Что входит в интерфейс. Интерфейс – что это такое простыми словами

Слово интерфейс может иметь множество определений, однако основное определение действует в сфере компьютерной техники. Интерфейс здесь означает средство, которое помогает пользователю взаимодействовать с играми, программами или операционным системами. Это средство делает программы узнаваемыми и облегчает работу с ними. Для примера можно взять интерфейс программы Paint. Если человек умеет с ней работать, то ему под силу будет и работа с иными программами, имеющими подобный интерфейс.

Можно объяснить термин другими словами, как совокупность разных средств, с помощью которых человек управляет вычислительной техникой. Основные задачи интерфейса – это ввод и вывод информации. Помимо этого, он помогает управлять программным обеспечением, обмениваться данными и проводить командные операции. Данные операции проводятся с помощью внешних носителей информации.

Как интерфейс можно характеризовать заднюю панель компьютера. Это обусловлено возможностью подключать к нему разные устройства с помощью входов. Панели управления, которые находятся на стиральных машинах или в автомобилях, также являются интерфейсом.

Само слово «интерфейс» позаимствовано в английском языке. Его буквальный перевод означает взаимодействие между лицами, в таком же значении оно и используется. В современных технологиях, интерфейс – это уникальные системные связи, которые обеспечивают передачу информации между двумя объектами или более. Хотя данное понятие чаще всего используется в компьютерных технологиях, присутствует оно и в других областях науки и техники. К примеру, в инженерной психологии интерфейсом называют коммуникации машин с людьми.

Необходимость интерфейсов

Представим, что сложное оборудование составлено из связей, блоков и других различных узлов. Также оборудование связано и с самим пользователем. Последняя связь должна быть выражена в логической форме. Это система, которая предоставляет информацию, а также характеризует сигналы. Компьютерные интерфейсы логически можно представить себе как системы, созданные на основании математики. То есть, математически, это системы понятий Булевой алгебры. Физически же его можно представить как совокупность чипов, электронных деталей, проводков и других частей, которые между собой обмениваются импульсами тока.

С помощью интерфейса компьютер вообще может работать. Именно он обеспечивает связь процессора и оперативной памяти, устройствами печати, а также с видеокартой. Помимо этого с помощью интерфейса можно работать в Интернете, связываться с иными устройствами и с иными пользователями.

Проще сказать, без данного средства работа вычислительной техники не может быть выполнена. В компьютерных технологиях сегодня применяются разные типы интерфейсов, которые нужны, чтобы работать программисту, необходимы они и для обычных пользователей ПК.

Интерфейс программы

Интерфейсом программы именуют разные части, с использованием которых может производиться управление этой программой. В программе интерфейс выглядит как окошки, кнопочки, которые используются для того, чтобы программа могла совершить действия, которых вы от неё ждете.

Приведем простой пример в использовании компьютерных программ. Для того чтобы посмотреть фильм, необходимо воспользоваться такой программой, как видеоплеер. В программе запускается та строка, которая обозначает фильм, после чего он отображается на экране. Программа для просмотра фильмов также имеет свой интерфейс, который служит для того, чтобы управлять. Так, с помощью кнопок, присутствующих на плеере, можно сделать звук громче или тише, поставить фильм на паузу или выполнить другие необходимые действия.

Графический интерфейс

Графический интерфейс – это пользовательский интерфейс, в котором используются изображения вместо цифр. Изображения в нем заменяют также и буквы, это кнопки или иконки. Яркий пример интерфейса графического типа – это рабочий стол Виндоуз. Работа в этом интерфейсе заключается в том, чтобы обеспечивать работу программы с помощью кликов.

По сравнению с тем, что происходит ввод и вывод через командную строку, графический интерфейс простой и понятный. Не так часто для того, чтобы пользоваться графическим интерфейсом, необходимы специальные знания компьютера. Графический интерфейс часто интуитивно понятен, еще его называют дружелюбным.

Графический интерфейс имеет и свои недостатки, главный из которых – это большой объем памяти, который необходим для того, чтобы в графическом виде представлять себе программу. Но современные программы этот недостаток преодолели, поскольку память современных компьютеров увеличивается с каждым новым выпуском. Но вместе с этим усложняется и сам интерфейс, теперь он занимает больше памяти, но становиться удобнее и эффективнее.

Что касается игр, то в них также существует графический интерфейс, чтобы пользователь мог взаимодействовать с компьютером во время игры. Он обеспечивает также и общение пользователей друг с другом. Почти во всех играх интерфейс сложный, и он позволяет управлять игрой с помощью кнопок и мышкой.

Действия игровых персонажей обеспечиваются действиями пользователя, и способы реализации их стандартны для всех практически игр. Часто пользователю предоставляется возможность поменять настройки интерфейса для того, чтобы ему удобнее было играть. Сейчас появились и новые возможности управления, так, при создании сенсорных экранов, управлять игрой можно с помощью прикосновения пальцев руки.

Виды интерфейса

Помимо того, что интерфейс существует игровой, программный и графический, бывает также интерфейс следующих видов:

внешний;
внутренний.

Внутренний интерфейс представляет собой методы и свойства, к ним доступ осуществляется посредством иных средств данного объекта. Еще их именуют приватными.

Внешним интерфейсом именуют методы и свойства, которые снаружи доступны пользователям. Такие методы называют публичными. Данные виды можно рассмотреть наглядно, взяв за пример кофеварку. Внутри кофеварки спрятан кипятильник, элемент, который нагревает, тепловой предохранитель и так далее. Все это можно назвать внутренним интерфейсом. Детали, которые его составляют, обеспечивают работоспособность прибора. Для этого они взаимодействуют друг с другом. К примеру, для работы кофеварки её нагревательный элемент подключен к кипятильнику.

Ко внутреннему интерфейсу кофеварки подобраться тяжело, он закрыт от пользователя пластмассовым корпусом. Детали прибора скрыты, и пользователю доступен только внешний интерфейс. Когда приобретена кофеварка, то пользователю доступен только внешний интерфейс. Знать о внутреннем интерфейсе совсем не обязательно, для пользования прибором необходим только внешний его интерфейс.

