Mga interface ng hardware

Ang isang interface (interaksyon) ay ang koneksyon sa pagitan ng mga bahagi at mga kalahok sa isang microprocessor system.

V sistema ng microprocessor kabilang ang: hardware, software at mga tao... Samakatuwid, ang mga sumusunod na uri ng mga interface ay nakikilala:

• interface ng hardware;

• interface ng software;

• user interface.

Programming interface na ibinigay ng operating system (kung mayroon man). Ang pinakakaraniwang user interface ay isang graphical na interface (halimbawa, isang computer desktop na may mga icon o command button sa Microsoft Office Word editor) at isang joystick interface, kung saan pipiliin namin ang command na kailangan namin sa pamamagitan ng pag-navigate sa mga menu (halimbawa, mga mobile phone. , programmable controllers), na isa ring uri ng GUI.

Ang interface ng hardware ay isang sistema ng mga bus, connector, tumutugmang device, algorithm, at protocol na nagbibigay ng komunikasyon sa pagitan ng lahat ng bahagi ng microprocessor system. Ang pagganap at pagiging maaasahan ng system ay nakasalalay sa mga katangian ng interface.

Sa mga naka-embed na microprocessor system, ang interface ng hardware ay ibinibigay ng CPU offload controllers.Controller Ito ay isang espesyal na microcircuit na idinisenyo upang magsagawa ng mga function ng pagsubaybay at kontrol. Pinamamahalaan ng controller ang pagpapatakbo ng device, halimbawa, hard disk, random access memory, keyboard, at tinitiyak ang koneksyon ng device na ito sa iba pang kalahok sa MS.

Ang mga gulong ay kinokontrol ng mga tulay... Sa kumplikadong MS, halimbawa, tulad ng isang personal na computer, ang gitnang lugar ay inookupahan ng «ChipSet» (ChipSet) - isang hanay ng mga tulay at controllers. Ang chipset ay naglalaman ng dalawang pangunahing chips, na tradisyonal na tinatawag na south bridge at north bridge (Figure 1). Ang northbridge ay nagsisilbi sa system bus, memory bus, AGP (accelerated graphics port) at ito ang pangunahing controller ng computer. Ang timog na tulay ay humahawak ng trabaho sa mga panlabas na aparato (PCI bus — I / O bus para sa pagkonekta ng mga peripheral na aparato).

Figure 1 — Mga Organisasyon ng Pagpapalitan ng Data sa Mga Personal na Computer (PC)

Ang organisasyon ng pakikipag-ugnayan sa pagitan ng processor at panlabas na mga aparato ay ang pinakamahirap, dahil sa kanilang mahusay na pagkakaiba-iba.

Ang mga parallel interface ay nailalarawan sa paggamit nila ng hiwalay na mga linya ng signal upang magpadala ng mga bit at ang mga bit ay ipinapadala nang sabay-sabay. Ang klasikong parallel interface ay isang LPT port.

Ang isang serial data transmission interface ay gumagamit ng isang linya ng signal kung saan ang mga piraso ng impormasyon ay sunud-sunod na ipinapadala nang isa-isa.

Ang pinakasimpleng serial interface, na naging laganap kapwa sa mga computer at sa mga sistemang pang-industriya, ay ang pamantayang RS-232, na ipinatupad ng COM — mga port... Sa industriyal na automation, malawak itong ginagamit na RS-485.

Ang isang USB (Universal Serial Bus) na bus ay nagkokonekta ng maraming uri ng peripheral na device sa iyong computer, kabilang ang mga cell phone at consumer electronics.

Ang unang pagtutukoy ng interface ay tinatawag na USB 1.0, ang pagtutukoy ng USB 2.0 ay kasalukuyang ginagamit, ang mga modernong aparato ay konektado sa pagtutukoy ng USB 3.0.

Ang pamantayan ng USB 2.0 ay naglalaman ng apat na linya: pagtanggap at paghahatid ng data, +5 V power supply at case. Bilang karagdagan sa mga ito, nagdaragdag ang USB 3.0 ng apat pang linya ng komunikasyon (2 para sa pagtanggap at dalawa para sa pagpapadala) at isang case.

Ang USB bus ay may mataas na bandwidth (Ang USB 2.0 ay nagbibigay ng maximum na data transfer rate na hanggang 480 Mbps, USB 3.0 — hanggang 5.0 Gbps) at nagbibigay hindi lamang ng data transfer, kundi pati na rin ang power supply sa mga external na device na mababa ang lakas (maximum na kasalukuyang pagkonsumo ng aparato sa pamamagitan ng mga linya ng kuryente ng USB bus, hindi dapat lumampas sa 500 mA para sa USB 2.0 at 900 mA para sa USB 3.0), na nag-aalis ng pangangailangan para sa mga panlabas na supply ng kuryente.

Nagbibigay-daan sa iyo ang mga wireless (wireless) na interface na lumayo sa mga cable ng komunikasyon, na lalong mahalaga para sa mga device na maliit ang laki, sa laki at bigat na maihahambing sa mga cable. Paggamit ng mga wireless na interface mga electromagnetic wave infrared (IrDA) at radio frequency range (Bluetooth, USB wireless).

Ang infrared na IrDA interface ay nagbibigay-daan sa wireless na komunikasyon sa pagitan ng dalawang device sa layo na hanggang 1 metro. Infrared na komunikasyon - IR (infrared) na koneksyon - ligtas para sa kalusugan, hindi nagdudulot ng interference sa hanay ng frequency ng radyo at tinitiyak ang privacy ng transmission. Ang mga infrared ray ay hindi dumadaan sa mga dingding, kaya ang lugar ng pagtanggap ay limitado sa isang maliit, madaling makontrol na lugar.

