Характеристики аппаратных интерфейсов

Содержание

Оглавление

Введение. 3

Глава 1 Общая характеристика, понятие и организация аппаратных интерфейсов. 5

1.1Характеристики аппаратных интерфейсов. 5

1.2 Функции и классификация аппаратных интерфейсов. 8

Глава 2 Обзор применяемых интерфейсов по их характеристикам и области применения. 13

2.1Последовательные интерфейсы.. 13

2.2 Параллельные интерфейсы, особенности.. 20

Заключение. 28

Список использованных источников и литературы.. 29

Введение

Актуальность исследования. Мы живем в веке информационных технологий. Современные реалии наполняют нашу жизнь терминами и понятиями, которые мы активно используем, далеко не всегда будучи уверенными в их значении.

Такое понятие как «интерфейс» пришло к нам в то время, когда появились первые вычислительные машины. Этот термин имеет несколько значений, но суть каждого из них сводится к взаимоотношению человека и машины. Интерфейс это средство, которое помогает человеку распоряжаться компьютером.

Если обратиться к различным источникам, можно получить несколько толкований слова «интерфейс»:

· это граница между двумя устройствами или системами, обусловленная их качествами

· это все множество средств и способов, обеспечивающее взаимодействие между двумя структурами или системами

Обобщив полученные данные перевода, можно сделать вывод, что интерфейс – это граница в двух системах, средах, программах или устройствах, а условия взаимодействия через эту границу определяются как характеристиками тех самых систем/ сред/ устройств/ программ, так и условиями соединения.

Причем, данное понятие распространяется не только на информационно-вычислительные системы, но и на любые другие не связанные с IT. Например, известный каждому человеку со школьной скамьи процесс диффузии тоже своего рода интерфейс, а вилка (или ложка) обеспечивает удобный и интуитивно-понятный процесс транспортирования еды между тарелкой и организмом человека.

Можно выделить 3 типа интерфейса: 1. Пользовательский – то есть пользователь выполняет какие-либо действия. В данном случае: нажал на клавишу «Пуск».

2. Программный – то есть взаимодействие на программном уровне, когда одна программа обменивается данными с другой. В примере это стандартный запуск загрузочных системных файлов: config.sys, bio.sys, утилиты и т.п

Цель курсовой работы проанализировать аппаратные интерфейсы, определить понятие аппаратного интерфейса, дать характеристику.

Объект исследования: аппаратные интерфейсы.

Предмет исследования: аппаратные интерфейсы и их характеристика.

Задачи курсовой работы:

· Дать общую характеристику аппаратным интерфейсам, рассмотреть понятие, функции и классификацию аппаратных интерфейсов;

· Сделать обзор применяемых интерфейсов по их характеристикам и области применения.

Курсовая работа состоит из введения, двух глав, заключения и списка использованной литературы.

Глава 1 Общая характеристика, понятие и организация аппаратных интерфейсов

Характеристики аппаратных интерфейсов

Аппаратный интерфейс – совокупность алгоритмов обмена и технических средств, обеспечивающих обмен между устройствами. В семиуровневой сетевой модели OSI аппаратный интерфейс соответствует физическому и частично канальному уровню, которые определяют физическую и логическую организацию аппаратного интерфейса.

Рисунок 1.1 Аппаратный интерфейс

Логическая организация: группы взаимодействующих объектов, характер взаимодействия, адресное пространство, система команд, информация о состоянии объектов, фазы в работе интерфейса, форматы данных, набор процедур по реализации взаимодействия и последовательность их выполнения для различных режимов функционирования. Физическая организация интерфейса определяется электрической и конструктивной совместимостью сопрягаемых устройств.

К основным характеристикам аппаратных интерфейсов относятся:

1. Скорость передачи (пропускная способность, производительность). Производительность оценивается количеством информации (полезной), передаваемой в секунду. Избыточная информация может достигать 90%. Производительность связана с понятием тактовой частоты. Также на неё влияет разрядность шины данных.

2. Протяжённость. Протяжённость связана и влияет на производительность интерфейса, определяется типом сопрягаемых устройств вычислительной системы.

3. Тип сопрягаемых устройств вычислительной системы.

4. Топология. По топологии выделяют:

• Шинные интерфейсы (моноканал).

• Интерфейсы со сложной топологией (каждый с каждым, произвольная

топология, гиперкуб и т.д.).

5. Разрядность слова данных (последовательный или параллельный интерфейс).

