Аппаратные интерфейсы операционных систем

 
 
 
Московский  Государственный Университет Пищевых  Производств 

Кафедра АС и ВТ

Дисциплина  «Автоматизированные вычислительные комплексы» 

Реферат на тему «Аппаратные  интерфейсы операционных систем» 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Выполнила

студентка Алексеева А.В.

группа  07-ИУ-1

Принял

Преподаватель Боганов А.А. 

Москва 2010г 
 
 
 
 

Информационная  система – комплекс программных и аппаратных средств предназначенных для ввода-вывода информации с целью последующей обработки, хранения, визуализации и т.п. 

В большей степени  ИС ассоциируется с компьютерной техникой эксплуатация которой подразумевает ввод\вывод информации при помощи различного типа интерфейсов.

      Это современные измерительные  приборы и устройства которые имеют  возможность ввода\вывода информации (осциллограф, универсальные измерительные приборы, фототехника, любые переферийные устройства подключаемые как к компьютеру так и соединяемые между собой )

      Это современные электронные  компоненты с каким  либо каналом доступа (АЦП, датчики давления, температуры, элементы памяти, и т.п.)

      Необходимо  обеспечить взаимодействие этих элементов между  собой – при  помощи интерфейсов. 

Интерфейс — соглашение об обмене информацией, правила обмена информацией, подразумевающие электрическую, логическую и конструктивную совместимость устройств, участвующих в обмене. Другое название — сопряжение. 

о нестандартных  интерфейсах и стандартных интерфейсах 

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

Аппаратный  интерфейс - устройство, преобразующее сигналы и передающее их от одного компонента оборудования к другому. А.И. определяется набором электрических связей и характеристиками сигналов.

 
 
 
 
 
 
 

Рисунок 1 – Организация передачи данных между  двумя информационными  системами 

ИС –  информационная система

ПР –  преобразователь/формирователь сигналов для ввода в канал связи

П –  помехи в канале связи 

о разных топологиях соединения ИС, о преобразователях интерфейсов 

Канал связи это тема отдельных лекций, бывают:

1. Проводные каналы связи
2. Оптические каналы связи
1. Инфракрасные
2. Оптоволоконные
3. Радиоканал (НЧ, спутниковая связь)

Все каналы связи характеризуются:

      1. пропускной способностью – основная  характеристика канала связи

      2. помехоустойчивость

      3. Затухание сигнала – определяет мощность сигнала на входе в канал связи.

 
 
 

      Существует  несколько общих  понятий и определений  касающихся аппаратных интерфейсов (прозвучали в определении интерфейса). 

Совместимость интерфейсов. 

Информационная  совместимость - это согласованность взаимодействия функциональных элементов в соответствии с совокупностью логических условий, которые определяют структуру и состав шин, набор процедур по реализации взаимодействия и последовательность их выполнения для различных режимов функционирования, способа кодирования и форматы команд данных, адресов и информации о состоянии, временные соотношения между управляющими сигналами, ограничение на их форму и их взаимодействие. (формат данных должен быть понятен принимающей ИС)  

Электрическая совместимость - это согласованность статических и динамических параметров электрических сигналов с учетом ограничений на пространственное размещение устройств интерфейса и техническую реализацию приемно-передающих элементов (ППЭ).  

Условия электрической совместимости: тип  ППЭ, соотношения между логическими  и электрическими состояниями сигналов и пределы их изменения, нагрузочная  способность ППЭ и допустимое значение емкостной и резистивной нагрузки в устройстве, схемы согласования линий, допустимая длина линий и порядок подключения линий к разъемам, требования к источникам и цепям электрического питания, требования по помехоустойчивости.  

Конструктивная  совместимость - это согласованность конструктивных элементов интерфейса предназначенных для обеспечения механического контакта электрических соединений и механической замены схемных блоков.

Условия конструктивной совместимости определяют типы соединительных элементов (разъем, штекер и распределение линий связи внутри соединительного элемента), конструкции платы, каркаса, стойки, кабельного соединения.  

Линии интерфейса - это электрические цепи являющиеся основными физическими связями интерфейса.

Шина - это совокупность линий сгруппированных по функциональному назначению.

Магистраль - это совокупность всех линий интерфейса.  
 

Если  речь идет о стандартном  аппаратном интерфейсе то у него есть название и полная спецификация регламентирующая работу с ним устройств.

Названия  распространенных последовательных интерфейсов и рисунки их разъемов.

RS-530, V.24/RS-232, V.35, X.21, V.36/RS-449 и др. 

 

 
 
 

 
 
 

      Существуют  четыре основных признака для классификации  интерфейса:

      - по режиму передачи информации (двухсторонний, односторонний).

      - по принципу обмена информацией  (асинхронный, синхронный, изохорный);

      - по способу передачи информации (параллельный, последовательный, параллельно-последовательный);

      - по способу соединения компонентов  ИС (соединение типа «точка-точка», кольцо, звезда, многосвязная структура, иерархическая структура); 
 
 
 
 
 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Двухсторонняя связь, связь, в которой обмен информацией (передача и приём сообщений) между 2 корреспондентами осуществляется в обоих направлениях. 

 К Д. с.  относят дуплексную связь и симплексную связь. 

Односторонняя связь, связь, при которой информация только передаётся из одного пункта в другой или одновременно во многие пункты (радио, телевидение, спутник, пейджинговая связь). 
 
 

Дуплексная  связь, двухсторонняя связь, в которой обмен информацией (передача и приём сообщений) между 2 корреспондентами осуществляется одновременно в обоих направлениях. 

Симплексная связь, двухсторонняя связь, при которой в каждом из пунктов связи передача и приём сообщений производятся поочерёдно. 
 

Синхронная  передача 

      Метод передачи, при котором для управления потоком данных используются тактовые синхросигналы. При синхронной передаче кадры (frame) передаются через равные промежутки времени, причем синхронизм должен жестко контролироваться передающим и принимающим компьютерами. Для начальной синхронизации и контроля за синхронизмом в процессе передачи в поток данных включаются специальные символы, благодаря чему оба взаимодействующих устройства могут обнаруживать и корректировать любые временные отклонения. 
 
 

Асинхронная передача 

      Метод передачи данных, при которой интервалы  времени между направляемыми  блоками данных не являются постоянными (сигнал на линии может появиться  в любой момент времени). Для выделения  в потоке данных блоков в начале и конце каждого из них записываются старт/стопные биты. При асинхронной передаче передатчик и приемник данных работают не зависимо друг от друга. 

Преимущества  асинхронной передачи:

·    несложная, отработанная технология;

· недорогое (по сравнению с синхронным) интерфейсное оборудование 

Недостатки:

· примерно треть пропускной способности теряется на передачу служебных битов;

· при множественной ошибке с помощью бита четности невозможно определить достоверность полученной информации;

·   невысокая (по сравнению с синхронной) скорость передачи. 

Способы передачи информации 

      Последовательная  передача данных

При последовательной передаче данных информация от передатчика  к приемнику передается побитово.(используется при передаче информации по двухпроводным линиям связи, оптическим каналам связи (оптоволокно, инфракрасный канал), радиоканалу).

      Достоинства:

      - простота организации

      - возможность передачи информации  по различным каналам связи

            Недостатки:

      - относительно низкая скорость  передачи.

 Наиболее распространенные последовательные интерфейсы SPI, I2C, RS-232, RS-485, USB и др.. 
 

      Параллельная  передача данных

При параллельной передаче данных несколько бит информации одновременно передается от передатчика  к приемнику. Параллельная передача данных организуется путем группировки в шины отдельных проводников. Количество  одновременно передаваемых бит информации определяет разрядность шины и ее пропускную способность. 
 
 

 
 
 
 

      В случае, если шина подразумевает подключение  нескольких устройств, она снабжается буферными элементами, увеличивающими ее нагрузочную способность. Распространенные параллельные интерфейсы:

ISA, PCI, IDE, SCSI, LPT и.т.д. 

Способы соединения компонентов ИС