Podstawy informatyki

INTERFEJSYINTERFEJSYKOMPUTERAKOMPUTERA

Interfejs – definicja

W informatyce i elektronice urządzenie pozwalające na połączenie ze sobą dwóch

innych urządzeń, które bez niego nie mogą ze sobą współpracować.

Interfejs – specyfikacja

Specyfikacja interfejsu określa:● sposób wymiany informacji● standardy elektryczne sygnałów● standardy mechaniczne (np. wtyczki i

gniazda)● media transmisyjne

Klasyfikacja

● Ze względu na sposób przesyłania bitów:– szeregowe– równoległe

● Ze względu na sposób przesyłania w czasie:– synchroniczne– asynchroniczne

Rodzaje urządzeń

● Urządzenia wejściowe: służą do wprowadzania informacji do komputera

● Urządzenia wyjściowe: służą do prezentacji danych wyprowadzanych z komputera w sposób czytelny dla użytkownika

Interfejsy szeregowe

● RS-232C● IrDA (Infrared Data Association)● Bluetooth● PS/2 (Personal System)● I2C (Inter-Integrated Circuit)● USB (Universal Serial Bus)● IEEE 1394 (FireWire, i.Link)● IEEE 1149.1 (JTAG)● SATA (Serial ATA)

Interfejsy równoległe

● IEEE 1284 (Centronics)● ATA/ATAPI (Advanced Technology Attachment Packet

Interface)● ISA, EISA (Industry Standard Architecture, Extended ISA)● PCI, PCI-X, PCI-Express (Peripherial Component Interconnect)● AGP (Accelerated Graphics Port)● PCMCIA (Personal Computer Memory Card International

Association)

Interfejsy video

● VGA (D-Sub)● S-VHS● DVI● HDMI

RS-232C

Interfejs zaprojektowany do połączenia urządzeń DTE (Data Terminal Equipment) tj. urządzeń końcowych danych (np. komputer) oraz urządzeń DCE (Data Communication

Equipment), czyli urządzeń komunikacji danych (np. modem)

RS-232C - specyfikacja

● Szeregowy, asynchroniczny, full-duplex● Kodowanie: napięciem, „1” – od -3 do -15V, „0” – od 3 do 15V● Prędkość transmisji: max. 115200 bps● Złącza: DB-9 oraz DB-25● Kontrola poprawności transmisji: bit parzystości● Dwie linie danych (do transmisji w obu kierunkach

jednocześnie)● Dodatkowe sygnały sterujące transmisją (DCD, DTR, DSR,

RTS, CTS, RI)

RS-232C

Wtyk DB-9 żeński

Modyfikacje RS-232

● Pętla prądowa 20mA● RS-422● RS-423● RS-449● RS-485

IrDA

Grupa skupiająca kilkudziesięciu producentów sprzętu komputerowego. Celem powstania było stworzenie i kontrolowanie międzynarodowych standardów transmisji danych w zakresie podczerwieni.

Grupa ta opracowała firmowy system bezprzewodowej transmisji danych cyfrowych z wykorzystaniem promieniowania podczerwonego. Jego elementy przeznaczone są przede wszystkim do tworzenia sieci tymczasowych, w których znajdują się komputery przenośne (laptopy, palmtopy).

IrDA – charakterystyka

● prosta i tania implementacja,● mały pobór mocy,● bezpośrednie połączenia typu punkt-punkt,● wydajny i pewny transfer danych● medium transmisyjne – podczerwień

IrDA – usługi

● transfer plików między komputerami,● drukowanie,● dostęp do zasobów sieci przewodowej,● transmisja danych i mowy między

komputerem a telefonem komórkowym,● sterowanie urządzeniami

telekomunikacyjnymi.

Bluetooth

● Darmowy standard opisany w specyfikacji IEEE 802.15.1.

● Jest to technologia bezprzewodowej komunikacji krótkiego zasięgu pomiędzy różnymi urządzeniami elektronicznymi.

● Używa fal radiowych w paśmie ISM 2,4 GHz.

