Принципи організації інтерфейсів

1. Складовими фізичними елементами зв`язків інтерфейсу є електричні кола, які називаються лініями інтерфейсу. Частина ліній, які групуються по функціональній ознаці називаються шиною.

Вся сукупність ліній в інтерфейсі називається магістраллю.

Шини інтерфейсу умовно можна розділити на інформаційну магістраль (канал) і управляючий канал.

Інформаційна магістраль – по ній передаються коди даних, адрес, команд і стани пристроїв. Відповідно називаються шини даної магістралі.

Шина даних використовується для передачі війкових кодів або кодів в стандарті ASCII інформації – характеризується кількістю розрядів в паралельних інтерфейсах в 16,24,32 і т.д., в послідовних – кількістю біт 5,6,7,8 і т.д.

Шина адреси призначена для вибору в магістралі пристроїв, комірок пам`яті. Використовується двійковий код, або позиційне кодування – кожному пристрою належить своя лінія.

Шина команд використовується для управління операціями на магістралі. В стандартних інтерфейсах регламентується тип, необхідний набір команд. Частина кодів команд резервується для розширення. Розповсюдження команди RD, WR, запуск, адресації, зміни стану, встановлення режиму і т.д.

Шина стану використовується для передачі повідомлень про результат операції на інтерфейсі, стан пристрою і т.д. Розповсюдження лінії стану “Занято”, “ERROR”, “Готовність пристрою”, “Кінець паперу”.

Необхідно розрізняти коди команд станів в суміжних (мультиплексних) магістралях і окремі лінії.

Магістраль управління інформаційним каналом ділиться на наступні функціональні шини:

1. Шина управління обміном – включає в себе лінії синхронізації передачі інформації. В залежності від принципу обміну (асинхронний, синхронний) розрізняють кількість ліній в шині від 1 до 4-х.

2. Шина передачі керування – використовується для реалізації операції пріоритетного захвату магістралі інформаційного каналу. Розрізняють децентралізовану та централізовану структуру. В двоточкових інтерфейсах ця шина відсутня.

3. Шина переривання – використовується в системних інтерфейсах еом і програмно-модульних системах управління для ідентифікації пристрою, який запитує сеанс зв`язку. В якості ідентифікації пристрою використовується адреса пристрою або адреса програми обслуговування. Переривання (вектор переривання).

4. Шина управління режимом роботи і спеціальних керуючих сигналів містить лінії, які забезпечують працездатність інтерфейсу, в тому числі приведення пристрою у вихідний стан.

Структура зв`язків інтерфейсів

Згідно з ГОСТ 26016-81 структура зв`язків поділяється на наступні класи:

• магістральну;

• радіальну;

• каскадну;

• змішану

і на можливості передачі:

• двонаправлені (перспективні);

• одно направлені.

Функціональна організація інтерфейсів

Забезпечуючи принцип інформаційної сумісності функціонування організація інтерфейсів визначає ряд основних функцій:

• селекція інформаційного каналу;

• синхронізація обміну інформацією;

• координація взаємодії;

• буферне зберігання інформації;

• перетворення форми представлення інформації.

Селекція інформаційного каналу – дуже важливе питання надання прав доступу до інформаційного каналу:

1. Централізована структура ;

2. Децентралізована структура.

Централізована селекція:

1. Часова селекція магістралі;

2. Послідовне адресне сканування;

К

зайнято

такти

ИБn

ИБ1

К

запит

зайнято

ИБn

ИБ1

ИБ

ИБ

К

запит

зайнято

підтвердження

3. Каскадна селекція;

4. Селекція по видаленим радіальним лініям, “Запит”, “Підтвердження.”

Найменьший час селекції, гнучкість, але велика кількість ліній.

Децентралізована селекція

Ідентифікація запиту заключається в визначенні адреси пріоритетного джерела запиту. В машинних інтерфейсах адресна інформація, яку отримуємо при запиті називається вектором переривання і означає початкову адресу програми обслуговування переривання від даного пристрою.

Синхронізація визначає узгодженість процесів взаємодії між функціональними пристроями системи. Два або більше процеси називаються синхронними, якщо зміни станів цих процесів взаємонезалежні і виконуються через однакові чітко фіксовані інтервали часу. Взаємодія функціональних пристроїв при цьому розглядається як сукупність процесів передачі інформації джерелом і прийом цієї інформації приймачем (або декількома). Синхронізація процесу взаємодії заключається в тому, що інтервал часу зміни стану процесу передачі за відомо не може бути менше самого тривалого інтервалу часу зміни стану процесу прийому.

Два або більше процесів називаються асинхронними, якщо зміни станів цих процесів є взаємозалежні, а час зміни стану одного процесу визначається часом зміни стану другого процесу. Реалізація асинхронних процесів взаємодії базується на принципі зворотнього зв`язку, який може бути однопровідним і двопровідним.

З огляду на рівні ієрархії процесів взаємодій розглядають три види синхронізації передачі: бітів слова, слів, масивів слів.

Синхронізація бітів слова використовується при паралельній передачі багато розрядних кодів. Процес прийому слова синхронізується спеціальним сигналом строба, котрий видається з фіксованою затримкою по відношенню до моменту видачі всіх розрядів коду слова.

Синхронізація передачі слова визначає такі технічні характеристики інтерфейсу, як можливість взаємодії одного джерела з декількома приймачами, максимальну швидкість передачі і доступну довжину ліній зв`язку. На цьому рівні використовується два основних методи синхронізації передачі:

• без зворотнього зв`язку;

• із зворотнім зв`язком.

Схема без зворотнього зв`язку характеризується наявністю окремої лінії стробу і одного спільного або окремих тактових генераторів високої стабільності. Метод використовується в основному в синхронних інтерфейсах. Недоліком є те, що швидкість передачі не може бути вища швидкості прийому цих даних найповільнішим приймачем. Можливе використання буферних ЗП, що дозволяють підняти швидкість прийому даних.

Схеми із зворотнім зв`язком використовують лінії стробу сигналу і зворотнього зв`язку з сигналами імпульсного і потенційного типу, з кількістю ліній – однопровідні і двохпровідні. В порівнянні з асинхронним методом – менша кількість ліній при досягненні швидкодії, максимальної для кожного пристрою системи. Важливою перевагою є можливість одночасної передачі інформації до декількох приймачів.

Однопровідний зворотній зв`язок імпульсного типу

Шина даних

С инхронізація джерела

Дані прийняті

Однопровідний зворотній зв`язок імпульсного типу

Готовність прийому

Шина даних

Синхронізація джерела

Двох провідний зворотній зв`язок імпульсного типу

Шина даних

Синхронізація джерела

Готовність прийому

Дані прийняті

Синхронізація передачі масивів слів є процесом синхронізації верхнього рівня. Процес передачі з фіксованим розміром кадру використовує синхронний метод сигналізації закінчення процесу взаємодії. Процес передачі із змінним розміром кадру використовує асинхронний спосіб синхронізації передачі масиву.

Синхронний метод – жорсткі вимоги до кількості ліній зворотнього зв`язку.

Асинхронний метод – часто використовується в довільний момент приймач, передавач передає сигнали по спеціальним лініям керуючого каналу.

Функції координації – включають операції контролю (контроль тупікових ситуацій – тайм-аут).

1. Настройка на взаємодію;

2. Контроль взаємодії;

3. Передача функцій управління.

Функції обміну і перетворення інформації виконуються інформаційним каналом інтерфейсу. Це є прийом та видача інформації (даних, станів, адрес, команд) регістрами пристроїв системи. До операцій перетворення інформації можна віднести перетворення паралельного коду в послідовний і навпаки, пере декодування інформації, дешифрація команд, логічні дії над вмістом регістрів станів. Схемотехніка в кожному конкретному випадку – є специфічною для кожного пристрою.