Такие же примеры касаются и остальных бытовых приборов, к примеру, стиральная машинка, телевизор и прочее. Существует внутренний интерфейс и у компьютера, он не доступен пользователю, однако при поломке прибора, приходится взаимодействовать именно с ним.

Таким образом, интерфейс характеризуют как средства, с помощью которых удается взаимодействовать с вычислительными машинами, управлять бытовыми приборами и так далее. Он бывает внешним и внутренним. Пользователю доступен только внешний интерфейс приборов и машин.

Интерфейс являет собою специальные программные средства, которые выполняют функцию вывода графического изображения и позволяют обмениваться данными между пользователем и компьютером или другим техническим устройством.

Что такое интерфейс?

Самым простым примером интерфейса выступает пульт дистанционного управления. Данное техническое средство помогает взаимодействовать и “общаться” телевизору и человеку. Другими примерами могут послужить приборные панели в автомобиле, рычаги в самолете и т. д. Несмотря на довольно обширную сферу, при постановке вопроса: “Что такое интерфейс?” в большинстве случаев у людей возникают ассоциации с компьютерами, мобильными телефонами и другими техническими устройствами подобного типа.

Интерфейс являет собою совокупность различных элементов, которые сами по себе также могут иметь сложную многоуровневую структуру. Например, экран дисплея включает в себя окна, которые состоят из определенных панелей, кнопок и т. д. Основной характеристикой программно-аппаратных средств является эффективность и простота использования. Исходя из этого, интерфейс часто позиционируется как удобный, дружественный, понятный, интуитивный и т. д.

Основные составляющие

Для того чтобы понять, что такое интерфейс, нужно разобраться с его основными элементами. Их набор зависит от того, что именно использует человек. Если это, например, компьютерная программа, то сюда относятся самые разные виртуальные панели, кнопки, окна и другие подобные составляющие. Кроме того, интерфейс может быть интерактивным, т. е. воздействовать на человека при помощи разнообразных звуков, сигналов, лампочек, вибромоторов и т. д. Что касается непосредственно пользователя, то взаимодействовать с интерфейсом он может при помощи разных переключателей, рычагов, кнопок или даже определенных жестов и голосовых команд.

Структура понятия

Очень часто под интерфейсом понимают внешний вид программы. Это не совсем так, поскольку кроме визуальных характеристик данное техническое понятие включает набор дополнительных функций и элементов. Ниже приведены некоторые из них:

Технология ввода информации.
Способ вывода данных.
Задачи пользователя.
Различные элементы, которые позволяют управлять программой.
Обратная связь.
Элементы навигации между различными структурами и компонентами программы.
Средства графического отображения команд.

Основные элементы

В большинстве случаев стандартный интерфейс технического устройства состоит из следующих элементов:

Кнопка. Может быть сдвоенной, флаговой и др.
Значок или иконка.
Обычный или иерархический список.
Поля для редактирования.
Меню, которое может быть главным, контекстным и ниспадающим.
Разные панели.
Вкладки, метки и всплывающие подсказки.
Окна, в частности диалоговые.
Полоса прокрутки, ползунок и т. д.

Дополнительные элементы

Кроме вышеуказанных основных составляющих, интерфейс может иметь и дополнительные элементы, которые используются не во всех технических устройствах.

Индикатор уровня. Позволяет отслеживать определенную величину.
Элементы последовательного набора.
Различные счетчики.
Отображение информации поверх всех остальных составляющих.
Скрываемые элементы интерфейса, которые исчезают, когда они не используются, и др.

Классификация

Что касается типологии, то, в зависимости от определенных критериев, различают разные виды интерфейсов. При этом практически с каждым годом их количество и структура меняется и усовершенствуется. Ниже представлены самые распространенные типы.

Командный интерфейс. Данное техническое средство основано на вводе определенных команд и их последовательности. На экран устройства выводится специальное окно, куда пользователь вводит конкретную команду и получает соответствующий результат. Данный вид интерфейса менее удобен для обычного пользователя, поскольку требует знания команд и процесса их ввода.
Интерфейс-меню. В данном случае на экране технического устройства отображаются примеры команд и меню с конкретными действиями. Для того чтобы выбрать необходимую команду, достаточно просто подвести курсор к определенному символу и подтвердить свои действия. На данный момент это самый популярный способ общения между компьютером и пользователем. Данный тип интерфейса не требует специальных знаний, и работать подобным образом может даже ребенок.
Речевой интерфейс. Позволяет переключаться между командами и определенными действиями посредством голосовых указаний. Самый удобный и перспективный вид общения компьютера и пользователя. На данный момент пока малораспространенный, присутствует преимущественно в дорогих технических устройствах.

Пользовательский интерфейс

Данное понятие включает в себя комплексный набор элементов, которые пользователь видит на экране и при помощи которых он взаимодействует с компьютером. От того, насколько он удобен в использовании, зависит результат деятельности человека. Исходя из этого, все мировые корпорации, которые занимаются компьютерными технологиями, особое внимание уделяют не только процессу написания программ, но и их оптимизации под нужды конкретных групп пользователей. Над устройством интерфейса работают дизайнеры, художники и даже психологи, и разрабатывается он с учетом специальных требований людей, физических возможностей, состояния их здоровья и т. д.

Понятие параллельного и последовательного интерфейса

Для компьютеров и других подобных устройств важную роль играет задача передачи данных в определенном количестве. Для того чтобы передать данные на группу битов, существует два подхода к структуре и организации интерфейса:

Параллельный интерфейс . В этом варианте для каждого бита из группы тех, что передаются, используется собственная сигнальная линия, и все они передаются вместе в один определенный момент. В качестве примера можно назвать порт подключения принтера.
Последовательный интерфейс . В этом случае используется только одна сигнальная линия, и биты предаются по очереди, друг за другом, при этом на каждый из них отводится определенный отрезок времени. Пример - последовательная шина USB.

