Acasă | Despre noi | feedback-ul
Integrarea modulelor IPS într-un singur sistem și interacțiunea MP cu dispozitivele externe are loc printr-o interfață (din interfața engleză - pentru a se potrivi, a fi de acord).
Interfața este un set de linii și autobuze, semnale și circuite electronice, algoritmi și programe care asigură schimbul de informații între diferitele dispozitive funcționale ale MEA și între MPS-urile în sine. Interfața este un concept generalizat. Puteți distinge:
· Mediul de interfață logică - acestea sunt regulile și algoritmii de schimb (adesea numiți protocoale), precum și programele care implementează schimbul;
• Mediul de interfață fizică este tipul și parametrii semnalelor;
· Interfață constructivă de interfață - acestea sunt circuite electronice, tipul și numărul de linii de comunicație, tipul de conectori electrici.
Interfața are un rol foarte important în UIP. Performanța, fiabilitatea și eficiența utilizării MPS este determinată nu numai de caracteristicile dispozitivelor componente, ci și de caracteristicile interfețelor care leagă dispozitivele MPS.
Interfața trebuie să furnizeze:
· Posibilitatea de a implementa MPS cu configurații diferite, adică cu compoziție diferită de dispozitive; să includă în sistem noi dispozitive fără nicio modificare a echipamentului, dar numai prin adăugarea de programe care să servească aceste dispozitive;
· Posibilitatea de a pune în aplicare în mod eficient AMM de schimb de informații cu dispozitiv care conțin în mod semnificativ diferite rate de date, precum și în condițiile în care cererile de operații I / O de la dispozitive externe ajung la momente aleatorii și au performanțe diferite de urgență relativă;
· Simplificarea și unificarea programării operațiilor de intrare / ieșire, cu excepția necesității de a ține seama de caracteristicile unuia sau a altui tip de dispozitiv extern.
Aceste cerințe pot fi realizate cu ajutorul interfețelor standard IPS.
Interfața standard este un set de unități hardware, software și instrumente de proiectare unificate necesare interacțiunii diferitelor dispozitive funcționale (module) ale MPS. Interacțiunea se realizează prin intermediul semnalelor transmise prin intermediul circuitelor electrice (sau optice), numite linii de interfață; un set de linii grupate în funcție de scopul lor funcțional se numește, de obicei, magistrala de interfață. Unificarea regulilor de interacțiune vizează furnizarea de informații, compatibilitate electrică și constructivă. Este unificarea și standardizarea care stă la baza construcției de interfețe.
Compatibilitatea electrică înseamnă consistența parametrilor semnalelor electrice și optice transmise de mediul de interfață, corespondența stărilor logice cu nivelele de semnal, capacitatea componentelor și caracteristicile liniilor de transport utilizate (lungime, sarcină admisibilă etc.).
Compatibilitate constructivă înseamnă posibilitatea conectării mecanice a circuitelor electrice și, uneori, înlocuirea mecanică a unor blocuri; Acest tip de compatibilitate este asigurată de standardizarea conectorilor (conectori, prize etc.), cabluri, desene etc.
Implementarea interfeței standard este determinată de documentul (standard) care îl descrie. Respectarea standardului asigură compatibilitatea produselor de la diferiți producători și garantează primirea caracteristicilor declarate ale interfeței.
Câteva zeci de interfețe standard sunt în prezent dezvoltate și utilizate. Toată această diversitate poate fi împărțită în două grupe în funcție de funcțiile îndeplinite:
· Interfețe de sistem care asigură interfața între module, între modulele MPS;
Interfețe externe care asigură comunicarea între IPS și dispozitivele externe, precum și între UIP în sine. Aceste interfețe sunt adesea numite interfețe I / O.
Interfețele externe sunt caracterizate de următorii parametri:
1) tipul conexiunii. distinge:
· Comunicații duplex (mesajele pot fi transmise simultan în două direcții, ceea ce necesită două canale de comunicare separate);
· Comunicare semi-duplex (mesajele pot fi transmise în două direcții, dar este posibilă o singură transmisie în același timp.) Se utilizează o legătură, dar se poate comuta pentru a schimba direcția transmisiei);
· Comunicare simplă (mesajele pot fi transmise numai într-o singură direcție);
2) trecerea, i. cantitatea de informații transmise prin interfața pe unitatea de timp (măsurată în Kbps sau Mbps);
3) distanța maximă permisă între dispozitive.
Valorile specifice ale acestor parametri depind de o varietate de factori, în special de lățimea de informații a interfeței, adică numărul de cifre ale datelor transmise, metoda de sincronizare, mediul de interfață, organizarea liniilor de interfață, suprapunerea sau separarea funcțională a liniilor. Toți acești factori determină organizarea interfeței.
