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 |   ...   | 3 | 4 || 6 | 7 |   ...   | 10 |

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

-- [ Страница 5 ] --

Физически технология HyperTransport основыванется на улучшенной версии низко вольтных дифференциальных сигналов. Для всех линий (данных, управления, тактовых) ис пользуются шины с дифференциальным сопротивлением 100 Ом. Уровень сигнала составля ет 1,2 В (в отличие от 2,5 В, установленных спецификацией IEEE LVDS). Благодаря этому длина шины может достигать 24 дюйма (около 61 см) при полосе пропускания на одной ли нии до 800 Мбит/с. Спецификация HyperTransport предусматривает разделение «восходя щих» (Upstream) и «нисходящих» (Downstream) потоков данных (асинхронность). Пакет, объединяющий адреса, команды и данные, всегда кратен 32 бит. Поэтому обеспечивается его безошибочная передача по масштабируемым каналам шириной от 2 до 32 бит. Пиковая про пускная способность соединения Hyper Transport достигает 12,8 Гбайт/с (по 6,4 Гбайт/с на нисходящий и восходящий каналы шириной 32 бит при частоте 800 МГц и передаче данных по фронту и спаду сигнала). Для сравнения укажем, что пиковая пропускная способность системной шины (200 МГц) процессора AMD Athlon составляет 2,128 Гбайт/с. Особенно стью технологии HyperTransport является совместимость с устройствами PCI на уровне про токолов.

2.4.5.6. Интерфейс USB Шина USB (Universal Serial Bus – универсальная последовательная шина) является промышленным стандартом расширения архитектуры персональных компьютеров (РС).

Версия 1.0 была опубликована в январе 1996 года. В настоящее время опубликована версия 2.0, в самое последнее время появилась версия 3.0.

Архитектура USB определяется критериями:

– легко реализуемое расширение периферии РС;

– дешевое решение, поддерживающее скорость передачи до 12 Мбит/с (версия 1.0) и до 480 Мбит/с (версия 2.0);

– полная поддержка в реальном времени передачи аудио- и видеоданных;

– гибкость протокола смешанной передачи, изохронных данных и асинхронных сооб щений;

– интеграция с выпускаемыми устройствами;

– доступность в РС всех конфигураций и размеров;

– создание новых классов устройств, расширяющих РС;

– простота кабельной системы и подключений;

– скрытие подробностей подключения от конечного пользователя;

– самоидентифицирующиеся ПУ, автоматическая связь устройств с драйверами и конфигурирование;

– возможность динамического подключения ПУ и конфигурирования.

С середины 1996 года выпускаются РС со встроенным контроллером USB, реализуе мым чипсетом.

Таблица 4. Схема цоколевки Вилка тип А (уста- Розетка тип А Вилка тип Розетка тип В (устанавливает навливается на (устанавливается на В (устана- ся на корпусе периферийного кабеле) корпусе компьюте- вливается устройства) ра) на кабеле) Таблица 4. Названия и функциональные назначения выводов № вывода Обозначение Описание 1 V BUS Питание, +5 В 2 D- Data (передача данных) 3 D+ Data (передача данных) 4 GND Ground (корпус) Архитектура интерфейса USB Топология интерфейса USB представляет собой звезду или пирамиду (рис. 4.12).

Рис. 4.12. Топология шины USB В вершине этой пирамиды, в корневом узле, находится хост-устройство, а все осталь ные узлы являются функциональными устройствами (функциями) или соединителями (ха бами).

Система USB состоит из трех основных частей:

– USB хост-устройство;

– USB разветвитель (хаб);

– USB устройство (функция).

USB хост-устройство (устройство – хозяин интерфейса) – это главное устройство в любой USB системе, которое организует все передачи данных и команд по шине интерфейса.

Интерфейс USB в компьютерной системе множественного доступа реализуется хост контроллером, который является комбинацией аппаратных средств и программного обеспе чения.

Хост-контроллер находится в корневом узле главной системы (на материнской плате) компьютера, и обеспечивает, как правило, две точки присоединения.

Структура USB Шина USB позволяет:

– подключать;

– конфигурировать;

– использовать;

– отключать устройства во время работы хоста и самих устройств.

Перечень терминов, используемых в спецификации USB. Устройства (Device) USB могут являться:

– хабами (соединителями);

– функциями;

– их комбинацией.

Модель передачи данных.

Система USB разделяется на 3 уровня с определенными правилами взаимодействия.

Устройство USB содержит:

– интерфейсную часть;

– логическую часть устройства;

– функциональную часть.

Адаптеры USB.

Существуют следующие типы таких адаптеров:

USB-параллельный порт (принтер);

USB-последовательный порт;

USB-SCSI;

USB-Ethernet;

USB-клавиатура/мышь;

USB-TV/video.

Если необходимо использовать несколько различных устройств, то используют специ альный концентратор USB, которые содержат порты различных типов. Такие концентраторы называют многофункциональными концентраторами USB, репликаторами USB-портов или установочными станциями USB.

2.4.5.7. Интерфейс IEEE Высокоскоростной интерфейс – FireWire – разработан фирмой Apple для своих персо нальных компьютерах. Переименованный затем комитетом стандартизации Института ин женеров электротехники и электроники в интерфейс IEEE_1394. В 1995 году была опубли кована рассмотренная ниже первая версия стандарта IEEE 1594.

Тактовая частота шины стандарта IEEE1394 может быть 98,304, 196,608 и 393, Мбит/с, что соответствует номиналам 100, 200 и 400 Мбит/с. Подключаемое к шине устрой ство может иметь любую максимальную скорость из этого набора, но обязано поддерживать и более низкие скорости.

Спецификация интерфейса IEEE1394 предусматривает последовательную передачу данных со скоростями 100, 200, 400, 800 и 1600 Мбит/с (последние два значения являются не стандартизированными расширениями). Выбор последовательного интерфейса обусловлен необходимостью связать удаленные внешние устройства, работающие с различными скоро стями.

Топология интерфейса «древовидная», при этом система адресации обеспечивает под ключение до 63 устройств в одной сети. Для связи между сетями существуют мосты, для объединения ветвей в один узел – концентраторы. Повторители служат для усиления сигна лов при длине соединения более 4,5 метров. Всего может быть связано до 1024 сетей по устройства в каждой. Все устройства IEEE1394 соединяются между собой шестижильным экранированным кабелем, имеющим две пары сигнальных и пару питающих проводников.

Подключение осуществляется с помощью стандартной пары «вилка – розетка». Провода пи тания рассчитаны на ток до 1,5 А при напряжении до 40 В. Если устройство имеет собствен ное питание, применяется гальваническая развязка.

Таблица 4. Схема цоколевки Розетка (устанавливается на корпусе компьютера или периферийного устройства) № вывода Обозначение Описание 1 Power Питание 2 Ground Корпус 3 TRB- Витая пара В, 4 TRB+ Витая пара В, + 5 TPA- Витая пара А, 6 TPA+ Витая пара А, Технические характеристики 1394b.

Спецификация IEEE-1394b является вторым поколением стандарта 1394. Первые уст ройства, соответствующие стандарту IEEE-1394b (высокопроизводительные внешние нако пители на жестких дисках), были представлены в январе 2003 года. В этом стандарте опреде лены два новых 9-жильных кабеля и соответствующие 9-контактные разъемы, обеспечи вающие передачу данных по медному или волоконно-оптическому кабелю со скоростью 800–3200 Мбит/с. Кроме в стандарт 1394b включены другие новые возможности, позволяю щие еще больше увеличить скорость передачи данных.

2.4.5.8. Интерфейс I2C Интерфейс последовательной шины I2C (Inter IС Bus – шина соединения микросхем) сопряжения микросхем бытовой электроники.

Шина I2C удобна для обмена небольшими объемами данных. В ряде современных сис темных плат присутствует шина SMBus, основанная на интерфейсе I2C. Эта шина использу ется для доступа к памяти идентификаторов и средствам термоконтроля процессоров Xeon.

По интерфейсу I2C современные мониторы обмениваются конфигурационной и управ ляющей информацией с графическим адаптером (а через него и с центральным процессо ром). I2C может применяется для подключения считывателей карт, штрих-кодов и т. п. С помощью интерфейса I2C можно загружать программы в энергонезависимую память (флэш) ряда микроконтроллеров. Интерфейс I2C обеспечивает скорость передачи данных до 3, Мбит/с.

Интерфейс I2C – синхронная последовательная шина, обеспечивающая двустороннюю передачу данных между подключенными устройствами по двум сигнальным линиям. Шина ориентирована на 8-битные передачи. Передача данных может быть как одноадресной, к вы бранному устройству, так и широковещательной. Для выборки устройств используется 7 битная или 10-битной адресация. Уровни сигналов – стандартные, совместимые с широко распространенной логикой ТТЛ, КМОП, n-МОП, как с традиционным питанием +5 В так и с низковольтным (+3,3 В и ниже).

Последовательный интерфейс I2C обеспечивает двунаправленную передачу данных между парой устройств, используя 2 сигнала:

данные SDA (Serial Data);

• синхронизацию SCL (Serial Clock).

• В обмене участвуют 2 устройства:

ведущее (Master);

• ведомое (Slave).

• 2.4.6. Последовательные интерфейсы Последовательный интерфейс для передачи данных в одну сторону использует одну сигнальную линию, по которой информационные биты передаются друг за другом последо вательно. Последовательная передача данных может осуществляться в синхронном и асин хронном режимах.

Для асинхронного режима принят ряд стандартных скоростей обмена: 50, 75, 110, 150, 300, 600, 1200, 2400, 4800, 19200, 38400, 57600, 115200 бит/сек. Количество бит данных мо жет составлять 5,6,7,8 бит. Количество стоп битов может быть 1,1.5,2 бита. Асинхронный в РС реализуется с помощью СОМ-порта с использованием протокола RS-232C.

Из синхронных адаптеров в настоящее время чаще всего применяются адаптеры ин терфейса V.35.

Стандарт описывает управляющие сигналы интерфейса, пересылку данных, электриче ский интерфейс и типы разъемов. Стандарт описывает синхронный и асинхронный режимы обмена, но СОМ-порты поддерживают только асинхронный режим.

Префикс «RS» – рекомендованный стандарт.

2.4.6.1. Интерфейс RS- Интерфейс RS-232C использует несимметричные приемники и передатчики, сигнал пе редается относительно общего провода (схемной земли). Интерфейс RS-232C не обеспечива ет гальванической развязки устройств. В интерфейсе RS-232С оговариваются следующие электрические параметры.

Выходные сигналы:

0 задается диапазоном напряжения со стороны источника (+5 +15) В;

неопределенное состояние – диапазон напряжения (+5 -5) В;

1 задается диапазоном напряжения (-5 -15) В.

Входные сигналы:

0 задается диапазоном напряжения со стороны приемника (+3 +25) В;

неопределенное состояние – диапазон напряжения (+3 -3) В;

1 задается диапазоном напряжения (-3 -25) В.

Логической единице на входе приемника соответствует уровень напряжения -3... -12 В.

Для линий управляющих сигналов это состояние называют «ON», а для линий последова тельных данных – «MARK». Логическому «0» соответствует напряжение +3... +12 В (назы ваемое «OFF» или «SPACE», соответственно). Между уровнями +3... -3 В существует зона нечувствительности, обуславливающая гистерезис приемника. Состояние на выходе прием ника изменяется только при пересечении напряжением порога +3 или -3 В.

Разъем и кабель порта RS232. Стандартный последовательный порт имеет 9 контактный разъем. На рис. 4.13 приведены назначения контактов этих разъемов.

Рис. 4.13. Блочная часть 9-контактного штыревого разъема В табл. 4.6 указано назначение контактов разъема последовательного интерфейса.

Таблица 4. Назначение контактов разъемов последовательного порта Коньакт Наименование Направление Операции 3 TD Выход Передаваемые данные 2 RD Вход Принимаемые данные 7 RTS Выход Запрос на передачу 8 CTS Вход Очищен для передачи 6 DSR Вход Готовность внешнего устройства 5 GND Сигнальное заземление 1 DCD Вход Обнаружение информац. сигнала 4 DTR Выход ПК к обмену данными готов 9 RI Вход Индикатор звонка Внутреннее аппаратное устройство. Компьютер, совместимый с IBM PC, может иметь до четырех последовательных портов. Они маркируются как COM1-COM4. Каждый COM-порт формируется отдельным UART 16450 (в нем имеется восемь восьмибитовых ре гистров), установленным внутри компьютера.

2.4.6.2. Интерфейсы RS-422A, RS-423A и RS- Более новыми стандартами, по сравнению с RS-232, позволяющими обеспечить высо коскоростную работу на больших расстояниях, являются стандарты EIA RS-422A, RS-423A и RS-449. Соответствующими рекомендациями ITU-T для этих стандартов являются V.10 и Х.26 – для RS-423, и V.11 и Х.27 – для RS-422, V.36 для RS-449.

Интерфейс RS-422A. Стандарт RS-422A определяет электрические характеристики симметричного цифрового интерфейса. Он предусматривает работу на более высоких скоро стях (до 10 Мбит/с) и больших расстояниях (до 1000 м) в интерфейсе DTE–DCE. Для его практической реализации, в отличие от RS-232, требуется два физических провода на каж дый сигнал. Реализация симметричных цепей обеспечивает наилучшие выходные характери стики.

Стандарт RS-422A был разработан совместно с RS-423A и позволяет размещать линии этих интерфейсов в одном кабеле. Он не совместим с RS-232, и взаимодействие между RS 422A и RS-232 может быть обеспечено только при помощи специального интерфейсного конвертера.

Интерфейс RS-423A. Стандарт RS-423A определяет электрические характеристики не симметричного цифрового интерфейса. "Несимметричность" означает, что данный стандарт подобно RS-232 для каждой линии интерфейса использует только один провод. При этом для всех линий используется единый общий провод. Как и RS-422A, этот стандарт не определяет сигналы, конфигурацию выводов или типы разъемов. Он содержит только описание элек трических характеристик интерфейса. Стандарт RS-422A предусматривает максимальную скорость передачи 100 Кбит/с.

Таблица 4. Электрические и временные характеристики интерфейса RS- RS-422, RS-422A RS-423 CCITT/V. Характеристика CCITT/V. несимметричный симетричный Скорость обмена, кбит/с 10000 (15м) 100 (15м) Длина линии связи, м 1200 (90 кбит/с) 1200 (1 кбит/с) Уровни лог. 1/0, В -0,3/+0,3 -0,3/+0, Согласование Rc, Ом 75 Сопротивление Rвх/Rвых, Ом 100/4000 1000/ Время передачи бита, нс 200 Таблица 4. Соотношение скорости передачи и длины кабеля для стандартов Скорость передачи, Кбит/с Длина кабеля, м RS-423A (V.10 и Х.26) RS-422A (V.11 и Х.27) 1 100 10 1000 100 10000 Интерфейс RS-449. Стандарт RS-449, в отличие от RS-422A и RS-423A, содержит ин формацию о параметрах сигналов, типах разъемов, расположении контактов и т.п. В этом отношении RS-449 является дополнением к стандартам RS-422A и RS-423A. Стандарту RS 449 соответствует международный стандарт V.36.

Стандарт RS-449 определяет 30 сигналов интерфейса. Большинство этих сигналов имеют эквивалентные в RS-232. Кроме того, добавлен ряд новых сигналов.

Десять сигналов RS-449 определены как линии 1-й категории. Эта группа сигналов включает в себя все основные сигналы данных и синхронизации, такие как «Передаваемые данные», «Принимаемые данные», «Синхронизация терминала». Скорость передачи сигна лов 1 -и категории существенно зависит от длины кабеля. Для линий этой категории на ско ростях до 20 Кбит/с могут использоваться стандарты RS-422A либо RS-423A;

на скоростях выше 20 Кбит/с (до 2Мбит/с) – только RS-422A.

Оставшиеся 20 линий классифицируются как линии 2-й категории и используются стандартом RS-423A. Ко 2-й категории относятся такие управляющие линии, как «Качество сигнала», «Выбор скорости передачи» и др.

Стандарт RS-449 определяет тип разъема и, в отличие RS-232, распределение контактов разъема. Используемые разъемы имеют 37 контактов для прямого канала и 9 контактов для обратного канала.

Таблица 4. Характеристики интерфейса RS- Стандарт EIA RS- Скорость передачи 10 Мбит/с (максимум) Расстояние передачи 1200 м (максимум) Характер сигнала, линия передачи дифференциальное напряжение, скрученная пара Количество драйверов Количество приемников Схема соединения полудуплекс, многоточечная Интерфейс RS-485. Протокол связи RS-485 является наиболее широко используемым промышленным стандартом, использующим двунаправленную сбалансированную линию передачи. Протокол поддерживает многоточечные соединения, обеспечивая создание сетей с количеством узлов до 32 и передачу на расстояние до 1200 м. Использование повторителей RS-485 позволяет увеличить расстояние передачи еще на 1200 м или добавить еще 32 узла.

Стандарт RS-485 поддерживает полудуплексную связь. Для передачи и приема данных дос таточно одной скрученной пары проводников.

Характеристики интерфейсов RS-232C, RS-423A, RS-422A, RS-485A сведены в табл.

4.11.

Таблица 4. Характеристики интерфейсов Характеристики последовательных Тип Скорость, Длина кабеля интерфейсов V L, м RS-232C Дуплекс 20 Кбит/c 15 м RS-423A Дуплекс 100 Кбит/c 10 Кбит/c 1 Кбит/c RS-422A Дуплекс 10 Мбит/c 1Мбит/c 100Кбит/c RS-485A Полудуплекс, до 32 парал-лельно 10 Мбит/c соединенных приемо- 1Мбит/c передатчиков 100Кбит/c 2.4.6.3. Параллельный интерфейс IEEE Стандарт на параллельный интерфейс IEEE 1284, принятый в 1994 году, определяет режимов обмена данными, метод согласования режима, физический и электрический интер фейсы. Согласно IEEE 1284, возможны следующие режимы обмена данными через парал лельный порт:

1. Режим совместимости (Compatibility Mode) – однонаправленный (вывод) по прото колу Centronics. Этот режим соответствует стандартному порту SPP.

2. Полубайтный режим (Nibble Mode) – ввод байта в два цикла (по 4 бита), используя для приема линии состояния. Этот режим обмена может использоваться на любых адаптерах.

3. Байтный режим (Byte Mode) – ввод байта целиком, используя для приема линии данных. Этот режим работает только на портах, допускающих чтение выходных данных (Bi Directional или PS/2 Type 1).

4. Режим ЕРР (Enhanced Parallel Port) (EPP Mode) – двунаправленный обмен данными.

Скорость обмена (0,5...2 Мбайт/с).

5. Режим ЕСР (Extended Capability Port) (ECP Mode) – двунаправленный обмен дан ными с возможностью аппаратного сжатия данных и использования FIFO-буферов и DMA.

Эффективен для принтеров и сканеров.

Физический и электрический интерфейс. Стандарт IEEE 1284 определяет физиче ские характеристики приемников и передатчиков сигналов. IEEE 1284 предусматривает два уровня интерфейсной совместимости: первый уровень – для устройств, не требующих высо ких скоростей обмена, но использующих возможность смены направления передачи данных;

уровень два – устройства, работающие в расширенных режимах, с высокими скоростями и длинными кабелями.

Стандарт IEEE 1284 определяет три типа используемых разъемов: А (DB-25), B (Centronics-36), C (новый малогабаритный 36-контактный разъем).

Интерфейсные кабели могут иметь от 18 до 25 проводников (в зависимости от числа проводников GND). Не предъявляется жестких требований к экранировке и прочим парамет рам, однако, такие кабели могут работать только на низких скоростях при длине не более метров.

В стандарте IEEE 1284 определены следующие типы разъемов – разъем типа A опреде лен как штыревой DB25, разъем типа B – как Centronics 36. Разъем типа C является разъемом высокой плотности. Такие разъемы (типа С) устанавливаются на принтерах Hewlett-Packard.

Разъемы всех трех типов показаны на рис. 4.14.

Рис. 4.14. Разъемы параллельного порта Интерфейс Centronics. Стандартный параллельный порт называется SPP (Standard Parallel Port – стандартный параллельный порт). SPP порт является однонаправленным, на его базе программно реализуется протокол обмена Centronics. Сигналы порта выводятся на стандартный разъем DB-25S (розетка), который размещен непосредственно на плате адапте ра или соединяется с ним плоским шлейфом (в случае, если адаптер интегрирован с мате ринской платой). Названия сигналов соответствуют названиям сигналов интерфейса Centronics.

Стандартный порт имеет три 8-битных регистра, расположенных по соседним адре сам в пространстве ввода/вывода, начиная с базового адреса порта (BASE):

1. Data Register (DR) – регистр данных.

2. Status Register (SR) –регистр состояния.

3. Control Register (CR) – регистр управления.

Контроллер параллельного интерфейса поддерживает 8-битную шину данных, 5 битную шину сигналов состояния и 4-битную шину управляющих сигналов. Обычно под держиваются три 8-битных регистра в пространстве ввода-вывода и одна линия запроса пре рывания. Схемотехника порта LPT базируется на TTL-логике. Скорость обмена не выше Кбайт/с при значительной загрузке процессора.

Адаптер параллельного интерфейса представляет собой набор регистров, расположен ных в адресном пространстве устройств ввода/вывода. Количество регистров зависит от типа порта, однако три из них стандартны и присутствуют всегда – регистр данных, регистр со стояния и регистр управления.

В IBM PC-совместимых компьютерах за параллельными портами закреплены специ альные логические имена, поддерживаемые системой: LPT1, LPT2, LPT3. Имя устройства PRN является эквивалентным LPT1.

Стандартный параллельный порт предназначен только для односторонней передачи информации. Интерфейс Centronics является программно-управляемым Особенностью интерфейса Centronics является отсутствие на его разъеме шин питания (есть только «земля»).

Порт ЕРР (Enhanced Parallel Port – улучшенный параллельный порт). Фирмы Intel, Xircon, Zenith совместно разработали спецификацию улучшенного параллельного порта ЕРР (Enhanced Parallel Port).

Порт ЕРР является двунаправленным, то есть обеспечивает параллельную передачу бит в обоих направлениях. Порт ЕРР передает и принимает данные почти в шесть раз быст рее обычного параллельного порта. Этому также способствует то, что порт ЕРР имеет буфер, сохраняющий передаваемые и принимаемые символы до того момента, когда модем или другое периферийное устройство будет готово их принять.

Специальный режим позволяет порту ЕРР передавать блоки данных непосредственно из ОЗУ компьютера в периферийное устройство и обратно, минуя процессор. Такое преиму щество, однако, реализуется за счет использования, такого ценного ресурса компьютера, как канал прямого доступа к памяти.

Порт ЕРР полностью совместим с обычным портом. Для использования его специфиче ских функций требуется специальное программное обеспечение. При использовании надле жащего программного обеспечения порт ЕРР может передавать и принимать данные со ско ростью до 2 Мбит/с.

Подобно интерфейсу SCSI спецификация порта ЕРР позволяет подключать в цепочку до 64 периферийных устройств.

Порт ЕСР (Extended Capability Port – порт с расширенными возможностями). Даль нейшим развитием порта ЕРР явился порт с расширенными функциями ЕСР.

Как и в ЕРР, в порту ЕСР сохранен тот же режим обмена данными через канал прямого доступа к памяти. Также реализован режим работы, позволяющий снизить загрузку цен трального процессора при передаче данных через порт. Порт ЕСР позволяет подключать до 128 периферийных устройств.

Одной из наиболее важных функций, впервые реализованной в ЕСР, является сжатие данных. Это позволяет резко повысить реальную скорость передачи. Для сжатия данных ис пользуется метод RLE (Run-Lehgt Encoding). Согласно алгоритму этого метода длинная по следовательность одинаковых символов передается всего лишь двумя байтами: один байт определяет повторяющийся символ, а второй – число повторений. При этом стандарт ЕСР допускает сжатие и распаковку данных как программно, путем применения драйвера, так и аппаратно схемой порта.

Режимы ECP позволяют достичь скорости передачи данных до 2 Мбайт/с.

2.4.6.4. Интерфейс PC Card (PCMCIA) Стандарт первого поколения PCMCIA 1.0 был выпущен в сентябре 1990г. (вторая вер сия спецификации, вышедшей в 1991 году, официальным названием стало PC Card) и опре делял использование карт памяти в качестве средств хранения данных.

Разъемы PC Card позволяют добавить к ноутбуку порты USB, FireWire, RS-232, парал лельные порты, сотовые и факс-модемы, порты Parallel или Serial ATA, адаптеры SCSI, адап теры проводных или беспроводных локальных сетей, жесткие диски форм-фактора 1,8 дюй ма, ТВ-тюнеры, аудиоадаптеры, платы GPS (глобальной системы позиционирования) и мно жество других устройств. Если компьютер оснащен разъемами PC Card, совместимыми со стандартом PCMCIA, к ним можно подключить любой адаптер PC Card, который будет ав томатически распознан компьютером.

Платы PC Card могут содержать дополнительную оперативную память, жесткие диски, сетевые адаптеры, навигационные приемники GPS и, конечно же, модемы для коммутируе мых телефонных сетей общего пользования, сотовых систем связи и для локальных радиосе тей. Интерфейсом PCMCIA комплектуются практически все переносные компьютеры и большинство настольных модели. Модемные платы PC Card часто содержат в своем составе и другие коммуникационные устройства, например сетевые адаптеры.

Архитектура PC Card. Существует два стандарта PC Card: шина PC Card-16 (16 бит) и CardBus (32 бит). Шина PC Card-16 работает на частоте 10 МГц и выполняет передачу 16 разрядных данных максимальной пропускной способностью 20 Мбайт/с. Шина является мо бильным эквивалентом устаревшей шины ISA.

Шина CardBus работает на частоте 33 МГц и передает 32-разрядные данные с макси мальной пропускной способностью в 133 Мбайт/с (аналог шина PCI). В табл. 4.12 приведены различия между шинами PC Card-16 и CardBus.

Таблица 4. Типы шин PC Card Возможность PC Card-16 CardBus Напряжение, В 5/3,3 3, Дизайн ISA PCI Прерывания Не используются Используются совместно совместно Частота, МГц 10 Ширина шины данных, бит 8/16 Пропускная способность, 20 Мбайт/с Хотя в обеих шинах используются одинаковые 68-контактные разъемы, они обладают различными ключевыми контактами, что позволяет подключать адаптеры PC Card-16 к разъ ему CardBus, но не наоборот. Всеми разъемами CardBus поддерживаются адаптеры PC Card 16 и CardBus. Практически все портативные компьютеры на базе процессоров Pentium осна щались разъемами PC Card-16. Портативные компьютеры, выпущенные после 1996 года, со держат разъемы CardBus.

Стандарт PCMCIA. Стандарт PCMCIA предусматривает 16-разрядный интерфейс и одну линию запроса прерывания (IRQ). Система расширения PCMCIA объединяет все – от компьютера и унифицированного гнезда для плат PC Card до программных вызовов, обеспе чивающих связь программных средств с системой расширения PCMCIA.

Устройство, поддерживающее стандарт PCMCIA, может иметь от одного до 255 адап теров PCMCIA. Каждый адаптер обслуживает до 16 отдельных портов PCMCIA. Таким обра зом, стандар PCMCIA 2.0 предусматривает возможность объединения в одной системе до 4080 плат PC Card.

Типы адаптеров PC Card. В стандарте PC Card определено три физических типа адап теров PC Card, которые относятся как к PC Card-16, так и к CardBus. Эти типы адаптеров приведены в табл. 4.13.

