Что такое интерфейс? Понятие, типы и структура. Внешние интерфейсы компьютера для подключения устройств

Интерфейс являет собою специальные программные средства, которые выполняют функцию вывода графического изображения и позволяют обмениваться данными между пользователем и компьютером или другим техническим устройством.

Что такое интерфейс?

Самым простым примером интерфейса выступает пульт дистанционного управления. Данное техническое средство помогает взаимодействовать и “общаться” телевизору и человеку. Другими примерами могут послужить приборные панели в автомобиле, рычаги в самолете и т. д. Несмотря на довольно обширную сферу, при постановке вопроса: “Что такое интерфейс?” в большинстве случаев у людей возникают ассоциации с компьютерами, мобильными телефонами и другими техническими устройствами подобного типа.

Интерфейс являет собою совокупность различных элементов, которые сами по себе также могут иметь сложную многоуровневую структуру. Например, экран дисплея включает в себя окна, которые состоят из определенных панелей, кнопок и т. д. Основной характеристикой программно-аппаратных средств является эффективность и простота использования. Исходя из этого, интерфейс часто позиционируется как удобный, дружественный, понятный, интуитивный и т. д.

Основные составляющие

Для того чтобы понять, что такое интерфейс, нужно разобраться с его основными элементами. Их набор зависит от того, что именно использует человек. Если это, например, компьютерная программа, то сюда относятся самые разные виртуальные панели, кнопки, окна и другие подобные составляющие. Кроме того, интерфейс может быть интерактивным, т. е. воздействовать на человека при помощи разнообразных звуков, сигналов, лампочек, вибромоторов и т. д. Что касается непосредственно пользователя, то взаимодействовать с интерфейсом он может при помощи разных переключателей, рычагов, кнопок или даже определенных жестов и голосовых команд.

Структура понятия

Очень часто под интерфейсом понимают внешний вид программы. Это не совсем так, поскольку кроме визуальных характеристик данное техническое понятие включает набор дополнительных функций и элементов. Ниже приведены некоторые из них:

• Технология ввода информации.
• Способ вывода данных.
• Задачи пользователя.
• Различные элементы, которые позволяют управлять программой.
• Обратная связь.
• Элементы навигации между различными структурами и компонентами программы.
• Средства графического отображения команд.

Основные элементы

В большинстве случаев стандартный интерфейс технического устройства состоит из следующих элементов:

• Кнопка. Может быть сдвоенной, флаговой и др.
• Значок или иконка.
• Обычный или иерархический список.
• Поля для редактирования.
• Меню, которое может быть главным, контекстным и ниспадающим.
• Разные панели.
• Вкладки, метки и всплывающие подсказки.
• Окна, в частности диалоговые.
• Полоса прокрутки, ползунок и т. д.

Дополнительные элементы

Кроме вышеуказанных основных составляющих, интерфейс может иметь и дополнительные элементы, которые используются не во всех технических устройствах.

• Индикатор уровня. Позволяет отслеживать определенную величину.
• Элементы последовательного набора.
• Различные счетчики.
• Отображение информации поверх всех остальных составляющих.
• Скрываемые элементы интерфейса, которые исчезают, когда они не используются, и др.

Классификация

Что касается типологии, то, в зависимости от определенных критериев, различают разные виды интерфейсов. При этом практически с каждым годом их количество и структура меняется и усовершенствуется. Ниже представлены самые распространенные типы.

1. Командный интерфейс. Данное техническое средство основано на вводе определенных команд и их последовательности. На экран устройства выводится специальное окно, куда пользователь вводит конкретную команду и получает соответствующий результат. Данный вид интерфейса менее удобен для обычного пользователя, поскольку требует знания команд и процесса их ввода.
2. Интерфейс-меню. В данном случае на экране технического устройства отображаются примеры команд и меню с конкретными действиями. Для того чтобы выбрать необходимую команду, достаточно просто подвести курсор к определенному символу и подтвердить свои действия. На данный момент это самый популярный способ общения между компьютером и пользователем. Данный тип интерфейса не требует специальных знаний, и работать подобным образом может даже ребенок.
3. Речевой интерфейс. Позволяет переключаться между командами и определенными действиями посредством голосовых указаний. Самый удобный и перспективный вид общения компьютера и пользователя. На данный момент пока малораспространенный, присутствует преимущественно в дорогих технических устройствах.

Пользовательский интерфейс

Данное понятие включает в себя комплексный набор элементов, которые пользователь видит на экране и при помощи которых он взаимодействует с компьютером. От того, насколько он удобен в использовании, зависит результат деятельности человека. Исходя из этого, все мировые корпорации, которые занимаются компьютерными технологиями, особое внимание уделяют не только процессу написания программ, но и их оптимизации под нужды конкретных групп пользователей. Над устройством интерфейса работают дизайнеры, художники и даже психологи, и разрабатывается он с учетом специальных требований людей, физических возможностей, состояния их здоровья и т. д.

Понятие параллельного и последовательного интерфейса

Для компьютеров и других подобных устройств важную роль играет задача передачи данных в определенном количестве. Для того чтобы передать данные на группу битов, существует два подхода к структуре и организации интерфейса:

1. Параллельный интерфейс . В этом варианте для каждого бита из группы тех, что передаются, используется собственная сигнальная линия, и все они передаются вместе в один определенный момент. В качестве примера можно назвать порт подключения принтера.
2. Последовательный интерфейс . В этом случае используется только одна сигнальная линия, и биты предаются по очереди, друг за другом, при этом на каждый из них отводится определенный отрезок времени. Пример - последовательная шина USB.