Bluetooth – parametry

● Zasięg:– klasa 1 (100 mW) – do 100 m,– klasa 2 (2,5 mW) – do 10 m

(najpowszechniejsza w użyciu),– klasa 3 (1 mW) – do 1 m.

● Transfer:– Bluetooth 1.0, 1.1, 1.2 – 721 kb/s– Bluetooth 2.0 – 2,1 Mb/s, dodatkowo z EDR

(Enhanced Data Rate) do 3,0 Mb/s

PS/2

Złacze PS/2 jest używane do podłączenia klawiatury i myszy do systemu komputerowego typu PS/2.

Złącze myszy typu PS/2 zastąpiło starsze DB-9 i RS-232.

Złącze klawiatury typu PS/2 zastąpiło większe 5-pinowe złącze DIN używane w komputerach AT.

PS/2 – złącze klawiatury

● Zgodne elektrycznie i sygnałowo z wcześniejszym złączem DIN (Deutsches Institut für Normung)

● Sygnały: dane, zegar, +5V, masa● Transmisja szeregowa, dwukierunkowa

PS/2 – złącze myszy

● Zgodne elektrycznie i sygnałowo ze złączem DB-9

● Dodatkowo sygnały zasilające● Niezgodne ze złączem klawiatury – pomyłka

przy podłączaniu może spowodować uszkodzenie układów komputera!

USB

Port komunikacyjny komputerów, zastępujący stare porty szeregowe i porty równoległe.

Opracowany przez firmy Microsoft, Intel, Compaq, IBM i DEC.

USB – charakterystyka

Port USB jest uniwersalny, pozwala na podłączanie do komputera wielu urządzeń, na przykład: kamery wideo,

aparatu fotograficznego, telefonu komórkowego, modemu, skanera lub drukarki.

Urządzenia są automatycznie wykrywane i rozpoznawane przez system, co umożliwia ich

podłączanie i odłączanie bez konieczności wyłączania czy ponownego uruchamiania komputera (hot-plug).

USB – warianty

● USB 1.1 Low Speed – 1.5 Mb/s (0.1875 MB/s) lub Full Speed – 12 Mbit/s (1.5 MB/s)

● USB 2.0 (Hi-Speed) – 480 Mb/s (60 MB/s). Urządzenia w standardzie USB 2.0 są w pełni kompatybilne ze starszymi urządzeniami.

● USB 3.0 (SuperSpeed) – 4.8 Gb/s (600 MB/s).

USB – std. elektryczne

● Szeregowa transmisja danych● Medium transmisyjne – skrętka● Transmisja różnicowa● Kodowanie NRZ-I (jedynka powoduje zmianę

poziomu na przeciwny)● Zasilanie: 5V, 500mA max.● Maksymalna długość kabla: 5m

USB – topologia

● Architektura asymetryczna (urządzenie nadrzędne oraz klienci)

● Topologia rozszerzonej gwiazdy (max. 5 poziomów)● Maksymalnie do 127 urządzeń w sieci● Transmisja poprzez jednokierunkowe potoki (do 16 w

każdą stronę)● Transmisja odbywa się wyłącznie na żądanie

urządzenia nadrzędnego

USB – wtyki

FireWire

Jest to nazwa handlowa standardu IEEE1394 używana przez Apple. Wykorzystywany przede

wszystkim w aplikacjach multimedialnych (w szczególności w kamerach).

FireWire – specyfikacja

● 6 żyłowy kabel połączeniowy z zasilaniem 30V i maksymalnej mocy 60W lub 4 żyłowy bez zasilania

● Transmisja 2 parami przewodów● Prędkość transmisji: 100, 200, 400 oraz 800 Mb/s● Do 63 urządzeń połączonych w drzewiastą strukturę● Możliwość komunikacji urządzeń bez obciążania hosta

IEEE 1284

IEEE 1284 jest portem równoległym wykorzystywanym w głównej mierze do

podłączenia urządzeń peryferyjnych: drukarek, skanerów, ploterów.

Został opracowany w 1994 r. przez konsorcjum Network Printing Alliance jako standard

zapewniający wsteczną kompatybilność z używanym od lat 70. jednokierunkowym portem

Centronics.

