Организация и разрядность интерфейсов ЭВМ

Министерство транспорта  Российской Федерации

Федеральное агентство железнодорожного транспорта

Государственное бюджетное образовательное  учреждение

Высшего профессионального образования

 

Кафедра «Информатика, прикладная математика и механика»

 

 

Организация и разрядность интерфейсов ЭВМ.

 

 

Тематический реферат

По дисциплине «Информатика»

 

 

                                                                                       

                                                                                                                  Студентка гр.

                                                                                                                  Руководитель-

                                                                                                                  доцент кафедры ИПММ

                                                                                                                                 

 

                                                        

 

 

 

Омск 2012

 

 

 

 

Содержание

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

Интерфейсы являются основой взаимодействия всех современных  информационных систем, поэтому необходимо знать, что представляет собой интерфейс, изучить его структуру и организацию.

Цель исследования:

Определить назначение интерфейсов ЭВМ.

Задачи исследования:

1.Изучить виды и  свойства интерфейсов ЭВМ.

2.Изучить организацию  и разрядность интерфейсов ЭВМ.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.Интерфейсы

Толковый словарь по вычислительным системам определяет понятие интерфейс (interface) как границу раздела двух систем, устройств или программ; элементы соединения и вспомогательные схемы управления, используемые для соединения устройств. Эта книга посвящена интерфейсам, позволяющим подключать к персональным (и не только) компьютерам разнообразные периферийные устройства (ПУ) и их контроллеры, а также соединять отдельные подсистемы компьютера. Рассмотрим вкратце основные свойства интерфейсов.

По способу передачи информации интерфейсы подразделяются на параллельные и последовательные.

В параллельном интерфейсе все биты передаваемого слова (обычно байта) выставляются и передаются по соответствующим параллельно идущим проводам одновременно. В PC традиционно  используется параллельный интерфейс Centronics, реализуемый LPT-портами, шины ATA, SCSI и все шины расширения. В последовательном интерфейсе биты передаются друг за другом, обычно по одной (возможно, и двухпроводной) линии. Эта линия может быть как однонаправленной (например, в RS-232C, реализуемой СОМ-портом, шине Fire Wire, SPI, JTAG), так и двунаправленной (USB, 12С).

При рассмотрении интерфейсов  важным параметром является пропускная способность. Технический прогресс приводит к неуклонному росту  объемов передаваемой информации. Если раньше матричные принтеры, печатающие в символьном режиме, могли обходиться и СОМ-портом с невысокой пропускной способностью, то современным лазерным принтерам при высоком разрешении не хватает производительности даже самых быстрых LPT-портов. То же касается и сканеров. А передача «живого» видео, даже с применением компрессии, требует ранее немыслимой пропускной способности. Вполне очевидно, что при одинаковом быстродействии приемопередающих цепей и пропускной способности соединительных линий по скорости передачи параллельный интерфейс должен превосходить последовательный. Однако повышение производительности за счет увеличения тактовой частоты передачи данных упирается в волновые свойства соединительных кабелей. В случае параллельного интерфейса начинают сказываться задержки сигналов при их прохождении по линиям кабеля и, что самое неприятное, задержки в разных линиях интерфейса могут быть различными вследствие неидентичности проводов и контактов разъемов. Для надежной передачи данных временные диаграммы обмена строятся с учетом возможного разброса времени прохождения сигналов, что является одним из факторов, сдерживающих рост пропускной способности параллельных интерфейсов. В последовательных интерфейсах, конечно же, есть свои проблемы повышения производительности, но поскольку в них используется меньшее число линий (в пределе — одна), повышение пропускной способности линий связи обходится дешевле.  Может, кто-нибудь еще помнит интерфейс канала ЕС ЭВМ (два пучка коаксиальных кабелей толщиной в руку) и видел кабель USB — эти интерфейсы (параллельный и последовательный) имеют примерно одинаковую пропускную способность. Для интерфейса, соединяющего (физически или логически) два устройства, различают три возможных режима обмена — дуплексный, полудуплексный и симплексный. Дуплексный режим позволяет по одному каналу связи одновременно передавать информацию в обоих направлениях. Он может быть асимметричным, если пропускная способность в направлениях «туда» и «обратно» имеет существенно различающиеся значения, или симметричным. Полудуплексный режим позволяет передавать информацию «туда» и «обратно» поочередно, при этом интерфейс имеет средства переключения направления канала. Симплексный (односторонний) режим предусматривает только одно направление передачи информации (во встречном направлении передаются только вспомогательные сигналы интерфейса). В данной работе в качестве примера рассмотрены наиболее используемые в настоящее время интерфейсы Centronics, RS232C и USB.

