Принципы организации интерфейса

Основные характеристики и классификация интерфейсов

Одним из главных определяющих моментов при проектировании ЭВМ является выбор совокупности унифицированных аппаратных программных и конструктивных средств необходимых для реализации алгоритмов взаимодействия различных функциональных устройств ЭВМ, то есть выбор интерфейса или совокупности интерфейса. Как правило, современная ЭВМ строится с использованием нескольких интерфейсов. В целях унификации применения различных аппаратных средств основан на разных принципах функционирования, применяется стандартизация интерфейсов. Стандартизация в интерфейсах в общем случае подлежит следующая:

1. Форматы передаваемой информации, команды и состояния;

2. Состав и типы линий связи

3. Алгоритмы функционирования;

4. Передающие и принимающие электронные схемы

5. Параметры сигналов и требования к ним;

6. Конструктивные решения

При выборе интерфейса принимаются во внимание следующие требования:

1. Обеспечение заданного быстродействия ЭВМ в целом;

2. Необходимость минимизации стоимости;

3. Обеспечение простоты схемных и конструктивных решений;

4. Стандартизация процедуры обмена информации независимо от скорости и работы устройств

5. Учет возможности и простоты наращиваемости системы, а так же требований диагностики системы

К основным характеристикам интерфейса относятся:

1. Функциональное назначение

2. Тип организации связи

3. Принцип обмена информации

4. Способ обмена

5. Режим обмена

6. Общее количество линий Число линий для передачи данных

7. Количество адресов

8. Количество команд

9. Быстродействие

10. Длина линий связи

11. Число подключаемых устройства

12. Тип линий связи

По функциональному назначению интерфейсы подраздел на магистральные (внутримашинные), внешние интерфейсы периферийных устройств, сетевые.

По типу организации связи подразделяют на линейные-магистральные, радиальные, древовидные, радиально магистральные, радиально линейные.

По принципу обмена информации интерфейсы классифицируются на: интерфейсы с параллельно послед и параллельной послед передачи информации.

По режиму обмена информации – с симплексным, полудуплексным, дуплексным и мультиплексным режимом обмена.

По способу передачи инфы во времени различают интерфейсы с синхронной передачей данных, то есть с постоянной временной привязкой в цикле сбора информации, и с асинхронной – без привязки к определенному временному интервалу цикла сбора.

При синхронной передаче данных синхронизирующие сигналы микропроцессора задают определенный временной интервал в течении которого считывается информация с источника первичной информации. В этом случае временной интервал определяется наибольшими временными задержками в системе передачи данных и максимальным временем преобразования измеренного сигнала в цифровой сигнал.

Асинхронная характеризуется наличием управляющих сигналов:

1. Готовность к обмену

2. Начало обмена

3. Конец обмена

4. Контроль обмена который вырабатываются микропроцессорами при необходимости сбора информации

При такой организации обмена автоматически устанавливается рациональное соотношение между скоростью передачи данных и временем задержки сигнала в каналах связи. Сигнал контроль обмена является результатом решения задачи обнаружения сбоя в процессе передачи и обеспечивает распознавание сигнала, который является помехой в канале связи.

Составными элементами связи интерфейса являются отдельные электрические цепи или провода, называемые линиями интерфейса. Часть линий организованная по функциональному назначению называется шиной, а совокупность шин – магистралью. В общем в интерфейсе выделяют 2 основных магистрали:

1. Информационная

2. управления информационным каналом

По информационной магистрали передаются коды данных, адресов команд, состоянии устройств по соответствующим шинам. Иногда они передаются физчиески по одинм и тем же линиям в режиме разделения времени. Магистраль управления по назначению делится на ряд шин:

1. шина управления обмена в режиме чтения или записи

2. шина передачи управления

3. шина прерывания

4. шина специальных управляющих сигналов

Шина управления обменом включает в себя линии синхзронизации передачи информции и в зависимости от принятого принципа обмена – синхронный или асинхронный – число линий составляет от 1 до 3. Асинхронная передача происходит при условии подтверждения приемником готовности и завершается сигналом подтверждения приемника о приеме данных.

Шина передачи управления – приоритетный захват магистрали при наличии нескольких устройств и производит обмен. Наличие этой шины определяется тем что большинство интерфейсов выполняется по принципу ведущий ведомый при котором ведущее устроство может брать управление шиной на себя в определенные моменты времени. При наличии в системе нескольких устройств способных выполнять функцию ведущего возникает проблема приоритетного распределения шины называемая арбитражем. Обычно используется от 3 до 5 линий. Шина прерываний – основная ее функция это идентификация устройства запрашивающего сеанс обмена информацией с ЦП или с устройством запрашивающим обмен. При этом ЦП определяет какое устройство запрашивает обмен и выполняет соответствующую программу обмена. В качестве информации об устооустве является вектор прерывания ии алрес о=проги от прерывания этого устройства

Шина специального управления сигналов включает линии предназначенные для обеспечения работоспособности системы и повышения надёжности обмена информацией к ним относятся

1)Линии питания

2) Линии контроля источника питания

3) Линии синхронизации

4) Сигналы общего и селекторного сброса

5)Кронтроль

6) Заземления

Для подключения периферийных устройств к центр ЭВМ и организация информацииы между ними используются интерфейсные схемы эффективность и производительность ЭВМ в значит степени зависит от возможностей схем в ЭВМ они выполняют

1 буферизация данных адресов и команд для синхронизации обмена информации

2 дешифрация адресов выбор внешнего устройства при работе в ЭВМ с несколькими периферийными устройствами.

3 дешифрацию команд при работе с периферийными устройствами кроме передачи информации выполняет другие действия например печать на принтере

4 синхронизацию для управления каналов необходимых для реализации основных функций. Обмен информацией между основными устройствами ЭВМ реализуется через интерфейсные схемы с помощью:

1. программно управляемого обмена по инициативе микропроцессора при котором задача интерфейсной схемы состоит в организации обмена информации между микропроцессором и внешним периферийным устройством

2. обмен в режим прерывания по инициативе периферийного устройства при котором интерфейсная схема осуществляет организацию запроса и выдачу начального адреса программы начала прерывания

3. обмена в режиме прямого доступа к памяти при котором интерфейсная схема осуществляет организацию запроса на прямой доступ к памяти и передачу данных минуя микропроцессор.

4. Программно управляемый обмен называется PIO, режим прямого доступа DMI

Программно управляемый – в этом виде обмена микропроцессор программным путем должен определить готово ли периферийное устройство к вводу выводу. До того, как начнется программная передача данных. Внешнее устройство должно иметь аппаратные средства для выработки информации о внутреннем состоянии устройства. Микропроцессор считывает эту информацию, передает ее во внутренний регистр аккумулятор, анализирует и на основе результата анализа принимает решения о готовности устройства. Обмен в режиме прерывания – при обмене данными по сигналам прерывания внешнее периферийное устройство является инициаторами обмена. Микропроцессор работает параллельно с ними над выполнением основной программы и не занимается анализом составления внешних устройств. Для организации сигнала по прерыванию микропроцессором средства для состояния внешнего устройства которые сигнализируют блоку процессора о поступлении сигналов готовности к обмену, какого либо периферийного устройства. При поступлении сигнала прерывания микропроцессор завершает текущую операцию, передает на хранение в память информацию о внутреннем состоянии и осуществляет переход в программе обслуживания прерывания. После осуществления процедуры обмена информации по обмену происходит состояние микропроцессора которое существовало до начала прерывания.

Обмен в режиме ПДП – для осуществления обмена информации между периферийным устройством ПУ и оперативной памятью. Имеется возможность пересылать данные минуя микропроцессор. Обычно обмен данными между ОЗУ заключается в массивах информации. Если проводить обмен массивов информации через микропроцессор то затраты времени микропроцессора будут очень большими поэтому в составе микропроцессора применяется контроллер прямого доступа в память который берет на себя управления передачей освободив от этих функций основной микропроцессор, прямой доступ в память при выполнении операций ввода вывода значительно увеличивает доступ данных и повышает эффективность использования средств микропроцессора. Наличие канала прямого доступа к памяти является альтернативой к программно управляемому обмену и иллюстрирует принцип дуализма в вычислительной технике. Процедуры обмена оборудования упрощают программное обеспечение, сокращает затраты времени на выполнение функций по сравнении. С их программной реализацией но требует затрат на увеличение стоимости снижением надежности увеличением энергопотребления. Существует несколько способов реализации прямого доступа к памяти. Наиболее распространенным является методостановки микропроцессора и захват цикла микропроцессора. Метод остановок основан на том что в состоянии остановки микропроцессор отключается от магистрали данных на время передачи всего массива данных. Метод захвата цикла основан на обмене данными по словам. Если быстродействующее периферийное устройство должны обмениваться данными по одному слову то их запрос на обслуживание может быть удовлетворен путем задержки текущей команды на один машинный цикл в то время когда микропроцессор находится в процессе перехода от одного машинного цикла к другому.

-----

Основными направлениями разработки и применения интерфейсов периферийных устройств в ЭВМ является их стандартизация и унификация. Реализация стандартизированного интерфейса определяется документом, его описывающим, то есть стандартом. Собюдение стандарта обеспечивает совместимость изделий разных производителей и гарантирует получение заявленной пропускной способности. Стандарты реализуют типовые и проверенные решения, каждые из которых имеют свои достоинства и недостатки. Примененные типовые решения образуют модули, из которых создается стандарт. Умея распознавать примененные модули можно судить о свойствах интерфейса, его достоинства и недостатки, предвидеть сложности реализации, а так же применять опыт работы с аналогичными модулями, приобретенный ранее. Перечисление примененных типовых решений обычно выносится в заголовок стандарта и его преамбулу. Основными составляющими стандарта описывающего интерфейс являются:

1. Назначение области применения и краткое описание

2. Временные диаграммы и временные соотношения

3. Таблицы сигналов

4. Протоколы обмена данными

5. Таблица адресов

6. Схемная реализация

------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Дата добавления: 2014-01-04