Файл: Лабораторная работа 4. Периферийные устройства компьютера и интерфейсы их подключения.pdf

переключателями на плате видеоадаптера. Видеокарта также может иметь разъем S-Video.
Композитный видеовыход RCA (т.е. видео RCA-разъем «тюльпан» желтого цвета). Аналоговые видеосистемы с умеренным разрешением используют разъем RCA. Единственный коаксиальный кабель передает одновременно все видеосигналы: разрешения, яркости и цветности, почему и называется композитным, что не позволяет обеспечить высокое качество видео.
Современные видеокарты обычно оснащаются разъемами DVI или
HDMI цифрового видео.
Порты DVI (Digital Visual Interface) и HDMI являются эволюционными стадиями развития стандарта передачи видеосигнала, поэтому для соединения устройств с этими типами портов возможно использование переходников
(разъем DVI к гнезду D-Sub - аналоговый сигнал, разъем HDMI к гнезду DVI-
D - цифровой сигнал, который не поддерживает технические средства защиты авторских прав (англ. High Bandwidth Digital Copy Protection, HDCP), поэтому без возможности передачи многоканального звука и высококачественного изображения). Порт DVI-I также передает аналоговые сигналы, позволяющие подключить монитор через переходник на старый разъем D-Sub (DVI-D не позволяет это сделать).
Интерфейс HDMI (High Definition Multimedia Interface) - интерфейс для мультимедиа высокой четкости, позволяющий передавать: 1) цифровое видео;
2) многоканальные цифровые аудиосигналы с защитой от копирования; 3) дополнительную служебную информацию управления устройствами.
Разъем HDMI обеспечивает цифровое DVI-соединение нескольких устройств с помощью соответствующих кабелей. Основное различие между
HDMI и DVI состоит в том, что разъем HDMI меньше по размеру, а также поддерживает передачу многоканальных цифровых аудиосигналов. Является заменой аналоговых стандартов подключения, таких как SCART и RCA.

Разработчиками HDMI являются компании Hitachi, Matsushita Electric
Industrial (ныне Panasonic) (Panasonic/ National/ Technics/ Quasar), Philips,
Silicon Image, Sony, Thomson (RCA).
HDMI имеет пропускную способность от 4,9 до 10,2 Гбит/с. Длина стандартного кабеля может достигать 10 м, возможно увеличение длины до
20-35 м и более с применением как внешних усилителей-повторителей, так и вмонтированных сразу в кабель. Некоторые производители устанавливают ферритовые кольца в начале и в конце кабеля для защиты от помех.
Существуют переходники с HDMI на DVI и обратно в целях совместимости с различными устройствами, не имеющими одного из этих входов/выходов.
HDMI поддерживает управляющие протоколы СЕС и европейский AV.link.
Шина обмена данными HDMI-СЕС (СЕС - Consumer Electronics Control)
- двунаправленная последовательная шина, использующая протокол промышленного стандарта AV.Link для удаленного управления электронными устройствами. Опциональный компонент интерфейса HDMI; в настоящее время стандарт шины регулируется документом СЕС Implementation
Guidelines, публикуемым HDMI Licensing, LLC.
Технологию HDMI-СЕС поддерживает большинство современных медиа систем (телевизоры, домашние кинотеатры, НТРС и т. д.), иногда эта технология поддерживается и на персональных компьютерах. Патент на поддержку технологии HDMI-CEC в персональных компьютерах был куплен только компанией Toshiba, поэтому данная технология используется только в ряде моделей ноутбуков Toshiba. СЕС разработана для удобства управления различными приборами бытовой электроники при помощи одного пульта управления и основана на стандарте SCART. Схема подключения поддерживает одновременно до 10 устройств.
Технология СЕС преподносится различными производителями конечному пользователю под разными торговыми названиями: Anynet+
(Samsung); Aquos Link (Sharp); BRAVIA Sync (Sony); HDMI-CEC (Hitachi);
Kuro Link (Pioneer); CE-Link и Regza Link (Toshiba); RIHD (Remote Interactive over HDMI) (Onkyo); SimpLink (LG); HDAVI Control, EZ-Sync, и VIERA Link
(Panasonic); EasyLink (Philips); NetCommand for HDMI (Mitsubishi).

