Интерфейс — Википедия
Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Интерфе́йс (от англ. interface) — общая граница между двумя функциональными объектами, требования к которой определяются стандартом[1]; совокупность средств, методов и правил взаимодействия (управления, контроля и т. д.) между элементами системы[2].
Примеры:
Интерфейсы в вычислительной технике[править | править код]
Термин «интерфейс» применяется в информатике, поскольку имеется в виду совокупность унифицированных технических и программных средств и правил (описаний, соглашений, протоколов), обеспечивающих одновременное взаимодействие устройств и/или программ в вычислительной системе или обеспечение соответствия систем[3].
В вычислительной системе взаимодействие может осуществляться на пользовательском, программном и аппаратном уровнях.
Способ взаимодействия физических устройств[править | править код]
Физический (аппаратный интерфейс) — способ взаимодействия физических устройств. Чаще всего речь идёт о компьютерных портах (разъёмах).
Стандартный интерфейс
Способ взаимодействия программных компонентов[править | править код]
Способ взаимодействия человека и техники[править | править код]
Интерфейс пользователя: совокупность средств, при помощи которых пользователь взаимодействует с различными программами и устройствами:
- ↑ Р 50.1.041-2002: Информационные технологии. Руководство по проектированию профилей среды открытой системы (СОС) организации-пользователя
- ↑ СТО НОСТРОЙ 2.15.9-2011: Инженерные сети зданий и сооружений внутренние. Устройство систем распределенного управления. Монтаж, испытания и наладка. Требования, правила и методы контроля
- ↑ Першиков В. И., Савинков В. М. Толковый словарь по информатике / Рецензенты: канд. физ.-мат. наук А. С. Марков и д-р физ.-мат. наук И. В. Поттосин. —
- ↑ ОСТ 45.68-96 Классификация и условные обозначения стыков (интерфейсов) цифровых станций местных телефонных сетей
- ↑ Мячев А. А. Интерфейсы средств вычислительной техники. Энциклопедический справочник. М.: Радио и связь, 1993. С. 4.
- Воройский Ф. С. Информатика. Новый систематизированный толковый словарь-справочник. — 3-е изд.. — М.: ФИЗМАТЛИТ, 2003. — С. 223-230. — 760 с. — (Введение в современные информационные и телекоммуникационные технологии в терминах и фактах). — ISBN 5-9221-0426-8.
Интерфейсы информационных систем, страница 3
Компоненты интерфейсов
Интерфейсы различаются между собой, но можно выделить некоторые общие элементы всех интерфейсов. Для упрощения рассмотрения, начиная с первых интерфейсов, было принято разделять компоненты интерфейсов на физический и логический интерфейс.
Физический интерфейс
Линия связи – это физическая среда для передачи информации. Этот термин может применятся как для одной линии для передачи данных, так и для всех линий интерфейса. Что именно имеется в виду нужно понимать из контекста, далее под линией связи будем понимать среду для передачи одного бита информации.
Канал связи – это совокупность приемника, передатчика и линии связи. Также, как и в случае термина линии связи, канал связи можно понимать в широком и узком смыслах. Далее под каналом связи будем понимать как совокупность приемника, передатчика и среды для передачи одного бита информации.
Группа линий связи – это совокупность линии связи выполняющих аналогичные функции. Например, шина данных – это группа линий связи для передачи данных. Термина «группа каналов связи» обычно не вводят.
Магистраль (шина, тракт) – это совокупность групп линий связи, обеспечивающая взаимодействие устройств и передачу информации и образующая, таким образом, интерфейс.
Крейт (шасси) – шкаф, в котором располагается магистраль интерфейса. Обычно совместим со стандартами для телефонных и телекоммуникационных стоек. Многие интерфейсы, например, интерфейсы персональных компьютеров, не имеют крейта, а для размещения магистрали используют корпус системного блока или материнскую плату.
Станция – место в крейте на магистрали, к которому может присоединиться модуль. Для современных интерфейсов этот термин может иметь несколько иное значение.
Модуль – устройство, помещаемое в станцию, служащее для подключения элемента вычислительной системы к магистрали интерфейса.
