История внешних интерфейсов

В наше время с физическим подключением тех или иных периферийных устройств к компьютеру нет почти никаких проблем. Больше не надо, как каких-то пять-десять лет назад, лезть под стол и, найдя соответствующий порт на задней стенке ПК, прикручивать к нему кабель: появление USB сделало подключение периферии простым и лёгким. Практически любое внешнее устройство - кроме, пожалуй, монитора, - можно подключить к заветному прямоугольному разъему, который обычно располагается на самом удобном для пользователя месте. Сейчас это кажется нам таким обыденным, что и не хочется верить в то, что было время, когда не было USB, что чуть ли не для каждого класса периферийных устройств существовал свой отдельный порт, что добавление принтера или модема в систему было отнюдь не тривиальным занятием... Мы предлагаем вам отправиться на полвека в прошлое, чтобы понять, через что прошли интерфейсы для подключения периферии перед тем, как достичь своего нынешнего состояния.

Проблемы стандартизации

В 50-х и 60-х годах прошлого века компьютеры использовались исключительно лабораториями, исследовательскими институтами и прочими околонаучными организациями. До середины 1960-х все эти компьютеры использовались только в качестве "числодробилок", то есть для проведения сложных расчётов. Эти "IT-бронтозавры" были настолько огромными, что занимали целый машинный зал, и поэтому покупка отдельного компьютера каждому сотруднику звучала как что-то из разряда фантастики, причём ненаучной. Вместо этого каждому работнику покупали терминал - устройство доступа к ресурсам вычислительной машины, то бишь компьютера. Терминалы, представляющие собой, по сути, набор "устройство ввода плюс устройство вывода", сами по себе были бесполезны, подобно тому, как бесполезен пульт от телевизора без самого телевизора. Вследствие этого терминалы были относительно дешевы, и поэтому если, к примеру, одному сотруднику нужен был принтер, а другому вполне достаточно было экрана и клавиатуры, то им просто давали разные терминалы: одному с принтером, другому - без него. Таким образом, проблемы подключения периферии как таковой не было.

Однако шло время, и компьютеры стали уменьшаться в размерах. Вот они занимают не зал, а комнату, вот они уже занимают полкомнаты, а вот они уже не больше шкафа. В таких условиях стало возможным объединить собственно вычислительную машину и терминал; появились первые зачатки того, что вскоре назовут "персональным компьютером". И именно тогда перед пользователями встала проблема удобного подключения дополнительных устройств. Поначалу всю периферию подключали напрямую к системной шине, вскрывая компьютер. Однако вскоре стало понятно, что не всякий рядовой пользователь решится проникнуть в дебри компьютера ради подключения принтера, и нужно было создать внешний интерфейс. Работы в данном направлении были начаты, и к началу 1970-х было создано два типа подключения периферии - последовательный и параллельный.

В чём различия между этими двумя типами? В последовательном интерфейсе за единицу времени передавался один бит, в то время как в параллельном - несколько. Параллельный интерфейс был быстрее и дешевле, но он не позволял использовать длинные кабели, поскольку происходило затухание сигнала. Последовательный же интерфейс хоть и обладал меньшей скоростью передачи данных, зато на его основе можно было строить целые сети.

Собственно, для создания сетей и был создан первый в мире последовательный интерфейс - RS-232. Данный стандарт был утверждён ещё в начале 1960-х и использовался в основном для соединения терминалов, а также применялся в телетайпах. По сути, к 1970-м данный интерфейс уже стал стандартом де-факто в компьютерной индустрии. Правда, из-за своевольности производителей в трактовке спецификаций всё же существовала определённая проблема несовместимости, которая оставалась вплоть до середины 1980-х.


А вот стандарт параллельного интерфейса Centronics Port, разработанный инженерами Wang Laboratories для принтера Centronics 101, стал первым интерфейсом, исключающим электрическую несовместимость интерфейсов от разных производителей. (Конечно, проблемы были, однако такого безобразия, как в случае с RS-232, не повторилось.) Так исторически сложилось, что Centronics Port, остававшийся в строю на протяжении 30 лет, использовался преимущественно для подключения принтеров; позднее его даже стали называть просто "порт принтера".


Разумеется, существовали и другие интерфейсы. Например, IEEE 488 призван был облегчить построение сетей: к одному порту можно было буквально "прицепить" несколько кабелей, тем самым позволить включить компьютер в локальную сеть или открыть общий доступ к принтеру. Впрочем, этот весьма перспективный интерфейс, равно как и множество других, появившихся на рубеже 70-х и 80-х, так и не дожили до наших дней.

В дело вмешалась IBM

А вот RS-232 и Centronics Port - дожили. Вернее, сейчас их уже почти не найти, но вот пять лет назад они были почти в каждом компьютере, а одно время они присутствовали даже в ноутбуках. Правда, назывались они несколько иначе – COM-порт и LPT-порт.

За то, что эти два порта так долго просуществовали, стоит благодарить компанию IBM. Выпустив в 1981 году свой компьютер IBM PC, она определила основы PC-архитектуры, используемой сейчас во всех настольных компьютерах, даже в Mac. Правда, этот компьютер так и не снискал особой популярности. С вышедшей в 1983 году моделью PC XT дела обстояли несколько лучше. Ну а в 1985 году свет увидела версия PC AT, и именно в ней были впервые встроены порты COM и LPT.

Порт COM представлял собой 8-контактную вариацию RS-232 (DE-9), в то время как раньше повсеместно использовалась 25-контактная версия. В PC XT осталась и она, правда, назначение у неё стало другое - выводить простенькую картинку на немногоцветный монитор. Что же касается порта LPT, то это был старый добрый Centronics Port, однако с несколько изменённым разъёмом (впрочем, электрическая совместимость оставалась).

Были у детища IBM и другие порты. Скажем, в наследство от предыдущей модели PC XT получила так называемый AT-порт, предназначающийся для подключения клавиатуры. Ну а если пользователь ПК покупал ещё и звуковую карту, то в дополнение к стандартным аудиоразъёмам, он получал ещё и GAME-порт, к которому можно было подключить MIDI-синтезатор или... джойстик (отсюда и название).

В 1987 году "голубой гигант" - так в своё время называли IBM, - выпустила свой самый перспективный (правда, с треском провалившийся на рынке) компьютер PS/2, а вместе с ним - и два одноимённых порта для подключения мыши и клавиатуры. Внешне одинаковые, они были абсолютно несовместимы друг с другом: в PS/2-порт мыши можно было подключить только мышь, в PS/2-порт клавиатуры - только клавиатуру. Лишь в начале нашего десятилетия стали выпускать материнские платы с одним сдвоенным PS/2-портом, к которому можно подключить и клавиатуру, и мышь (разумеется, не одновременно).

Итак, как мы видим, портов было много, а толку от них было мало. Непродуманность внешних интерфейсов порождала массу проблем, связанных с подключением периферии. Скажем, даже если у вас в компьютере четыре COM-порта, заставить работать одновременно больше двух устройств вы не сможете, причём номера COM-портов, к которым подключены эти устройства, должны быть разными по чётности (т.е. COM1 и COM2, или COM3 и COM4, но не COM1 и COM3). Ну а об одновременном подключении синтезатора - для улучшения звука на дешёвых звуковых картах того времени, - и джойстика можно даже не мечтать... Чтобы разом покончить со всеми этими мучениями, нужно было создать новый, универсальный, интерфейс, который бы позволял подключать любые устройства в любом количестве и независимо от их функционала. Слава богу, инженеры поняли это ещё в 80-х.

На пути к универсальности

В 1986 году свет увидела SCSI - универсальная шина для подключения как внутренних, так и внешних устройств. Поддержку SCSI имели многие жёсткие диски и дисководы CD-ROM, сканеры и принтеры, накопители на магнитной ленте и другие устройства, критичные к скорости передачи данных - SCSI являлся высокоскоростным интерфейсом. Конечно, были у него и недостатки: адаптер SCSI и устройства с его поддержкой стоили довольно дорого, а их установка в систему и дальнейшая настройка были весьма сложны. Кроме того, SCSI-устройства, несмотря на многочисленные доработки, так толком и не получили полноценную поддержку технологии Plug'n'Play, которая впервые появилась в Windows 95.

Перед тем, как продолжить, позвольте объяснить, в чём же заключается суть технологии Plug'n'Play. Когда мы вставляем флешку, внешний HDD или USB-колонки в компьютер, то мы видим на экране сообщение "Найдено новое оборудование", а затем, в большинстве случаев - "Оборудование готово к работе". Это - результат действия технологии Plug'n'Play. До того, как данная технология была внедрена в Windows, пользователю приходилось вручную устанавливать драйвера (причём это делалось отнюдь не запуском какого-нибудь SETUP.EXE), прописывать адреса и прерывания, перезагружаться - словом, мороки было достаточно. Plug'n'Play же хоть и была вначале довольно "глючной" технологией, но в итоге заметно облегчила жизнь пользователям. (Замечу, что подобная технология в то время была и в системе Mac OS.)

Итак, SCSI была хоть и перспективной, но всё же весьма сложной технологией. Нельзя сказать, что она не получила распространения, наоборот, её активно использовали системные администраторы и продвинутые пользователи. Но вот для многих обычных пользователей в те времена знакомство с SCSI закончилось на установке в ПК дешёвой SCSI-карточки, поставляемой вместе со сканером.

Шина USB с самого начала, а именно с 1996 года, позиционировалась как "интерфейс будущего". Главное её преимущество - простота подключения, причём как в физическом плане, так и в плане системном. Позвольте процитировать заявление компании DEC по поводу USB: "Насколько велика эйфория от преимуществ шины USB? Для начинающих использование USB... означает наличие идентичных разъёмов для подключения большинства внешних устройств - наконец-то больше не будет отдельных портов". Кроме того, компаниями, продвигающими USB (Intel, IBM, Microsoft и другие гранды ПК-индустрии) делался акцент на то, что пользователь может манипулировать USB-устройствами, - подключать, отключать, переподключать - без перезагрузки компьютера или повторной настройки. Сейчас нам кажется это вполне обыденной вещью, однако для пользователей ПК 90-х это было сродни откровению.

Правда, поначалу у USB дела шли довольно плохо. Дело в том, что Windows 95 встроенную поддержку USB не имела, а драйвера, выпущенные позже для более новых систем, были откровенно "сыроваты". "Сыроват" был и сам стандарт: скорость передачи данных у USB первой версии не превышала 1,5 Мбайт/с, хотя сами разработчики надеялись хотя бы на 12 Мбайт/с.

И тут мир могла бы завоевать Apple со своим стандартом FireWire (он же IEEE 1394, он же i-Link). Действительно: стандарт был представлен миру на год раньше USB, а пропускная способность его достигала 50 Мбайт/с, да и горячую замену FireWire превосходно поддерживал. Так почему же Apple не завоевала рынок? Дело в том, что стандарт IEEE 1394 является закрытым, и за каждое проданное устройство с поддержкой FireWire производители "железа" дают Apple отчисления: сначала они составляли четверть доллара за устройство, сейчас же - доллар за каждый порт. Именно жадность Apple помешала IEEE 1394 стать промышленным стандартом, и сейчас "сфера влияния" данного интерфейса сильно ограничена - в основном он используется в видеокамерах и профессиональных звукозаписывающих инструментах.

Ну а USB, к 2001 году обзаведшись второй, более скоростной редакцией, а также безоговорочной поддержкой Windows, с каждым днём набирал всё большую и большую популярность среди народа. PS/2, LPT и всякие COM уходили пить одеколон - универсальный USB вытеснял все узкоспециализированные порты, что в то время ещё продолжали занимать хозяйское положение на компьютерах миллионов пользователей. Прошло десять лет, и новые материнские платы больше не оснащаются портами, унаследованными от "старичка" PC AT.

Однако IEEE 1394 ещё рано списывать со счетов. Поняв, что USB им не потеснить, разработчики i-Link решили сконцентрировать все свои силы на адаптацию своего стандарта под нужды звуко- и видеозаписывающей аппаратуры. Итак, универсальный порт, по сути, превратился в специализированный! Что поделать, мир жёсткой конкуренции заставляет делать довольно неординарные шаги. К тому же, подобное "урезание возможностей" пошло FireWire на пользу: в течение десятка лет появилась не одна, нескольких новых спецификаций FireWire, поднявших скорость передачи данных сначала до 100, затем до 200, а потом и до всех 400 Мбайт/с.

Взгляд в будущее

Стандарт USB 3.0 постепенно перебирается из материнских плат топовых компьютеров в платы из сегмента middle-end. Без сомнения, на протяжении ближайших десяти лет люди будут активно пользоваться именно этим интерфейсом, и он станет таким же стандартом для компьютеров 2010-х, каким является USB 2.0 для компьютеров 2000-х.

Что касается FireWire, то его в этом десятилетии, кажется, ждут очередные изменения - новая спецификация интерфейса будет поддерживать передачу данных со скоростью до 800 Мбайт/с, что в два раза выше, чем у нынешней версии.

Итак, история внешних интерфейсов, судя по всему, будет развиваться по эволюционному пути, и чего-то кардинально нового нам так и не светит. Однако кто сказал, что это плохо?