В. Н. Шивринский проектирование информационных систем учебно-методический комплекс
| Вид материала | Учебно-методический комплекс |
- Учебно-методический комплекс дисциплины проектирование информационных систем Для студентов, 466.59kb.
- Еремеев Андрей Владимирович, кандидат технических наук, доцент кафедры информационных, 344.4kb.
- Учебно-методический комплекс дисциплины проектирование информационных систем Специальность, 449.6kb.
- Учебно-методический комплекс по специальности 230700 «Прикладная информатика в геодезии», 383.76kb.
- В. Н. Шивринский проектирование информационных систем тесты, 1429.35kb.
- Учебно-методический комплекс по дисциплине дс. 01 -проектирование и надежность систем, 688.46kb.
- И. Д. Алекперов учебно-методический комплекс дисциплины "информатика" Ростов-на-Дону, 952.05kb.
- Учебно-методический комплекс по дисциплине «Теория экономических информационных систем», 1507.83kb.
- Учебно-методический комплекс для студентов заочного обучения специальности Прикладная, 63.23kb.
- Учебно-методический комплекс для специальности 080301 Коммерция (торговое дело) Москва, 698.21kb.
Общая характеристика интерфейсов
В отечественной практике для описания совокупности схемотехнических средств и функций, обеспечивающих непосредственное взаимодействие составных элементов систем обработки данных, сетей, систем передачи данных, подсистем периферийного оборудования, используются понятия «интерфейс», «стык», «протокол».
Под стандартным интерфейсом понимается совокупность унифицированных аппаратурных, программных и 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.
Понятие «стык» означает место соединения устройств передачи сигналов данных. Под понятием «протокол» понимается строго заданная процедура, или совокупность правил, регламентирующая способ выполнения определенного класса функций.
Классификация интерфейсов
Интерфейсы классифицируются по четырем основным признакам:
1) способ соединения компонентов (магистральный, радиальный, каскадный, комбинированный);
2) способ передачи информации (параллельный, последовательный);
3) принцип обмена информацией (асинхронный, синхронный);
4) режим передачи информации (двухсторонняя одновременная, двухсторонняя поочередная, односторонняя).
Более полные характеристики и классификация интерфейсов базируются на совокупности нескольких основных признаков: области распространения, или функциональном назначении; логической организации; функциональной организации; физической реализации.
В соответствии с функциональным назначением интерфейсы можно разделить на следующие основные классы:
1) системные интерфейсы ЭВМ;
2) интерфейсы сосредоточенных мультипроцессорных систем;
3) интерфейсы периферийного оборудования;
4) интерфейсы сетей передачи данных;
5) интерфейсы программно-управляемых модульных систем и приборов;
6) интерфейсы локальных вычислительных сетей;
7) интерфейсы распределенных систем общего назначения.
Системные интерфейсы
Конфигурация ИВК, средства связи измерительной и управляющей аппаратуры с ЭВМ, а также техника программного управления этой аппаратурой в значительной степени определяются тем, какой системный интерфейс используется в примененной ЭВМ. Под системным интерфейсом ЭВМ понимают весь комплекс средств сопряжения центрального процессора (ЦП), оперативной памяти (ОП) и внешних устройств (ВУ), входящих в состав ИВК. Системный интерфейс представляет собой совокупность унифицированной магистрали для передачи информации, электронных схем (служащих для согласования, преобразования и управления сигналами на магистрали), а также унифицированных алгоритмов обмена информацией между отдельными устройствами ЭВМ.
Системный интерфейс семейства машин СМ ЭВМ носит название «Общая шина» (ОШ). Системный интерфейс семейства машин «Электроника 60» идеологически схожий с ОШ, но отличается от него составом линий, сигналов и порядком их взаимодействия. МикроЭВМ семейства «Электроника» аппаратно несовместимы с машинами типа СМ.
С другой стороны, все упомянутые выше машины имеют единую систему машинных команд, единый язык программирования низкого уровня - язык Ассемблера, одинаковые принципы подсоединения и программного управления как стандартными ВУ, так и измерительной аппаратурой, входящей в состав ИВК, одни и те же ОС. Все это определяет программную совместимость рассматриваемых машин не только на уровне машинных кодов, но и на уровне структурной организации программных комплексов реального времени.
Практическое использование ЭВМ для автоматизации измерений или построения автоматизированных приборов и установок не требует детального изучения структуры и функционирования системного интерфейса. Однако представление об общих принципах и основных характеристиках системного интерфейса облегчает рассмотрение средств связи измерительной аппаратуры с ЭВМ, режимов работы и особенностей программирования этой аппаратуры, возможностей оптимизации управляющих программ.
Несмотря на разнообразие задач, решаемых ЭВМ, процессы, происходящие на системной магистрали, ограничены небольшим числом основных действий. К таким действиям можно отнести операции записи, чтения, прерывания и прямого доступа в память (рис.8.1).
Рис.8.1. Основные действия на системной магистрали
Операция чтения позволяет процессору получать необходимую для выполнения программы информацию: из ОП - код очередной команды или данные (операнды выполняемой команды); из ВУ - слово состояния ВУ или очередную порцию данных.
В процессе операции записи процессор передает в ОП результат вычислений, а в ВУ - новые значения управляющего слова или очередную порцию данных (направление передачи данных определяется относительно процессора: чтение в процессор, запись из процессора).
С помощью операции прерывания ВУ оповещает процессор о своей готовности к передаче очередной порции данных. Эта операция позволяет ВУ выполнять активную роль и создает предпосылки для оперативной обработки регистрируемых комплексом внешних событий.
Операция прямого доступа в память служит для быстрой передачи в ОП или из нее отдельных порций или массива информации под управлением не процессора, как обычно, а контроллера ВУ (контроллера прямого доступа). Использование прямого доступа существенно повышает скорость обмена информацией. Прямой доступ используется с такими стандартными ВУ, как НМД и НМЛ, а также с разнообразной измерительной и регистрирующей аппаратурой (АЦП, регистрами, запоминающими устройствами, служащими для предварительного накопления регистрируемых данных, и т. д.).
С помощью перечисленных операций реализуется все многообразие действий, выполняемых ЭВМ. Редактирование текста создаваемой программы, трансляция, выполнение вычислительной задачи, прием информации из измерительной аппаратуры, управление автоматизированной установкой - все это раскладывается на простейшие операции, прежде всего чтения и записи, а также, в случае необходимости, прерываний и прямого доступа. Быстродействие ЭВМ определяется скоростью выполнения этих элементарных операций.
Для магистральных системных интерфейсов характерны некоторые общие принципы построения. В процессе взаимодействия любых двух устройств ЭВМ одно из них обязательно выполняет активную, управляющую роль и является задатчиком, второе же оказывается управляемым, исполнительным. Чаще всего функцию задатчика выполняет процессор. Например, операции считывания из ОП очередной команды и ее операндов или записи в управляющий регистр ВУ управляющей информации, а в регистр данных ВУ очередного данного, выполняются по инициативе и под управлением ЦП, который выступает здесь в качестве задатчика. Исполнителем в первом случае является ОП, во втором - ВУ.
Внешнее устройство может стать задатчиком на ОШ в процессе выполнения операции прерывания, когда из ВУ в ЦП поступает адрес вектора прерывания. Центральный процессор здесь играет пассивную роль исполнителя. Наконец, при операциях прямого доступа задатчиком является ВУ (конкретнее, контроллер прямого доступа), а исполнителем - ОП.
Другим важным принципом, заложенным в структуру магистрального интерфейса, является принцип запроса-ответа (квитирования): каждый управляющий сигнал, посланный задатчиком, подтверждается ответным сигналом исполнителя. При отсутствии ответного сигнала исполнителя в течение заданного интервала времени (обычно 10-20 мкс, так называемый тайм-аут) задатчик фиксирует ошибку обмена (исполнитель отсутствует, неисправен, выключен) и прекращает данную операцию. Практически квитирование обычно реализуется так, как показано на рис.8.2.
Рис.8.2. Реализация квитирования
Сигнал, установленный задатчиком на какой-либо линии магистрали, распространяется по ней и через некоторое время доходит до исполнителя. Последний, получив сигнал задатчика, устанавливает на какой-то другой линии магистрали ответный сигнал, который также начинает распространяться по магистрали. Через некоторое время он доходит до задатчика, который, получив этот сигнал, и, удостоверившись тем самым в том, что исполнитель присутствует и нормально функционирует, снимает свой сигнал. Исполнитель, зафиксировав прекращение действия сигнала задатчика, снимает свой сигнал, и процесс обмена сигналами заканчивается. Такой принцип обмена сигналами позволяет выполнять операции на магистрали с максимально возможной для каждой пары задатчик-исполнитель скоростью при высокой надежности обмена.
Третья важная особенность архитектуры рассматриваемых ЭВМ заключается в идентичности подключения к системному интерфейсу всех устройств ЭВМ, включая ОП и ЦП.
В составе магистрали отсутствуют специальные линии или сигналы управления ВУ. Основным средством обмена информацией с ВУ являются упомянутые выше операции чтения и записи. Идентичность подключения к магистрали ОП и ВУ определяет возможность использования в процессе управления ВУ весь набор команд процессора: пересылки, анализа содержимого, логических и арифметических операций. Схемы связи магистрали ЭВМ с ВУ (интерфейсы ВУ) имеют в своем составе регистры, через которые и происходит передача информации. Каждому такому регистру (а число их в зависимости от сложности интерфейса может колебаться от 2 до 15-20) присваивается определенный адрес, точно так же, как и ячейкам ОП. При этом адреса регистров ВУ и ячеек ОП не перекрываются.
Системная магистраль “I/O Channel” IBM PC/AT
Системная магистраль поддерживает порты ввода-вывода (ПВВ) в диапазоне адресов от 100 до 3FF (шестнадцатеричных), 24-разрядное пространство памяти, 8- и 16-разрядные передачи данных, прерывание, каналы ПДП, генерацию тактов ожидания ВВ, регенерацию системной памяти от ЦП. Магистраль AT-bus объединяет восемь 62-контактных и шесть 36-контактных двухрядных соединителей непосредственного контактирования. Ряды 62-контактного соединителя имеют обозначения A и B, а 36-контактного - C и D. Обозначение, функциональное назначение и распределение сигналов по контактам соединителей показано в таблице 8.1.
Во время обращения к памяти или ПВВ шина адреса SA0-SA19 возбуждается в течение действия строба адреса BALE и должна быть зафиксирована в адресном регистре адресуемого модуля. Старшие разряды адреса LA17-LA23 удерживаются в цикле шины и не требуют запоминания в регистре. Сигнал SBHE возбуждается при передаче данных в старшем байте шины SD8-SD15. Сигналы SMEMR, MEMR, IOR, SMEMW, MEMW, IOW возбуждаются МП или каналом ПДП и идентифицируют соответствующую операцию памяти или ПВВ. Сигналы MEMR и MEMW возбуждаются при обращении ко всей памяти, а сигналы SMEMR и SMEMW - при обращении к младшей области памяти емкостью 1 Мбайт.
Линии MEM CS16 и I/O CS16 сигнализируют системной плате о том, что выбранный модуль памяти или ПВВ осуществляет цикл передачи 16-разрядных данных с одним тактом ожидания. Эти сигналы должны вырабатываться дешифратором старших разрядов адресов LA17-LA23.
Линия OWS используется для сообщения МП, что текущий цикл передачи выполняется без тактов ожидания. Сигнал должен вырабатываться дешифратором адреса выбранного устройства. При возникновении во время передачи на магистрали ошибки четности возбуждается линия I/O CHCK.
Для работы с низкоскоростными устройствами используется сигнал готовности I/O CHRDY, блокируя который устройство переводит МП в такты ожидания до тех пор, пока оно не будет готово передать информацию. Задержка выработки этого сигнала не должна превышать 2.5 мкс.
Линии IRQ3-IRQ15 используются для передачи запросов прерывания от портов ВВ к МП. При этом в группе высокого приоритета высший приоритет имеет IRQ9, а в группе низкого приоритета - IRQ3. Линия прерывания IRQ13 используется системной платой и не выводится на магистраль. Прерывание IRQ8 используется для генератора реального времени.
Запросы на обслуживание DRQ0-DRQ7 и сигналы линии подтверждения DACK0-DACK7 используются ПУ или МП ввода-вывода для получения ПДП или управления системой. Запрос DRQ0 имеет высший приоритет. Запрос DRQ4 используется системной платой и не выводится на магистраль. Линия T/C используется для сообщения о выполнении последнего цикла при передаче массива данных по ПДП.