Каждый из указанных типов интерфейсов имеет свои плюсы и минусы. Несмотря на то что использование параллельного варианта является более простым и быстрым решением, для его осуществления требуется большое количество проводов и кабелей. Передающие линии последовательного интерфейса имеют более сложную структуру, однако стоят намного дешевле. Соответственно, если линию нужно протянуть на длительное расстояние, то намного выгоднее тянуть кабеля последовательного интерфейса, чем несколько проводов параллельного.

Вместо послесловия

Таким образом, интерфейс исполняет роль посредника между компьютером или другим техническим устройством и пользователем. Относительно того, насколько он будет удобен и прост в эксплуатации, зависит качество работы с данным оборудованием. Для того чтобы окончательно разобраться в том, что такое интерфейс, следует также изучить его классификацию, базовые понятия и основные составляющие. С каждый годом интерфейсы различных технических устройств усовершенствуются, меняется подход к их структуре и основным функциям.

Пункт 1. Что такое интерфейс.

Интерфейс – это связующее звено между двумя элементами одной системы и с помощью которой осуществляется работа этой системы. С данным понятием мы встречаемся ежедневно, например, когда вы утром садитесь в свой автомобиль и беретесь рукой за рычаг коробки передач, вы взаимодействуете с интерфейсом своего автомобиля.

В данном случае рычаг является проводником между вами и коробкой передач, в системе автомобиля.

Понятие интерфейса часто применяется в компьютерной и вычислительной технике. Тут все то же самое, что и в жизни. Интерфейс обеспечивает связь между вами и системой машины.

С его помощью вы задаете команды, а компьютер исполняет их. Такой интерфейс называется интерфейсом пользователя.

Пункт 2. Внутренний и внешний интерфейс.

Интерфейс любого устройства делится на внешний и внутренний, в зависимости от выполняемых им задач.

К внутреннему интерфейсу относится то, что скрыто от пользователя, к чему он не имеет прямого доступа. Его свойства называют приватными.
К внешнему интерфейсу относится то, с чем непосредственно контактирует пользователь и с помощью чего он осуществляет управление устройством. Их свойства называются публичными.

Эти два вида интерфейса всегда являются частью одного устройства и обеспечивают его работу, они не могут существовать по отдельности.

Пункт 3. Интерфейс пользователя и его составляющие.

Интерфейс пользователя можно условно разделить на 2 части, ту которая отвечает за ввод информации в устройство, и ту, которая отвечает за ее вывод пользователю.

Если говорить об обычном домашнем ПК, то к первой категории можно отнести все, с помощью чего мы воздействуем на компьютер, заставляя его работать. Самым простым примером служат мышь, клавиатура, USB-порт. Соответственно ко второй категории относится все то, с помощью чего компьютер передает информацию тому, кто его использует, отвечая на команды, заданные ему через те же клавиатуру, мышь и прочие устройства ввода, а именно мониторы, колонки, наушники, принтеры, плоттеры и прочие средства вывода информации.

Пункт 4. Виды интерфейсов, используемых в компьютерной технике.

Существуют различные виды интерфейсов. ниже приведены основные из них.

Визуальный . Стандартный компьютерный интерфейс, который передает информацию при помощи визуальных образов, которые демонстрируются на мониторе.
Жестовый . Как правило, служит интерфейсом для телефонов или планшетных ПК. В большинстве случаев это сенсорная панель, реагирующая на движения пальцев того, кто управляет системой, и определенным образом отвечающая ка каждое конкретное движение. Его можно назвать упрощенным вариантом обычного визуального интерфейса.
Голосовой . Данный вид интерфейса появился сравнительно недавно. Он позволяет управлять системой с помощью голосовых команд. Система же со своей стороны также отвечает пользователю при помощи диалога. Самое интересное то, что современные технологии позволяют нам управлять голосом не только телефонами или компьютерами, но и бытовой техникой и даже автомобильными бортовыми компьютерами.

Одним из новейших направлений в данной области является осязательный интерфейс. Принцип его работы построен на физическом взаимодействии пользователя и машины, которое осуществляется посредством определенных предметов. Можно сказать, что это попытка придать информации, которую раньше пользователь получал графически при помощи монитора материальную форму.
Пункт 5. Системный и прикладной интерфейс. Интерфейсы делятся на 2 типа: системный и прикладной программный интерфейс.

Прикладной программный интерфейс или API – это своего рода запрос, который какая=либо программа адресует операционной системе для выполнения какого-либо действия. Данный интерфейс используется различными разработчиками для создания приложений.

Системный интерфейс бывает двух видов: командный и графический.

Командный интерфейс как правило представляет из себя командную строку, в которую пользователь вводит определенные указания, которые в большинстве случаев имеют свой синтаксис (например, операционная система ubuntu), а система их исполняет.

Графический интерфейс, также, как и командный работает благодаря командам пользователя, но в отличие от него команды не вбиваются текстом в командную строку, а подаются посредством графических образов, таких как иконки, окна и так далее. Такой тип интерфейса наиболее распространен и используется сегодня в большинстве персональных компьютеров. Такие интерфейсы часто называют WIMP, что является аббревиатурой от первых букв слов Window (Окошко), Icon (Иконка), Menu(Меню), Pointing device (Манипулирующее устройство).

Давайте с Вами поближе познакомимся еще с одним термином, который очень часто встречается в различных источниках, посвященных компьютерной тематике.

И этот термин — Интерфейс .

Вариации могут быть различными — это интерфейс пользователя , программный интерфейс , графический интерфейс , дружественный интерфейс . Но смысловое значение у всех понятий примерно одинаковое.

Если посмотреть толкование этого термина в Википедии (Всемирной энциклопедии), то сразу трудно сообразить, о чем вообще идет речь:

Интерфейс (англ interface - поверхность раздела, перегородка) - граница раздела двух систем, устройств или программ, определённая их характеристиками, характеристиками соединения, сигналов обмена и т. п. Совокупность унифицированных технических и программных средств и правил (описаний, соглашений, протоколов), обеспечивающих взаимодействие устройств и/или программ в вычислительной системе или сопряжение между системами. Понятие интерфейса распространяется и на системы, не являющиеся вычислительными или информационными.

