49.Классификация интерфейсов.

Классификация интерфейсов основывается на ряде классификационных признаков.

Способ соединения компонентов системы – магистральный, радиальный, цепочечный, смешанный.

• При магистральном способе всеустройства системы подключаются к коллективной шине. Характерно, что сигналы шиныдоступны всемустройствам, но в каждый момент времени только два устройства могут обмениваться данными. Возможны также широковещательные операции.

• В системе с радиальной структурой имеется центральное устройство (контроллер или концентратор), связанноес каждым из компонентов индивидуальной группой линий.

• При цепочечной структуре каждоеустройство связано не более чем с двумя другими. Частным случаем цепочечной структуры является кольцевая.

• Способ передачи информации – параллельный, последовательный.

• В параллельном интерфейсе все биты передаваемого слова выставляются и передаются по соответствующим параллельно идущим линиям одновременно. Обычно ширина интерфейса соответствует или кратна байту.

• В последовательном интерфейсе биты передаютсядруг за другом, обычно по одной (возможно, и двухпроводной) линии. Эта линия может быть как однонаправленной (например, в RS-232C), так и двунаправленной (например, в USB).

При одинаковом быстродействии приемопередающих цепей и пропускной способности соединительных линий по скорости передачи параллельный интерфейс должен превосходить последовательный. Однако повышение производительности за счет увеличения тактовой частоты передачи данных упирается в волновые свойства соединительных кабелей. В случае параллельного интерфейса начинают сказываться задержки сигналов при их прохождении по линиям кабеля и, что более важно, задержки в разных линиях интерфейсамогут быть различными вследствие неидентичности проводов и контактов разъемов. Для надежной передачи данных временные диаграммы обмена строятся сучетом возможного разброса времени прохождения сигналов, что является однимиз факторов, сдерживающих рост пропускной способности параллельных интерфейсов. В последовательных интерфейсах есть свои проблемы повышения производительности,но поскольку в них используется меньшее число линий (в пределе – одна), повышениепропускной способности линий связи обходится дешевле.

Принцип обмена информацией – синхронный, асинхронный.

• В случае синхронного принципа обмена устройство-источник определяет темп выдачи и приема информации и синхронизирует все процессы, связанные с передачей данных. Может синхронизироваться прохождениев линии каждого бита, группы битов (символа) и сообщения.

• Асинхронный принцип передачи в интерфейсах ocнован на режиме запроса-ответа. В этом случаеустройство-источник по одной из линии интерфейсавырабатывает сигнал о выдаче данных на ШД (сигнал готовности) и направляет его в устройство-приемник. Приемник фиксирует поступление сигнала готовности источника, принимает данные и извещает об этом источник сигналом подтверждения (сигналом готовности приемника), появляющимся надругой линии. Источник, восприняв ответ,снимает передаваемые данные. Таким образом, интервал времени, в течение которого источник выводит данныена шину интерфейса, является переменными зависит от характеристик, как самого источника, так и приемника сигналов, атакже характеристик линий связи.

При синхронной передачеданных по сравнению с асинхронной более эффективно используется канал связи и достигается лучшая помехозащищенность передаваемых данных. В свою очередь асинхронный способ обеспечивает возможность передачи данных со скоростью, соответствующей быстродействию того устройства, с которым в данный момент времени происходит обмен информацией (автоматическая подстройка скорости передачи данных).

Режим обмена информацией – симплексный, полудуплексный, дуплексный, мультиплексный.

• Для случая связи двух абонентов в симплексном режиме лишь один из двух абонентов может инициировать в любой момент времени передачу информации по интерфейсу. Симплексный (односторонний) режим предусматривает только одно направление передачи информации (во встречном направлении передаются только вспомогательные сигналы интерфейса).

• Для случая связи двух абонентов в полудуплексном режиме любой абонент может начать передачу информации другому абоненту, если линия связи интерфейса при этом оказывается свободной. Полудуплексный режимпозволяет передавать информацию в разных направлениях поочередно, при этом интерфейс имеет средства переключения направления канала.

• Для случая связи двух абонентов в дуплексном режиме каждый абонент может начать передачу информации другому в произвольный момент времени. Дуплексный режим позволяет по одному каналу связи одновременно передавать информацию в обоих направлениях. Он может быть асимметричным, если значения пропускной способности в разных направлениях существенно различаются, или симметричным.

• В случае связи нескольких абонентов в мультиплексном режиме в каждый момент времени связь может быть осуществлена между парой абонентов в любом, но единственном направлении от одного из абонентов к другому.

Связность интерфейса – односвязный, многосвязный интерфейс.

Связность определяется числом путей передачи информации между отдельными устройствами системы.

• В односвязном интерфейсе существует только единственный путь передачи информации между двумя устройствами системы.

• Многосвязный интерфейс позволяет устройствам обмениваться информацией понескольким независимым путям. Многосвязность интерфейсов требует дополнительной аппаратуры, но повышает надежность и живучесть МПС, обеспечивает возможность автоматической реконфигурации системы при выходе из строя отдельных устройств.

Приведенные признаки позволяют характеризовать только определенные аспекты организации интерфейсов. Более полные характеристика и классификация интерфейсов могут быть получены на основе совокупности нескольких основных признаков:

• функциональное назначение;

• логическая и функциональная организации;

• физическая реализация.

В соответствии с функциональным назначением интерфейсы можно разделить на следующие основные классы:

• системные (или машинные);

• периферийных устройств;

• мультимикропроцессорных систем;

• распределенных вычислительных систем.

Системные интерфейсы предназначены для организации связей между составными компонентами МПС, т.е. непосредственно для построения системы и связи с внешней средой.

Интерфейсы периферийного оборудования выполняют функции сопряжения МПС с различным периферийным оборудованием: УВВ, ВЗУ, измерительными приборами, исполнительными устройствами, аппаратурой передачи данных и т.п. Интерфейсы периферийного оборудования представляют самый большой класс систем сопряжения, что объясняется широкой номенклатурой и разнообразием периферийного оборудования. Интерфейсы периферийного оборудования подразделяются на интерфейсы периферийных устройств и приборные интерфейсы. Интерфейс периферийных устройств служит для подключения к системному интерфейсу МПС различных по принципу действия периферийных устройств, каждое изкоторых имеет стандартный интерфейс. Под приборным интерфейсом понимается совокупность неунифицированных сигналов, которая обеспечивает обмен информацией и управление некоторым конкретным прибором. Функциональное назначение интерфейса периферийных устройств и приборного интерфейса одно и то же – связь МПС с периферийным оборудованием (например, УВВ или с объектом управления). Но в первом случае эта связь осуществляется на основе уже стандартного решения, а во втором – произвольно выбранного разработчиком.

Интерфейсы мультимикропроцессорных систем представляют собой в основном магистральные системы сопряжения, ориентированные на объединение в единый комплекс нескольких процессоров, модулей памяти, контроллеров ВЗУ, ограниченно размещенных в пространстве. В группу интерфейсов мультимикропроцессорных систем входят в основном внутриблочные, процессорно-независимые системы сопряжения. Характерным их отличием от обычных магистральных интерфейсов является техническая реализация функций селекции и координации, что позволяет подключать к ним один или несколько процессоров.

Этот класс интерфейсов отличают высокая пропускная способность и минимальное время доступа процессора к общей памяти. Интерфейсы распределенных вычислительных систем предназначены для интеграции средств обработки информации, размещенных на значительном расстоянии, и ориентированы на использование в системах различного функционального назначения. Обычно это системы сопряжения с последовательной передачей информации магистральной или кольцевой структуры. Этот классинтерфейсов в зависимости от назначения разделяется на группы интерфейсов:

• локальных вычислительных сетей (с длиной магистрали от десятков метров до нескольких километров);

• распределенных систем управления;

• территориально и географически распределенных сетей ЭВМ (с длиной линии более десяти километров).

Интерфейс локальной вычислительной сети используется для включения встраиваемой МПС в локальную вычислительную сеть, которая представляет собой систему рабочих станций набазе персональных компьютеров и программируемых контроллеров, связанных между собой каналами передачи данных и территориально расположенных, как правило, в пределах одного здания.

Локальные вычислительныесети науровне распределенных системуправления наиболее часто встречаются при решении задач промышленной автоматизации. Поэтому для таких локальных сетей чаще используется термин «промышленная сеть».

Промышленные интерфейсы связи используют протоколы, отличные от локальных и глобальных вычислительных сетей. Компании, специализирующиеся в области средств автоматизации, разрабатывают собственные стандарты (например, Profibus фирмы Siemens.). Но в основе всех промышленных сетей лежит последовательный интерфейс.

Классификация интерфейсов по логической и функциональной организации выполняется раздельно для информационного и управляющего каналов по следующим основным признакам.

По физической реализации (конструктивному исполнению) интерфейсы могут быть разделены на четыре категории:

межблочные, обеспечивающие взаимодействие компонентов на уровне прибора, автономногоустройства, блока, стойки, шкафа;

внутриблочные, обеспечивающие взаимодействие на уровне плат, субблоков;

внутриплатные, обеспечивающие взаимосвязь между интегральными схемами (СИС, БИС, СБИС) на печатной плате;

внутрикорпусные, обеспечивающие взаимодействие компонентов внутри СБИС.

Межблочное сопряжение реализуется на уровне следующих конструктивных средств: коаксиального и оптоволоконного кабеля, многожильного плоского кабеля (шлейфа), многожильного кабеля на основе витой пары проводов. Внутриблочное сопряжение печатных плат, субблоков выполняется печатным способом или накруткой витой парой проводов внутри блока, стойки, шкафа.