Классификация интерфейсов по способу передачи информации

Классификация интерфейсов

В вычислительной технике понятие интерфейс (interface) определяется как граница раздела двух систем, устройств или программ; а так же совокупность средств сопряжения и связи, обеспечивающая эффективное взаимодействие систем или их частей. Интерфейс систем предусматривает вопросы сопряжения на физическом (число проводов, элементы связи, типы соединений, разъемы, номера контактов и т. п.) и логическом (понятные сигналы, их длительности, полярности, частоты и амплитуда, протоколы взаимодействия) уровнях. Интерфейсы ЭВМ классифицируются по различным признакам, один из возможных способов классификации приведен на рисунке 4.1.

1. По способу передачи информации интерфейсы подразделяются на параллельные и последовательные.

В параллельном интерфейсе все биты передаваемого слова (обычно байта) выставляются и передаются по соответствующим параллельно идущим проводам одновременно. В ПК традиционно используется параллельный интерфейс Centronics, реализуемый LPT-портами.

В последовательном интерфейсе биты передаются друг за другом, обычно по одной линии. СОМ-порты ПК обеспечивают последовательный интерфейс в соответствии со стандартом RS-232C.

2. По виду или по месту расположения связываемых устройств интерфейсы подразделяются на внутримашинные и внешние.

Внутримашинный интерфейс — система связи и сопряжения узлов и блоков компьютера между собой. Представляет собой совокупность электрических линий связи (проводов), схем сопряжения с компонентами компьютера, протоколов (алгоритмов) передачи и преобразования сигналов.

Существует два варианта организации внутримашинного интерфейса:

– многосвязный интерфейс: каждый блок ПК связан с прочими блоками своими локальными проводами; многосвязный интерфейс иногда применяется в качестве периферийного интерфейса (для связи с внешними устройствами ПК), дополняющего системный, а в качестве системного — лишь в некоторых простых компьютерах;

– односвязный интерфейс: все блоки ПК связаны друг с другом через общую или системную шину).

В подавляющем большинстве современных ПК в качестве системного интерфейса используется системная шина. Шина (bus) — совокупность линий связи, по которым информация передается одновременно. Под основной, или системной, шиной обычно понимается шина между процессором и подсистемой памяти. В качестве системной шины в разных ПК использовались и могут использоваться:

– шины расширений — шины общего назначения, позволяющие подключать большое число самых разнообразных устройств;

– локальные шины, часто специализирующиеся на обслуживании небольшого количества устройств определенного класса, преимущественно видеосистем.

3. По режиму передачи данных интерфейсы подразделя­ются на синхронные и асинхронные.

При синхронной передаче, работа приемо – передающих устройств синхронизируется специальными синхроимпульсами предаваемыми ведущим устройством; время между последовательно предаваемыми блоками данных строго определено.

При асинхронной передаче работа устройств не синхронизируется. Время между последовательно предаваемыми блоками данных определяется ведущим устройством и может меняться в любых пределах.

4. Для интерфейса, соединяющего (физически или логически) два устройства, различают три возможных режима обмена — дуплексный, полудуплексный и симплексный.

Дуплексный режим позволяет по одному каналу связи одновременно передавать информацию в обоих направлениях. Он может быть асимметричным, если пропускная способность в направлениях «туда» и «обратно» имеет существенно различающиеся значения, или симметричным.

Полудуплексный режим позволяет передавать информацию «туда» и «обратно» поочередно, при этом интерфейс имеет средства переключения направления канала.

Симплексный (односторонний) режим предусматривает только одно направление передачи информации (во встречном направлении передаются только вспомогательные сигналы интерфейса).

5. С появлением шин USB и FireWire в качестве классификационной характеристики интерфейса стала фигурировать и топология соединения. Для интерфейсов характерны три вида топологии соединений:

двухточечная топология. Для интерфейсов RS-232C и Centronics практически всегда применялась двухточечная топология ПК — устройство (или ПК — ПК), которые подключаются к СОМ- или LPT-портам. Аналогично обстоит дело и с адаптерами локальных сетей (например, Paraport) и внешних дисковых накопителей (Iomega Zip), подключаемых к LPT-портам. Хотя стандарты для параллельного порта (IEEE 1284.3) и предусматривают соединение устройств в цепочку (Daisy Chain) или через мультиплексоры, широкого распространения такие способы подключения пока не получили.

К другому классу подключений относится построение моноканала на эффективной шинной технологии Ethernet, гдевсе устройства подключены к одному каналу связи.

Интерфейсные шины USB и Fire Wire реализуют древовидную топологию, в которой внешние устройства могут быть как оконечными, так и промежуточными (разветвителями). Эта топология позволяет подключать множество устройств к одному порту USB или FireWire.

Дата добавления: 2016-02-24 ; просмотров: 7036 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Источник

23. Классификация интерфейсов по принципу передачи информации.

По принципу передачи информации интерфейсы подразделяют на параллельные, последовательные и параллельно-последовательные. При параллельной передаче цифровых данных численное значение величины, содержащее m битов, транслируют по m информационным линиям. Это сообщение одновременно и полностью может быть введено в интерфейс, а также воспринято приемником. Интерфейсные устройства параллельного ввода-вывода информации позволяют согласовать во времени процесс обмена данными между ЭВМ и периферийным устройством. При последовательно-параллельной передаче данные состоят из символов, каждый из которых содержит l битов. Трансляцию данных производят посимвольно, а символы воспринимаются затем приемником последовательно. Чтобы передать слово из m битов, необходимо k таких последовательных посылок, где k = m/ l (l — число битов в каждом символе). В последовательном интерфейсе данные в цифровом виде передаются по одной информационной шине, а по другой — тактовые сигналы, что существенно снижает количество связей в периферийной части систем. Тактовые импульсы идут непрерывно; отсутствие в этот момент информационного импульса соответствует сигналу 0, а наличие импульса — сигналу 1. Данные могут прямо вводиться (или выводиться) в контроллер, для чего необходима разработка программных модулей приема и преобразования форматов данных с соответствующей синхронизацией.

24. Классификация интерфейсов по способу передачи информации во времени.

По способу обмена информацией во времени различают интерфейсы с синхронной передачей данных (с постоянной временной привязкой в цикле сбора информации) и с асинхронной (без постоянной временной привязки). При синхронной передаче данных синхронизирующие сигналы задают определенный временной интервал, в течение которого считывается информация с одного датчика первичной информации. Временной интервал в данном случае определяется наибольшей длительностью задержки в системе передачи данных и максимальным временем преобразования измеренного сигнала в цифровой код. Асинхронная передача данных характеризуется наличием управляющих сигналов: ГОТОВНОСТЬ К ОБМЕНУ, вырабатываемых датчиком исходной информации, и НАЧАЛО ОБМЕНА, КОНЕЦ ОБМЕНА, КОНТРОЛЬ ОБМЕНА, вырабатываемых контроллером при сборе информации. При такой организации обмена автоматически устанавливается соотношение между скоростью передачи данных и временем задержки сигналов в каналах связи. Сигнал КОНТРОЛЬ ОБМЕНА является результатом решения задачи обнаружения сбоя в процессе передачи и обеспечивает распознавание сигнала помехи в канале передачи. При синхронной передаче данных по сравнению с асинхронной более эффективно используется канал. При асинхронной передаче достигается лучшая помехоустойчивость. В интерфейсах ИИС применяют в основном асинхронный метод передачи, обеспечивающий возможность передачи данных с любой скоростью, а также простоту сопряжения приборов и блоков с разным быстродействием. Важно и то, что в синхронном интерфейсе могут работать только устройства-приемники, способные принимать данные в любое время, задаваемое источником.

Тут вы можете оставить комментарий к выбранному абзацу или сообщить об ошибке.

Источник

Интерфейсы ЭВМ и систем. Классификация, основные понятия

36. Интерфейсы ЭВМ и систем. Классификация, основные понятия.

Синхронные и асинхронные.

Внутренние и внешние.

Толковый словарь по вычислительным системам определя­ет понятие интерфейс (interface) как границу раздела двух систем, устройств или программ; элементы соединения и вспомогательные схемы управления, используемые для со­единения устройств.

По способу передачи информации интерфейсы подразделя­ются на параллельные и последовательные. В параллельном интерфейсе все биты передаваемого слова (обычно байта) выставляются и передаются по соответствующим параллель­но идущим проводам одновременно. В PC традиционно ис­пользуется параллельный интерфейс Centronics, реализуемый LPT-портами. В последовательном интерфейсе биты переда­ются друг за другом, обычно по одной линии. СОМ-порты PC обеспечивают последовательный интерфейс в соответ­ствии со стандартом RS-232C.

Различают три возможных режима обмена — дуплексный, полудуплексный и симплексный. Дуплексный режим позволяет по одному каналу связи одновременно пе­редавать информацию в обоих направлениях. Он может быть асимметричным, если пропускная способность в направле­ниях «туда» и «обратно» имеет существенно различающие­ся значения, или симметричным. Полудуплексный режим позволяет передавать информацию «туда» и «обратно» по­очередно, при этом интерфейс имеет средства переключения направления канала. Симплексный (односторонний) режим предусматривает только одно направление передачи инфор­мации (во встречном направлении передаются только вспо­могательные сигналы интерфейса).

Другим немаловажным параметром интерфейса является допустимое удаление соединяемых устройств. Оно ограничивается как частотными свойствами кабелей, так и помехозащищенностью интерфейсов.

Важным свойством интерфейса, на которое часто не обра­щают внимания, является гальваническая развязка (т. е. физический «разрыв» электрической линии, для передачи информации через подобные «разрывы» обычно используется оптопары).

Внутренние интерфейсы, предназ­наченные для быстрой связи на короткие расстояния. Стан­дартизованные шины расширения ввода/вывода обеспечива­ют расширяемость PC, который никогда не замыкался на выполнении сугубо вычислительных задач. Эти шины пре­доставляют более широкие возможности для взаимодействия процессора с аппаратурой, не скованные жесткими ограни­чениями внешних интерфейсов. Шины расширения ввода/ вывода реализуются в виде слотов на системной плате компьютера.

Краткий перечень современных внутренних интерфейсов: ISA-8 и ISA-16,

EISA, VLB, PCI, AGP, PC Card, он же PCMCIA,

За универсальность и производительность внутренних шин расширения приходится расплачиваться более замысловатой реализацией интерфейсных схем и сложностями при обес­печении совместимости с другим установленным в компью­тер оборудованием. Здесь ошибки могут приводить к поте­ре (хорошо, если временной) работоспособности компьютера.

При рассмотрении интерфейсов важным параметром явля­ется пропускная способность.

37. Принципы организации интерфейсов, структура связей, функциональная организация

Структуры шин и линий ин­терфейса. При проектиро­вании ЭВМ приходится решать задачу — орга­низацию передачи информации в группе взаимосвязанных уст­ройств. Характерным является случай централизованной связи, когда передача информации про­изводится только между уст­ройством У0 и одним из устройств У1. Уn Примером является передача информации между каналом и ПУ.

При организации связи группы устройств возникает необходи­мость в адресации и идентификации устройств У1. Уn. Адресация в данном случае состоит в выборе центральным устройством У0 одно­го из устройств У1. Уn для связи. Идентификация состоит в опреде­лении центральным устройством, какое из устройств У1. Уn запра­шивает связь.

Адресация и идентификация устройства осуществляются путем передачи соответствующей информации по линиям интерфейса.

Различные структуры линий и шин интерфейса можно клас­сифицировать следующим образом: индивидуальные, коллективные, комбинированные.

Наиболее надежной является структура с индивидуальными ли­ниями и шинами, поскольку выход из строя одной группы линий и шин не влияет на работу других устройств. При использовании ин­дивидуальных линий и шин упрощаются адресация и идентификация, но увеличивается количество оборудования. Индивидуальные линии и шины используются в основном для связи вычислительной машины с устройствами технологической автоматики.

Структура с коллективными шинами и линиями имеет меньшую надежность, но при необходимости организации связи с большим чис­лом устройств такое выполнение позволяет уменьшить объем обору­дования.

На рис. 11.14 представлена структура с индивидуальными линиями и шинами. Жирными линиями изображены шины, по которым пере­даются данные.

Центральное устройство УО с любым устройством У, связы­вается с помощью индивидуаль­ных линий Ai и шин Вi

Рис. 11.14. Структура с ин­дивидуальными линиями и шинами

Устройство У0 имеет переключатели S, для подключения шин В,. На рисунке переключатели изображены в виде электромеханических контактов, однако такие переключатели реализуются в виде элек­тронных устройств.

Для адресации Уi устройство У0 должно включить соответствую­щий переключатель Si.

Идентификация устройства Уi осуществляется следующим обра­зом: сначала Уi на линии Ai возбуждает сигнал требования на установ­ление связи, затем соответствующий узел Yo1 устройства Уo опреде­ляет, от какого устройства пришел сигнал требования. Как только устройство Уo будет готово к обмену информацией, замыкается пере­ключатель Si и начинается передача данных.

На рис. 11.15 представлена структура с коллективными линиями и шинами. По коллективной шине В происходит обмен информацией между У0 и Уi, по коллективной линии А из Уi в Уo передается сигнал требования на установление связи. Кроме того, имеется коллективная линия D, которая выходит из Уo, последовательно проходит через устройства Уi и возвращается в устройство Уo. При адресации Уi устройство Уo устанавливает на шинах В код номера устройства Уi и посылает сигнал «выборки» по линии D. Если код номера на шинах В не совпадает с номером устройства Уi то переключатель Tj, остается в исходном состоянии и сигнал по линии D распространяется на сле­дующее устройство Уi+1. При совпадении кода с номером устройства переключатель Тj, замыкается, дальнейшее распространение ‘сигнала по линии D прекращается, а выбранное устройство Уj, соединяется с Уo путем замыкания переключателя Si. Если сигнал, посылаемый по линии D, возвращается в Уo, то это означает, что адресованное устрой­ство Уi не найдено (обычно это свидетельствует о неисправности в ра­боте интерфейса).

К интерфейсам малых и микро-ЭВМ, в основном предназна­ченных для работы в системах реального времени, предъявляются по­вышенные требования в отношении простоты, гибкости и высокой динамичности. Для этих машин характерным архитектурным реше­нием является общий интерфейс «.общая шина» (ОШ), при котором один и тот же набор линий обеспечивает связь между процессором, ос­новной памятью и периферийными устройствами.

Интерфейс «мультишина», в этом случае обмен данными осуществляется асинхронно по схе­ме «задатчик-исполнитель». Интерфейс «мультишина» приме­няется, например, в микро-ЭВМ СМ-1800, в устройствах и системах, в которых используются микропроцессоры К580.

Интерфейс «мультишина», являясь модификацией интерфей­са «общая шина», по сравнению с последним обладает боль­шими логическими возможностями.

38. Решающие усилители. Приницпы построения, схемы цифро-аналоговых преобразователей код — напрядение.

Операционный усилитель — инвертирующий усилитель постоянного тока с большим коэффициентом усиления и высоким входным сопротивлением.

У усилителя должно быть большое входное сопротивление ( в идеале бесконечность). При больших R они сопоставимы с Rвх ОУ, что приводит к дополнительным погрешностям.

Интегратор можно использовать в качестве фильтра НЧ.

Как включать ОУ

Неприятная особенность — дрейф «0», который связан с температурным фактором.

1. Взвешенные резистивные сетки или делители

2. Цепочечные (лесничные) делители.

1. Недостаток в том, что в схеме очень много номиналов резисторов.

Для прямого включения необходим хороший источник (с малым внутренним сопротивлением)

39. Параметры цифро-аналоговых преобразователей.

h=(Umax-Umin)/(2n-1) — для двоичного кода.

Разрешающая способность преобразования — наименьшее значение ступени квантования, которое представляет наименьшее изменение выходной аналоговой величины.

У реальной характеристики ступень квантования в разных точках различная, поэтому используется среднее значение ступени квантования по всему множеству.

Точность ЦАП характеризуется рядом отклонений реальной характеристики от идеальной.

2. Дифференциальная нелинейность.

4. Смещение начальной точки характеристики преобразования.

5. Смещение конечной точки характеристики преобразования от номинала.

Нелинейность измеряется в долях единицы младшего разряда.

Dx — максимальное отклонение характеристики от заданной прямой.

Xk — значение в конечной точке характеристики преобразования.

— дифференциальная нелинейность.

h — действительное значение ступени квантования.

— среднее

Дифференциальная нелинейность в ЦАП указывается для худшего случая.

Монотонность — неизменность знака приращения выходной величины при последовательном изменении входного кода.

Крутизна (коэффициент) преобразования — это крутизна аппроксимирующей кривой.

Величина отклонения реальной величины от идеальной считается в конечной точке.

2. Управляющие сигналы могут поступать в аналоговую цепь (зависит от конструкции)

При разводке цепей аналоговые проводники и земля должны быть соединены в одной точке.

Аналоговую землю разводят пауком, и в ряде случаев в этой точке соединяют с цифровой (исходя из минимальности помех).

Время установления входного сигнала — это время между тем, как переключился вход, и временем, когда выходной сигнал будет отличаться от нужного не более чем на 0,5 EMP.

Время задержки — это время от 0,5 логического сигнала до 0,5 выходного. Другой вариант: tзад — от 0,1 Uвых до 0,9 Uвых.

Скорость нарастания выходного сигнала — отношение приращения выходной аналоговой величины ко времени, за которое это приращение произошло. Чаще всего измеряется при помощи значения tз.

Время переключения — от момента изменения кода до 0,9 Uвых.

40. Алгоритмы работы, схема аналого-цифровых преобразователей напряжение — >код.

1. Преобразование напряжения входов может происходить:

· с промежуточным преобразованием U®T®N

· без промежуточного преобразования U®N

2. Без обратной связи, с обратной связью.

Для повышения точности нужно использовать ОС.

АЦП 2 2. Схема медленная.

Схема АЦП последовательного счета.

Частота генератора на статическую погрешность не влияет. Динамическая погрешность — неоднородность времени срабатывания входа.

АЦП поразрядного преобразования (на основе алгоритма половинного деления)

В регистре сдвигается «1». Для работы требуется 4 такта. Повышается быстродействие схемы.

Схема прямого кодирования (непосредственного счета).

Такие компараторы формируют кода за 1 такт.

Число компараторов = 2n (для 4 = 16)

41. Параметры аналого-цифровых преобразователей.

1. Количество разрядов.

2. Характеристики преобразования.

Напряжение межкодового перехода — такое входное напряжение, статистическая вероятность которого в заданное и предшествующее заданному значению кода равны.

Разность двух соседних значений НМП — шаг квантования характеристики преобразования АЦП.

Отличия реальной характеристики от идеальной:

2. Отклонение конечной точки характеристики преобразования.

3. Нелинейность (отклонение действительной от идеальной).

4. Дифференциальная нелинейность — отклонение действительного значения шагов квантования от их среднего значения.

5. Зона неопределенности НМП.

1. Время преобразования.

2. Частота преобразования.

3. Апертурное время.

4. Апертурная неопределённость (дрожь).

5. Монотонность характеристики преобразования при максимальной допустимой скорости изменения входного сигнала.

6. Отношение сигнал/шум.

1. Время от момента начала изменения входного сигнала до формирования кода на выходе.

2.

3. Это время, характеризующее неопределенность между значением кода и временем, к которому этот код относится.

4. Это случайное изменение апертурного времени в конкретной точке характеристики апертурного преобразования.

Источник