Интерфейсы и шины в вычислительной системе

• Название: Интерфейсы и шины в вычислительной системе
• Дата: 23.12.2021
• Размер: 0.6 Mb.
• Имя файла: 45165.ppt
• Тип: Документы; #314808
• страница: 1 из 10

Интерфейсы и шины в вычислительной системе

Структура взаимосвязей вычислительной машины


Интерфейс - это аппаратное и программное обеспечение (элементы соединения и вспомогательные схемы управления, их физические, электрические и логические параметры), предназначенное для сопряжения систем или частей системы (программ или устройств). Под сопряжением подразумеваются следующие функции:
выдача и прием информации;
управление передачей данных;
согласование источника и приемника информации.

Шина

Шина (магистраль) - это среда передачи сигналов, к которой может параллельно подключаться несколько компонентов вычислительной системы и через которую осуществляется обмен данными. Очевидно, для аппаратных составляющих большинства интерфейсов применим термин шина, поэтому зачастую эти два обозначения выступают как синонимы, хотя интерфейс - понятие более широкое.

Интерфейс

Для интерфейсов возможны следующие реализации режимов обмена: дуплексный, полудуплексный и симплексный. К дуплексным относят интерфейсы, обеспечивающие возможность одновременной передачи данных между двумя устройствами в обоих направлениях. В случае, когда канал связи между устройствами поддерживает двунаправленный обмен, но в каждый момент времени передача информации может производиться только в одном направлении, режим обмена называется полудуплексным.

Основные технические характеристики интерфейсов

вместимость (максимально возможное количество абонентов, одновременно подключаемых к контроллеру интерфейса без расширителей);
пропускная способность или скорость передачи (длительность выполнения операций установления и разъединения связи и степень совмещения процессов передачи данных);
максимальная длина линии связи;
разрядность;
топология соединения


Взаимосвязь частей ВМ и ее «общение» с внешним миром обеспечиваются системой шин. Большинство машин содержат несколько различных шин, каждая из которых оптимизирована под определенный вид коммуникаций. Часть шин скрыта внутри интегральных микросхем или доступна только в пределах печатной платы. Некоторые шины имеют доступные извне точки, к которым легко подключить дополнительные устройства, большинство таких шин не просто доступны, но и отвечают определенным стандартам, что позволяет подсоединять к шине устройства различных производителей.


Чтобы охарактеризовать конкретную шину, нужно описать:
совокупность сигнальных линий;
физические, механические и электрические характеристики шины;
используемые сигналы арбитража, состояния, управления и синхронизации;
правила взаимодействия подключенных к шине устройств (протокол шины).


Шину образует набор коммуникационных линий, каждая из которых способна передавать сигналы, представляющие двоичные цифры 1 и 0. По линии может пересылаться развернутая во времени последовательность таких сигналов. При совместном использовании несколько линий могут обеспечить одновременную (параллельную) передачу двоичных чисел. Физически линии шины реализуются в виде отдельных проводников, как полоски проводящего материала на монтажной плате либо как алюминиевые или медные проводящие дорожки на кристалле микросхемы.

Электрические аспекты

Все устройства, использующие шину, электрически подсоединены к ее сигнальным линиям. Меняя уровни напряжения на сигнальных линиях, ведущее устройство формирует на них информационные или управляющие сигналы. Когда ведущее устройство выставляет на сигнальной шине какой-то уровень напряжения, этот уровень может быть воспринят приемниками в любой точке линии. Это идеализированная картина происходящих на шине процессов — реальные процессы значительно сложнее.


Схему, меняющую напряжение на сигнальной шине, обычно называют драйвером. При реализации шины необходимо предусмотреть возможность отключения драйвера от сигнальной линии на период, когда он не использует шину. Один из способов— применение драйвера, выход которого может находиться в одном из трех состояний: «высокий уровень напряжения» (high), «низкий уровень напряжения» (low) и «отключен» (off). Для перевода в состояние «off», эквивалентное отключению выхода драйвера от сигнальной линии, используется специальный вход драйвера.


Совместное использование линии шины несколькими устройствами возможно также за счет подключения этой линии к выходу драйвера через резистор, соединенный с источником питания (схемы с открытым коллектором (ТТЛ), открытым стоком (МОП) или открытым эмиттером (ЭСЛ)). Данный способ исключает электрические конфликты на шине и позволяет реализовать вид логической операции, «монтажное ИЛИ» или «монтажное И». Если к линии одновременно подключается несколько драйверов, то сигнал на линии представляет собой результат логического сложения (операция ИЛИ) всех поступивших на линию сигналов. Это используется при решении задачи арбитража. В некоторых шинах «монтажное ИЛИ» используется лишь в отдельных сигнальных линиях.