1.2Стандартные внешние интерфейсы ЭВМ.

Стандартный интерфейс - совокупность унифицированных программных, аппаратных, конструктивных средств, необходимых для реализации взаимодействия различных функциональных элементов в автоматических системах сбора и обработки информации при условиях, предписанных   стандартом   и   направленных   на    обеспечение   информационной, электрической и конструктивной совместимости указанных элементов.

Все интерфейсы делятся на две группы:

- внутренние (интерфейсы  прямого управления, межпроцессорные  интерфейсы, интерфейсы памяти, интерфейсы  ЦП – устройство в/в)(например : П – КЭШ, КЭШ- КЭШ, П- память, КЭШ – память)

- внешние интерфейсы (ЭВМ  –периферийные устройства)

- интерфейс в/в (для  подключения различных устройств,  например , SCSI)

- интерфейс внешних устройств  (контроллеры периферийных устройств)

- интерфейсы, предназначенные для организации удалённого доступа

 

Характеристики  интерфейса:

-пропускная способность¹

- достоверность передаваемых данных (% ошибок)

- помехоустойчивость

- допуски на электрические сигналы интерфейса

2. Параллельный интерфейс Centroniсs.

2.1 Параллельный порт Centronics — порт, используемый с 1981 года в персональных компьютерах фирмы IBM для подключения печатающих устройств, разработан фирмой Centronics Data Computer Corporation; уже давно стал стандартом де-факто, хотя в действительности официально на данный момент он не стандартизирован.

Изначально этот порт был разработан только для симплексной (однонаправленной) передачи данных, так  как предполагалось, что порт Centronics должен использоваться только для работы с принтером. Впоследствии разными фирмами были разработаны дуплексные расширения интерфейса (byte mode, EPP, ECP). Затем был принят международный стандарт IEEE 1284, описывающий как базовый интерфейс Centronics, так и все его расширения.

Скорость передачи может варьироваться и достигать 1,2 Мбит/с. Длина соединительного кабеля не должна превышать 3-х метров.

 

Кабельный 36-контактный разъём Centronics для подключения внешнего устройства

Порт на стороне компьютера имеет 25-контактный 2-рядный разъём DB-25-female (IEEE 1284-A), данные передаются в одну сторону: от компьютера к внешнему устройству. Но полностью однонаправленным его назвать нельзя. Так, 4 обратные линии используются для контроля за состоянием устройства. Centronics позволяет подключать одно устройство, поэтому для совместного очерёдного использования нескольких устройств требуется дополнительно применять селектор. На периферийных устройствах обычно используется 36-контактный разъём Centronics (IEEE 1284-B), поэтому кабели для подключения периферийных устройств к компьютеру по параллельному порту обычно выполняются с 25-контактным разъёмом DB-25-male на одной стороне и 36-контактным IEEE 1284-B на другой (AB-кабель). Существуют также СС-кабеля с разъёмами MiniCentronics (IEEE 1284-C) на обоих концах, предназначенные для подключения приборов в стандарте IEEE 1284-II, который применяется редко.

2.2 Режимы работ

Стандарт позволяет  использовать интерфейс в нескольких режимах:

• SPP (Standard Parallel Port) — однонаправленный порт, полностью совместим с интерфейсом Centronics.
• Nibble Mode — позволяет организовать двунаправленный обмен данными в режиме SPP путём использования управляющих линий (4 бит) для передачи данных от периферийного устройства к контроллеру². Исторически это был единственный способ использовать Centronics для двустороннего обмена данными.
• Byte Mode — редко используемый режим двустороннего обмена данными. Использовался в некоторых старых контроллерах до принятия стандарта IEEE 1284.
• EPP (Enhanced Parallel Port) — разработан компаниями Intel, Xircom и Zenith Data Systems — двунаправленный порт, со скоростью передачи данных до 2МБайт/сек.(1991)
• ЕСР (Extended Capabilities Port) — разработан компаниями Hewlett-Packard и Microsoft — в дополнение появились такие возможности, как наличие аппаратного сжатия данных, наличие буфера и возможность работы в режиме DMA.

