2 Аппаратное обеспечение компьютера 2012
.pdf
51
Рисунок 2.77 - Адаптер Flexi-Drive S2S сборки SSD размера 2,5” из карт памяти
Рисунок 2.78 - Внешний адаптер (док-станция) QuickPort Duo подключения к ПК HDD
Рисунок 2.79 – Многофункциональная док-станция Brando
52
2.7 Интерфейсы персонального компьютера
Согласно ГОСТ ИСО/ МЭК 2382-99, интерфейс - совместно используемая замкнутая область между двумя функциональными устройствами, определяемая различными характеристиками, относящимися к функциям, физическим взаимодействиям, обмену сигналами и другими, им свойственными характеристиками. Обмен данными - перенос данных между функциональными устройствами в соответствии с набором правил управления перемещением данных и согласования обмена. В составе аппаратного интерфейса выделяют следующие компоненты:
1)контроллер интерфейса – микросхема, управляющая обменом данными с помощью специальных протоколов обмена;
2)шина (bus) – набор электрических проводников, по которым производится передача данных;
3)разъемные электрические соединители (разъемы или коннекторы), обеспечивающие подключение внешних устройств;
4)протокол обмена – программно или аппаратно реализованный набор правил обмена данными между устройствами.
По принципу передачи данных интерфейсы подразделяют на два вида:
1)последовательный интерфейс, передающий все биты данных по единому каналу поочередно в виде одинаковых импульсов;
2)параллельный интерфейс – когда производится одновременная передача всех битов слова данных по раздельным каналам.
2.7.1 Системные интерфейсы
Системный интерфейс обеспечивает подключение ЦП к модулям оперативной памяти и микросхемам системной логики (чипсета). Этот интерфейс используется для реализации системной шины на системной плате, обмена данными между GPU и видеопамятью на видеокартах и в специальных вычислительных модулях. В качестве системного интерфейса используются следующие стандарты шин:
1)FSB – наиболее долго используемая шина, соединяющая ЦП с подсистемой
памяти;
2)HyperTransport (HT) — двунаправленная последовательно-параллельная компьютерная шина, с высокой пропускной способностью и малыми задержками. Используется в ЦП (AMD и Transmeta), в чипсетах для ПК, в серверах и в суперкомпьютерах. Работает на частотах от 200 МГц до 2,6 ГГц и использует
принцип DDR (данные посылаются как по переднему, так и по заднему фронтам сигнала синхронизации), что позволяет осуществлять до 5200 миллионов посылок в секунду при частоте сигнала синхронизации 2,6 ГГц; частота сигнала синхронизации настраивается автоматически. HyperTransport поддерживает автоматическое определение ширины шины, от 2-х битных линий до 32-х битных линий. 32-х битная шина в двунаправленном режиме обеспечивает пропускную способность до 41600 МБ/с. Шина используется как в подсистемах с высокими требованиями к пропускной способности (оперативная память и ЦПУ), так и в подсистемах с низкими требованиями (периферийные устройства). Поддерживает технологию энергосбережения ACPI (при отключении ЦП также отключаются НЖМД). Электрический интерфейс шины — низковольтные дифференциальные сигналы (LVDS), с напряжением 2,5 В. Пропускная способность версии HyperTransport 3.1, принятой летом 2008 г., по сравнению с версией 3.0 увеличена на 23%. Увеличение максимальной тактовой частоты с 2,6 ГГц до 3,2 ГГц позволяет выполнить до 6,4 миллиардов передач в секунду, что в случае 16-битной связи соответствует пропускной способности 25,6 ГБ/с, а в случае 32разрядной — 51,2 ГБ/с.
3) шина QuickPath Interconnect (QPI), разработанная Intel для процессоров
Core i7 (Nehalem), максимальная производительность QPI также составляет 6,4 миллиарда передач в секунду, что в случае Nehalem также соответствует пропускной способности 25,6 ГБ/с.
2.7.2 Интерфейс подключения внешней памяти
Интерфейс подключения устройств внешней памяти предназначен для обмена данными между ними и системной платой. Используются следующие интерфейсы:
параллельный ATA (AT Attachment, он же IDE — Integrated Drive Electronic или Parallel ATA), EIDE, Serial ATA, SCSI (Small Computer System Interface), SAS, FireWire, USB, SDIO и Fibre Channel.