Таблица8.1
Линии сигналов системной магистрали IBM PC/AT-bus
| Номер контакта | Обозначение | Назначение |
| Передача данных | ||
| A9-A2 C11-C18 A31-A12 C8-C2 B28 C1 B12 B11 C9 C10 B8 B14 B13 D1 D2 A1 A10 | SD0-SD7 SD8-SD15 SA0- SA19 LA17-LA23 BALE SBHE SMEMR SMEMW MEMR MEMW OWS IOR IOW MEM CS16 I/O CS16 I/O CHCK I/O CHRDY | Младший байт шины данных Старший байт шины данных Шина адреса Старшие разряды шины адреса Строб адреса Признак старшего байта Чтение из области младших адресов памяти Запись в область младших адресов памяти Чтение из памяти Запись в память Признак отсутствия тактов ожидания Чтение из ПВВ Запись в ПВВ Признак передачи 16-разрядных данных из памяти с одним тактом ожидания Признак передачи 16-разрядных данных из порта ВВ с одним тактом ожидания Признак ошибки четности Готовность устройства |
| Прерывание и управление ПДП | ||
| B25-B21 B4 D3-D7 D9, B18 B6, B16 D11, D13, D15 D8, B17, B26, B15 D10, D12 D14 D17 A11 B27 | IRQ3-IRQ7 IRQ9, IRQ10-IRQ12, IRQ15, IRQ14 DRQ0-DRQ3 DRQ5-DRQ7 DACK0-DACK3 DACK5-DACK7 MASTER AEN T/C | Запросы прерывания низкого приоритета Запросы прерывания высокого приоритета Запросы ПДП высокого приоритета Запросы ПДП низкого приоритета Подтверждение захвата высокого приоритета Подтверждение захвата низкого приоритета Удержание магистрали Разрешение адреса Конец передачи |
| Общее управление | ||
| B30 B20 B2 B19 | OSC CLK RESET DRV Refresh | Синхронизация Системный генератор Системный сброс Регенерация динамической памяти |
| Электропитание | ||
| B3, B29, D16 B5 B9 B7 B1, B10, B31, D18 | +5 V -5 V +12 V -12 V Ground | Напряжение питания +5 В Напряжение питания -5 В Напряжение питания +12 В Напряжение питания -12 В Общий |
По линиям AEN МП или другое устройство сигнализирует каналу ПДП о том, что шины адреса, данных и управления магистрали свободны и могут быть использованы для выполнения циклов передачи ПДП. Линию MASTER применяют для удержания системной магистрали МП ввода-вывода в режиме ПДП. Длительность этого сигнала не должна превышать 15 мкс, чтобы блокировка регенерации не привела к разрушению информации в динамической памяти.
Сигналы CLK и OSC - синхроимпульсы скважностью 2 и частотой соответственно 6 и 14.31818 МГц. Системный сброс RESET DRV используется для сброса и инициализации системы после выключения питания. Сигнал Refresh вырабатывается МП для инициализации цикла регенерации динамической памяти.
Сигналы на магистрали имеют уровни ТТЛ. В качестве приемников используются маломощные ТТЛШ.
Интерфейсы магистрально-модульных мультипроцессорных систем
Современные магистрально-модульные мультипроцессорные системы (ММС) базируются на интерфейсах, которые по архитектуре и функциональным возможностям значительно отличаются от системы интерфейсов ЭВМ типа «Общая шина» (первое поколение) и поэтому часто называются интерфейсами второго поколения или интерфейсными системами.
Интерфейс в системах рассматривается как способ организации средств передачи информации между отдельными подсистемами, регламентирующий дисциплину работы и эффективность функционирования системы в целом. Интерфейсы содержат несколько магистралей, часть которых обеспечивает высокое быстродействие при взаимодействии модулей внутри блоков, а другая часть - обмен информацией между блоками.
Структура ММС
Общая архитектура ММС на базе интерфейсной системы содержит (рис.8.3) несколько сегментов, каждый из которых включает одну или несколько машин, имеющих в своем составе одноплатную микроЭВМ и платы, расширяющие ее возможности и подсоединяемые посредством локальной магистрали (ЛМ).
Несколько машин, входящих в состав одного сегмента, связываются между собой по системной магистрали (СМ), выполненной в виде объединительной печатной платы. Отдельные сегменты соединяются друг с другом последовательной магистралью (ПМ) или через сегментатор (СГМ).
Основной магистралью ММС, реализующей мультипроцессорную работу и объединяющей большинство модулей сегмента, является СМ. Самой быстродействующей магистралью, используемой обычно для расширения памяти процессоров, является ЛМ. ЛМ имеет уменьшенное адресное пространство, меньшую нагрузочную способность по сравнению с СМ и может обслуживать один или два задатчика.
Рис.8.3. Общая архитектура ММС: Пр - процессор;
ЗУ - запоминающее устройство; ВВ - ввод-вывод
Работа магистралей основывается на принципе «задатчик-исполнитель». Несколько задатчиков используют магистрали с разделением времени в соответствии с заданным алгоритмом арбитража.
Максимальная длина СМ 50 см (число объединяемых модулей до 20), длина ЛМ - 8...12 см (число модулей до 6), длина ПМ (кабельная линия) - до 10 м.
Интерфейсы периферийного оборудования
Использование различных функциональных классов периферийных устройств, отличающихся физическими принципами работы, быстродействием, уровнями сигналов, обусловило унификацию интерфейсов ПУ соответствующих функциональных классов. Интерфейсы ПУ разделяются на две большие категории: 1) радиального и 2) магистрального подключения. В свою очередь, интерфейсы радиального и магистрального вида могут быть локального и удаленного, последовательного и параллельного подключения.
Интерфейс ИРПР
Для подключения к ЭВМ стандартного периферийного оборудования (алфавитно-цифровых терминалов, устройств печати, перфоленточных устройств ввода-вывода и др.) используется радиальный параллельный интерфейс (ИРПР).
В зависимости от типа подключаемого оборудования конкретная реализация интерфейса может иметь те или иные отличия. Этот интерфейс можно также использовать и для сопряжения с ЭВМ нестандартного измерительного или управляющего оборудования, а также для связи ЭВМ при организации двух- и многомашинных комплексов.
Функциональные характеристики ИРПР основаны на следующих принципах: метод передачи данных между источником (И) и приемником (П) не зависит от типа устройства; на передаваемые данные ограничения не накладываются.
Передача данных осуществляется между одним источником и одним приемником. Для дуплексного режима обмена требуется два сопряжения. Набор линий сопряжения приведен в таблице 8.2.
Таблица 8.2
Линии интерфейса ИРПР
| Наименование | Обозначение | Направле-ние | |
| Русское | Междунар. | ||
| Линии заземления | |||
| Экран Нуль | Э ОВ | S Z | Пассивная линия |
| Линии управления | |||
| Готовность источника Готовность приемника Строб источника Запрос приемника | ГИ ГП СТР ЗП | SO AO SC AC | от И к П от П к И от И к П от П к И |
| Линии сигнальные | |||
| Данные (20..27) * Контрольный разряд (КР) младшего байта * Данные (28..215) * КР старшего байта * Состояние приемника * Состояние источника | Д0..Д7 КР0 Д8..Д15 КР1 СП1..СП8 СИ1..СИ8 | D0..D7 DP0 D8..D15 DP1 A1..A8 S1..S8 | от И к П от И к П от И к П от И к П от П к И от И к П |
| Примечание. * Эти линии необязательны и в сопряжении могут отсутствовать | |||
Линия Э служит для защиты от помех сигналов управления и передаваемых данных. Линия соединяется с металлическим корпусом устройства, подключенным к общей земле.