В настоящее время видеокарты оснащают разъемами DVI, или HDMI или DisplayPort в количестве от одного до трех (некоторые видеокарты ATi последнего поколения оснащаются шестью соединителями).
В архитектуре современных персональных компьютеров все большее значение приобретают внешние шины, служащие для подключения различных устройств, таких как внешние накопители flash-памяти и накопители на жестких магнитных дисках, CD/DVD-устройства, сканеры, принтеры, цифровые камеры и др. Основными требованиями к таким шинам и их интерфейсам заключаются в высоком быстродействии, компактности интерфейса и удобстве коммутации устройств пользователем. К ним относятся: USB, FireWire, IrDA, Bluetooth. Последние два интерфейса относятся к классу беспроводных интерфейсов.
Шина и интерфейс USB. Соединитель USB (Universal Serial Bus) представляет собой стандарт последовательной шины для подключения множества периферийных устройств. Архитектура шины USB представляет собой классическую топологию "звезда" с последовательной передачей данных, в соответствии с которой в системе должен быть корневой (ведущий) концентратор USB, к которому подключаются периферийные концентраторы
USB (например, внешний концентратор на 4 порта USB), а непосредственно к ним подключаются периферийные устройства с интерфейсом USB.
Периферийные концентраторы могут подключаться друг к другу, образуя каскады.
Корневой концентратор расположен в одной из микросхем системной логики (как правило, это южный мост чипсета). Всего через один корневой концентратор USB может быть подключено до 127 устройств (концентраторов и устройств USВ). Однако, учитывая относительно невысокую пропускную способность шины USВ версии 1.1 (до 12 Мбит/c), что с учетом служебных расходов составляет 1 Мбайт/c, оптимальным является подключение 4-5 низкоскоростных устройств (клавиатура, манипулятор, сканер).

Проблема низкой пропускной способности частично решена версией интерфейса USB 2.0, в соответствии с которой пиковая пропускная способность увеличена до 480 Мбит/с (60 Мбайт/c). Этого вполне достаточно для работы типичных современных USB-устройств: принтеров, офисных сканеров, цифровых фотокамер, джойстиков и др. (более скоростные устройства должны подключаться ближе к корневому концентратору).
Все устройства USB соединяются между собой четырехжильным кабелем. По одной паре передаются данные, по другой - электропитание, которое автоматически подключается устройством при необходимости. На концах кабеля монтируются разъемы типов "А" и "В". С помощью разъема "А" устройство подключают к концентратору. Разъем типа "В" устанавливают на концентраторы для связи с другим концентратором и на устройства, от которых кабель должен отключаться (например, сканеры).
Спецификация USВ определяет две части интерфейса: внутреннюю и внешнюю. Внутренняя часть делится на аппаратную (собственно корневой концентратор и контроллер USB) и программную (драйверы контроллера, шины, концентратора, клиентов). Внешнюю часть представляют устройства
(концентраторы и компоненты) USB. Для обеспечения корректной работы все устройства делятся на классы: принтеры, сканеры, накопители и т. д.
Разделение устройств на классы происходит не по их целевому назначению, а по единому способу взаимодействия с шиной USВ. Поэтому драйвер класса принтеров определяет не его разрешение или цветность, а способ передачи
(односторонний или двунаправленный) данных, порядок инициализации при подключении. Также спецификация USВ предусматривает интерфейс mini-
USB.
В интерфейсе USB реализована процедура подключения периферии к шине "в горячем режиме", т.е. без отключения питания системного блока.
Подключенное в свободный порт устройство вызывает перепад напряжения в цепи. Контроллер немедленно направляет запрос на этот порт.
Присоединенное устройство принимает запрос и посылает пакет с данными о классе устройства, после чего устройству присваивается уникальный идентификационный номер. Далее происходит автоматическая загрузка и активация драйвера устройства, его конфигурирование и, тем самым, окончательное подключение устройства. Точно так же происходит инициализация уже подсоединенного и включаемого в сеть устройства
(например, модема).
Еще одной удобной возможностью USB-интерфейса является предоставление электропитания маломощным устройствам без необхо- димости использования внешнего источника. Сегодня USB является доминирующей шиной для подключения внешних устройств к компьютеру.

Интерфейс IEEE1394 (FireWire) - последовательный цифровой интерфейс на сегодняшний день являетсяконкурентом интерфейса USB 2.0 и представляет собой стандарт последовательного интерфейса шины для высокоскоростной связи и изохронной передачи данных в режиме реального времени, часто используемой в персональном компьютере.
Firewire заменил параллельные порты во многих приложениях. Он был принят в качестве High Definition Audio-Video Network Alliance (HANA) - стандартного интерфейса подключения к A/V (аудио/видео) компонентов связи и управления. Почти все современные цифровые видеокамеры оснащены этим соединителем.
Спецификация интерфейса
IEEE1394 предусматривает последовательную передачу данных со скоростями 100, 200, 400, 800 Мбит/с
(последнее значение не стандартизировано). Выбор последовательного интерфейса обусловлен необходимостью связать удаленные внешние устройства, работающие с различными скоростями. В этом случае обеспечивается их работа по одной линии, отсутствие громоздких кабелей и шлейфов, габаритных разъемов. Появление последовательных интерфейсов
IEEE1394 и USB привело к вытеснению параллельных интерфейсов для подключения внешних устройств.
Топология интерфейса IEEE1394 "древовидная", при этом система адресации обеспечивает подключение до 63 устройств в одной сети. Для связи между сетями существуют мосты, для объединения ветвей в один узел - концентраторы. Повторители служат для усиления сигналов при длине соединения более 4.5 метров. Всего может быть связано до 1024 сетей по 63 устройства в каждой. Все устройства IEEE1394 соединяются между собой шестижильным экранированным кабелем, имеющим две пары сигнальных и пару питающих проводников. Подключение осуществляется с помощью стандартной пары "вилка - розетка". Корневое устройство интерфейса выполняет функции управления шиной. Первоначально такие устройства разрабатывались в виде плат расширения, в дальнейшем поддержка IEEE1394 стала реализовываться в наборе системной логики (чипсете) системной платы.

Автоматическая конфигурация интерфейса IEEE1394 происходит после включения питания, отсоединения или подключения устройства. При изменении конфигурации подается сигнал сброса и производится новая идентификация дерева.
Как и USB, шина IEEE 1394 обеспечивает возможность переконфигурации аппаратных средств компьютера без его выключения. В соответствии с принятым стандартом IEEE1394 существует два варианта разъемов и кабелей.
Первый вариант с 6-контактным разъемом IEEE1394 предусматривает не только передачу данных, но и подачу электропитания на подключенные к соответствующему контроллеру ПК устройства IEEE1394. При этом общий ток ограничен величиной 1.5 А. Второй вариант с 4-контактным разъемом
IEEE1394 рассчитан только на передачу данных. В этом случае подключаемые устройства должны иметь автономные источники питания. Интерфейс
IEEE1394, используемый для подключения различного видео и аудио оборудования (телевизоры, видеомагнитофоны, видеокамеры и т.д.), осуществляющего передачу данных в цифровом коде, широко известен под названием iLink (торговая марка Sony).
Инфракрасный интерфейс IrDA (Infrared Data Association). IrDA относится к категории беспроводных (wireless) внешних интерфейсов, однако, в отличие от радио-интерфейсов, канал передачи информации создается с помощью оптических устройств. Инфракрасный (ИК) открытый оптический канал является самым недорогим и удобным интерфейсом передачи данных на небольшие расстояния (до нескольких десятков метров) среди других беспроводных линий передачи информации.
Технически интерфейс
IrDA основан на архитектуре коммуникационного СОМ-порта ПК, который использует универсальный асинхронный приемопередатчик и работает со скоростью передачи данных
2400-115200 бит/с. В IrDA реализован полудуплексный режим передачи данных, т.е. прием и передача данных происходит по очереди.
Первым вариантом интерфейса IrDA стал стандарт Serial Infrared standart
(SIR). Этот стандарт обеспечивает передачу данных со скоростью 115.2
Кбит/с. В 1994 году IrDA была опубликована спецификация на общий стандарт, получивший название IrDA-standart, который включал в себя описание Serial Infrared Link (последовательная инфракрасная линия связи),
Link Access Protocol (IrLAP) (протокол доступа) и Link Management Protocol
(IrLMP) (протокол управления). С 1995 года компания Microsoft включила поддержку интерфейса IrDA-standart в стандартный пакет операционной системы Windows 95. В настоящее время IrDA-standart самый

распространенный стандарт для организации передачи информации по открытому инфракрасному каналу.
В мобильных устройствах такой интерфейс встраивается, как правило, на лицевой стороне корпуса. На рисунке ниже показан интерфейс IrDA, подключаемый к системному блоку через USB порт.
Интерфейс Bluetooth относится к перспективным беспроводным интерфейсам передачи данных. Этот интерфейс активно разрабатывается и продвигается консорциумом Bluetooth Special Interest Group (Bluetooth SIG).
Технология Bluetooth разрабатывалась для построения беспроводных персональных сетей (WPAN, Wireless Personal Area Network). В 2001 году был принят стандарт IEEE 802.15.1, описывающий технологию построения таких сетей, а в 2002 году технология получила развитие в стандарте IEEE 802.15.3
(протокол связи для беспроводных частных сетей).
Единичная Bluetooth-система состоит из модуля, обеспечивающего радиосвязь, и присоединенного к нему хоста, в качестве которого может выступать компьютер или любое периферийное устройство. Bluetooth-модули обычно встраивают в устройство, подключают через доступный порт либо PC- карту. Модуль состоит из менеджера соединений (link manager), контроллера соединений и приемопередатчика с антенной. Два связанных по радио модуля образуют пиконет (piconet). Причем один из модулей играет роль ведущего
(master), второй - ведомого (slave). В пиконете не может быть больше восьми модулей, поскольку адрес активного участника пиконета, используемый для идентификации, является трехбитным (уникальный адрес присваивается семи ведомым модулям, ведущий модуль не имеет адреса, а нулевой адрес зарезервирован для широковещательных (broadcast) сообщений).
Оптимальный радиус действия модуля - до 10 м (в настоящее время удалось увеличить дальность связи до 100 метров при работе вне помещений).
Диапазон рабочих частот 2.402-2.483 ГГц. Коммуникационный канал
Bluetooth имеет пиковую пропускную способность 721 Кбит/с. Для уменьшения потерь и обеспечения совместимости пиконетов частота в
Bluetooth перестраивается скачкообразно (1600 скачков/с). Канал разделен на временные слоты (интервалы) длиной 625 мс (время между скачками), в каждый из них устройство может передавать информационный пакет. Для полнодуплексной передачи используется схема TDD (Time-Division Duplex, дуплексный режим с разделением времени). По четным значениям таймер передает ведущее устройство данных, а по нечетным - ведомое устройство.