Interfacce standard del PC 

In generale

Quando si vogliono collegare tra loro apparecchi di diversa natura, ad esempio dispositivi logici di famiglie diverse, trasduttori a dispositivi digitali, amplificatori ed attuatori, ecc. è necessario prevedere opportune soluzioni hardware e software in grado di ottimizzare il collegamento. Ciò avviene attraverso le interfacce.

            Col termine interfaccia si intende l’architettura di collegamento tra le parti di un sistema che consente il trasferimento delle informazioni.

            L’interfaccia si può realizzare: 

1)      tra componenti di una stessa scheda;

2)      tra scheda e scheda;

3)      tra apparecchiature differenti. 

Nel primo caso bisogna assicurare la compatibilità tra i livelli di tensione, di corrente e le frequenze in gioco. Nel secondo caso bisogna minimizzare i fenomeni transitori negativi prodotti dalle induttanze e capacità parassite a causa del collegamento con connettori e cavi. Nel terzo caso i problemi da affrontare riguardano la diversa filosofia di funzionamento delle apparecchiature, diverso significato logico dei bit, linee di clock aggiuntive, ecc.

            Un’interfaccia deve essere:  

1)      flessibile, cioè deve essere facilmente riconfigurabile;

2)      compatibile, in modo da poter collegare direttamente le apparecchiature;

3)      affidabile nei confronti del funzionamento hardware, della bontà del software e della corretta trasmissione dei dati.

Le interfacce si suddividono in interfacce standard  e non standard.

Le interfacce standard che tratteremo sono quelle che rendono la periferica compatibile al computer a cui collegarsi. Ad esempio l’interfaccia Centronics presente nel PC è di tipo standard perché consente il collegamento al PC da parte di qualsiasi stampante in grado di riconoscere l’interfaccia Centronics. La compatibilità è di tipo meccanico (spina e presa compatibili), elettrico (il PC e la periferica generano e riconoscono tensioni e correnti di valori prestabiliti) e software (gestione del funzionamento della periferica).

Le interfacce standard più comuni, oltre alla Centronics, sono l’interfaccia seriale RS-232 e la più recente interfaccia USB (Universal Serial Bus).

La prima utilizza il collegamento  parallelo mentre le altre due sono seriali. 

Il collegamento parallelo a n bit consente di trasferire simultaneamente tutti i bit ed impiega, pertanto, almeno n fili.

Il collegamento seriale trasferisce un bit per volta su uno stesso filo rispettando particolari protocolli per il sincronismo della trasmissione.

A parità di frequenza di sincronizzazione il collegamento parallelo è n volte più veloce di quello seriale. Quest’ultimo, però, ha il vantaggio di impiegare, in teoria, un solo filo per il trasferimento dei dati, condizione che torna particolarmente utile quando si devono collegare due apparecchiature poste a grande distanza come, ad esempio, due modem.

Le interfacce non standard sono quelle che non rispettano delle specifiche riconosciute da tutte le apparecchiature. Si utilizzano per collegare particolari dispositivi e spesso occorre prestare attenzione alle linee a cui effettuare il collegamento.

Interfacce standard 

            Come già detto, le interfacce standard sono quelle che rendono compatibile il collegamento tra un dispositivo periferico ed il computer.

            Le interfacce standard, normalmente, sono costituite da schede elettroniche inserite in una slot di espansione di un computer: ISA, PCI, AGP. In quest’ultima, in realtà, può trovar posto solo una scheda grafica in grado di pilotare un monitor attraverso il connettore VGA disponibile sul retro del PC. Le schede grafiche più recenti presentano anche una uscita TV in grado di comandare un normale ricevitore televisivo oppure un videoregistratore.

            Le interfacce standard su schede più recenti sono disponibili solo su connettori PCI. Le interfacce standard più note sono:

1. Interfaccia Centronics
2. Interfaccia SCSI 
3. Interfaccia RS-232
4. Interfaccia USB
5. Interfaccia IEEE1394

La prima è un’interfaccia parallela a 8 bit. Il suo nome è quello della ditta di stampanti che per prima diffuse questa interfaccia per poter, appunto, collegare una stampante al computer. Utilizzata su ogni computer per oltre un ventennio per connettere stampanti e dispositivi periferici come scanner, webcam, ecc., è attualmente in disuso a causa della limitata velocità di funzionamento.

L’interfaccia SCSI (Small Computer System Interface), anch’essa parallela ad 8 bit e ratificata nel 1986, ha subito nel tempo numerose evoluzioni ed è utilizzata per collegare dispositivi destinati ad essere particolarmente veloci: hard-disk, scanner, masterizzatori.

L’interfaccia RS-232 è di tipo seriale, ha subito nel tempo delle evoluzioni che ne hanno consentito di aumentare la velocità di trasferimento dati che, comunque, rimane abbastanza basso (256Kbit/s.) e ridotto il numero delle linee effettivamente utilizzate.

            L’interfaccia USB (Universal Serial Bus), apparsa nel 1995,  è destinata a soppiantare la RS-232 per alcune altre notevoli caratteristiche e per la sua elevata velocità che può raggiungere il valore di 12Mbit/s e di 420Mbps per la versione 2.0.

L’interfaccia IEEE1394, anch’essa seriale, consente un flusso massimo di dati pari a 400Mbps con la possibilità di collegare fino a 63 dispositivi in serie o a stella.

L’inserzione di nuovi dispositivi collegati a tale interfaccia può avvenire a caldo.

Sulla maggior parte delle moderne schede madri di PC sono già presenti le interfacce Centronics, RS-232 e USB. In tal modo restano disponibili i connettori ISA e PCI per altre interfacce standard e non.

Alcune schede madri, oltre a contenere le citate interfacce, contengono anche alcune altre interfacce, normalmente presenti su slot e, addirittura esterne. Tali schede madri sono denominate “all-in-one” e contengono: 

1 Centronics;

2 Seriali RS-232;

2 USB;

1 Modem interno;

1 interfaccia grafica;

1 interfaccia audio.

Tale soluzione risulta particolarmente economica ed interessante ma poco si adatta ad esigenze legate all’aggiornamento delle citate interfacce già integrate su scheda.

Confronti

            In tabella 6 si mostra il confronto tra le precedenti ed altre interfacce rispetto solo alla velocità di funzionamento e non tiene conto di altre caratteristiche.

 Tabella 6

 Circuiti impiegati nelle interfacce

Come si è detto all’inizio del capitolo, una interfaccia deve garantire una compatibilità elettrica e per questo sono necessari circuiti adattatori di impedenza e traslatori di livello. Per quanto riguarda, in particolare, il collegamento al bus di un microprocessore, l’interfaccia deve garantire la possibilità che un dispositivo collegato al bus sia posto in “tri-state” cioè in condizioni tali da non influenzare altri dispositivi che in quel momento stanno utilizzando il bus. Le interfacce dei dispositivi di uscita devono prevedere degli elementi di memoria, realizzabili con flip-flop, in grado di conservare il dato che il microprocessore ha depositato sul bus. In questo modo si fornisce la possibilità al dispositivo di uscita di poter leggere il dato in un momento successivo a quello in cui la CPU lo ha inserito sul bus dati.

            La maggior parte delle interfacce contengono all’interno dei circuiti integrati programmabili per aumentare la versatilità e diminuire la complessità circuitale.

Centronics • RS-232 • USB • IEEE1394