МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«УЛЬЯНОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»
В. Н. Шивринский
ПРОТОКОЛЫ
И ИНТЕРФЕЙСЫ
ИНФОРМАЦИОННЫХ
СИСТЕМ
Конспект лекций для студентов, обучающихся
по направлению 230400.62
«Информационные системы и технологии»
Ульяновск 2013
УДК 681.518.3(076)
ББК 34.9я73
Ш 55
|
Ш 55 |
Шивринский, В. Н. Протоколы и интерфейсы информационных систем : конспект лекций для студентов, обучающихся по направлению 230400.62 «Информационные системы и технологии» / В. Н. Шивринский. – Ульяновск : УлГТУ, 2013. – 80 с. |
Пособие составлено в соответствии с рабочей программой одноименного курса, знакомит студентов с принципами построения и применения интерфейсов информационных систем.
Конспект лекций предназначен студентам для самостоятельного изучения дисциплины, а также преподавателям, ведущим занятия по аналогичным предметам.
Приведенный материал может быть использован также студентами при выполнении учебных научных исследований и выпускных квалификационных работ.
Работа выполнена на кафедре измерительно-вычислительных комплексов.
УДК 681.518.3(076)
Ббк 34.9я73
В. Н. Шивринский, 2013
Оформление УлГТУ, 2013
Предисловие
Лекции подготовлены по материалам, изложенным в литературе [1÷10].
Учебным планом по дисциплине предусмотрено 54 часа аудиторных занятий, из них лекции – 18 часов, лабораторные работы – 36 часов, 52 часа для самостоятельной работы, экзамен в шестом семестре.
При проведении лабораторных занятий используются также методические разработки В. Н. Шивринского, изданные в различные годы Ульяновским техническим университетом:
Проектирование информационных систем : сборник лабораторных работ, 2002. – 40 с.
Исследование интерфейсов ИВК : сборник лабораторных работ, 2001. – 36 с.
Исследование приборного интерфейса : сборник лабораторных работ, 2004. – 40 с.
Лекции являются основной и эффективной формой учебного процесса в высшей школе. Лектор обращает внимание студентов на исходные положения, на принципиальные стороны, относящиеся к тому или иному вопросу.
Конспект лекций предназначен студентам для глубокой самостоятельной проработки, а также преподавателям, ведущим занятия по аналогичным дисциплинам.
1. Основные понятия и определения Введение
Для современного этапа развития измерительной техники характерно все более широкое внедрение автоматизации измерений, которая стала возможной вследствие применения в средствах измерения микропроцессорных систем и микро-ЭВМ. Повышение требований к качеству и количеству средств измерений привело к созданию Государственной системы промышленных приборов и средств автоматизации (ГСП).
ГСП определяется как совокупность изделий, предназначенных для использования в промышленности в качестве технических средств автоматических и автоматизированных систем контроля, измерения, регулирования и управления технологическими процессами. ГСП охватывает все устройства, обеспечивающие формирование сигналов – носителей информации о значениях характеристик объекта управления (датчики), нормирование сигналов (вторичные преобразователи), функциональное преобразование, коммутацию, аналого-цифровое и цифроаналоговое преобразование, реализацию требуемого воздействия на объект.
Методологическую основу ГСП составляет система государственных стандартов, устанавливающих общие технические требования, требования к входным и выходным сигналам, правилам информационного сопряжения и конструктивному исполнению. Техническую основу составляют агрегатные комплексы, каждый из которых представляет собой совокупность технических средств, упорядоченных по функциям и параметрам.
Наиболее рациональный принцип построения измерительных информационных систем – принцип агрегатирования. Его сущность заключается в том, что система выполняется как агрегат, состоящий из независимых функциональных блоков – модулей.
Каждый блок имеет конструктивную законченность. В качестве примеров функциональных блоков можно назвать аналого-цифровой (АЦП) и цифроаналоговый (ЦАП) преобразователи, цифровой вольтметр, цифровой частотомер, измерительный генератор, принтер, дисплей и т. п.
Многообразие систем, построенных на агрегатном принципе, достигается путем использования различных сочетаний, комбинаций модулей. Предусматривается возможность наращивания структуры системы в процессе эксплуатации. При построении агрегатированной системы должны быть решены две основные задачи: совместимости и сопряжения модулей.
Преимущества принципа агрегатирования наиболее полно проявляются, если любые модули можно объединить в систему без конструктивных изменений. Для этого необходимо унифицировать сопряжение между модулями. Такое сопряжение модулей между собой и с устройствами обработки информации достигается посредством интерфейса.
Общая схема модульной измерительной информационной системы (ИИС) показана на рис. 1.1.
Рис. 1.1. Общая модульная структура ИИС
Система разбита на модули. Модули преобразования входного и выходного сигналов содержат компоненты, необходимые для обмена входными и выходными сигналами с внешней средой. Примерами таких компонентов являются аналого-цифровые и цифроаналоговые преобразователи. Модули интерфейса ввода, ЭВМ и интерфейса вывода содержат ЭВМ и ее компоненты, а также интерфейсные компоненты, необходимые для связи ЭВМ с другими модулями системы. Модуль комбинированной аппаратуры содержит компоненты, необходимые для реализации остальных функций системы.
Элементы системы взаимодействуют между собой самым различным образом: механическим, электрическим, информационным. При рассмотрении ИИС можно выделить конструктивные, энергетические и информационные структуры. Структура конструкции системы содержит информацию о механическом взаимодействии элементов системы. Эта структура отражена в комплекте рабочих чертежей системы. Структура энергетических связей содержит информацию об источниках и потребителях электрической энергии. Эта структура отражена в электрической схеме соединений элементов системы. Структура информационных связей содержит сведения о том, каким образом происходит обмен информацией. Она является наиболее важной и первичной по отношению к другим структурам.
Получили распространение каскадные (цепочные, кольцевые), радиальные и магистральные структуры (рис. 1.2), а также их комбинации.
Каскадные структуры представляют системы с децентрализованным управлением. Здесь сигнал состояния предшествующего модуля является управляющим для последующего. Это простые структуры, с их помощью достигаются наилучшие временные характеристики.
Рис. 1.2. Типовые структуры ИИС: а) каскадные, б) радиальные, в) магистральные;
ЦВМ – центральная вычислительная машина (устройство управления);