Разъем – аналогичен термину станция, но применяется не только по отношению к магистрально-модульным интерфейсам.
Логический интерфейс
Протокол – это алгоритм или правила по которому должны взаимодействовать элементы информационной системы. Эти правила могут указывать в какие моменты времени какие сигналы должны выдавать устройства и в какие моменты времени и какую информацию устройство должно передавать.
Сообщение – это любая информация, передаваемая между элементами информационной системы. Информация может передаваться в виде сигналов по отдельным линиям связи или в виде набора двоичных чисел.
Команда – это сообщение, передающее информацию о необходимости совершить какое-либо действие. Например, команда может сообщать устройству о том, что ему необходимо передать определенные данные.
Прерывание – это сообщение, передающее информацию о завершении какого-либо действия. Например, устройство получило команду на чтение данных. Для чтения этих данных необходимо некоторое время. После того, как данные подготовлены он сообщает с помощью прерывания устройству, пославшему команду чтения, о том, что данные готовы.
Транзакция – это набор атомарных операций, переводящий информационную систему из одного корректного состояния в другое. Например, для чтения данных из памяти нужно послать команду чтения, передать адрес сроки ячейки памяти, адрес столбца, сообщить о завершении операции чтения. Все это является атомарными (неделимыми) операциями, а их набор приводит к чтению данных. Если после команды чтения не проводить остальные операции, то система перейдет в некорректное состояние – устройство памяти будет ожидать адрес строки и не будет реагировать на другие команды.
Мастер (активный элемент, ведущий, запросчик) – это один из элементов информационной системы, который инициирует и/или управляет взаимодействием с другим элементом.
Слуга (пассивный элемент, ведомый, исполнитель) – это элемент информационной системы который взаимодействует и/или управляется мастером.
Арбитраж – это процедура определения порядка использования ресурсов интерфейса. В качестве такого ресурса обычно выступает магистраль. Существуют различные методы арбитража, которые будут рассмотрены позднее.
Адресация – это процедура определения ведомого устройства.
Стек интерфейса
Современные интерфейсы информационных систем все больше напоминают сетевые технологии. В виду их сложности разработчики не ограничивают физическим и логическим интерфейсом, а используют целый стек протоколов. В настоящий момент для интерфейсов не существует стандарта, аналогичного семиуровневой модели взаимодействия открытых систем. Каждый протокол имеет свои уровни, и выделять общие уровни для всех интерфейсов не имеет смысла. Стеки протоколов отдельных интерфейсов следует рассматривать при изучении конкретного интерфейса.
Проблемы передачи информации
Различные решения, применяемые в интерфейсах, их отличия между собой, определяются назначением интерфейсов и методами преодоления различных проблем связанных с передачей информации и организацией взаимодействия между различными элементами информационных систем. Рассмотрим проблемы, возникающие при передаче информации.
Линия связи
Для начала проанализируем особенности отдельной линии связи, без приемника и передатчика.
Амплитудно-частотная характеристика (АЧХ)
Общий вид.
Линии связи принято представлять линейным звеном. Это означает, что выходной сигнал, получающийся при подаче на линию связи нескольких сигналов, равен сумме выходных сигналов, которые бы получились при подаче на вход входных сигналов по отдельности.
Это позволяет описать линии связи амплитудно-частотной характеристикой (АЧХ). На этой характеристике по оси абсцисс (f) откладываются значения частот, а по оси ординат (A) затухание сигнала на это частоте. Другими словами, она показывает, насколько уменьшится сигнал на выходе по сравнению с сигналом на входе при подаче на линию связи сигнала соответствующей частоты.
Протокол и интерфейс | Практическая электроника
Для того, чтобы понять о чем речь в этой статье, рекомендую прочесть предыдущую статью.
Вам уже неоднократно встречались слова: «протокол» и «интерфейс». При этом иногда в одной и той же статье некий интерфейс могли назвать протоколом, а протокол – интерфейсом. Попытаемся понять, что означают эти термины, а так же причину их подмены в некоторых случаях.
Интерфейс
Физический уровень – это физическая среда, по которой передаются сигналы.
Логический уровень (может быть несколько уровней) – это набор правил, по которым производится обмен информацией. Про это мы еще говорили в прошлой статье.
Разговаривают два человека.
Физическим уровнем являются колебания среды (воздуха) с частотами 300-5000 Гц. Именно в этом частотном диапазоне большинство людей передает речевую информацию. При этом наши уши слышат в звуковом диапазоне 30-18000 Гц. То есть, человек имеет возможность услышать сказанное.
Взаимопонимание собеседников будет возможно, если:
а) они используют один и тот же язык, который они понимают
б) скорость общения (произношения) будет одинакова (или незначительно отличаться)
в) они расположены к общению
Следовательно, скорость передачи информации и набор слов — это логический уровень канала связи. Учитывая всё выше написанное, можно заключить: канал связи — это симбиоз логического и физического уровней.
К логическому уровню также относят и такое понятие как «помехозащищенность».
Под помехозащищенностью канала связи понимается комплекс мер, выполняемых для увеличения достоверности принимаемых устройством данных. Меры могут быть предприняты как применительно к физическому методу передачи сигнала (увеличение мощности сигнала, использованию разных частот для вещания) так и к логическому (повреждения целостности сообщения (контрольные суммы), передача избыточной информации для восстановления поврежденной информации)
Контрольная сумма
Контрольная сумма (Cyclic Redundancy Check – CRC) — это метод предварительного анализа сформированного для передачи сообщения. Сами методы могут быть различны.
Например, мы передаем сообщение «Умный дом». Считаем количество согласных букв в этом сообщении, получаем 4 согласных буквы. Также считаем длину сообщения – 9. В начале сообщения мы передаем: длина сообщения – 9, количество согласных – 4. Приемная сторона получает сообщения и производит те же вычисления. Если хоть один символ был потерян или принят лишний (и такое бывает), то есть была допущена ошибка, то эти цифры не совпадут. Будет сформирован сигнал «Ошибка приема сообщения».
Тут программист должен думать: или пытаться по полученным данным (при наличии избыточной информации) восстановить поврежденное сообщение, или запросить передачу сообщения повторно. На практике чаще всего используют комбинацию методов обнаружения ошибки приема сообщения: начиная от деления длинного сообщения на маленькие пакеты и прикрепления к ним данных об их длине и контрольной сумме, заканчивая многократной передачей пакета через интервалы времени.
Но помехой могут быть не только сторонние сигналы. При обмене данными возможна ситуация, при которой оба собеседника могут начать говорить (передавать информацию) одновременно.
Это событие описывают термином «коллизия». Поэтому перед началом передачи информации необходимо убедиться в том, что канал связи свободен. Для этого используются разные методы.
К способам повышения надежности доставки сообщения относится метод предварительной подстройки принимающей стороны под передающую, или наоборот.
Объясню эти понятия на примере всё тех же собеседников. Как они определяют начало новой фразы? По относительно длинной паузе, возникшей после последнего сказанного слова. А можно ли это сделать как-то иначе? Да, это возможно. Вспомним фильмы о войне: «Роза, роза! Я – Тополь. Прием!». Здесь признаком начала сообщения является как изменение физической среды — разговор (звуковые колебания в нужной полосе частот), так и добавление специальных команд: адреса получателя (Роза), сигнала «готовность приемника» (Прием!) и подписи отправителя (Тополь).
В данном примере показан метод связи, при котором свое состояние к готовности передать сообщение выставляет в канал связи сам приемник. Может использоваться и такой метод: вначале передача сигнала «готовность передатчика», а через некоторый интервал времени и самого сообщения. Другими словами, получатель сообщения и его отправитель предварительно подстраиваются друг под друга, то есть происходит синхронизация передатчика и приемника. Благодаря синхронизации, вероятность того, что оба равноправных собеседника начнут говорить (передавать сообщения) одновременно, значительно уменьшается.
Из выше написанного следует, что протокол (логический уровень интерфейса) — это совокупность правил, по которым формируется сообщение. Но эти правила могут быть полностью «закодированы» в изменениях физической среды передачи сигналов, а могут быть сами по себе.