Линия ОВ подсоединяется к точке, принятой в данном устройстве за нулевую и изолированной от металлического корпуса.
Линия ГИ (готовность источника)
Логическая «1» на линии ГИ означает, что источник работоспособен и готов к передаче информации под управлением сигналов СТР и ЗП. Логический «0» на линии ГИ означает, что источник не работоспособен и состояние других линий должно игнорироваться приемником. Сигнал ГИ не зависит от состояния сигнала ГП.
Линия ГП (готовность приемника)
Логическая «1» на линии ГП означает, что приемник работоспособен и готов к приему информации под управлением сигналов СТР и ЗП. Логический «0» на линии ГП означает, что приемник не работоспособен и состояние других линий должно игнорироваться источником. Сигнал ГП не зависит от состояния сигнала ГИ.
Линия СТР (строб источника)
Логическая «1» на линии СТР означает, что на линиях данных комбинация сигналов действительная при логической «1» на линии ЗП. Логический «0» на линии СТР означает, что на линиях данных комбинация сигналов может быть недействительной.
Сигнал СТР может перейти из логического «0» в логическую «1» лишь после того, как сигнал ЗП перешел в логическую «1». Сигнал СТР может перейти из логической «1» в логический «0» лишь после того, как сигнал ЗП перешел в логический «0».
Линия ЗП (запрос приемника)
Логическая «1» на линии ЗП означает, что приемник запрашивает новую информацию от источника. Логический «0» на линии ЗП означает, что приемник не готов к приему нового сигнала, но принял предыдущий символ, если он был.
Приемник не должен принимать данные, если сигнал СТР не перешел в логическую «1». Когда приемник принял символ, он может установить сигнал ЗП в логический «0» в любой момент времени. Приемник должен держать линию ЗП в логическом «0» до тех пор, пока не появится логический «0» на линии СТР.
Сигнальные линии
Линии данных используются для передачи до 16 разрядов данных от источника. Контрольные разряды КР0 и КР1 устанавливаются такими, чтобы сумма единиц в соответствующем байте данных была нечетной.
Обмен данными
Обмен данными происходит в жестко обусловленном режиме «запрос-ответ». Источник может изменить значение сигнала СТР только тогда, когда приемник изменил значение сигнала ЗП. Приемник может изменить значение сигнала ЗП только тогда, когда источник изменил значение сигнала СТР.
Временная диаграмма обмена в ИРПР приведена на рис.8.4. Устройство, принимающее сигналы, должно компенсировать разницу в задержке принимаемых сигналов.
Техническая реализация
Тип, требования к физической реализации, назначение контактов разъема для выхода на ИРПР не регламентируются. Интерфейсный кабель должен иметь волновое сопротивление 110 ± 20 Ом.
Рис.8.4. Временная диаграмма обмена в ИРПР: Тк - время задержки кабеля; Ти - восприятия сигнала источником; Тп - восприятия сигнала приемником; Т1, Т3 - выполнения операции источником; Т2, Т4 - выполнения операции приемником
Уровни сигналов должны соответствовать уровням для микросхем типа ТТЛ. Используемая логика - отрицательная. В качестве передатчиков должны применяться микросхемы с открытым коллекторным выходом с допустимым током нагрузки не менее 40 мА. Входной ток приемника не более 1.6 мА.
Передатчик не должен выходить из строя при:
1) коротком замыкании между сигнальной линией и линией ОВ, а также между двумя сигнальными линиями;
2) работе на кабель, отсоединенный на другом конце, или при отсоединенном кабеле;
3) работе на включенный или выключенный приемник непосредственно или через кабель.
Приемник должен:
1) воспринимать обрыв или отсутствие кабеля, а также выключенное питание передатчика как логический «0»;
2) не выходить из строя при соединении с включенным или выключенным передатчиком при любом его логическом состоянии.
Интерфейс должен быть работоспособным при использовании кабеля длиной до 15 м.
Интерфейс ИРПС
Когда источник или приемник информации удален от ЭВМ на значительное расстояние, применяется последовательная передача. Прежде чем начать последовательную передачу, необходимо выполнить преобразование данных из параллельной формы в последовательную. Вначале данные загружаются в сдвиговый регистр. Содержимое регистра сдвигается на один разряд при поступлении каждого тактового импульса. Процесс преобразования данных из параллельной формы в последовательную представлен на рис.8.5.
Рис.8.5. Передача данных по линии последовательной передачи: СД - сдвиговый регистр; СР - старший разряд; МР - младший разряд; ГТИ - генератор тактовых импульсов
При приеме необходимо выполнить действия, обратные по отношению к описанным выше. Данные вводятся бит за битом в сдвиговый регистр, затем из него в параллельной форме передаются в ЭВМ.
Устройство, обеспечивающее преобразование данных из параллельной формы в последовательную и обратное преобразование, называют универсальным асинхронным приемопередатчиком (УАПП). Приемопередатчик выполняет также важные функции контроля и управления. Он добавляет к каждому передаваемому символу стартовый бит и стоп-бит. На рис.8.6 изображено 8-битовое слово данных и показаны дополнительные биты. Стартовый бит всегда имеет значение логического «0», стоп-бит - логической «1».
Рис.8.6. Слово данных с дополнительными битами
Скорость передачи данных принято измерять в бодах. Один бод равен одному биту в секунду. Например, скорость передачи 1200 бод означает, что за одну секунду будет передано 120 10-битовых символов: стартовый бит, 8 бит данных и стоп-бит.
Если при передаче данных применяется контроль на четность, то восьмому биту придается значение логического «0» или «1» так, чтобы в передаваемом 8-битовом слове данных было четное количество единиц. Иногда используется бит нечетности. В этом случае общее количество единиц в 8-битовом слове должно быть нечетным.
Сигналы в линии могут иметь различное представление. При передаче на небольшие расстояния в линии действуют уровни напряжения 3..5 В. При больших расстояниях (до 1.5 км) используют токовую петлю - импульсы постоянного тока 20 или 40 мА. В случае дуплексной связи (т. е. передачи информации как в прямом, так и в обратном направлении) используют четырехпроводную линию.
Асинхронная связь постоянным током (токовая петля) по четырехпроводной дуплексной линии носит название радиального последовательного интерфейса (ИРПС).
Упрощенная структурная схема УАПП приведена на рис.8.7.
Рис.8.7. Структура УАПП
УАПП состоит из трех секций: передачи, управления и приема. Секция передачи служит для преобразования данных из параллельной формы в последовательную. Байт данных поступает из ЭВМ в параллельной форме в регистр данных РД передатчика. После завершения передачи в линию предыдущего байта и освобождения выходного регистра байт данных переносится (также параллельно) в выходной сдвиговый регистр. Здесь к нему добавляются служебные биты: стартовый, стоповый, бит четности. Полученное таким образом содержимое кадра многократно сдвигается в сторону младших битов, в результате чего на выходе концевого триггера регистра, связанного с передающей линией, последовательно появляются значения всех битов кадра. Пока байт данных передается в линию, в РД передатчика может загружаться из ЭВМ следующий байт данных.
Секция приема работает аналогично. Биты, поступающие из линии, вдвигаются во входной сдвиговый регистр. После получения всего кадра из него убираются служебные биты и оставшаяся часть переносится параллельно в РД приемника, откуда по команде программы данные принимаются в ЭВМ.
В секции управления имеются регистры команд и состояний РКС (обычно два), с помощью которых программно устанавливаются характеристики УАПП и фиксируются ошибки приема данных.
Линии последовательной передачи данных
Линии последовательной передачи подключаются к устройствам с использованием одного из двух стандартов, показанных на рис.8.8.
Рис.8.8. Интерфейс EIA RS-232 (а); интерфейс по току (б)
Широко распространенным является стандарт EIA RS-232C (рис.8.8а), разработанный ассоциацией предприятий электронной промышленности США. Согласно этому стандарту, уровню логической «1» соответствует напряжение +3 В (сигнал высокого уровня), а уровню логического «0» - напряжение -3 В (сигнал низкого уровня). Стандарт RS-232 используется для большинства видеотерминалов и других устройств, удаленных от ЭВМ на расстояние до 100 м.
На рис.8.8б изображен источник постоянного тока 20 мА. В этом случае передача сигналов осуществляется посредством включения и отключения указанного источника.
Как линии стандарта RS-232, так и 20-миллиамперные передатчики и приемники часто подключаются к устройствам через оптоизоляторы на светоизлучающих диодах. Оптоизоляторы (гальваническая развязка на оптопарах) защищают УАПП и микропроцессор от высокого напряжения и от наводок, которые могут образоваться в линиях.
Интерфейсы программируемых приборов.
Общее построение интерфейса Hewlett-Packard
Взаимосвязь приборов в системе осуществляется при помощи магистрали, состоящей из 16 сигнальных линий, сгруппированных по функциональному признаку в три шины: информационную (шина данных), синхронизации, управления. К этим шинам подключаются приборы, общее число которых не должно превышать 15. В любой момент времени каждый из конкретных приборов, подключенных к магистрали, может выполнять функции источника, приемника, контроллера или не участвовать в обмене данными.
Устройство-источник выдает на шину интерфейса информацию, которая передается на один или несколько приемников (а не на контроллер) и воспринимается ими. Контроллер только управляет потоком информации в магистрали, определяя, какой из приборов должен посылать информацию, а какие - ее принимать. Задачи приборов, не участвующих в обмене информацией, ограничиваются контролем сигналов, проходящих по магистрали.
Интерфейсные функции (функции источника, приемника или контроллера) могут быть произвольно распределены между приборами, входящими в систему, а также совмещены в конкретных приборах. По магистрали передаются: цифровые данные и приборные команды, сигналы запроса связи и управления передачей данных, команды сопряжения. В состав команд сопряжения входят: многопроводные адресные команды, универсальные команды сопряжения, адресованные многопроводные команды сопряжения, вторичные многопроводные команды.
Сигнальные шины и передаваемые сигналы
Вся содержательная информация и многопроводные команды передаются по восьми линиям информационной шины DIO (ЛД). Передача осуществляется в оба направления, асинхронно и последовательно-параллельно: символом по восемь разрядов параллельно и побайтно последовательно. Форма представления чисел сходна с обычной записью. Для обозначения конца записи чаще всего используют символы CR (ВК) и LF (ПС).
Управление передачей каждого байта сообщения осуществляют сигналы, проходящие по линиям шины синхронизации:
1) DAV (СД) - информация достоверна, вырабатывается устройством-источником и указывает на то, что установленные на шинах данные верны, и можно принимать этот байт;
2) NRFD (ГП) - неготовность к приему информации, вырабатывается приемником;
3) NDAC (ДП) - информация не принята, также вырабатывается приемником.
Управление работой магистрали осуществляется при помощи сигналов, проходящих по пяти линиям шины управления:
1) ATN (УП) - вырабатывается контроллером, указывает, как следует интерпретировать данные, поступающие по линиям DIO, - как интерфейсную команду или как содержательное сообщение;
2) IFC (ОК, ОИ) - очистить интерфейс, вырабатывается контроллером, чтобы привести узлы приборов, связанные с интерфейсом, в исходное состояние;
3) SRQ (ЗО) - запрос на обслуживание, вырабатывается источником или приемником и указывающий на необходимость организации с ним связи для обмена информацией;
4) REN (ДУ) - разрешено дистанционное управление, вырабатывается контроллером для задания режима работы устройств (переход на дистанционное управление вместо управления от внутренних узлов устройств);
5) EOI (КП) - конец или идентификация, вырабатывается источником (чтобы отметить конец многобайтного сообщения) или контроллером.
Адресация
Выбор адреса источника и приемника осуществляет контроллер посылкой двух или более многопроводных команд по шине ЛД. Под их действием выбирается один (и только один) прибор, который затем будет передавать данные на информационную шину. Запрещается выдача информации от всех других приборов и выбирается один или несколько приборов, которые затем будут принимать данные.
При адресации приборов контроллер использует семь из восьми линий шины ЛД (свободной остается линия самого старшего разряда - ЛД7). Это позволяет использовать в качестве контроллера устройства, работающие в семиразрядном коде ASCII.
Сообщение, поступающее на прибор с интерфейсной шины, воспринимается как команда, если оно сопровождается сигналом на линии УП. В противном случае это сообщение интерпретируется как содержательное.
Если на линиях ЛД6 и ЛД5 установлены логические сигналы 00, то команда воспринимается как универсальная (UC), если заданы сигналы 10 - то как адрес источника (ADT), если 01 - как адрес приемника (ADL) и если 11 - как вторичная команда (SE).
Посылкой в линиях ЛД0...ЛД4 кода сигнала 11111 образуются команды запрета: при признаке адреса источника ADT - запрещая прибору выдавать информацию (НЕ ПРД), при адресе приемника ADL - запрещая прибору воспринимать информацию (НЕ ПРМ), и при признаке вторичной команды (SE) - запрещая выполнять команду. Команда «Не принимать информацию» используется, когда необходимо отключить все ранее выбранные приемники, а команда «Не выдавать информацию» - когда необходимо отключить ранее выбранный источник.
