SCSI (Small Computer System Interface) – интерфейс системного уровня стандартизированный ANSI, в отличие от других интерфейсов, представляет собой шину: сигнальные выводы множества устройств – абонентов соединяются друг с другом “один в один”. В отличие от “жестких” шин расширения, SCSI – шина реализуется в виде кабельного шлейфа.

Интерфейс SCSI используется как во внутренних устройствах, так и во внешних. Интересно отметить, что, по сути, контроллер SCSI позволяет не просто соединить устройства, а формирует своеобразную универсальную шину на системном уровне. Это позволяет устройствам производить обмен друг с другом, минуя центральный процессор. SCSI-интерфейс позволяет подключать одновременно до 15 устройств к одному контроллеру (Fast Wide SCSI, Wide Ultra SCSI, Wide Ultra2 SCSI, Ultra3 SCSI) внутреннего и внешнего исполнения. Каждое подключенное устройство получает свой номер.

Одно из них — хост-адаптер (Host Adapter) связывает шину SCSI с системной шиной компьютера, семь других свободны для периферии. К шине могут подключаться дисковые внутренние и внешние накопители (винчестеры, сменные винчестеры, CD-ROM, магнитооптические диски и др.), стримеры, сканеры и другое оборудование, применяемое не только для IBM PC.

Каждое устройство, подключенное к шине, имеет свой идентификатор SCSI ID, который передается позиционным кодом по 8-битной шине данных (отсюда и ограничение на количество устройств на шине). Устройство (ID) может иметь до 8 подустройств со своими LUN (Logical Unit Number — логический номер устройства). Любое устройство может инициировать обмен с другим целевым устройством (Target). Режим обмена по SCSI-шине может быть асинхронным или более производительным — синхронным с согласованием скорости (Synchronous Negotiation), передача данных контролируются по паритету.

У интерфейса SCSI самый главный недостаток — более высокая цена как на устройства, так и на адаптеры и аксессуары (кабели и терминаторы).

Плюсы SCSI:

• Большое число устройств, которые можно подключить: до 7 устройств к одной узкой (или гибридной) шине контроллера и до 15 к широкой. Контроллер может быть 2-, 3-канальным, контроллеров может быть установлено несколько.

• Используется для подключения и внутренних, и внешних устройств.

• Высокая скорость передачи данных по шине — у распространенных современных устройств и контроллеров Wide Ultra2 SCSI — 80 Мбайт/с, у «продвинутых» Ultra3 — 160 Мбайт/с, в ближайшее время ожидается 320 Мбайт/с.

• Высокая эффективность использования шины в многозадачных системах: на время выполнения команды (пока данные к передаче не готовы) устройство не занимает шину, освобождая ее для обмена контроллера с другими устройствами.

• Высокая эффективность работы устройств в многозадачных системах: поддержка очередей и цепочек команд.

• Широкий ассортимент подключаемых устройств, выпускаемых как для IBM PC-совместимых компьютеров, так и для других платформ.

Минусы SCSI:

• Высокая цена устройств и контроллеров, усугубляемая ценой кабелей и терминаторов.

• Сложность конфигурирования (установка большого числа конфигурационных джамперов, правильная установка терминаторов).

     Шина USB

USB (Universal Serial Bus) — универсальная последовательная шина, является промышленным стандартом расширения архитектуры PC, ориентированным на интеграцию с телефонией и устройствами бытовой электроники. Возможно подключение до 127 устройств.

Спецификация USB была разработана в 1995 г., при этом основной задачей было создать высокоскоростной (до 12 Мбит/с) универсальный последовательный порт, способный подключать несколько устройств через концентраторы с активной инициализацией подключения, не требующей перезагрузки компьютера. Это требование удачно укладывается в концепцию Plug'n'Play, позволяя шине производить автоматическую настройку (не надо распределять номера прерываний).

Архитектура USB определялась следующими критериями:

1.      Легко реализуемое расширение периферии PC.

2.      Дешевое решение, поддерживающее скорость передачи до 12 Мбит/с.

3.      Полная поддержка в реальном времени передачи аудио- и сжатых видеоданных.

4.      Гибкость протокола для смешанной передачи изохронных данных и асинхронных сообщений.

5.      Интеграция в технологию выпускаемых устройств.

6.      Доступность в PC всех конфигураций и размеров.

7.      Обеспечение стандартного интерфейса, способного быстро внедриться в продукцию.

8.      Открытие новых классов устройств, расширяющих PC.

USB обеспечивает обмен данными между хост-компьютером и множеством одновременно доступных периферийных устройств. Распределение пропускной способности шины между подключенными устройствами планируется хостом и реализуется им с помощью посылки маркеров. Шина позволяет подключать, конфигурировать, использовать и отключать устройства во время работы хоста и самих устройств.

Устройства (Device) USB могут являться хабами, «функциями» или их комбинацией. Устройство USB должно иметь интерфейс USB, обеспечивающий полную поддержку протокола USB, выполнение стандартных операций (конфигурирование и сброс) и стандартное представление информации, описывающей устройство.

Хаб — ключевой элемент системы Plug-and-Play в архитектуре USB. Хаб является кабельным концентратором, точки подключения называются портами хаба. Каждый хаб преобразует одну точку подключения в их множество. Архитектура подразумевает возможность соединения нескольких хабов.

У каждого хаба имеется один восходящий порт (upstream port), предназначенный для подключения к хосту или хабу верхнего уровня. Остальные порты являются нисходящими (downstream ports) и предназначены для подключения функций или хабов нижнего уровня. Хаб может распознать подключение или отключение устройств к этим портам и управлять подачей питания на их сегменты. Каждый из этих портов индивидуально может быть разрешен или запрещен и сконфигурирован на полную или ограниченную скорость обмена. Хаб обеспечивает изоляцию сегментов с низкой скоростью от высокоскоростных.

Хабы могут иметь возможность управления подачей питания на нисходящие порты, причем предусматривается управляемая установка ограничения на ток, потребляемый каждым портом.

«Функции» представляют собой устройства USB, способные передавать или принимать данные или управляющую информацию по шине. Типично «функции» представляют собой отдельные периферийные устройства с кабелем, подключаемым к порту хаба. Однако физически в одном корпусе может быть и несколько «функций» со встроенным хабом, обеспечивающим их подключение к одному порту. Эти комбинированные устройства для хоста являются хабами с постоянно подключенными устройствами-«функциями».

Каждая «функция» предоставляет конфигурационную информацию, описывающую его возможности и требования к ресурсам. Перед использованием «функция» должна быть сконфигурирована хостом — ей должна быть выделена полоса в канале и выбраны специфические опции конфигурации.

Работой всей системы USB управляет хост-контроллер (host controller), являющийся программно-аппаратной подсистемой хост-компьютера.

Физическое соединение устройств USB осуществляется по топологии многоярусной звезды.

Во время подключения/отключения устройства шина USB производит пересчет активных устройств и назначение каждому логического номера. USB-порт, к тому же, способен запитывать подключаемое устройство, если оно не имеет своего блока питания. Таким образом, появляется возможность сократить размеры маломощных (до 2,5 Вт) USB-устройств. Для предотвращения перегрузки питания предложено всем концентраторам, которые самостоятельно включаются в электрическую сеть, запитывать подключаемые к ним устройства.

USB-кабель содержит всего 4 проводника: 2 — витая пара, питание 5 В и общий провод. Таким образом, устройства разделяют одну сигнальную линию. Для коррекции одиночных ошибок на линии используется циклический код CRC. Помимо общего канала шириной в 12 Мбит/с в USB имеется так называемый «подканал» шириной в 1,5 Мбит/с для медленных устройств, таких, как клавиатура, мышь, джойстик, перо и т. д. Это позволяет снизить стоимость медленных USB-портов в этих устройствах, поскольку более высокая скорость для таких устройств не нужна. Всего, благодаря концентраторам, USB способна объединить в одну сеть до 127 устройств одновременно. 

С точки зрения конечного пользователя привлекательны такие черты USB:

1.      Простота кабельной системы и подключений.

2.      Изоляция подробностей электрического подключения от конечного пользователя.

3.      Самоидентифицирующаяся периферия, автоматическая связь устройств с драйверами и конфигурирование.

4.      Возможность динамического подключения и реконфигурирования периферии.

Шина USB очень удобна для подключения внешних (переносных) устройств, но ее пропускная способность не превышает 1,5 Мбайт/с и разделяется между всеми устройствами шины.

В настоящее время идет переход на шину USB-2.0, которая при небольшом удорожании обеспечивает пиковую скорость до 60 Мбайт/с (480 Мбит/с). Для совместимости с USB 1.1 обеспечивается способность работать в нескольких режимах. При подключении только высокоскоростных устройств шина работает в режиме USB 2.0, а если подключено устройство, не способное работать на такой скорости, шина снижает рабочую частоту до приемлемой данным устройством.

Шина IEEE 1394 (FireWire)

Ни один из существовавших ранее стандартов внешних портов не позволял в реальном времени передавать видеоряд. Поэтому таким устройствам, как миниатюрные цифровые телекамеры, приходилось использовать свои собственные оригинальные интерфейсные платы. Пользователю от этого, естественно, удобнее не было.

Еще в 1986 г. фирма Apple разработала цифровой интерфейс 1394, названный FireWire. И только в 1995 г. его следующая версия была стандартизована как IEEE 1394. Свое название — Fire on the Wire — шина получила за свою высокую скорость 100 Мбит/с. В дальнейшем стандарт был расширен, и рабочая скорость увеличилась до 400 Мбит/с (для сравнения: передача 24-битного видео с разрешением 640х480 при 30 кадров/с образует поток в 210 Мбит/с).

Аналогично USB, шина FireWire способна запитывать подключаемое устройство (8—40 В, до 1,5 А), и подключение устройств можно производить на ходу (hot-plug). Разъем имеет 6 контактов: 4 — две витые пары для двунаправленного обмена, оставшиеся 2 — питание. Для не требующих питания устройств можно применять более экономичные 4-жильные кабели. Системными устройствами шины IEEE 1394 могут служить повторители, концентраторы и мосты. Такое разнообразие, по сравнению с USB, делает шину FireWire более гибкой.

Ограничение на количество подключенных устройств на одной сигнальной линии (до 63) и максимальное количество промежуточных узлов на пути запроса от одного устройства до другого (до 16) накладывает дополнительные условия на топологию шины. Но благодаря мостам имеется возможность объединять отдельные независимые сегменты шины. Всего с помощью мостов можно объединить до 1000 (!) разных сегментов в общую сеть на основе FireWire.

Передача данных в IEEE 1394 может происходить как в асинхронном, так и в синхронном режиме с заданной гарантированной скоростью передачи данных (очень важно для передачи в реальном времени: звук, видео). Если устройство должно работать в синхронном режиме, оно резервирует для себя определенное место в кадре данных (длина кадра равна 125 мс). Для этого рабочий квант времени передачи делится на зарезервированные участки и на остальное — для асинхронной передачи.

Интерфейс FireWire уже несколько лет применяется в цифровых (профессиональные и бытовые), видео- и телекамерах, магнитофонах и фотоаппаратах, которые можно самостоятельно соединять между собой без участия компьютера (благодаря возможностям IEEE 1394) и осуществлять цифровой видеомонтаж в реальном времени.

Существует и гигабитный вариант IEEE 1394.2, в котором используется оптоволоконный соединительный кабель.

     Fibre Channel (FCAL)

Fibre Channel (FCAL) применяют для подключения очень больших устройств внешней памяти к мощным серверам. Этот интерфейс позволяет значительно разносить устройства памяти и компьютеры (возможно разделяемое использование устройств). Эти свойства ценны для особо ответственных применений, когда требуется обеспечить живучесть системы даже при частичных разрушениях (при стихийных бедствиях, катастрофах и т. п.).

    Шины PCMCIA (PC Card и Card Bus)

Шины PC Card (16-битный интерфейс) и Card Bus (32 бита) применяются для подключения внешних устройств к блокнотным ПК.

Различают 4 типа PC Card. Электрически идентичные, они различаются по габаритам и совместимы снизу вверх.

   Первоначально спецификация PCMCIA разрабатывалась для стандартизации карт расширения памяти и интерфейса для подключения этих карт. Со временем спецификация была доработана и стало возможно использовать PCMCIA для подключения всевозможных периферийных устройств. Обычно через интерфейс PCMCIA подключают сетевые карты, модемы и НЖМД.

Шина CardBus введена в спецификации PCMCIA версии 5.0 (JEIDA 4.2). Эти 32-разрядные карты PCMCIA были представлены в феврале 1995 года, и стали появляться в ноутбуках начиная с конца 1997 года. Шина CardBus логически и электрически представляет собой полноценную 32-разрядную шину PCI, работающую на частоте 33 МГц, а механические размеры и разъёмы позаимствованы у шины PCMCIA. Устройства CardBus могут поддерживать ПДП, что позволяет устройствам CardBus вести информационный обмен с другими периферийными устройствами или с ОЗУ без использования ЦПУ. Многие периферийные контроллеры способны работать как на шине CardBus, так и на шине PCI, например, контроллеры сети Wi-Fi.