Каждый из указанных типов интерфейсов имеет свои плюсы и минусы. Несмотря на то что использование параллельного варианта является более простым и быстрым решением, для его осуществления требуется большое количество проводов и кабелей. Передающие линии последовательного интерфейса имеют более сложную структуру, однако стоят намного дешевле. Соответственно, если линию нужно протянуть на длительное расстояние, то намного выгоднее тянуть кабеля последовательного интерфейса, чем несколько проводов параллельного.

Вместо послесловия

Таким образом, интерфейс исполняет роль посредника между компьютером или другим техническим устройством и пользователем. Относительно того, насколько он будет удобен и прост в эксплуатации, зависит качество работы с данным оборудованием. Для того чтобы окончательно разобраться в том, что такое интерфейс, следует также изучить его классификацию, базовые понятия и основные составляющие. С каждый годом интерфейсы различных технических устройств усовершенствуются, меняется подход к их структуре и основным функциям.

Графический интерфейс Windows (знакомо, не правда ли?)

Понятие интерфейс пришло в наш лексикон в эпоху появления вычислительных машин. У этого термина есть несколько значений. Однако все они, как правило, сводятся к взаимодействию человека и машины. Наиболее распространенным толкованием слова «интерфейс» является следующее определение: это совокупность средств, помогающих человеку управлять компьютером.

Рассмотрим несколько фактов из истории становления этого понятия.

Первые компьютеры обладали внушительными размерами, крошечной памятью, а для ввода программ и данных они использовали перфокарты.

Перфокарта — древний компьютерный артефакт

Перфокарты – это небольшие полоски с отверстиями, проделываемыми программистами вручную. И подобный интерфейс с очень большой натяжкой можно было назвать удобным. Скорее, это отсутствие всяких удобств.

Потом появились компьютеры с операционной системой, работа с которым осуществлялась посредством командной строки. Чтобы запустить программу или выполнить определенные действия, человек должен был в этой командной строке написать команду. Такой интерфейс как метод взаимодействия человека и машины был более удобен.

Безусловно, писать команды и получать результаты в виде графиков и текста гораздо удобнее, нежели проделывать отверстия в перфокартах и читать машинный код.

И, наконец, последним типом интерфейса (которым мы пользуемся и сейчас) стал GUI интерфейс графический (Graphical User Interface).

Множество элементов GUI в ОС Windows

Любая современная операционная система умеет работать с графическим интерфейсом, поскольку он более читабелен и удобен.

Что такое интерфейс? Это процесс управления компьютером с помощью клавиатуры и мышки. Согласитесь, очень удобно одним щелчком по иконке или надписи включать фильмы, запускать программы или работать в Фотошопе.

Нужно сказать, что за такой комфорт мы должны поблагодарить компанию Apple и Стива Джобса. Именно он использовал результаты первых примитивных экспериментов с мышью на своих моделях компьютеров. Остальные лишь скопировали данную идею, и то намного позднее. Кстати, от Apple завоевали любовь многих пользователей именно своим «дружественным» интерфейсом.

Первый графический интерфейс в Apple Macintosh (1984 год)

Здесь настолько все удобно сделано, что редкий пользователь «Мака» перейдет на компьютер другого производителя. Хотя они не мощнее конкурентов, да и ПО для них достать довольно проблематично. Просто программисты и дизайнеры очень постарались для создания такого сверх удобного интерфейса. Другие системы его заимствовали с разной степенью успеха.

В последнее время графический интерфейс получил новый виток развития. Это стало возможным благодаря появлению сенсорной технологии. Как мы видим, средства взаимодействия с машинами совершенствуются и становятся все более естественными и удобными.

Например, сенсорная панель управления на холодильнике или микроволновке – это также интерфейс . Нужно отметить, что интерфейс имеется не только у ОС, но и у любой другой программы, например у игры. Безусловно, программы с красивым и удобным меню больше привлекают наше внимание и остаются «жить» на жестком диске. Неадекватные же программы с плохо реализованным интерфейсом, наоборот, отбивают всякое желание пользоваться ими.

Но есть у понятия «интерфейс» и другие значения, которые сводятся к средствам, предназначенным для ввода/вывода данных. Если посмотрите на заднюю панель своего компьютера, то увидите там несколько входов для подключения устройств.

Эти входы (разъемы) также являются интерфейсами разного назначения. Известный всем USB-разъем, к примеру, можно считать USB-интерфейсом. Поскольку он помогает компьютеру «общаться» с флэшками, принтерами, модемами, внешними жесткими дисками и прочими устройствами.

И в завершение, приведем еще одно толкование этого слова. В современных языках программирования существуют такие методы, которые называются «interface». Эти методы применяют при написании программы с той целью, чтобы она (программа) могла взаимодействовать с операционной системой. Это определенные куски программы, предназначенные для «общения», но уже не с человеком, а с другой программой.

Возможно, вам будет интересно:

Skymonk - это десктопный клиент предназначенный для загрузки файлов с многих популярныхфайлообменников: ShareFlare.net, Sms4File.com, Vip-File.com, Letitbit.net. Программа очень проста в использовании, благодаря полному переводу на русский язык. С ее помощью можно работать с прямыми ссылками, так же как в DownloadMaster. Несмотря на простоту SkyMonk, пользователи не знают, для чего он нужен, и как им пользоваться, об этом мы поговорим ниже. Sky Monk имеет два режима…

Не многие пользователи персонального компьютера слышали, что у операционной системы Windows есть разрядность – х32, х64 или х84. Лишь немногие в курсе, что это такое и зачем оно надо. На сегодняшний день разрядностей у ОС Windows только две – 32 и 64 бита. Что же до х86 – это всего лишь обозначение 32-х битной версии, то есть если указано, что операционная система 86-х битная, то…

Сегодня планшетный компьютер прочно вошел в нашу жизнь. Эти устройства постоянно совершенствуются, и речи об остановке в развитии планшетов быть не может. Основное отличие «планшетников» от других подобных «девайсов», по которому его можно отличить, заключается в наличии большого сенсорного экрана. Размеры его практически совпадают с размерами всего планшета. А все комплектующие располагаются в корпусе под экраном. Как правило, диагональ экрана планшетного компьютера варьируется в пределах…

На сегодняшний день существует множество способов оплаты товаров и услуг с помощью интернета. Одним из таким способов является расчет через систему Яндекс.Деньги. Если вы еще не слышали о том, что такое Яндекс.Деньги, то эта статья для вас. Ссылка на сайт сервиса - money.yandex.ru Яндекс.Деньги (сокращенно ЯД) является сейчас одной из самых широко используемых платежных систем, реализующих идею электронных денег. Система позволяет в режиме реального времени осуществлять…

Вообще данное понятие имеет много определений, однако основное касается именно компьютеров и подобной им технике. В данном случае под интерфейсом подразумевается средство, предоставляющее пользователю возможность управлять различными программами, играми или операционной системой. Оно делает работу с ними значительно легче.

Если по другому – это совокупность разного рода средств, благодаря которой производится управление вычислительной техникой человеком. В его задачи входит ввод информации и ее вывод. Кстати, заднюю панель ПК так же можно охарактеризовать , как интерфейс. Это объясняется тем, что на ней присутствуют различные входы, куда можно подключать разнообразные устройства. Например, на стиральных машинах или же автомобилях имеются специальные панели управления, так вот они тоже считаются интерфейсом.

Вообще данное слово было взято из английского языка. Если обратить внимание на его точный перевод, оно означает взаимодействие между лицами , и используется, кстати, в этом же значении. Относительно современных технологий, интерфейс – системные связи , благодаря которым происходит обмен информацией между объектами. Это понятие хоть и чаще всего применяется в компьютерных технологиях, но встречается и в других областях науки, а также техники.

Для чего необходим интерфейс

Он исполняет роль некой системы связи между различными блоками оборудования, а еще техники и пользователя. Он может выражаться как в логической , так и физической форме. Логически — это сложные алгоритмы, в основе которых лежит Булева алгебра, а физически это различные чипы, детали, провода и прочее, объединенные между собой.

В общем, интерфейс компьютера позволяет ему функционировать , обеспечивая связь с оперативной памятью, видеоадаптером, а еще обмен информацией с другими компьютерами и человеком. Собственно без него вовсе невозможна работа вычислительных устройств. На сегодняшний день в технике используется множество различных интерфейсов, которые просто необходимы для работы программиста или использования ПК обычными пользователями.

Интерфейс это средства позволяющие человеку взаимодействовать с машинами, управлять разного рода приборами и так далее. Он существует внешний и внутренний . Для пользователя доступен лишь один – внешний, внутренний закрыт и находится внутри этих самых машин. Взаимодействие с ним происходит лишь при поломке устройства.

Связь устройств автоматизированных систем друг с другом осуществляется с помощью средств сопряжения, которые называются интерфейсами. Интерфейс представляет собой совокупность линий и шин, сигналов, электронных схем и алгоритмов (протоколов), предназначенную для осуществления обмена информацией между устройствами.

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

• системные интерфейсы ЭВМ;
• периферийного оборудования (общие и специализированные);
• программно-управляемых модульных систем и приборов;
• интерфейсы сетей передачи данных и другое.

Мы предполагаем здесь рассмотреть внутренние интерфейсы (шины), внешние интерфейсы (порты) и интерфейсы процессоров. Интерфейсы мониторов (и видеопроекторов) рассмотрены далее.

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.

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.

Если для вас это все сложно то лучше заказать специалиста, который проведет диагностику вашего компьютера.

Внутренние интерфейсы

Интерфейсы, характеристики которых приводятся в таблице, относятся к внутренним.

Таблица основных характеристик внутренних интерфейсов

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 2 20 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.

Шина EISA (Extended Industry Standard Architecture)

Шина EISA явилась «асимметричным ответом» производителей клонов PC на попытку IBM поставить рынок под свой контроль путем выпуска МСА. В сентябре 1988 года производители компьютеров - Compaq, Wyse, AST Research, Tandy, Hewlett-Packard, Zenith, Olivetti, NEC и Epson - представили совместный проект: 32-разрядное расширение шины ISA с полной обратной совместимостью. Основные характеристики новой шины:

• 32-разрядная передача данных;
• максимальная пропускная способность 33 Мбайт/с;
• 32-разрядная адресация памяти позволяла адресовать до 4 Гбайт;
• поддержка многих активных устройств (bus master);
• возможность задания уровня двухуровневого (edge-triggered) прерывания (что позволяло нескольким устройствам использовать одно прерывание, как и в случае многоуровневого (level-triggered) прерывания);
• автоматическая настройка плат расширения.

Разъемы шин ISA (a), EISA (б) и МСА (в)

Шина МСА (MicroChannel Architecture)

MCA - микроканальная архитектура - была введена в пику конкурентам фирмой IBM для своих компьютеров PS/2 начиная с модели 50. Шина МСА несовместима с ISA/EISA и другими адаптерами.

Эта шина не обладала обратной совместимостью с ISA, но содержала ряд передовых для своего времени решений:

• 8/16/32-разрядную передачу данных;
• пропускную способность 20 Мбайт/с при частоте шины 10 МГц;
• поддержку нескольких активных устройств.

Работу координирует устройство, называемое арбитром шины (САСР - Central Arbitration Control Point). При распределении функций управления шиной арбитр исходит из уровня приоритета, которым обладает то или иное устройство или операция.

Всего таких уровней четыре (в порядке убывания):

• регенерация системной памяти;
• прямой доступ к памяти (DMA);
• платы адаптеров;
• процессор.

Сразу же после выхода шины EISA началась «шинная война», причем это была не столько война между архитектурами (они обе ушли в прошлое), сколько война за контроль IBM над рынком персональных компьютеров. Эту войну корпорация проиграла, хотя архитектура МСА по заложенным техническим решениям и перспективам развития выглядела предпочтительнее. Вот сравнительная характеристика двух шин:

Поскольку поверхности карты EISA в 1.65 раза больше, а адаптер EISA мог потреблять в 2 раза больше мощности, чем адаптер МСА, выпускать периферию под EISA оказалось проще и дешевле.

Кроме того, в «шинной войне», как и везде, присутствует «рука Intel». В стремлении освободить рынок для новых процессоров 80386 и 80486 Intel выпускала EISA-чипсеты, не поддерживающие 286 процессор, в то время как шина МСА прекрасно работала и на компьютерах с 286. Таким образом, перспективная разработка IBM так и осталась перспективной, но и шина EISA не получила широкого распространения: к тому времени, когда потребности компьютеров среднего уровня переросли возможности шины ISA, разработчики перешли, минуя EISA, к локальным шинам.

LPC

Шина Low Pin Count («малоконтактный» интерфейс), или LPC, используется на IBM совместимых персональных компьютерах для подсоединения низкоскоростных устройств, таких, как «преемственные» (legacy) устройства ввода-вывода (последовательный и параллельный порты, клавиатура, мышь, контроллер НГМД). Физически LPC обычно подсоединяется к чипу «Южного моста». Шина LPC была предложена Intel в 1998 году как замена для шины ISA.

Спецификация LPC определяет 7 электросигналов для двунаправленной передачи данных, 4 из которых несут мультиплексированные адрес и данные, оставшиеся 3 - управляющие сигналы (кадр, сброс, синхросигнал).

Шина LPC предусматривает только 4 линии вместо 8 или 16 для ISA, но она имеет полосу пропускания ISA (33 МГц). Другим преимуществом LPC является то, что количество контактов для присоединяемых устройств равно 30 вместо 72 для эквивалента ISA.

Попытки улучшить системные шины за счет создания шин MCA и EISA имели ограниченный успех и кардинальным образом не решали проблемы. Все описанные ранее шины имеют общий недостаток - сравнительно низкую пропускную способность, поскольку они разрабатывались в расчете на медленные процессоры, В дальнейшем быстродействие процессора возрастало, а характеристики шин улучшались в основном экстенсивно, за счет добавления новых линий. Препятствием для повышения частоты шины являлось огромное количество выпущенных плат, которые не могли работать на больших скоростях обмена (МСА это касается в меньшей степени, но в силу вышеизложенных причин эта архитектура не играла заметной роли на рынке). В то же время в начале 90-х годов в мире персональных компьютеров произошли изменения, потребовавшие резкого увеличения скорости обмена с устройствами:

• создание процессоров Intel 80486, работающих на частотах до 66 МГц;
• увеличение емкости жестких дисков и создание более быстрых контроллеров;
• разработка и активное продвижение на рынок графических интерфейсов пользователя (типа Windows или операционной системы/2) привели к созданию новых графических адаптеров, поддерживающих более высокое разрешение и большее количество цветов (VGA и SVGA).

Очевидным выходом из создавшегося положения является следующий: осуществлять часть операций обмена данными, требующих высоких скоростей, не через шину ввода-вывода, а через шину процессора, примерно так же, как подключается внешний кэш. При этом шина работает с частотой, соответствующей тактовой частоте процессора. Передачей данных управляет не центральный процессор, а плата расширения (мост), который высвобождает микропроцессор для выполнения других работ. Локальная шина обслуживает наиболее быстрые устройства: память, дисплей, дисковые накопители при этом обслуживание сравнительно медленных устройств - мышь, модем, принтер и другое - производится системной шиной типа ISA (EISA).

Такая конструкция получила название локальной шины (Local Bus).

Отсутствие стандарта сдерживало распространение локальных шин, поэтому ассоциация VESA (Video Electronic Standard Association), представляющая более 100 компаний, предложила в августе 1992 года свою спецификацию локальной шины.

Локальная шина VESA (VL-bus)

Исторически появилась первой и была создана специально для лучшего микропроцессора того времени 480DX/2. В зависимости от используемого центрального процессора тактовая частота шины может составлять от 20 до 66 МГц.

Стандарт шины VL 1.0 поддерживает 32-разрядный тракт данных, но его можно использовать и в 16-разрядных устройствах. Стандарт 2.0 рассчитан на 64-битовую шину в соответствии с новыми процессорами. Спецификация 1.0 ограничена частотой 40 МГц, а 2.0 - 50 МГц. В спецификации 2.0 шина поддерживает до 10 устройств, 1.0 - только три. Устойчивая скорость передачи составляет до 106 Мбайт/с (для 64-разрядной шины - до 260 Мбайт/с).

Шина VL-bus явилась шагом вперед по сравнению с ISA как по производительности, так и по дизайну. Однако и эта шина не была лишена недостатков, главными из которых являлись следующие:

• ориентация на 486-й процессор. VL-bus жестко привязана к шине процессора 80486, которая отличается от шин Pentium и Pentium Pro/Pentium 2;
• ограниченное быстродействие. Как уже было сказано, реальная частота VL-bus не больше 50 МГц. Причем при использовании процессоров с множителем частоты шина использует основную частоту (так, для 486DX2-66 частота шины составит 33 МГц);
• схемотехнические ограничения. К качеству сигналов, передаваемых по шине процессора, предъявляются очень жесткие требования, соблюсти которые можно только при определенных параметрах нагрузки каждой линии шины;
• ограничение количества плат, вытекающее из необходимости соблюдения ограничений на нагрузку каждой линии.

Шина PCI (Peripheral Component Interconnect bus)

Разработка шины PCI закончилась в июне 1992 года как внутренний проект корпорации Intel. Основные возможности шины следующие:

• синхронный 32- или 64-разрядный обмен данными (64-разрядная шина в настоящее время используется только в Alpha-системах и серверах на базе процессоров Intel Xeon). При этом для уменьшения числа контактов (и стоимости) используется мультиплексирование, то есть адрес и данные передаются по одним и тем же линиям;
• частота работы шины 33 или 66 МГц (в версии 2.1) позволяет обеспечить широкий диапазон пропускных способностей (с использованием пакетного режима);
• полная поддержка многих активных устройств (например, несколько контроллеров жестких дисков могут одновременно работать на шине);
• спецификация шины позволяет комбинировать до восьми функций на одной карте (например, видео, звук и так далее).

• а - разъем 32-разрядной шины с напряжением питания 5 В;
• б - то же с напряжением питания 3.3 В;
• в - типичное PCI-устройство.

Известны также более поздние разновидности - РС1-Х и PCI-Express, кроме того, к данному типу относится и PCMCIA - стандарт на шину для ноутбуков. Она позволяет подключать расширители памяти, модемы, контроллеры дисков и стримеров, SCSI-адаптеры, сетевые адаптеры и другие.

PCI-X

PCI-X не только увеличивает скорость PCI-шины, но также и число высокоскоростных слотов. В обычной шине РС1-слоты работают на 33 МГц, а один слот может работать при 66 МГц. PCI-X удваивает производительность стандарта PCI, поддерживая один 64-битовый слот на частоте 133 МГц, а общую производительность увеличивает до 1 Гбайт/с. Новая спецификация также предлагает расширенный протокол для увеличения эффективности передачи данных и снизить требования к электропитанию.

PCI Express (PCX)

Стандарт PCX определяет гибкий, масштабируемый, высокоскоростной, последовательный, «горячего подключения» интерфейс, программно-совместимый с PCI. В отличие от предшественника, PCX поддерживает систему связи «точка-точка», подобную ГиперТранспорту AMD, а не многоточечную схему, используемую в параллельной шинной архитектуре. Это устраняет потребность в шинном арбитраже, обеспечивает низкое время ожидания и упрощает «горячее» подключение-отключение системных устройств.

Ожидается, что одним из последствий этого будет сокращение площади платы на 50%. Топология шины PCX содержит главный мост (Host Bridge) и несколько оконечных пунктов (устройств ввода-вывода). Многократные соединения «точка-точка» вводят новый элемент - переключатель (ключ, switch) в топологию системы ввода-вывода.

Интерфейс PCX включает пары проводов - каналы (lane), и единственная пара (PCX-lane) представляет собой интерфейс РСХ 1х (800 Мбайт/с). Каналы могут быть соединены параллельно, и максимум (32 канала - PCX 32х) обеспечивает полную пропускную способность 16 Гбайт/с, достаточную, чтобы поддерживать требования систем связи в обозримом будущем.

Одним из направлений развития PCX является замена AGP. Действительно, 8 Гбайт/с двунаправленной пропускной способности достаточно для поддержки телевидения высокого разрешения (HDT). При этом данные технологии характеризуются следующими особенностями:

• AGP - разделение полос пропускания для записи и чтения; общая полоса пропускания - 2 Гбайт/с; оптимизировано для однозадачного режима.
• PCI Express - выделенные полосы для ввода и вывода; общая полоса пропускания до 8 Гбайт/с; оптимизировано для многозадачного режима.

• а - с использование AGP;
• б - на основе PCI Express.

Предполагается также, что PCI Express в дальнейшем сможет заменить в чипсетах контроллер внешних устройств «Southbridge», но это не повлияет на функции контроллера оперативной памяти «Northbridge».

Интерфейс PCMCIA

С появлением портативных компьютеров возникла проблема универсального и компактного интерфейса для подключения внешних устройств. В качестве такого интерфейса стандартом де-факто стал интерфейс PCMCIA, поддерживаемый Ассоциацией PCMCIA (Personal Computer Memory Card International Association), объединяющей компании, разрабатывающие периферийные устройства для портативных компьютеров. Аббревиатура PCMCIA вызывала много нареканий своей труднопроизносимостью. Существует даже шутливая интерпретация PCMCIA как «People Can`t Memorize Computer Industry Acronyms», что переводится как «Люди не в состоянии запомнить компьютерные аббревиатуры». В результате для PCMCIA сегодня принято использовать более благозвучный термин PC Card.

Устройства PC Card размером с обычную кредитную карточку являются альтернативой обычным платам расширения, подключаемым к шине ISA. В этом стандарте выпускаются модули памяти, модемы и факс-модемы, SCSI-адаптеры, сетевые карты, звуковые карты, винчестеры (IBM Microdrive), интерфейсы CD-ROM и так далее.

• а - карта PCMCIA;
• б - включение в ноутбук;
• в - адаптер X-Drive для сопряжения с USB .

Первая версия стандарта PC Card для связи между картой и соответствующим устройством (адаптером или портом) компьютера определяет 68-контактный механический соединитель. На нем выделены 16 разрядов под данные и 26 разрядов под адрес, что позволяет непосредственно адресовать 64 Мбайта памяти. На стороне модуля PC Card расположен соединитель-розетка, а на стороне компьютера соединитель-вилка. Кроме того, стандарт определяет три различные длины контактов соединителя-вилки. Поскольку подключение и отключение PC Card может происходить при работающем компьютере (так называемое «горячее»), то для того, чтобы на модуль сначала подавалось напряжение питания, а лишь затем напряжение сигнальных линий, соответствующие контакты выполнены более длинными.

Вторая версия спецификации PC Card предусматривает три разновидности.

Таблица размеров карт второй версии PC Card

AGP (Accelerated graphics port)

Несмотря на разрядность и скорость шины PCI, оставалась проблема, которая превышала ее возможности - выдача графической информации. Если адаптер CGA (4=2 2 цвета, экран 320 х 200 точек, частота 60 Гц) требует пропускную способность 2 х 320 х 200 х 60=7 680 000 бит/с=960 Кбайт/с, адаптер XGA (2 16 цветов, экран 1024 x 768 пикселей, частота 75 Гц) требует 16 x 1024 x 758 x 75=9 433 718 400 бит/с ~ 118 Мбайт/с. В то же время пиковая пропускная способность РС1 составляла до 132 Мбайт/с.

Фирмой Intel было предложено решение в виде AGP - Accelerated graphics port (порт ускоренного графического вывода). Появление шины AGP в начале 1998 года было своеобразным прорывом в области графических работ. При частоте шины в 66 МГц она была способна передавать два блока данных за один такт. Пропускная способность шины составляет 500 Мбайт/с (V2.0) при двух режимах работы: DMA и Execute. Основным же преимуществом AGP является возможность хранения текстур в оперативной памяти. При этом скорости работы шины AGP хватает для их своевременной передачи в видеопамять (работа в режиме DMA). В режиме Execute оперативная и видеопамять воспринимаются как равноправные. Текстуры выбираются блоками 4 Кбайт из общей памяти с помощью таблицы GART (Graphic Adress Re-mapping Table) и передаются, минуя локальную память видеокарты. На сегодняшний день существует стандарт (поддерживаемый новыми чипсетами Intel и Via) AGP4x, позволяющий повысить пропускную способность до 1 Гбайт/с.

Схемы AGP взаимодействуют непосредственно с четырьмя источниками информации (Quadra port acceleration):

• процессором (кэш память 2-го уровня);
• оперативной памятью;
• графической картой AGP;
• шиной PCI.

AGP функционирует на скорости процессорной шины (FSB). При тактовой частоте 66 МГц, например, это в 2 раза выше, чем скорость PCI, и позволяет достигать пиковой пропускной способности в 264 Мбай/с. В графических картах, специально спроектированных для AGP, передача происходит как по переднему, так и по заднему фронту тактовых импульсов центрального процессора, что позволяет при частоте 133 МГц осуществлять передачу со скоростью до 528 Мбайт/с (это называется «2-х графика»). В дальнейшем была выпущена версия AGP 2.0, которая поддерживала «4-х графику» или четырехкратную передачу данных за один такт центрального процессора.

Контроллер HyperTransport

Фирмой AMD была (процессор Hammer) предложена архитектура ГиперТранспорт (HyperTransport), обеспечивающая внутреннее соединение процессоров и элементов чипсета для организации многопроцессорных систем и повышения скорости передачи данных более чем в 20 раз.

В традиционной архитектуре с северным и южным мостами транзакции памяти должны проходить через микросхему «Северного моста», что вызывает дополнительные задержки и снижает потенциальную производительность. Чтобы избавиться от этого «узкого места» производительности, корпорация AMD интегрировала контроллер памяти в процессоры AMD64. Прямой доступ к памяти позволил существенно уменьшить задержки при обращении процессора к памяти. С увеличением тактовой частоты процессоров задержки станут еще меньше.

В основу шины HyperTransport - универсальной шины межчипового соединения - положено две концепции: универсальность и масштабируемость. Универсальность шины HyperTransport заключается в том, что она позволяет связывать между собой не только процессоры, но и другие компоненты материнской платы. Масштабируемость шины состоит в том, что она дает возможность наращивать пропускную способность в зависимости от конкретных нужд пользователя.

Устройства, связываемые по шине HyperTransport, соединяются по принципу «точка-точка» (peer-to-peer), что подразумевает возможность связывания в цепочку множества устройств без использования специализированных коммутаторов. Передача и прием данных могут происходить в асинхронном режиме, причем передача Данных организована в виде пакетов длиной до 64 байт. Масштабируемость шины HyperTransport обеспечивается посредством магистрали шириной 2.4, 8.16 и 32 бит в каждом направлении. Кроме того, предусматривается возможность работы на различных тактовых частотах (от 200 до 800 МГц). При этом передача данных происходит по обоим фронтам тактового импульса. Таким образом, пропускная способность шины HyperTransport меняется от 200 Мбайт/с при использовании частоты 200 МГц и двух двухбитовых каналов до 12.8 Гбайт/с при использовании тактовой частоты 800 МГц и двух 32-битовых каналов.

Демонстрирует, насколько разводка для ГиперТранспорта экономичнее, чем для традиционных шин - достаточно сравнить площади, занимаемые на системной плате шиной AGP 8х с пропускной способностью 2 Гбайт/с и ГиперТранспорт (до 6.4 Гбайт/с).

Не все устройства, которые нам нужны уже подключены к компьютеру в его корпусе. Существует ряд устройств, которые нужно подключать во время работы или добавлять для расширения функциональности, без многих из них работа с компьютером невозможна. К таким устройствам относятся USB флешки, принтеры, мышки, клавиатуры, внешние жесткие диски, колонки и многое другое. Все это подключается через интерфейсы подключения устройств компьютеру.

Внешние порты - представляют собой интерфейс или точку взаимодействия между компьютером и другим периферийным устройством. Основное предназначение таких портов - обеспечение места подключения кабеля устройства для передачи и получения данных от центрального процессора. В этой статье мы рассмотрим какими бывают внешние порты компьютера, а также рассмотрим основные порты и их предназначение.

Внешние разъемы компьютера еще называют коммуникационными портами, так как они отвечают за связь между компьютером и периферийными устройствами. Как правило, основа порта размещается на материнской плате.

Все внешние интерфейсы компьютера делятся на два вида, в зависимости от их вида и протокола, используемого для связи с центральным процессором. Это последовательные и параллельные порты.

Последовательный (serial) порт - это интерфейс, через который устройства могут быть подключены с использованием последовательного протокола. Этот протокол позволяет передавать один бит данных за один раз по одной линии. Наиболее распространенный тип последовательного порта - D-sub, который позволяет передавать сигналы RS-232.

Параллельный порт работает немного по-другому, обмен данными между периферийным устройством осуществляется параллельно с помощью нескольких линий связи. Большинство портов для современных устройств - параллельны. Дальше мы рассмотрим более подробно каждый тип внешних интерфейсов компьютера, а также их предназначение.

Ввод и общие порты

В современных компьютерах последовательные порты практически уже не используются они были вытеснены более современными параллельными портами, которые имеют лучшую производительность работы. Но на многих материнских платах все еще есть разъемы для этих интерфейсов. Это сделано для совместимости со старыми устройствами, такими как мыши и клавиатуры.

PS/2

Разъем PS/2 был разработан корпорацией IBM для подключения мыши и клавиатуры. Он начал использоваться начиная с устройства персонального компьютера IBM/2. От имени этого компьютера и было образовано имя порта. Интерфейс имеет специальную маркировку - фиолетовый для клавиатуры и зеленый для мыши.

Как вы можете видеть, это разъем на шесть контактов, вот его схема:

Даже несмотря на то что цоколи и раскладка контактов для мыши и клавиатуры одинаковы, компьютер не обнаружит устройство, если вы подключите его не в тот разъем. Как я уже говорил, на данный момент PS/2 уже вытеснен другой технологией. Теперь подключение к компьютеру периферийных устройств чаще всего выполняется по USB.

Последовательный порт (Serial Port)

Несмотря на то, что последовательными портами называется целая группа портов, включая PS/2, есть еще одно значение у этого термина. Он используется для обозначения интерфейса совместимого со стандартом RS-232. К таким интерфейсам относятся DB-25 и DE-9.

DB-25 - это вариант разъема D-Sub изначально разработанный в качестве основного порта для соединения по протоколу RS-232. Но большинство устройств используют не все контакты.

Затем был разработан DE-9 , который работал по тому же протоколу, а DB-25 стал использоваться чаще для подключения принтера вместо параллельного порта. Сейчас DE-9 - это основной последовательный порт, работающий по протоколу RS-232. Его также называют COM портом. Этот разъем все еще иногда применяется для подключения мыши, клавиатуры, модемов, ИБЛ и других устройств, работающих по этому протоколу.

Сейчас интерфейсы подключения устройств компьютеру DB-25 и DE-9 применяются все реже, потому что их вытесняет USB и другие порты.

Параллельный порт Centronics или 36-pin порт

Порт Centronics или 36-pin был разработан для связи компьютера и принтера по параллельному протоколу. Он имеет 36 контактов и перед началом широкого применения USB был достаточно популярен.

Аудиопорты

Аудио порты используются для подключения акустических систем и других устройств вывода звука к компьютеру. Звуковые сигналы могут передаваться в аналоговой или в цифровой форме, в зависимости от используемого разъема.

Разъем 3,5 мм

Этот порт наиболее часто используется для подключения наушников или устройств с поддержкой объемного звучания. Разъем состоит из шести гнезд и есть на любом компьютере для вывода аудио, а также подключения микрофона.

Гнезда имеют такую цветовую маркировку:

S/PDIF / TOSLINK

Цифровой интерфейс передачи аудио от Sony / Phillips используется в различных устройствах воспроизведения. Его можно использовать для коаксиального RCA аудиокабеля и оптоволоконного TOSLINK.

Большинство домашних компьютеров содержат этот интерфейс подключения через TOSLINK (Toshiba Link). Такой порт может поддерживать 7.1-канальный объемный звук с помощью только одного кабеля.

Видео интерфейсы

Порт VGA

Этот порт есть в большинстве компьютеров. Он размещен на видеокарте и предназначен для подключения экранов, проекторов и телевизоров высокой четкости. Это порт типа D-Sub разъем, состоящий из 15 контактов, размещенных в три ряда. Разъем называется DE-15.

Порт VGA - это основной интерфейс для связи между компьютерами и более старыми ЭЛТ-мониторами. Современные ЖЖ-дисплеи и светодиодные мониторы поддерживают VGA, но качество изображения снижается до разрешения 648x480.

В связи с увеличением использования цифрового видео, порты VGA заменяются на HDMI и Display. В некоторых ноутбуках тоже есть порты VGA, для подключения внешних мониторов. Вот его схема:

Digital Video Interface (DVI)

DVI - это высокоскоростной цифровой интерфейс для обеспечения связи между видеокартой и экраном компьютера. Он был разработан для минимизации потерь при передачи видео сигнала и замены технологии VGA.

Есть несколько типов DVI разъемов, это DVI-I, DVI-D и DVI-A. DVI-I - это порт с возможностью передаче как цифровых, так и аналоговых сигналов. DVI-D поддерживает только цифровые сигналы, DVI-A - только аналоговые. Цифровые сигналы могут передавать видео с разрешением 2560х1600.

Кроме того, было разработано несколько модификаций. Apple разработала Mini-DVI, который выглядит очень похоже на VGA и намного меньше, чем обычный DVI:

Затем был еще Micro-DVI, он еще меньше чем Mini-DMI и по размеру похож на разъем USB и способен передавать только цифровые сигналы:

Display Port

Display Port это цифровой интерфейс, который был разработан для замены VGA и DVI и может передавать не только видео, но и аудио сигналы. Последняя версия может передавать видео с разрешением до 7680х4320.

Display Port имеет 20-контактный разъем, который намного меньше чем DVI и позволяет передавать более высокое разрешение видео. Вот схема размещения контактов:

Разъем RCA

Порт RCA может передавать аудио и видео сигнал с помощью трех кабелей. Видео сигнал передается по желтому кабелю и поддерживается максимальное разрешение до 576i. Красный и белый порт используются для передачи аудио сигнала.

Component Video

Интерфейс Component Video разделяет видеосигнал на несколько каналов и позволяет получить более высокое качество, чем при использовании RCA. Могут передаваться как аналоговые, так и цифровые сигналы.

S-Video

S-Video используется только для передачи видеосигнала. Качество изображения лучше, чем в двух предыдущих вариантах, но разрешение меньше чем в Component. Этот порт, как правило, черного цвета и есть во всех телевизорах и большинстве компьютеров. Он очень похож на PS/2, но имеет только 4 контакта:

HDMI

HDMI расшифровывается как High Definition Media Interface. Это интерфейс для передачи и приема цифрового видео и аудио сигнала высокой четкости на такие устройства как мониторы компьютера, телевизоры высокой четкости, Blue-Ray плееры, игровые консоли, камеры. Сейчас HDMI считается стандартным портом для передачи видео данных.

Порт HDMI типа A выглядит вот так:

В разъеме используется 19 контактов, а последняя версия 2.0 может передавать видеосигнал с разрешением 4096х2160 и 32 аудиоканала. Схема подключения контактов:

USB

Интерфейс Universal Serial Bus (USB) заменил последовательные и параллельные порты, PS/2 игровые порты и зарядные устройства. Этот порт может применяться для передачи данных, выступать в качестве интерфейса для подключения периферийных устройств и даже использоваться в качестве источника питания. Сейчас существует четыре вида USB: Type-A, Type-B, Type-C, micro-USB и mini-USB. С помощью любого из них может быть выполнено подключение внешних устройств к компьютеру.

USB Type-A

Порт USB Type-A имеет 4-контактный разъем. Существует три различных, совместимых версии - USB 1.1, USB 2.0 и USB 3.0. Последний является общим стандартом и поддерживает скорость передачи данных до 400 Мбит/сек.

Позже был выпущен стандарт USB 3.1, который поддерживает скорость до 10 Гбит/сек. Черный цвет обозначает USB 2.0, а USB 3.0 - помечена синим. Вы можете видеть это на изображении:

Схема подключения контактов:

USB Type-C

Type-C - это последняя спецификация USB и в этот разъем можно вставлять коннектор любой стороной. Планируется, что со временем она заменит Type-A и Type-B.

Порт Type-C состоит из 24 контактов и может пропускать ток до 3А. Эта особенность используется для современной технологии быстрой зарядки.

Сетевые порты

Порт RJ-45

Интерфейс RJ-45 используется для подключения компьютера к интернету по технологии Ethernet. Интерфейс Registered Jack (RJ) используется для организации компьютерные. RJ-45 представляет собой 8-контактный модульный разъем.

Последняя версия Ethernet называется Gigabit Ethernet и поддерживает скорость передачи данных до 10 Гбит/секунду. RJ-45 обычно называется LAN Ethernet порт с типом подключения 8P – 8C. Часто порты оснащены двумя светодиодами для индикации передачи и приема пакетов.

Как я уже говорил, RJ-45 имеет 8 контактов, они изображены на этой схеме:

RJ-11

RJ-11 - это другой тип Registered Jack, который используется в качестве интерфейса для телефона, модема, или ADSL соединения. Компьютеры почти никогда не оснащаются, но это основной интерфейс для всех телекоммуникационных сетей.

RJ-45 и RJ-11 похожи друг на друга, но RJ-11 немного меньше и использует 6 гнезд и 4 контакта (6p-4c) но достаточно было бы схемы 6P-2C. Вот изображение этого разъема:

Также можете сравнить насколько похожи RJ-45 и RJ11:

Жесткий диск

E-SATA

E-SATA - это внешний последовательный порт Serial AT Attachment, который используется для подключения внешних запоминающих устройств большой емкости. Современный разъем E-SATA называется e-SATAp и совместима с E-SATA.

Это гибридные порты, к которым можно подключать E-SATA и USB. Но ни SATA, ни USB официально не поддерживают SATAp, так что пользователь будет их использовать на свой страх и риск.

Выводы

В этой статье мы рассмотрели внешние интерфейсы компьютера для подключения периферийных устройств. Все они были разработаны в разные время и каждая новая версия, как правило, намного лучше другой. Вы знаете или используете другие внешние порты компьютера? Напишите в комментариях!