3.6.1. Классификация интерфейсов

В настоящее время используется большое многообразие интерфейсов, которые можно классифицировать по ряду признаков:

- по способу соединения функциональных блоков;

- по способу передачи информации;

- по принципу обмена информацией;

- по режиму передачи информации;

- по функциональному назначению;

- по конструктивному исполнению.

По способу соединения функциональных блоков (по топологии) различают магистральные, радиальные, цепочечные и смешанные интерфейсы.

В цепочечных интерфейсах (рис. а) модули соединены последовательно.

Управляющий модуль в таких структурах может отсутствовать. Применяют цепочечные интерфейсы в сравнительно простых системах с малым числом автономных приборов.

Если вход и выход цепочки подключаются к управляющему модулю, то цепочную структуру называют петлевой.

В чисто цепочечной структуре происходит последовательная обработка информации по мере её продвижения по цепочке.

Каждый модуль выделяет предназначенное для него сообщение и на его место размещает своё.

В петлевой структуре образуется последовательная магистраль, и любой модуль практически имеет доступ к управляющему модулю.

В радиальной структуре (рис.6) каждый модуль связан с управляющим модулем индивидуальной шиной; адресация определяется номерами индивидуальных шин.

Скорость обмена информацией в такой структуре максимальная.

Если управляющий модуль имеет возможность подключаться к большому количеству линий, то необходимы расширители ввода-вывода, а это требует необходимости адресации модулей, т.е. теряется достоинство радиальной структуры.

Широкое распространение радиальных структур ограничивается трудностями наращивания или перестройки.

В системах с магистральной структурой (рис. в) модули подключают к коллективной шине.

Имеется возможность обмена информацией между любыми модулями и возможность поочередного управления от нескольких управляющих модулей.

По сравнению с радиальной структурой здесь меньше затрат на соединительное оборудование, но скорость обмена ниже.

В настоящее время данная система получила очень широкое распространение. Наиболее предпочтительное её использование - в системах с большим количеством модулей.

Пример смешанной структуры соединения показан на рис. г.

Смешанное (гибридное) соединение модулей даёт возможность повысить производительность отдельных подсистем, уменьшить конструктивную и энергетическую избыточность.

По способу передачи информации различают параллельные, последовательные и параллельно-последовательные системы.

В параллельных интерфейсах обмен информацией (данными) осуществляется за один такт обмена (одну посылку).

Параллельный обмен предполагает фиксированную разрядность устройств.

При последовательном обмене все сообщения передаются последовательно по общей линии.

Последовательная структура интерфейса находит применение в территориально разнесенных системах или в системах с распределенной обработкой информации с малой интенсивностью потоков информации.

Смешанный параллельно-последовательный (байтовый) способ широко используется в системах с различной разрядностью представления данных у разных устройств.

По режиму передачи информации различают следующие интерфейсы:

- с двусторонней одновременной передачей (дуплексные);

- с двусторонней поочередной передачей (полудуплексные);

- с односторонней передачей (симплексные).

Дуплексный режим предусматривает наличие двух линий обмена и отличается наибольшей интенсивностью обмена.

Полудуплексный режим применяется при магистральном соединении модулей и в системах с разделением во времени.

Симплексный режим используется в петлевых структурах.

Заметим, что рассмотренные способы и режимы передачи влияют на число интерфейсных линий.

Например, восемь двунаправленных линий - это параллельно-последовательный (бит - параллельно, байт - последовательно) полудуплексный интерфейс.

В перспективных интерфейсах в основном применяют двунаправленные линии.

По принципу обмена информацией интерфейсы подразделяют на синхронные и асинхронные.

В синхронных интерфейсах задаются фиксированные циклы сообщений.

Для фиксации циклов обычно используются синхроимпульсы, которые могут передаваться по отдельным линиям.

При синхронном обмене все приёмники информации должны иметь быстродействие не ниже передатчика, который определяет темп выдачи единиц сообщений.

В асинхронных интерфейсах передатчик и приемник информации обмениваются сигналами о выдаче и приеме данных.

В этом случае наличие дополнительных управляющих сигналов, передаваемых по специальным линиям, обязательно.

Управляющие сигналы в асинхронной системе инициируются либо передатчиком, либо приемником в зависимости от этапа процесса приема-передачи информации.

Обычно управляющий сигнал, сопровождающий данные на выходе передатчика, существует до момента подтверждения приемником факта приёма данных.

Цикл обмена здесь не является фиксированным.

Асинхронный принцип находит наибольшее применение.

В соответствии с функциональным назначением различают следующие интерфейсы:

- системные (машинные или ввода-вывода) интерфейсы ЭВМ;

- интерфейсы сосредоточенных магистральных мультипроцессорных систем;

- интерфейсы периферийного оборудования (общего назначения и специализированные);

- интерфейсы сетей передачи данных (стыки и протоколы);

- интерфейсы программно-управляемых модульных систем и приборов;

- интерфейсы локальных вычислительных сетей различных типов;

- интерфейсы распределенных систем общего назначения и управления;

- интерфейсы малых локальных сетей микроконтроллеров.

По конструктивному исполнению интерфейсы делят на следующие категории:

- межблочные, обеспечивающие взаимодействие компонентов на уровне автономного устройства, блока, стойки, шкафа;

- внутриблочные, обеспечивающие взаимодействие на уровне субблоков, модулей, плат;

- внутриплатные, обеспечивающие взаимодействие между интегральными схемами (СИС, БИС, СБИС);

- внутрикорпусные, обеспечивающие взаимодействие компонентов внутри СБИС.

Возможные средства конструктивной реализации указанных интерфейсов следующие:

- межблочная - многожильный, коаксиальный, волоконно-оптический кабель;

- внутриблочная - скрученная витая пара, печатные проводники платы;

- внутриплатная - печатные проводники платы;

- внутрикорпусная - микроэлектронные проводники.

Заключение. Перспективы развития информационно-измерительной техники

Прогресс измерительной техники сегодня, с одной стороны, опре­деляется постоянно растущими требованиями к функциональным возможностям, метрологическим и эксплуатационным характери­стикам средств измерений, а с другой стороны, обеспечивается серьезными достижениями в области микроэлектроники, вычис­лительной техники, прикладной математики, цифрового анализа сигналов, метрологии.

Основная тенденция развития измерительной техники - дальнейшее совершенствование метрологических характеристик средств измерений. Всегда актуальны в задачах измерений повышение точности, чувствитель­ности, разрешающей способности; расширение диапазонов возмож­ного изменения измеряемых величин; увеличение степени подавле­ния помех; повышение быстродействия средств измерений. В со­временной измерительной технике все чаще применяются методы автоматической компенсации систематических погрешностей и эффективного уменьшения случайных.

Не менее важным сегодня является и совершенствование экс­плуатационных характеристик средств измерений: повышение надежности; расшире­ние возможных диапазонов влияющих величин; обеспечение многофункциональности; внедрение автоматической диагностики внут­ренних узлов аппаратуры; обеспечение достаточно высоких уров­ней пыле- и влагозащищенности, защищенности от электромаг­нитных полей; уменьшение габаритных размеров и массы; умень­шение мощности потребления и, как следствие, увеличение време­ни непрерывной работы от одного комплекта внутреннего пита­ния; обеспечение удобства и простоты работы с прибором; созда­ние дружественного к пользователю интерфейса прибора.

Характерной тенденцией развития измерительной тех­ники в последние десятилетия стало все более широкое примене­ние цифровых методов преобразования, измерения, регистрации и анализа информации, повышение степени автоматизации и интеллектуализации средств измерений. Заметно изменилось соотно­шение между объемами статических и динамических измерений. Доля динамических моделей объектов и процессов непрерывно растет. Вследствие этого значительно возрастают объемы получа­емой в процессе экспериментов и обрабатываемой информации.

Поэтому все чаще возникает необходимость в автоматизирован­ном анализе больших массивов данных, причем нередко в реаль­ном времени хода исследуемого процесса. Все это требует постоян­ного увеличения объемов внутренней памяти средств из­мерений (цифровых регистраторов, осциллографов и анализато­ров), повышения мощности внутреннего интеллекта и произво­дительности микропроцессоров.

Непрерывно ведутся поиски перспективных методов преобразования, передачи и хранения информации; продолжаются разработки более эффективных и мощ­ных средств исследования явлений окружающего мира; расширя­ется номенклатура средств измерений.

Характерным для современного приборостроения стало и резкое сокращение сроков созда­ния новой аппаратуры.

Важной особенностью последних десятилетий является широ­кое распространение персональных компьютеров во всех областях деятельности человека и, конечно же, в измерительной технике.

Разработкой и применением компьютерных измерительных уст­ройств, комплексов и систем занимается с каждым годом все боль­шее число специалистов. При этом активно развиваются разнооб­разные формы анализа и представления информации (в том числе и наиболее наглядное - графическое представление данных).

Несомненно, что XXI век даст миру множество новых удивитель­ных открытий. Сегодня трудно даже представить себе, каких высот достигнет к концу этого века измерительная техника, как изме­нится ее роль в жизни общества и как она изменит само общество.