6. Синхронный или асинхронный интерфейс. Важнейшим моментом в работе аппаратных интерфейсов является синхронизация передачи информации.

Синхронизация – это согласование процессов взаимодействия между устройствами, заключающееся в передаче информации источником и ее приема приемником (одним или несколькими). Существуют два основных режима синхронизации: синхронный и асинхронный.

7. Симплексный, полудуплексный, дуплексный обмен.

Одной из характеристик аппаратных интерфейсов является разрядность слова данных, которая позволяет делить интерфейсы на последовательные, последовательно-параллельные и параллельные. От этой характеристики зависит стоимость аппаратуры и кабельного соединения, а также производительность интерфейса, его помехозащищенность. Последовательный интерфейс предполагает для передачи данных в одном направлении единственную сигнальную линию, по которой информационные биты передаются друг за другом последовательно.

Примеры последовательных интерфейсов: RS-232, SPI, I 2 C.

В параллельном интерфейсе для передачи данных в одном направлении используется несколько линий (8, 16, 24, 32, 64). Примеры параллельных интерфейсов: ISA, ATA, SCSI, PCI, IEEE 1284/Centronics. С понятием параллельного интерфейса соседствуют такие понятия, как шина и магистраль.

Шина – совокупность линий, сгруппированных по функциональному назначению (например, шина адреса, шина данных и т.д.).

Магистраль – совокупность всех линий аппаратного интерфейса.

Выделяются две магистрали: информационного канала и управления информационным каналом. По информационной магистрали передаются коды адресов, команд, данных, состояния. Аналогичные наименования имеют соответствующие шины интерфейса.

Шины адреса предназначены для выборки в магистрали узлов устройства, ячеек памяти. Для логической адресации в основном используется двоичный код. В некоторых интерфейсах применяется позиционное или географическое кодирование, при котором каждой позиции (месту) выделяется отдельная линия выборки. В этом случае используется термин «географическая адресация».

Шины данных используются для передачи в основном двоичных кодов. Как правило, в параллельных интерфейсах шины данных кратны байту (8, 16, 24, 32 разряда).

Шины состояния используются для передачи сообщений, описывающих результат операции на интерфейсе или состояния устройств сопряжения. Коды формируются в ответ на действие команд или отображают состояние функционирования устройств, таких как готовность, занятость, наличие ошибки и т. д. В наиболее стандартизованных интерфейсах разряды состояния унифицированы для любых типов устройств, в других – носят рекомендательный характер или отсутствуют.

Шина управления включает в себя линии синхронизации передачи информации. В зависимости от используемого принципа обмена (синхронного, асинхронного) число линий может меняться. Кроме того, данная шина используется для управления операциями на магистрали. По функциональному назначению различают следующие команды: адресации, управления обменом информацией, изменения состояния и режимов работы. Адресные команды используются для задания режимов адресации: вторичной, широковещательной, групповой и т.п. Наиболее распространенными командами являются: чтение, запись, конец передачи, запуск.

Шины передачи управления используется для реализации операций приоритетного занятия магистрали информационного канала (арбитража ресурсов шины).

Шина прерывания применяется в основном в системных интерфейсах.

Устройство идентифицируется либо адресом источника прерывания, либо адресом программы обслуживания прерывания, так называемым вектором прерывания.

Шины управления режимом работы и специальных управляющих сигналов содержат линии, обеспечивающие работоспособность интерфейса, в том числе приведение устройств в исходное состояние, контроль источников питания, контроль и службу времени и т. п.

Источник

Аппаратный интерфейс

Для организации связи ЭВМ или контроллера с периферийной аппаратурой в современных АСУТП чаще всего используются откры1ты1е стандарты1, позволяющие объединять в одной схеме аппаратные и программные средства различных производителей. К числу наиболее популярных стандартов относятся:

• “Hewlett-Packard Interface Bus” (HP-IB) система интерфейса для измерительных устройств с байт-последовательным, бит-параллельным обменом информацией; этот интерфейс осуществляет обмен информацией на расстоянии до 20 м со скоростью до 1 Мбит/с. У нас он известен как “канал общего пользования”;

• последовательный интерфейс стандарта Ассоциации электронной промышленности (Electronics Industries Assosiation EIA) RS-232C. Это однопроводный несимметричный интерфейс, осуществляющий побитовый последовательный обмен данными по специальному протоколу; особую популярность RS-232C придает тот факт, что наиболее распространенные компьютеры компьютеры семейства IBM комплектуются этим интерфейсом для связи с внешними устройствами;

• последовательные интерфейсы стандартов RS-422, RS 485. Это симметричные однопроводные интерфейсы, позволяющие к одной линии подключать несколько приемников (RS-422), а также несколько приемников и передатчиков (RS-485). Эти интерфейсы позволяют обмениваться информацией на расстоянии до 1200 м со скоростью до 10 мбит/с.

Отдельно отметим платы расширения, использующие шинный интерфейс стандартов ISA, EiSa, UESA LOCAL BUS, PCI. Эти платы вставляются непосредственно в слот расширения системной платы компьютера и представляют собой устройства самого разного назначения: аналого-цифровые и цифро-аналоговые преобразователи, системы сбора и накопления данных, коммутаторы и усилители сигналов и т.д. Номенклатура этих плат очень широка, как и велико множество фирм, их производящих. При несомненно высоких метрологических параметрах эти платы, тем не менее, имеют и высокую стоимость, что делает их не всегда доступными. Поэтому многие разработчики АСУТП создают собственные платы расширения недорогие и адаптированные к конкретным нуждам.

6.2.2. Первичные преобразователи (датчики)

В системах автоматического управления теплоснабжением обычно измеряются, обрабатываются и регулируются следующие физические параметры технологического оборудования: температура, давление, расход, уровень, электрический ток, напряжение.

Для проведения постоянного или хотя бы контрольного мониторинга зданий и сооружений нужны прежде всего дешевые и надежные первичные преобразователи (датчики). Накапливающие и обрабатывающие системы в лице персональных компьютеров уже есть и они доказали свою надежность. Слабой стороной систем сбора и обработки данных сейчас являются датчики и каналы связи. Практика эксплуатации таких систем показала, что основным их недостатком является невозможность обеспечить надежную передачу данных по каналам связи (из-за влияния индустриальных помех, кратковременных и долговременных отключений питания и т.д.). В результате непрерывный процесс накопления и обработки данных прерывается и целые пакеты данных пропадают. Восстановление их, скажем, путем экстраполяции вносит искажения в реальную картину, порой довольно существенные. С другой стороны, практически все применяемые в настоящее время датчики имеют аналоговый выходной сигнал, который также искажается помехами, действующими как непосредственно на датчик, так и на каналы связи. Поэтому существенно, чтобы датчик имел возможность преобразовать измеренную им аналоговую величину в цифровой код и по каналам связи передать этот код накапливающему и обрабатывающему устройству. То есть измерительный преобразователь должен быть телеметрическим.

6.2.3. Программное обеспечение

Если аппаратная часть АСУТП более или менее стандартизована и отдельные ее компоненты выпускаются большими тиражами, то программное обеспечение (ПО) для каждой задачи уникально. Поэтому не представляется возможным даже перечислить все программные продукты, разработанные для всевозможных АСУТП. Но и в мире ПО для измерительных и управляющих систем просматривается определенная тенденция к универсализации и стандартизации. Прежде всего это касается пользовательского интерфейса, т.е. организации общения оператора с компьютером. Интерактивный диалоговый интерфейс давно уже стал нормой в мире программных продуктов. Кому не известны знаменитые Windows различных версий и модификаций? В последние несколько лет в программном обеспечении измерительных технологий произошла настоящая революция появились и прочно завоевали рынок виртуальные измерительные средства (ВИС). Под ВИС понимаются средства измерений, построенные на базе ПК, многофункциональных встраиваемых в компьютеры плат расширения, внешних программно-управляемых модулей, объединенных и управляемых специализированными программными оболочками, позволяющими управлять алгоритмами сбора, обработки и визуального представления измерительной информации. Такие измерительные средства называются виртуальными в связи с тем, что:

• с помощью одного и того же аппаратного и программного обеспечения можно сконфигурировать системы, выполняющие различные функции и имеющие разные графические интерфейсы пользователя;

• управление такими системами осуществляется с помощью технологии drag-and-drop через элементы управления виртуальных приборных панелей, высвечиваемых на дисплее компьютера.

Источник: Карначёв А.С., Белошенко В.А., Титиевский В.И., Микролокальные сети: интеллектуальные датчики, однопроводный интерфейс, системы сбора информации. Донецк: ДонФТИ НАНУ Украины, 2000. 199с. с ил.

Источник

Аппаратные интерфейсы

Интерфейс (взаимодействие) – это взаимосвязь между компонентами и участниками микропроцессорной системы.

Программный интерфейс обеспечивается операционной системой (если таковая имеется). Наиболее распространенными интерфейсами пользователя являются графический интерфейс (например, рабочий стол PC с иконками или кнопки команд в редакторе Microsoft Office Word) и интерфейс «джойстика», когда мы выбираем необходимую нам команду, перемещаясь по меню (например, мобильные телефоны, программируемые контроллеры), что также является видом графического интерфейса.

Аппаратный интерфейс представляет собой систему шин, разъемов, согласующих устройств, алгоритмов и протоколов, обеспечивающих связь всех частей микропроцессорной системы между собой. От характеристик интерфейса зависит быстродействие и надежность системы.

В развернутых микропроцессорных системах для разгрузки процессора аппаратный интерфейс обеспечивается контроллерами. Контроллер – это специализированная микросхема, предназначенная для выполнения функций контроля и управления. Контроллер осуществляет управление работой устройства, например, жестким диском, оперативной памятью, клавиатурой и обеспечивает взаимосвязь этого устройства с другими участниками МС.

Наиболее сложна организация взаимодействия процессора и внешних устройств, что связано с большим их разнообразием.

Последовательный интерфейс для передачи данных использует одну сигнальную линию, по которой информационные биты передаются друг за другом последовательно.

Первая спецификация интерфейса имела название USB 1.0, в настоящее время используется спецификация USB 2.0, современные устройства интерфейсом спецификации USB 3.0.

Стандарт USB 2.0 содержит в себе четыре линии: приём и передача данных, питание +5 В и корпус. В дополнение к ним USB 3.0 добавляет еще четыре линии связи (2 на прием и две на передачу) и корпус.

Беспроводные (wireless) интерфейсы позволяют уйти от кабелей связи, что особенно актуально для малогабаритных устройств, по размеру и весу соизмеримых с кабелями. В беспроводных интерфейсах используются электромагнитные волны инфракрасного (IrDA) и радиочастотного (Bluetooth, USB wireless) диапазонов.

Сигналы этого интерфейса передаются перепадами напряжения величиной (3…15) В, поэтому длина линии связи RS-232, как правило, ограничена расстоянием в несколько метров из-за низкой помехоустойчивости. Чаще всего используется в промышленном оборудовании, в персональном компьютере использовался для подключения манипулятора типа «мышь», модема. Интерфейс RS-232 принципиально не позволяет создавать сети, так как соединяет только 2 устройства.

При наличии внешних помех, наводки в соседних проводах одинаковы, и так как сигналом является разность потенциалов в проводниках, уровень сигнала остаётся неизменным. Это обеспечивает высокую помехоустойчивость и общую длину линии связи до 1 км (и более с использованием специальных устройств – повторителей).

Интерфейс RS-485 обеспечивает обмен данными между несколькими устройствами по одной двухпроводной линии связи в полудуплексном режиме (Прием и передача идут по одной паре проводов с разделением по времени). Широко используется в промышленности при создании АСУ ТП.

В зависимости от скорости передачи данных и передающей среды существует несколько вариантов:

В качестве передающей среды используется коаксиальный кабель, витая пара (невысокая стоимость, высокая помехоустойчивость) и оптоволоконный кабель (создание более длинных линий и высокоскоростных каналов связи).

Например, кабель FTP (foiled twisted pair — витая пара с общим экраном из фольги и медным проводником для отвода наведенных токов), 4 пары (solid), категория 5e (рисунок 3). Кабель предназначен для стационарной прокладки внутри зданий, сооружений и эксплуатации в структурированных кабельных системах. Разработан для приложений, работающих в частотном диапазоне с верхней границей 100 МГц.

На физическом уровне протокол Ethernet реализован в виде сетевых карт, встраиваемых в микропроцессорные системы, и концентраторов, соединяющих системы друг с другом.

На основе Ethernet строят промышленные сети (Profinet, EtherNet/IP, EtherCAT, Ethernet Powerlink), которые успешно конкурируют с ранее разработанными сетями Profibus, DeviceNet, CANopen и др.

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Подписывайтесь на наш канал в Telegram!

Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.

Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:

Источник

Интерфейс

Об интерфейсе часто говорят, когда имеют в виду взаимодействие человека и компьютера или приложений. В статье разберем определение интерфейса, что это за взаимодействия, их виды и особенности.

Что такое интерфейс

Интерфейс — это «проводник» между человеком и программой, операционной системой, техническим устройством или способ взаимодействия приложений между собой. Человек дает команды с помощью интерфейса, устройство их анализирует и отвечает. Основные задачи, для решения которых он предназначен:

ввод и отображение информации (звук, изображение);

управление отдельными приложениями;

обмен данными с другими устройствами;

взаимодействие с операционной системой.

Интерфейс подразумевает взаимодействие не только человека и техники, но и компьютер-программа, программа-программа, компьютер-устройство. Например, когда устройства подключают к системному блоку компьютера, как способ взаимодействия используют разъем.

Виды интерфейсов

Одни виды взаимодействия позволяют получить больше контроля над компьютером или смартфоном, но требуют дополнительных навыков. Другие — более комфортные, но предоставляют меньше возможностей. У каждого типа есть свои особенности.

Командная строка

Через командную строку можно выполнить максимальное количество операций — это прямой способ общения с операционной системой. Чтобы набрать команду, нужно ввести текст на языке компьютера и нажать Enter, компьютер начнет выполнять.

Минус способа в том, что он подходит только подготовленным пользователям. В командной строке нет вспомогательных графических элементов, для взаимодействия придется освоить язык, а чтобы команды работали — нельзя допускать ошибок.

Графический и текстовый

Графика упрощает взаимодействие с компьютером, с ней работать гораздо легче и комфортнее, чем с текстом. В роли графического интерфейса выступают такие элементы:

другие графические элементы.

Например, при взаимодействии с Windows используют иконки и окна, для ввода подключают мышь. На смартфоне устройством ввода служит сенсорный дисплей.

Текстовый интерфейс не использует изображения: команды отдаются с помощью текста и информация предоставляется в текстовом виде.

Жестовый, голосовой, тактильный и нейронный

Жестовое взаимодействие позволяет отдавать команды движениями пальцев. Оно применяется при работе с сенсорным экраном смартфона. Например, жест «вверх» заставляет появиться всплывающее окно.

Голосовой интерфейс — это управление голосом. Гаджет распознает и выполняет звуковые команды.

Тактильный подразумевает взаимодействие с помощью осязания: вибрация или чувствительность к силе нажатия.

Нейронный интерфейс передает команды прямо из мозга в компьютер, для этого в мозг вживляют электроды. Его применяют в медицине: так парализованный человек может общаться с окружающим миром.

Программный, аппаратный, аппаратно-программный

Взаимодействие программ между собой обеспечивает программный интерфейс. Программы направляют запросы друг другу и получают ответы. Например, чтобы постоянно показывать актуальную погоду в виджете или на компьютере, одна программа постоянно отправляет запрос другой, а та — предоставляет свежие данные.

Аппаратный предназначен для организации связи между физическими устройствами через разъемы и слоты. А когда компьютер считывает информацию с жесткого диска — это совместная работа программы и физического устройства, то есть, аппаратно-программный интерфейс.

Пользовательский интерфейс

Все, с чем взаимодействует обычный пользователь, когда включает компьютер, заходит на сайт или в приложение, все, что человек видит на экране — это пользовательский интерфейс.

Веб, игровой сайт

Веб-интерфейс позволяет работать через браузер. Это взаимодействие программ в интернете. Например, можно зайти на сайт магазина и там же оплатить покупки. Браузер в этом случае будет веб-интерфейсом, благодаря которому страницы взаимодействуют.

Игровой — это то, как пользователь может взаимодействовать с игрой, какие команды может отдавать, в какой форме представлена игровая информация и как игра будет реагировать на действия.

Материальный

Это тактильный контакт с гаджетами. Он включает в себя прикосновения к сенсорному экрану, действия с мышкой или джойстиком.

Интерфейс в телефонах

На смартфонах используют сенсорный экран, который подразумевает жестовой и тактильный интерфейсы. Пользователь прикасается к элементам, операционная система или приложение получают от него команды и выполняют их.

Каким должен быть интерфейс

Важно, чтобы интерфейс соответствовал целям и контексту. Если это взаимодействие специалиста с компьютером, то главное — это способность обеспечивать получение информации и выполнение задач. Для обычного пользователя он имеет не только техническое, но и эстетическое значение: работа с ним должна быть удобной и понятной.

Заключение

Для пользователей интерфейс — основа работы с ПК или телефоном. От того, насколько проста или сложна эта система, будет зависеть удобство управления устройством. Разработчики могут менять системные структуры для сложных задач. Неопытным пользователям лучше покупать устройства с понятным интерфейсом, чтобы облегчить себе работу.

Источник