авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 |   ...   | 2 | 3 || 5 | 6 |   ...   | 10 |

«МИНОБРНАУКИ РОССИИ УДК 002.56(075.8) ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ ...»

-- [ Страница 4 ] --

При выполнении операции ввода-вывода необходимо строго соблюдать последова тельность загрузки регистров управляющей информацией и данными, а также обрабатывать информацию о состоянии устройства. Очевидно, что последовательность загрузки регистров, характер управляющей информации и информации о состоянии ПУ, а также алгоритмы ее обработки зависят от специфики ПУ. Программирование операций ввода-вывода вызвало бы значительные трудности, поэтому операционные системы мини ЭВМ и большинства микро ЭВМ позволяют заменить непосредственное программирование обращением к специальным управляющим программам. Этим достигается независимость программирования задач поль зователя от специфики ПУ. Непосредственное управление ПУ осуществляется с помощью программы-драйвера и называется обслуживанием на физическом уровне. Каждое ПУ имеет собственное физическое имя, однозначно определяющее его адрес, и управляется собствен ным драйвером (рис. 2.12). Программа пользователя (ПП) обычно использует логические имена. Соответствие логических и физических имен устанавливается системной таблицей (СТ), которая создается при генерации системы или автоматически при регистрации задачи пользователя. Для настройки драйвера ПУ на конкретную операцию в процессе ассемблиро вания для каждого файла создается блок управления данными (БУД);

основой для его созда ния служат параметры операторов работы с файлами. При необходимости осуществить опе рацию ввода-вывода ПП обращается к монитору (ПМ), который анализирует возможность выполнения этой операции, т. е. проверяет наличие соответствующего БУД, и ставит запрос в очередь.

Рис. 2.12. Логическая организация СВВ мини- и микроЭВМ Помимо этого ПМ выполняет функции защиты файлов при мультипрограммном режи ме, защиты доступа к ПУ и ряд других. БУД, СТ и ПМ образуют логический уровень управ ления.

Непосредственная связь программ с ПУ осуществляется через драйверы, на которые возлагают следующие функции:

• определение параметров, т.е. определение адресов регистров и векторов прерываний ПУ в адресном пространстве, назначение отдельных битов в РКС и т.п.;

• инициирование ввода-вывода, при котором проверяется готовность контроллера и ПУ, формируется управляющая информация для ПУ, определяются действия при обнаруже нии ошибок;

после инициирования ввода-вывода драйвер возвращает управление ПМ;

• обработка прерываний, в процессе которой выявляются причины прерывания, опре деляется состояние ПУ;

• обработка ошибок, в результате которой определяется целесообразность повторения попытки выполнить операцию;

• завершение операции, при котором драйвер передает управление ПМ с указанием на успешное или неуспешное окончание операции.

2.2.7.3. Способы организации обмена в мини ЭВМ, микроЭВМ и ПЭВМ.

Существует три способа: программный несовмещенный ввод-вывод, программный ввод вывод с прерыванием программы, ввод-вывод через канал прямого доступа к памяти.

Рис. 2.13. Несовмещенный ввод-вывод Рис. 2.14. Ввод-вывод с прерыванием Программный несовмещенный ввод-вывод характеризуется тем, что обращение к ПУ осуществляется только в моменты времени, определяемые программой ЦП. Часто все дейст вия по управлению обменом реализуются командами ПП (рис. 2.13). Синхронизация ЦП и ПУ достигается организацией программного ожидания момента готовности ПУ. С этой це лью в РгКС один из разрядов указывает на готовность или занятость ПУ. Участок, обведен ный штриховой линией, содержится непосредственно в ПП либо выделяется в простейший драйвер, к которому обращается и от которого вновь получает управление ПП. Команда об ращения к РгКС позволяет получить и затем проанализировать состояние ПУ. Если ПУ не готово, то организуется ожидание путем повторения команды чтения РгКС. Если содержи мое РгКС свидетельствует о готовности ПУ, то производится чтение содержимого РгД и од новременно сбрасывается признак готовности в РгКС. Затем осуществляется возврат управ ления ПП. Установку признака готовности в РгКС производит ПУ синхронно по отношению к процессам, протекающим в ЦП. Этим достигается синхронизация ПУ и ЦП.

Операция вывода реализуется аналогично – вначале анализируется готовность ПУ при нять данные (по значению признака в РгКС), а затем по команде записи данные передаются в РгД;

одновременно с записью данных в РгД производится сброс признака готовности в РгКС. Признак готовности вновь устанавливается ПУ, как только оно будет готово принять очередной квант данных.

Такой обмен сильно загружает процессор, особенно если программа формирует и управляющие сигналы обмена. Так, например, работает драйвер параллельного порта в стан дартном режиме, когда строб данных формируется двумя инструкциями OUT. В результате предел пропускной способности такого порта, в зависимости от производительности процес сора, может быть порядка 150 Кбайт/с.

Если процессор разгрузить от анализа готовности и формирования строба, как, напри мер, в ЕРР-режиме параллельного порта IBM PC, то производительность порта можно повы сить на порядок. Однако такой режим обмена программно-управляемым называть уже не корректно – это уже режим программного ввода/вывода с аппаратным контролем потока, где темп обмена определяет подключенное устройство. Высокоскоростные режимы про граммного обмена PIO (Programmed input/output) с успехом применяются и в интерфейсе IDE (ATA). Эти режимы используют инструкции блочной пересылки REP-INS/OUTS (использу ются в процессорах начиная с i80286), при которых процессор способен пересылать байт или слово между портом и областью памяти, затрачивая минимальное количество тактов систем ной шины. Скорость такого обмена превышает скорость стандартного канала прямого досту па (DMA) Поскольку эту полную скорость периферийные устройства воспринять обычно не могут, контроллер интерфейса «притормаживает» обмен до разумных скоростей, определяе мых режимом обмена. В режимах 0, 1 и 2 синхронизация с устройством не предусматривает ся – считается, что оно должно успевать. Старшие режимы, кроме указанных ограничителей скорости сверху, используют и сигнал готовности от устройства. Режим PIO задается при инициализации контроллера интерфейса АТА.

Программный ввод-вывод с прерываниями программы является основным способом ор ганизации ввода-вывода в ПЭВМ, мини- и микроЭВМ для ПУ малого и среднего быстродей ствия. Для синхронизации процессов в ЦП и ПУ используется механизм прерываний, а управление передачами данных и управляющей информации для ПУ осуществляется про граммно. Данные передаются между регистрами ПУ и ЦП;

пересылку данных в ОП осуще ствляет ЦП по адресу, который он определил при выполнении программы драйвера. После выполнения каждой команды в ЦП (рис. 2.14) производится анализ запроса прерываний, а при его наличии проверяется – разрешено ли данное прерывание. При наличии разрешенного прерывания ЦП инициирует его обслуживание.

Маскирование прерываний позволяет защищать от прерываний так называемые крити ческие секции программы пользователя, т. е. такие участки программы, на выполнение кото рых не должно оказывать влияние изменение содержимого памяти, вызываемое процессом ввода.

Запрос прерывания может формироваться не только ПУ, но и по специальной команде ЦП. Все запросы прерываний обрабатываются последовательно в соответствии с приорите тами. При инициировании обработки прерываний вначале определяется источник запроса;

если источником запроса прерываний является ПУ, то управление передается соответст вующему драйверу.

Существует несколько способов определения, от какого ПУ поступил запрос на преры вание;

эти способы сводятся к различным вариантам аппаратного и программного опроса ПУ. В результате такого опроса программе обработки прерываний становится доступным адрес ПУ, по которому вычисляется начальный адрес программы-драйвера;

ей и передается управление. С этой целью в большинстве микроЭВМ и ПЭВМ для каждого ПУ в основной памяти предусматривается по две ячейки, хранящие векторы прерываний. Совокупность этих ячеек для всех ПУ образует область «векторов». Вектор прерывания однозначно опре деляется адресом ПУ. В его ячейках хранится адрес перехода к программе-драйверу для об служивания данного ПУ, а иногда информация о состоянии программы и возврата. При про граммном вводе-выводе каждое прерывание позволяет передать между ОП и ПУ один байт или одно слово данных. Параллельная работа ЦП и ПУ происходит только в интервале меж ду прерываниями. Обработка прерываний приводит к большим непроизводительным затра там времени ЦП, что не позволяет использовать такую организацию ввода-вывода для быст рых ПУ.

Ввод-вывод через канал прямого доступа в память используется для быстродействую щих ПУ при передаче данных между ОП и ПУ блоками;

это позволяет значительно сокра тить число прерываний. ПУ, в частности ВЗУ, подключается к объединенному интерфейсу через контроллер прямого доступа в память (КПДП). Основные функции КПДП заключают ся в выработке текущего адреса ОП в процессе обмена, а также в управлении передачами че рез интерфейс, проверке правильности передаваемых данных и определении момента завер шения передачи блока. Здесь же отметим только, что для работы КПДП должна быть выпол нена программа-драйвер, в результате которой загружаются регистры управления, регистр адреса (РгА) и счетчик данных (СчД) КПДП. Выполнение этой программы инициируется по прерыванию. После начальной загрузки регистров ПУ выполняет автономную подготовку данных;

по завершении подготовки формируется сигнал запроса прямого доступа, которому присвоен наивысший приоритет, в результате управление интерфейсом передается КПДП.

Обработка завершения операции осуществляется программным путем, для чего формируется соответствующий запрос прерывания и управление передается драйверу. Таким образом, КПДП управляет только непосредственной передачей данных через интерфейс между ПУ и ОП, все действия по инициированию и завершению операции ввода-вывода управляются программным путем.

В персональных компьютерах типа IBM PC скорость стандартного канала ПДП (DMA – Direct Memory Access) ограничена значением 2 или 4 мегабайта в секунду в зависимости от разрядности канала. Производительность в режиме прямого управления шиной обычно вы ше, чем у стандартных каналов DMA. Прогрессивные режимы DMA обеспечивают более вы сокие скорости обмена. Например, режим Ultra DMA/33 обеспечивает скорость обмена до Мбайт/с. Но этот режим доступен лишь при работе через контроллер IDE, расположенный на шине PCI.

2.2.7.4. Контроллеры ввода-вывода В реальных ЭВМ подключение ПУ к системному интерфейсу осуществляется не непо средственно, а с помощью специального контроллера, как показано на рис. 2.12. Такой кон троллер ввода-вывода осуществляет функции преобразования последовательности сигналов системного и малого интерфейсов и за счет стандартизации малых интерфейсов позволяет использовать одни и те же ПУ в различных моделях микроЭВМ. По функциональному на значению такой контроллер можно назвать адаптером. Адаптером называется устройство сопряжения между собой устройств с различным способом представления данных либо уст ройств, использующих различные виды унифицированных сопряжений (интерфейсов). Ко нечно, для подключения ПУ к конкретной машине необходим специальный контроллер.

Предположим, что ПУ обладает «выходом» на малый интерфейс ИРПР, тогда для подключе ния этого ПУ к микроЭВМ необходим контроллер МПИ-ИРПР, для подключения его к PC/AT – необходим контроллер ISA-ИРПР и т. д. Необходимые регистры ПУ физически рас полагаются в контроллерах. При подключении к одному контроллеру нескольких ПУ обслу живание производится поочередно, и на контроллер возлагаются дополнительные функции по мультиплексированию.

На рис. 2.15 приведена структурная схема контроллера, где регистр команды (РгК) слу жит для приема по шине данных интерфейса Ио управляющей информации для ПУ;

регистр состояния РгС – для получения информации о состоянии ПУ и передачи ее в ЦП через шину данных системного интерфейса;

селектор адреса (СА) – для выбора адресуемого регистра.

Адресуемым регистрам присваиваются последовательные адреса из области адресов ПУ адресного пространства, поэтому адрес любого регистра представляется в виде базового адреса контроллера (старшие разряды адреса) и смещения (младшие разряды). Физически базовый адрес в контроллере может устанавливаться с помощью перемычек. При передаче адреса по системному интерфейсу в каждом контроллере сравниваются старшие разряды пе редаваемого адреса с собственным базовым адресом. Совпадение адресов означает, что об ращение производится к данному контроллеру. Для приема и передачи данных через интер фейс Ио служат регистры ввода РгД(Вв) и вывода РгД(Выв). На контроллер возлагаются также функции по преобразованию параллельного представления информации в последова тельное и обратно, если малый интерфейс является последовательным, контролю передавае мой информации, управлению скоростью передачи при подключении ПУ через стык С2 и т.

д. Все эти преобразования осуществляются с помощью регистров РгД(Вв) и РгД(Выв) и до полнительных схем управления. В состав схем контроллера входят также усилители прием ники (ПРМ) и передатчики (ПРД).

Рис. 2.15. Контроллер (адаптер) системная шина – малый интерфейс При организации совмещенного ввода-вывода с прерываниями сигналы прерывания формируются контроллером на основании изменения содержимого определенных разрядов регистра состояния РгС.

Рис. 2.16. Контроллер, поддерживающий и реализующий режим ПДП В случае, если контроллер предназначен для организации обмена в режиме прямого доступа в память, его структура значительно усложняется (рис. 2.16). При этом в его состав входит несколько регистров управления, в частности регистры команд (РгК), состояния ПУ (РгС), счета слов или длины блока (СчД), текущего адреса ОП (РгА), управления поиском (в случае НМД). Кроме того, такой контроллер включает в себя один или два регистра данных – для ввода-вывода. Всем перечисленным регистрам присвоены адреса в адресном простран стве, поэтому каждому ПУ соответствует последовательность адресов, число которых равно числу адресуемых регистров в нем.

Такие контроллеры имеют до 10 адресуемых регистров. Блок управления контроллера выполняет функции управления загрузкой регистров в начале операции, контролирует со стояние ПУ и управляет завершением операции. Управление выработкой текущих адресов и управляющих сигналов возложено на блок управления ПДП. Помимо перечисленных функ ций, выполняемых любым контроллером, контроллер прямого доступа в память формирует сигналы управления системного интерфейса при передаче данных между ПУ и ОП.

В персональных ЭВМ тира IBM PC контроллер прямого доступа к памяти входит в со став подсистемы DMA и расположен на системной плате. Он обслуживает запросы на обмен в режиме ПДП, поступающие со стороны контроллеров внешних устройств по системной шине. Поэтому контроллеры (адаптеры) IBM PC, обслуживающие ПУ в режиме ПДП, незна чительно отличаются от контроллеров, обслуживающих только программный обмен. В них запрос на ПДП может формироваться так же, как и запрос на прерывание, то есть по измене нию содержимого определенных разрядов регистра состояния РгС.

В ПЭВМ, микроЭВМ и микропроцессорных системах адресуемые регистры данных, команд и состояния с необходимыми схемами управления называют портами. Соответст венно различают порты ввода (РгДВв), вывода (РгДВыв), управления (РгУ) и состояния (РгС). Часто эти регистры объединяли в одной микросхеме, на которую возлагали также функции параллельно-последовательного преобразования. Такие схемы получили название универсальных асинхронных (или синхронных) приемопередатчиков УАПП (УСПП) и пока заны на рис. 2.17 и 2.18 соответственно. В современных персональных компьютерах и мик роЭВМ такие схемы входят в состав сверхбольшой интегральной схемы совместно с други ми компонентами системы ввода-вывода.

Рис. 2.17. Структурная схема УАПП В УАПП принимаемые по шине данных интерфейса Ио через РгДВыв данные заносят ся в регистр сдвига РгСдв, в котором параллельный код преобразуется в последовательный.

Это преобразование осуществляется посредством сигналов от генератора ГСИ1, запускаемо го после загрузки РгСдв и останавливаемого по завершении преобразования. При асинхрон ной передаче код передаваемого в последовательную линию символа обрамляется стартовы ми и стоповыми разрядами, служащими для запуска и останова генератора синхроимпульсов приемника. Генератор ГСИ2 обеспечивает прием последовательного кода из линии. С помо щью РгСдв этот код преобразуется в параллельный и передается в РгДВв, при этом устраня ются разряды обрамления.

Координация действий в УАПП и машине по обмену символами осуществляется по средством прерываний с использованием РгК и РгС, как описано выше. Регистр РгК позво ляет программно задавать скорость передачи (110, 300, 600, 1200, 2400, 4800 или 9600 бит/с), число стоповых бит (1 или 2), способ контроля.

В УСПП синхронизация осуществляется посредством специальных символов SYN, ко торые включаются в передаваемую последовательность при выводе и детектируются для за пуска и подстройки генераторов синхронизации при вводе. Остальные действия в УСПП аналогичны УАПП. Для УСПП скорость передачи устанавливается до 48000 бит/с. Некото рые микропроцессорные комплекты включают комбинированные синхронно-асинхронные приемопередатчики (УСАПП).

Рис. 2.18. Структурная схема УСПП 2.2.8. Устройства гальванической развязки Гальваническая развязка (изоляция) цепей является радикальным решением большинст ва проблем, связанных с заземлением, и ее применение фактически стало стандартом в сис темах промышленной автоматизации.

Для осуществления гальванической развязки необходимо выполнить подачу энергии в изолированную часть цепи и обмен с ней сигналами. Подача энергии выполняется с помо щью развязывающего трансформатора (в DC-DC или AC-DC-преобразователях) или с помо щью автономных источником питания: гальванических батарей и аккумуляторов. Передача сигнала осуществляется через оптроны и трансформаторы, элементы с магнитной связью, конденсаторы или оптоволокно.

Основная идея гальванической развязки заключается в том, что в электрической цепи полностью устраняется путь, по которому возможна передача кондуктивной помехи.

Гальваническая изоляция позволяет решить следующие проблемы:

• исключает появление паразитных токов по шине земли, вызванных разностью по тенциалов отдаленных друг от друга земель, и тем самым снижает индуктивные наводки, вы званные этими токами;

• уменьшает практически до нуля напряжение синфазной помехи на входе дифферен циального приемника аналогового сигнала;

• защищает входные и выходные цепи модулей ввода и вывода от пробоя большим синфазным напряжением.

Для применения гальванической развязки система автоматизации делится на автоном ные изолированные подсистемы, которыми выполняется с помощью элементов гальваниче ской развязки. Каждая подсистема имеет свою локальную землю и локальный источник пи тания. Подсистемы заземляют только для обеспечения электробезопасности локальной за щиты от помех.

Основным недостатком цепей с гальванической развязкой повышенный уровень помех от DC-DC-преобразователя, который, однако, для низкокочастотных схем можно сделать достаточно аналоговой фильтрации. На высоких частотах емкость подсистемы на землю, а также проходная емкость элементов гальванической изоляции являются фактором, ограни чивающим достоинства систем. Емкость на землю можно уменьшить, применяя оптический кабель и уменьшая геометрические размеры изолированной системы.

При использовании гальванически развязанных цепей, понятие «напряжение изоляции»

часто трактуется неправильно. В частности, если напряжение изоляции модуля ввода состав ляет 3 кВ, это не означает, что его входы могут находиться под таким высоким напряжением в рабочих условиях. В зарубежной литературе для описания характеристик изоляции исполь зуют три стандарта: UL1577, VDE0884 и IEC61010-01, но в описаниях устройств гальваниче ской развязки не всегда даются на них ссылки. Поэтому понятие «напряжение изоляции»

трактуется в отечественных описаниях зарубежных приборов неоднозначно. Главное разли чие состоит в том, что в одних случаях речь идет о напряжении, которое может быть прило жено к изоляции неограниченно долго (рабочее напряжение изоляции), в других случаях речь идет об испытательном напряжении (напряжение изоляции), которое прикладывается к образцу в течение от 1 мин до нескольких микросекунд. Испытательное напряжение может в 10 раз превышать рабочее и предназначено для ускоренных испытаний в процессе производ ства, поскольку напряжение, при котором наступает пробой, зависит от длительности тесто вого импульса.

В табл. 2.1 показана связь между рабочим и испытательным (тестовым) напряжениями по стандарту IEC61010-01. Как видно из таблицы, такие понятия, как рабочее напряжение, постоянное, среднеквадратическое или пиковое значение тестового напряжения, могут отли чаться очень сильно.

Таблица 2. Зависимость между рабочим и испытательным напряжениями Испытательное напряжение Рабочее Пиковое Постоянное напряжение Воздушный Действующее напряжение, напряжение или пиковое значение зазор, мм значение, 50/ В импульса, напряжения 50/60 Гц, Гц, 1 мин 50 мкс макс. 1 мин 150 1,6 2550 1400 300 3,3 4250 2300 600 6,5 6800 3700 1000 11,5 10200 5550 Электрическая прочность изоляции отечественных средств автоматизации испытывает ся по ГОСТ 51350 или ГОСТ Р МЭК 6 синусоидальным напряжением с частотой 50 Гц в те чение 60 с при напряжении, указываемом в руководстве по эксплуатации как «напряжение изоляции». Например, при испытательном напряжении изоляции 2300 В рабочее напряжение составляет всего 300 В (табл. 2.1).

2.3. Устройства связи с объектом управления 2.3.1. Основные типы УСО, принципы организации Почти все технологические параметры, присутствующие в реальном технологическом объекте имеют аналоговый или дискретный вид. Существует много датчиков, которые могут преобразовывать измеряемые величины только в аналоговый вид (напряжение, сопротивле ние, давление), а также много исполнительных механизмов, имеющих только аналоговые входные сигналы. Для того, чтобы связать между собой параметры, представленные в анало говом и цифровом видах, в современной АСУТП используют устройства связи с объектом (УСО).

Модули УСО – это конструктивно законченные устройства, выполненные в виде моду лей, устанавливаемых, как правило, в специализированные платы с клеммными соедините лями или стандартный DIN-рельс.

На УСО возлагаются следующие функции:

1) Нормализация аналогового сигнала, т. е. приведение границ шкалы первичного не прерывного сигнала к одному из стандартных диапазонов входных сигналов АЦП.

2) Предварительная низкочастотная фильтрация аналогового сигнала – ограничение полосы частот первичного непрерывного сигнала с целью снижения влияния на результат измерения помех различного происхождения.

3) Обеспечение гальванической изоляции между источниками сигнала и каналами сис темы.

Помимо этих функций ряд УСО может выполнять более сложные функции за счет на личия в их составе АЦП, дискретного ввода-вывода, микропроцессора и интерфейсов пере дачи данных.

По характеру обрабатываемого сигнала УСО можно разделить на аналоговые, дис кретные и цифровые.

Аналоговые УСО (аналого-цифровые преобразователи АЦП, цифро-аналоговые преоб разователи ЦАП и др.) должны обладать большой точностью, линейностью и большим на пряжением изоляции.

Дискретные УСО обеспечивают опрос датчиков с релейным выходом, выключателей, контроля наличия напряжения в сети и т. д., а выходные дискретные УСО формируют сигна лы для управления пускателями, двигателями и прочими устройствами. Дискретные УСО удовлетворяют тем же требованиям, что и аналоговые, но, кроме того, обладают минималь ным временем переключения, а выходные могут обеспечивать коммутацию более высоких токов и напряжений.

Среди модулей УСО существуют также устройства, работающие только с цифровой информацией. К ним относятся коммуникационные модули, предназначенные для сетевого взаимодействия (например, повторители для увеличения протяженности линии связи, преоб разователи интерфейсов RS-232/RS-485).

По направлению прохождения данных модули УСО можно разделить на три типа:

1) устройства ввода, обеспечивающие передачу сигналов датчиков;

2) устройства вывода для формирования сигналов на исполнительные механизмы;

3) двунаправленные.

В реальных системах модули УСО могут не присутствовать в виде самостоятельных устройств, а входить в состав датчиков (в этом случае датчики называют интеллектуальны ми) или промышленных компьютеров. Примером могут служить датчики, выдающие гото вый цифровой сигнал. В этом случае граница между первичным преобразователем и УСО проходит где-то внутри датчика. С другой стороны, УСО могут быть выполнены в виде АЦП/ЦАП-плат, вставляемых в стандартные ISA или PCI слоты компьютера. В этом случае аналоговые сигналы могут быть введены прямо в компьютер, где и преобразуются в цифро вой вид.

Устройства связи с объектом управления обеспечивают гальваническую развязку и нормализацию сигналов между устройствами обработки информации и периферией (ИП, ис полнительные механизмы и т. д.).

УСО являются конструктивно-законченными, выполняющие вышеуказанные функции для одного или нескольких каналов. Как правило, встраиваются в специализированные пла ты, имеющие клеммные соединители для подвода внешних цепей. Такие платы называются монтажными панелями или оптопанелями (оптическая развязка). Конструктивная особен ность модулей и монтажных панелей позволяют быстро производить диагностику и замену вышедших из строя модулей.

Дискретные модули УСО. Обеспечивают опрос датчиков с релейным выходом, кон цевых выключателей, контроль наличия напряжения в цепи и т. п.

Выходные модули формируют сигналы для управления пускателями, двигателями и прочими исполнительными устройствами.

Структурная схема модуля дискретного ввода приведена на рс. 3.1 и включает в себя:

входным сопротивлением для данного модуля является переменное напряжение (VAC);

Rх – гасящий резистор, ограничивающий ток на заданном уровне, необходимом для питания све тодиода – оптопары VT;

VD1–VD4 – двухполупериодный выпрямитель. Транзисторная оп топара обеспечивает гальваническое разделение.

Рис.3.1. Структурная схема модуля дискретного ввода Схема обеспечения гистерезиса применяется для исключения дребезга, запитывается внешним напряжением питания +UП. В схеме модуля используется выход типа «открытый коллектор». Диод VD5 применяется для защиты от переполюсовки.

Еще одна структурная схема модуля дискретного вывода приведена на рис. 3.2;

здесь J – информационный сигнал. Назначение схемы: формирует сигналы для управления пускате лями, контакторами и другими однофазными маломощными нагрузками. Работа заключается в следующем: для включения внешней нагрузки управляющее устройство формирует выход ной логический сигнал, поступающий на вход модуля. Диод VD2 предназначен для защиты входной цепи от переполюсовки, сопротивление Rх ограничивает ток в цепи питания свето диода оптопары. Сигнал с VT1 поступает на схему включения VD1, которая формирует управляющий сигнал для семистора. Демпфирующая цепь сглаживает переходный процесс, возникающий при включении-выключении семисторов. Нагрузка включается в разрыв цепи, идущей к источнику переменного напряжения.

Рис. 3.2. Вариант структурной схемы модуля дискретного ввода Аналоговые модули УСО предназначены для обеспечения ввода сигналов в устройст ва обработки информации и вывода сигналов для пропорционального управления исполни тельных устройств. Должны обладать высокой точностью и линейностью, обеспечивать вы сокое напряжение изоляции. Желательно, чтобы модули могли работать с различными ис точниками сигналов (терморезистор, термопара и т. д.) Структурная схема модуля аналогового ввода представлена на рис. 3.3.

Рис. 3.3. Структурная схема модуля аналогового ввода Данная схема предназначена для ввода сигнала тока в УОИ (устройство обработки ин формации).

Работа заключается в следующем: внешний сигнал тока создает падение напряжения на нормирующем сопротивлении RН. Это напряжение фильтруется, усиливается и с помощью ПНЧ (преобразователь «напряжение-частота») сигнал напряжения преобразуется в сигнал частоты. Транзисторная оптопара осуществляет гальваническую развязку и формирует вы ходной сигнал. УОИ подсчитывает количество импульсов за фиксированное время. Далее этот сигнал частоты в УОИ преобразуется в сигнал другого вида (как правило, в цифровой код).

Схема запитывается напряжением +5 В от УОИ, внутри модуля DC/DC конвертор осу ществляет гальваническое разделение для питания цепей, гальванически связанных со вход ными цепями.

Другая разновидность схемы модуля аналогового вывода приведена на рис. 3.4.

Рис. 3.4. Вариант структурной схемы модуля аналогового ввода Модуль предназначен для вывода аналогового сигнала, для пропорционального управ ления исполнительными устройствами. Данный модуль преобразует сигнал частоты или по следовательный цифровой код на входе в сигнал напряжения на выходе Работа состоит в следующем: на вход модуля поступает сигнал частоты, пропорцио нальный требуемому управляющему воздействию. Сигнал усиливается транзистором VT1, гальванически изолируется с помощью транзисторной оптопары VT2. Преобразуется из по следовательного кода в параллельный цифровой код в буфере. Буфер подсчитывает количе ство импульсов за определенное время. Буфер – регистр сдвига, который накапливает циф ровой код. Пропорционально цифровому коду ЦАП формирует сигнал напряжения, который потом преобразуется в выходной сигнал тока, который нормализуется усилителем.

Питание модуля осуществляется от УОИ. Встроенный DC/DC конвертор осуществляет гальваническую развязку по питающей мощности.

2.3.2. УСО на примере устройств серии ADAM Устройство серии ADAM4000 представляет собой широкую номенклатуру интеллекту альных модулей, содержащих встроенные микроконтроллеры (интегральные).

Модули дистанционно управляются с помощью простого набора команд в ASCII формате (формат американского стандартного кода), передаваемого по коммуникационному протоколу RS485.

Устройства серии ADAM 4000 имеют разнообразные назначения и в целом обеспечи вают выполнение согласования сигналов, гальванического разделения, преобразования диа пазонов, АЦП и ЦАП, сравнение данных и цифровая передача данных.

Программное конфигурирование. Модули не предусматривают никаких перемычек или регуляторов для подстройки. Настройка диапазонов, выбор типа термопары, сопротивления и т. д. осуществляется выдачей соответствующей команды «ведущим» (компьютером). Все параметры конфигурации таким образом могут быть установлены дистанционно.

Благодаря наличию ЭСППЗУ (EEPROM) (электрически стираемое программируемое постоянное запоминающее устройство) параметры конфигурации сохраняются при отключе нии питания.

Для того чтобы установить (назначить) адрес устройства, к «ведущему» подключают только это устройство, и ведущее устройство программирует адрес (в данном случае, только одному найденному ведомому).

После того, как всем ведомым назначены «уникальные» адреса их можно включать в одну сеть, конфигурировать и запускать в работу.

Модуль аналогового ввода на примере ADAM4012 (рис. 3.5) предназначен для преоб разования сигналов термопар и термосопротивлений, а также сигналов тока и напряжения в цифровой формат. Дополнительно модуль позволяет осуществлять подсчет низкочастотных импульсов и дискретно управлять внешними устройствами.

В соответствии с заданными параметрами конфигурации, при выполнении АЦП модуль выполняет перевод полученной цифровой информации в единицы физической величины, в дополнительный шестнадцатеричный код, либо в проценты шкалы рабочего диапазона.

При запросе со стороны «ведущего» модуль отправляет данные по RS485.

Рис. 3.5. Модуль аналогового ввода ADAM Рассмотрим работу модуля по его структурно-функциональной схеме. Выходной ана логовый сигнал поступает на +IN, -IN, масштабируется усилителем, управляемым коэффи циентом усиления, фильтруется с помощью фильтра нижних частот (ФНЧ), преобразуется в цифровой код и через оптическую развязку поступает в микроконтроллер.

Микроконтроллер преобразует данные в требуемый формат и сохраняет в регистре.

При поступлении запроса от «ведущего» на значение с аналогового входа, значение из регистра отправляется вместе с ответной посылкой через RS485. Модуль содержит два дис кретных входа и один дискретный выход.

С помощью выходов можно управлять внешними устройствами такими, как твердо тельное реле, пускатели и другое оборудование.

Дискретный вход может быть использован для подсчета внешних низкочастотных (НЧ) импульсов.

Питание от ±10…30 В, преобразователь напряжения формирует 5В для питания цифро вой схемы, а с использованием развязывающего трансформатора, выпрямителя и фильтра формируется питание для аналоговой части схемы.

Модуль дискретного ввода-вывода ADAM4050 (рис. 3.6) содержит 7 каналов дис кретного ввода и 8 каналов дискретного вывода. Данный модуль не имеет гальванической развязки, поэтому предназначен для использования совместно с дискретными модулями УСО, твердотельными реле и другими усилительными устройствами, имеющие гальваниче ское разделение. Логические TTL-сигналы и датчики типа «сухой контакт» могут быть под ключены без гальванического разделения.

Рис. 3.6. Модуль дискретного ввода-вывода ADAM Конвертор преобразует напряжение +10…30 В в +5В (DC/DC-конвертор).

Модули коммуникационной связи. Применяются для преобразования сигналов ин терфейса RS232 в RS485. Эти модули могут содержать или не содержать устройства гальва нического разделения. Они могут быть прозрачными с точки зрения протокола RS232. Это значит, что такие модули не контролируются и не обмениваются своими параметрами через интерфейс RS485, а только лишь преобразуют уровни сигнала и распознают направление пе редачи. Также могут быть непрозрачным, то есть иметь адрес и параметры конфигурации.

Для примера рассмотрим формат кадра RS232 (рис. 3.7).

Рис. 3.7. Формат кадра RS Для того, чтобы повысить помехозащищенность данные передают, как правило, в виде символов американского стандартного кода. Если принято число, которое составляет символ, не предназначенный для использования в данном поле пакета информации, то пакет считает ся сбойным.

2.3.3. Использование УСО в АСУ ТП Современные АСУ ТП представляют собой гибкие распределенные системы, состоя щие из компонентов различных производителей и обладающие возможностью расширения, как в количественном, так и качественном отношении (масштабируемостью).

Для обзора тенденций развития и применения современных АСУ ТП, целесообразно воспользоваться моделью некой абстрактной АСУ ТП. АСУ ТП представлена взаимодейст вующими между собой компонентами, расположенными на разных по функциональному на значению уровнях.

Уровень I – объект управления (ОУ). Здесь под ОУ понимается не только отдельная технологическая установка (например - насос), а все объекты и установки, участвующие в технологическом процессе (или взаимосвязанных процессах).

Уровень II – датчики и исполнительные устройства. Этот уровень содержит компонен ты либо предоставляющие информацию о состоянии технологического процесса (датчики), либо компоненты, воздействующие на объект управления (исполнительные устройства ИУ).

Уровень III – устройства связи с объектами (УСО). Уровень включает компоненты, обеспечивающие сопряжение вычислительных устройств (управляющих контроллеров) с датчиками и ИУ.

Уровень IV – управляющие контроллеры. Уровень включает вычислительные устрой ства, обеспечивающие непосредственное управление ОУ или его составляющими.

Уровень V – диспетчеризация. Уровень содержит компоненты, обеспечивающие ви зуализацию и архивирование параметров технологического процесса, воздействие персонала на технологический процесс.

2.3.3.1. Общие сведения Устройства связи с объектами являются неотъемлемой частью любой АСУ ТП, незави симо от способа реализации УСО:

– в виде отдельного модуля;

– на плате управляющего контроллера;

– составной части датчика;

– составной части исполнительного устройства.

Как правило, на УСО возлагаются следующие функции:

• нормализация аналогового сигнала – приведение границ сигнала первичного источ ника к одному из стандартных диапазонов аналого-цифрового преобразования (фильтрация аналогового сигнала);

• подавление дребезга источника дискретного сигнала типа «сухой контакт»;

• гальваническая изоляция между источником аналогового или цифрового сигнала и измерительного канала управляющего контроллера;

• гальваническая изоляция выходного канала управляющего контроллера, как цифро вого, так и аналогового от исполнительного устройства;

• коммутация мощной нагрузки.

УСО могут, как конструктивно объединяться с датчиками, измерительными устройст вами и контроллерами, так и быть выносными модулями.

Примером интегрального исполнения датчика являются термометры сопротивления НПП «Элемер» (www.elemer.ru) TCM/ТСП 1088 и ТХА 2088 со встроенным в головку изме рительным преобразователем с унифицированным выходным сигналом ПТ055/205.

2.3.3.2. Варианты реализации Возможно применение УСО в двух вариантах – централизованном или децентрализо ванном.

Централизованное УСО. При централизованном варианте модули связи с объектом располагаются в одном месте – в корзине. Такое решение удобно, когда источники сигналов сосредоточены недалеко друг от друга. При централизованной конфигурации УСО чаще все го используются универсальные модули ввода/вывода, на каждый из которых может быть установлено от 2 до 4 плат расширения для организации различных типов каналов вво да/вывода. В случае необходимости используются другие специализированные модули связи с объектом.

Децентрализованное УСО. В том случае, когда источники сигналов рассредоточены по достаточно большой территории, применяется децентрализованное УСО. Децентрализо ванное УСО представляет собой модули связи с объектом, расположенные в непосредствен ной близости от источников сигналов. Центральный процессор связан с модулями по сети.

Для создания децентрализованного УСО может быть использован один из двух вариантов:

1. Децентрализованное УСО на базе семейства изделий PC/CANcompact.

2. Децентрализованное УСО c использованием кольцевой оптоволоконной сети.

Применение интеллектуальных модулей УСО, подключаемых к вычислительной сис теме через локальную промышленную сеть ведет к значительному росту стоимости оборудо вания в пересчете на один обрабатываемый сигнал.

2.3.3.3. Характеристики аналоговых и дискретных вводов/выводов Аналоговый ввод/вывод. Аналоговый ввод. Разрядность АЦП – 12 бит. Может быть организовано:

1. 8 биполярных сигналов. Диапазон входного сигнала от -10 до +10 В и/или от 0 до мА.

2. 16 однополярных сигналов с диапазоном входного сигнала от 0 до10 В.

Входной диапазон для каждого канала устанавливается при помощи внутреннего пере ключателя. Для каждого канала имеется встроенный RC-фильтр с частотой среза 40 кГц.

Аналоговый вывод. Разрядность ЦАП – 12 бит. 8 каналов вывода. Диапазон выходного сигнала от -10 до +10 В и максимальным током нагрузки 5 мА или токовый выход от 0 до мА. Тип выходного сигнала устанавливается перемычкой для каждого канала.

Для обмена данными используется интерфейс CANbus со скоростями 125, 250, 500, 1000 кбит/сек.

Изоляция. Интерфейсные цепи CANbus имеют оптоизоляцию 1000 В постоянного тока.

Питание. От 10 до 35 В постоянного тока. Потребляемая мощность – 2 Вт.

Температурный диапазон работы. От 0° до +50° С. Вариант с расширенным темпера турным диапазоном – от -40° до +70° град С.

Защита. Защита от электромагнитных помех соответствует стандартам TN 5008 1-2 и EN 5008 2-2 (CЕ).

Дискретный ввод/вывод. 24 канала ввода/вывода, конфигурируемые в 3 группы по каналов. Каждая группа может находиться в одном из следующих режимов:

1. Ввод.

2. Вывод с нагрузочной способностью сигнала 0,35 А.

3. Вывод с нагрузочной способностью сигнала 2 А.

4. Ввод и вывод с нагрузочной способностью сигнала 0,35 А.

5. Ввод и вывод с нагрузочной способностью сигнала 2 А.

Ввод. Уровень входного сигнала – 24/28 В постоянного тока. Уровень логического нуля – 4 В. Предусмотрена защита от инверсного включения и повышенного уровня входного сигнала до 40 В.

Вывод 0,35 А. Для организации каналов вывода каждой 8-мибитной группы применя ется внешний источник питания напряжением 7-35 В и нагрузочной способностью 1,5 А.

Имеется встроенная диодная защита для подключения индуктивной нагрузки.

Вывод 2 А. Для организации каналов вывода каждой 8-мибитной группы применяется внешний источник питания напряжением 5-34 В. Обеспечивается защита от К.З. на каждый канал. При потреблении каналом тока менее 100 мА включается светодиодный индикатор.

При включении или сбросе модуля все каналы вывода устанавливаются в отключенное со стояние. Имеется программный контроль состояния каналов вывода.

Изоляция. Интерфейсные цепи CANbus имеют оптоизоляцию 1000 В постоянного тока.

Питание. От 10 до 35 В постоянного тока. Потребляемая мощность - 0,75 Вт.

Температурный диапазон работы. От 0° до +55°С. Вариант с расширенным темпера турным диапазоном – от -40° до +70°С.

Зашита. Защита от электромагнитных помех соответствует стандартам TN 5008 1-2 и EN 5008 2-2 (CЕ).

2.4. Интерфейсы систем управления 2.4.1. Основные определения. Общие сведения Интерфейс – в широком смысле стык, граница раздела двух взаимодействующих систем, устройств или программ. Также интерфейс можно определить как соглашение о взаимодействии объектов: перечень средств взаимодействия, их параметры, в случае аппаратных интерфейсов – параметры сигналов, способы доступа к средства взаимодействия, правила взаимодействия и т.д.

Выделяют интерфейсы:

1. Аппаратный (устройство-устройство) – совокупность алгоритмов обмена и технических средств, обеспечивающих обмен между устройствами. Примеры: I2C, MicroLAN, Ethernet;

2. Программный – соглашение о связях в программной среде между программными модулями. Примеры: Win32, POSIX, API любого программного модуля (интерфейс прикладного программирования – набор функций, предоставляемый для использования в прикладных программах);

3. Пользовательский (ВС – пользователь) – сценарии, по которым строится общение оператора с вычислительной системой, и стиль их реализации. Примеры: «дружественный интерфейс человек-компьютер», стиль организации работы в программном комплексе Microsoft Office.

Аппаратный интерфейс – совокупность алгоритмов обмена и технических средств, обеспечивающих обмен между устройствами.

Все множество аппаратных интерфейсов можно поделить по их назначению (типу сопрягаемых объектов) на 4 иерархических уровня:

1. Внутрисистемный – это группа интерфейсов, которая обеспечивает взаимодействие компонент ядра ВС. Интерфейсы этого уровня должны, очевидно, удовлетворять критерию максимальной производительности. Интерфейс между процессором и памятью.

2. Системный – группа интерфейсов, сопрягающих как элементы ядра ВС, так и элементы подсистемы ввода-вывода. Служат для развития системы (ISA, PCI, AGP).

3. Уровень стандартных интерфейсов ввода-вывода – группа интерфейсов, объединяющая контроллеры ввода-вывода с процессорами ввода-вывода. Характеристики этих интерфейсов сильно отличаются от характеристик первых двух групп. Здесь на первом месте стоит удобство и эффективность управления большим числом ПУ. Рассматривается протокол обмена между ведущим и ведомым (интерфейс SCSI).

4. Уровень малых периферийных интерфейсов, которые сопрягают контроллеры (процессоры) ввода-вывода непосредственно с внешними устройствами (последовательный интерфейс RS-232, IRDA, I2C, SPI).

Под стандартным интерфейсом понимается совокупность унифицированных аппарат ных, программных и конструктивных средств, необходимых для реализации различных функций.

Информационная совместимость – согласованность взаимодействия функциональных элементов системы в соответствии с совокупностью логических условий.

Под электрической совместимостью понимается согласованность статических и ди намических параметров электрических сигналов в системе соединительных линий интерфей са с учетом ограничений на пространственное размещение частей интерфейса и техническую реализацию приемопередающих блоков интерфейса.

Конструктивная совместимость – согласованность конструктивных элементов ин терфейса, предназначенных для обеспечения механического контакта электрических соеди нений и механической замены схемных элементов, блоков и устройств.

В зависимости от требований унификации выделяют:

физическую реализацию интерфейса, т.е. состав и характеристики линий передачи, конструкцию средств их подключения (например, разъем), вид характеристики сигналов;

логическую реализацию интерфейса, т.е. протоколы взаимодействия, или алгоритмы формирования сигналов обмена.

Интерфейсы принято характеризовать следующими параметрами:

видом связи (дуплекс, полудуплекс и симплексный вид связи);

пропускной способностью, т.е. количеством информации, передаваемой через ин терфейс в единицу времени;

максимальным допустимым расстоянием между устройствами;

задержками при организации передачи, которые вызваны необходимостью выполне ния подготовительных и завершающих действий по установлению связи между устройства ми.

2.4.2. Классификация интерфейсов Классификационными признаками интерфейсов являются следующие признаки.

Способ соединения компонентов системы:

• магистральный;

• радиальный;

• цепочечный;

• смешанный.

Способ передачи информации:

• параллельный;

• последовательный;

• параллельно-последовательный.

Принцип обмена:

• синхронный;

• асинхронный.

Режим передачи информации:

• односторонняя передача;

• двусторонняя поочередная передача;

• двусторонняя одновременная передача.

Приведем также классификацию интерфейсов по признакам функционального назначе ния, согласно которым можно выделить следующие группы интерфейсов:

• системные интерфейсы (предназначены для организации связи между основными компонентами компьютеров и контроллеров);

• интерфейсы периферийного оборудования (выполняют функции сопряжения с периферийным оборудованием, бывают магистральные и радиальные);

• интерфейсы локальных и глобальных вычислительных систем.

На рис. 4.1 показана классификация интерфейсов.

Рис. 4.1. Классификация интерфейсов 2.4.3. Организация интерфейсов Организация интерфейсов определяется способами передачи информации (параллель ной или последовательной, асинхронной или синхронной), соединения устройств и исполь зования линий.

Последовательная и параллельная передача информации. Цифровые сообщения могут передаваться в последовательной и параллельно-последовательной форме.

В последовательном интерфейсе передача данных осуществляется всего по одной ли нии, хотя общее число линий может быть и больше. В этом случае по дополнительным ли ниям передаются сигналы синхронизации и управления. Интерфейсы последовательного ти па характеризуются относительно небольшими скоростями передачи и низкой стоимостью сети связи. Они могут применяться для подключения низкоскоростных ПУ, расположенных на значительных расстояниях от центрального ядра ЭВМ.

В параллельном интерфейсе передача сообщения выполняется последовательными блоками, содержащими m бит.

Каждый блок передается одновременно по m линиям;

величина m называется шириной интерфейса и обычно соответствует или кратна байту.

Наиболее распространены параллельные интерфейсы, в которых m=8 или m=16.

Разброс параметров среды интерфейса, т.е. его линий и приемо-передающей аппарату ры, вызывает неодинаковые искажения фронтов и задержки сигналов, передаваемых по раз ным линиям Л1-Лm (рис. 4.2). Это означает, что одновременно выданные передатчиком ПРД сигналы на Л1-Лm воспринимаются приемником ПРМ не одновременно. Такое явление на зывается перекосом информации.

Рис. 4.2. Схема параллельного интерфейса Приемник может воспринять любую кодовую комбинацию, отличную от комбинации, передаваемой устройством ПРД. Для исключения возможности приема неправильной кодо вой комбинации в параллельных интерфейсах вводят дополнительную линию стробирова ния. Сигнал строба STR, передаваемый по ней, соответствующий завершению установления на входах ПРМ состояния. При этом необходимо передать сигнал STR с задержкой относи тельно момента выдачи информационных сигналов на линии Л1-Лm.

2.4.4. Принципы реализации интерфейса В совокупности соединительных линий интерфейса можно условно выделить две груп пы:

информационный канал;

• магистраль управления информационным каналом.

• Основные функции интерфейса:

арбитраж информационного канала;

• синхронизация обмена информацией;


• обмен и преобразование формы представления информации;

• буферное хранение информации (буферирование может быть, а может и не • быть).

2.4.4.1. Арбитраж информационного канала Арбитраж (селекция) информационного канала обеспечивает выполнения процессов взаимодействия сопрягаемых элементов системы посредством приоритетного разрешения внутриорганизационных конфликтов.

Виды арбитража:

централизованный;

• децентрализованный.

• Синхронизация обмена информацией может быть двух видов:

синхронный обмен;

• асинхронный обмен.

• Синхронный обмен используется для обмена данными между устройствами, имеющими равные скоростные характеристики («источник» не волнует, получил ли «приемник” инфор мацию после того, как «источник» ее передал.) При асинхронном обмене приемное устройство запрашивает данные по одной линии (Запрос данных – ЗпД) и извещается о наличии данных со стороны передающего устройства по другой линии (Строб). Таким образом, реализация асинхронного обмена основана на принципе обратной связи, которая может быть однопроводной и двухпроводной.

Для реализации синхронного режима передачи при последовательном интерфейсе пе редатчик ПРД в начале сообщения передаст заранее обусловленную последовательность бит, называемую символом синхронизации SYN. Переход линии интерфейса из состояния «0» в состояние «1» используется приемником дл запуска внутреннего генератора, частота кото рого совпадает с частотой генератора в передатчике. Приемник ПРМ распознает передавае мый символ SYN, после чего принимает очередной символ сообщения, начиная с его перво го бита. Этот процесс показан на рис. 4.3.

Постоянство интервалов передачи (и приема) символов обеспечивается синхронно ра ботающими независимыми генераторами в передатчике и приемнике, которые обладают вы сокой стабильностью частоты. При нарушении синхронизации передатчик должен вставить в последовательность передаваемых байт сообщения дополнительные символы SYN. Если при последовательной передачи используется дополнительные линии интерфейса, то синхронная передача передатчика и приемника поддерживается сигналами синхронизации, передавае мыми по линиям управления от передатчика к приемнику.

Рис. 4.3. Синхронный режим передачи Аналогично с помощью сигнала синхронизации реализуется синхронная передача в параллельном интерфейсе. В качестве сигнала синхронизации используется стробирующий сигнал. Очередной блок информации передается только после того, как предыдущий блок принят, зафиксирован и распознан в приемнике, т. е. по прошествии определенного времен ного интервала. Если передача сообщений через интерфейс производится между передатчи ком ПРД и одним из нескольких приемников ПРМ, то интервал синхронизации устанавлива ется в расчете на наиболее медленный приемник.

Передачу называют асинхронной, если синхронизация передатчика и приемника осу ществляется при передачи каждого блока информации. Интервал между передачей квантов непостоянен. При последовательном интерфейсе каждый передаваемый байт «обрамляется»

стартовыми и стоповыми сигналами, как показано на рис. 4.4.

S - Стартовые биты Strop.bit - Строповые биты Рис. 4.4. Асинхронный режим передачи Стартовый сигнал изменяет состояние линии интерфейса и служит для запуска генера тора приемнике, стоповой сигнал переводит линию в исходное состояние и останавливает работу генератора. Таким образом, синхронизация передатчика и приемника поддерживается только в интервале одного байта.

2.4.4.2. Организация линий интерфейса Соединение между собой нескольких устройств выполняется посредством индивиду альных линий для каждой пары устройств (двух точечная система) или общий для всех уст ройств среды интерфейса на основе разделения времени. Во втором случае для предотвра щения конфликтных ситуаций, возникающих при попытках нескольких устройств одновре менно использовать общую среду, выделяют схему управления интерфейсом (арбитр).

В общем случае могут быть реализованы следующие виды обмена:

передача от одного устройства только одному другому;

от одного устройства всем другим (трансляционный обмен);

от одного устройства нескольким произвольно назначаемым устройствам (группо вой обмен).

Организация интерфейса должна предоставлять возможность устройству:

- занимать общую среду интерфейса на время передачи сообщения (процесс предос тавления среды интерфейса одному устройству называется арбитражем и выполняется схе мами арбитра);

- обращаться к другому устройству по его адресу (этот процесс называют адресаци ей);

- идентифицировать устройство, инициирующее обмен (этот процесс неразрывно связан с процедурой арбитража и его основной является последовательный опрос устройств).

2.4.4.3. Радиальный интерфейс Центральное устройство Уц соединено с подчиненными устройствами У1,..., Уn по средством индивидуальных линий, принадлежащих каждому из них (рис. 4.5). Управление интерфейсом находится в устройстве Уц. При необходимости передать или получить блок информации от Уi по инициативе центрального устройства, на регистр РгА заноситься в ад рес устройства Уi и в соответствии с ним переключатель соединяет линии Лц с линиями Лi.

При этом, устройства Лц и Уi соединяются между собой, а все остальные устройства отклю чаются и в обмене участия не принимают.

Рис. 4.5. Схема радиального интерфейса Если инициатива обмена исходит от периферийного устройства Уi, то оно передает сигнал по своей линии запроса, который поступает в i-й разряд регистра запроса РгЗ. Как только Уц освобождается от предыдущего обмена, его устройство управления (УУ) интер фейсом последовательно опрашивает разряды регистра РгЗ и посредством переключателя К соединяет линии Лц с соответствующими линями Лi устройства Уi. Порядок опроса разрядов РгЗ определяет приоритет обслуживания устройств Уi.

2.4.4.4. Магистральный интерфейс Центральное устройство Уц соединено с подчиненными устройствами У1,..., Уn по средством единой магистрали, используемой на основе разделения времени (рис. 4.6).

Рис. 4.6. Схема магистрального интерфейса Сигнал на любой линии магистрали физически доступен каждому устройству, поэтому для организации обмена между устройством Уц и одним из подчиненных устройств необхо димо логически отключить все остальные. Всем устройствам Уi, подключенным к магистра ли, присвоены адреса (номера), которые фиксируются в виде своего адреса на специальных регистрах, размещенных на всех Уi. Адреса устройств одной магистрали не повторяются, запись адреса в регистр устройства производится вручную при подключении его к магистра ли.

Если обмен производится по инициативе Уц, то оно производит цикл адресации, за ключающийся в передаче адреса запрашиваемого устройства по магистрали. Адрес поступа ет во все устройства Уi, где производится сравнение переданного адреса с собственным ад ресом. Совпадение собственного и запрашиваемого адреса произойдет в одном устройстве.

При этом устройство Уi устанавливает сигнал готовности к приему информации от Уц или запрашиваемую информацию для Уц на линии магистрали.

Если обмен в интерфейсе производится по инициативе подчиненного устройства Уi, то вначале исключается возможность использования магистрали любым другим устройством. С этой целью в магистрали предусматривают специальную линию запросов (линия ТРБ), на которую любое устройство Уi независимо от других может выставлять сигнал запроса (или требования ТРБ). Сигнал запроса означает для Уц, что на магистрали имеется одно или не сколько устройств Уi, запрашиваемых обмен. Обнаружив сигнал запроса (эту функцию вы полняет схема анализа ТРБ), устройство Уц должно дать разрешение на занятие магистрали только одному из запрашивающих устройств Уi для выполнения передачи данных. Для этого проводится опрос устройств Уi, т.е. устройство Уц последовательно осуществляет адресацию всех Уi до тех пор, пока не получит подтверждения запроса. Подтверждение запроса может быть передано любым способом, например по информационной шине, так как в процессе опроса при последовательном переборе адресов каждое из устройств Уi получает разреше ние на занятие магистрали. Так, при совпадении собственного и запрашиваемого адресов устройство Уi может выставить на информационную шину свой адрес, подтвердив совпаде ние, или какой либо код, означающий несовпадение;

кроме того, может быть выделена спе циальная линия для передачи сигналов подтверждения. Устройство Уц, получив подтвер ждение от Уi, прекращает дальнейшее формирование адресов, т.е. приостанавливает опрос, а устройство Уi, которое в процессе опроса опознало свой адрес и подтвердило совпадение ад ресов, логически подключается к магистрали для передачи данных.

При магистральном способе подключения управление интерфейсом распределено ме жду центральным устройством Уц, которое содержит схему анализа запросов и средства формирования последовательностей адресов, и подчиненными У1,... Уn устройствами, кото рые содержат регистр собственного адреса, схему совпадения адресов и схему запроса обме на.

2.4.4.5. Цепочный интерфейс При цепочном интерфейсе подчиненные устройства Уц,..., Уn подключается к цен тральному последовательно, образуя цепочку (рис. 4.7). В такой цепочке всем устройствам У1,...,Уn присваиваются неповторяющиеся адреса.

Рис. 4.7. Схема цепочного интерфейса Если обмен инициируется устройством Уц, адрес запрашиваемого устройства (Уi) пе редается на линии Л1 и попадает в устройство У1. Запрашиваемый адрес в устройстве У сравнивается с собственным адресом У1. Если адреса не совпали, то коммутатор К соединяет линии Л1 с линиями Л2. Таким образом адрес запрашиваемого устройства попадает в У2 и процедура повторяется. Если значения адресов совпали, то коммутатор К остается в разомк нутом состоянии, а устройство, опознавшее свой адрес, логически подключается к Уц. При цепочной схеме подключения устройств процедура адресации выполняется последовательно.

Пусть обмен инициируется одним из устройств У1,...,Уn, например, У2. При этом уст ройство отключает посредством коммутатора К все устройства более низкого приоритета (У3,...,Уn), т.е.размыкает линии Л3. Затем устройство У2 передает свой адрес по линии Л2.


Этот адрес либо передается устройством У1 на линии Л1, если У1 не ведет обмена, для чего коммутатор К в У1 подключает линии Л2 к линиям Л1, либо блокируется, если устройство У1т ведет обмен с Уц. Процедура опроса не требует последовательного перебора адресов У1,...,Уn, что значительно ее ускоряет.

2.4.4.6. Комбинированные интерфейсы В комбинированных интерфейсах используется магистральный принцип параллельной передачи информации, а для ускорения идентификации устройств используются управляю щие линии, соединяющие устройства по радиальному (магистрально-радиальный интерфейс) или цепочному (магистрально-цепочный интерфейс) принципу.

Рис. 4.8. Схема магистрально-цепочного интерфейса Магистрально-цепочная структура является наиболее распространенной в аппаратных интерфейсах СВВ. Все виды информации передаются по общей магистрали, адресация вы полнятся так же, как и в магистральном интерфейсе, но для ускорения идентификации пре дусматривается линия управления, соединяющая устройства У1,...,Уn по цепочному принци пу. Магистрально-цепочная структура позволяет строить интерфейсы, в которых возможен обмен между фиксированными и произвольно выбираемым устройством либо между двумя произвольными устройствами.

Устройство, запрашивающее обмен, называют ведущим (или задатчиком ЗДТ), а второе устройство, участвующее в обмене, – ведомым (или исполнителем ИСП). Разрешение кон фликтов выполняет арбитр (АРБ). Схема арбитра может быть сосредоточенной и распреде ленной. В первом случае цепочная линия интерфейса служит для передачи сигнала разреше ния (выборки ВБР) от арбитра всем устройствам, которые могут инициировать обмен. Для согласования работы арбитра и устройств предусматривается линии запроса (ТРБ) и указа ния занятости магистрали (ЗАН).

Если инициируется обмен со стороны устройств У1,...,Уn, то каждое из них может вы ставлять сигнал запроса на линию ТРБ. Получив этот сигнал, устройство Уц с целью селек ции запрашивающего устройства начинает процедуру опроса, т.е. выдает сигнал на линию ТРБ. Сигнал ТРБ поступает на устройства У1. В случае, если обмен инициирован устройст вом У1, т.е. сигнал ТРБ сформирован в У1, линии магистрали посредством коммутатора К подключается к У1, устройство формирует сигнал ЗАН, а сигнал ТРБ на следующее устрой ство У2 не передает. Если сигнал ТРБ был сформирован каким-либо другим устройством, то устройство У1 передает сигнал ТРБ по цепочной линии на устройство У2, где производится такой же анализ. Таким образом, последовательный анализ наличия запроса на обмен в каж дом из устройств У1,...,Уn позволяет выделить одно из них, обладающее наибольшим при оритетом среди всех устройств, инициирующих обмен. Для своей идентификации устройст во Уi в начале сообщения передает свой адрес.

2.4.5. Системные (внутримашинные) интерфейсы. Интерфейсы 2.4.5.1. Характеристика внутримашинного системного интерфейса Внутримашинный системный интерфейс – система связи и сопряжения узлов и блоков ЭВМ между собой представляет собой совокупность электрических линий связи (проводов), схем сопряжения с компонентами компьютера, протоколов (алгоритмов) передачи и преоб разования сигналов.

Существуют два варианта организации внутримашинного интерфейса:

– многосвязный интерфейс: каждый блок ПК связан с прочими блоками своими ло кальными проводами;

многосвязный интерфейс применяется, как правило, только в про стейших бытовых ПК.

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

В подавляющем большинстве современных ПК в качестве системного интерфейса ис пользуется системная шина.

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, специализирующиеся на обслуживании небольшого количества устройств определенного класса.

Сравнительные технические характеристики некоторых шин приведены в табл. 4.1.

Таблица 4. Основные характеристики шин Параметр ISA EISA MCA VLB PCI Разрядность шины, бит Данных 16 32 32;

64 32;

64 32;

Адреса 24 32 32 32 Рабочая частота, МГц 8 8-33 10-20 до 33 до Пропускная способность, Мбайт/с теоретическая 4 33 76 132 132;

практическая 2 8 20 80 50;

Число подключаемых устройств, шт. 6 15 15 4 Шины расширений.

1. Шина Multibus1 имеет две модификации: PC/XT bus (Persona) Computer eXtended Technology - ПК с расширенной технологией) и PC/AT bus (PC Advanced Technology - ПК с усовершенствованной технологией).

2. Шина PC/XT bus – 8-разрядная шина данных и 20-разрядная шина адреса, рассчи танная на тактовую частоту 4,77 МГц, имеет 4 линии для аппаратных прерываний и 4 канала для прямого доступа в память (каналы DMA - Direct Memory Access). Шина адреса ограни чивала адресное пространство микропроцессора величиной 1 Мбайт. Используется с МП 8086,8088.

3. Шина PC/AT bus – 16-разрядная шина данных и 24-разрядная шина адреса, рабочая тактовая частота до 8 МГц, но может использоваться и МП с тактовой частотой 16 МГц, так как контроллер шины может делить частоту пополам;

имеет 7 линий для аппаратных преры ваний и 4 канала DMA.

4. Шине ISA (Industry Standard Architecture – архитектура промышленного стандарта) – 16-разрядная шина данных и 24-разрядная шина адреса, рабочая тактовая частота 8 МГц, но может использоваться и МП с тактовой частотой 50 МГц (коэффициент деления увеличен).

Теоретическая пропускная способность шины данных равна 16 Мбайт/с, реально около 4- Мбайт/с, ввиду ряда особенностей ее использования.

5. Шина EISA (Extended ISA) – 32-разрядная шина данных и 32-разрядная шина адре са. Пропускная способность 33 Мбайт/с (теоретически может подключаться до 15 устройств, практически – до 10).

6. Шина МСА (Micro Channel Architecture) – 32-разрядная шина для машин PS/2. Про пускная способность 76 Мбайт/с, рабочая частота 10-20 МГц.

2.4.5.2 Локальные шины VLB и PCI Два основных стандарта универсальных локальных шин: VLB и PCI:

1. Шина VLB (VESA Local Bus – локальная шина VESA) – называют шиной VESA.

Разрядность шины – 32 бита (возможен 64-разрядный вариант). Реальная скорость передачи данных по VLB – 80 Мбайт/с (теоретически достижимая – 132 Мбайт/с).

Недостатки шины:

– рассчитана на работу с МП 80386, 80486, не адаптирована для процессоров Pentium, Pentium Pro, Power PC;

– жесткая зависимость от тактовой частоты МП (каждая шина VLB рассчитана только на конкретную частоту);

– малое количество подключаемых устройств – к шине VLB (только четыре устройст ва);

– отсутствует арбитраж шины – могут быть конфликты между подключаемыми уст ройствами.

2. Шина PCI (Peripheral Component Interconnect – соединение внешних устройств). Ши на PCI является более универсальной, чем VLB, имеет свой адаптер, позволяющий ей на страиваться на работу с любым МП, она позволяет подключать 10 устройств самой разной конфигурации с возможностью автоконфигурирования, имеет свой «арбитраж», средства управления передачей данных.

Разрядность PCI – 32 бита с возможностью расширения до 64 бит, при частоте шины МГц теоретическая пропускная способность 132 Мбайт/с, а в 64-битовом варианте – Мбайт/с (реальная вдвое ниже).

Варианты конфигурации систем с шинами VLB и PCI показаны на рис. 4.9 и рис. 4. соответственно. Использование в ПК шин VLB и PCI возможно только при наличии соответ ствующей VLB- или PCI-материнской платы.

Для подключения шины PCI к другим шинам применяются аппаратные средства – мос ты шины PCI (PCI Bridge).

Основные возможности шины следующие:

1. Синхронный 32-х или 64-х разрядный обмен данными. При этом для уменьшения числа контактов используется мультиплексирование, то есть адрес и данные передаются по одним и тем же линиям.

2. Поддержка 5V и 3.3V логики. Разъемы для 5 и 3.3V плат различаются расположени ем ключей (существуют универсальные платы, поддерживающие оба напряжения, но часто та 66MHz поддерживается только 3.3V логикой).

3. Частота работы шины 33MHz или 66MHz (в версии 2.1) позволяет обеспечить широ кий диапазон пропускных способностей (с использованием пакетного режима):

– 132 МВ/сек при 32-bit/33MHz;

– 264 MB/сек при 32-bit/66MHz;

– 264 MB/сек при 64-bit/33MHz;

– 528 МВ/сек при 64-bit/66MHz.

4. Для работы шины на частоте 66MHz необходимо, чтобы все периферийные устрой ства работали на этой частоте.

5. Полная поддержка multiply bus master (например, несколько контроллеров жестких дисков могут одновременно работать на шине).

6. Поддержка write-back и write-through кэша.

7. Автоматическое конфигурирование карт расширения при включении питания.

8. Спецификация шины позволяет комбинировать до восьми функций на одной карте (например, видео + звук и т.д.).

9. Шина позволяет устанавливать до 5 слотов расширения, однако возможно использо вание моста PCI-PCI для увеличения количества карт расширения.

10. PCI-устройства оборудованы таймером, который используется для определения максимального промежутка времени, в течении которого устройство может занимать шину.

11. Шина поддерживает метод передачи данных, называемый метод линейных пакетов.

Этот метод предполагает, что пакет информации считывается (или записывается) в непре рывное пространство памяти, то есть адрес автоматически увеличивается для следующего байта. Естественным образом при этом увеличивается скорость передачи собственно данных за счет уменьшения числа передаваемых адресов.

Рис. 4.9. Конфигурация системы с шиной VLB Спецификация шины PCI определяет три типа ресурсов: два обычных (диапазон памяти и диапазон ввода/вывода) и «конфигурационное пространство».

Интерфейс PCI Express (3GIO).

Аббревиатура 3GIO расшифровывается как «3-е поколение шины ввода-вывода» (Third Generation Input/Output Interconnection).

Масштабируемость производительности достигается через повышение частоты и до бавление линий к шине. PCI Express призвана обеспечить высокую пропускную способность с низким количеством служебной информации и низкими задержками. Поддерживаются не сколько виртуальных каналов на один физический.

Система адресации полностью совместима со спецификацией PCI, что позволяет под ключать устройства PCI к новой шине.

Рис. 4.10. Конфигурация системы с шиной PCI Спецификация интерфейса PCI Express предусматривает несколько уровней взаимо действия и протоколов:

– физический;

– данных (Data Link);

– транзакций (транспортный);

– приложений и драйверов;

– конфигурационный.

Физической основой PCI Express являются последовательные низковольтные диффе ренциальные линии связи, по одной паре для передачи и приема данных.

Теоретически полоса пропускания самого узкого канала достигает 2,5 Гбит/с в каждом направлении.

Система адресации и команд включает три стандартных поля, совместимых с интер фейсом РСI (область памяти, адрес ввода-вывода, инициализации и конфигурирования), а также дополнительное поле сообщений (Message).

2.4.5.3. Интерфейсная шина AGP Выделенная для потока видеоданных интерфейсную шину – AGP (Accelerated Graphics Port – ускоренный графический порт) (рис. 4.11).

Рис. 4.11. Структурная схема графического ускрителя с AGP Преимуществом новой шины стала ее высокая пропускная способность. Если шина ISA позволяла передавать до 5,5 Мбайт/с, VLB – до 130 Мбайт/с (однако при этом чрезмерно за гружала центральный процессор), а PCI до 133 Мбайт/с, то шина AGP теоретически имеет пиковую пропускную способность до 2132 Мбайт/с (в режиме передачи 32-разрядных слов).

Интерфейс AGP обеспечивает прямое соединение между графической подсистемой и оперативной памятью. Шина AGP соединяет графическую подсистему с контроллером сис темной памяти, разделяя доступ с центральным процессором компьютера. Через AGP воз можно подключение графических плат.

Основными особенности AGP, влияющими на производительность:

шина способна передавать два (AGP2x), четыре (AGP4x) или восемь (AGP8x) блоков данных за один цикл;

устранена мультиплексированность линий адреса и данных (в PCI для удешевления материнских плат адрес и данные передаются по одним и тем же линиям);

конвейеризация операций чтения-записи позволяет устранить влияние задержек в модулях памяти на скорость выполнения этих операций.

Шина AGP работает в двух основных режимах: DIME (Direct Memory Execute) и DMA (Direct Memory Access). В режиме DMA основной памятью считается память на карте. Тек стуры могут храниться в системной памяти, но перед использованием копируются в локаль ную память видеокарты. Обмен ведется большими последовательными пакетами данных.

В режиме Execute локальная и системная память для видеокарты логически равноправ ны. Текстуры не копируются в локальную память, а выбираются непосредственно из систем ной памяти.

Шина AGP поддерживает все стандартные операции шины PCI, поэтому поток данных по ней можно представить как смесь чередующихся AGP и РСI-операций чтения/записи.

Новая спецификация – AGP Pro. Основное отличие этого интерфейса заключается в возможности управления энергопитанием. С этой целью в разъем AGP Pro добавлены новые линии.

Интерфейс AGP Pro предназначен для графических станций. Двукратное увеличение пропускной способности достигнуто за счет повышения тактовой частоты шины до 66 МГц и применения нового уровня сигналов 0,8 В (в AGP 2.0 использовался уровень 1,5 В). Тем са мым при сохранении основных параметров интерфейса повышена пропускная способность шины до 2132 Мбайт/с.

Повышенная пропускная способность порта AGP обеспечивается следующими тремя факторами:

– конвейеризацией операций обращения к памяти;

– сдвоенными передачами данных;

– демультиплексированием шин адреса и данных.

2.4.5.4. Интерфейс SCSI Системный интерфейс малых компьютеров SCSI (Small Computer System Interface) был стандартизован ANSI в 1986 году. Интерфейс предназначен для соединения устройств раз личных классов – памяти прямого и последовательного доступа, CD-ROM, оптических дис ков однократной и многократной записи, устройств автоматической смены носителей ин формации, принтеров, сканеров, коммуникационных устройств и процессоров. Устройством SCSI - SCSI Device – называется как хост-адаптер, связывающий шину SCSI с какой-либо внутренней шиной компьютера. К одному контроллеру может подключаться несколько пе риферийных устройств, по отношению к которым контроллер может быть как внутренним, так и внешним.

По физической реализации интерфейс является 8-битной параллельной шиной с такто вой частотой 5 МГц. Шина допускает подключение до 8 устройств, скорость передачи дан ных в первоначальной версии достигала 5 Мбайт/с.

Спецификация - SCSI-2, расширяющая возможности шины как в количественных, так и в качественных показателях. Тактовая частота шины Fast SCSI-2 достигает 10 МГц, а Ultra SCSI-2 – 20 МГц. Разрядность данных может быть увеличена до 16 бит – эта версия называ ется Wide SCSI-2 (широкий), а 8-битную версию назвали Narrow (узкий). 16-битная шина по зволяет увеличивать число устройств до 16. Стандарт SCSI-2 определяет и 32-битную вер сию интерфейса. Комбинации тактовой частоты и разрядности обеспечивают широкий диа пазон пропускной способности, достигающей 40 Мбайт/с для реальной версии Ultra Wide SCSI-2.

Спецификация - SCSI-3 – дальнейшее развитие стандарта, направленное на увеличение количества подключаемых устройств. SCSI-3 существует в виде широкого спектра докумен тов, определяющих отдельные стороны интерфейса.

Для параллельных шин скорость передачи данных определяется частотой передач, из меряемой в миллионах передач за секунду – MT/sec (Mega Transfer/sec) и разрядностью.

Скорость передачи данных для различных вариантов параллельной шины приведена в табл. 4.2.

Таблица 4. Скорость передачи данных по параллельной шине SCSI Разрядность Разновидность Шины, бит Обычный Fast Fast-20 (Ultra) Fast-40 (Ultra2) 8 (narrow) 5 Мбайт/с 10 Мбайт/с 20 Мбайт/с 40 Мбайт/с 16 (wide) 10 Мбайт/с 20 Мбайт/с 40 Мбайт/с 80 Мбайт/с 32 (wide)* 20 Мбайт/с 40 Мбайт/с 80 Мбайт/с 160 Мбайт/с *реализации не встечаются Последовательный интерфейс FCAL (Fibre Channel Arbitrated Loop – арбитражное кольцо волоконного канала) по реализации ближе к интерфейсам локальных сетей. Этот ин терфейс, известный также и как Fibre Channel SCSI, может иметь как электрическую (коак сиальный кабель), так и оптоволоконную реализацию. В обоих случаях частота 800 МГц обеспечивает скорость передачи данных 100 Мбайт/с. Медный кабель допускает длину ши ны до 30 м, оптический – до 10 км. Здесь имеется возможность подключения к шине до устройств (а не 8 или 16, как для параллельного интерфейса). Двухпортовые устройства мо гут достигать пиковой скорости обмена до 200 Мбайт/с.

Физический интерфейс. Физически 8-битный интерфейс SCSI представляет собой шину, состоящую из 25 сигнальных цепей. Для обеспечения помехозащищенности каждая сигнальная цепь имеет свой отдельный обратный провод.

Каждое устройство SCSI, подключенное к шине, должно иметь свой адрес, назначае мый при конфигурировании. Для 8-битной шины диапазон значений адреса 0-7, для 16 битной – 0-15. Адрес задается предварительной установкой переключателей или джамперов, для хост-адаптера возможно и программное конфигурирование.

2.4.5.5. Интерфейс HyperTransport Высокоскоростная шина ввода-вывода HyperTransport (HT) предназначена для исполь зования в компьютерных системах, прежде всего в качестве внутренней локальной шины. В сравнении с шиной PCI интерфейс HyperTransport позволяет снизить число проводников на системной плате, устранить задержки, связанные с монополизацией шины устройствами с низкой производительностью, уменьшить энергопотребление и повысить пропускную спо собность.

Шина HyperTransport организована на различных уровнях:

на физическом уровне шина представлена линиями данных, управления, тактовыми, а также контроллерами и стандартными электрическими сигналами;

на уровне передачи данных определяется порядок инициализации и конфигурирова ния устройств, установления и прекращения сеанса связи, циклического контроля адекватно сти данных, выделения пакетов для передачи данных;

на уровне протокола определены команды выделения виртуальных каналов связи, правила управления потоком данных;

на уровне транзакций команды протокола конкретизированы в управляющие сигна лы, например чтения или записи;

на уровне сессии определены правила управления энергопотреблением и прочие ко манды общего характера.

Физические устройства в рамках интерфейса HyperTransport подразделяются на не сколько типов:

cave («пещера») – оконечное устройство на двунаправленном канале связи;

tunnel («туннель») – устройство на двунаправленном канале связи, установленное «на проходе» (но не мост);

bridge («мост») – устройство на двунаправленных каналах связи, один из которых считается главным и связывает устройство с контроллером шины (Host), а другие соединяют с прочими устройствами.

В минимальной конфигурации (ширина канала 2 бит, на каждый бит требуется две фи зические линии) потребуется 24 контакта (8 для данных + 4 для тактовых сигналов + 4 для линий управления + 2 сигнальных + 4 заземления + 1 питания + 1 сброса), в максимальной конфигурации (ширина канала 32 бит) речь идет уже о 197 выводах. Для сравнения укажем, что спецификация PCI 2.1 предусматривает 84 вывода, a PCI-X – 150 выводов.



Pages:     | 1 |   ...   | 2 | 3 || 5 | 6 |   ...   | 10 |
 





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.