Таблица 4. Типы адаптеров PC Card Объем, см Тип адаптера PC Длина, мм Ширина, мм Толщина, мм (дюймов3) Card (дюймов) (дюймов) (дюймов) Type I 54,0 (2,13) 85,6 (3,37) 3,3 (0,13) 15,25 (0,93) Type II 54,0 (2,13) 85,6 (3,37) 5,0 (0,20) 23,11 (1,41) Type II 54,0 (2,13) 85,6 (3,37) 10,5 (0,41) 48,54 (2,96) Все адаптеры физически совместимы, поэтому если в разъем можно установить адап тер Type III, значит, подойдут и адаптеры Type II или Type I. В разъем для адаптеров Type II можно установить адаптер Type I, но не Type III.

В большинстве компьютеров разъемы PC Card устанавливаются один над другим. В верхний разъем можно установить адаптер Type II или Type I, а в нижний – адаптеры всех типов. Во многих современных портативных компьютерах присутствует только один разъем PC Card, который поддерживает установку адаптеров всех типов.

2.4.6.5. Беспроводные интерфейсы Инфракрасный интерфейс IrDA. Применение излучателей и приемников инфракрас ного (ИК) диапазона позволяет осуществлять беспроводную связь между парой устройств, удаленных на расстояние до нескольких метров. Инфракрасная связь – IR (Infra Red) Connec tion – безопасна для здоровья, не создает помех в радиочастотном диапазоне и обеспечивает конфиденциальность передачи. ИК-лучи не проходят через стены, поэтому зона приема ог раничивается небольшим, легко контролируемым пространством. Инфракрасный интерфейс имеют некоторые модели принтеров, им оснащают многие современные малогабаритные устройства: карманные компьютеры (PDA), мобильные телефоны, цифровые фотокамеры и т. п.

Различают инфракрасные системы низкой (до 115,2 Кбит/с), средней (1,152 Мбит/с) и высокой (4 Мбит/с) скорости. В 1993 году была создана ассоциация разработчиков систем инфракрасной передачи данных IrDA (Infrared Data Association). В настоящее время действу ет стандарт IrDA 1.1.

Излучателем для ИК-связи является светодиод, имеющий пик спектральной характери стики мощности 880 нм. Светодиод дает конус эффективного излучения с углом около 30°. В качестве приемника используют PIN-диоды, эффективно принимающие ИК-лучи в конусе 15°.

Ниже перечислены варианты, возможные на физическом уровне IrDA:

1. IrDA SIR – для скоростей 2,4-115,2 Кбит/с используется стандартный асинхронный режим передачи (как в СОМ-портах).

2. ASK IR – для скоростей 9,6-57,6 Кбит/с также используется асинхронный режим.

3. IrDA HDLC – для скоростей 0,576 и 1,152 Мбит/с используется синхронный режим передачи и кодирование, аналогичное протоколу SIR.

4. IrDA FIR – для скорости 4 Мбит/с также применяется синхронный режим.

Приемопередатчик IrDA может быть подключен к компьютеру различными способами;

по отношению к системному блоку он может быть как внутренним (размещаемым на лице вой панели), так и внешним, размещаемым в произвольном месте. Размещать приемопере датчик следует с учетом угла «зрения» (30° у передатчика и 15° у приемника) и расстояния до требуемого устройства (до 1 м).

Внутренние приемопередатчики на скоростях до 115,2 Кбит/с (IrDA SIR, ASK IR) под ключаются через обычные микросхемы асинхронных приемопередатчиков UART, совмести мые с 16450/ 16550, через сравнительно несложные схемы ИК- модуляторов/демодуляторов.

В ряде современных системных плат на использование инфракрасной связи (до 115,2 Кбит/с) может конфигурироваться порт COM2.

Существуют внешние ИК-адаптеры с интерфейсом RS-232C (для подключения к СОМ порту) и с интерфейсом USB. Пропускной способности USB достаточно даже для FIR, СОМ порт пригоден только для SIR.

Последовательный инфракрасный порт SIR.

Интерфейс SIR (Serial InfraRed port – последовательный инфракрасный порт) был раз работан ассоциацией IrDA (Infrared Data Association). Первые версии этого стандарта были опубликованы в 1994 году.

По своим свойствам интерфейс SIR близок к интерфейсу стандарта RS-232C. Скорость передачи по инфракрасному каналу составляет до 115 Кбит/с (в последних спецификациях – до 4 Мбит/с). Обмен данными – асинхронный (без синхронизации), то есть последователь ный. Для обнаружения и устранения ошибок передачи используются алгоритмы проверки контрольной суммы пакетов данных.

Существенным недостатком инфракрасного порта является ограниченный радиус дей ствия (скорость передачи 4 Мбит/с достигается на расстоянии около 1 м). К тому же между приемником и передатчиком не должно быть посторонних предметов.

Радиоинтерфейс Bluetooth. Bluetooth (синий зуб) – это фактический стандарт на ми ниатюрные недорогие средства передачи информации с помощью радиосвязи между мо бильными (и настольными) компьютерами, мобильными телефонами и любыми другими портативными устройствами на небольшие расстояния.

Каждое устройство Bluetooth имеет радиопередатчик и приемник, работающие в диапа зоне частот 2,4 ГГц. Для Bluetooth используются радиоканалы с дискретной (двоичной) час тотной модуляцией. Кодирование простое – логической единице соответствует положитель ная девиация частоты, нулю – отрицательная. Передатчики могут быть трех классов мощно сти, с максимальной мощностью 1, 2,5 и 100 МВт.

В рамках спецификации Bluetooth определены несколько протоколов.

Протокол обнаружения сервисов SDP (Service Discovery Protocol), позволяющий уст ройству использовать функциональность окружающего его оборудования.

Протокол RFCOMM обеспечивает эмуляцию последовательного порта (9-проводного RS-232). С его помощью традиционные кабельные соединения устройств могут быть легко заменены на радиосвязь, без каких-либо модификаций ПО верхних уровней.

Интерфейс хост-контроллера HCI (Host Controller Interface) – это единообразный ме тод доступа к аппаратно-программным средствам нижних уровней Bluetooth. Он предостав ляет набор команд для управления радиосвязью, получения информации о состоянии и соб ственно передачи данных. Физически аппаратура Bluetooth может подключаться к различ ным интерфейсам: шине расширения (например, PC Card), шине USB, СОМ-порту. Для каж дого из этих подключений имеется соответствующий протокол транспортного уровня HCI – прослойка, обеспечивающая независимость HCI от способа подключения.

2.4.7. Приборные интерфейсы IEEE-488 – спецификация международного стандарта, описывающая интерфейс под ключения к шине цифровых измерительных приборов.

Создана HP в конце 1960-х для использования в оборудовании для автоматических из мерений (англ. automated test equipment, ATE) под названием интерфейсная шина Hewlett Packard (англ. Hewlett-Packard Interface Bus, HP-IB), в 1975стандартизирована американским Институтом инженеров электротехнической и электронной промышленности как IEEE-488, и до сих пор применяется в данном качестве. IEEE-488 также известна под названием «Ин терфейсная шина общего назначения» (англ. General Purpose Interface Bus, GPIB), стандарт IEC-625 (МЭК 625.1), а также другими названиями. В аналогичном советском стандарте, ГОСТ 26.003-80 «Система интерфейса для измерительных устройств с байт последовательным, бит-параллельным обменом информацией», называется «многопровод ным магистральным каналом общего пользования».

Характеристики. Каждое устройство на шине имеет уникальный пятибитный первич ный адрес в диапазоне от 0 до 30 (таким образом, возможное количество устройств – 31).

Адреса устройств не обязаны быть непрерывными, но во избежание конфликтов обязаны быть различными. Стандарт позволяет подключить до 15 устройств к одной двадцатиметро вой физической шине используя для наращивания соединители цепочечного типа.

Активные расширители позволяют использовать удлинить шину, вплоть до 31 теорети чески возможных на логической шине устройства.

Определено три различных типа устройств, которые могут быть подключены к шине:

«listener» (слушатель), «talker» (спикер) и/или контроллер (точнее, устройства могут нахо диться в состоянии «listener» либо «talker» либо быть типа «контроллер»). Устройство в со стоянии «listener» считывает сообщения с шины;

устройство в состоянии «talker» посылает сообщения на шину. В каждый конкретный момент времени в состоянии «talker» может быть одно и только одно устройство, в то время как в состоянии «listener» может быть произволь ное количество устройств. Контроллер выполняет функции арбитра и определяет, какие из устройств в данный момент находятся в состоянии «talker» и «listener». К шине может быть одновременно подключено несколько контроллеров. В этом случае один из контроллеров (как правило, расположенный на интерфейсной карте GPIB) является ответственным кон троллером (Controller-in-Charge, CIC) и делегирует по мере надобности свои функции другим контроллерам.

Элемент управления и функции передачи данных логически отдельные;

диспетчер мо жет обратиться к одному устройству как «болтуну» и к одному или более устройствам как к «слушателям» без необходимости участвовать в передаче данных. Это даёт возможность со вместно использовать одну и ту же шину для множества контроллеров. В любое данное вре мя, только одно шинное устройство может быть активно как ответственный контроллер.

Данные передаются по шине во время трёхфазной процедуры установления соединения готовность/доступность/приём, логике в которой самое медленное участвующее устройство определяет скорость транзакции. Максимальная скорость передачи данных составляла МБ/с в оригинальном издании стандарта и была увеличена до 8 МБ/с в расширениях стан дарта.

Электрически IEEE-488 восьмибитная параллельная шина, содержащая шестнадцать сигнальных линий (восемь двусторонних используются для передачи данных, три – для ус тановки соединения, пять – для управления шиной) плюс восемь – обратные провода для земли.

Все сигнальные линии используют отрицательную логику: наибольшее положительное напряжение интерпретируется как логический «0», а наибольшее отрицательное – как логи ческая «1». Линии данных (DIO) пронумерованы от 1 до 8, а линии данных (ЛД) в ГОСТ от до 7.

Пять линий управления интерфейсом сообщают устройствам, присоединенным к шине, какие действия предпринимать, в каком режиме находиться и как реагировать на команды GPIB.

Команды. Команды GPIB всегда передаются с использованием классического прото кола IEEE-488.1. Стандарт задает формат команд, посылаемых инструментам, и формат и кодировку откликов. Команды, как правило, являются аббревиатурами соответствующих слов английского языка. Команды-запросы снабжаются на конце вопросительным знаком.

Все обязательные команды префиксируются астериском (*). Стандарт определяет мини мальный набор возможностей, которыми должен обладать каждый инструмент, а именно:

принимать и передавать данные, посылать запрос на обслуживание и реагировать на сигнал «Очистить интерфейс». Все команды и большинство данных используют 7-битный набор ASCII, в котором 8 бит не используется или используется для четности.

Для получения информации от устройств, подключенных к шине, и переконфигурации шины контроллер посылает команды пяти классов: «Uniline» («однобитная»), «Universal Multiline» («многобитная общего назначения»), «Address Multiline» («многобитная адрес ная»), «Talk Address Group Multiline» («многобитная групповая адресная передающая») и «Listen Address Group Multiline» («многобитная групповая адресная приемная»).

Протоколы контроллера 488.2. Протоколы объединяют наборы управляющих после довательностей, с тем, чтобы выполнить полную измерительную операцию. Определено обязательных и 6 опциональных протоколов. Протокол RESET обеспечивает инициализацию всех приборов. Протокол ALLSPOLL опрашивает каждый прибор последовательно и воз вращает байт статуса каждого прибора. Протоколы PASSCTL и REQUESTCTL обеспечива ют передачу управления шиной разным приборам. Протокол TESTSYS реализует функцию самотестирования каждого прибора.

Протоколы FINDLSTN и FINDRQS поддерживают управление системой GPIB. При этом используются возможности, заложенные в стандарте 488.1. Контроллер выполняет про токол FINDLSTN, генерируя адрес Слушателя и проверяя наличие прибора на шине по со стоянию линии NDAC. Протокол FINDLSTN возвращает список «Слушателей», и выполне ние этого протокола до начала работы прикладной программы гарантирует правильность те кущей конфигурации системы. Для работы протокола FINDRQS используется возможность проверки линии SRQ. Входной список устройств можно ранжировать по приоритетам. Тем самым обеспечивается обслуживание наиболее ответственных приборов в первую очередь.

Ключевое слово Название Требования RESET Установка системы Обязательно ALLSPOLL Последовательный опрос приборов Обязательно FINDRQS Поиск прибора, требующего FINDRQS Опционально PASSCTL Передача управления Опционально REQUESTCTL Запрос управления Опционально FIDLSTN Поиск слушателей Опционально TESTSYS Автотест системы Опционально SETADD Установка адреса Опционально, но требует FIDLSTN Стандарты. IEEE.

В 1975 IEEE стандартизировал шину как Standard Digital Interface for Programmable In strumentation в IEEE-488 (сейчас IEEE-488.1). Это формализовало механические, электриче ские и основные параметры протокола универсальной интерфейсной GPIB, но ничего не го ворило о формате команд или данных.

В 1987 IEEE представил Standard Codes, Formats, Protocols, and Common Commands, IEEE-488.2, переопределяющий предыдущую спецификацию как IEEE-488.1. IEEE-488. обеспечил основной синтаксис и формат соглашений, такие как не зависящий от устройства команды, структуры данных, ошибочные протоколы, и подобные. IEEE-488.2 построенный на IEEE-488.1 без его замены;

оборудование может соответствовать 488.1, не соответствуя 488.2. Новый стандарт содержит две части: IEEE-488.1, описывающую аппаратную часть и низкоуровневое взаимодействие с шиной, и IEEE-488.2, определяющую порядок передачи команд по шине. Стандарт IEEE-488.2 был ещё раз пересмотрен в 1992 году. На этапе приня тия первой версии стандарта ещё не было никакого стандарта для команд, специфических для инструмента. Команды управления тем же классом инструмента (например, мультиметр) сильно разнились между изготовителями и даже моделями.

В 1990 был представлен Стандарт команд программируемого инструмента. SCPI доба вил универсальные команды стандарта, и серии инструментальных классов с передачей спе цифических для класса команд. Несмотря на то, что SCPI был разработан на основе стандар та IEEE-488.2, он может быть легко адаптирован для любой другой (не-IEEE-488.1) аппарат ной базы.

IEC.

IEC параллельно с IEEE разработала свой собственный стандарт – IEC-60625-1 и IEC 60625-2.

Соответствующий стандарт ANSI был известен, как «ANSI Standard MC 1.1».

В 2004 IEEE и IEC скомбинировали свои соответствующие стандарты в «Двойной про токол» IEEE/IEC – стандарт IEC-60488-1, в котором Standard for Higher Performance Protocol for the Standard Digital Interface for Programmable Instrumentation – Part 1: General заменил IEEE-488.1/IEC-60625-1, а IEEE-488.2/IEC-60625-2. IEC-60488-2 соответственно заменён на Part 2: Codes, Formats, Protocols and Common Commands.

HS-488 от National Instruments.

National Instruments представил обратносовместимое расширение для IEEE-488.1, изна чально называемое высокоскоростной протокол GPIB (HS-488). Используя стандартные ка бели и аппаратную базу, HS-488 улучшает производительность шины путем устранения за держек, связанных с необходимостью дожидаться подтверждения в трехсигнальной схеме IEEE-488.1 (DAV/NRFD/NDAC), где максимальная пропускная способность не превышает 1,5 МБ/с. Таким образом, удалось увеличить скорость передачи данных до 8 МБ/с, хотя ско рость уменьшилась, когда к шине подключалось большее количество устройств. Это отобра зилось в стандарте в 2003 (IEEE-488.1-2003).

Использование.

В оборудовании для автоматических измерений. Продукты выпускаемые National Instruments ориентированы на автоматизацию лабораторных рабочих мест. Это такие классы измерительных приборов, как анализаторы-тестеры, системы калибровки, осциллографы и источники питания, базирующиеся на шине GPIB. Модульные решения (VXI) превалируют для многоцелевых систем, и самыми популярными приборами здесь являются всевозможные типы переключателей-мультиплексоров. Мультиметры в равной мере представлены в обоих случаях.

Сложные измерительные системы выпускаются фирмами HP, WaveTek, BK, Kinetic Systems. В 1993 году более половины интерфейсов GPIB приходилось на рабочие станции Sun, SGI, IBM RISC System/6000 и HP. В них используется программные средств уровня специальных языков типа ATLAS (Automated test language systems) и языков общего назна чения типа АДА.

В качестве интерфейса в компьютере. Внимание разработчиков HP фокусировалось на оснащении интерфейсом цифровой измерительной аппаратуры, проектировщики особо не планировали делать IEEE-488 интерфейсом периферийных устройств для универсальных компьютеров. Но когда первым микрокомпьютерам HP потребовался интерфейс для перифе рии (жёстким дискам, [[стример]ы], принтерам, плоттерам, и т. д.), HP-IB был с готовностью доступен и легко приспособлен для достижения этой цели.

Компьютеры производимые HP использовали HP-IB, например HP 9800, серии HP 2100, и серии HP 3000. Некоторые из инженерных калькуляторов, выпускаемых HP в 1980-х, такие как серии HP-41 и HP-71B, также имели возможность использования IEEE-488, через необязательный интерфейсный модуль HP-IL/HP-IB.

Другие изготовители также приняли универсальную интерфейсную шину для своих компьютеров, как например линейкаTektronix405x.

Commodore PET использовал шину IEEE-488 с нестандартным соединителем платы для подключения своих внешних устройств. Commodore наследовал восьмибитные компьютеры, такие как VIC-20, C-64 и C-128, в которых применялся последовательный интерфейс, ис пользующий круглый соединитель DIN, для которого они сохранили программирование ин терфейса и терминологии IEEE-488.

Пока скорость шины IEEE-488 была увеличена для некоторых приложений до 10 МБ/с, отсутствие стандартов командного протокола ограничило сторонние предложения и функ циональную совместимость. В конечном итоге, более быстрые и полные стандарты (напри мер, SCSI) заменили IEEE-488 в периферийных устройствах.

Достоинства:

Простой аппаратный интерфейс.

• Позволяет подключать вперемешку высокоскоростные устройства с низкоскорост • ными.

• Популярный, хорошо поддержан на рынке.

Недостатки:

• Разъёмы и кабели механически громоздкие.

• Ограничения на скорость и расширения спецификации.

• Отсутствие стандартов командного протокола (перед SCPI).

• Реализации опций (например, конец обработки передачи) могут усложнить функ циональную совместимость.

• Нет обязательной гальванической изоляции между шиной и устройствами.

2.4.8. Интерфейсы устройств ввода-вывода 2.4.8.1. Уровни управления платами УВВ 1. Для каждого УВВ (УВВС) имеется программное обеспечение и руководство по программированию, позволяющее работать с ним на трех уровнях.

При программировании на низком уровне (языки С, Ассемблер) доступ к устройствам осуществляется непосредственно через порты и регистры, что обеспечивает гибкость и эффективность, но требует очень больших затрат на разработку.

При программировании на уровне драйверов возможно использование для работы с устройством готовых функций, обеспечиваемых драйверами. Вызов этих функций производится из программ, написанных на языках высокого уровня. Как правило, для плат УВВС набор готовых функций поставляется в виде библиотек подпрограмм, реализующих для упрощения программирования плат множество разнообразных функций. Готовая библиотека подпрограмм позволяет использовать практически все возможности платы УВВС, не вдаваясь в тонкости программирования на уровне Ассемблера и портов ввода вывода. Наконец, при работе на уровне специальных пакетов приложений возможно создание рабочих программ для УВВС с использованием специальных графических сред разработки (например, LabView, UltraLogic, язык функциональных блоковых диаграмм FBD и т. п.). В этом случае разработка алгоритмов управления и программных интерфейсов производится без написания программного кода в классическом смысле. Последний способ обеспечивает минимальное время на разработку программного обеспечения, но стоимость таких сред разработки является высокой.

Разработку программного обеспечения для рассмотренной платы L-305 в дальнейшем будем производить средствами второго уровня на основе библиотеки функций ввода-вывода.

2. Смысловое содержание терминов, используемых в дальнейшем для описания устройств платы L-305, приведено в табл. 4.14.

Таблица 4. Термины, используемые для описания устройств платы L- Название Содержание Rate Интервал ввода в микросекундах Nch Число каналов для многоканального ввода Data Указатель на целочисленный массив для данных N point Число отсчетов для одноканального ввода и число кадров для многоканального ввода (под кадром понимается последовательность вводимых отсчетов по Nch каналам) Channel Номер канала при одноканальном вводе Channels Указатель на целочисленный массив с номерами каналов для многоканального ввода Usil Коэффициент усиления 2.4.8.2. Аппаратные интерфейсы Аппаратные интерфейсы являются одним из основных компонентов вычислительной системы с переменным составом оборудования. Они позволяют осуществлять обмен данны ми и управляющей информацией между устройствами физической структуры ВС по унифи цированным правилам. Унификация правил взаимодействия обеспечивает возможность под ключения к ВС разнообразных ПУ, отличающихся назначением, быстродействием, принци пами действия.

Еще раз вернемся к базовым понятиям интерфейса и его характеристик.

Аппаратным интерфейсом принято называть совокупность правил унифицированно го взаимодействия между отдельными устройствами, а также совокупность аппаратных, программных и конструктивных средств, необходимых для реализации этих правил. Взаи модействие осуществляется с помощью сигналов, передаваемых посредством электрических (или оптических) цепей, называемых линиями интерфейса;

совокупность линий, сгруппиро ванных по функциональному назначению, принято называть шиной интерфейса. Унифика ция правил взаимодействия направлена на обеспечение информационной, электрической и конструктивной совместимости;

именно унификация и стандартизация лежат в основе по строения интерфейсов.

Интерфейсы в СВВ возникают между различными уровнями иерархии физической структуры ВС, поэтому требования, предъявляемые к организации обмена, существенно раз личаются.

Единый стандартный интерфейс не смог бы обеспечить эффективную работу разнооб разных устройств, используемых на различных уровнях иерархии СВВ. Этим объясняется наличие системы интерфейсов различных рангов, отличающихся характеристиками и степе нью унификации.


В зависимости от требований унификации выделяют:

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

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

В широком смысле протокол определяет совокупность правил реализации определен ной функции, например, обмена, и в этом случае может включать требования, охватывающие интерфейсы нескольких рангов.

Система аппаратных интерфейсов является одной из основных составляющих понятия архитектуры ВС. На рис. 4.15 а и б показаны интерфейсы для машин ЕС ЭВМ и СМ ЭВМ, соответственно. В структуре ВС с выделенными ПВВ отметим интерфейсы четырех рангов.

Через интерфейс И1 производится обмен информацией между ОП и процессорами (ЦП или ПВВ);

через интерфейс И2 – управляющей информацией между ЦП и ПВВ. Интерфейсы И и И2 являются внутренними, отражающими особенности конкретной модели и не унифици руются. Интерфейсы ввода-вывода (И3) обеспечивают обмен между ПВВ и контроллерами ПУ (КПУ);

они стандартизуются, что дает возможность использовать одинаковые контрол леры и ПУ в различных моделях ЭВМ одной системы.

Интерфейсы И4 образуют группу так называемых «малых» интерфейсов, посредством которых собственно ПУ сопрягается с контроллером. Степень унификации малых интерфей сов зависит от типа ПУ и контроллера. Так, если контроллер предназначен для управления только одним ПУ и конструктивно объединен вместе с ним, то их интерфейс не унифициру ется.

а) б) в) Рис. 4.15. Системы популярных интерфейсов: а – система интерфейсов ЕС ЭВМ;

б – система интерфейсов мини- и микроЭВМ;

в – структура внутренних и внешних интер фейсов ПЭВМ IBM PC/AT Если же контроллер предназначен для одновременного обслуживания множества ПУ, то соответствующий малый интерфейс должен быть стандартизован. При подключении ап паратуры систем передачи данных соответствующие интерфейсы принято называть стыка ми.

Для мини- и микроЭВМ характерно (рис. 4.15, б) наличие интерфейса И0, посредством которого связаны между собой ЦП, ОП и контроллеры. Этот интерфейс принято называть системным (или объединенным), он унифицирован для всего семейства ЭВМ. Контроллеры в мини- и микроЭВМ достаточно просты, так как управление обменом между ПУ и ОП осу ществляется в значительной мере программным путем. Это позволяет для семейств ЭВМ с различными интерфейсами И0 использовать одинаковые ПУ (но с разными контроллерами).

У персональных ЭВМ также имеется система внутренних и внешних интерфейсов (рис.

4.15, в). Системные шины (S-шины) стандартизируются в рамках систем ПЭВМ и аналогич ны по назначению интерфейсам И0 мини- и микроЭВМ (ISA, EISA, MCA и др.). L-шина почти полностью определяется внешним интерфейсом используемого в ПЭВМ микропро цессора. Интерфейс М-шины (шины памяти) сориентирован как правило на динамические элементы памяти, скомпонованные в модули (SIMM,DIMM и т.п.) и реализуется на основе контроллера динамической памяти. X-шина (шина периферийных БИС) служит для органи зации взаимодействия центральной части ПЭВМ с восьмиразрядными программируемыми БИС (большими интегральными схемами) на базе которых реализован ряд подсистем (под система аппаратных прерываний, подсистема прямого доступа к памяти, подсистемы часов реального времени и программируемого таймера, контроллер клавиатуры).

С появлением процессора 486 появилась потребность в резком повышении производи тельности системной шины и родилась локальная шина VLB. Однако она являлась дополне нием к слоту шины ISA/EISA и использовалась в основном лишь для графических карт и дисковых контроллеров. Принципиальная привязка к шине процессора 486 не обеспечила ей долгого существования. С процессорами 486 появилась и другая скоростная шина – PCI. Она является новым «этажом» в архитектуре PC, к которому подключаются шины типа ISA/EISA. PCI укрепила свои позиции и сейчас является стандартной для компьютеров с процессорами 4, 5 и 6 поколений. Более того, она используется и в компьютерах «не-РС» – Power PC и некоторых других мощных платформах. Развитием шины PCI, нацеленным на дальнейшее повышение производительности обмена, явился порт AGP, специально предна значенный для подключения мощных графических адаптеров. Местоположение шин в архи тектуре современного компьютера иллюстрирует рис. 4.16.

Рис. 4.16. Шины расширения в архитектуре PC Чипсет – это набор микросхем сверхбольшой степени интеграции (СБИС), которые вы полняют функции основного связующего звена между всеми компонентами системной пла ты ПЭВМ.

Система малых внешних интерфейсов (интерфейсы И4) в ПЭВМ представлена: после довательными интерфейсами COM-портов, клавиатуры, гибких дисков, видеомонитора, универсальной последовательной шины (USB), музыкальных инструментов (MIDI), локаль ной сети;

параллельными интерфейсами LPT-порта и жестких дисков (IDE, SCSI);

дискретно аналоговым интерфейсом игрового порта и другими.

Интерфейсы принято характеризовать следующими параметрами:

- видом связи, т.е. возможностью вести дуплексную (сообщения могут одновременно передаваться в двух направлениях, что требует двух каналов связи), полудуплексную (сооб щения могут передаваться в двух направлениях, но одновременно возможна передача только в одном) или симплексную передачу (сообщения могут передаваться только в одном направ лении);

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

- максимально допустимым расстоянием между устройствами или суммарной длиной линий, соединяющих все устройства интерфейса;

- задержками. при организации передачи, которые вызваны необходимостью выпол нения подготовительных и завершающих действий по установлению связи между устройст вами.

Конкретные значения этих параметров зависят от множества факторов, в частности от информационной ширины интерфейса, способа синхронизации, среды интерфейса, тополо гической структуры соединений и организации линии интерфейса, совмещения или функ ционального разделения линий. Все эти факторы определяют организацию интерфейса.

2.4.8.3. Организация интерфейсов Организация интерфейсов определяется способами передачи информации (параллель ной или последовательной, асинхронной или синхронной), соединением устройств и исполь зуемыми линиями.

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

соответст венно интерфейсы принято делить на последовательные и параллельные.

В последовательном интерфейсе передача данных осуществляется всего по одной ли ний, 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 (интерфейсы ранга И4).

В параллельном интерфейсе передача сообщения выполняется последовательно кван тами, содержащими m бит. Каждый квант передается одновременно по m линиям;

величина m называется шириной интерфейса и обычно соответствует или кратна байту. Наиболее рас пространены параллельные интерфейсы, в которых m = 8, 16 и 32. [Для внутренних интер фейсов ранга И1 и И2 высокопроизводительных ЭВМ ширина интерфейса может быть зна чительно больше].

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. Это означает, что одновременно выданные передатчиком ПРД сигналы на линии Л1–Лm воспринимаются приемником ПРМ не одновременно, а в интервале (tl, t2) (см. рис. 4.17, а и б). Такое явление называется перекосом информации. В интервале (tl, t2) приемник может воспринять любую кодовую комбинацию {хi}, i = (l,…, m), отличную от комбинации {bi}, передаваемой устройством ПРД. Для исключения возможности приема не правильной кодовой комбинации в параллельных интерфейсах вводят дополнительную ли нию стробирования. Сигнал строба STR, передаваемый по ней, должен поступить в прием ник ПРМ в момент tstr, соответствующий завершению установления на входах ПРМ состоя ния {bi}, т. е. в момент, когда выполняется условие tstr t2. При этом необходимо передать сигнал STR с задержкой относительно момента выдачи информационных сигналов на линии Л1 – Лm.

tstr 2max(i,j) = 2maxti - tj, где ti, tj – самый ранний и самый поздний моменты поступления сигналов в приемник ПРМ по линиям i и j, соответственно при одновременной их выдаче передатчиком;

ij – возможный разброс моментов поступления сигналов по линиям Л1–Лm, а str – по линии строба.

В дальнейшем будет в основном использоваться условная форма временной диаграм мы, приведенной на рис. 4.17, в, на которой параллельная передача сигналов по линиям Л1– Лm обозначена одной широкой полосой, суженная часть которой соответствует интервалу перекоса (tl, t2), строб показан в виде сигнала идеальной формы в момент завершения интер вала перекоса.

Синхронная и асинхронная передача информации. Взаимодействие передатчика ПРД и приемника ПРМ предполагает согласование во времени моментов передачи и приема квантов информации. При синхронной передаче передатчик ПРД поддерживает постоянные интервалы между очередными квантами информации в процессе передачи всего сообщения или значительной его части. Приемник ПРМ независимо или с помощью поступающих от передатчика управляющих сигналов обеспечивает прием квантов в темпе их выдачи.


a) б) в) Рис. 4.17. Передача данных в параллельном интерфейсе Для реализации синхронного режима передачи при последовательном интерфейсе пе редатчик ПРД в начале сообщения передает заранее обусловленную последовательность бит, называемую символом синхронизации SYN, Переход линии интерфейса из состояния «0» в состояние «1» используется приемником для 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 иллюстрируется на рис. 4.18, а. Постоянство интервалов передачи (и приема) символов обеспечивается синхронно работающими независимыми генераторами в передатчике и приемнике, которые обладают высокой стабильностью частоты. При высоких скоростях передачи используется синхронизация генератора приемника посредством исполь зования самосинхронизирующего кодирования передаваемых данных (например, манчестер ского кода). При нарушении условий синхронизации передатчик должен вставить в последо вательность передаваемых байт сообщения дополнительные символы SYN.

Если при последовательной передаче используются дополнительные линии интерфей са, то синхронная передача передатчика и приемника поддерживается сигналами синхрони зации, передаваемыми по линиям управления от передатчика к приемнику.

Аналогично с помощью сигнала синхронизации реализуется синхронная передача в па раллельном интерфейсе. В качестве сигнала синхронизации используется стробирующий сигнал. Очередной квант информации передается только после того, как предыдущий квант принят, зафиксирован и распознан в приемнике, т. е. по прошествии интервала Tci. Если пе редача сообщений через интерфейс производится между передатчиком ПРД и одним из не скольких приемников ПРМ, то интервал синхронизации Т устанавливается в расчете на наи более медленный приемник ПРМ, т. е. Т mах Tci.

а) б) Рис. 4.18. Синхронная передача Передачу называют асинхронной, если синхронизация передатчика и приемника осуще ствляется при передаче каждого кванта информации. Интервал между передачей квантов не постоянен. При последовательном интерфейсе каждый передаваемый байт «обрамляется»

стартовыми и стоповыми сигналами, как показано на рис. 4.18, б. Стартовый сигнал изменя ет состояние линии интерфейса и служит для запуска генератора в приемнике;

стоповый сигнал переводит линию в исходное состояние и останавливает работу генератора. Таким образом, синхронизация передатчика и приемника поддерживается только в интервале пере дачи одного байта.

При параллельном интерфейсе режим асинхронной передачи обычно реализуется по схеме «запрос-ответ», рис. 4.19, а. Приемник ПРМ, получив сигнал по линии строба и зафик сировав байт сообщения по линиям Л1–Лm, формирует ответный сигнал-квитанцию RCP, пересылаемый в передатчик ПРД;

такую передачу называют передачей с квитированием.

Сигнал RCP является разрешением передатчику перевести линии Л1–Лm и линию стробиро вания в исходное состояние, после чего приемник ПРМ также сбрасывает сигнал RCP. Сброс сигнала RCP служит для передатчика разрешением на передачу очередного байта. Затраты времени на асинхронную передачу Та составляют при ПРД = ПРМ = Та = 4 Л + 2 ПРД + 2 ПРМ = 4(Л + ), где Л – время распространения сигнала по линии, ПРД и ПРМ – задержки на формиро вание ответного сигнала в приемнике и передатчике. Отметим, что линии Л1–Лm использу ются для передачи квантов сообщения только в течение половины интервала Tа.

Для увеличения пропускной способности асинхронного интерфейса можно реализовать «ускоренную» передачу с двумя линиями стробирования (STR1 и STR2) и квитирования (RCP1 и RCP2), рис. 4.19, б. Передача информационных сигналов по линиям Л1–Лm произ водится почти в два раза чаще;

безразличное состояние линий Л1–Лm отсутствует, а выдача квантов информации стробируется разными сигналами STR1 и STR2. Интервал Та между выдачей квантов информации составит Tа = 2 (Л + ).

Квитирование позволяет, как бы подстроить темп обмена под каждое конкретное уст ройство и обеспечить в ряде случаев высокий темп обмена, несмотря на необходимость пе редачи сигналов в двух направлениях. Кроме того, квитирование обеспечивает высокую на дежность передачи и достоверность передаваемых данных. Однако при передаче с квитиро ванием может возникнуть ситуация, при которой процесс обмена прерывается из-за отказа, повлекшего отсутствие сигнала квитанции. Выявление подобных ситуаций основывается на измерении интервала времени, в течение которого передатчик гарантированно должен полу чить сигнал-квитанцию. Если за этот установленный интервал ТOT сигнал передатчиком не будет получен, то фиксируется отказ. Такой контроль называют контролем по тайм-ауту, а интервал ТOT – интервалом тайм-аута, величина которого должна отвечать условию:

ТOT mах {Тai}, где Tai –возможные интервалы между выдачей квантов информации устройствами при отсутствии отказов.

а) б) Рис. 4.19. Передача по схеме «запрос-ответ»

Соединение устройств и организация линий интерфейса. Соединение между собой нескольких устройств выполняется посредством индивидуальных линий для каждой пары устройств (двухточечная схема) или общей для всех устройств среды интерфейса на основе разделения времени. Во втором случае для предотвращения конфликтных ситуаций, возни кающих при попытках нескольких устройств одновременно использовать общую среду, вы деляют специальную схему управления интерфейсом, обычно называемую арбитром.

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).

Аппаратные интерфейсы СВВ обычно реализуют только первый вид обмена – между двумя устройствами, причем оба устройства назначаются произвольно или одно из них (обычно центральное, обозначаемое ниже Уц) фиксируется при разработке ВС. 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 адресацией;

- идентифицировать устройство, инициирующее обмен;

этот процесс неразрывно свя зан с процедурой арбитража и его основой является последовательный опрос устройств.

Организация адресации и опроса, а также структура схемы управления интерфейсом в значительной степени определяются способом соединения устройств. По этому признаку различают радиальный, магистральный, цепочный и комбинированный интерфейсы.

Радиальный интерфейс. Центральное устройство Уц соединено с подчиненными уст ройствами У1,..., Уn посредством индивидуальных линий, монопольно принадлежащих ка ждому из них, рис. 4.20.