В основном используется для подключения к компьютеру принтера, сканера и других внешних устройств, однако может применяться и для других целей (организация связи между двумя компьютерами, подключение каких-либо механизмов телесигнализации и телеуправления).

3. Последовательный интерфейс RS-232.

 

 RS-232 - это стандартный электрический интерфейс для последовательной передачи данных, поддерживающий асинхронную связь.

Этот стандарт соединения оборудования был разработан в'1969 г. рядом крупных промышленных корпораций и опубликован Ассоциацией электронной промышленности США (Electronic Industries Association - EIA). Международный союз электросвязи ITU-T использует аналогичные рекомендации под названием V.24 и V.28. Министерство обороны США выпустило практически идентичный стандарт Mil-Std-188C. В нашей стране подобный стандарт введен ГОСТ 18145-81.

 

Стандартная скорость передачи для RS232 — 9600 бит/сек на расстояние до 15 м. Существует в 8-, 9-, 25- и 31-контактных вариантах разъёмов.

В общем случае описывает четыре интерфейсные функции:

• определение управляющих сигналов через интерфейс
• определение формата данных пользователя, передаваемых через интерфейс
• передачу тактовых сигналов для синхронизации потока данных
• формирование электрических характеристик интерфейса

Широко используемый последовательный интерфейс синхронной и асинхронной передачи данных, определяемый стандартом EIA RS-232-C и рекомендациями V.24 CCITT. Изначально создавался для связи компьютера с терминалом. В настоящее время используется в самых различных применениях.

Интерфейс RS-232-C соединяет два устройства. Линия передачи первого устройства соединяется с линией приема второго и наоборот (полный дуплекс) Для управления соединенными устройствами используется программное подтверждение (введение в поток передаваемых данных соответствующих управляющих символов). Возможна организация аппаратного подтверждения путем организации дополнительных RS-232 линий для обеспечения функций определения статуса и управления.

Интерфейс RS-232C предназначен для подключения  к компьютеру стандартных внешних  устройств (принтера, сканера, модема, мыши и др.), а также для связи компьютеров между собой. Основными преимуществами использования RS-232C по сравнению с Centronics являются возможность передачи на значительно большие расстояния и гораздо более простой соединительный кабель. В то же время работать с ним несколько сложнее. Данные в RS-232C передаются в последовательном коде побайтно. Каждый байт обрамляется стартовым и стоповыми битами. Данные могут передаваться как в одну, так и в другую сторону (дуплексный режим).

Компьютер имеет 25-контактный (DB25P) или 9-контактный (DB9P) разъем для подключения RS-232C. Назначение контактов разъема приведено в таблице.

Назначение  сигналов следующее. 
FG - защитное заземление (экран). 
-TxD - данные, передаваемые компьютером в последовательном коде (логика отрицательная). 
-RxD - данные, принимаемые компьютером в последовательном коде (логика отрицательная). 
RTS - сигнал запроса передачи. Активен во все время передачи. 
CTS - сигнал сброса (очистки) для передачи. Активен во все время передачи. Говорит о готовности приемника. 
DSR - готовность данных. Используется для задания режима модема. 
SG - сигнальное заземление, нулевой провод. 
DCD - обнаружение несущей данных (детектирование принимаемого сигнала). 
DTR - готовность выходных данных. 
RI - индикатор вызова. Говорит о приеме модемом сигнала вызова по телефонной сети.

Для двухпроводной линии связи  в случае только передачи из компьютера во внешнее устройство используются сигналы SG и TxD. Все 10 сигналов интерфейса задействуются только при соединении компьютера с модемом.

Формат передаваемых данных показан на рисунке 1.2. Собственно данные (5, 6, 7 или 8 бит) соопровождаются  стартовым битом, битом четности и одним или двумя стоповыми  битами. Получив стартовый бит, приемник выбирает из линии биты данных через  определннные интервалы времени. Очень важно, чтобы тактовые частоты приемника и передатчика были одинаковыми, допустимое расхождение - не более 10%). Скорость передачи по RS-232C может выбираться из ряда: 110, 150, 300, 600, 1200, 2400, 4800, 9600, 19200, 38400, 57600, 115200 бит/с.