Классификация интерфейсов

Для надежной передачи данных временные диаграммы обмена строятся с учетом возможного разброса времени прохождения сигналов, что является одним из факторов, сдерживающих рост пропускной способности параллельных интерфейсов.

В настоящее время не существует единой достаточно полной и объективной классификации интерфейсов. Имеющиеся классификации основываются, как правило, на одном классификационном признаке или же строятся для одного класса интерфейсов. Определенным обобщением этих классификаций является стандарт на классификационные признаки интерфейсов (ГОСТ 26.016-81), однако описанные в нем признаки позволяют характеризовать только определенные аспекты организации интерфейсов. Более полная характеристика и систематизация интерфейсов могут быть выполнены при условии классификации по нескольким совокупностям признаков, поэтому здесь мы ограничимся рассмотрением наиболее важных, с практической точки зрения, характеристик интерфейсов.

Итак, интерфейсы подразделяются по способу соединения компонентов системы (магистральный, радиальный, цепочечный, смешанный).

При магистральном способе имеются шины, к которым  подключены  все  устройства  системы. Характерно,    что  сигналы шины доступны  всем  устройствам, но в  каждый  момент  времени только  два  устройства  могут обмениваться  данными (1:1). Возможны  также  широковещательные  операции (1:М).

В системе с  радиальной  структурой  имеется центральное  устройство (контроллер  или  концентратор),  связанный  с каждым  из  абонентов  индивидуальной  группой   однонаправленных  линий.

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

С появлением шин USB и FireWire в качестве характеристики интерфейса стала фигурировать и топология соединения. Для интерфейсов RS-232C и Centronics практически всегда применялась двухточечная топология PC - устройство (или PC - PC). Интерфейсные шины USB и FireWire реализуют древовидную топологию, в которой внешние устройства могут быть как оконечными, так и промежуточными (разветвителями). Эта топология позволяет подключать множество устройств к одному порту USB или FireWire (смешанный способ соединения).

По способу передачи информации интерфейсы подразделяются на параллельные и последовательные. В параллельном интерфейсе все биты передаваемого слова (байта или слова из 2-х, 4-х либо 8-х байт) выставляются и передаются по соответствующим параллельно идущим проводам одновременно. В PC традиционно используется параллельный интерфейс Centronics, реализуемый LPT-портами, также параллельная передача используется в шинах расширения. В последовательном интерфейсе биты передаются друг за другом, обычно по одной линии. СОМ-порты PC обеспечивают последовательный интерфейс в соответствии со стандартом RS-232C, необходимо отметить, что последовательными являются все без исключения новые типы интерфейсов.

При рассмотрении интерфейсов важным параметром является пропускная способность (или скорость передачи/обмена). Технический прогресс приводит к неуклонному росту объемов передаваемой информации. Если раньше матричные принтеры, печатающие в символьном режиме, могли обходиться и СОМ-портом с невысокой пропускной способностью, то современным лазерным принтерам при высоком разрешении не хватает и производительности самых быстрых LPT-портов. То же касается и сканеров. А передача «живого» видео, даже с применением компрессии, требует немыслимой ранее пропускной способности.

При параллельной передаче пропускная способность определяется следующим образом (для шинной организации):

Проп. способность (Мбайт/с) = разрядность данных (Байт) * тактовая частота (МГц), здесь предполагается, что данные передаются по каждому такту шины.

В случае последовательной передачи пропускной способность  определяется особенностями протокола (тактовой частотой, форматом посылки и др.), при этом, как правило, используется единица измерения бит/с (Кбит/с, Мбит/с, Гбит/с), а пересчет в  Байт/с (Кбайт/с и т.д) приводится для сравнительного анализа, при этом значение в битах/с делится на число от 8 до 10 по вышеуказанным причинам.

Вполне очевидно, что при одинаковых 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 самое неприятное, задержки в разных линиях интерфейса могут быть различными вследствие неидентичности проводов и контактов разъемов. Для надежной передачи данных временные диаграммы обмена строятся с учетом возможного разброса времени прохождения сигналов, что является одним из факторов, сдерживающих рост пропускной способности параллельных интерфейсов. В последовательных интерфейсах, конечно же, есть свои проблемы повышения производительности, но, поскольку в них используется меньшее число линий (в пределе - одна), повышение пропускной способности линий связи обходится дешевле. В настоящее время все новейшие перспективные типы интерфейсов (как внешние так и внутренние), используют последовательную передачу, при этом скорости передачи могут превосходить скорости аналогичных параллельных интерфейсов на порядок и более.

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

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

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.

Интерфейсы подразделяются по принципу обмена информацией (асинхронный, синхронный);

При асинхронной передаче (на примере последовательной связи) каждому байту предшествует старт-бит, сигнализирующий приемнику о начале посылки, за которым следуют биты данных и стоп-бит, гарантирующий паузу между посылками, при этом старт-бит следующего байта посылается в любой момент после стоп-бита, то есть между передачами возможны паузы произвольной длительности. Синхронный режим передачи предполагает постоянную активность канала связи. Посылка начинается с синхробайта, за которым сразу же следует поток информационных бит. Если у передатчика нет данных для передачи, он заполняет паузу непрерывной посылкой байтов синхронизации.

Другим немаловажным параметром интерфейса является допустимое удаление соединяемых устройств (длина линии связи). Оно ограничивается как частотными свойствами кабелей, так и помехозащищенностью интерфейсов. Часть помех возникает от соседних линий интерфейса - это перекрестные помехи, защитой от которых может быть применение витых пар проводов для каждой линии. Другая часть помех вызывается искажением уровней сигналов.

Важным свойством интерфейса, на которое часто не обращают внимания, является гальваническая развязка, а точнее ее отсутствие. «Схемные земли» устройств, соединяемых, к примеру, интерфейсом с СОМ- или LPT-портом, оказываются связанными со схемной землей компьютера (а через интерфейсный кабель и между собой). Если между ними до подключения интерфейса была разность потенциалов, то по общему проводу интерфейса потечет уравнивающий ток, что плохо по целому ряду причин. Падение напряжения на общем проводе, вызванное протеканием этого тока, приводит к смещ нию уровней сигналов, а протекание переменного тока пр водит к сложению полезного сигнала с переменной составляющей помехи. К этим помехам особенно чувствительны ТТЛ-интерфейсы; в то же время в RS-232C смещение и помеху в пределах 2 В поглотит зона нечувствительности. В случае обрыва общего провода или плохого контакта, а гораздо чаще - при подключении и отключении интерфейсов без выключения питания устройств разность потенциалов прикладывается к сигнальным цепям, а протекание уравнивающих токов через них часто приводит к пиротехническим эффектам. Из интерфейсов гальваническую развязку устройств обеспечивают только MIDI (одностороннюю с напряжением изоляции до 100 В) и шина FireWire (полную с напряжением изоляции до 500 В).

Кроме рассмотренных признаков классификации, интерфейсы можно разделить на внешние - соединяющие устройства, удаленные друг от друга на заметное расстояние (реализуемые, как правило, портами на системном блоке), и внутренние -  предназначенные для быстрой связи на короткие расстояния (в виде слотов шин расширения на материнской плате).

При выборе того или иного способа подключения ВУ свою роль могут сыграть такие параметры соответствующего интерфейса, как например, возможность горячего подключения, необходимость вскрытия ПК для подключения, не надо забывать и о степени сложности проектируемого УС.

Чтобы получить представление об используемых интерфейсах в современных ПК, достаточно ознакомиться с прайс-листом какой-нибудь компании по продаже компьютерной техники. Приведем структурные схемы некоторых популярных чипсетов (ChipSet - набор микросхем) материнских плат.




А так же :

Любимые ароматы общественных людей !-- /*


Уфимский государственный нефтяной технический университет (УГНТУ) осуществляет ...


Построение идеальной системы продаж
Конечно, идеальной системы продаж не существует. Но стремиться к этому желательно. В статье мы приводим 10 характеристик, которые помогут вам проверить, насколько ваша система продаж близка к идеалу. 1. Системность продаж Исторически сложилось так, что доскональное знание своего продукта или услуги является основным слагаемым успеха.


Расчет и анализ аналитических коэффициентов финансовой деятельности предприятия .
1. Введение . Одной из самых главных задач предприятия является оценка финансового положения предприятия, которая возможна при совокупности методов, позволяющих определить состояние дел предприятия в результате анализа его деятельности на конечном интервале времени . Цель этого анализа - получение информации о его финансовом положении, платежеспособности и доходности .


Ценный триллион



Hosted by uCoz