53
Таблица 2.9 – Характеристика интерфейсов подключения внешней памяти
Интерфейс |
Пропускная |
Максимальная |
Количество |
Число проводников |
|
способность, Мбит/с |
длина кабеля, м |
накопителей |
в кабеле |
||
|
|||||
UltraATA/133 |
1064 |
0,46 |
2 |
40/80 |
|
SATA/300 |
2400 |
1 |
1 |
4 |
|
FireWire/400 |
400 |
4,5 |
63 |
4/6 |
|
FireWire/800 |
800 |
4,5 |
63 |
4/6 |
|
|
|
|
|
|
|
USB 2.0 |
480 |
5 |
127 |
4 |
|
Ultra-320 SCSI |
2560 |
12 |
16 |
50/68 |
|
eSATA |
2400 |
2 |
1 |
4 |
2.7.3 Интерфейс видеосистемы
Видеоинтерфейс ПК используется для обмена данными между видеоадаптером и процессором или микросхемами чипсета. Различают два основных стандарта подключения видеоадаптера к системной плате:
-AGP (Accelerated Graphics Port, ускоренный графический порт) устаревший стандарт, разработанный в 1997 году Intel для чипсетов процессора Pentium II. Предполагал увеличение производительности и уменьшение стоимости видеокарты, за счѐт уменьшения количества встроенной видеопамяти, поскольку технология предусматривала высокоскоростной доступ к общей памяти. Шина имеет три спецификации AGP 1.0, AGP 2.0 и AGP 3.0 и модификации, указывающих число блоков за такт передачи: AGP 2x, 4x, 8x.
-PCI-Express (PCIe или PCI-E) шина, использующая программную модель PCI и высокопроизводительный протокол последовательной передачи данных;
Таблица 2.10 – Пропускная способность шин PCI-E с разным количеством связей
|
Пропускная |
способность |
1x |
|
2x |
4x |
8x |
|
12x |
16x |
32x |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
PCI Express |
1.0, Гбайт/c |
0,5 |
|
1 |
|
2 |
4 |
|
6 |
8 |
16 |
|
|
PCI Express |
2.0, Гбайт/c |
1 |
|
2 |
|
4 |
8 |
|
12 |
16 |
32 |
|
Для подключения мониторов |
к |
видеоадаптеру |
используются следующие |
||||||||||
стандарты:
1)VGA — аналоговые и изначально были предназначены для мониторов на электронно-лучевых трубках (ЭЛТ). Они передают сигнал построчно, при этом изменение напряжения означает изменение яркости. Для устройств на ЭЛТ это было нужно для изменения интенсивности луча электронов;
2)Digital Visual Interface, сокр. DVI (англ. цифровой видеоинтерфейс) — разъѐм, предназначенный для передачи видеоданных на цифровые устройства отображения, такие как ЖК мониторы и проекторы. Формат данных, используемый в DVI, основан на PanelLink — формате последовательной передачи данных, разработанном фирмой Silicon Image. Он использует Transition Minimized Differential Signaling (англ. — дифференциальная передача сигналов с минимизацией перепадов уровней) или TMDS. Single link DVI состоит из четырѐх
витых пар (красный, зелѐный, синий, и clock) чтобы передавать 24 бита на пиксель. C Single link DVI, может быть достигнуто максимальное возможное разрешение 2,6 мегапиксела при 60 Гц. Существует 3 вида:
-DVI-A - только аналоговая передача;
-DVI-I - аналоговая и цифровая передача;
-DVI-D - только цифровая передача;
3)DisplayPort — стандарт интерфейса для цифровых дисплеев, разработанный
вмае 2006. DisplayPort предполагается к использованию в качестве наиболее современного интерфейса соединения аудио и видеоаппаратуры, в первую очередь для соединения компьютера с дисплеем, или компьютера и систем домашнего кинотеатра. Поддерживает HDCP версии 1.3 и имеет пропускную способность вдвое большую, чем Dual-Link DVI, низкий вольтаж питания и низкие посторонние наводки, размеры разъѐма примерно равны USB. Позволяет передавать одновременно графические и аудио сигналы. Основное отличие от HDMI — более широкий канал для передачи данных (10,8 Гбит/с вместо 5 Гбит/с), что обеспечит высокие разрешения. Максимальная длина кабеля DisplayPort в 3 раза больше, чем у HDMI — 15 метров;
4)HDMI - многокомпонентный интерфейс передачи аудио и видео данных, используется в сегменте потребительской электроники (телевизоры, оптических
проигрыватели нового поколения и видеокамеры с поддержкой видео высокой
54
четкости). Кроме того, HDMI все чаще встречается в проигрывателях DVD, абонентских приставках, игровых консолях и ресиверах.
