Интерфейсы

Интерфе́йс (от англ. interface — поверхность раздела, перегородка) — совокупность средств, методов и правил взаимодействия между элементами системы.

Интерфейсы являются основой взаимодействия всех современных информационных систем.

По способу передачи информации различают следующие типы интерфейсов: параллельный, последовательный, параллельно-последовательный; по принципу обмена информацией - асинхронный, синхронный; по режиму передачи информации – дуплексный (двусторонняя одновременная передача), полудуплексный режим (двусторонняя поочередная передача).

Дуплексная связь обычно осуществляется с использованием двух каналов связи: первый канал — исходящая связь для первого устройства и входящая для второго, второй канал — исходящая для второго устройства и входящая для первого. Возможна дуплексная связь с использованием одного канала связи. В этом случае устройство при приёме данных вычитает из сигнала свой отправленный сигнал, а получаемая разница является сигналом отправителя.

При полудуплексном режиме передача ведётся по одному каналу связи в обоих направлениях, но с разделением по времени (в каждый момент времени передача ведётся только в одном направлении). Полная скорость обмена информацией по каналу связи в данном режиме имеет вдвое меньшее значение, по сравнению с дуплексным.

Параллельный интерфейс - интерфейс, обеспечивающий одновременную передачу двоичных данных по нескольким линиям.

Параллельный порт Centronics (LPT) использовался в компьютерах для соединения с периферийными устройствами, изначально – с принтером.

При параллельной передаче данных требуется по отдельной линии на каждый бит. Например, для 32 битного интерфейса (которой имеет место на слоте PCI) 32 линии требуются только для передачи данных. И это не говоря уже о дополнительных линиях, по которым идут необходимые управляющие сигналы.

К тому же при увеличении скорости передачи, возрастает и проблема электромагнитных помех. Каждый провод фактически становится передающей антенной, что создает сильные помехи и может исказить передаваемые данные. В параллельном интерфейсе, поскольку используется много проводов, проблема электромагнитных помех в компьютере довольно серьезная.

При параллельной передаче данных линии между передатчиком и приемником используется и для передачи и для приема данных. При этом, когда данные идут в одном направлении, их нельзя передать в обратном направлении.

Последовательная передача данных вполне может быть быстрее параллельной. Для этого лишь нужно увеличить скорость работы передающего устройства, чтобы в единицу времени передавалось больше битов.

RS-232 — «Интерфейс между терминальным оборудованием и связным оборудованием с обменом по последовательному двоичному коду». Используется для передачи информации между двумя устройствами на расстоянии до 15 метров. Информация передается по проводам с уровнями сигналов, отличающимися от стандартных 5 В, для обеспечения большей устойчивости к помехам. Логическому "0" соответствует положительное напряжение (от +5 до +15 В для передатчика), а логической "1" отрицательное (от -5 до -15 В для передатчика). Приемник воспринимает сигналы от +3 до +25 В для логического "0", и от -3 до -25 В для логической "1".

Интерфейс RS-485 (другое название - EIA/TIA-485) - один из наиболее распространенных стандартов физического уровня связи.

Сеть, построенная на интерфейсе RS-485, представляет собой приемопередатчики, соединенные при помощи витой пары - двух скрученных проводов. В основе интерфейса RS-485 лежит принцип дифференциальной (балансной) передачи данных. Суть его заключается в передаче одного сигнала по двум проводам. Причем по одному проводу (условно A) идет оригинальный сигнал, а по другому (условно B) - его инверсная копия. Другими словами, если на одном проводе "1", то на другом "0" и наоборот. Таким образом, между двумя проводами витой пары всегда есть разность потенциалов: при "1" она положительна, при "0" - отрицательна.

Именно этой разностью потенциалов и передается сигнал. Такой способ передачи обеспечивает высокую устойчивость к синфазной помехе. Синфазной называют помеху, действующую на оба провода линии одинаково. К примеру, электромагнитная волна, проходя через участок линии связи, наводит в обоих проводах потенциал. Если сигнал передается потенциалом в одном проводе относительно общего, как в RS-232, то наводка на этот провод может исказить сигнал относительно хорошо поглощающего наводки общего ("земли"). Кроме того, на сопротивлении длинного общего провода будет падать разность потенциалов земель - дополнительный источник искажений. А при дифференциальной передаче искажения не происходит. В самом деле, если два провода пролегают близко друг к другу, да еще перевиты, то наводка на оба провода одинакова. Потенциал в обоих одинаково нагруженных проводах изменяется одинаково, при этом информативная разность потенциалов остается без изменений.

Максимальная скорость связи по спецификации RS-485 может достигать 10 Мбит/сек. Максимальное расстояние - 1200 м. Если необходимо организовать связь на расстоянии большем 1200 м или подключить больше устройств, чем допускает нагрузочная способность передатчика - применяют специальные повторители (репитеры).

USB (англ. Universal Serial Bus — «универсальная последовательная шина» — последовательный интерфейс передачи данных для периферийных устройств в вычислительной технике. Может также использоваться в измерительных устройствах при небольших расстояниях между передатчиком и приемником данных а также не слишком высоких требованиях к скорости передачи. Символом USB являются четыре геометрические фигуры: большой круг, малый круг, треугольник и квадрат, расположенные на концах древовидной блок-схемы.

Для подключения периферийных устройств к шине USB используется четырёхпроводный кабель, при этом два провода (витая пара) в дифференциальном включении используются для приёма и передачи данных, а два провода — для питания периферийного устройства. Благодаря встроенным линиям питания USB позволяет подключать периферийные устройства без собственного источника питания (максимальная сила тока, потребляемого устройством по линиям питания шины USB, не должна превышать 500 мА).

К одному контроллеру шины USB можно подсоединить до 127 устройств по топологии «звезда», в том числе и концентраторы. На одной шине USB может быть до 127 устройств и до 5 уровней каскадирования хабов, не считая корневого.

В настоящее время широко используются устройства, выполненные в соответствии со спецификацией USB 2.0.

Для устройств USB 2.0 регламентировано три режима работы:

Low-speed, 10—1500 Кбит/c;

Full-speed, 0,5—12 Мбит/с;

Hi-speed, 25—480 Мбит/с.

Максимальная длина кабеля для режима с высокой пропускной способностью — 5 м (3м для низкоскоростного режима).

Недавно появились устройства, работающие на шине USB 3.0.

Кабель USB 3.0, в отличие от USB 2.0, содержит в себе восемь проводов (добавлены две витых пары), в результате чего кабель стал гораздо толще.

Спецификация USB 3.0 допускает максимальную скорость передачи информации до 4,8 Гбит/с — что на порядок больше 480 Мбит/с, которые может обеспечить USB 2.0.