Например, необходимо как-то привлечь к себе внимание отвлекшегося собеседника. Мы можем изменить состояние физической среды передачи сигнала (вспоминаем о звуковых колебаниях) — громко крикнуть или свиснуть, а можем и сделать специальное сообщение (а это уже логический уровень) — сказать «Внимание!» Можем и одновременно: подать звуковой сигнал и произнести сообщение. В данном случае, протокол не привязан к физическому уровню интерфейса.
НО! При одинаковом физическом уровне можно использовать разные протоколы. Например, крик или свист привлечет внимание большинства людей, а вот сообщение «Внимание!» только тех, кто понимает язык, на котором было сказано данное сообщение. Это, кстати, весьма важное примечание. То есть получается, что имея один физический уровень, мы можем создать несколько протоколов.
Примером интерфейса связи, при котором протокол обмена не привязан к физическому уровню интерфейса, является RS-232 (он часто используется в различных системах для состыковки узлов между собой или компьютером). Часто интерфейс RS-232 называют «COM-порт». Данное название вошло в обиход с лёгкой руки производителей персональных компьютеров, которые его назвали «communication port» (порт связи), а разъем этого интерфейса на корпусе ПК подписывали сокращенно: «COM-port».
Интерфейс в упрощенной версии может иметь только две линии связи: «Прием» и «Передача». Стандарт на данный интерфейс определяет такой физический уровень: кодирование единицы выполняется уровнем напряжение -12 Вольт, а нуля — +12 Вольт. Но он также описывает, что приемная сторона обязана принять единицу при напряжении 0 Вольт, а ноль – при напряжении выше +3 Вольт.
Чем и пользуются всевозможные производители преобразователей USB-COM (где чаще всего используется упрощенная схема преобразования и уровень нуля передается как +5 Вольт, а единицы – как 0 Вольт). Даже если мы будем кодировать единицу и ноль иными уровнями напряжение (или тока), то сама логическая составляющая протокола не изменится – главное, чтобы приемник правильно принимал эти уровни напряжения.
Физический интерфейс — это… Что такое Физический интерфейс?
- Физический интерфейс
- Физический интерфейс
- Физический интерфейс — устройство, преобразующее сигналы и передающее их от одного компонента оборудования к другому. Физический интерфейс определяется набором электрических связей и характеристиками сигналов.
Синонимы: Аппаратный интерфейс
См. также: Интерфейсы
Финансовый словарь Финам.
.
- Физический износ основных фондов
- Физический капитал
Смотреть что такое «Физический интерфейс» в других словарях:
физический интерфейс — (МСЭ Т Х.151). [http://www.iks media.ru/glossary/index.html?glossid=2400324] Тематики электросвязь, основные понятия EN physical interfacePHY … Справочник технического переводчика
физический интерфейс с синхронизирующим оборудованием — Интерфейс между внешним сигналом синхронизации и источником (генератором частоты) синхронизации мультиплексирования (МСЭ R F.750 4). [http://www.iks media.ru/glossary/index.html?glossid=2400324] Тематики электросвязь, основные понятия EN… … Справочник технического переводчика
физический интерфейс ПЦИ — (МСЭ T G.705). [http://www.iks media.ru/glossary/index.html?glossid=2400324] Тематики электросвязь, основные понятия EN PDH physical interfacePPI … Справочник технического переводчика
физический интерфейс СЦИ — Функция SPI преобразует внутренний сигнал логического уровня STM N в сигнал линейного STM N интерфейса (МСЭ R F.750 4). [http://www.iks media.ru/glossary/index.html?glossid=2400324] Тематики электросвязь, основные понятия EN SDH physical… … Справочник технического переводчика
физический интерфейс волоконно-оптического канала — — [Л.Г.Суменко. Англо русский словарь по информационным технологиям. М.: ГП ЦНИИС, 2003.] Тематики информационные технологии в целом EN fiber channel physical and signal ling interfaceFCPLI … Справочник технического переводчика
