• 11.1 Класифікація інтерфейсів
• 11.2 Послідовний інтерфейс
• 11.3 Паралельний інтерфейс
• 11.4 Інтерфейс бездротового зв’язку
  • 11.4.1. Інтерфейс IrDA.
  • 11.4.2. Високошвидкісні інтерфейси USB і IEEE 1394
• 11.5 Перспективні інтерфейси

11.1 Класифікація інтерфейсів

В світі комп'ютерної техніки інтерфейс - це фізичні пристрої, що забезпечує зв'язок між двома іншими пристроями, що дозволяють підключати до персональних (і не тільки) комп'ютерів різноманітні периферійні пристрої і їх контролери.

Відповідно до функціонального призначення інтерфейси можна поділити на наступні основні класи:

• системні інтерфейси ЕОМ;
• периферійного устаткування (загальні й спеціалізовані);
• програмно-керованих модульних систем і приладів;
• інтерфейси мереж передачі даних і інше.

До інтерфейсу ПК можна віднести порти, слоти, роз'єми, шини.

Головне завдання інтерфейсу - передача даних і керування цим процесом. Тому найважливішою його характеристикою є пропускна здатність. Продуктивність інтерфейсу виражається в обсязі даних, переданих за одиницю часу. Вона залежить від розрядності, тобто числа одночасно проходящих по кабелю або шлейфу бітів інформації, і робочої частоти, з якою відбувається передача даних.

Контролер (адаптер, карта розширення, плати) - електронна схема, що управляє зовнішнім пристроєм ПК. Плата контролера дозволяє материнським платам звертатися до спеціалізованих жорстким дискам, а також до сканерів. Проте в даний час більшість жорстких дисків підключається безпосередньо до материнської плати і в картах контролерів не потребує.

Плати адаптерів обумовлюють подальшу спеціалізацію комп'ютера, додаючи нові функціональні можливості. Додавання нового адаптера означає додавання відповідного пристрою. Карти розширення мають загальне призначення, за невеликим винятком можна підключити будь-яку плату розширення в будь слот.

Слот - уніфікований роз'єм на материнській платі для підключення плат розширення. Через такий роз'єм контролери підключаються безпосередньо до системної магістралі передачі даних у комп'ютері-шині. Деякі контролери можуть керувати відразу декількома пристроями. 

Шина - група електричних з'єднань з'єднує кілька компонентів в цифровій системі. Сучасна системна шина - це не просто велика кількість мідних провідників, розташованих поруч і з'єднують окремі пристрої. Це, перш за все, протокол, за допомогою якого відбувається обмін даними

Порт - електронний блок, за допомогою якого комп'ютер обмінюється даними з іншими пристроями. Комп'ютери мають безліч портів, які призначені для приєднання до них різних кабелів через їх роз'єми. З функціональної точки зору порти є стандартними, а з фізичної - розташування портів варіюється. Контактні роз'єми більшості портів розташовані на системній платі, деякі порти використовують плату розширення.

11.2 Послідовний інтерфейс

Асинхронний послідовний інтерфейс - це основний тип інтерфейсу, за допомогою якого здійснюється взаємодія між комп’ютерами. Термін асинхронний означає, що при передачі даних не використовуються жодні синхронізуючі сигнали і окремі символи можуть передаватися з довільними інтервалами.

Кожному символу, який передається через послідовне з'єднання, повинен передувати стандартний стартовий сигнал, а завершувати його передачу повинен стоповий сигнал. Стартовий сигнал - це нульовий біт, названий стартовим бітом. Його призначення - повідомити приймаючий пристрій про те, що наступні вісім бітів є байтом даних. Після символу передаються один або два стопових біта, передачі символу, що сигналізують про закінчення.

У приймаючому пристрої символи розпізнаються по появі стартових і стопових сигналів, а не по моменту їх передачі. Асинхронний інтерфейс орієнтований на передачу символів (байтів), а при передачі використовується приблизно 20% інформації лише для ідентифікації кожного символу. Термін послідовний означає, що передача даних відбувається по одиночному провідникові, а біти при цьому передаються послідовно, один за іншим.

