Глава 7. Шинные интерфейсы

7.1. Общие положения

Интерфейсом называется стандартное сопряжение объектов для обмена данными. Это очень широкое понятие. В понятие интерфейс входит множество средств обмена информацией: разговорный язык, письменность, живопись и т.д. В ЭВМ используется целый ряд интерфейсов. Это – экранный интерфейс (человек – ЭВМ), аппаратный (сопряжение между блоками), программный (сопряжение между программными блоками) и т.д.

В настоящем разделе рассматривается только стандартное аппаратное сопряжение для обмена данными с использованием шин.

Шинные интерфейсы определяются тремя стандартами:

• стандарт на провода

• стандарт на передаваемые сигналы,

• стандарт на протоколы передачи данных.

Стандарты на провода

Стандарты на провода определяют их количество, размеры, электрические параметры, назначение (заземления, сигнальные, экранирующие и т.д.).

Стандарты на передаваемые сигналы

Стандарты на передаваемые сигналы определяют тип модуляции сигналов (импульсные, частотные), полярность, параметры частот, ограничения на фронты, амплитуды и т.д.

Стандарты на протоколы

Стандарты на протоколы определяют:

• семантику комбинаций сигналов,

• протоколы передачи.

Семантика определяет смысловое значение передаваемых комбинаций сигналов.

Протоколы передачи определяют допустимые последовательности комбинаций сигналов приказов, их смысловое значение и возможные комбинации ответов (допустимых комбинаций приказов и ответов).

Основное назначение интерфейсов – организация структур вычислительных систем с переменной конфигурацией. В первую очередь, это возможность замены и наращивания парка периферийных устройств. По этой причине первыми интерфейсами стали интерфейсы ввода/вывода.

Но уже модели первого семейства мини-ЭВМ (PDP-11) использовали системный интерфейс "Общая шина" (Unibas) для более удобного конфигурирования всей системы. Первые микро-ЭВМ также использовали системные интерфейсы ISA (EISA).

Шинные интерфейсы могут быть:

• по способам соединений – индивидуальными и общими,

• по способам передачи информации по проводам – однонаправленными и двунаправленными,

• по способам синхронизации – синхронными и асинхронными.

На рис. 7.1 представлены способы передачи данных между двумя устройствами по однонаправленным шинам (рис. 7.1а) и по двунаправленным (рис.7.1б).

По способам соединений наиболее популярно использование общих для всех устройств шин. Использование индивидуальных шин повышает производительность передач, но усложняет интерфейс и используется только для связи ведущего устройства с ведомыми и только в исключительных случаях.

Использование однонаправленных проводов повышает производительность интерфейса за счет совмещения передач, но по ряду других параметров уступает использованию двунаправленных. В интерфейсах однонаправленные провода используются только для передачи индивидуальных сигналов, например, сигналов прерывания от периферийных устройств.

Использование способа синхронизации зависит от заданного быстродействия, протяженности интерфейсных проводов и разброса в быстродействии устройств источника и приемника. При больших расстояниях передачи и низком быстродействии устройств обычно используют асинхронные интерфейсы, при малых расстояния – синхронные.

В любой момент времени на шинном интерфейсе возможна передача данных только между двумя устройствами. Одно из них является ведущим, другое – ведомым. Ведущее устройство определяет ведомое устройство и направление передачи.

Эти устройства могут иметь разное быстродействие. Одна из задач протоколов интерфейса – обеспечить корректную передачу данных даже при разном быстродействии устройств.

При этом могут использоваться два типа протоколов: синхронный и асинхронный. Синхронный протокол отличается от асинхронного тем, что в синхронном протоколе используется общая система синхронизации, которая отсутствует в асинхронном протоколе. В синхронном протоколе все сигналы привязываются к синхроимпульсам. По этой причине он проще в реализации, но рассчитан только на передачу данных на сравнительно короткие расстояния.

В асинхронном протоколе корректность передачи данных обеспечивается путем сопровождения каждого этапа передачи специальными сигналами (стробами и квитанциями).

Вопросы для самопроверки:

1. Определение интерфейса.

2. Стандарты на провода.

3. Стандарты на передаваемые сигналы.

4. Стандарты на протоколы.

5. Синхронные и асинхронные интерфейсы.