Aparatinės įrangos sąsajos

Sąsaja (sąveika) – tai ryšys tarp komponentų ir mikroprocesorinės sistemos dalyvių.

V mikroprocesorinė sistema apima: techninę įrangą, programinę įrangą ir žmones... Todėl išskiriami tokie sąsajų tipai:

• aparatinės įrangos sąsaja;

• programinės įrangos sąsaja;

• vartotojo sąsaja.

Programavimo sąsaja, kurią teikia operacinė sistema (jei yra). Dažniausios vartotojo sąsajos yra grafinė sąsaja (pavyzdžiui, kompiuterio darbalaukis su piktogramomis arba komandų mygtukais Microsoft Office Word redaktoriuje) ir vairasvirtės sąsaja, kur naršydami meniu (pvz., mobiliuosiuose telefonuose) pasirenkame mums reikalingą komandą. , programuojami valdikliai), kuris taip pat yra GUI tipas.

Aparatinės įrangos sąsaja yra magistralių, jungčių, suderinimo įrenginių, algoritmų ir protokolų sistema, užtikrinanti ryšį tarp visų mikroprocesorinės sistemos dalių. Sistemos našumas ir patikimumas priklauso nuo sąsajos savybių.

Integruotose mikroprocesorinėse sistemose aparatinės įrangos sąsają užtikrina procesoriaus iškrovimo valdikliai.Valdiklis Tai specializuota mikroschema, skirta stebėjimo ir valdymo funkcijoms atlikti. Valdiklis valdo įrenginio, pavyzdžiui, kietojo disko, laisvosios kreipties atminties, klaviatūros, veikimą, užtikrina šio įrenginio ryšį su kitais MS dalyviais.

Padangos valdomos tilteliais... Pavyzdžiui, sudėtingose ​​MS, tokiose kaip asmeninis kompiuteris, centrinę vietą užima «ChipSet» (ChipSet) – tiltelių ir valdiklių rinkinys. Lustų rinkinyje yra du pagrindiniai lustai, kurie tradiciškai vadinami pietiniu tiltu ir šiauriniu tiltu (1 pav.). Šiaurinis tiltas aptarnauja sistemos magistralę, atminties magistralę, AGP (pagreitintos grafikos prievadą) ir yra pagrindinis kompiuterio valdiklis. Pietinis tiltas valdo darbą su išoriniais įrenginiais (PCI magistralė - I / O magistralė, skirta išoriniams įrenginiams prijungti).

1 pav. Duomenų mainų organizacijos asmeniniuose kompiuteriuose (asmeniniuose kompiuteriuose)

Sunkiausia organizuoti procesoriaus ir išorinių įrenginių sąveiką dėl didelės jų įvairovės.

Lygiagrečios sąsajos pasižymi tuo, kad bitams perduoti naudojamos atskiros signalo linijos, o bitai perduodami vienu metu. Klasikinė lygiagreti sąsaja yra LPT prievadas.

Nuosekliojo duomenų perdavimo sąsajoje naudojama viena signalo linija, per kurią vienas po kito nuosekliai perduodami informacijos bitai.

Paprasčiausia nuoseklioji sąsaja, plačiai paplitusi tiek kompiuteriuose, tiek pramoninėse sistemose, yra RS-232 standartas, kurį įgyvendina COM — prievadai... Pramoninėje automatikoje plačiai naudojamas RS-485.

USB (universalioji nuoseklioji magistralė) magistralė sujungia daugybę išorinių įrenginių prie jūsų kompiuterio, įskaitant mobiliuosius telefonus ir buitinę elektroniką.

Pirmoji sąsajos specifikacija vadinasi USB 1.0, šiuo metu naudojama USB 2.0 specifikacija, šiuolaikiniai įrenginiai jungiami prie USB 3.0 specifikacijos.

USB 2.0 standartą sudaro keturios eilutės: duomenų priėmimas ir perdavimas, +5 V maitinimo šaltinis ir korpusas. Be šių, USB 3.0 prideda dar keturias ryšio linijas (2 priėmimui ir dvi perdavimui) ir dėklą.

USB magistralė turi didelį pralaidumą (USB 2.0 užtikrina maksimalų duomenų perdavimo greitį iki 480 Mbps, USB 3.0 – iki 5,0 Gbps) ir užtikrina ne tik duomenų perdavimą, bet ir maitinimo šaltinį mažos galios išoriniams įrenginiams (maksimali srovė vartojimo įrenginį per USB magistralės maitinimo linijas, neturėtų viršyti 500 mA USB 2.0 ir 900 mA USB 3.0), todėl nereikia išorinių maitinimo šaltinių.

Belaidės (belaidės) sąsajos leidžia nutolti nuo ryšio kabelių, o tai ypač svarbu mažo dydžio, dydžiu ir svoriu, prilygstančiam kabelių įrenginiams. Belaidžių sąsajų naudojimas elektromagnetines bangas infraraudonųjų (IrDA) ir radijo dažnių diapazonai (Bluetooth, USB bevielis).

Infraraudonųjų spindulių IrDA sąsaja leidžia belaidžiu ryšiu bendrauti tarp dviejų įrenginių, esančių iki 1 metro atstumu. Infraraudonųjų spindulių ryšys – IR (infraraudonųjų spindulių) ryšys – saugus sveikatai, nekelia trikdžių radijo dažnių diapazone ir užtikrina perdavimo privatumą. Infraraudonieji spinduliai neprasiskverbia pro sienas, todėl priėmimo zona apsiriboja maža, lengvai valdoma zona.

Bluetooth (mėlynas dantis) yra mažos galios radijo sąsaja (siųstuvo galia tik apie 1 mW), skirta organizuoti asmeninius tinklus, teikiančius duomenų perdavimą realiu laiku nedideliais atstumais. Kiekvienas Bluetooth įrenginys turi 2,4 GHz radijo siųstuvą ir imtuvą. Radijo sąsajos diapazonas yra apie 100 m - kad apimtų standartinį namą.

Belaidis USB (USB belaidis) – mažo nuotolio radijo sąsaja su dideliu pralaidumu: 480 Mbps iki 3 metrų atstumu ir 110 Mbps iki 10 metrų atstumu. Jis veikia 3,1–10,6 GHz dažnių diapazone.

RS-232 (RS – Recommended Standard) sąsaja jungia du įrenginius – kompiuterį ir duomenų perdavimo įrenginį. Perdavimo greitis – 115 Kbps (maksimalus), perdavimo atstumas – 15 m (maksimalus), ryšio schema taškas į tašką.

Signalai iš šios sąsajos perduodami (3 … 15) V įtampos kritimu, todėl RS-232 ryšio linijos ilgis, kaip taisyklė, yra ribojamas kelių metrų atstumu dėl mažo atsparumo triukšmui. Dažniausiai naudojamas pramoninėje įrangoje, asmeniniame kompiuteryje prijungiamas „pelytės“ tipo manipuliatorius, modemas. RS-232 sąsaja paprastai neleidžia prisijungti prie tinklo, nes ji jungia tik 2 įrenginius.

2 pav. – DB9 tipo RS-232 jungtis

RS-485 sąsaja yra plačiai naudojama didelės spartos, apsauganti nuo trukdžių pramoninė nuoseklioji sąsaja, skirta dvipusiam duomenų perdavimui. Beveik visuose šiuolaikiniuose pramoninio dizaino kompiuteriuose, daugumoje jutiklių ir diskų yra vienokia ar kitokia RS-485 sąsaja.

Duomenų perdavimui ir priėmimui pakanka vienos susuktos laidų poros (vytos poros).Duomenų perdavimas atliekamas naudojant diferencinius signalus (originalus signalas eina vienu laidu, o jo atvirkštinė kopija yra kitu). Vieno poliškumo įtampos skirtumas tarp laidų reiškia loginį, kito poliškumo skirtumas – nulį.

Esant išoriniams trukdžiams, gretimų laidų čiaupai yra vienodi, o kadangi signalas yra laidų potencialų skirtumas, signalo lygis išlieka nepakitęs. Tai užtikrina didelį atsparumą triukšmui ir bendrą ryšio linijos ilgį iki 1 km (ir daugiau naudojant specialius įrenginius - kartotuvus).

RS-485 sąsaja suteikia galimybę keistis duomenimis tarp kelių įrenginių per dviejų laidų ryšio liniją pusiau dupleksiniu režimu (priėmimas ir perdavimas eina per vieną porą laiko atskirtų laidų). Jis plačiai naudojamas pramonėje kuriant procesų valdymo sistemas.

Ethernet (eteris — eteris) – duomenų perdavimo technologija, naudojama daugumoje vietinių kompiuterių tinklų. Ši sąsaja yra pagrįsta IEE 802.3 standartu. Nors RS-485 sąsaja gali būti laikoma „vienas su daugeliu“ principu, „Ethernet“ veikia „daugelis su daugeliu“ principu.

Priklausomai nuo bitų spartos ir perdavimo terpės, yra keletas parinkčių:

• Ethernet - 10 Mbps

• Fast Ethernet - 100 Mbps

• Gigabit Ethernet - 1 Gbps

• 10 Gigabit Ethernet

Koaksialinis kabelis, vytos poros (maža kaina, didelis atsparumas triukšmui) ir optinis kabelis (ilgesnių linijų ir didelės spartos ryšio kanalų sukūrimas) naudojami kaip perdavimo terpės.

Vytos poros (vytos poros) - ryšio kabelio tipas, yra viena ar daugiau porų izoliuotų laidų, susuktų kartu ir uždengtų plastikiniu apvalkalu.

Pavyzdžiui, FTP kabelis (vytos poros — vytos poros su bendru folijos ekranu ir variniu laidininku indukuotoms srovėms nuleisti), 4 poros (kietasis), 5e kategorija (3 pav.). Kabelis skirtas stacionariai montuoti pastatuose, statiniuose ir darbui struktūrinėse kabelių sistemose. Sukurta programoms, veikiančioms dažnių diapazone, kurio viršutinė riba yra 100 MHz.

3 paveikslas – vytos poros: 1 – išorinis apvalkalas, 2 – folijos skydas, 3 – nutekėjimo laidas, 4 – apsauginė plėvelė, 5 – vytos poros

Fiziniu lygmeniu Ethernet protokolas įgyvendinamas kaip tinklo plokštės, įterptos į mikroprocesorines sistemas ir koncentratorius, jungiančius sistemas viena su kita.

Ethernet pagrindu kuriami pramoniniai tinklai (Profinet, EtherNet / IP, EtherCAT, Ethernet Powerlink), kurie sėkmingai konkuruoja su anksčiau sukurtais tinklais Profibus, DeviceNet, CANopen ir kt.