Организация передачи данных.

Интерфейс - совокупность аппаратных и программных средств (элементы соединения и вспомогательные схемы управления, их физические, электрические и логические параметры), предназначенных для организации обмена данными и для сопряжения систем или частей системы (программ и устройств).

Под сопряжением подразумеваются следующие функции:

• выдача и прием информации;

• управление передачей данных;

• согласование источника и приемника информации.

Важное значение имеют также следующие технические характеристики интерфейсов:

• вместимость (максимально возможное количество абонентов, одновременно подключаемых к контроллеру интерфейса без расширителей);

• пропускная способность или скорость передачи (длительность выполнения операций установления и разъединения связи и степень совмещения процессов передачи данных);

• максимальная длина линии связи;

• разрядность;

• топология соединения.

По функциональному назначению можно выделить системные интерфейсы (интерфейсы, связывающие отдельные части компьютера как микропроцессорной системы) и интерфейсы периферийных устройств.

По физической реализации процесса передачи данных интерфейсы делят на:

• последовательный

• параллельный.

Последовательные интерфейсы

Последовательный обмен характерен для интерфейсов удаленных или медленнодействующих периферийных устройств, а также для интерфейсов распределенной обработки данных.

Единицей обмена в последовательном формате является символ, представленный в одной из систем кодирования и содержащий 5-8 бит. Примером 5-битного кода служит международный телеграфный код №2. Биты кодируются наличием тока в линии (1 или MARK) либо отсутствием тока (0 или SPACE).

Международное признание получил американский стандартный код обмена информацией ASCII (American Standard Code for Information Interchange), в котором символы кодируются 7 двоичными разрядами. Этот код позволяет передавать цифры, прописные и строчные буквы латинского алфавита, це­лый ряд других символов (всего 96 символов, т. к. 32 кодовые комбинации выделены для представления команд обмена). На основе этого кода постро­ен отечественный код КОИ-7 (код обмена информацией семиразрядный). Применяется также восьмиразрядный код ДКОИ-8.

Для интерфейсов, обеспечивающих соединение «точка-точка» (в отличие от шинных интерфейсов), возможны следующие реализации режимов обмена:

1. симплексной (данные передаются только в одну сторону);

2. полудуплексной (данные передаются в обе стороны, но с разделением во времени. Важной характеристикой полудуплексного соединения является время реверсирования режима – то время, за которое производится переход от передачи сообщения к приему и наоборот);

3. дуплексной (данные передаются в обоих направлениях одно­временно).

Важнейшее требование правильного приема — определение приемником моментов времени, в которые следует воспринять очередной бит данных. Иными словами, речь идет о синхронизации процессов в передатчике и приемнике.

На практике применяют два режима последовательного обмена:

1. асинхронный режим: каждый символ передается автономно по мере готовности, и передача может быть начата в любой момент времени. Приемник и передатчик данных не знают моменты начала и окончания передачи.

2. Синхронный режим: При синхронной передаче символы следуют один за другим слитно, поэтому можно говорить о передаче массива символов — текста. Если очередной символ не готов, передача не останавливается, передатчик посылает в ли­нию специальные символы синхронизации, до тех пор, пока не сможет пе­редать следующий символ данных. Синхронный обмен повышает скорость передачи данных.

Асинхронный режим.

При асинхронных передачах посылка (кадр), т. е. группа битов, отображаю­щих символ, имеет следующий формат: начало посылки отмечается нулевым старт - битом, за ним следуют 5...8 информационных (младшим разрядом вперед), затем идет необязательный бит контроля по модулю 2 (бит четно­сти/нечетности) и заканчивается посылка 1; 1,5 или 2 единичными стоп-битами.

_______________________________________________________________________

Контроль по модулю 2.

Контроль правильности передачи и хранения данных – важное условие корректного функционирования цифрового устройства. В этой области простейшим и широко применяемым методом является контроль по модулю 2. Приступая к ознакомлению с этим методом, следует остановиться на некоторых понятиях из теории построения помехоустойчивых кодов.

Кодовая комбинация — набор из сим­волов принятого алфавита.

Код — совокупность кодовых комбинаций, ис­пользуемых для отображения информации.

Кодовое расстояние между двумя кодовыми комбинациями — число разрядов, в которых эти комбина­ции отличаются друг от друга.

Минимальное кодовое расстояние — мини­мальное кодовое расстояние для любой пары комбинаций, входящих в данный код.

Кратностью ошибки называют число ошибок в данном слове (число неверных разрядов).

Из теории кодирования известны условия обнаружения и исправления ошибок при использовании кодов:

Существует также понятие веса комбинации, под которым понимается число единиц в данной комбинации.

Для двоичного кода минимальное кодовое расстояние равно 1, поэтому он не обладает возможностями какого-либо контроля производимых над ним действий. Чтобы получить возможность обнаруживать хотя бы ошибки еди­ничной кратности, нужно увеличить минимальное кодовое расстояние на 1. Это и сделано для кода контроля по модулю 2 (контроля по четно­сти/нечетности).

При этом способе контроля каждое слово дополняется контрольным разрядом, значение которого подбирается так, чтобы сделать четным (нечетным) вес каждой кодовой комбинации. При одиночной ошибке в кодовой комбинации четность (нечетность) ее веса меняется, а такая комбинация не принадлежит к данному коду, что и обнаруживается схемами контроля. При двойной ошибке четность (нечетность) комбинации не нарушается — такая ошибка не обнаруживается.

При контроле по четности вес кодовых комбинаций делают четным, при контроле по нечетности — нечетным. Логические возможности обоих вари­антов абсолютно идентичны. В зависимости от технической реализации ка­налов передачи данных, может проявиться предпочтительность того или иного варианта, поскольку один из вариантов может позволить отличать обрыв всех линий связи от передачи нулевого слова, а другой — нет.

Значения контрольного разряда при контроле по четности ( ) и нечетности ( ) приведены для четырехразрядного информационного слова.

Из приведенного материала следует, что контроль по модулю 2 эффективен там, где вероятность единичной ошибки много больше, чем вероятность двойной (или вообще групповой).

В частности, для полупроводниковой основной памяти компьютеров такая ситуация справедлива, т. к. каждый бит слова хранится в своей собственной ячейке, и наиболее вероятны единичные ошибки. А для памяти на магнит­ных носителях информации (диски, ленты) дефекты таковы, что обычно затрагивают площадь, на которой размещено несколько бит данных, поэто­му для этой памяти контроль по модулю 2 неэффективен.

______________________________________________________________________

В отсутствие передачи линия находится под высоким потенциалом (активная пауза), соответствующим логической единице. Появление низкого уровня означает поступление старт-бита, свидетельствующего о последую­щей передаче известного заранее числа информационных битов. Далее мо­жет идти контрольный бит четности (нечетности), назначение и способ вы­работки которого уже известны. Стоп-бит также используется для проверки правильности передачи, но уже по другому критерию. Контроли­руется правильность формата посылки. Отсутствие на позиции стоп-бита высокого уровня напряжения свидетельствует об ошибке формата (кадра, обрамления). Длительность стоп-бита определяет минимальный промежуток между окончанием данного символа и началом следующего. Этот промежу­ток составляет 1...2 интервала, соответствующих биту.

Приемник синхронизируется самим сигналом и должен считывать значения битов в серединах их интервалов, где искажения импульсов наименее влияют на величину считываемого уровня. Это требование достигается следующим образом.

Передатчик и приемник имеют свои генераторы тактовых импульсов, работающие на одинаковой частоте. При отсутствии передачи передатчик ус­танавливает в линии высокий уровень напряжения (марку). Появление нуля (старт-бита) отмечает начало передачи, которое, таким образом, фиксируется фронтом напряжения "1 — 0". От этого фронта начинает работать генератор приемника. Приемник выдерживает интервал в половину длительности бита, проверяет, есть ли еще нуль на входе (контролирует истинность старт-бита с целью исключить реакцию на кратковременную помеху), и затем начинает воспринимать данные с интервалом в длительность бита (если старт-бит не подтвердился, то приемник возвращается в исходное состояние). Частота генераторов передатчика и приемника реально сличаются, поэтому отсчеты постепенно "сползают" с середины битов и смещаются к тому или другому краю импульсов. Однако за время короткой посылки (не более 10...11 битов) смещение отсчетов с середины битов легко сделать пренебре­жимо малым.

Выборка отсчетов в середине битов производится благодаря наличию в адаптере последовательного интерфейса частоты, более высокой, чем частота следования битов (обычно в 16 раз). После пуска генератора CLK с помощью счетчика отсчитывается 8 импуль­сов, что и отмечает середину старт-бита. Затем отсчеты повторяются с ин­тервалом т, получаемым от деления частоты CLK на 16 (рис. Временные диаграммы). В конце проверяется стоп-бит, отсутствие при этой проверке высокого уровня напряжения устанавливает триггер ошибки формата. Если это за­программировано, то проверяется и четность веса посылки с учетом кон­трольного разряда. Для фиксации результата этой проверки также имеется специальный триггер. Оба указанных триггера (флажка) — разряды внут­реннего регистра состояния адаптера последовательного интерфейса.

Принятый символ поступает в регистр хранения, находящийся в буфере ШД, для последующей передачи в виде параллельного кода. После этого приемник ищет следующий символ и сдвигает его в регистр сдвига. В ре­гистр хранения второе слово не идет, пока не считано первое. Может в это время пойти третий символ, тогда второй будет потерян, поскольку хранить его негде. Это ошибка пропуска (переполнения), которая тоже фиксируется установкой соответствующего триггера-флажка в регистре состояния адапте­ра. Ошибка пропуска не возникает, если микропроцессор обеспечивает счи­тывание слова за интервал, меньший, чем интервал вдвигания символа в сдвигающий регистр.

Синхронный режим.

Синхронная передача начинается с одного или двух специальных символов синхронизации (синхрослов), после которых последовательно без всяких разделителей передаются 5-8 битные коды символов с необязательными символами четного или нечетного паритета.

SYN1, SYN2 – синхрослова (признак начала передачи);

Символ 1, символ N – числа для передачи (данные).

Различают две разновидности синхронных передач — с внутренней и внешней синхронизацией.

При внутренней синхронизации перед массивом данных передаются сло­ва — сиихросимволы (одно или два). При отсутствии передачи передатчик не перестает работать, а посылает в линию символы синхронизации, пока не возобновится передача данных. Приемник при этом находится в режиме активного ожидания (в английской терминологии в режиме Нип1 — охоты). Он сравнивает каждое принятое слово с символом синхронизации. Если результат сравнения отрицательный, то обращения к данному приемнику нет (по описанному протоколу к одному передатчику можно подключить несколько приемников, имеющих индивидуальные синхросимволы). Если же опознается синхросимвол данного приемника, то это означает, что пере­датчик обращается к нему и первое же слово, не являющееся синхросимволом, принимается как информационное, начинающее информационный массив. После начала массива приемник считает передаваемые символы или же сопоставляет их с символами синхронизации, определяя одним ил этих способов конец передачи.

В адаптере имеются регистры, хранящие назначенные для данного прием­ника коды синхронизации (регистры РСС₁ и РСС₂).

Символы данных не разделяются старт - и стоп-битами. После символа из 5...8 битов может идти контрольный бит, возможен и контроль по модулю 2 для всего массива, в этом случае контрольный бит появляется в конце пере­дачи данных.

При внешней синхронизации в канал связи вводится дополнительная ли­ния, по которой передается строб-сигнал, отмечающий интервал времени, соответствующий передаче данных. Фронты строба отмечают начало и ко­нец передачи массива, в котором символы по-прежнему передаются слитно (без старт- и стоп-битов).