2 что понимается под интерфейсом передачи данных

Разбираемся с понятиями «Интерфейс» и «Протокол»

Понятия «Протокол» и «Интерфейс» неразрывно связаны друг с другом, именно поэтому их так часто путают не только новички, но и опытные специалисты в области IT-технологий. Эти термины используются всегда, когда речь идёт о передаче данных. Причём, не важно, какой обмен данными имеется в виду, это может быть обмен между приложениями, устройствами, между человеком и компьютером – во всех этих случаях мы имеем дело с «интерфейсом» и «протоколом». Однако не многие могут дать внятный ответ на вопрос: «в чём разница между этими понятиями?», попросту путают эти термины или считают их синонимами. В данной статье мы постараемся раз и навсегда внести ясность в этот вопрос.

Для начала дадим определения.

Интерфейс – совокупность аппаратных и программных средств, необходимых для взаимодействия с программой, устройством, функцией и т.д.

Протокол — набор правил, соглашений, сигналов, сообщений и процедур, регламентирующий взаимодействие между сопрягаемыми объектами.

Сложно? На самом деле всё проще, чем кажется. Давайте разбираться!

Что такое интерфейс

Возьмём простой пример: обмен информацией между двумя людьми. Допустим, вам нужно передать сообщение своему другу из другого города. Вы можете это сделать многими способами: отправить ему письмо обычной почтой, почтовым голубем или воспользоваться электронной, можете написать в социальной сети, позвонить по телефону или Skype. Всё это – интерфейсы. Необходимо запомнить, что интерфейс всегда отвечает на вопросы: «Как?», «Каким способом?».

Понятие «интерфейс» также используется, когда речь идёт о взаимодействии компьютерной программы или устройства с человеком. Можно услышать: «программа имеет дружелюбный интерфейс» или «пылесос с беспроводным интерфейсом». В этих случая так же речь идёт о способах взаимодействия. Например, телевизором можно управлять с помощью пульта дистанционного управления или с помощью кнопок. Это его интерфейсы. Для подключения внешних устройств телевизоры имеют интерфейсы USB, DVI, HDMI и другие.

Если мы говорим про интерфейс компьютерной программы, то это тоже способ обмена данными: можно работать в программе пользуясь удобной графической оболочкой, а можно с помощью командной строки.

Как вы понимаете, чтобы организовать обмен данными по какому-либо интерфейсу, необходимо чтобы все участники взаимодействия обладали этим интерфейсом: для того, чтобы написать другу по электронной почте – нужно, чтобы у него был e-mail, а для того чтобы управлять беспроводным пылесосом, нужен пульт.

Интерфейс может содержать в себе другие интерфейсы. Когда мы говорим про передачу сообщения обычной почтой, мы говорим про один интерфейс. Но на самом деле наше письмо может доставляться поездом, самолётом, автотранспортом – это тоже интерфейсы, но они «скрыты» от нас, мы никак не участвуем в их выборе, поэтому для нас это один интерфейс «Почта России».

Что такое протокол

На этом же примере разберёмся, что же такое протокол. Вы можете отправить письмо в виде текста на русском языке или на китайском, можете нарисовать рисунок или послать аудиозапись (если это электронное письмо). Это и есть протоколы передачи – правила, с помощью которых кодируется информация, которую вы собираетесь передать. Протоколы могут быть наложены друг на друга. Например, вы можете написать письмо, пользуясь шифром, который знаете только вы и ваш друг, а символы в нём использовать из кириллицы – то есть вы как бы наложите на одни правила обмена информацией другие правила более высокого уровня. Адресат расшифрует ваше послание, если конечно он владеет этими правилами.

На конверте письма нужно указать адрес получателя – это тоже часть протокола – правила, необходимые для передачи сообщения, но не нужные для его расшифровки. Поэтому, в общем случае при передаче данных может использоваться несколько протоколов. Каждая строка адреса получателя – это директива для разных сегментов почтовой сети. Например, для почтового отделения, откуда письмо начнёт свой путь, не важны улица, дом и номер квартиры получателя, важен только город, куда нужно направить письмо.

