Конструктивные средства интерфейса

Нормальное функционирование компьютерной системы обеспечивается электрическим интерфейсом, с помощью которого происходит обмен электрическими сигналами между отдельными устройствами. Электрическое сопряжение компьютерных устройств реализуется путем использования конструктивных средств. Конструктивный интерфейс компьютера неоднороден: он включает простые соединительные компоненты и весьма сложные устройства, обеспечивающие требуемые формы и уровни электрических сигналов. Можно выделить три группы конструктивных средств, предназначенных для создания электрических связей между отдельными устройствами. Дадим краткий обзор конструктивных средств каждой группы.

Средства с преобразованием сигналов. Это наиболее сложные устройства, обеспечивающие взаимодействие узлов центральной части компьютерной системы и ее связь с периферией. К ним можно отнести системную плату, адаптеры и контроллеры.

Системной платой (System Board), или материнской платой (Mother Board), называют основную печатную плату, на которой устанавливается процессор, оперативная память, ROM BIOS и некоторые другие системные компоненты. Системная плата обеспечивает взаимодействие процессора с основной памятью, а также расположенных на ней узлов. Через системную плату осуществляются связи со многими устройствами компьютера.

Для подключения периферийных устройств к компьютеру используются специализированные адаптеры или контроллеры, встраиваемые в системную плату или размещаемые на платах (картах) расширения.

Адаптер является средством сопряжения устройства с шиной или интерфейсом компьютера. Например, дисплейный адаптер (Display Adapter) служит для подключения дисплея-монитора. Адаптер представляет собой печатную плату с краевым разъемом, поэтому его называют также картой (платой) расширения (Expansion Card).

С помощью краевого разъема адаптер устанавливается в слот (Slot). На рис. 2.2 в качестве примера приведены карта, предназначенная для шины ISA-16, и слот, в который устанавливается карта. Для связи с периферийным устройством на карте имеется по крайней мере один дополнительный разъем, который выводится на заднюю стенку корпуса.

Контроллер служит тем же целям сопряжения, но в отличие от адаптера обладает дополнительными способностями к самостоятельным (интеллектуальным) действиям после получения команд от обслуживающей его программы. Сложный контроллер может иметь в своем составе собственный процессор.

Средства для обеспечения электрических контактов. Рассмотрим представителей этого наиболее широкого класса конструктивных компонентов.

К одному из них, как отмечалось выше, относится слот в виде щелевого разъема, в который устанавливается печатная плата. Слот расширения (Expansion Slot) является посадочным местом для установки карты расширения, обеспечивающей связь шины (ISA/EISA, PCI, AGP, MCA, VLB) с периферийным устройством.

В компьютере имеются внутренние слоты, которые используются для установки модулей оперативной памяти (DIMM), кэш-памяти (COAST), процессоров Pentium II/III, Athlon, а также процессорных модулей и модулей памяти в некоторых моделях персональных компьютеров.

Сокет (Socket) представляет собой гнездо, в которое устанавливаются микросхемы процессоров (возможно, и других устройств). Его контакты рассчитаны на микросхемы со штырьковыми выводами. На рис. 2.3 приведена конфигурация сокета, предназначенного для установки процессора i486. Сокеты для современных процессоров рассчитаны на большее количество штырьковых выводов. Сокет Zip-

Рис. 2.2. Карта ISA-16 и слот для ее установки.

Socket (Zero Insertion Force — с нулевым усилием вставки) предназначен для легкой установки при высокой надежности контактов. Эти гнезда имеют замок, открыв который] можно установить или изъять микросхему без приложения усилия к ее выводам. Для работы после установки замок закрывают, при этом контакты сокета плотно обхватывают выводы микросхемы.

Джампер (Jumper) используется для электрического соединения некоторых цепей, осуществляемого в процессе конфигурирования отдельных) устройств, для которых не требуется оперативного управления. Он представляет собой съемную перемычку, устанавливаемую на торчащие из печатной платы штырьковые контакты (рис. 2.4). Джамперы применяются для конфигурирования различных компонентов как выключатели или переключатели. Их переставляют с помощью пинцета при выключенном питании, поскольку есть опасность закоротить пинцетом близко расположенные контакты.

DIP-переключатели (DIP Switches) представляют собой малогабаритные выключатели в корпусе DIP (Dual In-line Package — корпус с двухрядовым расположением выводов) (рис. 2.5). Они применяются для тех же целей, что и джамперы. Их достоинство — простота переключения; недостаток — большая, по сравнению с джамперами, занимаемая площадь и более высокая цена. Кроме того, несмотря на название, они обычно являются только выключателями, что делает их применение менее гибким, чем применение джамперов.

Для упрощения конфигурирования в современных компонентах стремятся заменить механические переключатели или джамперы программно-управляемыми электронными компонентами. Карты (платы), в которых произведена такая замена, называют Jumperless Cards -.

Рис. 2.3. Сокет для установки процессора.

Рис. 2.4. Джампер.

Рис. 2.5. DIP-переключатель.

Рис. 2.6. Разъемы D-типа.

карты, свободные от джамперов. Автоматически конфигурируемые компоненты относятся к классу PnP (Plug and Play).

Для соединения устройств и узлов ПК применяется большое количество различных разъемов. Рассмотрим некоторые из них.

Широкое распространение получили разъемы D-muna, используемые для подключения внешних устройств — мониторов, принтеров, модемов, манипуляторов и т. п. Розетки (называемые также «мамы» — Female) обозначаются как DB-xxS, где хх — количество контактов. Вилки («папы» — Male) обозначаются как DB-xxP. Ключом является D-образный кожух. Для иллюстрации на рис. 2.6 приведены разъемы DB-9S и DB-9P. Назначение разъемов D-типа, выходящих на заднюю стенку ПК, стандартизовано (табл. 2.1).

Таблица 2.1

Разъемы IDC (Insulation-Displacement Connector — разъем, смещающий изоляцию) получили название от способа присоединения кабеля. Эти разъемы предназначены в основном для использования ленточных кабелей шлейфов, так как их контакты со стороны, обращенной к кабелю, имеют ножи, подрезающие и смещающие изоляцию проводников кабеля. Для заделки кабелей в эти разъемы имеются специальные инструменты-прессы.

Существует два типа разъемов IDC:

• • разъемы, имеющие на вилке краевые печатные контакты (рис. 2.7, а). Для печатных разъемов ключ представляет собой перемычку, расположенную на вилке ближе к первым контактам, и соответствующую ей прорезь в розетке;
• • разъемы, имеющие на вилке штырьковые контакты (рис. 2.7, б). Для штырьковых разъемов ключом является выступ на вилке и прорезь в розетке. Ключом может служить отсутствующий штырек на вилке без соответствующего отверстия в ответной части разъема.

Ключ предназначен для правильного соединения контактов разъема.

Рис. 2.7. Разъемы IDC с краевыми печатными (а) и штырьковыми (б) контактами.

Коммуникационные средства. Для удаленных друг от друга устройств в компьютерных системах применяют кабели различных типов — экранированные, неэкранированные с витыми парами проводов, плоские кабели-шлейфы и др. Для передачи сигналов наиболее часто используется витая пара сигнального и общего провода. Более качественным (с точки зрения частотных свойств и помехозащищенности) является дифференциальный способ передачи сигналов, при котором по двум проводам передаются инверсные сигналы. На рис. 2.8, а изображен кабель с двумя сигнальными парами и двумя линиями питания. Такой кабель используется в последовательной шине IEEE 1394. Широко распространен плоский кабель-шлейф, в котором сигнальные провода чередуются с общими проводами. На ленточном кабеле крайний провод, соединяемый с контактом «1», маркируют цветной краской (рис. 2.8,6). На печатной плате штырек «1» обычно имеет отличающуюся от других (квадратную) форму контактной площадки. Ленточные кабели-шлейфы применяются с разъемами IDC для соединений внутри корпуса — подключения накопи.

Рис. 2.8. Коммуникационные средства: кабель с двумя сигнальными парами и двумя линиями питания (а); ленточный кабель (б)

телей, а также подключения внешних разъемов к системной плате и картам расширения.

Описание ряда конструктивных компонентов будет приведено при рассмотрении отдельных компьютерных устройств, в которых они применяются.