Ang Bluetooth (asul na ngipin) ay isang low-power na radio interface (transmitter power lang mga 1 mW) para sa pag-aayos ng mga personal na network na nagbibigay ng real-time na paghahatid ng data sa maikling distansya. Ang bawat Bluetooth device ay may 2.4 GHz radio transmitter at receiver. Ang saklaw ng interface ng radyo ay humigit-kumulang 100 m — upang masakop ang isang karaniwang bahay.

Wireless USB (USB wireless) — isang short-range radio interface na may mataas na bandwidth: 480 Mbps sa layo na hanggang 3 metro at 110 Mbps sa layo na hanggang 10 metro. Gumagana ito sa saklaw ng dalas na 3.1 — 10.6 GHz.

Ang interface ng RS-232 (RS — Recommended Standard) ay nagkokonekta sa dalawang device — isang computer at isang data transfer device. Ang bilis ng paghahatid ay 115 Kbps (maximum), ang distansya ng paghahatid ay 15 m (maximum), ang scheme ng koneksyon ay point-to-point.

Ang mga signal mula sa interface na ito ay ipinapadala sa pamamagitan ng pagbaba ng boltahe ng (3 … 15) V, samakatuwid ang haba ng linya ng komunikasyon ng RS-232 ay, bilang panuntunan, limitado sa layo na ilang metro dahil sa mababang kaligtasan sa ingay. Ito ay kadalasang ginagamit sa pang-industriya na kagamitan, sa isang personal na computer ito ay ginagamit upang ikonekta ang isang "mouse" type manipulator, isang modem. Ang interface ng RS-232 sa pangkalahatan ay hindi pinapayagan ang networking dahil nagkokonekta lamang ito ng 2 device.

Figure 2 — DB9 type RS-232 connector

Ang interface ng RS-485 ay malawakang ginagamit na high-speed, anti-jamming na pang-industriyang serial interface para sa two-way na paghahatid ng data. Halos lahat ng modernong computer sa pang-industriyang disenyo, karamihan sa mga sensor at drive ay naglalaman ng isa o isa pang pagpapatupad ng interface ng RS-485.

Ang isang twisted pair ng wires (twisted pair) ay sapat para sa paghahatid at pagtanggap ng data.Isinasagawa ang paghahatid ng data gamit ang mga differential signal (ang orihinal na signal ay napupunta sa isang wire, at ang reverse copy nito ay nasa kabilang linya.). Ang pagkakaiba ng boltahe ng isang polarity sa pagitan ng mga wire ay nangangahulugang isang lohikal, ang pagkakaiba ng iba pang polarity ay nangangahulugang zero.

Sa pagkakaroon ng panlabas na interference, ang mga gripo sa mga katabing wire ay pareho, at dahil ang signal ay ang potensyal na pagkakaiba sa mga wire, ang antas ng signal ay nananatiling hindi nagbabago. Nagbibigay ito ng mataas na kaligtasan sa ingay at kabuuang haba ng linya ng komunikasyon hanggang 1 km (at higit pa sa paggamit ng mga espesyal na device — mga repeater).

Ang interface ng RS-485 ay nagbibigay ng palitan ng data sa pagitan ng ilang device sa isang dalawang-wire na linya ng komunikasyon sa half-duplex mode (ang reception at transmission ay dumadaan sa isang pares ng mga wire na pinaghihiwalay ng oras). Ito ay malawakang ginagamit sa industriya upang lumikha ng mga sistema ng kontrol sa proseso.

Ethernet (ether — ether) — teknolohiya sa paghahatid ng data na ginagamit sa karamihan ng mga lokal na network ng computer. Ang interface na ito ay nakabatay sa pamantayan ng IEE 802.3. Habang ang interface ng RS-485 ay maaaring isaalang-alang sa one-to-many na batayan, gumagana ang Ethernet sa isang many-to-many na batayan.

Mayroong ilang mga pagpipilian depende sa bit rate at medium ng paghahatid:

• Ethernet — 10 Mbps

• Mabilis na Ethernet — 100 Mbps

• Gigabit Ethernet — 1 Gbps

• 10 Gigabit Ethernet

Ang coaxial cable, twisted pair (mababang gastos, mataas na kaligtasan sa ingay) at optical cable (paglikha ng mas mahabang linya at high-speed na mga channel ng komunikasyon) ay ginagamit bilang transmission media.

Twisted pair (twisted pair) — isang uri ng cable ng komunikasyon, ay isa o higit pang mga pares ng insulated wire na pinagsama-sama at natatakpan ng plastic sheath.

Halimbawa, FTP cable (twisted pair — twisted pair na may karaniwang foil shield at copper conductor para sa draining induced currents), 4 na pares (solid), category 5e (Figure 3). Ang cable ay inilaan para sa nakatigil na pag-install sa mga gusali, istruktura at trabaho sa mga structured cable system. Idinisenyo para sa mga application na tumatakbo sa hanay ng dalas na may pinakamataas na limitasyon na 100 MHz.

Figure 3 — twisted pair: 1 — outer sheath, 2 — foil shield, 3 — drain wire, 4 — protective film, 5 — twisted pair

Sa pisikal na antas, ang Ethernet protocol ay ipinapatupad sa anyo ng mga network card na naka-embed sa mga microprocessor system at hub na kumokonekta sa mga system sa isa't isa.

Ang mga pang-industriyang network (Profinet, EtherNet / IP, EtherCAT, Ethernet Powerlink) ay binuo batay sa Ethernet, na matagumpay na nakikipagkumpitensya sa mga dating binuo na network na Profibus, DeviceNet, CANopen, atbp.