Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Для компьютеров и связанных с ним устройств наиболее распространенной является задача передачи дискретных данных, и, как правило, в значительных количествах (не один бит). Самый распространенный способ представления данных сигналами -- двоичный: например, условно высокому (выше порога) уровню напряжения соответствует логическая единица, низкому -- логический ноль (возможно и обратное представление). Для того чтобы передавать группу битов, используются два основных подхода к организации интерфейса:

§ параллельный интерфейс -- для каждого бита передаваемой группы используется своя сигнальная линия (обычно с двоичным представлением), и все биты группы передаются одновременно за один квант времени. Примеры: параллельный порт подключения принтера (LPT-порт, 8 бит), интерфейс ATA/ATAPI (16 бит), SCSI (8 или 16 бит), шина PCI (32 или 64 бита);

§ последовательный интерфейс -- используется лишь одна сигнальная линия, и биты группы передаются друг за другом по очереди; на каждый из них отводится свой квант времени (битовый интервал). Примеры: последовательный коммуникационный порт (COM-порт), последовательные шины USB и FireWire, PCI Express, интерфейсы локальных и глобальных сетей.

На первый взгляд организация параллельного интерфейса проще и нагляднее и этот интерфейс обеспечивает более быструю передачу данных, поскольку биты передаются сразу пачками. Очевидный недостаток параллельного интерфейса -- большое количество проводов и контактов разъемов в соединительном кабеле (по крайней мере по одному на каждый бит). Отсюда громоздкость и дороговизна кабелей и интерфейсных цепей устройств, с которой мирятся ради вожделенной скорости. У последовательного интерфейса приемопередающие узлы функционально сложнее, зато кабели и разъемы гораздо проще и дешевле. На большие расстояния тянуть многопроводные кабели параллельных интерфейсов невозможно , гораздо проще использовать последовательные интерфейсы.

1. История развития параллельного и последовательного интерфейса ввода и вывода

параллельный последовательный интерфейс данные

1.1 Параллельный интерфейс

Параллельный интерфейс был разработан в 1970 году и использовался в принтере Centronics модели Интерфейс был разработан в Centronics Р. Говардом и П. Робинсон. Параллельный интерфейс Centronics быстро стал де-факто отраслевым стандартом. Производители в то время использовали различные разъёмы со стороны системного блока, поэтому существовало множество различных кабелей. Например, в ранних системах VAX использовался разъём DC-3, в NCR применялся 36-контактный плоский разъём, Texas Instruments использовала 25-контактный краевой разъём, а в Data General использовался 50-контактный плоский разъём.

Dataproducts представила весьма оригинальную реализацию параллельного интерфейса для своих принтеров. Она использовала разъём DC-37 со стороны хоста и 50-контактный разъём со стороны принтера: либо DD-50 (иногда его неправильно называют «DB50»), либо разъём М-50 в форме блока (его также называют винчестерным разъёмом).

Параллельное соединение Dataproducts было доступно в двух вариантах: либо для коротких соединений (до 15 м), либо для длинных соединений (от 15 до 150 м). Интерфейс Dataproducts встечался во многих системах мэйнфреймов вплоть до 1990-х годов, многие производители принтеров предлагали его в качестве опции.

IBM выпустила свой персональный компьютер в 1981 году и включила в него свой вариант интерфейса Centronics: только принтеры с логотипом IBM (ребрендинг от Epson) могли подключаться к IBM PC.[4] IBM стандартизировала параллельный кабель с разъёмом DB25F на стороне ПК и разъём Centronics на стороне принтера. Производители вскоре реализовали принтеры, совместимые как со стандартным соединением Centronics, так и с соединением IBM.

В 1987 году IBM реализовала первую версию двунаправленного интерфейса. HP в 1992 году на принтере LaserJet 4 представила свою версию двунаправленного интерфейса, известную как Bitronics. Интерфейсы Bitronics и Centronics были заменены на стандартный интерфейс IEEE 1284 в 1994 году.

1.2 Последовательный интерфейс

Последовательный интерфейс, в отличие от дифференциальных интерфейсов, относится к способу передачи данных по стартовым и стоповым мыркером. По сути, впервые такая передача была реализована в аппарате Александра Белла в начале XX века. Фактически начало внедрения семейства последовательных интерфейсов положено в 1962 году, хотя только в 1969 году был рекомендован стандарт для связи двух устройств RS232-C, две первых буквы которого и есть аббревиатура фразы Recommended Standard, а последнюю литеру следует понимать как обозначение текущей версии документа (Current). В связи с тем, что рекомендателем выступила Ассоциацией электронной промышленности США (Electronic Industries Association), в технической литературе встречается и другое название -- EIA232.

