3.5 Синхронный и асинхронный обмен информацией в интерфейсах
Ранее были даны определения синхронной и асинхронной передаче информации.
Синхронизация является той функцией, которая определяет скорость и надежность передачи информации. Синхронная и асинхронная передача реализуется либо с использованием аппаратных, либо программных средств.
При аппаратной синхронизации используются специальные сигналы — синхроимпульсы и сигналы стробирования.
Программная синхронизация использует специальные маркеры и метки, представляющие собой либо коды синхронизации, либо пакеты-маркеры, содержащие соответствующую информацию.
Линии интерфейса, по которым передаются данные, могут находиться в 3-х состояниях: состояние «1», состояние «0» и состояние отсутствия информации. Состояние отсутствия информации называют паузой на линии (шине) или холостым ходом шины. Для того чтобы приемник информации надежно различал эти состояния (например, отличал состояние «0» от холостого хода), используются стробирующие сигналы (стробы), которые подаются одновременно с данными. Стробы используются также и для синхронизации интерфейса.
Поскольку существуют два типа интерфейсов — параллельный и последовательный, а передача может быть синхронной и асинхронной, возможны 4 варианта передачи данных: параллельная синхронная и асинхронная, последовательная синхронная и асинхронная.
Отметим проблемы, возникающие при передаче данных параллельным кодом. Чем выше разрядность этого кода (От 8 до 64 разрядов), тем сложней правильно организовать передачу этого кода быстро и без ошибок. Допустим, что 2 устройства осуществляют передачу многоразрядного кода от устройства А к устройству Б. Поскольку электронные схемы, формирующие сигналы имеют разброс своих временных характеристик (собственные задержки не равные нулю), то установление сигналов 0 и 1 на линиях будет происходить в разные моменты времени в течение промежутка переключения. Кроме того, появление сигнала строба, так же происходит с задержкой. Поэтому строб надо подавать со сдвигом по временной оси только после того, как окончательно установится кодовая комбинация (с учетом всех ее задержек). Эта задержка не может быть определена теоретически и определяется экспериментально при испытании и настройке интерфейса.
При синхронной последовательной передаче данные передаются последовательно (бит за битом) и сопровождаются синхросигналом или стробом. Эта передача характерна для низкоскоростных периферийных устройств, расположенных на незначительных расстояниях от компьютера (несколько метров). При больших расстояниях передачи требуется использование мощного генератора синхроимпульсов и средства борьбы с затуханием сигнала, что весьма дорого.
Синхронная последовательная передача на расстояния в десятки и сотни метров строится с использованием двух генераторов синхроимпульсов или стробов. Один из генераторов работает на передающей стороне, а второй на приемной. При этом генератор на приемной стороне запускается генератором передающей стороны и имеет с ним одинаковую частоту. В этом случае передача строится так, как
показано на временной диаграмме (Рис.3,а).
Рис. 3. Синхронная последовательная передача
В таком интерфейсе верхний уровень сигнала принимается за «0», нижний — за «1». В состоянии холостого хода информационный бит на линии сигнала принимается за «0».
Передача строится следующим образом:
1. Переход линии интерфейса из «0» в «1» используется приемником для запуска генератора на приемной стороне, который начинает работать с генератором на передающей стороне (первый сигнал SYN).
2. Приемник распознает передаваемый второй SYN, после чего принимает первый бит данных (В1).
3. Постоянство интервала передачи (и приема) Тс обеспечивается синхронно работающими независимыми генераторами ГИа, ГИб в передатчике и приемнике, которые должны иметь высокую стабильность частоты.
4. При нарушении синхронности генераторов передатчик вставляет в последовательность битов символ SYN, то есть останавливает передачу и прекращает работу генератора ГИб.
5. Затем передачей двух синхросигналов процесс возобновляется с прерванного места.
Таким способом можно передать значительное количество информации, заключенной между синхросигналами.
При асинхронной последовательной передаче каждый байт передаваемой информации обрамляется стартовым и одним или двумя стоповыми битами. Передача строится следующим образом (Рис. 3, 6):
1. В режиме холостого хода линия находится в состоянии «0» (высокий уровень) - исходное состояние. Стартовый сигнал изменяет состояние линии и служит для запуска генератора в приемнике.
2. Затем передаются 8 битов информации, после чего линия переводится в исходное состояние стоповыми битами; передача прекращается, а генератор на приемной стороне прекращает работу.
3. Если следующего байта на передающей стороне нет, то линия остается в состоянии холостого хода.
4. Если следующий байт в передатчике есть, то передатчик выдает на линию стартовый бит и передача следующего байта осуществляется аналогично.
Такого рода передача характерна для принтеров. Параллельная асинхронная передача обычно в интерфейсах периферийных устройств не используется, так как это сильно удорожает интерфейс. Такая передача характерна для устройств, расположенных на материнской плате.
Параллельная синхронная передача строится по принципу «запрос-ответ», которую называют также «передачей с квитированием».
Суть передачи с квитированием заключается в следующем:
1. Источник выдает на шину данных параллельный код.
2. С некоторой задержкой на линию строба передается стробирующий сигнал, позволяющий приемнику считать с линий интерфейса код данных.
З. После того, как код данных считан приемником, последний вsдает на линию «ответ» - сигнал о том, что данные приняты. Передача с квитированием позволяет подстроить темпы обмена под каждое конкретное устройство и обеспечить в ряде случаев очень высокую скорость передачи данных. Кроме того, передача с квитированием обеспечивает высокую надежность и достоверность передачи.