Определение хоть и нудное, набивающее оскомину, но ключевые слова, по которым можно понять, что означает этот термин, здесь все-таки присутствуют — совокупность , взаимодействие , системы .

Начну с того, что слово «интерфейс» (interface) очень близко по звучанию со словом «интернет», которое у меня ассоциируется с чем-то внешним. Причем часть слова «Inter» на техническом английском переводится как «между». Ну а часть слова «face» однозначно ассоциируется с лицом, тем более что слово «face» с английского переводится именно как «лицо».

Отсюда и вытекает такое понятие как «внешнее лицо» или «внешний вид» . Или если использовать «между», то дословно получается «между лицами» .

Ну а вторая составляющая для понятия «интерфейс» — это взаимодействие . Т.е. как мы взаимодействуем с этим «внешним видом».

Что мы видим после того, как только загрузится наш компьютер? Мы видим различные графические компоненты. Это «Рабочий стол», полоса «Панели задач», различные ярлыки на рабочем столе. Причем эти компоненты на всех без исключения компьютерах находятся в, строго определенных местах, если, конечно не «издеваться » над рабочим столом и панелью задач.

Эти все компоненты и являются элементами графического интерфейса операционной системы Windows.

С этими элементами на персональных компьютерах мы в основном взаимодействуем с помощью манипулятора мышь, на ноутбуках с помощью сенсорной панели «тачпад», ну а на планшетных компьютерах уже напрямую пальцами.

Так вот совокупность этих графических компонентов и то, как мы с этими компонентами взаимодействуем (щелкаем кнопками мыши, перетаскиваем, выделяем и т.п.) и называется графическим интерфейсом .

По сути, интерфейс Windows является именно графическим интерфейсом. Но не только.

Разработчики операционной системы Windows постарались сделать так, чтобы даже неискушенный пользователь, впервые сев за компьютер, очень быстро смог разобраться «что куда нажимать», чтобы для начала сыграть в игрушку, выйти в интернет или пообщаться с друзьями, допустим, через Скайп.

И действительно, совершенно ничего не зная о принципах работы программ и не понимая терминологии, начинающий пользователь очень быстро осваивает то, что ему необходимо на первых порах знакомства с компьютером.

Вот эта простота быстрого и относительного легкого приобретения необходимых навыков, называется дружественный интерфейс .

Все вышеперечисленное относится и к любой программе, которую вы запускаете на своем компьютере.

Если вы, например, запускаете браузер Google Chrome, то Вы получаете интерфейс программы Google Chrome . Если запускаете браузер Opera, то получаете интерфейс программы Opera . Если вы запускаете программы Word, Excel, Paint, калькулятор и т.д., то Вы получаете интерфейсы этих программ .

На заре компьютерной эры, когда персональных компьютеров не было, а сам «компьютер» состоял из множества огромных шкафов и занимал несколько комнат, с компьютером «общались» через специализированную печатающую машинку (ее еще называли пишмашкой) или терминалы (монитор с клавиатурой).

На печатающей машинке, на заправленной длинной бумажной ленте печаталась команда, а компьютер в ответ печатал результат выполнения команды. Аналогично было и с терминалом, только ввод команд и результаты их выполнения отображались на экране монитора.

Так вот такое взаимодействие с компьютером через ввод — вывод информации назывался консольным вводом — выводом и носил название консольный интерфейс .

Консольный интерфейс до сих пор сохраняет свою актуальность. Правда называться он может немножко по-другому.

В операционной системе Windows он называется «Интерфейс командной строки» .

Для примера я набрал команду просмотра папок и файлов — dir и нажал клавишу «Enter».

Правда обычные пользователи им не пользуются, а вот для профессионалов типа системных администраторов, администраторов баз данных, да и суперпрофессионалов типа хакеров — это основной интерфейс для работы.

По сути, мы вводим команды и получаем какой-то результат в текстовом виде. Поэтому данный интерфейс называют еще текстовым интерфейсом .

Еще один интересный момент. В то время, когда никакой графики еще не было, для «рисования» табличек, линий, двойных линий придумали специальные символы. Выводя на экран монитора или на печать в определенных местах, создавалось впечатление, что текст окружен рамками с одинарными или двойными линиями, что было довольно красиво и эстетично. Или другими словами можно сказать, что интерфейс становился более дружественным .

Так вот эти символы, с помощью которых можно было «рисовать» рамки и таблицы назвали символы псевдографики .

В приведенной ниже табличке коды этих символов начинаются с кода 176 и заканчиваются кодом 255 .

Вы можете своими глазами увидеть и «пощупать» символы псевдографики, используя интерфейс командной сроки, тем более что некоторым моим читателям это в жизни уже пригодилось (Можно ввести любой символ и любую букву независимо от языка ввода, установленного по умолчанию. Если необходим урок на эту тему, напишите в комментариях).

Для примера выведем на экран верхний левый уголок одинарной рамки. Это код 218 .

Делается это следующим образом. Нажимаем клавишу
. Удерживая клавишу нажатой, набираем на клавиатуре число 218, последовательно нажимая кнопки , , . Отпускаем клавишу
. Все, код введен — элемент рамки «нарисован».

Графический и текстовый интерфейсы являются типами пользовательского интерфейса . Или как иногда еще называют интерфейсом пользователя .

Хочу еще привести несколько примеров использования понятия интерфейса не связанного или мало связанного с компьютерами.

Кабель, которым подключен Ваш компьютер или ноутбук к модему или маршрутизатору, называют сетевым интерфейсом. Хотя он имеет свое название — пачкорд.

Если Вы подключены к своим «железкам» по беспроводному соединению типа WiFi (вай фай), то это подключение можно назвать беспроводным интерфейсом .

Даже шнур питания компьютера от электросети можно назвать интерфейс питания компьютера.

Во всех перечисленных примерах объекты или системы взаимодействуют друг с другом, используя определенную среду.

Человек с компьютером общается с помощью клавиатуры и мышки, сообщает компьютеру различную информацию и получает ответы на экране монитора.

Компьютер общается с модемом через провод, благодаря чему у Вас есть выход в интернет. С электрической сетью компьютер «общается» через шнур питания, благодаря чему он вообще работает.

Связь устройств автоматизированных систем друг с другом осуществляется с помощью средств сопряжения, которые называются интерфейсами. Интерфейс представляет собой совокупность линий и шин, сигналов, электронных схем и алгоритмов (протоколов), предназначенную для осуществления обмена информацией между устройствами.

В соответствии с функциональным назначением интерфейсы можно поделить на следующие основные классы:

системные интерфейсы ЭВМ;
периферийного оборудования (общие и специализированные);
программно-управляемых модульных систем и приборов;
интерфейсы сетей передачи данных и другое.

Мы предполагаем здесь рассмотреть внутренние интерфейсы (шины), внешние интерфейсы (порты) и интерфейсы процессоров. Интерфейсы мониторов (и видеопроекторов) рассмотрены далее.

Различные микросхемы и устройства, образующие персональный компьютер, должны быть соединены друг с другом таким образом, чтобы они имели возможность обмениваться данными и целенаправленно управляться. Эта проблема решена путем применения унифицированных шин. Используется набор проводников (на системной плате это печатные проводники), к которым подключены разъемы - гнезда (socket) или слоты (slot). В слоты расширения могут вставляться платы адаптеров (контроллеров) отдельных устройств и, что особенно важно, новых устройств. Таким образом, любой компонент, вставленный в слот, может взаимодействовать с каждым подключенным к шине компонентом персонального компьютера.

Шина представляет собой набор проводников (линий), соединяющий различные компоненты компьютера для подвода к ним питания и обмена данными. В минимальной комплектации шина имеет три типа линий:

управления;
адреса;
данных.

Обычно системы включают два типа шин:

системная шина, соединяющая процессор с ОЗУ и кэш памятью 2-го уровня;
множество шин ввода-вывода, соединяющие процессор с различными периферийными устройствами. Последние соединяет с системной шиной мост, который встроен в набор микросхем (chipset), обеспечивающий функционирование процессора.

Системная шина при архитектуре DIB (Dual independent bus) физически разделена на две:

первичную шину (FSB, Frontside bus), связывающую процессор с ОЗУ и ОЗУ с периферийными устройствами;
вторичную шину (BSB, Backside bus) для связи с кэш памятью L2.

Использование двойной независимой шины повышает производительность за счет возможности для процессора параллельно обращаться к различным уровням памяти. Обычно термины «FSB» и «системная шина» используют как синонимы.

Следует отметить, что терминология, используемая в настоящее время для описания интерфейсов, не является вполне однозначной и ясной. Системная шина часто упоминается как «главная шина», «шина процессора» или «локальная шина». Для шин ввода-вывода используются термины «шина расширения», «внешняя шина», «хост-шина» и опять же - «локальная шина».

Устройства, подключенные к шине, делятся на две основные категории - bus masters и bus slaves. Bus masters - это активные устройства, способные управлять работой шины, то есть инициировать запись/чтение и так далее Bus slaves - соответственно устройства, которые могут только отвечать на запросы.

Если для вас это все сложно то лучше заказать специалиста, который проведет диагностику вашего компьютера.

Внутренние интерфейсы

Интерфейсы, характеристики которых приводятся в таблице, относятся к внутренним.

Таблица основных характеристик внутренних интерфейсов

Стандарт	Типичное применение	Пиковая пропускная способность	Примечания
ISA	Звуковые карты, модемы	От 2 до 8.33 Мбайт/с	Практически не используется, начиная с 1999 года
EISA	Сети, адаптеры SCSI	33 Мбайт/с	Практически не используется, замещается PCI, LPC
LPC	Последовательный и параллельный порты, клавиатура, мышь, контроллер НГМД	Как ISA/EISA	Предложена Intel в 1998 году как замена для шины ISA
PCI	Графические карты, адаптеры SCSI, звуковые карты новых поколений	133 Мбайт/с (32-битовая шина с частотой 33 МГц)	Стандарт для периферийных устройств
PCI-X	Тоже	1 Гбайт/с (64-битовая шина с частотой 133 МГц)	Расширение PCI, предложенное IBM, HP, Compaq. Увеличена скорость и количество устройств
PCI Express	До 16 Гбайт/с Разработка «интерфейса 3-го поколения» (Third generation Input/Output - 3GIO), может заменить AGP.	Последовательная шина
AGP	Графические карты	528 Мбайт/с 2x-mode (2 годаафические карты)	Стандарт для Intel-PC, начиная с Pentium 2 сосуществует с PCI
AGP PRO	ЗD-графика	800 Мбайт/с (4x-mode)	Поддерживает видеокарты, требующие мощность до 100 Вт (AGP - до 25 Вт)
HT (Гипер Транспорт)	Универсальный интерфейс	До 32 Гбайт/с	Разработка AMD для процессоров К7-К8

Шина ISA

ISA BUS (Industry Standard Architecture) - стандартные шины IBM PC XT (8 бит) и AT (16 бит).

Шина XT имеет:

8-битовую шину данных;
20-битовую шину адреса, что позволяет адресоваться к 2 20 бит (1 Мбайт) памяти;
три канала прямого доступа к памяти (DMA);
тактовую частоту 8 МГц;
пропускную способность 4 Мбайт/с;
62-контактный разъем.

В настоящее время XT практически не применяется. В компьютерах AT шину расширили до 16 бит данных и 24 бит адреса. В таком виде она существует и поныне как самая распространенная шина для периферийных адаптеров. Шина AT имеет:

6-битовую шину данных;
24-битовую шину адреса, что позволяет адресовать 16 Мбайт памяти;
8 каналов прямого доступа (DMA);
тактовую частоту 8-16 МГц.

Шина EISA (Extended Industry Standard Architecture)

Шина EISA явилась «асимметричным ответом» производителей клонов PC на попытку IBM поставить рынок под свой контроль путем выпуска МСА. В сентябре 1988 года производители компьютеров - Compaq, Wyse, AST Research, Tandy, Hewlett-Packard, Zenith, Olivetti, NEC и Epson - представили совместный проект: 32-разрядное расширение шины ISA с полной обратной совместимостью. Основные характеристики новой шины:

32-разрядная передача данных;
максимальная пропускная способность 33 Мбайт/с;
32-разрядная адресация памяти позволяла адресовать до 4 Гбайт;
поддержка многих активных устройств (bus master);
возможность задания уровня двухуровневого (edge-triggered) прерывания (что позволяло нескольким устройствам использовать одно прерывание, как и в случае многоуровневого (level-triggered) прерывания);
автоматическая настройка плат расширения.

Разъемы шин ISA (a), EISA (б) и МСА (в)

Шина МСА (MicroChannel Architecture)

MCA - микроканальная архитектура - была введена в пику конкурентам фирмой IBM для своих компьютеров PS/2 начиная с модели 50. Шина МСА несовместима с ISA/EISA и другими адаптерами.

Эта шина не обладала обратной совместимостью с ISA, но содержала ряд передовых для своего времени решений:

8/16/32-разрядную передачу данных;
пропускную способность 20 Мбайт/с при частоте шины 10 МГц;
поддержку нескольких активных устройств.

Работу координирует устройство, называемое арбитром шины (САСР - Central Arbitration Control Point). При распределении функций управления шиной арбитр исходит из уровня приоритета, которым обладает то или иное устройство или операция.

Всего таких уровней четыре (в порядке убывания):

регенерация системной памяти;
прямой доступ к памяти (DMA);
платы адаптеров;
процессор.

Сразу же после выхода шины EISA началась «шинная война», причем это была не столько война между архитектурами (они обе ушли в прошлое), сколько война за контроль IBM над рынком персональных компьютеров. Эту войну корпорация проиграла, хотя архитектура МСА по заложенным техническим решениям и перспективам развития выглядела предпочтительнее. Вот сравнительная характеристика двух шин:

Поскольку поверхности карты EISA в 1.65 раза больше, а адаптер EISA мог потреблять в 2 раза больше мощности, чем адаптер МСА, выпускать периферию под EISA оказалось проще и дешевле.

Кроме того, в «шинной войне», как и везде, присутствует «рука Intel». В стремлении освободить рынок для новых процессоров 80386 и 80486 Intel выпускала EISA-чипсеты, не поддерживающие 286 процессор, в то время как шина МСА прекрасно работала и на компьютерах с 286. Таким образом, перспективная разработка IBM так и осталась перспективной, но и шина EISA не получила широкого распространения: к тому времени, когда потребности компьютеров среднего уровня переросли возможности шины ISA, разработчики перешли, минуя EISA, к локальным шинам.

LPC

Шина Low Pin Count («малоконтактный» интерфейс), или LPC, используется на IBM совместимых персональных компьютерах для подсоединения низкоскоростных устройств, таких, как «преемственные» (legacy) устройства ввода-вывода (последовательный и параллельный порты, клавиатура, мышь, контроллер НГМД). Физически LPC обычно подсоединяется к чипу «Южного моста». Шина LPC была предложена Intel в 1998 году как замена для шины ISA.

Спецификация LPC определяет 7 электросигналов для двунаправленной передачи данных, 4 из которых несут мультиплексированные адрес и данные, оставшиеся 3 - управляющие сигналы (кадр, сброс, синхросигнал).

Шина LPC предусматривает только 4 линии вместо 8 или 16 для ISA, но она имеет полосу пропускания ISA (33 МГц). Другим преимуществом LPC является то, что количество контактов для присоединяемых устройств равно 30 вместо 72 для эквивалента ISA.

Попытки улучшить системные шины за счет создания шин MCA и EISA имели ограниченный успех и кардинальным образом не решали проблемы. Все описанные ранее шины имеют общий недостаток - сравнительно низкую пропускную способность, поскольку они разрабатывались в расчете на медленные процессоры, В дальнейшем быстродействие процессора возрастало, а характеристики шин улучшались в основном экстенсивно, за счет добавления новых линий. Препятствием для повышения частоты шины являлось огромное количество выпущенных плат, которые не могли работать на больших скоростях обмена (МСА это касается в меньшей степени, но в силу вышеизложенных причин эта архитектура не играла заметной роли на рынке). В то же время в начале 90-х годов в мире персональных компьютеров произошли изменения, потребовавшие резкого увеличения скорости обмена с устройствами:

создание процессоров Intel 80486, работающих на частотах до 66 МГц;
увеличение емкости жестких дисков и создание более быстрых контроллеров;
разработка и активное продвижение на рынок графических интерфейсов пользователя (типа Windows или операционной системы/2) привели к созданию новых графических адаптеров, поддерживающих более высокое разрешение и большее количество цветов (VGA и SVGA).

Очевидным выходом из создавшегося положения является следующий: осуществлять часть операций обмена данными, требующих высоких скоростей, не через шину ввода-вывода, а через шину процессора, примерно так же, как подключается внешний кэш. При этом шина работает с частотой, соответствующей тактовой частоте процессора. Передачей данных управляет не центральный процессор, а плата расширения (мост), который высвобождает микропроцессор для выполнения других работ. Локальная шина обслуживает наиболее быстрые устройства: память, дисплей, дисковые накопители при этом обслуживание сравнительно медленных устройств - мышь, модем, принтер и другое - производится системной шиной типа ISA (EISA).

Такая конструкция получила название локальной шины (Local Bus).

Отсутствие стандарта сдерживало распространение локальных шин, поэтому ассоциация VESA (Video Electronic Standard Association), представляющая более 100 компаний, предложила в августе 1992 года свою спецификацию локальной шины.

Локальная шина VESA (VL-bus)

Исторически появилась первой и была создана специально для лучшего микропроцессора того времени 480DX/2. В зависимости от используемого центрального процессора тактовая частота шины может составлять от 20 до 66 МГц.

Стандарт шины VL 1.0 поддерживает 32-разрядный тракт данных, но его можно использовать и в 16-разрядных устройствах. Стандарт 2.0 рассчитан на 64-битовую шину в соответствии с новыми процессорами. Спецификация 1.0 ограничена частотой 40 МГц, а 2.0 - 50 МГц. В спецификации 2.0 шина поддерживает до 10 устройств, 1.0 - только три. Устойчивая скорость передачи составляет до 106 Мбайт/с (для 64-разрядной шины - до 260 Мбайт/с).

Шина VL-bus явилась шагом вперед по сравнению с ISA как по производительности, так и по дизайну. Однако и эта шина не была лишена недостатков, главными из которых являлись следующие:

ориентация на 486-й процессор. VL-bus жестко привязана к шине процессора 80486, которая отличается от шин Pentium и Pentium Pro/Pentium 2;
ограниченное быстродействие. Как уже было сказано, реальная частота VL-bus не больше 50 МГц. Причем при использовании процессоров с множителем частоты шина использует основную частоту (так, для 486DX2-66 частота шины составит 33 МГц);
схемотехнические ограничения. К качеству сигналов, передаваемых по шине процессора, предъявляются очень жесткие требования, соблюсти которые можно только при определенных параметрах нагрузки каждой линии шины;
ограничение количества плат, вытекающее из необходимости соблюдения ограничений на нагрузку каждой линии.

Шина PCI (Peripheral Component Interconnect bus)

Разработка шины PCI закончилась в июне 1992 года как внутренний проект корпорации Intel. Основные возможности шины следующие:

синхронный 32- или 64-разрядный обмен данными (64-разрядная шина в настоящее время используется только в Alpha-системах и серверах на базе процессоров Intel Xeon). При этом для уменьшения числа контактов (и стоимости) используется мультиплексирование, то есть адрес и данные передаются по одним и тем же линиям;
частота работы шины 33 или 66 МГц (в версии 2.1) позволяет обеспечить широкий диапазон пропускных способностей (с использованием пакетного режима);
полная поддержка многих активных устройств (например, несколько контроллеров жестких дисков могут одновременно работать на шине);
спецификация шины позволяет комбинировать до восьми функций на одной карте (например, видео, звук и так далее).

а - разъем 32-разрядной шины с напряжением питания 5 В;
б - то же с напряжением питания 3.3 В;
в - типичное PCI-устройство.

Известны также более поздние разновидности - РС1-Х и PCI-Express, кроме того, к данному типу относится и PCMCIA - стандарт на шину для ноутбуков. Она позволяет подключать расширители памяти, модемы, контроллеры дисков и стримеров, SCSI-адаптеры, сетевые адаптеры и другие.

PCI-X

PCI-X не только увеличивает скорость PCI-шины, но также и число высокоскоростных слотов. В обычной шине РС1-слоты работают на 33 МГц, а один слот может работать при 66 МГц. PCI-X удваивает производительность стандарта PCI, поддерживая один 64-битовый слот на частоте 133 МГц, а общую производительность увеличивает до 1 Гбайт/с. Новая спецификация также предлагает расширенный протокол для увеличения эффективности передачи данных и снизить требования к электропитанию.

PCI Express (PCX)

Стандарт PCX определяет гибкий, масштабируемый, высокоскоростной, последовательный, «горячего подключения» интерфейс, программно-совместимый с PCI. В отличие от предшественника, PCX поддерживает систему связи «точка-точка», подобную ГиперТранспорту AMD, а не многоточечную схему, используемую в параллельной шинной архитектуре. Это устраняет потребность в шинном арбитраже, обеспечивает низкое время ожидания и упрощает «горячее» подключение-отключение системных устройств.

Ожидается, что одним из последствий этого будет сокращение площади платы на 50%. Топология шины PCX содержит главный мост (Host Bridge) и несколько оконечных пунктов (устройств ввода-вывода). Многократные соединения «точка-точка» вводят новый элемент - переключатель (ключ, switch) в топологию системы ввода-вывода.

Интерфейс PCX включает пары проводов - каналы (lane), и единственная пара (PCX-lane) представляет собой интерфейс РСХ 1х (800 Мбайт/с). Каналы могут быть соединены параллельно, и максимум (32 канала - PCX 32х) обеспечивает полную пропускную способность 16 Гбайт/с, достаточную, чтобы поддерживать требования систем связи в обозримом будущем.

Одним из направлений развития PCX является замена AGP. Действительно, 8 Гбайт/с двунаправленной пропускной способности достаточно для поддержки телевидения высокого разрешения (HDT). При этом данные технологии характеризуются следующими особенностями:

AGP - разделение полос пропускания для записи и чтения; общая полоса пропускания - 2 Гбайт/с; оптимизировано для однозадачного режима.
PCI Express - выделенные полосы для ввода и вывода; общая полоса пропускания до 8 Гбайт/с; оптимизировано для многозадачного режима.

а - с использование AGP;
б - на основе PCI Express.

Предполагается также, что PCI Express в дальнейшем сможет заменить в чипсетах контроллер внешних устройств «Southbridge», но это не повлияет на функции контроллера оперативной памяти «Northbridge».

Интерфейс PCMCIA

С появлением портативных компьютеров возникла проблема универсального и компактного интерфейса для подключения внешних устройств. В качестве такого интерфейса стандартом де-факто стал интерфейс PCMCIA, поддерживаемый Ассоциацией PCMCIA (Personal Computer Memory Card International Association), объединяющей компании, разрабатывающие периферийные устройства для портативных компьютеров. Аббревиатура PCMCIA вызывала много нареканий своей труднопроизносимостью. Существует даже шутливая интерпретация PCMCIA как «People Can`t Memorize Computer Industry Acronyms», что переводится как «Люди не в состоянии запомнить компьютерные аббревиатуры». В результате для PCMCIA сегодня принято использовать более благозвучный термин PC Card.

Устройства PC Card размером с обычную кредитную карточку являются альтернативой обычным платам расширения, подключаемым к шине ISA. В этом стандарте выпускаются модули памяти, модемы и факс-модемы, SCSI-адаптеры, сетевые карты, звуковые карты, винчестеры (IBM Microdrive), интерфейсы CD-ROM и так далее.

а - карта PCMCIA;
б - включение в ноутбук;
в - адаптер X-Drive для сопряжения с USB .

Первая версия стандарта PC Card для связи между картой и соответствующим устройством (адаптером или портом) компьютера определяет 68-контактный механический соединитель. На нем выделены 16 разрядов под данные и 26 разрядов под адрес, что позволяет непосредственно адресовать 64 Мбайта памяти. На стороне модуля PC Card расположен соединитель-розетка, а на стороне компьютера соединитель-вилка. Кроме того, стандарт определяет три различные длины контактов соединителя-вилки. Поскольку подключение и отключение PC Card может происходить при работающем компьютере (так называемое «горячее»), то для того, чтобы на модуль сначала подавалось напряжение питания, а лишь затем напряжение сигнальных линий, соответствующие контакты выполнены более длинными.

Вторая версия спецификации PC Card предусматривает три разновидности.

Таблица размеров карт второй версии PC Card

AGP (Accelerated graphics port)

Несмотря на разрядность и скорость шины PCI, оставалась проблема, которая превышала ее возможности - выдача графической информации. Если адаптер CGA (4=2 2 цвета, экран 320 х 200 точек, частота 60 Гц) требует пропускную способность 2 х 320 х 200 х 60=7 680 000 бит/с=960 Кбайт/с, адаптер XGA (2 16 цветов, экран 1024 x 768 пикселей, частота 75 Гц) требует 16 x 1024 x 758 x 75=9 433 718 400 бит/с ~ 118 Мбайт/с. В то же время пиковая пропускная способность РС1 составляла до 132 Мбайт/с.

Фирмой Intel было предложено решение в виде AGP - Accelerated graphics port (порт ускоренного графического вывода). Появление шины AGP в начале 1998 года было своеобразным прорывом в области графических работ. При частоте шины в 66 МГц она была способна передавать два блока данных за один такт. Пропускная способность шины составляет 500 Мбайт/с (V2.0) при двух режимах работы: DMA и Execute. Основным же преимуществом AGP является возможность хранения текстур в оперативной памяти. При этом скорости работы шины AGP хватает для их своевременной передачи в видеопамять (работа в режиме DMA). В режиме Execute оперативная и видеопамять воспринимаются как равноправные. Текстуры выбираются блоками 4 Кбайт из общей памяти с помощью таблицы GART (Graphic Adress Re-mapping Table) и передаются, минуя локальную память видеокарты. На сегодняшний день существует стандарт (поддерживаемый новыми чипсетами Intel и Via) AGP4x, позволяющий повысить пропускную способность до 1 Гбайт/с.

Схемы AGP взаимодействуют непосредственно с четырьмя источниками информации (Quadra port acceleration):

процессором (кэш память 2-го уровня);
оперативной памятью;
графической картой AGP;
шиной PCI.

AGP функционирует на скорости процессорной шины (FSB). При тактовой частоте 66 МГц, например, это в 2 раза выше, чем скорость PCI, и позволяет достигать пиковой пропускной способности в 264 Мбай/с. В графических картах, специально спроектированных для AGP, передача происходит как по переднему, так и по заднему фронту тактовых импульсов центрального процессора, что позволяет при частоте 133 МГц осуществлять передачу со скоростью до 528 Мбайт/с (это называется «2-х графика»). В дальнейшем была выпущена версия AGP 2.0, которая поддерживала «4-х графику» или четырехкратную передачу данных за один такт центрального процессора.

Контроллер HyperTransport

Фирмой AMD была (процессор Hammer) предложена архитектура ГиперТранспорт (HyperTransport), обеспечивающая внутреннее соединение процессоров и элементов чипсета для организации многопроцессорных систем и повышения скорости передачи данных более чем в 20 раз.

В традиционной архитектуре с северным и южным мостами транзакции памяти должны проходить через микросхему «Северного моста», что вызывает дополнительные задержки и снижает потенциальную производительность. Чтобы избавиться от этого «узкого места» производительности, корпорация AMD интегрировала контроллер памяти в процессоры AMD64. Прямой доступ к памяти позволил существенно уменьшить задержки при обращении процессора к памяти. С увеличением тактовой частоты процессоров задержки станут еще меньше.

В основу шины HyperTransport - универсальной шины межчипового соединения - положено две концепции: универсальность и масштабируемость. Универсальность шины HyperTransport заключается в том, что она позволяет связывать между собой не только процессоры, но и другие компоненты материнской платы. Масштабируемость шины состоит в том, что она дает возможность наращивать пропускную способность в зависимости от конкретных нужд пользователя.

Устройства, связываемые по шине HyperTransport, соединяются по принципу «точка-точка» (peer-to-peer), что подразумевает возможность связывания в цепочку множества устройств без использования специализированных коммутаторов. Передача и прием данных могут происходить в асинхронном режиме, причем передача Данных организована в виде пакетов длиной до 64 байт. Масштабируемость шины HyperTransport обеспечивается посредством магистрали шириной 2.4, 8.16 и 32 бит в каждом направлении. Кроме того, предусматривается возможность работы на различных тактовых частотах (от 200 до 800 МГц). При этом передача данных происходит по обоим фронтам тактового импульса. Таким образом, пропускная способность шины HyperTransport меняется от 200 Мбайт/с при использовании частоты 200 МГц и двух двухбитовых каналов до 12.8 Гбайт/с при использовании тактовой частоты 800 МГц и двух 32-битовых каналов.

Демонстрирует, насколько разводка для ГиперТранспорта экономичнее, чем для традиционных шин - достаточно сравнить площади, занимаемые на системной плате шиной AGP 8х с пропускной способностью 2 Гбайт/с и ГиперТранспорт (до 6.4 Гбайт/с).