Интерфейсы ЭВМ, систем и сетей

Министерство общего и профессионального образования Российской Федерации

Новосибирский государственный технический университет

Кафедра ВТ

Реферат

По дисциплине «Организация ЭВМ»

На тему: «Интерфейсы ЭВМ, систем и сетей»

Сдал:                            Кукарин В.Е.

Принял:               Гребенников В.Ф.

Новосибирск

2012

1. Общая характеристика интерфейсов

1.1 Основные понятия. Определение интерфейса.

Интерфе́йс (от англ. interface — поверхность раздела, перегородка) — совокупность средств, методов и правил взаимодействия (управления, контроля и т. д.) между элементами системы. На практике интерфейс - это многоконтактное разъёмное кабельное соединение с чётким разграничением сигналов для каждого провода. Он позволяет присоединять и работать с различными периферийными устройствами.

Интерфейс должен обеспечивать:

1. Простое и быстрое соединение устройства с любым другим, имеющим такой же интерфейс;
2. Совместную работу устройств без ухудшения их технических характеристик;
3. Высокую надежность.

Под стандартным интерфейсом понимается совокупность унифицированных аппаратных, программных и конструктивных средств, необходимых для реализации взаимодействия различных функциональных модулей в микропроцессорных системах (МПС) при условиях, предписанных стандартом и направленных на обеспечение информационной, электрической и конструктивной совместимости указанных модулей.

Основными элементами интерфейса являются:

1. Совокупность правил обмена;
2. Аппаратная часть интерфейса (физическая реализация);
3. Программное обеспечение интерфейса.

Совокупность правила обмена обеспечивает информационную совместимость, предопределяет структуру соединений различных модулей и устанавливает протоколы обмена, набор сигналов, формат сообщения и т.п.

Аппаратная часть интерфейса обеспечивает электрическую и конструктивную совместимость интерфейса, именно здесь описываются допустимые статические и динамические параметры электрических сигналов, параметры соединителей (разъемов), правила экранировки и заземления и т.п.

Программное обеспечение интерфейса обеспечивает унификацию на уровне формирования адресного пространства для хранения системных констант и векторов прерываний, алгоритмов обмена с внешними устройствами (программ-драйверов).

Основные функции интерфейса заключаются в обеспечении информа­ционной, электрической и конструктивной совместимости между функ­циональными элементами системы

1.2 Интерфейсные функции.

Основные функции интерфейса заключаются в обеспечении конструктивной, электрической и информа­ционной совместимости между функ­циональными элементами системы.

Конструктивная совместимость – это согласованность конструктивных элементов интерфейса, предназначенных для обеспечения механического контакта электрических соединений и механической замены схемных элементов, блоков и устройств.

Условия конструктивной совместимости определяют:

1.       Типы соединительных элементов (разъем, штекер);

2.       Распределение сигналов интерфейса по контактам соединительных элементов;

3.       Типы конструкции платы, каркаса, стойки;

4.       Конструкции кабельного соединения.

Электрическая совместимость — это согласованность статических и динамических параметров передаваемых электрических сигналов в системе шин, с учетом используемой логики и нагрузочной способности элементов.

Условия электрической совместимости определяют:

1.       Тип приемопередающих элементов;

2.       Соотношение между логическим и электрическим состояниями сигна­лов и пределы их изменения;

3.       Коэффициенты нагрузочной способности приемопередающих элементов;

4.       Схему согласования линии;

5.       Допускаемую длину линии и порядок подключения линий к разъемам;

6.       Требования к источникам и цепям электрического питания;

7.       Требования к помехоустойчивости и заземлению.

Информационная совместимость - это согласованность взаимодей­ствий функциональных элементов системы в соответствии с совокупностью логических условий.

Логические условия определяют:

1.       Структуру и состав унифицированного набора шин;

2.       Набор процедур по реализации взаимодействия и последовательности их выполнения ля различных режимов функционирования;

3.       Способ кодирования и форматы данных, команд, адресной информации и информации состояния;

4.       Временные соотношения между управляющими сигналами.

Логические условия информационной совместимости определяют функциональную и структурную организацию интерфейса и для большин­ства интерфейсов стандартизируются. Условия информационной совмес­тимости определяют объем и сложность схемотехнического оборудования и программного обеспечения, а также основные технико-экономические показатели (пропускную способность и надежность интерфейса).

Выполнение информационных электрических и конструктивных усло­вий интерфейса необходимо, но не достаточно для взаимного сопряжения устройств и обмена данными между ними. Эти устройства должны выпол­нять в определенной последовательности операции, связанные с обме­ном информации: распознавать адрес сообщения, подключаться к линиям интерфейса, передавать сообщение в интерфейс, принимать его из интер­фейса и др.

1.3 Классификация интерфейсов.

Существует множество вариантов классификации интерфейсов в зависимости от области применения, организации, аппаратной реализации и т.п.

В зависимости от способа соединения компонентов интерфейсы разделяются на:

1.       Магистральные;

2.       Радиальные;

3.       Цепочечные;

4.       Смешанные.

