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.