Параллельной передаче данных биты данных пересылаются одновременно по нескольким параллельным каналам одной линии связи. При последовательной

• Название: Параллельной передаче данных биты данных пересылаются одновременно по нескольким параллельным каналам одной линии связи. При последовательной
• Дата: 17.05.2022
• Размер: 277.3 Kb.
• Имя файла: 37-40.docx
• Тип: Протокол; #534913

37.Стандартные интерфейсы и протоколы передачи. Параллельный и последовательный  обмен информацией. Синхронные и асинхронные интерфейсы. 

Последовательная и параллельная передача данных

Передачу данных по линии связи можно организовать последовательно или параллельно. При параллельной передаче данных биты данных пересылаются одновременно по нескольким параллельным каналам одной линии связи. При последовательной передаче данных биты данных пересылаются по одному каналу по очереди.

два рисунка, иллюстрирующих эти виды передачи данных:


1. Последовательная передача данных

2. Параллельная передача данных
Здесь нумерованные квадратики изображают биты данных. Передача данных производится слева направо. Линия связи изображена в разрезе (серым цветом изображена изоляция от внешней среды и между каналами): на первом рисунке линия связи с одним каналом, на втором рисунке — линия связи с четырьмя каналами. Число четыре в данном случае ничего особенного не означает, каналов (как и входящих битов) может быть и больше, и меньше.

На первый взгляд кажется, что в компьютерных сетях нужно выбирать параллельную передачу данных, так как параллельная передача данных должна быть быстрее, чем последовательная (на вышеприведенных рисунках — в 4 раза, за счет большего числа каналов).

Однако, на практике в подавляющем большинстве случаев для прокладки компьютерных сетей выбирают последовательную передачу данных.

Во-первых, очевидно, линия связи с одним каналом дешевле линии связи с несколькими параллельными каналами за счет меньшего количества материала, потраченного на ее изготовление. Кроме этого, линия связи с одним каналом занимает меньше места, чем линия связи с несколькими каналами.

Во-вторых, в случае параллельных каналов требуется обеспечить их работу с одинаковой скоростью, в противном случае на выходе изначальный порядок бит перепутается и данные будут повреждены. Это тоже дополнительные трудности, которые отсутствуют в случае последовательной передачи данных.

В-третьих, параллельные каналы создают помехи работе друг друга. Это так называемые «перекрестные помехи», связанные с электромагнитным влиянием параллельных каналов друг на друга.

Синхронные и асинхронные интерфейсы

Примеры которые мы привели выше были синхронными, они так называются потому что используют отдельный вывод, который сообщает принимающей стороне когда считывать данные. К ним относится SPI и USART. Однако, USART (с англ. Universal Synchronous/Asynchronous Receiver/Transmitter) как не сложно догадаться может работать в асинхронном режиме. Если время передачи бита известно, то сообщать когда именно нужно считывать бит нет необходимости. Однако нужно как-то различать между собой принятые байты. С этой целью в последовательность высоких и низких уровней на шине внедряют задержки (старт и стоп-биты). Они отличаются по длительности от обычных 0 и 1, благодаря чему всегда можно определить где начало, а где конец посылки. Асинхронная версия USART называется UART.



Кодировка битов может быть осуществлена не только как 1 — высокий уровень и 0 — низкий уровень. В интерфейсе 1-Wire 1 и 0 кодируется одновременно и низким и высоким уровнем, отличается лишь их заполнение временного отрезка. Вы увидите это дальше в курсе, когда мы будем разбираться с датчиком температуры.

В интерфейсе SPI напротив, считывание сигнала происходит только по команде тактирующей линии.



У вас наверняка возникает философский вопрос, — «Зачем есть капусту, когда есть картошка?» Может показаться, что линия с тактовым сигналом излишня. Да. Но это не всегда так. Линия с тактовым сигналом делает интерфейс независимым от стабильности тактирующих систем узлов. Если погрешность будет слишком велика, то у устройств с асинхронным интерфейсом может произойти рассогласование. В случае с синхронным, тактовый сигнал задаётся передающим устройством (не совсем корректно, но пока пусть будет так), поэтому после первого бита линию можно повесить, условно, на полчаса без каких либо последствий и продолжить передачу после этого.
38.Структуры систем сбора и обработки информации

Целью системы сбора и обработки данных (СОД) является получение информации о состоянии объекта и рациональная организация процессов управления, контроля, и измерения с высокими качествами характеристики.



Рисунок 22 - Структура системы сбора и обработки данных

P1…Pn – обмен первичной информации

С1…Cn – сигналы, описывающие внутреннее состояние объекта

R1…Rn – сигналы внутреннего состояния объекта

Функции СОД можно описать следующими системами уравнений:

C1 =F1(Р1 ,Р2…. Рm, R1 …..Rk)

C2 =F2(Р1 ,Р2…. Рm, R1 …..Rk)

….. (1)

Cn =Fn(Р1 ,Р2…. Рm, R1 …..Rk)

F – функция алгоритма управления

P1 =f1(C1 ,C2…. Cn, R1 …..Rk)

P2 =f2(C1 ,C2…. Cn, R1 …..Rk)

…. (2)

Pm =fm(C1 ,C2…. Cn, R1 …..Rk)

f – внешнее проявление внутреннего состояния объекта, то есть функция контроля.

R1 =φ1(P1 ,P2…. Pm)

R2 = φ 2(P1 ,P2…. Pm)

…. (3)

Rk = φ k(P1 ,P2…. Pm)

φ – функция контроля и самотестирования СОД.

Микропроцессорная система сбора и обработки данных имеет столько каналов, сколько информации он считывает, собирает и обрабатывает. Так как информация, в основном, имеет природный характер (налоговый), то самым трудоемким процессом является канал аналого-цифрового преобразования АЦП. На рисунке 23 представлена структурная схема системы сбора и обработки с АЦП по каждому каналу информации.




Рисунок 23 - Структуры СОД

Обозначения на схеме:

Д – датчик;

СУ – согласующее устройство;

СН – система нормирования;

ФП – функциональный преобразователь;

АЦП – аналого-цифровой преобразователь;

ЦМ - цифровой мультиплексор;

МП – микропроцессор;

Сосредоточенные, иерархические и распределенные системы

Системы поддержки принятия решений могут быть сосредоточенные и распределенные.

Сосредоточенные СППР

Сосредоточенные СППР представляют собой систему поддержки решений, установленную на одной вычислительной машине.

Они проще, чем распределенные системы, так как в них отсутствует проблема обмена информацией.

Возможны следующие типы сосредоточенных СППР:

1. Решение в автоматическом режиме принимает система принятия решений, состоящая из одного узла. Такая система включает в себя ЭВМ, систему автоматического и/или ручного ввода информации и средства представления решения (возможно стандартное устройство вывода). Примером такой системы может быть система тушения пожара на каком-нибудь особо опасном объекте.

2. Решение принимает специалист, имеющий в своем распоряжении СППР. Система может включать в себя экспертные системы, моделирующие программы, средства оценки принятых решений и т. д.

Распределенные СППР

Распределенные СППР могут быть распределены пространственно и/или функционально. Пространственно и функционально распределенные СППР состоят из локальных СППР, расположенных в связанных между собой узлах вычислительной сети, каждый из которых может независимо решать свои частные задачи, но для решений общей проблемы ни одна из них не обладает достаточными знаниями, информацией и ресурсами (или некоторых из этих составляющих). Общую проблему они могут решать только сообща, объединяя свои локальные возможности и согласовывая принятые частные решения. Функционально распределенные системы состоят из нескольких экспертных систем (или СППР), связанных между собой информационно или установленных на одной вычислительной машине (пространственно они сосредоточены).

Необходимо особо отметить очень распространенный класс систем - иерархические системы поддержки принятия решении (ИСППР).

Иерархические вычислительные системы поддержки принятия решений состоят из экспертных систем или систем поддержки принятия решений, распложенных в узлах, связанных между собой вычислительной сетью. С точки зрения принятия решений узлы неравноправны. Самый простой пример такой системы - это система, состоящая из подсистем Wi , W 2,..., Wn и одной подсистемы Wo второго (более высокого) уровня.