синхронный физический интерфейс (радиорелейной системы) — (МСЭ R F.750 4). [http://www.iks media.ru/glossary/index.html?glossid=2400324] Тематики электросвязь, основные понятия EN radio relay synchronous physical interfaceRR SPI … Справочник технического переводчика
синхронный физический интерфейс радиорелейной системы — Общее описание типовых функций радиорелейных систем синхронной иерархии, включая модулятор, демодулятор, передатчик, приемник, возможно, формирователь кадров радиосигнала и т. д. (МСЭ R F.750 4). [http://www.iks… … Справочник технического переводчика
универсальный тестовый и рабочий физический интерфейс для ATM — (МСЭ Т Н.610). [http://www.iks media.ru/glossary/index.html?glossid=2400324] Тематики электросвязь, основные понятия EN universal test and operational PHY interface for ATMUTOPIA … Справочник технического переводчика
универсальный физический интерфейс для испытания и эксплуатации ATM — (МСЭ Т G.998.1). [http://www.iks media.ru/glossary/index.html?glossid=2400324] Тематики электросвязь, основные понятия EN universal test and operations PHY interface for ATMUTOPIA … Справочник технического переводчика
Интерфейс (вычислительная техника) — Интерфейс (от англ. interface поверхность раздела, перегородка) совокупность средств и методов взаимодействия между элементами системы. В зависимости от контекста, понятие применимо как к отдельному элементу (интерфейс элемента), так и к… … Википедия
Интерфейс (interface) – что это такое
Москва г. Москва, ул. Нобеля 7, п. 56 +7 (800) 700-59-30
Интерфейс – это комплекс средств, предназначенных для взаимодействия двух систем друг с другом. В качестве таких систем может выступать что угодно, включая людей и искусственный интеллект. Слово «интерфейс» позаимствовано из английского языка: interface означает «место соприкосновения».
В компьютерной и вычислительной технике чаще всего под интерфейсом понимают элементы, обеспечивающие взаимодействие аппаратных и программных средств между собой и с человеком. В электронной коммерции под этим словом подразумеваются методы взаимодействия программного обеспечения с пользователем. Этот вид интерфейса называется человеко-машинным.
Типы интерфейса
Человеко-машинный интерфейс подразделяется на четыре разновидности.
Командная строка
Самым надежным типом пользовательского интерфейса считается командная строка. Это старейший, но трудоемкий способ взаимодействия. Команды пользователя вводятся на машинном языке. Эта разновидность применяется в операционных системах, предназначенных для профессионалов.
Графический интерфейс
Самый распространенный и популярный тип, использующийся во всех ОС и в большинстве приложений. Главные элементы такого интерфейса – пиктограммы, меню и списки. Для управления программами с графическим интерфейсом удобно использовать мышь.
Жестовый интерфейс
В последнее время этот тип человеко-машинного взаимодействия стал популярным и востребованным. К этой категории относят сенсорные экраны, джойстики и стилусы.
Голосовой интерфейс
Эта разновидность появилась недавно и позволила пользователям управлять различными системами с помощью голосовых команд. При этом система также отвечает человеку. Данный тип человеко-машинного диалога применяется для взаимодействия с компьютерами, мобильными устройствами, управления бытовой техникой и автомобилями.
Что такое интерфейс. Графический интерфейс, типы и API
Пользовательский интерфейс — это средства взаимодействия между человеком и компьютером. Говоря простыми словами, интерфейс — внешняя часть программы или устройства, с которыми работает пользователь. Слово интерфейс — калька с английского interface, то есть «граница, связующее звено».
Чаще всего под словом интерфейс подразумевают именно пользовательский интерфейс. Например, говорят: «У этого интернет-магазина неудобный, запутанный интерфейс». Это значит, что с сайтом магазина неудобно взаимодействовать. Скажем, сложно найти нужные товары, непонятно, как оформить заказ, сайт не сохраняет ранее введенные данные и т.п.
Примеры употребления:
Многие пользователи хотели бы вернуть старый интерфейс «ВКонтакте», новый им не нравится.
У программы интуитивно понятный интерфейс — сразу ясно, куда нажимать и к чему это приведет.
Интерфейс Windows очень сложен: неопытные пользователи путаются в куче настроек.
Веб-интерфейс (web-interface) — это страница в интернете, позволяющая пользователю взаимодействовать с каким-то сервисом или устройством прямо через браузер. К примеру, с помощью веб-интерфейса можно воспользоваться онлайн-банком: зайти на страницу банка, ввести логин и пароль, а затем переводить деньги между счетами, оплачивать услуги и т.п.
Аппаратный и программный интерфейс. Что такое интерфейс USB и API
Помимо пользовательского интерфейса существуют программный интерфейс (взаимодействие программ между собой) и аппаратный интерфейс (способы взаимодействия физических устройств, «железа»).
Когда говорят об аппаратном интерфейсе, обычно имеют в виду разъемы, через которые устройства можно подключить друг к другу. Например, «подключение через интерфейс USB» — это значит соединение устройств через универсальную последовательную шину, предназначенную для подключения периферийной техники. Через USB, например, можно подключить к компьютеру клавиатуру, мышку, фотоаппарат или смартфон.
Аппаратный интерфейс — кабель USB
Программный интерфейс — это способ взаимодействия программ между собой. Например, API (application programming interface, программный интерфейс приложения) — это набор команд, который позволяет программам автоматически обмениваться данными без участия людей. Одна программа по API отправляет запрос, другая отвечает ей.
К примеру, на новостном сайте показываются курсы валют, которые меняются в реальном времени. Это не значит, что редактор сайта каждый раз вручную меняет числа на странице. Новостной сайт сам отправляет по API запрос на сервер с данными валютной биржи и получает оттуда необходимые цифры.
Типы пользовательских интерфейсов. Графический, текстовый и другие
Текстовый интерфейс — это способ общения человека с компьютером с помощью печати команд. Например, в операционной системе MS-DOS интерфейс был текстовым — пользователь набирал на клавиатуре нужные команды, а машина их выполняла.
Текстовый интерфейс MS-DOS — командная строка
Проблема текстового интерфейса в том, что пользователь должен знать необходимые команды и каждый раз вручную набирать их без ошибок. Частично от этой трудности избавили оболочки для MS-DOS — например, Norton Commander.
Norton Commander — файловый менеджер для MS-DOS. В нем можно не только набирать команды на клавиатуре, но работать с файлами с помощью сочетаний клавиш.
Вскоре появились и графические интерфейсы, где пользователь взаимодействует с визуальными объектами: кнопками, значками, картинками на экране. Операционная система Windows использует графический интерфейс: пользователь кликает мышкой по иконкам — пиктограммам, изображающим файлы и программы.
Графический интерфейс Windows 3.11
Материальный интерфейс — это способ взаимодействия с компьютером с помощью осязаемых конструкций. Например, компьютерная мышка или джойстик — это материальный интерфейс. Двигая мышку по столу, мы одновременно перемещаем стрелку курсора по экрану.
Материальный интерфейс — компьютерная мышь. Фото: Depositphotos
Голосовой интерфейс — это управление с помощью речевых команд. Человеческий голос сегодня умеют понимать даже мобильные телефоны. Например, Siri от Apple, голосовой помощник Google, «Алиса» от «Яндекса»
Голосовой интерфейс — Siri от Apple. Siri — это сокращение от Speech Interpretation and Recognition Interface (интерфейс распознавания и интерпретации речи). Фото: Depositphotos
Жестовый интерфейс позволяет отдавать команды, делая жесты пальцем, рукой, компьютерной мышью, специальным контроллером и т.п.
Жестовый интерфейс — игровая приставка Nintendo Wii, контроллеры которой реагируют на движения пользователя.
Тактильный интерфейс позволяет пользователю испытывать осязательные ощущения (нажим, вибрацию и т.п.) и взаимодействовать с компьютером с их помощью.
Перчатки виртуальной реальности — пример тактильного интерфейса. Фото: NASA
Нейронный интерфейс позволяет передавать команды с помощью вживленных в мозг электродов. Двунаправленные нейронные интерфейсы могут не только принимать информацию от мозга, но и отправлять ее в мозг — например, через сетчатку глаза.
Йенс Науманн — слепой, способный «видеть» с помощью нейронного зрительного протеза. Камера улавливает изображение и направляет обработанную версию в зрительную кору головного мозга через электроды.
Киану Ривз в фильме «Матрица» (1999). Герои пользуются нейроинтерфейсом, чтобы попасть в виртуальную реальность — Матрицу.
Киберспейс — интерфейс в виде виртуальной реальности. Кадр из фантастического фильма «Джонни Мнемоник» (1995)
3.Физический интерфейс
Стандарт USB определяет электрические и механические спецификации шины. Информационные сигналы и питающее напряжение 5 В передаются по четырехпроводному кабелю. Используется дифференциальный способ передачи сигналов D+ и D- по двум проводам. Уровни сигналов передатчиков в статическом режиме должны быть ниже 0,3 В (низкий уровень) или выше 2,8 В (высокий уровень). Приемники выдерживают входное напряжение в пределах — 0,5…+3,8 В. Передатчики должны уметь переходить в высокоимпедансное состояние для двунаправленной полудуплексной передачи по одной паре проводов.
Передача по двум проводам в USB не ограничивается дифференциальными сигналами. Кроме дифференциального приемника каждое устройство имеет линейные приемники сигналов D+ и D-, а передатчики этих линий управляются индивидуально. Это позволяет различать более двух состояний линии, используемых для организации аппаратного интерфейса. Состояния Diff0 и Diff1 определяются по разности потенциалов на линиях D+ и D- более 200 мВ при условии, что на одной из них потенциал выше порога срабатывания VSE. Состояние, при котором на обоих входах D+ и D- присутствует низкий уровень, называется линейным нулем (SEO — Single-Ended Zero). Интерфейс определяет следующие состояния:
Data J State и Data К State — состояния передаваемого бита (или просто J и К), определяются через состояния Diff0 и Diff1.
Idle State — пауза на шине.
Resume State — сигнал «пробуждения» для вывода устройства из «спящего» режима.
Start of Packet (SOP) — начало пакета (переход из Idle State в К).
End of Packet (EOP) — конец пакета.
Disconnect — устройство отключено от порта.
Connect — устройство подключено к порту.
Reset — сброс устройства.
Состояния определяются сочетаниями дифференциальных и линейных сигналов; для полной и низкой скоростей состояния DiffO и Diff1 имеют противоположное назначение. В декодировании состояний Disconnect, Connect и Reset учитывается время нахождения линий (более 2,5 мс) в определенных состояниях.
Шина имеет два режима передачи. Полная скорость передачи сигналов USB составляет 12 Мбит/с, низкая — 1,5 Мбит/с. Для полной скорости используется экранированная витая пара с импедансом 90 Ом и длиной сегмента до 5 м, для низкой — невитой неэкранированньгй кабель до 3 м. Низкоскоростные кабели и устройства дешевле высокоскоростных. Одна и та же система может одновременно использовать оба режима; переключение для устройств осуществляется прозрачно.
Низкая скорость предназначена для работы с небольшим количеством ПУ, не требующих высокой скорости. Скорость, используемая устройством, подключенным к конкретному порту, определяется хабом по уровням сигналов
на линиях D+ и D-, смещаемых нагрузочными резисторами R2 приемопередатчиков (см. рис. 7.2 и 7.3)
С
игналы
синхронизации кодируются вместе с
данными по методу NRZI (Non Return to Zero Invert),
его работу иллюстрирует рис. 7.4. Каждому
пакету предшествует поле синхронизации
SYNC, позволяющее приемнику настроиться
на частоту передатчика. Кабель также
имеет линии VBus и GND для передачи питающего
напряжения 5 В к устройствам.
Сечение проводников выбирается в соответствии с длиной сегмента для обеспечения гарантированного уровня сигнала и питающего напряжения. Стандарт определяет два типа разъемов (см. табл. 7.1 и рис. 7.5).
Р
азъемы
типа «А» применяются для подключения
к хабам (Upstream Connector). Вилки устанавливаются
на кабелях, не отсоединяемых от устройств
(например, клавиатура, мышь и т. п.). Гнезда
устанавливаются на нисходящих портах
(Downstream Port) хабов. Разъемы типа «В»
(Downstream Connector) устанавливаются на
устройствах, от которых соединительный
кабель может отсоединяться (принтеры
и сканеры). Ответная часть (вилка)
устанавливается на соединительном
кабеле, противоположный конец которого
имеет вилку типа «А».
Разъемы типов «А» и «В» различаются механически (рис. 7.5), что исключает недопустимые петлевые соединения портов хабов. Четырехконтактные разъемы имеют ключи, исключающие неправильное присоединение. Конструкция разъемов обеспечивает позднее соединение и раннее отсоединение сигнальных цепей по сравнению с питающими. Для распознавания разъема USB на корпусе устройства ставится стандартное символическое обозначение.
Р
ис.
7.5. Гнезда USB: а — типа «А», б — типа
«В», в — символическое обозначение
Питание устройств USB возможно от кабеля (Bus-Powered Devices) или от собственного блока питания (Self-Powered Devices). Хост обеспечивает питанием непосредственно подключенные к нему ПУ. Каждый хаб, в свою очередь, обеспечивает питание устройств, подключенных к его нисходящим портам. При некоторых ограничениях топологии допускается применение хабов, питающихся от шины. На рис. 7.6 приведен пример схемы соединения устройств USB.
Здесь клавиатура,
перо и мышь могут питаться от шины. 
USB поддерживает как однонаправленные, так и двунаправленные режимы связи. Передача данных производится между ПО хоста и конечной точкой устройства. Устройство может иметь несколько конечных точек, связь с каждой из них (канал) устанавливается независимо.
Архитектура USB допускает четыре базовых типа передачи данных:
Управляющие посылки (Control Transfers), используемые для конфигурирования во время подключения и в процессе работы для управления устройствами. Протокол обеспечивает гарантированную доставку данных. Длина поля данных управляющей посылки не превышает 64 байт на полной скорости и 8 байт на низкой.
Сплошные передачи (Bulk Data Transfers) сравнительно больших пакетов без жестких требований ко времени доставки. Передачи занимают всю свободную полосу пропускания шины. Пакеты имеют поле данных размером 8, 16, 32 или 64 байт. Приоритет этих передач самый низкий, они могут приостанавливаться при большой загрузке шины. Допускаются только на полной скорости передачи.
Прерывания (Interrupt) — короткие (до 64 байт на полной скорости, до 8 байт на низкой) передачи типа вводимых символов или координат. Прерывания имеют спонтанный характер и должны обслуживаться не медленнее, чем того требует устройство. Предел времени обслуживания устанавливается в диапазоне 1-255 мс для полной скорости и 10-255 мс — для низкой.
Изохронные передачи (Isochronous Transfers) — непрерывные передачи в реальном времени, занимающие предварительно согласованную часть пропускной способности шины и имеющие заданную задержку доставки. В случае обнаружения ошибки изохронные данные передаются без повтора — недействительные пакеты игнорируются. Пример — цифровая передача голоса. Пропускная способность определяется требованиями к качеству передачи, а задержка доставки может быть критичной, например, при реализации телеконференций.
Полоса пропускания шины делится между всеми установленными каналами. Выделенная полоса закрепляется за каналом, и если установление нового канала требует такой полосы, которая не вписывается в уже существующее распределение, запрос на выделение канала отвергается.
Архитектура USВ предусматривает внутреннюю буферизацию всех устройств, причем чем большей полосы пропускания требует устройство, тем больше должен быть его буфер. USB должна обеспечивать обмен с такой скоростью, чтобы задержка данных в устройстве, вызванная буферизацией, не превышала нескольких миллисекунд.
Изохронные передачи классифицируются по способу синхронизации конечных точек — источников или получателей данных — с системой: различают асинхронный, синхронный и адаптивный классы устройств, каждому из которых соответствует свой тип канала USB.