IEEE 1284 – specyfikacja

● Magistrala tego interfejsu składa się z: 9 linii danych (dwukierunkowa), 4 linii sterujących i 5 linii statusu.

● Nie zawiera linii zasilających. ● Poziomy sygnałów: TTL. ● Max. odległość do 5 metrów, jeśli przewody sygnałowe są

skręcane z przewodami masy, w przeciwnym przypadku na odległość do 2 metrów.

● Maksymalna prędkość transmisji: ok. 2 MB/s. ● Nie oferuje funkcjonalności hot plug.

IEEE 1284 – tryby pracy

● SPP (Standard Parallel Port)● EPP (Enhanced Parallel Port)● ECP (Extended Capabilities Port)

ATA

Interfejs systemowy w komputerach klasy PC i Amiga przeznaczony do komunikacji z dyskami twardymi

zaproponowany w 1983 przez firmę Compaq.

Używa się także skrótu IDE (zamiennie z ATA – ale błędnie “Intergrated Drive Electronics” ).

Od 2003 roku (kiedy wprowadzono SATA) standard ten jest określany jako PATA (Parallel ATA).

Tryby pracy ATA

● PIO (do 16.6 MB/s)● Ultra DMA/33● Ultra DMA/66● Ultra DMA/100● Ultra DMA/133● UDMA/66, UDMA/100 oraz UDMA/133

wymagają użycia kabla 80 żyłowego, pozostałe – 40 żyłowego

SATA

Następca równoległej magistrali ATA.

Do transmisji przewidziane są cieńsze i bardziej elastyczne kable z mniejszą liczbą styków, co pozwala na stosowanie

mniejszych złączy na płycie głównej w porównaniu do równoległej magistrali ATA.

Interfejs przeznaczony do komunikacji z przepływnością 150 MB/s. SATA-2 pozwala na wykorzystania dwukrotnie

większej przepływności (300 MB/s).

ISA

Standard magistrali oraz łącza dla komputerów osobistych wprowadzony w roku 1984, jako

rozszerzenie architektury IBM PC/XT do postaci szesnastobitowej.

Służy do przyłączania kart rozszerzeń do płyty głównej.

PCI

Magistrala komunikacyjna służąca do przyłączania urządzeń do płyty głównej w

komputerach klasy PC.

PCI - specyfikacja

● Podstawowa częstotliwość taktowania: 33 MHz ● Szerokość magistrali: 32 bity● Obsługuje Plug-and-Play● Gniazdo wspólne (shared slot), które może być

wykorzystane z kartami przystosowanymi do magistral ISA, EISA czy MCA.

● W jednym i tym samym komputerze może być równolegle lub szeregowo połączonych kilka magistral PCI.

PCI - cechy

· szybka komunikacja pomiędzy procesorem a kartami· nie ma znaczenia czy w gnieździe jest karta sterownika dysków (np. SCSI),

sieciowa czy graficzna· każda karta, pasująca do gniazda PCI, funkcjonuje bez jakichkolwiek

problemów, gdyż nie tylko sygnały ale i przeznaczenie poszczególnych styków gniazda są znormalizowane

· występują przesłuchy, ciężko poprowadzić na płycie ścieżki w odpowiedni sposób

· zapotrzebowanie na większą ilość złączy o wysokiej przepustowości pociąga za sobą potrzebę integracji kolejnych kontrolerów magistrali

· dla każdej karty zdefiniowane są rejestry konfiguracyjne (Przy ładowaniu systemu procesor może identyfikować karty (PnP), instalacja i inicjalizacja kart następuje w pełni automatycznie)

· skalowalność: w jednym i tym samym komputerze może być równolegle lub szeregowo połączonych kilka magistral PCI

PCI-X

Szybsza wersja znanego PCI.

Szyna ta oferuje transmisję danych rzędu 4,3 GB/s, czyli 32 razy szybciej niż pierwsze PCI.

Magistrala ta jest wstecznie zgodna z PCI (zarówno stare karty pasują do nowych gniazd,

jak i nowe karty do starych gniazd)

PCI-Express

Magistralą służącą do podłączania urządzeń do płyty głównej.