Organizarea interfețelor este determinată de modul de transmitere a informațiilor (paralel sau secvențial, asincron sau sincron), conectarea dispozitivelor și utilizarea liniilor.
Transmiterea consecutivă și paralelă a informațiilor. Mesajele digitale pot fi transmise în formă serială și paralelă, respectiv interfețele sunt împărțite în secvențiale și paralele.
Într-o interfață serială, transmisia de date se realizează printr-un singur canal de informare. Acest canal poate consta dintr-o linie de semnal și un cablu invers (astfel de interfețe se numesc un singur fir). În general, numărul de linii poate fi mai mare. Sincronizarea și semnalele de control sunt transmise prin linii suplimentare. Interfețele de tip serial se caracterizează prin rate de transmisie relativ scăzute și costuri reduse ale rețelei de comunicații.
În interfața paralelă, transmisia mesajului este efectuată secvențial prin quanta care conține m biți. Fiecare cuantum este transmis simultan de-a lungul liniilor de semnal m. Valoarea lui m se numește lățimea interfeței și corespunde de obicei unui multiplu de octet. Cele mai frecvente sunt interfețele în care m = 8 sau m = 16.
Transferul sincron și asincron al informațiilor. Interacțiunea transmițătorului și a receptorului implică sincronizarea în timp a transmiterii și recepției unui cuantum de informații. În transmisia sincronă, transmițătorul menține intervale constante între următorul canal de informație în timpul transmiterii întregului mesaj. Receptorul independent sau prin intermediul unor semnale de comandă care sosesc de la transmițător asigură recepția cantitative la rata emisiei lor.
Modul de transfer sincronic cu o interfață serială poate fi implementat în două moduri:
1) utilizând sincronizarea internă;
2) utilizând sincronizarea externă.
Când se utilizează sincronizarea internă, transmițătorul transmite o secvență predeterminată de biți, numită SYN simbolul sincron, la începutul sesiunii de transfer de mesaje. linii de interfață de vară de la starea „1“ la starea „0“, folosit de receptor pentru a porni oscilator intern a cărui frecvență coincide cu generatorul de frecvență într-un transmițător; receptorul recunoaște simbolul transmis SYN și apoi primește simbolul mesajului, începând cu primul său bit. Acest proces este prezentat în Fig. 1, a. Constanța intervalelor de transmisie (și recepția) simbolurilor este asigurată de oscilatoarele independente care funcționează simultan în emițător și receptor, care trebuie să aibă o stabilitate înaltă a frecvenței.
Transmisia se numește asincronă dacă sincronizarea emițătorului și a receptorului se efectuează atunci când se transmite fiecare cuantum de informație. Intervalul dintre transmisia de quanta nu este constant. Cu o interfață serială, fiecare octet transmis este încadrat de biții de pornire și stop, așa cum se arată în Fig. 2. Bitul de pornire modifică starea liniei de interfață de la "1" la "0" și servește la pornirea generatorului în receptor; Becul de oprire comută linia la starea inițială și oprește funcționarea generatorului. Astfel, sincronizarea transmițătorului și a receptorului este susținută numai în intervalul de transmisie al unui octet de informație.
Fig.1. Transferul sincron de date: a) - cu sincronizare internă; b) - cu sincronizare externă
Fig. 2. Transferul asincron al datelor seriale
Conectarea dispozitivelor și organizarea liniilor de interfață. Interconectarea mai multor dispozitive se realizează prin linii individuale pentru fiecare pereche de dispozitive (circuit punct-la-punct) sau printr-o interfață comună pentru toate dispozitivele din mediul de interfață pe baza partajării timpului. În al doilea caz, pentru a preveni conflictele care apar atunci când mai multe dispozitive încearcă să utilizeze simultan mediul partajat, aceștia alocă o schemă specială de gestionare a interfeței, numită arbitrator.
Organizarea liniilor de interfață. În plus față de linii de divizare pe individ si colectiv, acestea pot fi împărțite în funcție de criteriul direcția posibilă transmisia pe unu și cu două sensuri și pe criteriul posibilității de a combina transmiterea diferitelor tipuri de informații pe deplin aliniată cu suprapunere și o separare completă.
Atunci când se schimbă potențialul electric al semnalului se propagă prin conductorul aceeași în toate direcțiile (viteza luminii), cu toate acestea, termenul „unidirecțional“ și „bidirecțional“ nu înseamnă direcția de propagare a liniei de semnal, precum și dreptul de a modifica potențialul pe ea. Transmițătorul are dreptul de a schimba potențialul liniei. Astfel, dacă emițătoarele sunt situate la ambele capete ale liniei, atunci se numește bidirecțională. Pentru a elimina posibilele conflicte pe etapele de ieșire de linie transmițătoare care urmează să fie efectuate pe elementele logice cu ieșire tristate sau colector deschis (scurgere deschis).
