Горнец Н.Н., Рощин А.Г. Организация ЭВМ и систем (2006) (1186251), страница 33
Текст из файла (страница 33)
Важной составной частью физического интерфейса являются линии связи для передачи сигналов. Пиния связи — это физическая среда, по которой осуществляется передача сигналов от одного или нескольких источников к одному или нескольким получателям информации. Такими линиями связи для передачи сигналов могут быть провода, витая пара, медные полосковые соединительные линии на печатной плате, оптоволокно, радио или инфракрасные каналы. Группу линий связи, обеспечивающих передачу команд и данных между устройствами компьютера, принято называть шиной, Существует два типа шин: параллельная и последовательная. По параллельной шине, состоящей из нескольких линий связи, передача сообщения происходит квантами, содержащими по и бит.
Наиболее распространены интерфейсы, в которых одновременно могут передаваться 8, 16, 32 и 64 бита. В последовательном интерфейсе передача сообщения производится всего по одной линии, хотя общее число линий может быть значительно больше. По ним передаются сигналы синхронизации и управления.
Последовательные интерфейсы характеризуются меньшими скоростями передачи информации, чем параллельные, но обычно позволяют передавать сообщения на значительно большие расстояния. Компонентами любого интерфейса принято считать: шину (физические линии) и разъемы (слоты); форму и параметры сигналов; электронные схемы (контроллеры и адаптеры); алгоритмы управления. В первых персональных компьютерах передача команд и данных осуществлялась по единой шине. Однако вскоре стало ясно, что наличие всего одной шины, к которой подключаются и быстрые, и медленные устройства, ограничивает его возможности Тогда-то и стали применяться в персональных компьютерах несколько различных шин, к которым все устройства подключаются с помощью специальных контроллеров.
Передача информации через зти интерфейсы осуществляется с помощью сигналов, имеющих различные параметры, и посредством различных алгоритмов Наибольшее развитие система интерфейсов получила в персональных компьютерах. Поскольку в их работе принимают участие 170 как внутренние, так и внешние устройства, и нужно обеспечить передачу информации между любыми из них, то интерфейсы персональных компьютеров принято подразделять на внутренние, локальные и внешние. К внутреиним интерфейсам принято относить системную шину (это интерфейс между ЦП и главным контроллером), шину системной памяти (интерфейс между главным концентратором и ОП), шину графического процессора АОР (интерфейс между главным контроллером и графическим процессором), интерфейс для подключения контроллера ввода-вывода.
В число внутренних включают также универсальный интерфейс РС1 (Репрпега! Сотропепг 1пгегсоппесг), служащий для подключения контроллеров разнообразных ПУ. Локальными называют интерфейсы для подключения накопителей на жестких дисках (1РЕ/АТА и БСБ1), а также звуковых и модемных кодеков. К яяешяим интерфейсам относят последовательный порт СОМ (ВБ-232), параллельный порт ЬРТ (1ЕЕЕ 1284), универсальный последовательный интерфейс 1)БВ, интерфейс Р1ге%1ге (1ЕЕЕ 1394) и ряд других, служащих для подключения ПУ. Эти интерфейсы часто называют интер4ейоиил ввода-вывода. Они предназначены для подключения внешних устройств, например клавиатуры, мыши или дисплея к центральной части компьютера.
Состав линий системной шины. Среди внутренних интерфейсов «узким местом» всегда являлась системная шина, поскольку практически все устройства конкурируют за возможность передачи по ней своих данных. Системная шина (иногда ее называют магистралью) — это среда передачи данных между ОП и устройствами ввода-вывода. К ней параллельно могут подключаться несколько устройств. В персональных компьютерах системная шина выполняется в виде печатных проводников на общей системной плате, и ее иногда называют материнской или обьединительной.
Она может содержать десятки и сотни линий. Физически она состоит из трех подшин, иногда называемых просто шинами: информационной, адресной и управления. Информационную и адресную шины часто выполняют совмещенными, т.е. по одним и тем же проводам (или линиям) в разные моменты времени передаются и адреса, и данные. Особенно часто совмещение шин реализуют, когда шина строится в виде параллельных печатных проводников на плате и предназначена не только для обращения к ПУ, но и к ОП. Это вызвано сложностью и сравнительно высокой ценой размещения на плате большого числа информационных и адресных линий, необходимых при обращениях к памяти. Передача данных по проводным линиям связи. По линиям связи современных интерфейсов преимущественно передаются низкочастотные дискретные уни- и биполярные сигналы (рис.
7.1). 171 Рис. 7.1. Временное представление сигналов: а — униполярных; б — биполярных Одиночный импульс можно характеризовать длительностью т, амплитудой У, а также шириной спектра Г, и динамическим ди апазоном сигнала Ю,. Для повышения скорости обмена необходи мо уменьшать длительность импульса т, так как скорость переда чи данных в линии связи определяется выражением Р„' = 1/т. Однако вероятность определения приемником наличия импульса в данном дискретном временнбм интервале является функцией энергии принятого импульса, которая тем больше, чем больше площадь отображения передаваемого импульса Е = Ут. Это требует увеличения его длительности т, так как увеличение амплитуды сигнала Уведет к росту энергопотребления и возрастанию помех.
Используются два метода передачи данных через интерфейс: синхронный (изохронный) и асинхронный. При синхронном методе (рис. 7.2, а) передающее устройство (ПРД-А) устанавливает одно из двух возможных состояний сигнала, например «0» — представляется паузой, а «1» — импульсом положительной полярности, и удерживает его в течение определенного, заранее оговоренного для передатчика и приемника (ПРМ-В) времени т, только по истечении которого состояние сигнала на передающей стороне может быть изменено (рис.
7.2, б). При использовании синхронного метода время передачи сигнала складывается из времени распространения сигнала по линии связи г„и времени распознавания и фиксации в регистре приемного устройства г„зависящих от параметров сигнала, линии связи и характеристик приемного устройства. Следовательно, интервал т должен быть выбран из условия т > Т „= г„+ г„где Т Рнс.
7.2. Синхронный метод передачи сигналов: а — синхронный канал; б — диаграмма работы 172 максимальное время передачи сигналов (с учетом возможных наихудших условий). При асинхронной передаче (рис. 7.3, а) ПРД-А устанавливает соответствующее передаваемому символу состояние сигнала на линии, а приемное устройство ПРМ-В после приема состояния сигнала информирует об этом ПРД-А изменением сигнала на линии ( — г А).
Это позволяет ПРД-А, не дожидаясь истечения установленного времени т (рис. 7.3, б), перейти к изменению сигнала в соответствии с очередным символом сообщения (таким образом система передачи адаптируется к качеству канала связи). Поэтому асинхронный метод, несмотря на требования передачи сигналов в обоих направлениях, является более быстродействующим, но приводит к усложнению устройств обмена. Еще одной проблемой является передача сигналов параллельного кода по нескольким линиям интерфейса.
Передаваемые по разным линиям сигналы неизбежно, вследствие разброса параметров линий, поступают в приемное устройство в разное время, неодинаковым будет и время фиксации сигналов в регистрах приемного устройства, при этом максимальный разброс времени передачи где 1ь ф — вРемЯ пеРедачи по линиЯм! и / соответственно ( г,7' = ~', л; г'ггЯ. Уменьшение т при увеличении тактовой частоты может привести к тому, что линейно-тактовая синхронизация ПРД и ПРМ нарушается и передача сообщений будет существенно затруднена или нарушена вообще. Это одна из самых главных проблем параллельных интерфейсов.
Синхронный и асинхронный способы передачи выполняются с использованием методов стробирования (синхронная передача) и квитирования (асинхронная передача). Рнс. 7.3. Асинхронный метод передачи сигналов: а — асинхронный канал; б — диаграмма работы 173 Рассмотрим метод стробирования на примере передачи адреса от активного устройства к пассивному по магистрали «общая шина», состоящей из 16 параллельных линий связи АОО...А15 (рис. 7.4).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