Цель подсистемы Wo - влиять на низшие подсистемы таким образом, чтобы достигалась общая цель, заданная для всей системы. Такая система может служить в качестве элементарного блока при построении более сложных систем.

Объективно существуют интересы системы в целом. Их выразителем выступает подсистема Wo . Существуют и интересы подсистем Wi , W 2,..., Wn , причем их интересы, как правило, не совпадают или совпадают не полностью как с интересами подсистемы Wo , так и друг с другом.

п»ї

Степень централизации системы определяется мерой разделения полномочий между уровнями системы. В тех случаях, когда система Wo не может приказывать подсистемам низшего уровня, подсистемы низшего уровня не могут функционировать без координирующих действий (например, при выработке новой стратегии действий или распределении ресурсов), необходима разработка согласованных решений.

Распределенные системы получают в настоящее время все более широкое распространение по следующим причинам:

Понятие о структурах систем управления, контроля и диагностики, инфокоммуникационных и интеллектуальных информационных систем

Информационная система (ИС) – это специальные средства и методы, применяемые для сбора, хранения и обработки данных, которые необходимы для достижения конкретной цели. Технической базой для ИС являются компьютеры с установленными программами.

Диагностика включает контроль, проверку, оценивание; накопление статистических данных, их анализ; прогнозирование, выявление динамики, тенденций дидактического процесса. + Важным компонентом диагностирования является контроль. Контроль — это наблюдение за процессом усвоения знаний, умений и навыков.

Интеллектуальная информационная система (ИИС) - комплекс программных, лингвистических и логико-математических средств для реализации основной задачи – осуществления поддержки деятельности человека и поиска информации в режиме продвинутого диалога на естественном языке.^[1] ИИС являются разновидностью интеллектуальной системы, а также одним из видов информационных систем.

Понятие инфокоммуникационных. СИСТЕМ. 3. Инфокоммуникационные технологии — процессы, использующие совокупность средств и методов сбора, накопления, обработки и передачи данных (первичной информации) для получения информации нового качества о состоянии объекта, процесса или явления (информационного продукта).

Локальные вычислительные сети

Лока́льная вычисли́тельная сеть (ЛВС, локальная сеть; англ. Local Area Network, LAN) — компьютерная сеть, покрывающая обычно относительно небольшую территорию или небольшую группу зданий (дом, офис, фирму, институт).

уществуют способы классифицировать сеть. Основным критерием классификации принято считать способ администрирования. То есть в зависимости от того, как организована сеть и как она управляется, её можно отнести к локальной, распределённой, городской или глобальной сети. Управляет сетью или её сегментом сетевой администратор. В случае сложных сетей их права и обязанности строго распределены, ведётся документация и журналирование действий команды администраторов.

Компьютеры могут соединяться между собой, используя различные среды доступа: медные проводники (витая пара), оптические проводники (оптические кабели) и через радиоканал (беспроводные технологии). Проводные, оптические связи устанавливаются через Ethernet и прочие средства. Отдельная локальная вычислительная сеть может иметь связь с другими локальными сетями через шлюзы, а также быть частью глобальной вычислительной сети (например, Интернет) или иметь подключение к ней.

Чаще всего локальные сети построены на технологиях Ethernet. Следует отметить, что ранее использовались протоколы Frame Relay, Token ring, которые на сегодняшний день встречаются всё реже, их можно увидеть лишь в специализированных лабораториях, учебных заведениях и службах. Для построения простой локальной сети используются маршрутизаторы, коммутаторы, точки беспроводного доступа, беспроводные маршрутизаторы, модемы и сетевые адаптеры. Реже используются преобразователи (конвертеры) среды, усилители сигнала (повторители разного рода) и специальные антенны.

Распределенные вычислительные системы



Методы коммутации информации Коммутация.

+ Под коммутацией данных понимается их передача, при которой канал передачи данных может использоваться попеременно для обмена информацией между различными пунктами информационной сети. + Коммутация основана на использовании маршрутизации, определяющей путь, по которому в соответствии садресомназначения передаются данные.



Сетевое оборудование

— устройства, необходимые для работы компьютерной сети, например: маршрутизатор, коммутатор, концентратор, патч-панель и др. Можно выделить активное и пассивное сетевое оборудование.