Mediul de interfață. Cele mai frecvente dintre interfețe sunt semnalele electrice. Interfețele seriale utilizează tehnici de transmisie a semnalelor cu o singură fire și două fire.
În Fig. 3, a este o diagramă a conexiunilor transmițătorului PD și a receptorului PM cu o linie de comunicație unidirecțională cu o singură fire.
Fig. 3. Transmisia semnalului în interfața serială:
a) - pe o singură conductă; b) - pe o linie cu două fire
Într-o linie de transmisie cu o singură conductă se utilizează un fir de semnal, a cărui tensiune este comparată în receptor cu tensiunea de semnal comună tuturor conductorilor de semnal. Această metodă de construire a liniei este cea mai simplă, dar are un dezavantaj semnificativ: semnalul de informație este interferat în linie. Aceasta limitează lungimea liniei cu doar câteva zeci de metri.
Transmisia semnalelor pe o linie electrică cu două fire poate reduce semnificativ efectul de interferență. Se utilizează o metodă de transmisie diferențială (Figura 3, b). Se utilizează un transmițător diferențial și un receptor diferențial. O linie cu două fire este realizată de obicei sub forma unei perechi răsucite. Semnalul transmițătorului apare la intrarea receptorului ca o diferență de tensiune, în timp ce interferența în linie rămâne în fază. Din acest motiv, receptorul diferențial practic nu percepe această interferență. Lungimea liniei de comunicație care utilizează această metodă de transmisie poate fi de sute de metri și chiar câțiva kilometri.
Un număr mic de linii de interfață serială face ușor să pună în aplicare izolare galvanică între emițător și receptor. Izolarea elimină curenții de egalizare pe conductoare comune și, astfel, reduce interferența de dispozitive individuale, care au o putere diferite, se poate reduce interferența pe liniile de interfață și de a proteja circuitul de comandă în caz de eșec al lanțurilor acționate electric. Izolarea galvanică se realizează fie la un capăt al liniei de comunicație, fie la ambele capete. De obicei, optocuploarele sunt utilizate în acest scop.
În ultimul timp, liniile de comunicare cu fibră optică (FOCL) au fost utilizate din ce în ce mai mult în interfețe. Pentru punerea lor în aplicare, există un număr mare de elemente de bază cu un grad ridicat de pregătire pentru utilizare. Un mare avantaj al FOCL este imunitatea la interferențe electromagnetice. Natura nemetalică a mediului de transmisie a datelor asigură o izolare galvanică între dispozitivele de interfață. Lățimea de bandă a legăturii cu fibră optică este mult mai mare decât cea a interfețelor digitale cu natura electrică a semnalelor. Principalul dezavantaj al FOCL este prețul ridicat al echipamentului prin cablu și transmițător.
Un alt tip de mediu optic de transmisie a datelor sunt canalele optice atmosferice. Ei au găsit o largă aplicație în interfețe cu lățime de bandă mică, care lucrează la o distanță de câțiva metri în linie. În astfel de sisteme, emițătorii sunt de obicei utilizați pe LED-uri în infraroșu. Deschiderea mediului de transfer de date face imposibilă funcționarea simultană a mai multor sisteme în cadrul aceleiași camere și, de asemenea, pune calitatea semnalului în funcție de starea atmosferei. Astfel de linii de transmisie de date au găsit o largă aplicație în aparatele de uz casnic, unde furnizează interacțiunea panourilor de control cu dispozitivele, schimbul de date între dispozitivele mobile și un calculator personal etc.
O altă clasă de sisteme de comunicații optice atmosferice este realizată pe lasere și permite crearea de linii de comunicații bidirecționale pe distanțe lungi. Ratele foarte ridicate de schimb de date sunt realizabile aici (până la terabit pe secundă). Dezavantajul acestor sisteme este sensibilitatea ridicată la starea atmosferei (fum, ceață, zăpadă etc.).
Pentru transmisia de date, pot fi utilizate și canale radio. Gama de distanțe de la câțiva metri până la aproape infinit. Lățimea de bandă este limitată de mai sus de frecvența purtătoare. Mediul radio al transmisiei de date este utilizat de interfețele seriale cu un singur fir. Evident, izolarea galvanică a dispozitivelor este asigurată. Cu toate acestea, costul vânzărilor și consumul de energie sunt destul de mari. În plus, licențiarea utilizării canalelor radio este de obicei necesară. Odată cu dezvoltarea comunicării celulare, a devenit posibilă utilizarea acesteia pentru implementarea sistemelor personalizate de transmisie de date.
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: