2.7. Організація і функціонування інтерфейсу

До складу МПС, поряд з ядром системи, входить ряд внутрішніх периферійних вузлів, таких як пристрої вводу - виводу для обслуговування зовнішніх вузлів - давачів і виконавчих органів технологічного процесу, друкуючого пристрою, зв'язок з іншими ЕОМ і т.п. Очевидно, що при цьому повинен забезпечуватися зв'язок і обмін інформацією як всередині МПС, так і з приладами, що не входять до її складу.

Ті та інші пристрої зв'язуються один з одним за допомогою спеціальних сполук, що називаються інтерфейсами. Інтерфейс являє собою сукупність ліній зв'язку і шин, спеціальних електронних схем, а також алгоритмів процедур обміну інформацією. Зі сказаного слідує, що інтерфейс – сукупність програмних і апаратних засобів МПС, за допомогою яких всі компоненти МПС об'єднуються для рішення необхідних задач. Необхідно розрізняти два види інтерфейсів:

1. Внутрішній інтерфейс власне МПС, що називається системним інтерфейсом;

2. Інтерфейс, що зв'язує МПС зі зовнішніми об'єктами.

Докладне вивчення системних інтерфейсів виходить за рамки даного навчального посібника і представляє інтерес в основному для конструкторів МПС, а не їхніх користувачів.

Для організації обміну інформацією із зовнішніми об'єктами існують два види інтерфейсу - паралельний і послідовний. В процесі обміну є, як мінімум, два учасника: передавач і приймальник, тому необхідна спеціальна процедура – протокол, що забезпечує передачу інформації між ними.

Організація паралельного інтерфейсу і протокол обміну. Паралельний інтерфейс забезпечує передачу даних побайтно, тобто водночас всі вісім розрядів. Існує декілька стандартів організації паралельного інтерфейсу, однак найбільш розповсюдженим є стандарт ІРПР-М (аналог паралельного інтерфейсу Centronics). Цей інтерфейс організується наступним чином (рис.2.10).

1. Доки периферійний пристрій (ПП) не готовий приймати інформацію (наприклад, в принтері немає паперу), він встановлює на лінії BUSY (зайнятий) сигнал BUSY=1. МПС при цьому не повинна передавати дані. При появі готовності ПП встановлює BUSY=0.

2. Отримавши сигнал BUSY=0, МПС видає байт даних в лінію ДАНІ (8 проводів), повідомляючи про це ПП сигналом STROBE=0 (до цього STROBE=1).

3. Отримавши сигнал STROBE=0, ПП зчитує байт з лінії ДАНІ, підтвердивши зчитування посилкою в лінію АСК (підтвердження) сигнал АСК=1.

4. Отримавши АСК=1, МПС встановлює STROBE=1, після цього видає в лінію ДАНІ наступний байт, встановлює STROBE =0, і далі процес протікає аналогічно п. 3 і п. 4 до кінця передачі.

Очевидно, що для організації двостороннього обміну інформацією кількість з’єднувальних ліній повинна бути подвоєна. Паралельний інтерфейс забезпечує більшу швидкість передачі інформації (порядку сотень кБайт за секунду), однак внаслідок впливу завад далекість передачі обмежується відстанню в 1..5 м, тобто між розташованими поруч об'єктами (наприклад, МПС і принтер).

Інтерфейс Centronics реалізується стандартними роз'ємами і з’єднувальними кабелями. Для апаратної реалізації паралельного інтерфейсу в МП системі звичайно застосовують спеціалізовані програмовані ВІС – паралельний порт або програмований паралельний інтерфейс (ППІ).

О рганізація послідовного інтерфейса і протокол обміну. Для передачі даних на більші відстані використовується послідовний інтерфейс, тобто передача інформації побітно. Як і для паралельного інтерфейсу, існує декілька стандартів організації послідовного інтерфейса. Найбільш розповсюдженим є стандарт RS-232C. Цей інтерфейс (при мінімальному наборі ліній) організується наступним чином (рис.2.11).

Прийняті позначки розшифровуються наступним чином:

ТхD – дані, що передаються;

RхD – дані, що приймаються;

DTR - готовність пристрою до прийому;

CTS - дозвіл передачі.

Якщо приймальний пристрій (ПП) не готовий до прийому даних, він встановлює DTR=1 (аналогічно сигналу BUSY в інтерфейсі ІРПР-М). Отримавши сигнал DTR=0 на вході СТS про готовність ПП до прийому, передавач по виході TхD передає байт даних в наступному форматі (див. рис.2.12). Перепад сигналу на лінії ДАНІ приймальник сприймає як початок передачі. Після цього в середині стартового біта (тобто через певний інтервал часу) ПП перевіряє значення RхD=0, переконуючись, що сигнал ПОЧАТОК ПЕРЕДАЧІ не був завадою (якщо RхD=1, прийом припиниться). Далі ПП зчитує послідовно вісім біт, що передаються (також в моменти часу, відповідні їхнім серединам), формуючи його у відповідному регістрі зсуву. Наприкінці передачі байта ЕОМ встановлює на лінії ДАНІ TхD=1, формуючи 1 - 2 стопових біта. Прийом припиняється до наступного сигналу ПОЧАТОК ПЕРЕДАВАННЯ.

О чевидно, що швидкості передачі даних МПС і прийому їх ПП повинні бути однакові. Тому швидкість обміну строго фіксована і вибирається з ряду: 110; 300; 600; 1200; 2400; 4800; 9600; 19200; 36400; 75000; 115000 Бод, де 1 Бод =1 біт/сек. Менші значення приймаються для довгих ліній зв'язку. З метою підвищення завадостійкості прийняті наступні рівні сигналів:

логічний «0» - +3...+12 В,

логічна «1» - - 3... - 12 В,

Тобто рівень завад у межах від - 3 до +3 В не буде сприйматися. Прийняті рівні формуються спеціальними електронними вузлами. Очевидно, що для двостороннього обміну кількість ліній повинна бути подвоєна.

Очевидно, що для правильного функціонування пари "передавач - приймальник" обидва пристрої повинні однаково і однозначно сприймати дані, що передаються через інтерфейс. З цією метою розроблений ряд стандартів на кодування різноманітних видів інформації: літерно-цифрової, графічної (тобто інформація, що передається про зображення якого-небудь об'єкту), сигналів управління технологічними об'єктами і т.п. Найчастіше використовується обмін літерно-цифровою інформацією (наприклад, між ЕОМ і друкуючим приладом). Найбільш розповсюдженим стандартом кодування такої інформації є 8-разрядный код КОІ-8 (інколи застосовується 7-разрядная версія КОІ-7) і відповідний йому код АSСII. В цьому коді числу 1 відповідає 31Н, 2 - 32Н, літері А - 41Н, а - 61Н і т.п. [3], а також є набір спеціальних кодів управління: зсув рядка, зміна регістра при друку і т.п. Більшість мікро - ЕОМ і МПС використовують даний стандарт кодування. Разом з тим, в ряді випадків можуть застосовуватися і інші способи кодування.

Таблиця 2.3