Активное сетевое оборудование – оборудование, за которым следует некоторая «интеллектуальная» особенность. То есть маршрутизатор, коммутатор (свитч) и т.д. являются активным сетевым оборудованием.

Пассивное сетевое оборудование – оборудование, не наделенное «интеллектуальными» особенностями. Например - кабельная система: кабель (коаксиальный и витая пара (UTP/STP)), вилка/розетка (RG58, RJ45, RJ11, GG45), повторитель (репитер), патч-панель, концентратор (хаб), балун (balun) для коаксиальных кабелей (RG-58) и т.д. Также, к пассивному оборудованию можно отнести монтажные шкафы и стойки, телекоммуникационные шкафы.

Узлы комутации и маршрутизации

Принцип работы сети заключается в соединении компьютеров и периферии с помощью двух компонентов оборудования: коммутаторов и маршрутизаторов. Эти два компонента позволяют устройствам, подключенным к вашей сети, взаимодействовать друг с другом и с другими сетями.

Коммутаторы используются для соединения группы устройств в одной сети в рамках здания или территории. Например, коммутатор может соединить компьютеры, принтеры и серверы, создавая сеть общих ресурсов. Коммутатор может работать в качестве контроллера, позволяя различным устройства предоставлять общий доступ к информации и взаимодействовать с другими устройствами. Благодаря предоставлению общего доступа к информации и распределению ресурсов коммутаторы экономят ваши средства и повышают производительность.

Существует два основных типа коммутаторов: управляемые и неуправляемые.

Неуправляемые коммутаторы работают по стандартной схеме и не позволяют вам вносить изменения в эту схему. В оборудовании для домашних сетей зачастую используются неуправляемые коммутаторы.

Управляемый коммутатор предоставляет доступ для его программирования. Это обеспечивает более высокую гибкость, поскольку коммутатор можно контролировать и настраивать локально или удаленно для управления передачей трафика по сети и доступом к вашей сети.

Маршрутизаторы используются для связывания нескольких сетей вместе. Например, можно использовать маршрутизатор для подключения сетевых компьютеров к Интернету, предоставляя таким образом общий доступ в Интернет для множества пользователей. Маршрутизатор может работать в качестве диспетчера, выбирая оптимальный маршрут для передачи вашей информации и обеспечивая ее быстрое получение.

Понятие о протоколах и сетевых интерфейсах

Протокол – формализованные правила, определяющие последовательность и формат сообщений, которыми обмениваются сетевые компоненты, лежащие на одном уровне, но в разных узлах. Интерфейс – формализованные правила, определяющие взаимодействие сетевых компонентов соседних уровней одного узла.

Модель ВОС

Эталонная модель взаимодействия открытых систем (эм вос, модель OSI Open Systems Interconnection) была разработана Международной организацией по стандартизации (МОС, OSI) и принята в виде стандарта в 1983 г. Она поддержана Международным консультативным комитетом по телефонии и телеграфии (МККТТ), ныне Международным союзом электросвязи, секция Телекоммуникаций (МСЭ-Т, ITU-T) Рекомендацией Х. 200.

Гибкие автоматизированные электротехнологические системы.

Гибкую автоматизированную технологию и созданные на ее основе гибкие автоматизированные производства, которые органически сочетают комплексную автоматизацию с всемерной экономией трудовых ресурсов, называют технологией XXI в.

Комплексная автоматизация предполагает такую организацию производственных процессов, которая соответствует технологии производства, а также требованиям равномерного, непрерывного и интенсивного использования всей технологической системы без участия человека при стабильном качестве выпускаемой продукции. Комплексность автоматизации проявляется в том, что она охватывает не только рабочие, но и вспомогательные элементы технологического процесса. Поэтому автоматизироваться должны не только основные процессы производства продукции, но и транспорт, складирование, проектирование и технологическая подготовка производства.

Необходимо отметить, что вытесняя физический труд из основных и вспомогательных производств, автоматизация ведет к увеличению затрат умственного труда, связанного с обеспечением этих производств, и прошлого труда. При этом, если умственный труд не будет охвачен собственными системами автоматизации, программирования, управления, то эффективность автоматизации производственных процессов будет низкой. Кроме того, автоматизация производства представляет собой вариант рационалистического развития, которое по своей сути ограничено.

Учитывая вышеизложенное, можно сформулировать следующие принципы автоматизации производства.

1. Автоматизация должна носить комплексный характер и охватывать целостные технологические процессы.

2. Автоматизации должна охватывать не только сам технологический процесс, но и все, примыкающие к нему (транспорт, складирование, проектирование, технологическую подготовку производства).

3. Автоматизированные системы должны быть гибкими технологически и экономически. Технологическая гибкость подразумевает возможность изменения производительности системы при сохранении согласованной работы ее элементов (саморегулируемость системы), экономическая ‑ способность к многократной смене номенклатуры выпускаемой продукции с наименьшими затратами при неизменности основного технологического оборудования.

4. Автоматизация должна быть обеспечена высокой надежностью используемого оборудования.

Современную концепцию автоматизации производства в наибольшей мере отражают представления о гибких автоматизированных производствах.

Локальная сеть ЭВМ для управления электротехнологическими установками и системами.

Для связи пользователей компьютеров, работающих далеко друг от друга, создаются компьютерные сети, которые позволяют быстро обмениваться информацией. Компьютерная сеть образуется при соединении нескольких компьютеров. Прямое соединение двух компьютеров в ОС Windows ХР можно обеспечить с помощью стандартного средства ОС командами Пуск Программы Стандартные Связь Мастер новых подключений Установить прямое подключение к другому компьютеру.

Назначение компьютерных сетей — обеспечение совместного доступа к общим ресурсам. Ресурсы бывают трех типов: аппаратные, программные, информационные. При работе в компьютерной сети любого типа одновременно происходит совместное использование всех трех типов ресурсов.

При создании компьютерных сетей важно обеспечить совместимость оборудования (по электрическим и механическим характеристикам), информационного и программного обеспечения (программ и данных, систем кодирования, форматов данных). Стандартизация этих задач основана на модели OSI (Model of Open System Interconnections — модель взаимодействия открытых систем), созданной по предложениям Международного института стандартов ISO (International Standards Organization).

По модели ISO/OSI можно выделить семь уровней архитектуры сетей:

1. Прикладной (самый верхний) уровень. Пользователь взаимодействует с вычислительной системой, создает документ.

2. Уровень представления. ОС компьютера пользователя фиксирует нахождение созданных данных.

3. Сеансовый уровень. Компьютер пользователя взаимодействует с сетью. Протоколы проверяют права пользователя на связь и передают документ к протоколам следующего уровня.

4. Транспортный уровень. Документ преобразуется в форму передачи данных по сети.

5. Сетевой уровень задает маршрут движения данных по сети.

6. Уровень соединения модулирует сигналы физического уровня. Эти функции выполняет сетевая карта или модем.

7. Физический (самый нижний) уровень. Обеспечивает обмен сигналами между устройствами. Реальная передача данных по битам. На компьютере получателя данных процесс преобразования обратный — от битовых сигналов до документа.

Обмен данных происходит путем перемещения их с верхнего уровня на нижний и обратным воспроизведением.

Совместимость на каждом из семи возможных уровней архитектуры компьютерной сети обеспечивается действующими специальными стандартами, называемыми протоколами. Они определяют характер аппаратного взаимодействия компонентов сети (аппаратные протоколы) и характер взаимодействия программ и данных (программные протоколы). Физическую поддержку протоколов выполняют устройства, называемые интерфейсами, и программные средства — программы поддержки протоколов.

Единый протокол передачи данных по сети Интернет TCP/IP (с 1983 г. для сети NSFNet — сеть Национального научного фонда США) обеспечивает устойчивость Глобальной сети. Транспортный протокол TCP (Transmission Control Protocol) разбивает файлы на объекты при передаче и собирает их при получении. Адресный протокол IP (Internet Protocol) — протокол маршрутизации, обеспечивающий доставку. Если отправляется письмо, то пишутся адреса отправителя и получателя. Информация упаковывается в конверт, содержание которого называется IP -пакетом, и «пишутся» IP-адреса получателя. Например, «Кому: 198.78.213.185»; «От кого: 193.124.5.31». По наборам цифр можно определить адресата.