Классификация интерфейсов пользователя

Как было указано выше интерфейс – это, прежде всего набор правил, которые можно объединить по схожести способов взаимодействия человека с компьютером.

Различают три вида интерфейсов пользователя: командный, WIMPиSILK– интерфейсы.

Взаимодействие перечисленных интерфейсов с операционными системами и технологиями показано на рис.1:

 

 

 

Интерфейс представляет собой совокупность линий и шин, сигналов, электронных схем и алгоритмов (протоколов), предназначенных для обмена информацией между устройствами.

Выделяют следующие классификационные признаки:

Способ соединения компонентов (магистральный, радиальный, цепочный, комбинированный)

Способ передачи информации (параллельный, последовательный, параллельно-последовательный)

Принцип обмена информацией (синхронный, асинхронный)

Режим передачи информации (односторонняя, двухсторонняя, двухсторонняя поочередная)

В соответствии с функциональным назначением интерфейсы можно поделить на следующие основные классы:

Системные интерфейсы ЭВМ

Интерфейсы периферийного оборудования (общего назначения и специализированные)

Программно-управляемых модульных систем и приборов

Интерфейсы сетей передачи данных

Внутренние интерфейсы

Стандарт

Типичное применение

Пиковая пропускная способность

Примечание

 

ISA

Звуковые карты, модемы

2 Мбит/с до 8,33 Мбит/с

Практически не используется с 1999 г в связи с небольшой адресацией и низкой пропускной способностью.

 

EISA

Сети, адаптеры SCSI

33 мбит/с

Применялась в многозадачных системах, на файл-серверах и везде, где требуется высокоэффективный ввод-вывод. В настоящее время заменяется шиной PCI

 

PCI

Графические карты, адаптеры SCSI, звуковые карты новых поколений

133Мбит/с

Стандарт для внешних устройств. Является самой высокоскоросной в современном ПК. На одной шине может существовать не более 4 устройств. Данный интерфейс использует технологию P&P. Мост шины PCI – аппаратные средства подключения PCI к другим шинам. Host Brige – главный мост – испльзуется для подключения PCI к системной шине. Peer-to-Peer Brige (одоранговый мост) используется для соединения двух шин PCI/

 

PCI-X

-“-

1 Гбит/с

Расширение PCI, предложенное IBM, HP, Compaq. Увеличена скорость и количество усройств

 

PCI-Express

-‘’-

16 Гбит/с

Интерфейс «третьего поколения». Может заменить AGP. Последовательная шина.

 

AGP

Графические карты

528 Мбит/с, 2х-графика

Система взаимодействует с ОП и ЦП. AGP функционирует на скорости системной шины. Передача происходит как по переднему. Так и по заднему фронту тактовых импульсов ЦП.

 

AGP-PRO

3D-графика

800 Мбит/с

Поддерживает видеокарты мощностью до 100 Вт

Интерфейсы периферийных устройств.

IDE – интерфейс устройств со встроенным контроллером. Используется для подключения внешних накопителей. С внедрением этого интерфейса решается проблема с совместимостью накопителя и ПК. Если раньше приходилось при смене устройства менять контроллер на системной плате, то сейчас достаточно просто подключить устроуство. Скорость интерфейса 1,5-3 Мбайт/с. Наиболее распространен параллельный разъем ATA/IDE, который в последнее время вытесняется параллельным разъемом АТА. IDE-адаптер часто встраивается в системную плату

SCSI (Скази) – интерфейс системного уровня. Интерфейс позволяет подключать до 7 внешних устройств с контроллерами. Любое устройство может инициировать обмен с другими устройствами. Режим обмена может быть как синхронным, так и асинхронным; данные контролируются по паритету. Данная шина реализуется в виде отдельного шельфа с восмью устройствами, одно из которых отводится для подключения к системной шине.

Внешние интерфейсы

RS-232 — интерфейс передачи информации между двумя устройствами на расстоянии до 30 метров. Информация передается по проводам с уровнями сигналов, отличающимися от стандартных 5 В, для обеспечения большей устойчивости к помехам. Асинхронная передача данных осуществляется с установленной скоростью при синхронизации уровнем сигнала стартового импульса. 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. Иногда присутствует на современных персональных компьютерах.

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 (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, 2 стоповых бита. В конце байта, перед стоп битом, может передаваться бит четности (parity bit) для контроля качества передачи. Он позволяет выявить ошибку в нечетное число бит (используется, так как наиболее вероятна ошибка в 1 бит).

Параллельный порт LTP

Изначально этот порт был разработан только для симплексной (однонаправленной) передачи данных, так как предполагалось, что порт Centronics должен использоваться только для работы с принтером. 25-контактный разъём DB-25, используемый как LPT-порт на персональных компьютерах (IEEE 1284-A). Порт на стороне управляющего устройства (компьютера) имеет 25-контактный 2-рядный разъём DB-25-female ("мама") (IEEE 1284-A). Не путать с аналогичным male-разъёмом ("папа"), который устанавливался на старых компьютерах и представляет собой 25-пиновый COM-порт. На периферийных устройствах обычно используется 36-контактный микроразъем ленточного типа Centronics (IEEE 1284-B), поэтому кабели для подключения периферийных устройств к компьютеру по параллельному порту обычно выполняются с 25-контактным разъёмом DB-25-male на одной стороне и 36-контактным IEEE 1284-B на другой (AB-кабель). Изредка применяется AC-кабель с 36-контактным разъемом MiniCentronics (IEEE 1284-C).

Интерфейс Centronics является однонаправленным параллельным интерфейсом, содержит характерные для такого интерфейса сигнальные линии (8 для передачи данных, строб, линии состояния устройства). Данные передаются в одну сторону: от компьютера к внешнему устройству. Но полностью однонаправленным его назвать нельзя. Так, 4 обратные линии используются для контроля за состоянием устройства. Centronics позволяет подключать одно устройство, поэтому для совместного очерёдного использования нескольких устройств требуется дополнительно применять селектор. Скорость передачи данных может варьироваться и достигать 1,2 Мбит/с.

USB (англ. Universal Serial Bus — «универсальная последовательная шина», произносится «ю-эс-би» или «у-эс-бэ») — последовательный интерфейс передачи данных для среднескоростных и низкоскоростных периферийных устройств в вычислительной технике. Символом USB являются четыре геометрические фигуры: большой круг, малый круг, треугольник, квадрат. Для подключения периферийных устройств к шине USB используется четырёхпроводный кабель, при этом два провода (витая пара) в дифференциальном включении используются для приёма и передачи данных, а два провода — для питания периферийного устройства. Благодаря встроенным линиям питания USB позволяет подключать периферийные устройства без собственного источника питания (максимальная сила тока, потребляемого устройством по линиям питания шины USB, не должна превышать 500 мА). К одному контроллеру шины USB можно подсоединить до 127 устройств по топологии «звезда», в том числе и концентраторы. На одной шине USB может быть до 127 устройств и до 5 уровней каскадирования хабов, не считая корневого. В настоящее время широко используются устройства, выполненные в соответствии со спецификацией USB 2.0. Ведётся внедрение в производство устройств спецификации USB 3.0.

USB 1.0

Технические характеристики:

два режима передачи данных:

режим с высокой пропускной способностью (Full-Speed) — 12 Мбит/с

режим с низкой пропускной способностью (Low-Speed) — 1,5 Мбит/с

максимальная длина кабеля для режима с высокой пропускной способностью — 5 м [1]

максимальная длина кабеля для режима с низкой пропускной способностью — 3 м [1]

максимальное количество подключённых устройств (включая размножители) — 127

возможно подключение устройств, работающих в режимах с различной пропускной способностью к одному контроллеру USB

напряжение питания для периферийных устройств — 5 В

максимальный ток, потребляемый периферийным устройством — 500 мА

USB 2.0

Для устройств USB 2.0 регламентировано три режима работы:

Low-speed, 10—1500 Кбит/c (используется для интерактивных устройств: клавиатуры, мыши, джойстика)

Full-speed, 0,5—12 Мбит/с (аудио-, видеоустройства)

Hi-speed, 25—480 Мбит/с (видеоустройства, устройства хранения информации)

IEEE 1394 (FireWire, i-Link) — последовательная высокоскоростная шина, предназначенная для обмена цифровой информацией между компьютером и другими электронными устройствами. Основными особенностями IEEE 1394 являются: последовательная шина, поддержка «горячего» подключения, питание через кабель, высокая скорость, простота конфигурирования, поддержка синхронной и асинхронной передачи.

 

 

9. Внутренние интерфейсы. Виды шин.

 

Различные микросхемы и устройства, образующие персональный компьютер, должны быть соединены друг с другом таким образом, чтобы они имели возможность обмениваться данными и целенаправленно управляться. Эта проблема решена путем применения унифицированных шин. Используется набор проводников (на системной плате это печатные проводники), к которым подключены разъемы - гнезда (socket) или слоты (slot). В слоты расширения могут вставляться платы адаптеров (контроллеров) отдельных устройств и, что особенно важно, новых устройств. Таким образом, любой компонент, вставленный в слот, может взаимодействовать с каждым подключенным к шине компонентом персонального компьютера.

Шина представляет собой набор проводников (линий), соединяющий различные компоненты компьютера для подвода к ним питания и обмена данными. В минимальной комплектации шина имеет три типа линий:

· управления;

· адреса;

· данных.

Обычно системы включают два типа шин:

· системная шина, соединяющая процессор с ОЗУ и кэш памятью 2-го уровня;

· множество шин ввода-вывода, соединяющие процессор с различными периферийными устройствами. Последние соединяет с системной шиной мост, который встроен в набор микросхем (chipset), обеспечивающий функционирование процессора.

Системные интерфейсы и интерфейсы ввода-вывода

Системная шина при архитектуре DIB (Dual independent bus) физически разделена на две:

· первичную шину (FSB, Frontside bus), связывающую процессор с ОЗУ и ОЗУ с периферийными устройствами;

· вторичную шину (BSB, Backside bus) для связи с кэш памятью L2.

Использование двойной независимой шины повышает производительность за счет возможности для процессора параллельно обращаться к различным уровням памяти. Обычно термины «FSB» и «системная шина» используют как синонимы.

Следует отметить, что терминология, используемая в настоящее время для описания интерфейсов, не является вполне однозначной и ясной. Системная шина часто упоминается как «главная шина», «шина процессора» или «локальная шина». Для шин ввода-вывода используются термины «шина расширения», «внешняя шина», «хост-шина» и опять же - «локальная шина».

Устройства, подключенные к шине, делятся на две основные категории - bus

masters и bus slaves. Bus masters - это активные устройства, способные управлять работой шины, то есть инициировать запись/чтение и так далее Bus slaves - соответственно устройства, которые могут только отвечать на запросы.

 

 

Таблица основных характеристик внутренних интерфейсов

	Типичное применение	Пиковая пропускная способность	Примечания
ISA	Звуковые карты, модемы	От 2 до 8.33 Мбайт/с	Практически не используется, начиная с 1999 года
EISA	Сети, адаптеры SCSI	33 Мбайт/с	Практически не используется, замещается PCI, LPC
LPC	Последовательный и параллельный порты, клавиатура, мышь, контроллер НГМД	Как ISA/EISA	Предложена Intel в 1998 году как замена для шины ISA
PCI	Графические карты, адаптеры SCSI, звуковые карты новых поколений	133 Мбайт/с (32-битовая шина с частотой 33 МГц)	Стандарт для периферийных устройств
PCI-X	Тоже	1 Гбайт/с (64-битовая шина с частотой 133 МГц)	Расширение PCI, предложенное IBM, HP, Compaq. Увеличена скорость и количество устройств
PCI Express	До 16 Гбайт/с Разработка «интерфейса 3-го поколения» (Third generation Input/Output - 3GIO), может заменить AGP.	Последовательная шина
AGP	Графические карты	528 Мбайт/с 2x-mode (2 годаафические карты)	Стандарт для Intel-PC, начиная с Pentium 2 сосуществует с PCI
AGP PRO	ЗD-графика	800 Мбайт/с (4x-mode)	Поддерживает видеокарты, требующие мощность до 100 Вт (AGP - до 25 Вт)
HT (Гипер Транспорт)	Универсальный интерфейс	До 32 Гбайт/с	Разработка AMD для процессоров К7-К8

ШИНА ISA

ISA BUS (Industry Standard Architecture) - стандартные шины IBM PC XT (8 бит) и AT (16 бит).

Шина XT имеет:

· 8-битовую шину данных;

· 20-битовую шину адреса, что позволяет адресоваться к 2²⁰ бит (1 Мбайт) памяти;

· три канала прямого доступа к памяти (DMA);

· тактовую частоту 8 МГц;

· пропускную способность 4 Мбайт/с;

· 62-контактный разъем.

В настоящее время XT практически не применяется. В компьютерах AT шину расширили до 16 бит данных и 24 бит адреса. В таком виде она существует и поныне как самая распространенная шина для периферийных адаптеров. Шина AT имеет:

· 6-битовую шину данных;

· 24-битовую шину адреса, что позволяет адресовать 16 Мбайт памяти;

· 8 каналов прямого доступа (DMA);

· тактовую частоту 8-16 МГц.