Внешние интерфейсы компьютера для подключения устройств. Интерфейс — что это такое простыми словами

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…

Слово интерфейс может иметь множество определений, однако основное определение действует в сфере компьютерной техники. Интерфейс здесь означает средство, которое помогает пользователю взаимодействовать с играми, программами или операционным системами. Это средство делает программы узнаваемыми и облегчает работу с ними. Для примера можно взять интерфейс программы Paint. Если человек умеет с ней работать, то ему под силу будет и работа с иными программами, имеющими подобный интерфейс.

Можно объяснить термин другими словами, как совокупность разных средств, с помощью которых человек управляет вычислительной техникой. Основные задачи интерфейса – это ввод и вывод информации. Помимо этого, он помогает управлять программным обеспечением, обмениваться данными и проводить командные операции. Данные операции проводятся с помощью внешних носителей информации.

Как интерфейс можно характеризовать заднюю панель компьютера. Это обусловлено возможностью подключать к нему разные устройства с помощью входов. Панели управления, которые находятся на стиральных машинах или в автомобилях, также являются интерфейсом.

Само слово «интерфейс» позаимствовано в английском языке. Его буквальный перевод означает взаимодействие между лицами, в таком же значении оно и используется. В современных технологиях, интерфейс – это уникальные системные связи, которые обеспечивают передачу информации между двумя объектами или более. Хотя данное понятие чаще всего используется в компьютерных технологиях, присутствует оно и в других областях науки и техники. К примеру, в инженерной психологии интерфейсом называют коммуникации машин с людьми.

Необходимость интерфейсов

Представим, что сложное оборудование составлено из связей, блоков и других различных узлов. Также оборудование связано и с самим пользователем. Последняя связь должна быть выражена в логической форме. Это система, которая предоставляет информацию, а также характеризует сигналы. Компьютерные интерфейсы логически можно представить себе как системы, созданные на основании математики. То есть, математически, это системы понятий Булевой алгебры. Физически же его можно представить как совокупность чипов, электронных деталей, проводков и других частей, которые между собой обмениваются импульсами тока.

С помощью интерфейса компьютер вообще может работать. Именно он обеспечивает связь процессора и оперативной памяти, устройствами печати, а также с видеокартой. Помимо этого с помощью интерфейса можно работать в Интернете, связываться с иными устройствами и с иными пользователями.

Проще сказать, без данного средства работа вычислительной техники не может быть выполнена. В компьютерных технологиях сегодня применяются разные типы интерфейсов, которые нужны, чтобы работать программисту, необходимы они и для обычных пользователей ПК.

Интерфейс программы

Интерфейсом программы именуют разные части, с использованием которых может производиться управление этой программой. В программе интерфейс выглядит как окошки, кнопочки, которые используются для того, чтобы программа могла совершить действия, которых вы от неё ждете.

Приведем простой пример в использовании компьютерных программ. Для того чтобы посмотреть фильм, необходимо воспользоваться такой программой, как видеоплеер. В программе запускается та строка, которая обозначает фильм, после чего он отображается на экране. Программа для просмотра фильмов также имеет свой интерфейс, который служит для того, чтобы управлять. Так, с помощью кнопок, присутствующих на плеере, можно сделать звук громче или тише, поставить фильм на паузу или выполнить другие необходимые действия.

Графический интерфейс

Графический интерфейс – это пользовательский интерфейс, в котором используются изображения вместо цифр. Изображения в нем заменяют также и буквы, это кнопки или иконки. Яркий пример интерфейса графического типа – это рабочий стол Виндоуз. Работа в этом интерфейсе заключается в том, чтобы обеспечивать работу программы с помощью кликов.

По сравнению с тем, что происходит ввод и вывод через командную строку, графический интерфейс простой и понятный. Не так часто для того, чтобы пользоваться графическим интерфейсом, необходимы специальные знания компьютера. Графический интерфейс часто интуитивно понятен, еще его называют дружелюбным.

Графический интерфейс имеет и свои недостатки, главный из которых – это большой объем памяти, который необходим для того, чтобы в графическом виде представлять себе программу. Но современные программы этот недостаток преодолели, поскольку память современных компьютеров увеличивается с каждым новым выпуском. Но вместе с этим усложняется и сам интерфейс, теперь он занимает больше памяти, но становиться удобнее и эффективнее.

Что касается игр, то в них также существует графический интерфейс, чтобы пользователь мог взаимодействовать с компьютером во время игры. Он обеспечивает также и общение пользователей друг с другом. Почти во всех играх интерфейс сложный, и он позволяет управлять игрой с помощью кнопок и мышкой.

Действия игровых персонажей обеспечиваются действиями пользователя, и способы реализации их стандартны для всех практически игр. Часто пользователю предоставляется возможность поменять настройки интерфейса для того, чтобы ему удобнее было играть. Сейчас появились и новые возможности управления, так, при создании сенсорных экранов, управлять игрой можно с помощью прикосновения пальцев руки.

Виды интерфейса

Помимо того, что интерфейс существует игровой, программный и графический, бывает также интерфейс следующих видов:

• внешний;
• внутренний.

Внутренний интерфейс представляет собой методы и свойства, к ним доступ осуществляется посредством иных средств данного объекта. Еще их именуют приватными.

Внешним интерфейсом именуют методы и свойства, которые снаружи доступны пользователям. Такие методы называют публичными. Данные виды можно рассмотреть наглядно, взяв за пример кофеварку. Внутри кофеварки спрятан кипятильник, элемент, который нагревает, тепловой предохранитель и так далее. Все это можно назвать внутренним интерфейсом. Детали, которые его составляют, обеспечивают работоспособность прибора. Для этого они взаимодействуют друг с другом. К примеру, для работы кофеварки её нагревательный элемент подключен к кипятильнику.

Ко внутреннему интерфейсу кофеварки подобраться тяжело, он закрыт от пользователя пластмассовым корпусом. Детали прибора скрыты, и пользователю доступен только внешний интерфейс. Когда приобретена кофеварка, то пользователю доступен только внешний интерфейс. Знать о внутреннем интерфейсе совсем не обязательно, для пользования прибором необходим только внешний его интерфейс.

Такие же примеры касаются и остальных бытовых приборов, к примеру, стиральная машинка, телевизор и прочее. Существует внутренний интерфейс и у компьютера, он не доступен пользователю, однако при поломке прибора, приходится взаимодействовать именно с ним.

Таким образом, интерфейс характеризуют как средства, с помощью которых удается взаимодействовать с вычислительными машинами, управлять бытовыми приборами и так далее. Он бывает внешним и внутренним. Пользователю доступен только внешний интерфейс приборов и машин.

Взаимодействие человека с вычислительной машиной - важнейшее звено процессов при решении прикладных задач различного характера. Итак, что такое интерфейс?

Интерфейс представляет собой комплекс физических и логических форм взаимодействия отдельных компонентов входящих в состав операционной системы. Другими словами, это совокупность определенных алгоритмов и соглашений по обмену информацией между компонентами (логический тип интерфейса), а также объединение механических, физических и функциональных характеристик, с помощью которых взаимодействие реализуется (физический тип интерфейса).

Также таким термином часто называют программные и технические средства, образующие связь устройств с узлами ВС. Распространение интерфейса приходится на все физические и логические средства, с помощью которых вычислительная система взаимодействует с внешней средой, к примеру, с операционной системой, пользователем и т.д.

Рассмотрев, что такое интерфейс, следует выделить его виды с присущими им особенностями. Так, интерфейсы различаются по структуре связей, способу подключения и методу передачи данных, принципам управления и синхронизации.

Виды интерфейсов

Внутримашинный интерфейс представляет собой систему связи и средств соединения блоков и узлов ЭВМ друг с другом. На деле он объединяет в себе электрические линии связи (провода), схему сопряжения с составляющими компьютера, а также протоколы (алгоритмы) передачи сигналов. Машинный интерфейс, в свою очередь, подразделяется на односвязный и многосвязный. В первом случае, связь всех блоков ПК друг с другом осуществляется с помощью локальных проводов, а во втором - с помощью общей или

Внешний интерфейс - это система связи компьютера с или с остальными ЭВМ. Они также подразделяются на несколько типов: интерфейс периферийных устройств и сетевой интерфейс. Первый подключается при помощи шин ввода-вывода, а второй - в рамках одноранговой сети или сети типа клиент-сервер.

Интерфейс «человек-машина». По-другому его называют пользовательским. Что такое интерфейс «человек-компьютер»? Это способ, с помощью которого выполняется какая-либо задача, то есть действия, которые вы совершаете, и то, что получается в результате. Такой интерфейс ориентирован, прежде всего, на человека, то есть он отвечает его потребностям и учитывает слабости.

Поскольку пользовательский интерфейс более всего интересен человеку, то его также классифицируют на несколько подвидов: командный, SILK и WIMP.

При командном интерфейсе взаимодействие человека с ПК осуществляется путем подачи определенных команд, которые она выполняет, для того чтобы дать пользователю необходимый результат. Его основой может быть пакетная технология или технология командной строки.

Последовательный интерфейс обеспечивает передачу информации (последовательности битов) по одной линии.

Что такое интерфейс SILK? Это вид который больше всего близок к обычному человеческому общению, то есть к обычному разговору. Так, компьютер анализирует речь человека и находит в ней нужные ключевые фразы, на основе которых выполняет определенные команды, выдавая человеку результат также в понятной для него форме. Такой вид интерфейса сопряжен со значительными финансовыми затратами, поэтому используется на данном этапе только в военных целях.

Характерной чертой интерфейса WIMP является то, что ведение диалога пользователя с компьютером осуществляется при помощи окон, курсора, графических образов и прочих элементов. К нему относят стандартный интерфейс ОС семейства Windows.

Что такое интерфейс? Значение этого слова. История развития интерфейса.

Понятие интерфейс пришло к нам с появлением первых вычислительных машин .

У этого термина имеется несколько значений , однако все они сводятся к одному – взаимодействию человека и машины .

Прежде всего , интерфейс отождествляют с компьютерными технологиями . Это совокупность средств , позволяющих человеку управлять компьютером .

Первые компьютерные устройства имели громадные размеры и очень маленькую память .

Для ввода данных использовали , так называемые , перфокарты . Они представляли собой полоски с отверстиями , сделанные программистами вручную , которые и «скармливали » затем компьютеру . Такой интерфейс вряд ли был удобным .

Позже появились компьютеры , обустроенные операционными системами (ОС ) на основе командной строки . Чтобы выполнить какое либо действие , необходимо было писать команду . Здесь интерфейс уже был более удобным .

И , наконец , появился последний тип интерфейса – графический , которым человечество пользуется и сейчас . Все современные ОС используют графический интерфейс , который является более удобным и естественным . Компьютер управляется при помощи мыши и клавиатуры , одним кликом можно запустить программу или , скажем , включить фильм , что очень удобно .

Впервые данную технологию применил Стив Джобс , глава корпорации Apple . Лишь спустя длительное время этот принцип был скопирован другими . Именно благодаря такому интерфейсу машины компании Apple завоевали любовь во всем мире .

В настоящее время графический интерфейс ушел еще на один шаг вперед благодаря развитию сенсорной техники . Кстати сенсорная панель , при помощи которой происходит управление микроволновой или холодильником , также является интерфейсом .

Следует отметить , что интерфейс может быть не только у ОС , но и у любой другой программы , даже игры . Ведь программы с легкодоступным и красивым меню привлекают внимание пользователей и приживаются на их компьютерах . И наоборот , программы с неудобным интерфейсом , отпугивают пользователей .

Термин «интерфейс » имеет и другие значения , но все они сводятся опять же к компьютерной технике . На задней стенке компьютера можно увидеть множество разъемов , через которые производится подключение различных внешних устройств .

Все они являются интерфейсами разного назначения . Например , всем привычный разъем USB , можно считать USB -интерфейсом .

Есть еще одно значение этого термина . В современном программировании существуют специальные методы , носящие название «interface ». Их программы используют для взаимодействия с операционными системами . То есть они служат для общения с другой программой , а не с человеком .

Кстати, а вот как создается в !

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).