).

2. Интерфейсы для подключения ЭВМ к компьютерным сетям (локальным, региональным, корпоративным, сети Интернет).

К первой группе интерфейсов относятся: инфракрасные интерфейсы IrDA; радиоинтерфейсы: Bluetooth, WiUSB, WiSATA и другие. Ко второй группе относятся интерфейсы WiFi, WiMax, WiBro и другие.

Интерфейсы IrDA

Одним из первых беспроводных интерфейсов, получивших применение в компьютерах был стандарт IrDA, связь в котором осуществляется по каналу инфракрасного излучения. Инфракрасный диапазон использовался в разных электронных системах для связи устройств друг с другом достаточно давно, а в 1993 году международной коммерческой организацией Infrared Data Association был разработан стандарт IrDA, призванный решить проблему совместимости инфракрасных систем передачи информации. Протокол IrDA был включен в операционную систему Windows 95 как стандарт для организации обмена данными по инфракрасному каналу с длиной волны 880 нм на расстояние до 1 м.

Стандарт имеет несколько режимов:

l SIR (Slow Infrared) со скоростью передачи от 2,4 до 115,2 кбит/с;

l MIR (Medium Infrared) со скоростью передачи от 576 до 1152 кбит/с;

l FIR (Fast Infrared)) со скоростью передачи от 4 до 16 Мбит/с.

Итак, стандарт IrDA поддерживает связь по принципу «точка–точка» в пределах прямой видимости на расстояния не более 1 м со скоростью до 16 Mбит/с. Канал передачи данных узконаправленный, что обеспечивает приличную его помехозащищенность.

Интерфейс Bluetooth

Bluetooth — технология передачи данных по радиоканалам в диапазоне частот около 2,5 ГГц на короткие расстояния даже при отсутствии прямой видимости между устройствами. Первоначально Bluetooth («голубой зуб») рассматривалась как альтернатива инфракрасным соединениям между различными портативными устройствами. Позже эта технология получила применение даже в локальных сетях небольших офисов, где стандарт Bluetooth позиционируется как замена традиционных проводных технологий.

Стандарт Bluetooth был разработан совместными усилиями фирм IBM, Ericsson, Toshiba, Intel и Nokia. Первоначальная версия протокола предусматривала дальность передачи до 100 м, скорость передачи до 100 Кбит/с. Для обеспечения безопасности частота, на которой передается информация регулярно автоматически меняется. К одному каналу Bluetooth может быть подключено до 7 устройств. Современная высокоскоростная версия Bluetooth 2.0 обеспечивает скорость передачи до 2.1 Мбит/с.

Следует отметить, что в 2004 году появились более интересные варианты беспроводных интерфейсов, и перспективы использования Bluetooth существенно сузились. Пока этот недавно еще очень многообещающий интерфейс сохраняет свое положение только при подключении беспроводных гарнитур: мыши и клавиатуры. В настоящее время сформировался широкий спектр приложений для данного интерфейса.

Интерфейс WUSB

Фирма Intel в качестве основной замены Bluetooth предложила беспроводную версию интерфейса USB – интерфейс WUSB (Wireless USB), который по ее прогнозам к 2006 году полностью вытеснят «голубой зуб». При переходе от USB к WUSB не понадобится даже менять драйверы устройств в операционной системе. Просто вместо кабеля будет использоваться радиоканал.

В WiUSB используется технология разработанного в Intel беспроводного интерфейса UWB (Ultra Wide Band), получившему свое название ввиду использования им очень широкой полосы частот: от 3,1 до 10,6 ГГц. Пиковая скорость передачи данных в этой технологии изменяется в зависимости от дальности передачи: при расстоянии до 2 м скорость может достигать 60 Мб/с, а при расстоянии 10 м снижается до 12 Мб/с.

Семейство интерфейсов WiFi

Интерфейсы WiFi относятся к группе интерфейсов, обеспечивающих беспроводной доступ компьютеров к сетям. Базовый стандарт IEEE 802.11 или WiFi (Wireless Fidelity — «беспрекословная преданность») был разработан в 1997 году и обеспечивал передачу данных по радиоканалу 2,4 ГГц со скоростью до 250 Кбит/с. Позже появились версии IEEE 802.11a, IEEE 802.11b, IEEE 802.11g повысившие скорость передачи до 7–56 Мбит/с, а в нелицензированном режиме IEEE 802.11g turbo и до 108 Мбит/с. Наибольшая скорость 320 Мбит/с обеспечивается в стандарте IEEE 802.11n.

Скорость передачи зависит от дальности и интенсивности помех. Максимальная дальность примерно 100 м, в пределах прямой видимости возможно и некоторое увеличение дальности. Стандарт IEEE 802.11i предусмотривает серьезные меры по защите информации, в частности системы шифрования информации и аутентификации пользователей.

Для работы с интерфейсом WiFi необходимы компьютер, укомплектованный своей мобильной точкой доступа — беспроводной сетевой интерфейсной картой NIC (Network Interface Card), и локальная сеть с точками доступа AP (Access Point), которые являясь стационарными устройствами, выполняют роль моста между беспроводным и проводным сегментами этой сети.

Точка доступа (ее называют иногда «хот спот») содержит приемо-передатчик, контроллер проводного сетевого интерфейса (обычно Ethernet) и программное обеспечение, реализующее функции моста, поддерживается роуминг. Точки доступа, размещенные по периметру сети, позволяют абонентам с ноутбуками и КПК, имеющими мобильные точки доступа, перемещаться внутри офиса или иного дома (здание вокзала, ресторана, гостиницы и т. п.), не теряя связи с другими абонентами сети. К одной точке доступа может подключаться одновременно несколько десятков абонентов. При увеличении расстояния до очередной точки доступа или увеличении интенсивности помех скорость передачи данных автоматически уменьшается.

Семейство интерфейсов WiMax

Технология беспроводной связи WiMax (Wireless for Microwave Access) — это коммерческое название стандарта IEEE 802.16а, заявленного в январе 2003 года. Это третья версия стандарта IEEE 802.16, впервые предложенного в декабре 2001 года: этот стандарт работал в полосе частот 10–66 ГГц и обеспечивал передачу данных со скоростью 134 Мбит/с только в пределах прямой видимости. Дальность связи была до 5 км. В декабре 2002 года появился стандарт IEEE 802.16с, отличающийся от предшественника лишь универсальностью оборудования.

Третья версия стандарта IEEE 802.16а (разработанная альянсом WiMax) использует более низкий диапазон частот от 2 до 11 ГГц и соответственно, увеличилась дальность связи до 50 км. Связь осуществляется и не в пределах прямой видимости, но снизилась скорость передачи до 75 Мбит/с.

В 2003 г.альянс WiMax выпустил версию IEEE 802.16d, а в 2006 г. - ее мобильный вариант IEEE 802.16e и, наконец, в 2007 г. была предложена версия IEEE 802.20, предназначенная для глобальных сетей. Интерфейс WiMax разрабатывался для организации работы беспроводных сетей, охватывающих большие города и регионы (его часто называют стандартом для Wireless MAN — Metropolitan Area Network — сеть для городских регионов). По структуре эти интерфейсы очень похожи на традиционный стандарт сети сотовой связи. Для WiMax тоже необходимы базовые станции. Но для станций этого стандарта очень высокие вышки не нужны (вполне подходят и крыши домов).

Таким образом, интерфейсы WiMax и WiFi взаимно дополняют друг друга: WiFi используется в локальных сетях внутри помещений или на небольших открытых площадках, WiMax - для организации более глобальной связи в регионе, городе и т. п. При наличии мобильности и роуминга пользователь может работать в помещении по протоколу WiFi, а выйдя из помещения продолжать работать, автоматически перейдя на протокол WiMax.

Интерфейс WiBro

В Корейском институте электронных и коммуникационных разработок совместно с компанией Samsung Electronics в 2002 году представлен проект мобильного радиоинтерфейса Wireless Broadband (WiBro), который в 2005 году официально признали многие компании, в том числе и компания Intel. WiBro по многим параметрам превосходит мобильные интерфейсы WiMax. WiBro обеспечивает надежный роуминг, и на скорости передвижения мобильного клиента 120 км/час поддерживает пропускную способность 1 Мбит/с. Основные характеристики сетевых беспроводных стандартов показаны в таблице 10.3.

Таблица 10.3. Характеристика беспроводных интерфейсов

Стандарт	IEEE 802.11a	IEEE 802.11b	IEEE 802.11g	IEEEE 802.11n	IEEE 802.16	IEEE 802.16а	IEEE 802.16е	IEEE 802.20	WiBro
Дата создания	1997	1999	2000	2007	2001	2003	2006	2007	2005
Область применения	LAN	LAN	LAN	LAN	MAN	MAN	MAN	WAN	MAN
Дальность действия, км	0,1	0,3	0,3	0/3	5	50	20	>100	5
Частотный диапазон	2,4 и 5 ГГц	2,4 и 5 ГГц	2,4 и 5 ГГц	2,4 и 5 ГГц	10-66 ГГц	2-11 ГГц	2–6 ГГц	<3,5 ГГц	2,3 ГГц
Поддержка мобильности	Есть	Есть	Есть	Есть	Нет	Нет	Есть	Есть	Есть
Пропускная способность Мб/с	7	14	56	320	134	75	15	6	50

ПРИМЕЧАНИЕ

Разработкой беспроводных стандартов занимаются не только Институт инженеров по электротехнике и электронике (IEEE) и Корейский институт, но и Европейский институт стандартов по телекоммуникациям (ETSI). Линейка беспроводных интерфейсов ETSI содержит следующие стандарты: HiperPAN, HiperLAN, HiperMAN, HiperAccess. Интенсивно ведутся работы по совместимости этих стандартов со стандартами IEEE.

Начало этого тысячелетия знаменуется кардинальным обновлением интерфейсов ЭВМ. Фирма Intel и ее сподвижники почти все порты (COM, LPT, PS/2) и параллельные интерфейсы (ISA, PCI, IDE-ATA) меняют на скоростные последовательные. Уже появились системные платы, использующие только интерфейсы USB, не за горами время, когда мы сможем встретить только интерфейсы PCI Express. А связь с внешними устройствами, тем более с локальными и корпоративными сетями будет исключительно беспроводной.

Таким образом, интерфейсы WiMax и WiFi взаимно дополняют друг друга: WiFi используется в локальных сетях внутри помещений или на открытых площадках, а WiMax – для организции более глобальной связи в регионе или городе. Уже есть проект интернетизации г. Санкт-Петербурга, предусматривающий полный охват территории города путем возведения 6 приемо-передающих вышек высотой до 100 м. При наличии мобильности и роуминга пользователь может работать в помещении по протоколу WiFi, а выйдя из помещения, продолжить работу по протоколу WiMaх.

Прочие интерфейсы

PCMCIA (Personal Computer Memory Card International Association — ассоциация производителей плат памяти для персональных компьютеров) — внешняя шина компьютеров класса ноутбук. Другое название модуля PCMCIA — PC Card. Шина имеет разрядность 16/26 (данные/адрес, адресное пространство — 64 Мбайт), поддерживает автоконфигурирование, возможно подключение и отключение устройств в процессе работы компьютера. Конструктив — миниатюрный 68-контактный разъем. Контакты питания сделаны более длинными, что позволяет вставлять и вынимать карту при включенном питании компьютера.

ACPI (Advanced Configuration Power Interface — расширенный интерфейс конфигурирования и питания) — интерфейс, представляющий собой единую систему управления питанием для всех компонентов компьютера. Поддерживается новейшими модификациями BIOS материнских плат.

Вопросы для самопроверки

1. Что такое интерфейс?

2. Поясните назначение и основные функции интерфейсов расширения.

3. Поясните назначение и основные функции локальных интерфейсов.

4. Поясните назначение и основные функции периферийных интерфейсов.

5. Дайте краткую характеристику шины ISA.

6. Дайте краткую характеристику семейства интерфейсов PCI.

7. Дайте краткую характеристику интерфейсов AGP.

8. Дайте краткую характеристику интерфейсов USB.

9. Дайте краткую характеристику дисковых интерфейсов ATA, ATA.PI, SCSI.

10.  Поясните основные достоинства последовательных интерфейсов.

11. Дайте краткую характеристику интерфейсов Serial ATA.

12. Дайте краткую характеристику шин интерфейсов Serial SCASI.

13. Дайте краткую характеристику интерфейсов PCI Express.

14. Поясните основные достоинства беспроводных интерфейсов.

15. Дайте краткую характеристику инфракрасных интерфейсов IrDA.

16. Дайте краткую характеристику радиоинтерфейса Bluetooth.

17. Дайте краткую характеристику семейства беспроводных интерфейсов IEEE 802.11.

18. Дайте краткую характеристику семейства беспроводных интерфейсов IEEE 802.16.

19. Дайте краткую характеристику беспроводных интерфейсов WiBro.

20. Что такое мобильный беспроводной интерфейс?

21. Что такое роуминг?

22. Поясните назначение прикладных программных интерфейсов.