Общие сведения о интерфейсах

Под стандартным интерфейсом понимается совокупность унифицированных аппаратных, программных и конструктивных средств, необходимых для реализации взаимодействия различных функциональных элементов в автоматических системах сбора и обработки информации при условиях, предписанных стандартом и направленных на обеспечение информационной, электрической и конструктивной совместимости указанных элементов [1].

Информационная совместимость – согласованность взаимодействия функциональных элементов системы в соответствии с совокупностью логических условий.

Логические условия определяют:

– структуру и состав унифицированного набора соединительных линий;

– набор процедур по реализации взаимодействия и последовательность их выполнения для различных режимов функционирования (протокол интерфейса);

– способ кодирования и форматы данных, команд, адресной информации и информации состояний;

– временные соотношения между управляющими сигналами, ограничения на их форму и взаимодействие.

Под электрической совместимостью понимается согласованность статических и динамических параметров электрических сигналов в системе соединительных линий интерфейса с учетом ограничений на пространственное размещение частей интерфейса и техническую реализацию приемопередающих блоков интерфейса. Условия электрической совместимости определяют:

– тип приемопередающих элементов, соотношения между логическими и электрическими состояниями сигналов и пределы их изменения;

– коэффициенты нагрузочной способности приемопередающих элементов и значения допустимой емкостной и резистивной нагрузки линии в устройстве;

– схему согласования линии;

– допустимую длину линии и порядок подключения линий к соединительным элементам (разъемам);

– требования к источникам и цепям электрического питания;

– требования по помехоустойчивости и заземлению.

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

Условия совместимости определяют:

– типы соединительных элементов (разъем, штекер, распределение соединительных линий внутри соединительного элемента);

– конструкцию платы, каркаса, стойки;

– конструкцию кабельного соединения.

В зависимости от требований унификации выделяют:

- физическую реализацию интерфейса, т.е. состав и характеристики линий передачи, конструкцию средств их подключения (например, разъем), вид характеристики сигналов;

- логическую реализацию интерфейса, т.е. протоколы взаимодействия, или алгоритмы формирования сигналов обмена.

Интерфейсы принято характеризовать следующими параметрами:

- видом связи, т.е. возможностью вести дуплексную (сообщения могут одновременно передаваться в двух направлениях, что требует двух каналов связи), полудуплексную (сообщения могут передаваться в двух направлениях, но одновременно возможна передача только в одном) или симплексную передачу (сообщения могут передаваться только в одном направлении);

- пропускной способностью, т.е. количеством информации, передаваемой через интерфейс в единицу времени;

- максимальным допустимым расстоянием между устройствами или суммарной длиной линий, соединяющих все устройства интерфейса;

- задержками при организации передачи, которые вызваны необходимостью выполнения подготовительных и завершающих действий по установлению связи между устройствами.

Классификация интерфейсов

Классификационными признаками интерфейсов являются следующие четыре признака.

1. Способ соединения компонентов системы:

- магистральный;

- радиальный;

- цепочечный;

- смешанный.

2. Способ передачи информации:

- параллельный;

- последовательный;

- параллельно-последовательный.

3. Принцип обмена:

- синхронный;

- асинхронный.

4. Режим передачи информации:

- односторонняя передача;

- двусторонняя поочередная передача;

- двусторонняя одновременная передача.

Приведем также классификацию интерфейсов по признакам функционального назначения, согласно которым можно выделить следующие группы интерфейсов:

- системные интерфейсы (предназначены для организации связи между основными компонентами компьютеров и контроллеров);

- интерфейсы периферийного оборудования (выполняют функции сопряжения с периферийным оборудованием, бывают магистральные и радиальные);

- интерфейсы локальных и глобальных вычислительных систем.

На рисунке 4.1 показана классификация интерфейсов.

Рисунок 4.1 - Классификация интерфейсов

Организация интерфейсов

Организация интерфейсов определяется способами передачи информации (параллельной или последовательной, асинхронной или синхронной), соединения устройств и использования линий.

Последовательная и параллельная передача информации. Цифровые сообщения могут передаваться в последовательной и параллельно-последовательной форме.

В последовательном интерфейсе передача данных осуществляется всего по одной линии, хотя общее число линий может быть и больше. В этом случае по дополнительным линиям передаются сигналы синхронизации и управления. Интерфейсы последовательного типа характеризуются относительно небольшими скоростями передачи и низкой стоимостью сети связи. Они могут применяться для подключения низкоскоростных ПУ, расположенных на значительных расстояниях от центрального ядра ЭВМ.

В параллельном интерфейсе передача сообщения выполняется последовательными блоками, содержащими m бит.

Каждый блок передается одновременно по m линиям; величина m называется шириной интерфейса и обычно соответствует или кратна байту.

Наиболее распространены параллельные интерфейсы, в которых m=8 или m=16.

Разброс параметров среды интерфейса, т.е. его линий и приемо-передающей аппаратуры, вызывает неодинаковые искажения фронтов и задержки сигналов, передаваемых по разным линиям Л1-Лm (рисунок 4.2). Это означает, что одновременно выданные передатчиком ПРД сигналы на Л1-Лm воспринимаются приемником ПРМ не одновременно. Такое явление называется перекосом информации.

Приемник может воспринять любую кодовую комбинацию, отличную от комбинации, передаваемой устройством ПРД. Для исключения возможности приема неправильной кодовой комбинации в параллельных интерфейсах вводят дополнительную линию стробирования. Сигнал строба STR, передаваемый по ней, соответствующий завершению установления на входах ПРМ состояния. При этом необходимо передать сигнал STR с задержкой относительно момента выдачи информационных сигналов на линии Л1-Лm.

Рисунок 4.2 – Схема параллельного интерфейса