Такий тип зв'язку характерний для телефонної мережі, в якій кожен напрям обслуговує один провідник. До послідовних портів можна підключити: модеми, плотери, принтери, інші комп'ютери, пристрої прочитування штрих-кодів або схему управління пристроями.

В основному у всіх пристроях, для яких необхідний двонаправлений зв'язок з комп'ютером, використовується стандартний послідовний порт Rs232c (Reference Standart number 232 revision C - стандарт обміну номер 232 версії З), який дозволяє передавати дані між несумісними пристроями. Можливо підключення лише одного пристрою до порту.

Послідовні порти COM вводу/виводу (асинхронні) призначені для забезпечення загально цільового інтерфейсу з багатьма різними видами електронного устаткування. BIOS сучасних комп'ютерів підтримує до 4-х СОМ-портів (COM1-COM3).

11.3 Паралельний інтерфейс

В паралельних портах для одночасної передачі байта інформації використовується вісім ліній. Цей інтерфейс відрізняється високою швидкодією, часто застосовується для підключення до комп'ютера принтера, а також для з'єднання комп'ютерів (при цьому вище швидкість передачі даних, чим при з'єднанні через послідовні порти: 4, а не 1 біт за раз).

До паралельних портів може підключатися все: від накопичувачів на магнітній стрічці до CD-ROM. Часто двонаправлений паралельний порт використовується для передачі даних між двома комп'ютерами, наприклад між настільним і портативним. 

Недоліки:

1. Знижена перешкодозахищеність
2. Зменшена максимально допустима довжина кабелю
3. Незручність при складанні
4. Підвищена складність в інтерфейс мікросхеми.
5. Необхідність забезпечення синхронізації переданих електричних сигналів як на кінцях кабелю, так і на його окремих провідниках, що з урахуванням високої тактової частоти і перехресних наведень є непростим завданням.

Паралельні порти, позначаються LPT1 - LPT4, є швидкодіючими, тому дозволяють передавати дані одночасно по декількох лініях. Інтерфейс, що використовує паралельні порти, є основним для більшої частини сучасних зовнішніх пристроїв, хоча останнім часом він все активніше замінюється універсальної послідовної шиною USB.

Основною перевагою паралельних портів є можливість обміну даними з ПК по одному байту за раз, а із зовнішніми пристроями по одному біту (8 байт) за один раз. Роз'єм паралельного порту містить по одній сигнальній лінії для кожного біта даних в байті, тобто в цілому він має вісім ліній для передачі даних. Це означає, що паралельний кабель вводу виводу має більший діаметр, ніж послідовний, тому що складається з більшої кількості проводів.

В залежності від режиму роботи паралельні порти класифікуються:

• SPP (Standard Parallel Port) - стандартний паралельний порт;
• ЕРР (Enhanced Parallel Port) - розширений паралельний порт;
• ЕСР (Extended Capability Port) - порт із розширеними можливостями.

Паралельні порти все більш активно витісняються портами USB.

11.4 Інтерфейс бездротового зв’язку

11.4.1. Інтерфейс IrDA.

Найбільш поширеним способом бездротового зв'язку на невеликі відстані є зараз технологія IrDA.

Порт IrDA заснований на архітектурі комунікаційного СОМ-порту ПК, який працює зі швидкістю передачі даних до 115,2 Кбіт / с (новий стандарт по ІЧ-зв'язку збільшує можливість передачі даних між ІЧ-пристроями до 16 Мбіт /с).

При відсутності вбудованого інфрачервоного порту, його можна додати до переліку інстальованого обладнання. Для цього можна придбати одне з трьох пристроїв:

• перехідник інфрачервоний "приймач - послідовний порт" (IrDA-COM),
• перехідник інфрачервоний "приймач - USB-порт" (IrDA-USB)
• інфрачервоний приймач з контактами, для підключення безпосередньо до материнської плати.

11.4.2. Високошвидкісні інтерфейси USB і IEEE 1394

USB (UniversalSerialBus - універсальна послідовна шина) є промисловим стандартом розширення архітектури РС, орієнтованим на інтеграцію з телефонією і пристроями побутової електроніки. Архітектура USB визначається такими критеріями:

1. Легко реалізоване розширення периферії РС.
2. Дешеве рішення, підтримує швидкість передачі до 480 Мбіт / с.
3. Повна підтримка в реальному часі передачі аудіо та стислих відео даних.
4. Гнучкість протоколу для змішаної передачі ізоморфних даних і асинхронних повідомлень.
5. Інтеграція в технологію пристроїв, що випускаються.
6. Доступність в РС всіх конфігурацій і розмірів.
7. Відкриття нових класів пристроїв, що розширюють РС.

З точки зору користувача привабливі такі риси USB:

• Простота кабельної системи підключень.
• Ізоляція подробиць електричних підключень від користувача.
• Самоідентифікація периферії, автоматичний зв'язок пристроїв з драйверами і конфігурація.
• Можливість динамічного підключення і реконфігурірованія периферії.

USB забезпечує обмін даними між хост-комп'ютером і безліччю одночасно доступних периферійних пристроїв. Розподіл пропускної здатності шини між підключеними пристроями планується хостом і реалізується ним з допомогою посилки маркерів. Шина дозволяє підключати, конфігурувати, використовувати і відключати пристрої під час роботи хоста і самих пристроїв - динамічне ("гаряче") підключення і відключення.

Пристрої (Device) USB можуть бути хабами, "функціями" або їх комбінацією. Хаб (Hub) забезпечує додаткові точки підключення пристроїв до шини. "Функції" (Function) USB надають системі додаткові можливості - наприклад підключення до ISDN, цифровий джойстик, акустичні колонки з цифровим інтерфейсом і т.д. Пристрій USB повинен мати інтерфейс USB, що забезпечує підтримку протоколу USB, виконання стандартних операцій (конфігурація і скидання) і стандартне представлення інформації, що описує пристрій.

Багато пристроїв, що підключаються до USB, мають у своєму складі і "функції" та хаби. Роботою всієї системи USB керує хост-контролер, який є програмно-апаратної підсистемою хост-комп'ютера.

Шина IEEE 1394-FireWire

Стандарт для високопродуктивної послідовної шини (High Performance Serial Bus), що отримав офіційнійно назву IEEE 1394, був прийнятий в 1995 році. Метою було створення шини, яка не поступається сучасним дротовим паралельним шинам, при суттєвому здешевленні та підвищенні зручності підключення (за рахунок переходу на послідовний інтерфейс). Стандарт заснований на шині FireWire, використовуваної Apple Computer в якості дешевої альтернативи SCSI в комп'ютерах Macintosh і PowerMac. Назва FireWire ("вогненний провід") тепер застосовується і до реалізацій IEEE 1394, вона співіснує з коротким позначенням 1394.

Переваги FireWire перед іншими послідовними шинами:

• Багатофункціональність.
• Висока швидкість обміну.
• Низька ціна компонентів і кабелю.
• Легкість установки і використання. 

 Структура та взаємодія пристроїв шини

Стандарт 1394 визначає дві категорії шин: кабельні шини і крос-шини (Backplane). Під крос-шинами зазвичай маються на увазі паралельні інтерфейси, що об'єднують внутрішні підсистеми пристрою, підключеного до кабелю 1394. Допускає з'єднання рівноправних пристроїв в мережу. Мережа може складатися з безлічі шин, з'єднаних мостами. У межах однієї шини пристрої об'єднуються з'єднувальними кабелями без застосування додаткових пристроїв. 

Кабельна шина являє собою мережу, що складається з вузлів і кабельних мостів. Гнучка топологія дозволяє будувати мережі, що поєднують деревоподібну і ланцюгову архітектури. 

11.5 Перспективні інтерфейси

Одним з найперспективніших інтерфейсів майбутнього є нейроінтерфейс, або "мізки-комп'ютер". Основним призначенням є реабілітаційна медицина: відновлення функцій моторних та сенсорних.