При построении системы каждому прибору присваивают один или несколько адресов, отличающихся от адресов всех других приборов. Однако приборы, которые должны одновременно воспринимать одни и те же данные, имеют одинаковый адрес.
Передача информации по магистрали
Передача информации от источника к приемнику происходит побайтно и координируется при помощи трех сигналов: СД, ГП, ДП.
Обмен этими сигналами осуществляется по циклу: запрос-ответ-подтверждение и может иметь место только после того, как выбран источник и приемник информации и связь установлена.
Цикл передачи каждого байта состоит из трех фаз: 1) источник выдает новый информационный байт и устанавливает соответствующие сигналы на линиях ЛД0...ЛД7; 2) приемник воспринимает данный байт и разрешает снять с шины ЛД сигналы; 3) устройства подготавливаются к приему следующего байта. Процесс передачи информации иллюстрируется на рис.8.9.
Рис.8.9. Временная диаграмма сигналов
в приборном интерфейсе
Изменение логических сигналов на шинах и выполнение интерфейсных операций осуществляются в следующей последовательности:
1. Исходное состояние устройств, в котором на линии СД установлен высокий уровень сигнала (т. е. данные на шине ЛД не достоверны), а на линиях ГП и ДП - низкий (т.е. ни один из приемников не готов к приему информации и не принял ее).
2. Источник проверяет состояние приемника (его готовность к приему очередного байта информации); если исходное состояние правильно, то он выставляет на шине ЛД байт данных; если же не верно - сигнализирует о наличии ошибки и прекращает процесс обмена. Этому этапу соответствует момент времени t 2.
3. Приемники (в момент t 1) указывают на готовность принять данные, меняя уровень на линии ГП с низкого на высокий.
4. Под действием высокого потенциала на линии ГП источник снижает уровень сигнала СД (в момент t0). Это означает, что все данные выставлены и верны, т. е. пригодны к приему.
5. Каждый из приемников в ответ на изменение сигнала СД в момент t1 снимает сигнал ГП, указывая, что состояние готовности к приему сменяется на прием данных. Вслед за этим осуществляется прием выставленного на шине ЛД байта информации.
6. Приняв байт данных, приемник изменяет уровень на линии ДП с низкого на высокий (указывая, что данные приняты). В зависимости от условий и быстродействия приемника смена уровня происходит в интервале времени t2-t3.
7. В ответ на повышение уровня на линии ДП источник изменяет уровень сигнала СД с низкого на высокий. С момента t4 данные не считаются более верными, о чем и сообщается приемникам.
8. Источник проверяет, есть ли еще информация. Если она есть, то подготавливается к выдаче следующего байта данных, а если нет - цикл обмена завершается.
9. Приемник под действием высокого уровня сигнала на линии СД меняет уровень на линии ДП на низкий, подготавливаясь к следующему циклу обмена (момент t5).
Этапы 1, 2, 3, 4 относятся к первой, 5, 6 - ко второй, 7, 8, 9 - к третьей фазе цикла передачи очередного байта данных.
Поиск источников запроса
При появлении сигнала ЗО необходимо установить адрес прибора, запросившего обслуживание. Такой поиск в системе можно проводить последовательным и параллельным методами.
При последовательном методе поиска поочередно опрашивается каждый из приборов, входящих в систему, пока не будет выявлено устройство, пославшее запрос. Для ускорения поиска в системе предусмотрен параллельный опрос группы приборов, проводимый контроллером. Ответное сообщение, содержащее данные о требованиях запроса в каждом из приборов или об отсутствии таковых, передается по шине ЛД. В этом режиме каждый прибор приписывается к одной из линий ЛД, т. е. за одно обращение может быть определено состояние восьми устройств. Наличие сигнала на соответствующей линии ЛД указывает, что данный прибор требует обслуживания.
Электрические условия
Сигналы на линиях магистрали соответствуют уровням схем ТТЛ: высокий уровень - напряжению не менее +2.4 В, а низкий - напряжению не более +0.8 В. В интерфейсе принята отрицательная логика, т. е. логическому нулю соответствует высокий уровень напряжения в линии, а логической единице - низкий уровень. Такая логика позволяет для выбранной схемы выходных каскадов (с разомкнутым коллектором и резистивной нагрузкой) осуществить логическое сложение сигналов, поступающих на линию от разных источников. Сложение требуется, например, для линии запроса на обслуживание.
Однако в двух линиях - ГП и ДП - логика должна быть положительной, чтобы осуществить логическое умножение сигналов.
При работе с несколькими приемниками каждый из них может разновременно вырабатывать сигнал готовности к приему данных. На линии ГП уровень должен измениться только тогда, когда в состояние готовности переходит самое медленное из устройств-приемников, т. е. будут готовы все приемники.
Аналогично должно производиться логическое умножение сигналов, свидетельствующих о приеме данных и приходящих по линии ЛД; информационный байт может быть заменен на новый или снят, только когда сообщение было принято всеми устройствами-приемниками. Поэтому в магистрали в этих двух линиях использованы инверсные по отношению к рассмотренным сигналы.
Сигнальная линия магистрали подключается в каждом приборе к средней точке резистивного делителя, в котором один из резисторов с сопротивлением 3 кОм соединен с шиной +5 В, а другой резистор с сопротивлением 6.2 кОм - с нулевой шиной.
Конструктивные условия
Приборы соединяют в систему при помощи гибких кабелей, на каждом конце которых распаяны двусторонние штепсельные разъемы с винтовым креплением.
Скорость передачи данных
При достаточно быстродействующих устройствах максимальная скорость передачи информационных сообщений равна: 250 кбайт/с - при длине кабеля до 20 м и ТТЛ-элементах с разомкнутым коллектором в выходных каскадах; 1 Мбайт/с - с магистральными усилителями в выходных каскадах, но при длине кабеля не превышающей 1 м на каждый из используемых в системе приборов.
Интерфейсы системы КАМАК
Система КАМАК (CAMAC - Computer Automated Measurement and Control - автоматизированные средства измерения и управления) разработана комитетом ESONE, подготовившим подробные спецификации и выпустившим стандарты, которые приняты также основными международными и отечественными организациями по стандартизации. КАМАК представляет собой систему электронных модулей, предназначенную для построения цифровых измерительных установок, управляемых от ЭВМ.
КАМАК удачно объединяет в себе, с одной стороны, богатый набор электронных функциональных модулей самого разнообразного назначения (усилители, счетчики, таймеры, аналого-цифровые и цифроаналоговые преобразователи, запоминающие устройства и т. д.), а с другой стороны, - средства связи всей этой аппаратуры с ЭВМ, для чего предусмотрен специальный управляющий модуль - контроллер КАМАК.
Всеми процессами на магистрали управляет (по командам от ЭВМ) контроллер, однако, если в модуле возникла ситуация, требующая вмешательства ЭВМ, модуль может послать в контроллер запрос на обслуживание. Стандартизация модулей по конструкции, способу подсоединения к магистрали, характеристикам электрического питания, параметрам входных и выходных сигналов позволяет быстро собирать и модернизировать экспериментальные установки, комплектуя их требуемыми модулями, а единая система команд существенно облегчает разработку алгоритмов управления системой. Технические вопросы согласования модулей отпадают ввиду всесторонней стандартизации системы.
Конструктивной основой системы КАМАК является специальный каркас - крейт, содержащий 25 станций (направляющих, по которым в крейт вдвигаются модули). В зависимости от сложности модуль может иметь единичную ширину L=17.2 мм и занимать одно место в крейте, либо ширину, кратную L. Контроллер обычно занимает два крайних правых места. На рис.8.10 приведено изображение магистрали крейта.
Рис.8.10. Магистраль крейта КАМАК
Большая часть линий магистрали - параллельные линии, соединяющие одноименные контакты всех разъемов. Сигналы, передаваемые по этим линиям, доступны всем модулям. Рабочая информация в системе КАМАК передается 24-разрядным двоичным параллельным кодом, для чего служат 24 линии чтения R (передача из модулей в контроллер) и 24 линии записи W (передача данных из контроллера в модули).
Поскольку в каждом модуле могут размещаться несколько функциональных узлов (например, несколько счетчиков) и, кроме того, еще имеются многочисленные обслуживающие схемы, для адресации к элементам модуля служат 4 линии субадреса A, по которым номер узла в модуле или его субадрес передается также двоичным параллельным кодом. Всего, таким образом, в каждом модуле может использоваться до 24=16 субадресов.
В процессе обращения контроллера к модулю может быть задано выполнение различных операций - чтение или запись информации, опрос состояния регистра и т. д. Для передачи кода операции предусмотрены 5 линий функций F, что дает возможность использовать до 32 различных функций. Значения функций стандартизированы (см. таблицу 8.3.).
Таблица 8.3
Функции системы КАМАК
| Номер | Наименование | Двоич-ный код |
| F(0) F(1) F(2) F(3) F(8) F(9) F(10) F(11) F(16) F(17) F(18) F(19) F(21) F(23) F(24) F(25) F(26) F(27) | Чтение регистра первой группы Чтение регистра второй группы Чтение и сброс регистра первой группы Чтение обратного кода регистра первой группы Проверка запроса Сброс регистра первой группы Сброс запроса Сброс регистра второй группы Запись в регистр первой группы Запись в регистр второй группы Селективная установка регистра первой группы Селективная установка регистра второй группы Селективный сброс регистра первой группы Селективный сброс регистра второй группы Запрещение Исполнение Разрешение Проверка статуса | 00000 00001 00010 00011 01000 01001 01010 01011 10000 10001 10010 10011 10101 10111 11000 11001 11010 11011 |
| Примечание: Функции F с номерами 4, 6,12, 14, 20, 22, 28, 30 не стандартизированы; - с номерами 5, 7, 13, 15, 29, 31 резервные | ||
Группа параллельных линий отводится для управления и передачи служебных сигналов. Сюда относятся линии (и соответственно сигналы) Z, C, I, B, Q, X, S1, S2. Некоторые из этих сигналов (B, S1, S2) генерируются контроллером или модулями автоматически в процессе обмена информацией по магистрали, на них нельзя воздействовать программным образом. Другие сигналы устанавливаются, снимаются, контролируются программно, их назначение необходимо понимать для правильного составления программ управления. Рассмотрим кратко последнюю группу сигналов.
Сигнал Z (начальная установка) служит для приведения всей системы в исходное состояние. По этому сигналу сбрасываются (очищаются) регистры всех модулей крейта, блокируются входы и выходы модулей и т. д.
Сигнал C (сброс) вызывает сброс регистров модулей крейта.
Сигнал I (запрет) запрещает любые действия в модулях. В отличие от сигналов Z и C, имеющих импульсный характер, сигнал I может быть установлен в магистрали на заданное время. После сброса сигнала I модули снова становятся работоспособными.
Сигнал Q (ответ) генерируется модулем в ответ на адресуемые ему вопросы о состоянии тех или иных узлов. Значение Q = 1 рассматривается как утвердительный ответ, Q = 0 - как отрицательный.
Послав, например, в модуль команду «Проверка состояния входа», можно по состоянию сигнала Q установить, открыт вход модуля (в этом случае Q = 1) или закрыт (Q = 0).
Если модуль имеет несколько входов, можно опросить их последовательно и, анализируя состояние сигнала Q после каждого вопроса, выявить, какие входы открыты и какие закрыты.
Сигнал X (команда принята) вырабатывается модулем всякий раз при получении им «законной» команды, которую данный модуль в состоянии выполнить. Нулевое значение сигнала X (X = 0) указывает на наличие неисправности (например, отсутствие адресуемого модуля) или серьезной ошибки в программе обслуживания (в модуль послана команда, которую он не может выполнить).
Две группы линий (N и L) служат для установления связи контроллера с определенным модулем. В отличие от остальных линий магистрали линии N и L имеют радиальный характер. Каждый модуль связан с контроллером индивидуальной парой линий N и L.
Когда контроллер генерирует команду обращения к какому-то модулю, он устанавливает соответствующую функцию КАМАК на линиях F, требуемый субадрес - на линиях A и возбуждает линию N, соответствующую адресуемому модулю. Сигналы F и A поступают во все модули. Однако воспринимает их только тот модуль, который присоединен к возбужденной линии N, т. е. модуль, установленный на станции с номером N.
Если в модуле создалась ситуация, требующая вмешательства ЭВМ (АЦП преобразовал входной сигнал в код, счетчик зарегистрировал заданное число импульсов и т. д.), модуль может послать в контроллер запрос на обслуживание, установив логическую 1 на линии L.
Обычно возбуждение линии L (L-запрос) приводит к прерыванию текущей программы и переходу на программу обработки прерывания от данного модуля. Поскольку от каждого модуля в контроллер идет индивидуальная линия L, контроллер, получив запрос, может определить, из какого именно модуля он пришел.
Как уже отмечалось, каждая команда, с которой контроллер обращается к какому-либо модулю, состоит из трех элементов: функции F, субадреса A, номера адресуемого модуля N.
Управление аппаратурой КАМАК и заключается в выполнении последовательности команд N A F (команд КАМАК), соответствующей заданному алгоритму функционирования установки.
Требуемая последовательность команд N A F записывается в виде машинной программы. Выполнение ЭВМ группы машинных команд, описывающих некоторую команду КАМАК, приводит к передаче в контроллер всех трех элементов этой команды: N, A, F.
Контроллер, получив эту информацию, возбуждает соответствующие линии магистрали, чем и достигается выполнение команды.
К параллельной магистрали ветви ИВК можно подключить до семи крейтов (локальные межсоединения). Последовательная магистраль ветви ИВК используется для конфигураций, содержащих до 62 крейтов КАМАК (распределенные соединения, в условиях помех).
Структуры средств системного обмена
Средства системного обмена можно условно разделить на три группы: 1) средства межмашинной связи (СММС), 2) контроллеры ветвей (КВ), 3) адаптеры (А). Общим для всех этих средств (что и определило их выделение в одну группу) является функциональное назначение, которое заключается в обеспечении связи между аппаратурой, объединенной различными видами системного обмена. В дальнейшем средством системного обмена будем называть любое средство, обеспечивающее связь между двумя интерфейсами, пусть даже одинаковыми.
Средства межмашинной связи и контроллеры ветвей связывают между собой системные магистрали или радиальные интерфейсы. Адаптеры связывают системный интерфейс с прибором или периферийным устройством.
Если один из интерфейсов является «верхним», а другой - «нижним» и управление всегда производится «сверху вниз», то средство, связывающее такие интерфейсы, является контроллером ветви.
Если в структуре системы иерархия интерфейсов не определена однозначно, и каждый из них может быть как «верхним», так и «нижним», то средство, связывающее интерфейсы, является СММС, так как при такой организации необходимо наличие «интеллекта» на обоих интерфейсах.
Контроллер ветви
Контроллером ветви будем называть средство, обладающее функциями управления устройствами, подключенными к ветви, через ее интерфейс. К одной ветви может быть подключено несколько контроллеров, однако управление ветвью в конкретный момент времени производится всегда одним контроллером. Остальные контроллеры (если они есть) находятся в пассивном состоянии.
Структура контроллера ветви определяется требованиями согласования контроллера с интерфейсом ветви, которые реализуются на нескольких уровнях: 1) физический, 2) логический (канальный), 3) управляющий, организует системное функционирование контроллера ветви.
Можно выделить два основных класса контроллеров: 1) контроллер верхнего уровня, 2) контроллер промежуточного уровня. На рис.8.11 и 8.12 приведены обобщенные структурные схемы контроллеров обоих классов.
Рис.8.11. Обобщенная структура контроллера
верхнего уровня системной иерархии
Рис.8.12. Обобщенная структура контроллера
промежуточного уровня системной иерархии
Первый уровень
Средства физического согласования с интерфейсом ветви обеспечивают преобразование внутренних сигналов контроллера в сигналы интерфейса ветви, параметры которых определены спецификациями данного интерфейса. Такие средства реализуются на стандартных магистральных элементах и не зависят от типа используемого контроллера.
Второй уровень
Средства логического согласования с интерфейсом ветви обеспечивают прием и выдачу контроллером сигналов интерфейса в соответствии с временными и логическими соотношениями, заданными в спецификациях интерфейса. Эти сигналы могут быть условно разделены на несколько групп в соответствии с интерфейсными функциями, выполняемыми средствами логического согласования:
1) сигналы согласования обменом данными;
2) сигналы запроса и управления прерываниями;
3) сигналы запроса и управления прямым доступом к памяти;
4) сигналы управления интерфейсом ветви;
5) сигналы управления запросами, арбитражем и захватом магистрали интерфейса ветви;
6) специальные сигналы (аварийные и т. п.).
Сигналы первой и четвертой групп присутствуют в любом контроллере ветви. Сигналы остальных групп могут присутствовать в различных сочетаниях в зависимости от типа интерфейса ветви и особенностей архитектуры системы, в которой работает контроллер, а также от класса контроллера.
Обобщенная структура контроллера ветви часто включает в свой состав буфер данных. Его использование целесообразно в случаях, когда имеется существенная разница в быстродействии между верхним уровнем контроллера и интерфейсом ветви. Включение буфера данных позволяет разделить во времени обмен информацией и повысить эффективность работы контроллера.
Третий уровень
Управляющий уровень реализуется по-разному. В контроллерах верхнего уровня системной иерархии устройство управления (УУ) - это совокупность программных и аппаратных средств стандартной (или специально разработанной) ЭВМ. Управление этим уровнем осуществляется посредством совокупности сигналов, набор и синхронизация которых определяются спецификой применяемого вычислительного средства, и являются индивидуальными для ЭВМ каждого типа.
Для контроллера промежуточного уровня системной иерархии устройство управления выполняет функции согласования контроллера с интерфейсом верхнего уровня. Устройство управления состоит из средств, реализующих физическое и логическое согласование с интерфейсом верхнего уровня. Их функциональное отличие от уровней 1-2 обусловлено тем, что контроллер ветви не наделен функциями контроллера по отношению к интерфейсу верхнего уровня.
Адаптеры
Адаптеры (А) обеспечивают согласование функциональных (операционных) частей ИВК с интерфейсом ветви, в которую они входят. Адаптеры различаются: 1) по типам интерфейсов, согласование с которыми они обеспечивают; 2) по объему выполняемых интерфейсных функций; 3) по конструктивному исполнению.
Кроме основных, адаптер может выполнять ряд вспомогательных функций: 1) диагностика, 2) контроль передаваемой информации, 3) преобразование форматов данных.
Функциональная полнота адаптера определяется требованиями, исходящими из системных задач, решаемых с его помощью, а также характеристиками компонента ИВК, подключаемого через адаптер к интерфейсу ветви. Такими характеристиками являются: 1) быстродействие, 2) объем передаваемой или принимаемой информации, 3) приоритетность этой информации в системе и т. д.
Структура любого адаптера состоит из двух основных частей: 1) интерфейсной - непосредственно связанной с интерфейсом ветви, 2) приборной - связанной с входом (выходом) подключаемого устройства.
Эти части обмениваются внутренними (местными) сигналами. Конструктивно адаптеры выполняются: 1) в виде модулей, входящих в каркас и связанных с магистральным интерфейсом; 2) в виде узлов подключаемых устройств; 3) в виде сменных блоков, входящих в подключаемые устройства.
Важной является тенденция к расширению номенклатуры вспомогательных функций, выполняемых адаптерами. Такими функциями могут быть: 1) контроль сбоев в работе интерфейса, 2) отсчет времени, 3) диагностика и самодиагностика с локализацией неисправности, 4) контроль и исправление ошибок в принимаемой (передаваемой) информации, 5) буферирование информации, 6) преобразование данных в заданные форматы.