Каналы и интерфейсы ввода вывода

Любая ВС реализуются в виде определенной совокупности конструктивно автоном­ных, но информационно взаимосвязанных в единую систему функциональных элементов (ФЭ): различных устройств, блоков, модулей, каждый из которых полностью выполняет некоторую определенную функцию обработки информации. Для любого типа обработки информации, выполняемой в рамках любой ВС, необходимо обеспечить определенный обмен информацией между ФЭ, входящими в ее структуру. Поэтому любой ФЭ, помимо электронных узлов, реализуюших его основную функцию обработки информации, должен иметь специальные электронные узлы или аппаратуру, при помощи которых организуется

необходимый обмен информацией с другими ФЭ по соответствующим каналам связи (КС). Физическая среда, по которой передаются сигналы, несущие информацию, может быть различной, в частности в качестве такой среды используются различного вида кабе­ли или линии связи (ЛС). ЛС, по которым передаются сигналы, и аппаратура переда­чи/приема данных образуют упомянутые выше каналы связи.

Совокупность всех, в основном унифицированных, технических (аппаратных) и про­граммных средств, обеспечивающих информационное взаимодействие ФЭ, входящих в состав ВС, называется интерфейсом. Иначе говоря, интерфейс - это совокупность канала связи и программных средств, используемых для информационного сопряжения уст­ройств, входящих в состав ВС.

Помимо понятий «интерфейс» и «канал связи» часто используются также такие по­нятия как «протокол». Протокол - это совокупность правил, определяющих взаимодейст­вие ФЭ системы и описывающих способ выполнения определенного класса функций со­пряжения, т.е. интерфейсных функций.

Для того, чтобы иметь возможность использовать в ВС различные унифицированные ФЭ в первую очередь необходимо обеспечить их совместимость с точки зрения организа­ции процедуры обмена информацией, т.е. необходимо унифицировать аппаратные и про­граммные средства, организующие обмен информацией между ФЭ. Совместимость уни­фицированных ФЭ обеспечивается, так называемыми, стандартными интерфейсами (СИ), стыками и протоколами. Последнее заставляет уделять огромное внимание интерфейсам при проектировании и использовании средств ВТ.

Внешние интерфейсы или каналы ввода-вывода это группа интерфейсов (средств сопряжения) позволяющих расширять функциональные возможности ВС, за счет подклю­чения различного периферийного оборудования, и обеспечения коммуникации с другими компьютерами. К интерфейсам этой группы относятся LPT-, COM-, GAME- и MIDI-порты, шины SCSI, USB и FireWire, а также интерфейсы локальных сетей и вспомога­тельные интерфейсы J С и JTAG.

2.7.1 Обзор интерфейсов ввода вывода

Основоположником группы внешних интерфейсов является последовательный ин­терфейс СОМ-порта RS-232C, пришедший от удаленных терминалов, и использующийся ранее даже для подключения принтеров. Впоследствии из принтерных интерфейсов по­следовательный RS-232C был вытеснен более производительным параллельным интер­фейсом Centronics, реализуемым LPT-портом.

По мере роста разрешающей способности принтеров, расширении номенклатуры и требований устройств ввода (сканеры, дигитайзеры) и устройств с двунаправленным ха­рактером обмена (внешние диски, скоростные модемы) производительности указанных интерфейсов оказалось недостаточно. Вместе с тем оказалось, что повысить производи­тельность внешних интерфейсов можно обратным переходам на последовательный ин­терфейс, который снимает проблемы изготовления многопроводных кабелей и многокон­тактных соединителей с нормированными параметрами задержек сигналов. Эти предпо­сылки привели к появлению последовательных шин USB и FireWire, решающих многие проблемы подключения компьютерной периферии:

• преодоление ограничения производительности;

• упрощение подключений - минимизация количества и ассортимента соедини­тельных кабелей;

• экономия ресурсов ЭВМ - адресов портов, каналов ДМА и линий запросов пре­рываний, необходимых для подключения традиционных адаптеров;

• полная поддержка технологии Plug and Play.

USB (Universal Serial Bus) -последовательная шина подключения внешних перифе­рийных устройств среднего быстродействия (включая клавиатуру, мышь и другие устрой­ства), обеспечивающая двунаправленную передачу информации. Двухпроводной интер­фейс обеспечивает скорость передачи 1.5 или 12 Мбит/с. Устройства подключаются по топологии дерева, используя хабы-разветвители.

Вследствие недостаточной производительности USB для цифровой передачи живого видеоизображения, на ее базе был создана высокопроизводительная последовательная шина FireWire (IEEE 1394). Этот интерфейс с производительностью от 100 Мбит/с и выше (до 1,6 Гбит/с) предназначен для подключения дисков, стримеров, сканеров, цифровых

видеоустройств и т. п.

SCSI (Small Computer System Interface, произносится «скази») - интерфейс систем­ного уровня, стандартизованный ANSI. SCSI-шина реализуется в виде кабельного шлей­фа, который допускает соединение до 8 устройств внутреннего и внешнего исполнения. К шине могут подключаться дисковые внутренние и внешние накопители (винчестеры, сменные винчестеры, CD-ROM, магнитооптические диски и др.), стримеры, сканеры и другое оборудование, требующее интенсивного обмена данными.

Интерфейс игрового адаптера (GAME-порта) отличается от описанных выше тем, что помимо вода значений дискретных (4 бита) сигналов, используется для ввода и анало­говых сигналов (величины сопротивления 4 резисторов). Изначально порт был предназна­чен для подключения джойстиков и других игровых устройств ввода, но может использо­ваться для подключения и других датчиков.

2.7.2 Характеристики современных интерфейсов ввода-вывода

По способу передачи информации интерфейсы подразделяются на параллельные и последовательные. В параллельном интерфейсе все биты передаваемого слова (обычно байта) передаются по нескольким ЛС одновременно (интерфейс Centronics - LPT-порт). В последовательном интерфейсе биты передаются друг за другом обычно по одной ЛС (ин­терфейс RS-232C - СОМ-порт ЭВМ).

Важным параметром интерфейсов является пропускная способность, что обусловле­но ростом объемов передаваемой информации. Очевидно, что при одинаковом быстро­действии приемопередающих цепей и пропускной способности ЛС по скорости передачи данных параллельный интерфейс должен превосходить последовательный. Однако повы­шение производительности за счет увеличения тактовой частоты передачи данных не да­ет желаемого эффекта, поскольку в случае параллельного интерфейса начинают прояв­ляться такие недостатки как «перекос» сигнала, искажение уровня сигналов и т.д.

Для интерфейса, соединяющего два устройства, различают три возможных режима обмена - дуплексный, полудуплексный и симплексный. Дуплексный режим позволяет по одному каналу связи одновременно передавать информацию в обоих направлениях. Полу­дуплексный режим позволяет передавать информацию в противоположных направлениях поочередно. Симплексный (односторонний) режим предусматривает только одно направ­ление передачи информации,

Другим немаловажным параметром интерфейса является допустимое удаление со­единяемых устройств. Оно ограничивается как частотными свойствами кабелей, так и по­мехозащищенностью интерфейсов. Параллельные интерфейсы чаще накладывают более жесткие ограничения на этот параметр, например, RS-232C позволяет использовать кабе­ли длиной в десятки метров, в то время как Centronics ограничен в длине единицами мет­ров. Как правило, чем длиннее соединительный кабель, тем ниже предел его пропускной способности, т.е. если с длинным кабелем возникают проблемы передачи, то необходимо

Поиск по сайту: