16.1. Принципы организации и классификация интерфейсов.

Обмен информации между ПУ и МПС со скоростью, определяемой быстродействием ПУ, осуществляется при помощи интерфейса. Интерфейс должен обеспечивать: простое и быстрое соединение данного устройства с любым другим, имеющим такой же интерфейс; совместную работу устройств без ухудшения их технических характеристик; высокую надежность.

Сокращение времени и средств, необходимых на разработку новых и модернизацию существующих МПС, невозможно без унификации функциональных блоков (модулей) МПС, средств их сопряжения и взаимодействия. Объединение модулей в единую систему происходит посредством унифицированной системы сопряжения, называемой стандартным интерфейсом (interface - сопрягать, согласовывать). Под стандартным интерфейсом понимается совокупность унифицированных аппаратных, программных и конструктивных средств, необходимых для организации взаимодействия различных компонентов в системах при условии удовлетворения требований стандарта и электрической, информационной и конструктивной совместимости компонентов.

Основными элементами интерфейса являются: совокупность правил обмена информацией; аппаратная часть интерфейса (физическая реализация) и программное обеспечение.

Совокупность правил обмена информацией устанавливает формат сообщения и единицу обмена, набор сигналов обмена данными, алгоритм обмена данными, способ кодирования сигналов.

Формат сообщения определяет состав, назначение, размеры и взаимное расположение отдельных элементов сообщения. В качестве единицы обмена обычно используют слово или его часть (бит, байт).

Набор сигналов обмена и взаимодействия состоит из перечня сигналов информационного и управляющего потоков, сигналов сопровождения и вспомогательных сигналов.

Алгоритм обмена данными устанавливает последовательность процесса обмена, режим обмена, способ синхронизации, правила адресации и т.д.

Аппаратная часть интерфейса (физическая реализация) образуется из узлов, входящих в модули МПС, или из конструктивно обособленных блоков, а также из соединителей (кабелей, разъемов).

Программное обеспечение интерфейса состоит из программ, осуществляющих инициализацию программируемых БИС, входящих в аппаратную часть интерфейса, а также обеспечивающих выполнение алгоритма обмена информацией.

Интерфейсы можно классифицировать по различным ключевым признакам. Одна из возможных классификаций интерфейсов приведена на рис.16.1.

Рис.16.1.

В зависимости от способа соединения компонентов МПС различают магистральные, радиальные и цепочные интерфейсы.

В системе, выполненной по цепочной структуре (рис.16.2), каждая пара устройств объединена линиями связи и обмен данными происходит непосредственно между устройствами (обычно без адресации).

Рис.16.2

В системах с радиальной структурой (рис.16.3) выделено центральное устройство - контроллер, с которым каждое из функциональных устройств (источников и приемников сигнала) связано с помощью индивидуальной группы шин.

Рис. 16.3

В системах с магистральной структурой (рис.16.4) вместо группы индивидуальных шин имеются коллективные шины, к которым подсоединяются все источники, приемники сигналов и контроллер.

Рис. 16.4

По способу адресации выделяют интерфейсы с логической, групповой и географической адресацией.

В случае адресации модуля независимо от его номера позиции в устройстве (расположения) говорят о логической (кодовой) адресации. Для выбора таких устройств используют адресные линии и дешифраторы.

При групповой адресации одновременно адресуется несколько модулей в одном или нескольких устройствах.

При географической (или позиционной) адресации выбирается не адрес, предварительно установленный внутри модуля и независимый от места модуля в посадочной корзине (крейте), а модуль в целом по его месту положения.

Интерфейсы также классифицируют в зависимости от реализуемого ими уровня сопряжения модулей МПС. В качестве примера рассмотрим структурную схему типовой МПС, предназначенной для управления процессами в реальном времени (рис.16.5). В приведенной структурной схеме выделяют 5 уровней сопряжения.

Первый уровень обеспечивается с помощью системного магистрального интерфейса, по которому осуществляется обмен информацией между всеми основными модулями МПС. Структура интерфейса определяется МП.

Ко второму уровню сопряжения относятся малые интерфейсы периферийных устройств (ПУ) и устройств связи с объектом (УСО). Малые интерфейсы используются только в тех случаях, когда ПУ и УСО не имеют встроенного системного интерфейса и не могут подключаться непосредственно к системной магистрали. Наиболее широко используются радиальные интерфейсы для подключения устройств с последовательной передачей информации ИРПС ( стык С2, RS - 232-C) и параллельной передачи информации ИРПР (Centronics). При помощи этих интерфейсов подключаются практически все периферийные устройства ( терминалы, печатающие устройства, клавиатура и т.д.). Сопряжение малого интерфейса с системной магистралью осуществляется контроллером (К).

Рис.16.5.

К третьему уровню сопряжения относятся интерфейсы датчиков (Д) и исполнительных устройств (ИУ), предназначенные для их согласования с УСО.

К четвертому уровню относятся интерфейсы устройств передачи данных (УПД), т.е. интерфейсы телефонных, оптоволоконных и других каналов для передачи данных на большие расстояния, в том числе интерфейсы, применяемые для построения локальных, региональных и других типов сетей ЭВМ.

К пятому уровню сопряжения относятся внешние относительно МПС интерфейсы, например, системный интерфейс старшей ЭВМ в многомашинной системе. Соединения внешнего интерфейса с системным осуществляется при помощи адаптера интерфейса (А).