Рис. 4.20. Радиальный интерфейс Управление интерфейсом полностью сосредоточено в устройстве Уц. При необходимо сти передать или получить квант информации от Уi по инициативе центрального устройства Уц на регистр РгА заносится адрес устройства Уi и в соответствии с ним переключатель К соединяет линии Лц с линиями Лi. При этом устройства Уц и Уi соединяются между собой, а все остальные устройства отключаются и в обмене участия не принимают. Если инициатива обмена исходит от периферийного устройства Уi, то оно передает сигнал по своей линии за проса (на рисунке показаны штриховыми), который поступает в i-й разряд регистра запроса РгЗ. Как только Уц освобождается от предыдущего обмена, его устройство управления ин терфейсом УУ последовательно опрашивает разряды регистра РгЗ и посредством переклю чателя К соединяет линии Лц с соответствующими линями Лi устройства Уi. Порядок опроса разрядов РгЗ определяет приоритет обслуживания устройств Уi.

Отличительными особенностями радиального способа подключения являются:

• сосредоточенное в центральном устройстве управление интерфейсом, которое пред назначено для согласования моментов приема и передачи сообщения;

• наличие индивидуальных информационных линий, требующих значительных затрат на приемопередающую аппаратуру, и кабелей связи;

• использование минимального числа линий управления;

• возможность сравнительно просто приспособить ПУ к требованиям интерфейса, а также производить физическое подключение и отключение устройств без нарушения непре рывной работы других.

Этот способ характерен для интерфейсов нижних рангов, особенно при последователь ном способе передачи информации;

ему отдают предпочтение при необходимости подклю чения к ЭВМ достаточно простых ПУ, например, устройств технологической автоматики и контрольно-измерительной аппаратуры.

Магистральный интерфейс. Центральное устройство Уц соединено с подчиненными устройствами У1,..., Уn посредством единой магистрали, используемой ими на основе раз деления времени (рис. 4.21). Сигнал на любой линии магистрали физически доступен каж дому устройству, поэтому для организации обмена между устройством Уц и одним из подчи ненных устройств необходимо логически отключить все остальные. Всем устройствам Уi, подключенным к магистрали, присвоены адреса (номера), которые фиксируются в виде соб ственного адреса устройства на специальных регистрах, размещенных во всех Уi. Адреса устройств одной магистрали не повторяются;

запись адреса в регистр устройства Уi произво дится при подключении его к магистрали.

Предположим, что обмен производится по инициативе устройства Уц. Тогда оно произ водит цикл адресации, заключающийся в передаче адреса запрашиваемого устройства по ма гистрали.

Адрес поступает во все устройства Уi, где производится сравнение переданного адреса с собственным адресом. Однако совпадение собственного и запрашиваемого адреса про изойдет 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 (на рис. 4.21 линия ТРБ), на которую любое устройство Уi независимо от других может выставлять сигнал за проса (или требования ТРБ). Сигнал запроса означает для Уц, что на магистрали имеется од но или несколько устройств Уi, запрашивающих обмен. Обнаружив сигнал запроса (эту функцию выполняет схема анализа ТРБ), устройство Уц должно дать разрешение на занятие магистрали только одному из запрашивающих устройств Уi для выполнения передачи дан ных. Для этого проводится опрос устройств Уi, т.е. устройство Уц последовательно осущест вляет адресацию всех Уi до тех пор, пока не получит подтверждения запроса.

Рис. 4.21. Магистральный интерфейс Подтверждение запроса может быть передано любым способом, например, по инфор мационной шине, так как в процессе опроса при последовательном переборе адресов каждое из устройств Уi получает разрешение на занятие магистрали. Так, при совпадении собствен ного и запрашиваемого адресов устройство Уi может выставить на информационную шину свой адрес, подтвердив совпадение, или какой-нибудь код, означающий несовпадение;

кроме того, может быть выделена специальная линия для передачи сигнала подтверждения. Уст ройство Уц, получив подтверждение от Уi, прекращает дальнейшее формирование адресов, т.е. приостанавливает опрос, а устройство Уi, которое в процессе опроса опознало свой адрес и подтвердило совпадение адресов, логически подключается к магистрали для передачи дан ных.

При магистральном способе подключения управление интерфейсом распределено меж ду центральным устройством Уц, которое содержит схему анализа запросов и средства фор мирования последовательностей адресов, и подчиненными У1,..., Уn устройствами, которые содержат регистр собственного адреса, схему совпадения адресов и схему запроса обмена.

Устройство Уц разрешает конфликты одновременного обращения в соответствии с порядком опроса устройств Уi, который легко изменяется программным путем. Объем приемопере дающей аппаратуры и кабельных соединений уменьшается, но усложняется схема управле ния в Уi Сигналы на линиях магистрали доступны одновременно всем устройствам, поэтому передача адресов и данных не требует значительных затрат времени, однако процедура оп роса весьма длительна из-за последовательного перебора адресов Уi. Вследствие этого в ре альные интерфейсы, построенные по магистральному способу с параллельными коллектив ными линиями, добавляют элементы радиального или цепочного подключения.

Цепочный интерфейс. При цепочном интерфейсе подчиненные устройства У1,..., Уn подключаются к центральному последовательно, образуя цепочку (рис. 4.22).

Рис. 4.22. Цепочный интерфейс В такой цепочке всем устройствам У1,..., Уn присваиваются неповторяющиеся адреса.

Тогда, 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 У1 ведет обмен с Уц. Процедура опроса не требует последовательного перебора адресов У1,...,Уn, что значительно ее ускоряет. Однако в описанном виде цепочное подключение устройств не используется. Это объясняется значительными затратами времени на процеду ру адресации из-за ее последовательного характера, значительными затратами на коммути рующую аппаратуру и невозможностью физического отключения устройств без нарушения работы других.

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

На рис. 4.23 приведена структура магистрально-радиального интерфейса. Все виды ин формации передаются по параллельной магистрали М. При необходимости связаться с ка ким-либо устройством Уi, центральное устройство Уц передает ему сигнал по индивидуаль ной линии управления (разрешение работы). Этот сигнал служит для подключения устройств к магистрали М с помощью коммутатора К;

все остальные устройства от магистрали отклю чены, но имеют возможность передачи сигналов запроса по своим индивидуальным линиям управления в блок управления магистралью (арбитр), расположенный в Уц. Таким образом, каждое из устройств У1,...,Уn соединено с Уц двумя индивидуальными линиями: линией за проса и линией разрешения. Устройство Уц анализирует запросы, поступившие по системе индивидуальных линий в регистр запросов, и в зависимости от принятой системы приорите тов выдает сигнал на одну из линий разрешения работы, тем самым обеспечивается связь по магистрали М центрального устройства Уц с одним из устройств У1,...,Уn.

Рис. 4.23. Магистрально-радиальный интерфейс Рис. 4.24. Магистрально-цепочный интерфейс Магистрально-цепочная структура является наиболее распространенной в аппаратных интерфейсах СВВ. Все виды информации передаются по общей магистрали;

адресация вы полняется 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 фиксированным 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 предусматриваются линии запроса (ТРБ) и указа ния занятости магистрали (ЗАН) – рис. 4.24. Если инициируется обмен со стороны устройств У1,...,Уn, то каждое из них может выставлять сигнал запроса на линию ТРБ. Получив этот сигнал, устройство Уц с целью селекции запрашивающего устройства начинает процедуру опроса, т.е. выдает сигнал на линию ВБР. Сигнал ВБР поступает на устройство У1. В случае, если обмен инициирован устройством У1, т.е. сигнал ТРБ сформирован в У1, линии магист рали посредством коммутатора К подключаются к У1, устройство формирует сигнал ЗАН, а сигнал ВБР на следующее устройство У2 не передает. Если сигнал ТРБ был сформирован каким-либо другим устройством, то устройство У1 передает сигнал ВБР по цепочной линии на устройство У2, где производится такой же анализ. Таким образом, последовательный ана лиз наличия запроса на обмен в каждом из устройств У1,..., Уn позволяет выделить одно из них, обладающее наибольшим приоритетом среди всех устройств, инициирующих обмен.

Для своей идентификации устройство Уi в начале сообщения передает собственный адрес.

Для реализации распределенной схемы арбитража вводят сигнал тактирования;

при этом сигнал разрешения по-прежнему передается по цепочной линии. Распространение сиг нала разрешения может быть прервано любым устройством, однако только в момент поло жительного (или отрицательного) фронта сигнала тактирования. Любое устройство может начинать передачу сообщения по магистрали при наличии сигнала разрешения, но только в момент отрицательного (положительного) фронта сигнала тактирования. Подробнее эта про цедура рассмотрена на примере интерфейса И-41.

Организация линий интерфейса. Помимо деления линий на индивидуальные и коллек тивные, их принято делить по критерию возможного направления передачи на одно- и дву направленные, а по критерию возможности совмещения передачи различных видов инфор мации на полностью совмещенные, с частичным совмещением и полным разделением.

При изменении электрического потенциала сигнал распространяется по проводнику во всех направлениях одинаково (со скоростью света), поэтому термины «однонаправленная» и «двунаправленная» означают не направление распространения сигнала по линии, а право из менять потенциал на ней. Правом изменять потенциал линии обладает передатчик. Таким образом, если передатчики располагаются с обоих концов линии, то ее называют двунаправ ленной. Двунаправленный характер передачи по линии делает невозможным использование обычных логических ТТЛ-схем, поэтому для двунаправленных линий применяют схемы с открытым коллектором или схемы с тремя устойчивыми состояниями.



Pages:     | 1 |   ...   | 3 | 4 || 6 | 7 |   ...   | 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.