3.2. Інтерфейси виводу-введення-висновку
Інтерфейс – це сукупність ліній і шин сигналів, електричних схем, а також алгоритмів (протоколів), що здійснюють обмін інформацією між пристроями ЕОМ. Він уніфікує склад і призначення ліній зв'язку, визначає послідовність сигналів при виконанні операцій, тимчасові співвідношення і перехідні процеси в лініях.
Лінії, згруповані по функціональній чи ознаці призначенню, називають шинами інтерфейсу. Сукупність усіх ліній утворить магістраль інтерфейсу.
Надійність і продуктивність ЕОМ багато в чому залежать від характеристик інтерфейсів.
Класифікація інтерфейсів
Об'єднання окремих підсистем (пристроїв, модулів) ЕОМ у єдину систему ґрунтується на багаторівневому принципі з уніфікованим сполученням між усіма рівнями – стандартним інтерфейсом. Під стандартними інтерфейсами розуміють такі інтерфейси, що прийняті і рекомендовані в якості обов'язкових галузевими чи державними стандартами, різними міжнародними комісіями, а також великими закордонними фірмами.
Інтерфейси характеризуються наступними параметрами:
пропускною здатністю інтерфейсу – кількістю інформації, що може бути передана через інтерфейс в одиницю часу;
максимальною частотою передачі інформаційних сигналів через інтерфейс;
інформаційною шириною інтерфейсу – числом чи біт байт даних, переданих паралельно через інтерфейс;
максимально припустимою відстанню між пристроями, що з'єднуються;
динамічними параметрами інтерфейсу – часом передачі окремого чи слова блоку даних з урахуванням тривалості процедур підготовки і завершення передачі;
загальним числом проводів (ліній) в інтерфейсі.
В даний час не існує однозначної класифікації інтерфейсів. Можна виділити наступні чотири класифікаційних ознаки інтерфейсів:
спосіб з'єднання компонентів системи (радіальний, магістральний, змішаний);
спосіб передачі інформації (рівнобіжний, послідовний, послідовний–паралельно–послідовний);
принцип обміну інформацією (асинхронний, синхронний);
режим передачі інформації (двостороння почергова передача, однобічна передача).
На рис. 10.2 представлені радіальний і магістральний інтерфейси, що з'єднують центральний модуль (ЦМ) і інші модулі (компоненти) системи (М1, ..., Мп).
Радіальний інтерфейс дозволяє всім модулям (М1, . . . , Mn) працювати незалежно, але має максимальна кількість шин. Магістральний інтерфейс (загальна шина) використовує принцип поділу часу для зв'язку між ЦМ і іншими модулями. Він порівняно простий у реалізації, але лімітує швидкість обміну. Рівнобіжні інтерфейси дозволяють передавати одночасно визначена кількість чи біт байт інформації з многопроводной лінії. Послідовні інтерфейси служать для послідовної передачі по двухпроводной лінії.
У випадку синхронного інтерфейсу моменти видачі інформації передавальним пристроєм і прийому її в іншому пристрої повинні синхронізуватися, для цього використовують спеціальну лінію синхронізації. При асинхронному інтерфейсі передача здійснюється за принципом "відповідь-запит-відповідь". Кожен цикл передачі супроводжується послідовністю керуючих сигналів, що виробляються передавальним і приймальням пристроями. Передавальне пристрій може здійснювати передачу даних ( чибайта декількох байтів) тільки після підтвердження приймачем своєї готовності до прийому даних.
Класифікація інтерфейсів по призначенню відбиває взаємозв'язок з архітектурою реальних засобів обчислювальної техніки. ВІДПОВІДНО до цієї ознаки в ЕОМ і обчислювальних системах можна виділити кілька рівнів сполучень:
- машинні системні інтерфейси;
- локальні шини;
- інтерфейси периферійних пристроїв (малі інтерфейси);
- межмашинные інтерфейси.
Машинні (внутрімашинні) системні інтерфейси призначені для організації зв'язків між складеними компонентами ЕОМ на рівні обміну інформацією з центральним процесором, ОП і контролерами (адаптерами) ПУ
Локальною шиною називається шина, що электрически виходить безпосередньо на контакти мікропроцесора, і призначена для збільшення швидкодії відеоадаптерів і контролерів дискових нагромаджувачів. Вона звичайно поєднує процесор, пам'ять, схеми буферизации для системної шини і її контролер, а також деякі допоміжні схеми. Типовими прикладами локальних шин є VLB і PCІ,
Призначення інтерфейсів периферійних пристроїв (малих інтерфейсів) складається у виконанні функцій сполучення контролера (адаптера) з конкретним механізмом ПУ.
Межмашинные інтерфейси використовуються в обчислювальних системах і мережах.
З метою зниження вартості деякі комп'ютери мають єдину шину (загальна шина) для пам'яті і пристроїв виводу-введення-висновку. Персональні комп'ютери перших поколінь, як правило, будувалися на основі однієї системної шини в стандартах ІSA, EІSA чи MCA. Необхідність збереження балансу продуктивності в міру росту швидкодії мікропроцесорів привела до багаторівневої організації шин на основі використання декількох системних і локальних шин. У сучасних комп'ютерах шини інтерфейсів поділяють на шини, що забезпечують організацію зв'язку процесора з пам'яттю, і шини виводу-введення-висновку. Шини пам'ять-процесор-пам'ять порівняно короткі, звичайно високошвидкісні і відповідають організації підсистеми пам'яті для забезпечення максимальної пропускної здатності каналу процесор^-пам'ять-процесор. Шини виводу-введення-висновку можуть мати велику довжину, підтримувати приєднання багатьох типів пристроїв і звичайно випливають одному із шинних стандартів. Звичайна кількість і типи пристроїв виводу-введення-висновку в обчислювальних системах не фіксуються, що дає можливість користувачу самому підібрати необхідну конфігурацію. Шина виводу-вход-виход комп'ютера розглядається як шина розширення, що забезпечує поступове нарощування пристроїв виводу- вход-виход. Тому стандарти відіграють величезну роль, дозволяючи розроблювачам комп'ютерів і пристроїв виводу-введення-висновку працювати незалежно.