Рисунок 2.80 - Разъем HDMI
2.7.4 Интерфейсы подключения периферийных устройств
Этот тип интерфейса обеспечивает подключение периферийных устройств к системному блоку ПК. Второе название этого интерфейса – порты ввода-вывода.
Современный |
ПК |
поддерживает |
следующие |
виды |
интерфейса |
периферийного |
|||
оборудования: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1) последовательный |
COM-порт |
(от |
англ. |
COMmunication |
port) — |
||||
двунаправленный |
последовательный |
интерфейс |
RS-232C, |
предназначенный |
для обмена |
||||
байтовой информацией. Ранее использовался для подключения терминала, позже для модема или мыши. Сейчас используется для соединения с источниками бесперебойного питания, для связи с аппаратными средствами разработки встраиваемых вычислительных систем;
Рисунок 2.81 - Разъем COM на 9 контактов (тип DE-9S)
2) параллельный интерфейс принтера LTP (IEEE 1284)— международный стандарт для подключения периферийных устройств ПК. Название образовано от Line Printer Terminal или Line PrinTer. В основе данного стандарта лежит интерфейс Centronics и его расширенные версии (ECP, EPP). Сейчас этот интерфейс фактически заменен интерфейсом USB, обеспечивающим более высокую скорость и надѐжную работу;
Рисунок 2.82 – Разъем LTP на 25 контактов (тип DB-25S)
3) универсальная последовательная шина USB (Universal Serial Bus) - интерфейс передачи данных для среднескоростных и низкоскоростных периферийных устройств. USB-кабель - две витые пары: по одной паре происходит передача данных в каждом направлении (дифференциальное включение), а другая пара используется для питания периферийного устройства (U=+5 В) с током до 500 мА, что позволяет применять устройства без блока питания. К одному контроллеру шины USB можно подсоединить до 127 устройств через цепочку концентраторов (они используют топологию "звезда"). Для USB характерны долговечность и механическая прочность;
а)
б)
Рисунок 2.83 – Разъемы USB: тип A (a) и тип B mini (б)
Третье поколение интерфейса USB 3.0 обеспечивает максимально теоретически возможную скорость более 4 Гбит/с и возможности приоритезации трафика (QoS), что позволит стандарту конкурировать с FireWire;
4) FireWire (IEEE 1394)– высокоскоростной интерфейс для обмена данными между ПК и бытовой электроникой (видеомагнитофонами, медиацентрами и т.п.). Стандарт имеет различные наименования под торговыми марками компаний: Apple — FireWire, Sony — i.LINK, Yamaha — mLAN, TI — Lynx.
55
Рисунок 2.84 - Разъемы FireWire
4pin (IEEE 1394a без питания) стоит на ноутбуках и видеокамерах. Два провода для передачи сигнала (информации) и два для приема. В 6pin (IEEE 1394a) добавлено два провода для питания. В 9pin (IEEE 1394b) имеются дополнительные провода для приема и передачи информации.
5) инфракрасный интерфейс IrDA (Infrared Data Association) – выполняет беспроводное подключение к персональному компьютеру мобильных устройств и пультов дистанционного управления. Представляет собой передатчик в виде светодиода и приемник в виде фотодиода, работающих в инфракрасном диапазоне с
длинами волн от 850 до 880 нанометров. Это позволяет |
передавать |
и |
принимать |
информацию со скоростью от 2400 бит/с до 4 Мб/с; |
|
|
|
6) разъемы PS/2 используются для подключения |
клавиатуры |
и |
мыши в |
настольных ПК и серверах рабочих групп. |
|
|
|
Рисунок 2.85 - Разъемы PS/2 клавиатуры (фиолетовый) и мыши (салатовый)
2.7.5 Сетевые интерфейсы
Этот тип интерфейса обеспечивает подключение ПК к локальным вычислительным сетям. По среде передачи данных различают два класса сетевых интерфейсов:
1) проводные интерфейсы, использующие в качестве каналов электрические или
оптические линии связи; |
|
|
|
|
|
2) беспроводные |
интерфейсы, |
которые |
используют |
для |
подключения |
определенные радиочастотные сигналы:
- Bluetooth («Синий зуб», в честь короля франков Харальда I Синезубого) производственная спецификация беспроводных персональных сетей (WPAN — Wireless Personal Area Network). Обеспечивает обмен информацией между ПК и мобильными устройствами (КПК, смартфонаны, GSM-телефоны, ноутбуки, принтеры, цифровые фотоаппараты, мыши, клавиатуры, джойстики и наушники) на недорогой доступной радиочастоте (свободный от лицензирования диапазон 2,4 — 2,48 ГГц) для ближней связи в радиусе до 10 — 100 метров друг от друга. Разработан компанией Ericsson,
поддерживается группой Bluetooth Special Interest Group (SIG) с 20 мая 1999 г;
- Wireless USB (UWB) – беспроводной аналог универсального последовательного интерфейса, его устройства обладают собственным адресом, получаемым при подключении или перечислении. Базовыми элементами инфраструктуры WUSB являются концентратор и радиальные линии. В такой топологии хост-контроллер инициирует любой обмен данными между подключенными к нему устройствами, выделяя временные интервалы и полосу пропускания каждому подключенному устройству. Подобная группа называется кластером. Описанные соединения относятся к типу "точка-точка" и осуществляются между WUSB-хостом и WUSB-устройством;
-WirelessHD (WiHD) — беспроводный цифровой стандарт для HD-контента. Передача данных осуществляется на рабочей частоте 60 ГГц, не требующей лицензирования и свободно доступной повсеместно. WiHD — первое в мире приложение для этого частотного диапазона. Применение для стандарта WirelessHD 1.0 от телевизионных приемников до различных камкордеров и игровых приставок.
-Wi-Fi (англ. Wireless Fidelity — «беспроводная точность») – основной беспроводной интерфейс мобильных компьютеров на базе стандарта IEEE 802.11.
56
2.7.6 Аудиоинтерфейс
Для ПК используются следующие интерфейсы для подключения внешних аудиоустройств:
1)S/PDIF или S/P-DIF (Sony/Philips Digital Interface Format или Sony /Philips Digital Interconnect Format) описано также как IEC 958 type II в
международном стандарте IEC-60958. Является совокупностью спецификаций протокола низкого уровня и аппаратной реализации, описывающих передачу цифрового звука между различными компонентами аудиоаппаратуры без процедуры преобразования в аналоговый сигнал, что позволяет избежать ухудшения качества звука. Является потребительской версией стандарта AES/EBU. Применялся изначально в CD и DVDплеерах, а затем стал использоваться в MiniDisc-плеерах и звуковых картах ПК. Позволяет заметить многочисленные провода одним помехоустойчивым оптоволоконным кабелем.
2)TRS (англ. Tip, Ring, Sleeve) — наиболее распространѐнный разъѐм передачи аудиосигнала. Обычно имеет три контакта, но есть и модификации с двумя (TS) и четырьмя (TRRS) контактами. Существует три диаметра разъема — 1/4" (6,35
мм), 3,5 мм и 2,5 мм. Часто 1/4" TRS называют «джек» (англ. jack), а 3,5 мм TRS «мини-джек» (англ. mini-jack). На рисунке 2.89 обознаены: 1 — земля, 2 — правый сигнал (для стерео), 3 — сигнал (для моно) или левый сигнал (для стерео), 4 — изоляция.