Zastąpiła magistralę PCI oraz AGP.

PCI-Express – specyfikacja

● Magistralę lokalna typu szeregowego, łącząca dwa punkty (Point-to-Point).

● Sygnał przekazywany jest za pomocą dwóch linii, po jednej w każdym kierunku.

● Częstotliwość taktowania wynosi 2,5 GHz. ● Przepustowość jednej linii wynosi 250 MB/s. ● Możliwe jest kilka wariantów tej magistrali - z 1, 2, 4, 8, 12,

16 lub 32 liniami. Gniazdo 1x ma 18 pinów z każdej strony, gniazdo x4 - 32, gniazdo x8 - 49, zaś gniazdo x16 - 82 piny z każdej strony.

● w szczytowej wersji PCIe 32x możne osiągnąć przepływność jednostronną na poziomie 8GB/s dzięki obecności 32 linii

Złącza

PCI

PCI-XGniazda PCI-Express

AGP

AGP jest to rodzaj zmodyfikowanej magistrali PCI opracowanej przez firmę

Intel.

AGP to 32-bitowa magistrala PCI zoptymalizowana do szybkiego przesyłania

dużych ilości danych pomiędzy pamięcią operacyjną a kartą graficzną.

AGP – specyfikacja

● Szerokość magistrali: 32 bity● Częstotliwość taktowania: 66MHz● Max. ilość urządzeń: 1 urządzenie/slot● Max. przepustowość: 2133 MB/s

AGP – warianty

● AGP 1.0 - napięcie sygnalizujące 3.3V oraz mnożniki 1x oraz 2x

● AGP 2.0 - napięcie sygnalizujące 1.5V oraz mnożniki 1x, 2x oraz 4x

● AGP 3.0 - napięcie sygnalizujące 0.8V oraz mnożniki 4x oraz 8x

PCMCIA

Personal Computer Memory Card International Association

PCMCIA to międzynarodowe stowarzyszenie producentów kart pamięci dla

komputerów osobistych. Celem organizacji jest wprowadzenie i rozwijanie

międzynarodowego standardu kart rozszerzeń dla komputerów przenośnych.

PCMCIA – specyfikacja

● Rozmiar magistrali: 32 bity● Częstotliwość pracy: 33MHz● Poziom napięcia: 3,3V● Wymiary kart: 85,6 × 54 mm

PCMCIA – warianty

● Karta typu I – karta o grubości 3,3 mm pełniąca funkcje karty pamięci SRAM lub Flash.

● Karta typu II – karta o grubości 5,0 mm pełniąca funkcje karty rozszerzeń (modem lub karta sieciowa).

● Karta typu III – karta o grubości 10,5 mm pełniąca funkcje karty rozszerzeń (dysk twardy).

VGA

● Złącze: D-Sub 15● Sygnały R, G, B – analogowe● Sygnały synchronizacji pionowej i poziomej● Dodatkowy sygnał identyfikacji urządzenia

(DDC – Display Data Channel)

S-VHS

● Oddzielne sygnały luminancji i koloru● Lepsza jakość w porównaniu z CVBS● Brak sygnału dźwięku

DVI

● Możliwość przesyłania zarówno sygnałów analogowych, jak i cyfrowych

● Minimalna częstotliwość zegara: 21,76 MHz● Maksymalna częstotliwość zegara w trybie pojedynczego kanału:

osiągana przy częstotliwości 165 MHz (3,7 Gbit/s)● Maksymalna częstotliwość zegara w trybie podwójnego kanału:

ograniczona przez jakość kabla (ponad 7,4 Gbit/s)● Liczba pikseli w jednym cyklu zegarowym: 1 (pojedynczy kanał)

lub 2 (podwójny kanał)● Liczba bitów przypadających na piksel: 24

HDMI

● Sygnałowo zgodny wstecznie z DVI● Dodatkowo przesyłany jest cyfrowy dźwięk● Możliwość zabezpieczenia: HDCP● Wykorzystywany głównie w telewizorach