Interfejsy

Stosowanie różnorodnych interfejsów pamięci masowych, a zwłaszcza dotyczących pamięci dyskowych, jest związane głównie ze wzrostem pojemności pamięci zewnętrznych, wymagających także coraz większych szybkości przekazu. Szybkość przekazywania danych z/do pamięci zewnętrznych zależą od rodzaju używanych napędów nośnika i zmieniają się w szerokim zakresie. Pomimo postępującej standaryzacji w tym zakresie większość powstających w różnym czasie interfejsów jest wzajemnie niezgodna, a dostosowanie konkretnego systemu komputerowego do różnych typów zewnętrznych pamięci masowych wymaga nadal instalacji wielu typów interfejsów.

ST 506. Jednym z pierwszych równoległych interfejsów napędów dyskowych stosowanych w komputerach osobistych był interfejs ST 506, dostarczany przez firmę Seagate Technologies.
Wykorzystano w nim zmodyfikowaną metodę modulacji częstotliwości MFM (Modifitied Modulation).
Maksymalna szybkość transmisji danych w tym interfejsie wynosi 5 Mb/s. Ze względu na stosunkowo niedużą szybkość transmisji popularność tych interfejsów jest już niewielka i ma raczej znaczenie historyczne.

ESDI (Enhanced Small Device Interface). Interfejs ESDI, o rozwiązaniu zbliżonym do ST 506, oferuje zapis sektorów o rozmiarach 512 bajtów z szybkością transmisji od 10 do 15 Mb/s. W systemach dyskowych klasy ESDI są zwykle stosowane napędy o pojemnościach powyżej 100 MB, a do jednego sterownika można podłączyć maksymalnie dwa napędy dyskowe. Obecnie Bardzo żadko stosowany.

IDE (Inteligent Drive Electronics, Integrated Drive Electronics). Zintegrowany interfejs równoległy. Jest rozwiązaniem hybrydowym, zaprojektowanym pierwotnie jako tania alternatywa urządzeń ESDI. Urządzenia standardu IDE są wyposażone we własne układy sterujące, znajdujące się w urządzeniu i przyłączane do niedrogiego adaptera IDE komputera, przy czym jeden adapter może obsługiwać tylko dwa urządzenia. Układy elektroniczne sterujące dostępem do szyny IDE są umieszczone bezpośrednio przy każdym urządzeniu dyskowym, co eliminuje potrzebę stosowania kontrolera dysku twardego na płycie komputera. Przekaz danych przez interfejs IDE dokonuje się z szybkością do 4 MB/s (32 Mb/s), co jest porównywalne z szybkościami pierwszch interfejsów SCSI, przy istotnym uproszczeniu konstrukcji. Zwykle jeden sterownik IDE potrafi obsłużyć zarówno dyski sztywne typu IDE z ograniczeniem ich maksymalnej pojemności do 512 MB na każdym dysku, jak też urządzenia w standardzie ATAPI. Najnowsze wersje IDE mogą adresować bezpośrednio urządzenia o pojemności do 2 GB (bajtów). Standard IDE został przyjęty przez ANSI jako standard przemysłowy pod nazwą ATA (AT Attachment).
Dodatkowym usprawnieniem jest wyposażenie kontrolera IDE w pamięć typu casche, dzięki czemu następuje znaczne przyspieszenia szybkości przy wydatnym zmniejszeniu zaangażowania CPU komputera na potrzeby transmisji. Automatyczne adresowanie urządzeń, prostota instalacji Ib rozszerzania urządzeń współpracujących, a także niska cena powodują, że interfejs IDE lub jego rozszerzona wersja EIDE stanowią konkurencyjne rozwiązania w stosunku do SCSI i są obecnie instalowane w sposób trwały w prawie każdym komputerze do obsługi zewnętrznych pamięci masowych.



EIDE (Enhaced IDE). Wprowadzone w 1994 r. rozszerzenie standardu IDE umożliwia włączenie do czterech pamięci masowych do wspólnego interfejsu i przekaz danych z szybkością w zakresie 9-16 MB/s, przy typowej przepływności wynoszącej 13,3 MB/s. Dużą niedogodnością standardu jest niewielka maksymalna długość szyny interfejsowej – zwykle nie przekraczająca do kilkudziesięciu centymetrów, co ogranicza jego stosowanie do łączenia urządzeń znajdujących się wyłącznie wewnątrz systemu komputerowego. Technologia ta jest jednak przydatna przy współpracy z dyskami, bez ograniczania ich pojemności własnej (Nawet powyżej 8 GB), stosowana powszechnie w komputerach osobistych.



ATA-1 Popularnie nazywane- ATA (Attachmnet) lub IDE. ATA-1 jest formalną nazwą tego co często jest nazywane oficjalną specyfikacją IDE. Ale IDE oznacza aktualnie końcówkę interfejsu twardego dysku. ATA to jedno złącze na płycie głównej umożliwiające podłączenie maksymalnie dwóch urządzeń master i slave o maksymalnej pojemności 528 MB. Wydajność ATA zależy od trybu transferu danych zwanego PIO (Programmed Input/Output). Wszystkie dyski i kontrolery ATA obsługują tryb PIO mode 0 tylko niektóre obsługują mode 1 i 2.

ATA-2 Rozszerzono tryb CHS (Cylinder Head Sektor) adresowania pamięci dyskowych z 1024 do 65 536 cylindrów, w ten sposób możemy zaadresować do 137 GB w sektorach po 512 bajtów. Transfer danych dokonuje się z prędkością do 16,7 MB/s. W specyfikacj wprowadzono również nowy sposób adresowania LBA (Logical Block Addressing) – niezależnie od fizycznej geometrii zbioru na dysku oraz cztery nowe tryby zarządzania poborem mocy: Active, Idie, Standby, i Sleep
ATA-3 rozszerza polecenia interfejsu SCSI-3 dla urządzeń niedyskowych, jak też modyfikuje polecenia ATA dla utrzymania zgodności z istniejącymi dyskami i oprogramowaniem. Z kolei za pomocą standardu ATAPI (AT Atahment Packet Interface), który jest częścią ATA-3, jest możliwa obsługa napędów taśmowych i CD-ROM – dzięki protokołom warstwowym zbudowanym nad interfejsem IDE. Nie można tu zapomnieć o wprowadzeniu technologii SMART (Self-Monitoring Analysis and Reporting Technology) – techniki zapewniającej znaczne zwiększenie poziomu bezpieczeństwa danych dzięki automatycznej diagnostyce dysku

Fast Ata – Opracowany i promowany przez seagate standard łącza Fast ATA (Fast ATA-2) poprawia szybkość przekazu danych w pamięciach dyskowych w stosunku do ide, przy niewielkich zmianach programowych, jakie należy wprowadzać przy implementacji tych napędów w procedurach BIOS-u. Za pomocą interfejsu FAST ATA można dołączyć do czterech urządzeń peryferyjnych, takich jak: dyski sztywne, napędy magnetooptyczne czy pamięci CD-ROM, przy czym przyłączane czytniki CD-ROM winny być zgodne ze specyfikacją ATAPI . Usprawniona wersja tego interfejsu, znana jako specyfikacja Ultra ATA, dopuszcza transmisje z szybkością do 33,3 MB/s oraz do 66,6 MB/s. Pry okazji zmianie uległ kabel używany do transmisji: konieczne było wprowadzenie przewodów ekranujących i tym samym liczba żył wzrosła z 40 do 80, gniazdo jednak pozostało bez zmian.





Taśmy IDE rozpozna każdy, bo są tylko
dwie odmiany: 40- i 80-przewodowa.

Serial ATA Umożliwia przepustowość danych o prędkości 150 Mb na sekundę. Interfejs jest znacznie prostszy (kabel zajmuje znacznie mniej miejsca, co umożliwi miniaturyzację obudów i polepsz chłodzenie wewnątrz komputera) można go również znacznie prościej instalować i konfigurować, ponieważ oferuje on możliwość podłączenia punkt-w-punkt dysku i hosta, bez konieczności ustawiania zworki.
ATAPI ATA Packet Interface jest dopełnieniem rodziny interfejsów IDE/ATA. Jest to protokół komunikacyjny umożliwiający komunikowanie się przez interfejs ATA z urządzeniami nie będącymi dyskami stałymi - przede wszystkim czytnikami CD-ROM.

Wszystkie interfejsy ATA charakteryzują się pełną kompatybilnością zstępującą, tzn. każda wyższa wersja obsługuje również pełny zestaw funkcji wersji niższej, dzięki czemu możemy np. dołączyć dysk Ultra ATA do systemu przystosowanego do ATA-2, oczywiście tracąc możliwość zwiększających efektywność funkcji wyższego standardu.

SCSI Konkurentem IDE na polu profesjonalnych zastosowań od dawna jest SCSI (Small Computer Systems Interface). Prawie we wszystkich „poważniejszych” komputerach pozostaje on niezastąpiony. Różnorodność odmian, mnogość różnych gniazd połączeniowych, niełatwa konfiguracja i wyższa niż IDE cena wszelkich elementów blokują ekspansję tego standardu do komputerów domowych i biurowych. Tym samym jest on postrzegany przede wszystkim jako „serwerowy”.

Pewne implementacje SCSI były w użyciu od początku lat osiemdziesiątych, jednak za datę narodzin standardu uznaje się rok 1986, kiedy została opublikowana specyfikacja ANSI (American National Standards Institute)...
SCSI-1 Zwane również po prostu SCSI, najpopularniejsze w latach 1980-1985. Jest pierwszą uniwersalnej szyny komunikacyjnej mogącej połączyć ze sobą równocześnie do ośmiu urządzeń (7 urządzeń plus sterownik) zarówno wewnętrznych jak i zewnętrznych. Szerokość szyny ustalono na 8 bitów, a częstotliwość taktowania na 5 MHz, co oznacza maksymalną przepustowość 5MB/s w trybie synchronicznym. W trybie asynchronicznym maksymalna szybkość przesyłania danych sięga 1,5 do 3 MB/s. Każde urządzenie przyłączone do magistrali, włącznie z kontrolerem musi mieć swój własny identyfikator- numer ID, będący liczbą z zakresu od 0 do 7. Protokół SCSI-1 był zbyt ogólnikowy i z tego powodu wiele urządzeń SCSI-1 nie chciało ze sobą współpracować. Czasy SCSI-1 to „mroczny okres” w historii SCSI- wykorzystywanie przez producentów wielu własnych i często nieudokumentowanych funkcji oraz rozkazów powodowało kłopoty ze zgodnością urządzeń
SCSI-2 Poprawiona i lepiej zdefiniowana wersja SCSI. Z praktycznego punktu widzenia zasadnicza różnica pomiędzy specyfikacją SCSI a jej kolejną wersją SCSI-2 zawiera się w zgodności pomiędzy urządzeniami pochodzącymi od różnych producentów Dzięki temu że SCSI-2 lepiej określa parametry urządzeń i szyny oraz zestaw poleceń udało się poprawić wzajemną zgodność wszystkich urządzeń SCSI, napędów wymiennych nośników danych (CD-ROM, MO, streamery, wymienne dyski magnetyczne). Ponieważ specyfikacja SCSI-2 była tylko poprawką SCSI-1, definiowana przez nią magistrala SCSI-2 wykorzystuje te same kable i złącza, zapewnia też taką samą przepustowość. Ostatecznie specyfikacja SCSI-2 została opublikowana przez ANSI w 1994 roku. Opracowano zestaw 18 komend, które znane są pod nazwą CCS (Common Command Set) i są implementowane w każdym sprzęcie wyposażonym w złącze SCSI.
SCSI-2 stało się powszechnym, obowiązującym do dziś standardem. Z dalszych modyfikacji SCSI-2 narodziły się wersje Fast SCSI i Wide SCSI oraz ich poprawione i wzbogacone wersje - Ultra SCSI i Ultra Wide SCSI. Natomiast logicznym rozwinięciem SCSI-2 jest SCSI-3.
Fast SCSI-2 (Fast SCSI, Narrow SCSI-2) to praktycznie to samo co SCSI-2, ale z poszerzonym zestawem poleceń i zwiększoną do 10 MHz częstotliwością szyny, którą uzyskano dzięki wprowadzeniu węższych tolerancji czasowych, powodujących przyśpieszenie procesów przesyłania z potwierdzeniem.
Działania te zwiększyły teoretyczną przepustowość tradycyjnej 8-bitowej magistrali do 10 MB/s w trybie synchronicznym i do 5 MB/s w trybie asynchronicznym. Jednak główne jakościowe zmiany nastąpiły dzięki nowym poleceniom, takim jak np. Synchronous Data Transfer, Linked Commands, Command Queuing, Disconnection, a nie zwiększeniu szybkości zegara. Spotykane niekiedy oznaczenia Fast SCSI zawsze odnoszą się do specyfikacji SCSI-2, jako że dotyczą wszystkich wersji protokołu SCSI mogącego przesyłać dane z szybkością większą od 5 MB/s (spotykana jedynie w specyfikacji SCSI-1).
Wide SCSI-2 (Wide-SCSI) to kolejna mutacja SCSI-2 związana z poszerzeniem szyny SCSI do 16 bitów. Ponieważ przy opracowaniu tego wariantu oparto się na standardzie Fast SCSI-2, który ma przepustowość 10 MB/s, Wide SCSI-2 podniósł maksymalną wydajność do 20 MB/s (w trybie synchronicznym). W specyfikacji określono także nowe 68-stykowe złącze zarówno dla urządzeń wewnętrznych, jak i zewnętrznych. Zwiększona została również liczba urządzeń, które można dołączyć do magistrali Wide-SCSI - z poprzednich 8 do 16 (łącznie ze sterownikiem).
Ponieważ magistrala Wide SCSI-2 jest fizycznie odmienna od SCSI-2, wymaga innych łączy, kabli, sterowników itp. Z tego powodu urządzenia Wide-SCSI są droższe od SCSI-2 i mniej od nich popularne.
SCSI-3 – jest drugą dużą poprawką standardu SCSI. Ponieważ specyfikacja SCSI przez lata została istotnie rozbudowana, postanowiono dokonać rozdziału pomiędzy jej poszczególnymi elementami. Tym samym SCSI-3 nie jest jednolitym standardem w powszechnym rozumieniu, a raczej rodziną standardów. Warto również zwrócić uwagę na to, że SCSI-3 nie definiuje bezpośrednio szybkości przesyłania danych, jak to miało miejsce poprzednio. Coraz większa szybkość urządzeń SCSI-3 nie jest wymuszona specyfikacją, wynika raczej z coraz doskonalszych technologii wprowadzanych w ramach standardu SCSI-3.

UltraSCSI Przy wykorzystaniu tradycyjnej 8-bitowej szyny i dzięki poprawionym parametrom technicznym podwyższono taktowanie szyny SCSI do 20 MHz, zwiększając tym samym maksymalną przepustowość w trybie synchronicznym do 20 MB/s - oto interfejs UltraSCSI (Narrow UltraSCSI). W ten sposób udało się zwiększyć wydajność szyny do poziomu Wide SCSI-2, przy zachowaniu 50-stykowych złączy i 50-żyłowych kabli SCSI-2 (z wyjątkiem kabli łączących urządzenia zewnętrzne). Długość kabla Ultra SCSI nie może przekraczać 3 m.
Istnieje również 16-bitowa wersja tego interfejsu - Wide UltraSCSI. Jak nietrudno zgadnąć, przepustowość szyny wzrosła tu do 40 MB/s (w trybie synchronicznym), stąd używana czasem nazwa Fast-40-SCSI.



RS-232C jest jednym z interfejsów szeregowych. Występuje standardowo we wszystkich komputerach zgodnych z IBM PC i nowszych. W interfejs ten wyposażonych jest wiele urządzeń pomiarowych, w tym jednak przypadku nie zawsze interfejsy te są w pełni zgodne ze specyfikacją standardu (szczególnie jeśli chodzi o topografię połączeń).

Standard RS-232 (Recommended Standard) został wprowadzony w 1962 roku. Został on opracowany na potrzeby obsługi modemów (o czym świadczą nazwy sygnałów sterujących) przez amerykańskie stowarzyszenie EIA ( Electronic Industries Assocation ). W sierpniu 1969 roku wprowadzono zrewidowaną normę oznaczoną RS-232C, która reprezentuje powszechnie akceptowany sposób transmisji danych na nieduże odległości (do 15 m), z szybkością do 115 kbitów/s. Standard RS-232C został później przyjęty w Europie przez komitet normalizacyjny CCITT i otrzymał oznaczenie V24. W komputerach osobistych stał się on standardem łącza szeregowego. W systemach operacyjnych portom takim przyznano nazwy logiczne COMn ( gdzie n oznacza numer portu). Oprócz obsługi modemów, interfejs umożliwia podłączenie takich urządzeń jak mysz czy drukarka. Może posłużyć również do połączenia bezpośrednio dwóch komputerów (przez tzw. Kabel Null-Modem).

Opis

Transmisja odbywa się szeregowo asynchronicznie, tzn. informacja jest przesyłana w "paczkach' o z góry określonym formacie, wyposażonych w sygnały początku i końca paczki





Czas trwania pojedynczego bitu nazywany jest odstępem jednostkowym. Jego odwrotność określa szybkość transmisji w bodach ( bitach na sekundę). Typowe prędkości transmisji wynoszą : 300,1200,2400,9600,14400,28800,56600

Długość pola danych może wynosić od 5 do 8 bitów
Opcjonalny bit kontroli transmisji może pracować według jednej z dwóch zasad: kontrola parzystości (even parity) lub kontrola nieparzystości (odd parity)

Transmisje kończą jeden lub dwa bity stopu.

USB Standard szeregowego interfejsu o nazwie USB (ang. Uniwersal Seril Bus) opracowany przez specjalistów z kilku znaczących firm komputerowych (Intel, Microsoft, IBM, NEC) pozwala podłączyć do jednego gniazda aż 127 urządzeń peryferyjnych, takich jak: klawiatura, mysz, drukarka, skaner, modem i joystick.

Opis

W tym standardzie komputer powinien posiadać jedno lub dwa 4-stykowe gniazda, za pomocą których odbywać się będzie transmisja danych do/z urządzeń peryferyjnych. Urządzenia peryferyjne można łączyć za pomocą koncentratorów (ang. Hub). Zadania te mogą spełniać monitor i klawiatura wyposażone w kilka gniazd USB.

Standard ten obsługuje dwie szybkości transmisji danych :

12 Mb/s – tak zwana wysoka szybkość (ang. Full-speed signaling bit rate), z kablem ekranowanym o długości do 5 m,

1,5 Mb/s – tak zwana niska szybkość (ang. Low-speed signaling bit rate) z kablem o długości do 3 m.

Cztero żyłowy kabel zawiera parę przewodów (to jest linię symetryczną) służących do transmisji danych oraz parę przewodów zasilających napięciem +5 V podłączone doń urządzenia. Maksymalny prąd zasilający jedno urządzenie nie powinien przekroczyć 500 mA. Przy pomocy kabla USB można zasilać urządzenia o niskim poborze mocy ( między innymi klawiatura, myszka, joystick). Kabel posiada na swoich końca różne złącza: od strony aktywnego urządzenia ( komputer, Hub) – złącze A, od strony urządzenia peryferyjnego – złącze B.


Fire Wire Specyfikacja IEEE 1394 definiuje zewnętrzny interfejs, za pomocą którego można podłączyć do komputera różne urządzenia peryferyjne (kamery cyfrowe, skanery, HDD). FireWire również znany jako I.Link lub IEEE 1394 jest standardem umożliwiającym transmisję danych z szybkością nawet 400 Mb/s co jest wielkością wystarczającą do wyświetlania w czasie rzeczywistym obrazu wideo. IEEE 1394 uważana jest więc za jedną z kluczowych technologii, która może zapewnić ścisłą współpracę pomiędzy komputerami a tzw. elektroniką rozrywkową. Wynaleziony przez Apple FireWire jest znany z prostoty obsługi, szybkiej transmisji danych, oraz umożliwia łączenie aż do 63 urządzeń razem. Jumpery, przełączniki i IRQ to przeszłość, teraz instalacja wymaga tylko podpięcia karty do komputera i koniec. Poprzednie urządzenia peryferyjne nie spełniały dzisiejszych wymagań (przesyłanie danych). FireWire pozwala kamerom cyfrowym, zewnętrznym twardym dyskom oraz szybkim skanerom na współpracę z komputerem przy pełnym wykorzystaniu ich możliwości. Wszystko, czego potrzebujesz to PC-et z wolnym slotem PCI i Windows 98 / 2000.



Opis

Interfejs IEEE 1394 to szybka magistrala szeregowa, umożliwiająca transmisję danych z szybkością:

standard A - do 400 Mb/s,

standard B - do 800Mb/s.

Początkowo standard został przyjęty przez IBM, Apple, Texas Instrument oraz niektóre firmy japońskie. Pierwszym urządzeniem wykorzystującym założenia tego standardu była kamera DVC firmy Sony. Obecnie wiele firm oferuje cyfrowe urządzenia przetwarzania dźwięku i obrazu (kamery, magnetowidy cyfrowe) oraz karty do komputerów PC, wyposażone w łącze Firewire, umożliwiają szybką komunikację. Główne cechy standardu:

cyfrowy interfejs pozwala na transmisję danych bez zniekształceń informacji;

łatwość w obsłudze;

możliwość podłączenia nowych urządzeń w trakcie pracy komputera;

trzy szybkości transmisji danych: 100, 200 i 400 Mb/s;

kabel łączący urządzenia składa się z sześciu przewodów: dwie pary sygnałowe oraz dwa przewody zasilania o obciążalności 1,5 A przy napięciu zasilania od 8 do 40 V.

Standard IEEE 1394 umożliwia połączenie 63 urządzeń w sieć o strukturze drzewa. Każde urządzenie w sieci ma przydzielony 6-bitowy adres fizyczny. Konstrukcja magistrali jest zadziwiająco prosta. Urządzenia mogą być podłączone do dowolnego dostępnego gniazda Firewire, a każde dołączone nowe urządzenie powoduje automatyczną rekonfigurację sieci.

Fibre Channel
Jest to szeregowa odmiana wersji SCSI, uwzględniająca połączenia zestawiane między komputerami, pamięciami i urządzeniami peryferyjnymi systemów komputerowych o różnych szybkościach przepływu. Równoległa postać danych jest kodowana bajt po bajcie w schemacie 8B/10B, a następnie konwenterowana do postaci szeregowej i transmitowana przez linię komunikacyjną. Standardowa do niedawna przepływność, wynosząca początkowo 12,5 MB/s, obecnie zaś 100 MB/s została już rozszerzona do 200 MB/s, a niedalekiej przyszłości pojawią się rozwiązania techniczne o jeszcze większych przepływnościach.

InfiniBand

Technologia InfiniBand została opracowana z myślą o astosowaniu w serwerach. Magistrala ta zapewnia transfer między serwerami, pamięciami masowymi i innymi urządzeniami sieciowymi z szybkością od 2,5 do 30 Gb/s. Obecnie projektowane są magistrale danych InfiniBand, których wydajność oscyluje wokół 1 Gb/s.

Bibliografia:
Vademecum teleinformatyka
http://republika.pl/marekt10/index_pliki/utk_pliki/interfejsy.htm
http://www.dyski.wirt.pl/
http://www.idg.pl/artykuly/28452.html