а) |
б) |
|
Рисунок 2.86 — (а) Оптический разъѐм S/PDIF и (б) разъемы TRS моно и стерео |
||
2.7.7 Интерфейсные устройства для ПК |
|
|
Интерфейсные панели используются для |
вывода разъемов интерфейсов на |
|
переднюю панель ПК. Это обеспечивает более |
удобное подключение различных |
|
периферийных устройств, а также контроль их состояния
Рисунок 2.87 – Универсальная интерфейсная панель Scythe Conpane 1.2 Характеристики универсальных интерфейсных панелей:
1)форм-фактор – размер ячейки внешней памяти в дюймах, вместо которой устанавливается панель, основным считается 5.25”;
2)число и типы разъемов интерфейса подключения периферийных устройств;
3)число и типы разъемов интерфейса подключения аудиоустройств;
4)число и типы разъемов интерфейса подключения устройств внешней памяти;
5)наличие и параметры дополнительного дисплея, в котором отображаются параметры соединений и прочие данные (температура и т.д.);
6)габаритные размеры устройства;
7)тип программного обеспечения компьютера.
Для |
увеличения |
числа |
разъемов |
определенного |
интерфейса |
могут |
использоваться также и |
интерфейсные концентраторы. Наибольшее распространение |
|||||
57
получили USB-концентраторы. Их основными характеристиками являются тип и число разъемов интерфейса.
Рисунок 2.88 – Гибкий USB-концентратор Brando
Удлинители интерфейса используются для увеличения максимального расстояния между ПК и периферийными устройствами. Их основными характеристиками являются максимальное расстояние от ПК, а также число разъемов и типы их интерфейса.
Рисунок 2.89 – Удлинитель Adder серии X200
Adder серии X200 позволяет отнести с USB-устройства, монитор и стереофоническую звуковую систему на расстояние до 300 метров от ПК.
Модули преобразования (переходники) – выполняют преобразование сигналов интерфейса одного стандарта в другой.
Рисунок 2.90 – Переходник I-O Data видеоанных USB-DVI
2.7.8 Интерфейсы питания
Данный интерфейс представлен различными разъемами для подключения питающих цепей компонентов ПК.
2.8 Характеристики периферийного оборудования компьютера
Периферийное оборудование - устройство, которое управляется отдельным компьютером и может взаимодействовать с ним.
Периферийными устройствами для персонального компьютера являются:
1)принтеры – для распечатки данных на бумаге и пленочных носителях;
2)плоттеры – для вывода на печать чертежей большого формата;
3)сканеры – для ввода в компьютер графических данных;
4)графический планшет – рукописное рыполнение компьютерных изображений;
5)midi-клавиатуры;
58
6) модемы – для подключения компьютеров между собой через телефонные
сети;
7)многофункциональные устройства, которые сочетают в одном блоке четыре выше приведенных устройства;
8)проекторы – для вывода видео данных из компьютера на экран;
9)Web-камеры – для ввода видеоизображений в компьютер;
10)ТВ-тюнеры – для приема телевизионных программ на компьютере;
11)платы видеозахвата – для кодирования в компьютере принимаемые с webкамер или TB-тюнеров видеоизображений;
12)дополнительные мультимедийные датчики и устройства вывода;
13)источники бесперебойного питания.
2.8.1 Печатающие устройства (принтеры)
Принтеры – устройство для вывода на бумагу или специальный материал (например, пленку) символьной и графической информации; имеют следующие характеристики:
1) метод нанесения изображения, в зависимости от которого различают:
-матричные принтеры, которые производят печать с помощью матрицы из девяти или более иголок, печатающих через красящую ленту;
-струйные принтеры, наносят изображение на бумагу распыляя капли чернил;
-гелевые принтеры формируют изображение с помощью специального геля;
-лазерные принтеры с помощью лазерного луча создают электростатическое изображение на специальном барабане, которое наносит специальный термо порошок (тонер) на бумагу и нагревом фиксирует изображение на бумаге;
-сублимационные принтеры используют ленту с четырьмя красками, нагреваемую до газообразного состояния, краски смешиваются и наносятся на бумагу;
-твердочернильные принтеры имеют чернила на основе воска, которые перед нанесением на бумагу расплавляются;
2)назначение принтера:
–офисные принтеры, предназначенные для печати документации отдела или малого предприятия, имеют повышенный ресурс и высокую производительность и надежность;
– принтеры класса SOHO для малого офиса или домашнего использования имеют низкую стоимость и невысокую производительность;
–фотопринтеры – используются для печати цифровых фотографий, обладают высоким разрешением и качеством цвета, но имеют небольшой формат и возможность работать с фотоаппаратами напрямую без компьютера;
–принтеры для печати изображения на CD и DVD дисках;
3)максимальный формат используемой бумаги:
-формата А5 - размер 148x210 мм;
-формата А4 - размер 210x297 мм;
-формата A3 - размер 297x420 мм.
4)разрешение – число элементарных точек изображения на квадратный дюйм
(dpi), современные лазерные принтеры имеют разрешение 600 dpi, струйные фотопринтеры – 4800 dpi;
5) число цветов:
-монохромные – одноцветные;
-двуцветные (матричные со специальной двухцветной лентой);
-цветные (наибольшее распространение получили струйные), для которых
учитывается число цветных картриджей; |
|
|
6) скорость печати, которая измеряется в числе |
листов в минуту |
|
(наибольшее |
значение у лазерных около 15, далее |
по убыванию идут |
струйные, а |
затем матричные и сублимационные); |
|
7)ресурс одного картриджа измеряется средним количеством страниц нормального качества на одну заправку картриджа;
8)стоимость печати 10000 страниц;
9) типом интерфейса подключения к компьютеру (в большинстве случаев
USB 2.0);
59
10)возможность одновременной двухсторонней печати;
11)объем встроенной оперативной памяти и возможность ее расширения;
12)массогабаритные показатели;
13)потребляемая мощность в Вт;
14)уровень шума в дБ или акустическая мощность в А;
15)наличием специального программного обеспечения, обеспечивающего определенные режимы печати и типы выводимых шрифтов.
а)
б) 
а) Монохромный лазерный принтер Hewlett-Packard LaserJet 1015
б) Лазерный цветной принтер HP Color LaserJet CP1515n (открытый лоток) Рисунок 2.91 – Лазерные настольные принтеры
Рисунок 2.92Струйный фотопринтер Epson Stylus Photo 1410 формата А3+
Рисунок 2.93 – Карманный принтер Polaroid PoGo Instant Mobile Printer
2.8.2 Графопостроители (широкоформатные принтеры или плоттеры)
Графопостроители или широкоформатные принтеры (плоттеры) – устройства для печати изображения на большом формате бумаги (чертежи, плакатов и т.п.), имеют характеристики аналогичные принтерам, используют следующие основные технологии изображения:
-перьевую, которая использует для рисования специальные перья (фломастеры);
-струйные, аналоги струйных принтеров;
-лазерную печать.
Основными характеристиками плоттеров являются:
- максимальный формат выводимого изображения по высоте (А0 или А1);
60
-максимальное разрешение измеряется в числе точек на дюйм отвечающее за качество печати;
-скорость печати формата А1;
-тип интерфейса подключения к компьютеру.
Рисунок 2.94 – Плоттер Epson Stylus Pro 11880
2.8.3 Сканеры
Используются для ввода графических данных с бумажных и пленочных носителей в компьютер. Имеют следующие основные характеристики:
Рисунок 2.95 – Планшетный сканер Xerox 7600 толщиной 3,7 см с USB-питанием 1) тип сканера:
- ручные, которые необходимо держать в руках; - барабанные – производят сканирования путем протяжки исходного
изображения через специальный барабан; - планшетные - изображение сканируется при автоматическом перемещением
считывающего устройства вдоль неподвижного материала;
2)технология сканирования, для планшетных сканеров наибольшее распространение получили следующие:
- CCD (Charge-Coupled Device) – изображение освещается флуоресцентной лампой с передачей отражения через систему линз и зеркал на светочувствительные датчики;
- CIS (Contact Image Sensor) – источниками света являются светодиоды;
3)формат сканируемого изображения (А5, А4, А3 или иной);
4)максимальное разрешения, выражающееся в числе элементарных точек по вертикали и горизонтали на один дюйм - dpi (современные сканеры имеют разрешение около 2400 dpi);
5)средняя скорость сканирования единицы изображения;
6)тип интерфейса подключения к компьютеру (большинство современных устройств имеют интерфейс USB 2.0);
7)возможность автоматической подачи исходных материалов (автоподача из
стопки сложенных фотографий или слайдов, приспособления для сканирования пленок
ит.п.);
8)наличие в комплекте сканера дополнительного программного обеспечения для обработки полученных изображений (распознавания текста, редактирования графических изображений);
9)массогабаритные показатели;
10)дизайн.