В цифровой технике всё происходит аналогично. Когда мы отправляем сообщение пользователю в социальной сети, оно проходит огромное количество промежуточных звеньев от браузера вашего компьютера до браузера компьютера адресата – это сетевые карты, роутеры, шлюзы и т.д. Поскольку всё это оборудование связано разными интерфейсами, наше исходное сообщение «обрастает» большим количеством дополнительной информации на каждом сетевом уровне.

Заключение

Итак, в данной статье мы разобрались, что интерфейс – это способ обмена информацией, а протокол – это совокупность правил, которые необходимо соблюдать при передаче данных по выбранному интерфейсу. При обмене информацией может использоваться несколько интерфейсов, каждый из которых использует свой протокол передачи. При этом каждый протокол как бы оборачивает данные в свою коробку. Получается своеобразная «матрёшка» из данных, которая потом «разбирается» обратно до исходного сообщения, которое и получает адресат.

На этом всё! Надеемся, что было интересно! До встречи на страницах LAZY SMART .

Чтобы не пропустить новую статью, вступай в нашу группу Вконтакте , а также подписывайся на наш канал YouTube .

Отчеты / ОТЧЕТ_ПО_ЛАБОРАТОРНОЙ_01

Вопросы для самоконтроля:

1. Какие устройства входят в базовую конфигурацию ПК?

Ответ: в базовую конфигурацию ПК входят системный блок (материнская плата, ПЗУ, ОЗУ, БП, ЦПУ, видео адаптер), монитор, клавиатура и мышь

1. Что понимается под интерфейсом передачи данных?

Ответ: совокупность унифицированных аппаратных, программных и конструктивных средств, необходимых для реализации взаимодействия различных функциональных компонентов в системах

1. К каким интерфейсам ПК относятся разъемы, представленные на этих рисунках?

1. IEEE1394
2. USB

1. По представленному рисунку поставьте в соответствие номер интерфейса его названию.

1. PS/2
2. COM
3. LPT
4. USB
5. LAN

1. Что больше 400Мбит/с или 50 Мбайт/с?

Ответ: они равны

1. Какой интерфейс показан на рисунке и где он размещается?

Ответ: шина PCI 2

Интерфейсы передачи данных

Электронные системы стали достаточно сложными и состоят из множества самостоятельных электронных устройств, которые взаимодействуют между собой посредством разнообразных интерфейсов передачи данных. У каждого интерфейса есть свои особенности, плюсы и минусы. В данном разделе мы постараемся описать наиболее сложные интерфейсы, используемые нами во время разработки электроники.

CAN – шина, CAN – интерфейс

В данной статье не будем полностью расписывать CAN протокол, а обратим внимание лишь на вещи, которые надо обязательно знать и понимать для использования или разработки электронных устройств с поддержкой CAN.

CAN FD — новый интерфейс передачи данных от Bosch

В последние годы уровень промышленности электронных устройств растет стремительными темпами. В современных автомобилях в больших количествах используются всевозможные датчики, электронные блоки управления, исполнительные механизмы, онлайн-программируемые устройства и .

Протокол SAE J2716 SENT

Все уже давно наслышаны о модулях увеличения мощности двигателя автомобиля с помощью корректировки показаний датчиков. Делают их все кому не лень, но теперь появились новые датчики с SENT протоколом на новых премиальных автомобилях, что для многих производителей стало достаточно большой проблемой. Разрабатывая такую систему, нам протокол показался очень интересным и решили написать краткое описание.

Интерфейс «USB». Виды и устройство. Характеристики и особенности

Под портом или интерфейсом «USB» понимается последовательная шина передачи данных, которыми обмениваются элементы одной и той же вычислительной системы. Она может действовать между персональным компьютером и одним из штатных периферийных устройств (принтером, например, а также клавиатурой, сканером или мышкой). Через эти порты современные девайсы заряжаются от сети или постоянно обеспечиваются необходимой для работы электрической энергией. Соответствующими гнездами оснащаются электронные накопители типа «Power-банков» и разнообразные зарядные устройства (ЗУ).

Как устроен последовательный порт

В портах типа «USB» электрическая энергия подается через отдельную пару контактов, обозначаемых согласно стандарту VCC (+5 V) и GND. При внимательном изучении такого разъема можно заметить, что контактные площадки питания заметно длиннее оставшихся двух. Это необходимо для того, чтобы питающие и информационные каналы срабатывали с некоторой задержкой по времени один относительно другого. Несоблюдение этого требования приводит к частым ошибкам в передаче данных.

Для реализации функции информационного обмена в различных модификациях физических устройств используется два и более контакта. Часть из них передает информацию от ПК в сторону периферии, а другая половина – в обратном направлении.

Технические характеристики

Интерфейс USB, как независимый операционный модуль поддерживает технологию «Plug and Play», концепция которой выражается фразой «подключай и используй». При подсоединении к любому компьютеру модуль информирует процессор о своем статусе, а тот автоматически подбирает подходящий для него драйвер. Такой скоростной обмен информацией обычно осуществляется по шинам данных.

Современные девайсы, как правило, имеют USB-интерфейсы версий 1.1, 2.0, 3.0, 3.1 или 3.2. Их основное отличие – в скорости передачи информационных посылок.

В таблице приводятся максимальные значения скоростных показателей, указанные в соответствие со спецификациями. Из этого следует, что реальные скорости, с которыми устройства обмениваются данными, бывают значительно ниже. USB-интерфейсы разных версий совместимы один с другим, но их скоростные характеристики ограничиваются возможностями более медленного.

Электрические параметры устройств разного поколения

Изделия самой последней версии (третье поколение) рассчитаны на значительно большие токи, чем все предыдущие исполнения. Способность «держать» большую нагрузку позволяет сократить продолжительность зарядки и поддерживать такие устройства, как например, внешний жесткий диск.

Максимальный ток через порт для различных версий составляет для:

• 1.1-2.0 – 0,5 А.
• 3.0 – 0,9-1,5 А.
• 3.1-3.2 – 1,5-3 А. (имеется возможность повысить его до 5 Ампер).

Рабочее напряжение USB-порта – 5 В.

По своим внешним признакам устройства разных поколений отличаются цветовым оформлением. Для самой поздней – третьей версии – характерен голубой или синий цвета, считающиеся его отличительной меткой. Корпуса изделий первого и второго поколений окрашиваются в белые, черные или серые цвета.

Разновидности

Все многообразие интерфейсов классифицируется по следующим основным признакам:

• Поколение (указывает на скоростные характеристики).
• Назначение.
• Конфигурация физического устройства.

С разделением по первому признаку мы уже ознакомились. Рассмотрим более подробно классификацию по назначению и конфигурации.

Различия по назначению

В соответствие с этим признаком любой современный USB-порт может быть отнесен к одной из следующих категорий:

• Стандартный интерфейс.
• Порты, используемые для зарядки девайсов.
• Встроенные разъемы с функцией зарядки.

Стандартные интерфейсы обеспечивают подводку питающих линий и обмен данными между различными устройствами. Они встраиваются непосредственно в их периферию в виде самостоятельных модулей.

Порты с функцией зарядки устанавливаются в ЗУ и Power-банках, а также в системных блоках, используемых для питания периферии. Основное назначение последних по списку устройств – зарядка от бытовой сети. Как правило, они встраиваются в типовые электрические розетки.

По второму признаку (конфигурации) USB-порты различных поколений делятся на следующие виды:

• Тип «A» (стандартные).
• Тип «B» (с узким разъемом).
• Комбинированные изделия («мини AB» и «микро AB»).
• Порты типа «C».

«A» тип изделий применяется в специальных хостовых системах и в зарядных устройствах. Они имеют три исполнения, отличающихся своими размерами. Это: типовой – 12×4 мм, 4 контакта, 5-ти контактный «mini» USB 7×3 мм, и «micro» USB 7×2 мм.

«Узкими» изделиями типа «B» оснащается оборудование периферии. Они также делятся на типовые устройства (7×8 мм, 4 контакта), на миниобразцы (3×7 мм, 5 контактов) и на 5-ти контактные «микро» (2×7 мм).

Кабели с размещенными на них портами комбинированного типа встречаются очень редко (они могут подключаться к гнездам и того и другого вида).

Особенности устройств типа»C»

Этот вариант исполнения представляет собой компактный разъем 3-го поколения с размерами 8,4×2,6 мм и с 24 контактами. Он предназначается для установки в периферийное и хостинговое оборудование в качестве интерфейса передачи данных. В отличие от всех уже рассмотренных устройств, он относится к симметричным разъемам.

Это означает, что его можно подключать и той и другой стороной, не соблюдая определенной ориентации (у других изделий она задается формой стального ободка, выполняющего функцию «ключа»). Примером такого разъема служит изделие «Lightning», имеющееся на устройствах от «Apple».

Возможность вставлять разъем в гнездо без необходимости определенной ориентации позволяет:

• Снизить риски поломки частей разъемной конструкции.
• Продлить сроки их эксплуатации.
• Облегчить условия работы для людей с плохим зрением.

Кроме того, пользоваться такими изделиями смогут люди с плохой координацией действий (большинству из них сложно обращаться с типовыми «micro USB-B»).

Спецификация таких портов соответствует стандарту USB 3.1, то есть они полностью совместимы с первыми версиями аналогичных по функционалу интерфейсов. Мобильные гаджеты, в которые встроены USB-C, не всегда обеспечивают соответствующие скоростные показатели изделий третьего поколения. Вместе с тем они совместимы с USB-контроллерами версии 2.0.

Другая особенность USB-C – допустимость поддержки известных интерфейсов, перечисленных ниже. Это:

• «Thunderbolt».
• «DisplayPort».
• HDMI и MHL.

С учетом этой возможности девайсы с разъемом «Type-C» можно подключать к HDMI-входам современных ТВ приемников или «DisplayPort»-разъему мониторов ПК. Понятно, что связь по этому каналу реализуется только при наличии в устройстве порта USB-C.

Организация питающей линии через порт

Первоначально порты USB предназначались исключительно для питания и зарядки гаджетов с током потребления не более 500 мА при стандартном напряжении 5 В. С появлением современных девайсов с аккумуляторами большой емкости токовые ограничения стали мешать быстрой зарядке и снизили привлекательность устаревших портов.

Именно поэтому в свое время появились новые спецификации и стандарты, позволяющие сократить продолжительность зарядного процесса. К ним в первую очередь относят технологию «Quick Charge» (QC), представляющую собой способ передачи энергии, заметно превышающий штатные возможности.

В настоящее время большой популярностью пользуются стандарты из следующего ряда:

• QC 2.0, позволяющая ступенчато изменять напряжение на выходе со значениями 5-9-12-20 В.
• Версия 3.0, поддерживающая его увеличение с 5 до 20 В (интервал составляет всего 0,2 В).
• QC 4.0 и 4+, использующие протокол «Power Delivery».

Возможностями зарядки от ЗУ с поддержкой стандарта «Quick Charge» располагают только современные устройства, в которых она реализована аппаратно.

«Power Delivery» подходит для энергоемких устройств с заявленной мощностью до 100 Ватт. Для подключения к интерфейсу потребуются типовые кабель и разъемы. В качестве источника тока в этом случае могут использоваться не только ЗУ или «Powerbank», но и любые девайсы со встроенным аккумулятором.

Поскольку передача электрической энергии в таких системах происходит и в том и в другом направлении – их отдельные элементы во время зарядки могут меняться местами. Помимо этого, в стандарт заложена возможность градации рабочих токов и напряжений со следующими значениями:

• До 5 Вольт и 2 Ампер.
• В диапазоне от 5 до12 В при токовой нагрузке в 1,5 А.
• То же, но при токах до 3-х А.
• В границах от 12 до 20 В при токах до 3 А.
• То же, но при токовых нагрузках порядка 4,7-5,0 А.

С учетом этих данных применение технологии «Power Delivery» позволяет подводить электрическую энергию через USB к мощной бытовой техники, представленной ноутбуками и моноблоками. В ближайшем будущем ожидается дальнейшее повышение показателя мощности с превышением 100-ваттного порога.

Похожие темы:

• Беспроводной HDMI. Виды и работа. Устройство и применение
• RJ-45 RJ-11 розетки и коннекторы. Устройство и применение. Работа
• Интерфейс HDMI. Виды и устройство. Плюсы и минусы. Особенности
• Полосковые линии. Виды и применение. Особенности