1.1.5. Режимы передачи данных

Взаимодействие передатчика ПРД и приёмника ПРМ предполагает согласование во времени моментов передачи и приёма квантов информации. При синхронной передаче передатчик ПРД поддерживает постоянные интервалы между очередными квантами информации в процессе передачи всего сообщения или значительной его части. Приёмник ПРМ независимо или с помощью поступающих от передатчика управляющих сигналов обеспечивает приём квантов в темпе их выдачи.

Для реализации синхронного режима передачи при последовательном интерфейсе передатчик ПРД в начале сообщения передаёт заранее обусловленную последовательность бит, называемую символом синхронизации SYN. Переход линии интерфейса из состояния «1» в состояние «0» используется приёмником для запуска внутреннего генератора, частота которого совпадает с частотой генератора в передатчике; приёмник ПРМ распознаёт передаваемый символ SYN, после чего принимает очередной символ сообщения, начиная с его первого бита. Этот процесс иллюстрируется на рис. 1.3.

Рис. 1.3. Передача данных при последовательном интерфейсе

Постоянство интервалов передачи (и приёма) символов обеспечивается синхронно работающими независимыми генераторами в передатчике и приёмнике, которые обладают высокой стабильностью частоты.

При нарушении синхронизации передатчик должен вставить в последовательность передаваемых байт сообщения дополнительные символы SYN. Если при последовательной передаче используются дополнительные линии интерфейса, то синхронная передача передатчика и приёмника поддерживается сигналами синхронизации, передаваемыми по данной линии от передатчика к приёмнику.

Аналогично с помощью сигнала синхронизации реализуется синхронная передача в параллельном интерфейсе. В качестве сигнала синхронизации используется стробирующий сигнал. Очередной квант данных передаётся только по прошествии интервала времени T_сi, т.е. когда предшествующий квант при нормальной работе должен быть уже принят, зафиксирован и распознан в приёмнике. Если передача данных через интерфейс производится между передатчиком ПРД и одним из приёмников ПРМ, то интервал синхронизации T устанавливается в расчете на наиболее медленный приёмник ПРМ, т.е. T >= max T_сi.

Передачу называют асинхронной, если синхронизация передатчика осуществляется при передаче каждого кванта данных. Интервал между передачей квантов данных непостоянен.

При асинхронном последовательном интерфейсе каждый передаваемый квант данных «обрамляется» стартовыми и стоповыми сигналами (рис. 1.4).

Изменение состояния линии интерфейса (например, из высокого уровня в низкое и нахождение в этом состоянии определённое время) является стартовым сигналом для приёмника и служит сигналом генератора в приёмнике. При стоповом сигнале линия переводится в исходное состояние, данный перевод служит сигналом для остановки генератора приёмника. Таким образом, в асинхронном последовательном интерфейсе синхронизация передатчика и приёмника поддерживается только в интервале передачи одного кванта (байта, октета).

Рис. 1.4. Передача данных при последовательном асинхронном интерфейсе

При параллельном интерфейсе режим асинхронной передачи обычно реализуется по схеме «запрос-ответ». Временная диаграмма взаимодействия приёмника и передатчика приведена на рис. 1.5.

Рис. 1.5. Временные диаграммы взаимодействия приемника и передатчика в параллельном интерфейсе при асинхронной передаче

Приёмник ПРМ, получив сигнал по линии строба и зафиксировав байт сообщения по линиям Л₁ – Л_m, формирует ответный сигнал – квитанцию RCP, пересылаемую в передатчик ПРД; такую передачу называют передачей с квитированием. Сигнал RCP является разрешением передатчику перевести линии Л₁ – Л_m и линию стробирования в исходное состояние, после чего приёмник ПРМ также сбрасывает сигнал RCP. Сброс сигнала RCP служит для передатчика разрешением на передачу очередного байта.

Затраты времени на асинхронную передачу составляют, при τ_ПРД = τ_ПРМ = τ,

где τ_л – время распространения сигнала по линии; τ_ПРД , τ_ПРМ – задержки на формирование ответного сигнала в передатчике и приёмнике соответственно.

При такой организации линий Л₁ – Л_m часть времени не используется для передачи.

Для увеличения пропускной способности асинхронного интерфейса используют две линии стробирования (STR1 и STR2) и квитирования (RCP1 и RCP2). Организацию передачи данных при таком подходе иллюстрирует рис. 1.6.

Рис. 1.6. Временные диаграммы взаимодействия приемника и передатчика в параллельном асинхронном интерфейсе при использовании двух линий стробирования

Интервал между передачей квантов данных в этом случае составит .

Квитирование позволяет как бы подстроить темп обмена под каждое конкретное устройство и обеспечить в ряде случаев высокий темп обмена, несмотря на необходимость передачи сигналов в двух направлениях.

Кроме того, квитирование обеспечивает высокую надёжность передачи данных путём контроля по тайм-ауту, т.к. при такой организации передачи данных передатчик должен получить сигнал-квитанцию о получении данных в течение определённого времени. Если за этот установленный интервал ( ) сигнал передатчиком не будет получен, то фиксируется отказ. Интервал называют интервалом тайм-аута и его величина должна удовлетворять условию

> max{ },

где – возможные интервалы между выдачей квантов данных устройствами при отсутствии отказов.

Рассмотрим наиболее распространенные интерфейсы. Исторически первыми начали использоваться последовательный интерфейс RS-232, параллельный интерфейс.