В 1988 году Международный союз электросвязи (International Telecommunication Union -- ITU-T) издал рекомендации под названием V.24 и V.28, которые легли в основу дальнейшей стандартизации. Модификация интерфейса RS-232 с литерой D была принята в 1987 г. В ней определены некоторые дополнительные линии тестирования, а также в качестве наиболее предпочтительного соединителя для рассматриваемого интерфейса рекомендован разъем типа DB-25. Самой последней модификацией является версия "Е", принятая в июле 1991 года, как стандарт EIA/TIA-232E. В данном варианте нет никаких технических изменений, которые могли бы привести к проблемам совместимости с предыдущими вариантами этого стандарта.

Рекомендация V.24 содержит набор сигналов и описание линий для обмена между двумя коммуникационными устройствами, одно из которых является аппаратурой канальной передачи данных (в английском варианте Data Communication Equipment, DCE; в русском -- АПД или АКД), второе устройство --Data Terminal Equipment (DTE) -- оконечное оборудование данных или сокращенно ООД. DCE отвечает за установку, поддержание и разрыв соединения в коммуникационных каналах, а преобразование данных для передачи выполняет DTE.

Различие в документации RS232 и V.24 касаются только обозначения сигнальных линий, которым в обеих стандартах назначаются совершенно одинаковые функции. Стандарт V.24, как часть многоцелевого подхода, определяет большее количество линий чем RS232, потому что используется и в других интерфейсах. По этой причине в некоторых источниках RS232 рассматривается как подмножество V.24.

Рекомендация V.24 не определяет электрические характеристики или другие физические аспекты реализации, такие как тип разъема, расположение контактов, длина кабеля и скорость обмена. Технические вопросы реализации интерфейса подробно изложены в стандарте V.28.

2. Передача данных последовательного и параллельного интерфейса

2.1 Параллельные интерфейсы

Параллельные интерфейсы характеризуются тем, что в них для передачи бит в слове используются отдельные сигнальные линии, и биты передаются одновременно. Параллельные интерфейсы используют логические уровни ТТЛ (транзисторно-транзисторной логики), что ограничивает длину кабеля из-за невысокой помехозащищенности ТТЛ-интерфейса. Гальваническая развязка отсутствует. Параллельные интерфейсы используют для подключения принтеров. Передача данных может быть как однонаправленной (Centronics), так и двунаправленной (Bitronics). Иногда параллельный интерфейс используют для связи между двумя компьютерами - получается сеть, "сделанная на коленке" (LapLink). Ниже будут рассмотрены протоколы интерфейсов Centronics, стандарт IEEE 1284, а также реализующие их порты PC.1

2.2 Расширения параллельного порта

Недостатки стандартного порта частично устраняли новые типы портов, появившиеся в компьютерах PS/2.

Двунаправленный порт 1 (Type 1 parallel port) -интерфейс, введенный в PS/2. Такой порт кроме стандартного режима может работать в режиме ввода или двунаправленном режиме. Протокол обмена формируется программно, а для указания направления передачи в регистр управления порта введен специальный бит CR.5:0 - буфер данных работает на вывод, 1 - на ввод. Не путайте этот порт, называемый также enhanced bidirectional, с ЕРР. Данный тип порта прижился и в обычных компьютерах.

Порт с прямым доступом к памяти (Type 3 DMA parallelport) применялся в PS/2 моделей 57, 90, 95. Был введен для повышения пропускной способности и разгрузки процессора при выводе на принтер. Программе, работающей с портом, требовалось только задать в памяти блок данных, подлежащих выводу, а затем вывод по протоколу Centronics производился без участия процессора.

Позже появились другие адаптеры LPT-портов, реализующие протокол обмена Centronics аппаратно - Fast Centronics. Некоторые из них использовали FIFO-буфер данных - Parallel Port FIFO Mode. He будучи стандартизованными, такие порты разных производителей требовали использования собственных специальных драйверов. Программы, использующие прямое управление регистрами стандартных портов, не умели более эффективно их использовать. Такие порты часто входили в состав мультикарт VLB. Существуют их варианты с шиной ISA, в том числе встроенные.

2.3 Стандарт IEEE 1284

Стандарт на параллельный интерфейс IEEE 1284, принятый в 1994 году, определяет порты SPP, ЕРР и ЕСР. Стандарт определяет 5 режимов обмена данными, метод согласования режима, физический и электрический интерфейсы. Согласно IEEE 1284, возможны следующие режимы обмена данными через параллельный порт:

· Режим совместимости (Compatibility Mode) - однонаправленный (вывод) по протоколу Centronics. Этот режим соответствует стандартному порту SPP.

· Полубайтный режим (Nibble Mode) - ввод байта в два цикла (по 4 бита), используя для приема линии состояния. Этот режим обмена может использоваться на любых адаптерах.

· Байтный режим (Byte Mode) - ввод байта целиком, используя для приема линии данных. Этот режим работает только на портах, допускающих чтение выходных данных (Bi-Directional или PS/2 Type 1).

· Режим ЕРР (Enhanced Parallel Port) (EPP Mode) - двунаправленный обмен данными. Управляющие сигналы интерфейса генерируются аппаратно во время цикла обращения к порту. Эффективен при работе с устройствами внешней памяти и адаптерами локальных сетей.

· Режим ЕСР (Extended Capability Port) (ECP Mode) - двунаправленный обмен данными с возможностью аппаратного сжатия данных по методу RLE (Run Length Encoding) и использования FIFO-буферов и DMA. Управляющие сигналы интерфейса генерируются аппаратно. Эффективен для принтеров и сканеров.

В компьютерах с LPT-портом на системной плате режим - SPP, ЕРР, ЕСР или их комбинация - задается в BIOS Setup. Режим совместимости полностью соответствует стандартному порту SPP. Остальные режимы подробно рассмотрены ниже.

2.4 Использование параллельных интерфейсов

Параллельные интерфейсы применяются в компьютерах разных семейств и классов, здесь мы ограничимся рассмотрением IBM PC-совместимых компьютеров.

Распространенным применением LPT-порта является подключение принтера и плоттера. На аппаратных аспектах - режиме порта и кабеле подключения. Практически все принтеры могут работать с портом в режиме SPP, но применение расширенных режимов дает свои преимущества:

· Двунаправленный режим (Bi-Di) не повышает производительность, но служит для сообщения о состоянии и параметрах принтера.

· Скоростные режимы (Fast Centronics) повышают производительность принтера, но могут потребовать качественного кабеля (см. далее). От принтера не требуется каких-либо дополнительных "интеллектуальных" способностей.

· Режим ЕСР - потенциально самый эффективный, имеет системную поддержку во всех версиях Windows. На некоторых принтерах реализован не полностью (может отсутствовать аппаратная компрессия). ЕСР поддерживают принтеры HP DeskJet моделей бхх, LaserJet 4 и далее, современные модели фирмы Lexmark. Требует применения кабеля, по частотным свойствам соответствующего IEEE 1284.

· Если при установке драйвера РпР-принтера появилось сообщение о необходимости применения "двунаправленного кабеля", проверьте наличие связи контакта 17 разъема DB-25 с контактом 36 разъема Centronics. Хотя эта связь изначально предусматривалась, в ряде кабелей она отсутствует.

· Если принтер искажает информацию при печати, возможен обрыв (или замыкание) линий данных. В этом случае удобно воспользоваться файлом, содержащим последовательность кодов всех печатных символов. Вот пример программы на языке Basic:

2.5 Последовательные интерфейсы

Последовательный интерфейс для передачи данных в одну сторону использует одну сигнальную линию, по которой информационные биты передаются друг за другом последовательно. Такой способ передачи определяет название интерфейса и порта, его реализующего (Serial Interface и Serial Port). Последовательная передача данных может осуществляться в синхронном и асинхронном режимах.

При асинхронной передачи каждому байту предшествует старт-бит, сигнализирующий приемнику о начале очередной посылки, за которой следуют, биты данных или бит паритета (контроля четности). Завершает посылку стоп-бит. Старт-бит (имеющий значение лог. "0") следующего посланного байта может посылаться в любой момент после окончания стоп-бита. Старт-бит обеспечивает механизм синхронизации приемника по сигналу от передатчика. Внутренний генератор синхронизации приемника использует счетчик-делитель опорной частоты, обнуляемый в момент приема начала старт-бита. Этот счетчик генерирует внутренние стробы, по которым приемник фиксирует последующие принимаемые биты.

Формат асинхронной посылки позволяют выявить возможные ошибки передачи.

Для асинхронного режима принят ряд стандартных скоростей обмена: 50,75,110,150,300,600,1200,2400,4800, 19200,38400,57600,115200 бит/сек. Количество бит данных может составлять 5,6,7,8 бит. Количество стоп битов может быть 1,1.5,2 бита. Асинхронный в РС реализуется с помощью Сом-Порта с использованием протокола RS-232C.

Синхронный режим передачи предполагает постоянную активность канала связи. Посылка начинается с синхробайта, за которым плотно следует поток информационных бит. Если у передатчика нет данных для передачи, он заполняет паузу непрерывной посылкой байтов синхронизации. При передаче больших массивов данных накладные расходы на синхронизацию в данном режиме необходима будет ниже, чем в асинхронном. Однако в синхронном режиме необходима внешняя синхронизация приемника с передатчиком, поскольку даже малое отклонение частот приведет к быстро накапливающейся ошибке и искажению принимаемых данных. Внешняя синхронизация возможна либо с помощью отдельной линии передачи для передачи сигнала синхронизации, либо с использованием самосинхронизирующего кодирования данных, при котором на приемной стороне из принятого сигнала могут быть и импульсы синхронизации. В любом случае синхронный режим требует либо дорогих линий связи, либо дорогого оконеченного оборудования. Для РС существуют специальные платы - адаптеры SDLC, поддерживающие синхронный режим обмена. Они используются в основном для связи с большими машинами IBM и в настоящее время мало распространены. Из синхронных адаптеров в настоящее время чаще всего применяются адаптеры интерфейса V.35.

Последовательный интерфейс на физическом уровне может иметь различные реализации, различающиеся способом передачи электрических сигналов. Существует ряд родственных международных стандартов: RS-232C,RS-432A,RS-422A,RS485.

Несимметричные линии интерфейсов RS-232C,RS-432A имеют самую низкую защищенность от синфазной помехи. Лучшие параметры имеет двухточечный интерфейс

RS-422A и его магистральный (шинный) родственник RS-485, работающие на симметричных линиях связи. В них для каждого сигнала используются дифференциальные сигналы с отдельной (витий) парой приводов.

Наибольшее распространение в РС получил простейший из этих - стандарт RS-232C. В промышленной автоматике широко применяется RS - 422А, а также RS-485, встречающийся и в некоторых принтерах. Существуют относительно несложные преобразователи сигналов для согласования всех этих интерфейсов.

2.6 Интерфейс RS-232C

Интерфейс RS-232C предназначен для подключения аппаратуры, передающей или принимающей данные (АПД-аппаратура передачи данных), к оконечной аппаратуре каналов данных (АКД). В роли АПД может выступать компьютер, принтер, плоттер и другие ПУ. Этой аппаратуре соответствует аббревиатура DTE-Data Terminal Equipment. В роли АКД обычно выступает модем - DCE (Data Communication Equipment). Конечной целью подключения является соединение двух устройств DTE, полная схема соединения приведена на рис.2. Интерфейс позволяет исключать канал удаленной связи вместе с парой устройств DTE, соединив устройства непосредственно с помощью нуль-модемного кабеля (рис.3).

Стандарт описывает управляющие сигналы интерфейса, пересылку данных, электрический интерфейс и типы разъемов. Стандарт описывает синхронный и асинхронный режимы обмена, но СОМ-порты поддерживают только асинхронный режим. Функционально RS-232C эквивалентен стандарту МККТТ V.24/V.28 и стыку С2, но они имеют различные названия одних и тех же используемых сигналов.

2.7 Электрический интерфейс

Стандарт RS-232C использует несимметричные передатчики и приемники - сигнал передается относительно общего провода - схемной земли симметричные дифференциальные сигналы используются в других интерфейсах - например,RS-422). Интерфейс НЕ ОБЕСПЕЧИВАЕТ ГАЛЬВАНИЧЕСКОЙ РАЗВЯЗКИ устройств. Логической единице соответствует уровень напряжения на входе приемника в диапазоне - 12... - 3 В. Для линий управляющих сигналов это состояние называется ON ("включено"), для линий последовательных данных называется MARK. Логическому нулю соответствует напряжение в диапазоне +3... +12 В. Для линий управляющих сигналов это состояние называется OFF ("выключено"), для линий последовательных данных называется SPACE. Между уровнями - 3... +3 В имеется зона нечувствительности, обусловливающая гистерезис приемника: состояние линии будет считаться измененным только после пересечения соответствующего порога. Уровни сигналов на выходах передатчиков должны быть в диапазонах - 12... - 5 В и +5... +12 В для представления единицы и нуля соответственно. Разность потенциалов между схемными землями (SG) соединяемых устройств должна быть менее 2 В, при более высокой разности потенциалов возможно неверное восприятие сигналов.

Интерфейс предполагает наличие ЗАЩИТНОГО ЗАЗЕМЛЕНИЯ для соединяемых устройств, если они оба питаются от сети переменного тока и имеют сетевые фильтры.

Подключение и отключение интерфейсных кабелей устройств с автономным питанием (не питающихся от интерфейса, таких как, например, мышь) должно производиться при отключении питания. В противном случае разность не выровненных потенциалов устройств в момент коммутации (присоединения или отсоединения разъема) может оказаться приложенной к выходным или входным (что опаснее) цепям интерфейса и вывести из строя микросхемы.

Стандарт RS-232C регламентирует типы применяемых разъемов, что обеспечивает высокий уровень совместимости аппаратуры различных производителей.

На аппаратуре DTE (в том числе, и на СОМ-портах PC) принято устанавливать вилки, (male - "папа") DB25-P или более компактный вариант - -DB9-P.

Девятиштырьковые разъемы не имеют контактов для дополнительных сигналов, необходимых для синхронного режима (в большинстве 25тырьковых разъемов эти контакты не используются).

На аппаратуре DCE (модемах) устанавливают розетки (female - "мама") DB25-S или DB-9S.

Это правило предполагает, что разъемы DCE могут подключаться к разъемам DTE непосредственно (если позволяет геометрия конструктива) или через переходные "прямые" кабели с розеткой и вилкой, у которых контакты соединены "один в один". Переходные кабели могут являться и переходниками с 9 на 25-штырьковые разъемы.

Если аппаратура DTE соединяется без модемов, то разъемы устройств (вилки) соединяются между собой нуль-модемным кабелем (Zero-modem или Z-modem), имеющим на обоих концах розетки, контакты которых соединяются перекрестно.

Если на каком-либо устройстве DTE (принтер, плоттер, дигитайзер) установлена розетка - это почти стопроцентный признак того, что к другому устройству (компьютеру) оно должно подключаться прямым кабелем, аналогичным кабелю подключения модема. Розетка устанавливается обычно на тех устройствах, у которых удаленное подключение через модем не предусмотрено (или бессмысленно, как, например, у дигитайзера).

В табл.1 приведено назначение контактов разъемов СОМ-портов (и любой другой аппаратуры DTE). Назначение контактов разъема DB25S определено стандартом EIA/TIA-232-Е, разъем DB9S определен стандартом EIA/ TIA-574.

У модемов (DCE) название цепей и назначение контактов, естественно, совпадает, но роли сигналов (вход-выход) меняются на противоположные.

Подмножество сигналов RS-232C, относящихся к асинхронному режиму, рассмотрим с точки зрения СОМ-порта PC, являющегося по терминологии RS-232C терминалом данных (DTE). Следует помнить, что активному состоянию сигнала ("включено") и логической единице передаваемых данных соответствует отрицательный потенциал (ниже - 3 В) сигнала интерфейса, а состоянию "выключено" и логическому нулю - положительный (выше +3 В).

2.8 Ресурсы СОМ-портов

Начиная с первых моделей в PC имелся последовательный интерфейс - СОМ-порт (Communications Port - коммуникационный порт). Этот порт обеспечивает асинхронный обмен по стандарту RS-232C. Компьютер может иметь до четырех последовательных портов СОМ 1-COM4 (для машин класса AT типично наличие двух портов). СОМ-порты имеют внешние разъемы-вилки (Male "папа") DB25P или DB9P, выведенные на заднюю панель компьютера (назначение выводов приведено в табл.1)

СОМ-порты реализуются на микросхемах UART, совместимых с семейством 18250. Они занимают в пространстве ввода/вывода по 8 смежных 8-битных регистров и могут располагаться по стандартным базовым адресам 3F8h (COM1), 2F8h (COM2), 3E8h (COM3), 2E8h (COM4). Для портов COM3 и COM4 возможны альтернативные адреса 3EOh, 338h и 2EOh, 238h соответственно. Для PS/2 стандартными для портов СОМЗ-СОМ8 являются адреса 3220h, 3228h,4220h, 4228h, 5220h и 5228h соответственно.

2.9 Использование СОМ-портов

Вопреки названию, СОМ-порты чаще всего используют для подключения манипуляторов (мышь, трекбол). В этом случае порт используется в режиме последовательного ввода, обеспечивая питание устройства от интерфейса. Мышь может подключаться к любому исправному порту, для согласования разъемов порта и мыши возможно применение переходника DB9S-DB25P или, наоборот,DB25S-DB9P. Для работы с мышью обязательно требуется использование линии прерывания, причем для порта СОМ1 - IRQ4, а для COM2 - IRQ3.

Следующим по популярности идет подключение внешних модемов для связи с удаленными компьютерами или выхода в глобальные сети. Модемы должны подключаться полным (9-проводным) кабелем DTE-DCE. Этот же кабель может использоваться и для согласования разъемов (по количеству контактов), возможно и применение переходников 9-25, предназначенных для мышей. Для работы коммуникационного ПО обычно требуется использование прерываний, но здесь, как правило, больше свободы выбора сочетаний номера (адреса) порта и номера линии прерывания. Если предполагается работа на скоростях 9600 бит/с и выше, то СОМ-порт должен быть реализован на микросхеме UART 16550A или совместимой с ней. Возможности работы с использованием FIFO-буферов и обмена по каналам DMA зависят от коммуникационного ПО.

Для связи двух компьютеров, удаленных друг от друга на небольшое расстояние, используют и непосредственное соединение их СОМ-портов нуль-модемным кабелем. Использование программ типа Norton Commander или Interink MS-DOS позволяет обмениваться файлами со скоростью передачи до 115,2 Кбит/с без использования аппаратных прерываний. Это же соединение может использоваться и сетевым пакетом Lantastic, предоставляющим более развитый сервис.

Подключение принтеров и плоттеров к СОМ-порту требует применения кабеля, соответствующего выбранному протоколу управления потоком: программному XON/XOFF или аппаратному RTS/CTS. Аппаратный протокол предпочтительнее, поскольку он не требует программной поддержки со стороны PC. Прерывания при выводе средствами DOS (командами COPY или PRINT) не используются программной поддержки, могут подключаться к PC. Кроме использования по прямому назначению, СОМ-порт может использоваться и как двунаправленный интерфейс, у которого имеется 3 программно-управляемых выходных линии и 4 программно-читаемых входных линии с двуполярными сигналами.

3. Назначение интерфейса

3.1 Параллельный интерфейс

Параллельный интерфейс изначально использовался для подключения принтеров

На рис.1.1 изображен LPT-разъем на принтере Lexmark E321 - довольно современная модель (принтер куплен в прошлом году). Под ним - USB-разъем с подключенным USB-кабелем. Это говорит о том, что в данный момент принтер подключен к компьютеру через USB.

Рис. 1.1 LPT-разъем на принтере

Параллельный порт. Обычно он окрашен для подключения устройств к параллельному порту компьютера в розовый цвет. Как различить последовательный и параллельный порты, одинаковые по размерам? Разъем параллельного порта имеет тип «мама», а последовательного порта - «папа». Другими словами, даже если вы перепутаете цвета (последовательный порт обычно окрашивается в синий цвет), вы не сможете подключиться к последовательному порту с помощью LPT-кабеля.



Рис. 1.2 Параллельный и последовательный порты

3.2 Последовательный интерфейс

Последовательный интерфейс IEEE-1394 В 1995 году был разработан новый последовательный стандарт передачи данных - IEEE-1394 (или просто 1394). IEEE - это сокращенное название института, разработавшего стандарт, - Institute of Electrical and Electronic Engineers, а 1394 - порядковый номер нового стандарта. Основное преимущество данного стандарта - высокая скорость передачи данных. Сейчас она составляет 800 Мбит/с.

В 2000 году была принята версия стандарта 1394a, а в 2003-м - 1394b (на данный момент это самая современная версия стандарта). Основное отличие нового стандарта - это повышенная скорость передачи данных - 800 Мбит/с, а не 400 Мбит/с, как у 1394a. В дальнейшем планируется скорость передачи в 3200 Мбит/с. Новая версия (1394b) обратно совместима с 1394a, то есть вы можете подключить 1394a-устройства к порту 1394b.

Последовательная шина 1394a способна передавать данные со скоростью 100, 200 и 400 Мбит/с; 400 Мбит/с - это 50 Мбайт/с. То есть фильм (типичный размер 700 Мб) скопируется по этой шине всего за 14 секунд, что достаточно быстро даже для сегодняшнего дня, не говоря уже о начале 2000 года, когда был принят этот стандарт.

К одному порту IEEE-1394a можно последовательно подключить до 63 устройств. Понятно, что с подключением каждого нового устройства снижается скорость передачи, но на практике никто не подключает к одному порту 63 устройства. Правда, шина IEEE позволяет работать в разветвленном режиме, то есть каждое из этих 63 устройств может быть IEEE-концентратором. А к каждому концентратору можно подключить до 16 IEEE-устройств. Вам и этого мало? Тогда можно установить 1023 шинные перемычки, что позволяет подключить к шине IEEE до 64 000 (!) устройств. Честно говоря, я даже не могу представить себе такое количество устройств.

На рис. 1.3 изображены более распространенный 6-контактный IEEE-порт и кабель, использующийся для подключения к этому порту. А на рис. 1.4 изображены 4-контактный IEEE-порт и соответствующий кабель.

Рис. 1.3. 6-контактный IEEE-порт Рис. 3.5. 4-контактный IEEE-порт

Четырехконтактный IEEE-порт обычно используется для подключения цифровых видеокамер.

Рис. 1.5 IEEE-контроллер

Стандарт 1394b предусматривает скорость передачи данных 800 Мбит/с (100 Мб/с) по медному или по волоконно-оптическому кабелю. В недалеком будущем планируется передача данных со скоростью 3200 Мбит/с, но пока нет устройств, поддерживающих такую скорость.

Вместо 6-контактного разъема используется 9-контактный (рис. 1.6), однако к 1394b можно подключить все устройства типа 1394a с помощью специального кабеля. Как и в случае с 1394a, если ваша системная плата не имеет интегрированного IEEE-контроллера, его можно купить в виде PCI-платы расширения

Типичные подключаемые устройства: цифровые видеокамеры, цифровые видеокамеры высокого разрешения, HDTV, высокоскоростные устройства, сканеры высокого разрешения, электронные музыкальные инструменты, клавиатуры, мыши, джойстики, модемы, цифровые видеокамеры низкого разрешения, низкоскоростные устройства, принтеры, сканеры низкого разрешения, все устройства USB 1.1.

После появления USB 2.0 скорости передачи данных IEEE-1394 и USB практически одинаковы (скорость передачи данных IEEE-1394 и USB 1.1 отличаются в 16 раз). Поэтому обсуждать преимущества или недостатки сравниваемых технологий по этому параметру нецелесообразно. Для подключения периферии USB необходимо узловое устройство (чаще всего это компьютер), в то время как устройства IEEE-1394 можно подключать напрямую. Именно поэтому технология IEEE-1394 получила наибольшее распространение в цифровых видеоустройствах.

4. Сравнение интерфейсов производителей

Современные технологии устройств и контроллеров IDE обеспечивают им возможность успешной конкуренции со стандартом SCSI. IDE обеспечивает хорошую совместимость и простоту использования наряду с невысокой ценой. Кроме того, современные варианты IDE обеспечивают не менее высокую скорость, чем SCSI (проигрывая только Fast/Wide SCSI). Существенна также возможность подключения недисковых устройств к современным контроллерам ATA/IDE.

В таблице 1.1 приведены сравнение данных интерфейсов IDE и Enhanced IDE:

Стандартный ATA	Enhanced IDE
Поддерживает только два диска	Поддерживает четыре диска при двухканальном контроллере и допускает дальнейшее расширение
Может использоваться только для подключения винчестеров.	Обеспечивает возможность подключения устройств ATAPI (CD-ROM и стриммеры)
Емкость диска не может превышать 528Мб в результате совместного использования BIOS Int 13 и спецификации IDE.	Адресация LBA (Linear Block address) позволяет использовать диски размером до 8.4Гб
Скорость обмена не может превышать 2-3 Мб/сек.	В режиме 3 PIO и режиме 1 DMA скорость обмена может достигать 13.3Мб/сек.

4.1 Сравнение Fast ATA и EIDE

Режимы быстрого обмена данными (PIO 1-4 и DMA 0-2) являются краеугольным камнем технологий Fast ATA и EIDE.

EIDE поддерживает режимы ускоренного обмена наряду с:

режимом LBA;

возможностью использования четырех устройств ATA (второй порт);

трансляцией, позволяющей использовать диски с числом цилиндров, превышающим 1024 (WD EBIOS);

поддержкой приводов CD-ROM и стриммеров через контроллер ATA (ATAPI).

Fast ATA и Fast ATA-2 также поддерживают быстрый обмен вместе с:

командами множественного чтения/записи;

режимом LBA.

Различие между этими двумя схемами заключается главным образом в возможностях EIDE. Эта спецификация включает множество аспектов технологии дисков и драйверов, которые еще не полностью реализованы "в железе". Многие устройства могут называть "Enhanced", даже если они не поддерживают всех возможностей EIDE. Это может привести к затруднениям при покупке.

Fast ATA использует только PIO mode 3 (11MB/s) и DMA mode 1 (13MB/s). Обе спецификации полностью совместимы со стандартом ATA-2, и Fast ATA-2 следует понимать как [Fast ATA]-2, а не Fast [ATA-2].

В таблице 1.2 приведены сравнение USB с другими интерфейсами

Интерфейс	Число устройств / Число проводов / Длина провода (м)	Скорость	Использование
Последовательные
USB 1.0	127/4/5	12 Мбит/с	Любые устройства с USB 1.х(USB-пopт)
USB 2.0	127/4/5	480 Мбит/с	Любые устройства с USB 1.х/2.0 (USB-пopт)
USB 3.0	127/9/3	5 Гбит/с	Любые устройства с USB 1.х/2.0/3.0 (USB-пopт)
RS-232	1/6/50-100	115,2 Кбит/с	Фискальные регистраторы, сканера штрих-кода, ключи защиты (СОМ-порт)
RS-485	32/2/4000	10 Мбит/с	Промышленные устройства (СОМ-порт через преобразователь)
FireWire (IEEE-1394)	64/3/15	400 Мбит/с	Видеоданные, дисковые массивы (FireWire-пopт)
Ethernet	10 Мбит/с 100 Мбит/с 1 Гбит/с	400 Мбит/с	Сетевые соединения ПК (сетевая карта)
Токовая петля
МIDI	1/3/50	31,5 Кбит/с	Музыкальные устройства
Параллельные
LPT (IEEE-1284)	1/9/1-10	От 800 Кбит/с до 4,5 Мбит/с	Принтеры, сканеры, дисковые устройства

Конечно, основной целью интерфейса USB 3.0 является повышение доступной пропускной способности, однако новый стандарт эффективно оптимизирует энергопотребление. Интерфейс USB 2.0 постоянно опрашивает доступность устройств, на что расходуется энергия. Напротив, у USB 3.0 есть четыре состояния подключения, названные U0-U3. Состояние подключения U0 соответствует активной передаче данных, а U3 погружает устройство в "сон".

Если подключение бездействует, то в состоянии U1 будут отключены возможности приёма и передачи данных. Состояние U2 идёт ещё на шаг дальше, отключая внутренние тактовые импульсы. Соответственно, подключённые устройства могут переходить в состояние U1 сразу же после завершения передачи данных, что, как предполагается, даст ощутимые преимущества по энергопотреблению, если сравнивать с USB 2.0 .

Кроме разных состояний энергопотребления стандарт USB 3.0 отличается от USB 2.0 и более высоким поддерживаемым током. Если USB 2.0 предусматривал порог тока 500 мА, то в случае нового стандарта ограничение было сдвинуто до планки 900 мА. Ток при инициации соединения был увеличен с уровня 100 мА у USB 2.0 до 150 мА у USB 3.0. Оба параметра весьма важны для портативных жёстких дисков, которые обычно требуют чуть большие токи. Раньше проблему удавалось решить с помощью дополнительной вилки USB, получая питание от двух портов, но используя только один для передачи данных, пусть даже это нарушало спецификации USB 2.0.

Таким образом, подводя некоторый итог вышесказанному, следует отметить, что Вывыбор подходящего интерфейса -- USB или 1394 FireWire, -- зависит исключительно от задачи. Я бы посоветовал использовать FireWire интерфейс если:

есть необходимость обработки аудио-сигнала в режиме реального времени (например, на живом выступлении);

требуется записывать/выводить сигнал одновременно более, чем с 18 аудио-каналов.

В остальных случаях можно смело приобретать USB-Audio серию звуковых карт, так как для их работы не требуется оснащать компьютер/ноутбук IEEE 1394 интерфейсом и по причине того, что USB карты очень просты в использовании, их можно использовать на любом современном компьютере.

Заключение

Для параллельных интерфейсов с середины 90-х годов стали применять двойную синхронизацию DDR (Dual Data Rate). Ее идея заключается в выравнивании частот переключения информационных сигнальных линий и линий стробирования (синхронизации). Волна этих модернизаций началась с интерфейса ATA (режимы UltraDMA) и уже и по SCSI (Ultra160 и выше), и по памяти (DDR SDRAM). Кроме того, на высоких частотах применяется синхронизация от источника данных (Source Synchronous transfer): сигнал синхронизации, по которому определяются моменты переключения или действительности (валидности) данных, вырабатывается самим источником данных. Это позволяет точнее совмещать по времени данные и синхронизующие импульсы, поскольку они распространяются по интерфейсу параллельно в одном направлении. Альтернатива -- синхронизация от общего источника (common clock) -- не выдерживает высоких частот переключения, поскольку здесь в разных (пространственных) точках временные соотношения между сигналами данных и сигналами синхронизации будут различными.

Повышение частоты переключений интерфейсных сигналов, как правило, сопровождается понижением уровней сигналов, формируемых интерфейсными схемами. Эта тенденция объясняется энергетическими соображениями: повышение частоты означает уменьшение времени, отводимого на переключения сигналов. Чем выше амплитуда сигнала, тем выше должна быть скорость нарастания сигнала и, следовательно, выходной ток передатчика. Повышение выходного тока (импульсного!) нежелательно по разным причинам: большие перекрестные помехи в параллельном интерфейсе, необходимость применения мощных выходных формирователей, повышенное тепловыделение. Тенденцию снижения напряжения можно проследить на примере порта AGP (3,3/1,5/0,8 В), шин PCI/PCI-X (5/3,3/1,5 В), SCSI, шин памяти и процессоров.

В последовательном интерфейсе явления перекоса отсутствуют, так что повышать тактовую частоту можно вплоть до предела возможностей передачи цепей.

Размещено на Allbest.ur

...