Интерфейсы информационных систем

Основные определения. 3

Классификация интерфейсов. 3

По принципу построения. 3

По назначению.. 4

По способу передачи информации. 5

По принципу обмена информацией. 6

По режиму передачи информации. 7

По среде передачи информации. 7

Компоненты интерфейсов. 7

Физический интерфейс. 7

Логический интерфейс. 8

Стек интерфейса. 9

Проблемы передачи информации. 10

Линия связи. 10

Амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) 10

Шумы.. 11

Фазовая частотная характеристика (ФЧХ) 14

Канал связи. 15

Отраженные волны.. 15

Синхронность. 16

Дуплексный режим.. 16

Способности приемника/передатчика. 17

Уровни физического интерфейса. 18

Механический уровень. 18

Электрический уровень. 19

Среда передачи. 19

Типы сигналов. 19

Сигналы.. 20

Физическое кодирование информации. 21

Виды физического кодирования. 21

Простое кодирование. 21

Амплитудная манипуляция. 22

Частотная манипуляция. 22

Амплитудно-фазовая модуляция. 23

Широкополосная модуляция. 24

Логическое кодирование. 25

Логический интерфейс. 26

Мультиплексирование. 26

Передача данных в одном и двух направлениях. 26

Мультиплексирование данных и адреса. 26

Разделение информации по времени. 27

Виртуальные линии связи. 28

Логические линии связи. 28

Адресация. 29

Арбитраж.. 30

Централизованный арбитраж.. 30

Арбитраж с помощью daisy chain. 31

Самоарбитраж.. 32

Арбитраж при коммутации пакетов. 33

Прерывание передачи данных. 33

Управление потоком.. 34

Управление скоростью потока. 35

Качество обслуживания потока. 36

Транзакции. 36

Обычные транзакции. 36

Субакции запроса и ответа. 37

Дальние транзакции. 38

Команды.. 38

Описание интерфейса в виде конечного автомата. 39

Основные определения

Интерфейс информационной системы это совокупность технических решений обеспечивающая взаимодействие между ее отдельными элементами. В данном курсе мы рассмотрим, в основном, аппаратные интерфейсы. Программные, графические и другие интерфейсы приводятся в других курсах.

Классификация интерфейсов

В литературе приводится большое количество способов классификации интерфейсов. Рассмотрим наиболее типичные.

По принципу построения

Магистрально-модульные.

Первые интерфейсы информационных систем. Предназначены, в основном, для сложных измерительных и больших вычислительных комплексов.

Первые интерфейсы представляют собой шкафы (крейты), по геометрическим размерам аналогичные телефонным и телекоммуникационным стойкам. Крэйт имеет магистраль для передачи данных, к которой могут присоединятся модули, что и определили название интерфейсов.

Позднее появились интерфейсы, аналогичные по принципу работы, но имеющие другие размеры и назначение. Например, по такому принципу строились первые системные интерфейсы персональных компьютеров.

Достоинством такого типа интерфейсов является возможность объединения с относительно высокой скоростью относительно большого числа устройств.

Недостатки таких интерфейсов являются продолжением достоинств. Одновременное подключение многих устройств с большой скоростью приводит к сложностям в построении интерфейсов как на физическом, так и на логическом уровнях.

В настоящее время интерфейсы такого типа постепенно вытесняются другими интерфейсами.

Примеры: КАМАК, VME, PCI.

Кабельные.

Первоначально появились как дополнения к магистрально-модульным интерфейсам и служили для связи между крэйтами. В дальнейшем приобрели самостоятельное значение и стали широко применяться в различных областях.

Кабельные интерфейсы представляют собой, как правило, кабель для последовательного соединения на относительно большие расстояния двух устройств или других интерфейсов. С некоторой натяжкой к ним можно отнести интерфейсы в виде шлейфа, соединяющего два устройства (вроде интерфейса LPT, ранее применявшегося для подключения принтеров). Современные варианты кабельных интерфейсов используют в качестве среды волоконно-оптические линии связи.

Достоинством кабельных интерфейсов является их простота, что позволяет создавать достаточно дешевые интерфейсы с большой пропускной способностью.

Недостатком кабельных интерфейсов является возможность соединения только двух устройств, что ограничивает возможность их применения.

Примеры: RS-232 и вся серия интерфейсов RS.

Иерархические.

Современный принцип построения интерфейсов. Возник и стал развиваться по мере осознания недостатков магистрально-модульных и кабельных интерфейсов, а также под влиянием развития сетевых технологий.

Иерархические интерфейсы представляют собой некую структуру, которую можно представить в виде графа, а точнее в виде специального графа без циклов – дерева. Ветвями этого графа служат соединения, объединяющие два элемента. Эти соединения могут быть последовательными, аналогичными кабельным интерфейсам, или параллельными, аналогичными магистралями магистрально-модульным интерфейсам, но объединяющими только два устройства. Узлами этого графа служат коммутирующие устройства, определяющие порядок передачи информации между различными ветвями.

Достоинством таких интерфейсов является возможность объединения большого числа устройств, при этом использую соединения, объединяющие два элемента. Это позволяет достичь большой скорости интерфейса, при относительно невысокой его стоимости.

Недостатком иерархических интерфейсов является необходимость использования коммутирующих устройств, однако, в виду развития микроэлектроники, этот недостаток становиться не столь существенен.

Такой принцип построения используется во всех современных интерфейсах, и постепенно вытесняет все остальные принципы.

Примеры: PCI Express, USB, коммутируемый Ethernet.

Кольцевые.

Этот принцип построения часто пытаются применить в перспективных интерфейсах уже в течение продолжительного времени.

Он также основан на использовании соединений, объединяющих два элемента, в данном случае, в кольцевую структуру.

Кольцевые интерфейсы обладают всем достоинствами иерархических. В тоже время, при использовании кольцевой структуры возможна передача данных в одном направлении, что упрощает одновременное использование интерфейса несколькими устройствами. Также, несколько упрощаются коммутирующие элементы интерфейса. В общем случае это должно повысить производительность.

Однако, при использовании этого принципа построения увеличиваются требования к подключаемым к интерфейсу устройствам, которые должны знать структуру интерфейса.

Интерфейсы, построенные по кольцевому принципу, обладали теоретически хорошими характеристиками, однако, в настоящее время, широкого распространения не получили.

Примеры: SCI, Token Ring.

По назначению

Системные.

Системными называются центральные интерфейсы компьютеров.

Первые системные интерфейсы строились по магистрально-модульному принципу. В настоящее время наблюдается переход к использованию иерархического принципа.

По мере появления новых, более быстрых интерфейсов, для возможности использования применявшихся элементов вычислительных систем и обеспечения обратной совместимости, старые системные интерфейсы могут использоваться как интерфейсы периферийных устройств.

Примеры: ISA, PCI, Hyper Transport.

Внутренние.