Магистральный способ соединения компонентов является основным и реализует магистральный принцип обмена. В этом случае все модули подключаются к единой магистрали, по которой передаются адресные и управляющие сигналы наряду с данными, предназначенными для обмена.

Радиальный способ в основном используется для расширения МПС и подключения внешних устройств (ВУ). Радиальный способ подразумевает наличие независимого и отдельного канала связи для обмена информации между отдельными устройствами. Как правило, у одного устройства существует несколько независимых радиальных каналов связи.

Цепочечный способ соединения компонентов реализуется в случае последовательного соединения устройств. В ряде случаев имеет место замыкания цепочки в кольцо. Такое соединение компонентов наиболее часто используется в системах последовательного арбитража и при построении локальных сетей.

Смешанные способы объединяют несколько однотипных или простых разнотипных способов соединения функциональных модулей МПС.

В зависимости от способа адресации интерфейсы разделяются на:

1.       Логические;

2.       Радиальные;

3.       Логические двухступенчатые;

4.       Географические;

5.       Групповой.

При логической адресации выбор исполнителя, с которым будет совершаться обмен в текущем цикле, производится с помощью логического кода, устанавливаемого на шине адреса.

При радиальной адресации выбор устройства производится с помощью активации соответствующей сигнальной линии, идущей от задатчика к исполнителю.

При логической двухступенчатой адресации на первом этапе определяется модуль, с которым будет совершаться обмен. На втором этапе устанавливается адрес устройства внутри этого модуля.

При географическом методе адресации выборка соответствующего функционального модуля производится по, например, номеру разъема, в который установлена электронная плата.

В зависимости от типа магистрали интерфейсы разделяют на:

1.       Зависимые от системы команд;

2.       Независимые от системы команд.

В первом случае интерфейсы ориентированы на вполне определенную систему команд микропроцессора, тогда как во втором случае интерфейс не привязан ни к какой системе команд. Современные интерфейсы, как правило, являются машинонезависимыми.

В зависимости от области применения интерфейсы разделяются на интерфейсы:

1. Мультипроцессорных систем;
2. Системные;
3. Периферийного оборудования и внешних устройств;
4. Датчиков и исполнительных устройств;
5. Связные и аппаратуры передачи данных;
6. Распределенных МПС (локальных и глобальных сетей).

Современные интерфейсы МПС состоят, как правило, из набора магистралей, которые позволяют распараллелить процесс обработки информации. В состав этих интерфейсов входят высокопроизводительная параллельная и относительно медленная последовательная магистрали, объединяющие все основные функциональные модули. Помимо этого, в состав таких интерфейсов входят локальные магистрали, позволяющие существенно увеличить производительность МПС за счет переноса процедур ввода/вывода информации, обращения к памяти и т.п. на эти локальные магистрали.

Системные интерфейсы предназначены для объединения на единой магистрали различных функциональных модулей МПС. Как правило, к системной магистрали (интерфейсу) подключаются модули процессора, памяти, контроллеров ввода/вывода и ряда других.

Интерфейсы периферийного оборудования и внешних устройств служат для расширения МПС и подключения различных устройств через стандартные средства связи.

Обычно подключение датчиков и исполнительных устройств к МПС происходит либо через интерфейсы внешних устройств, либо через специализированные порты ввода/вывода.

Интерфейсы связные и аппаратуры передачи данных необходимы для подключения связного оборудования.

При объединении удаленных МПС используют сетевые интерфейсы как на ограниченном пространстве (локальные сети), так и для больших регионов.

В зависимости от конструктивного исполнения интерфейсы разделяются на:

1. Межблочные;
2. Межплатные;
3. Внутриплатные;

4.       Внутрикорпусные.

В зависимости от функциональной организации интерфейсы разделяются по следующим признакам:

1. Структуре шин магистрали (шины адреса, данных, управления, синхронизации, прерывания, захвата, арбитража, питания, состояния);
2. Разрядность данных  (64,32,24,16,8,1 бит);
3. Объему адресному пространсту (64 кбайт, 1 Мбайт, 4Гбайт и др.);
4. Режиму передачи данных (одно- или двух- направленные шины данных);
5. Совмещение шин (не- и мультиплексированные, последовательные магистрали);
6. Принципу обмена данными (синхронный и асинхронный способы обмена);
7. Режиму передачи данных (симплексный, дуплексный и полудуплексный режимы передачи данных);

В зависимости от типов соединительных устройств различают:

1. Внутренний интерфейс;
2. Интерфейс ввода/вывода;
3. Интерфейсы межмашинного обмена;

4.  Интерфейс человек-машина.

В зависимости от принципа обмена информацией интерфейсы подразделяют на:

1.       Па­раллельные;

2.       Последовательные и

3.  Параллельно-последовательные.

Термин "параллельный интерфейс" означает, что данные от компьютера к устройству  передаются не побитно, а в виде байтов, т.е. для каждого разряда байта в кабеле интерфейса предназначен отдельный провод.

В зависимости от степени участия ЦП в управлении, различают: