Antara muka perkakasan

Antara muka (interaksi) ialah sambungan antara komponen dan peserta dalam sistem mikropemproses.

V sistem mikropemproses termasuk: perkakasan, perisian dan manusia... Oleh itu, jenis antara muka berikut dibezakan:

• antara muka perkakasan;

• antara muka perisian;

• antaramuka pengguna.

Antara muka pengaturcaraan yang disediakan oleh sistem pengendalian (jika ada). Antara muka pengguna yang paling biasa ialah antara muka grafik (contohnya, desktop komputer dengan ikon atau butang arahan dalam editor Microsoft Office Word) dan antara muka kayu bedik, di mana kami memilih arahan yang kami perlukan dengan menavigasi melalui menu (contohnya, telefon bimbit. , pengawal boleh atur cara), yang juga merupakan sejenis GUI.

Antara muka perkakasan ialah sistem bas, penyambung, peranti padanan, algoritma dan protokol yang menyediakan komunikasi antara semua bahagian sistem mikropemproses. Prestasi dan kebolehpercayaan sistem bergantung pada ciri-ciri antara muka.

Dalam sistem mikropemproses terbenam, antara muka perkakasan disediakan oleh pengawal muatan CPU.Pengawal Ia adalah litar mikro khusus yang direka untuk melaksanakan fungsi pemantauan dan kawalan. Pengawal menguruskan pengendalian peranti, contohnya, cakera keras, memori akses rawak, papan kekunci, dan memastikan sambungan peranti ini dengan peserta lain dalam MS.

Tayar dikawal oleh jambatan... Dalam MS kompleks, sebagai contoh, seperti komputer peribadi, tempat pusat diduduki oleh «ChipSet» (ChipSet) - satu set jambatan dan pengawal. Chipset mengandungi dua cip utama, yang secara tradisinya dipanggil jambatan selatan dan jambatan utara (Rajah 1). Northbridge berfungsi untuk bas sistem, bas memori, AGP (port grafik dipercepatkan) dan merupakan pengawal utama komputer. Jambatan selatan mengendalikan kerja dengan peranti luaran (bas PCI — bas I / O untuk menyambungkan peranti persisian).

Rajah 1 — Organisasi Pertukaran Data dalam Komputer Peribadi (PC)

Organisasi interaksi antara pemproses dan peranti luaran adalah yang paling sukar, kerana pelbagai jenisnya.

Antara muka selari dicirikan kerana ia menggunakan talian isyarat yang berasingan untuk menghantar bit dan bit dihantar serentak. Antara muka selari klasik ialah port LPT.

Antara muka penghantaran data bersiri menggunakan satu talian isyarat di mana bit maklumat dihantar secara berurutan satu demi satu.

Antara muka bersiri yang paling mudah, yang telah meluas dalam kedua-dua komputer dan dalam sistem perindustrian, ialah standard RS-232, yang dilaksanakan oleh COM — port... Dalam automasi industri, ia digunakan secara meluas RS-485.

Bas USB (Universal Serial Bus) menyambungkan pelbagai jenis peranti persisian ke komputer anda, termasuk telefon bimbit dan elektronik pengguna.

Spesifikasi antara muka pertama dipanggil USB 1.0, spesifikasi USB 2.0 sedang digunakan, peranti moden disambungkan ke spesifikasi USB 3.0.

Standard USB 2.0 mengandungi empat baris: penerimaan dan penghantaran data, bekalan kuasa +5 V dan sarung. Di samping itu, USB 3.0 menambah empat lagi talian komunikasi (2 untuk menerima dan dua untuk menghantar) dan satu sarung.

Bas USB mempunyai lebar jalur yang tinggi (USB 2.0 menyediakan kadar pemindahan data maksimum sehingga 480 Mbps, USB 3.0 — sehingga 5.0 Gbps) dan menyediakan bukan sahaja pemindahan data, tetapi juga bekalan kuasa kepada peranti luaran berkuasa rendah (arus maksimum peranti penggunaan melalui talian kuasa bas USB, tidak boleh melebihi 500 mA untuk USB 2.0 dan 900 mA untuk USB 3.0), yang menghapuskan keperluan untuk bekalan kuasa luaran.

Antara muka wayarles (wayarles) membolehkan anda beralih daripada kabel komunikasi, yang amat penting untuk peranti bersaiz kecil, saiz dan berat yang setanding dengan kabel. Menggunakan antara muka wayarles gelombang elektromagnet inframerah (IrDA) dan julat frekuensi radio (Bluetooth, wayarles USB).

Antara muka IrDA inframerah membolehkan komunikasi tanpa wayar antara dua peranti pada jarak sehingga 1 meter. Komunikasi inframerah - Sambungan IR (inframerah) - selamat untuk kesihatan, tidak menyebabkan gangguan dalam julat frekuensi radio dan memastikan privasi penghantaran. Sinar inframerah tidak melalui dinding, jadi kawasan penerimaan terhad kepada kawasan kecil yang mudah dikawal.

Bluetooth (gigi biru) ialah antara muka radio berkuasa rendah (kuasa pemancar hanya kira-kira 1 mW) untuk mengatur rangkaian peribadi yang menyediakan penghantaran data masa nyata dalam jarak dekat. Setiap peranti Bluetooth mempunyai pemancar dan penerima radio 2.4 GHz. Julat antara muka radio adalah kira-kira 100 m — untuk menampung rumah standard.

USB wayarles (wayarles USB) — antara muka radio jarak dekat dengan lebar jalur tinggi: 480 Mbps pada jarak sehingga 3 meter dan 110 Mbps pada jarak sehingga 10 meter. Ia berfungsi dalam julat frekuensi 3.1 — 10.6 GHz.

Antara muka RS-232 (RS — Disyorkan Standard) menghubungkan dua peranti — komputer dan peranti pemindahan data. Kelajuan penghantaran ialah 115 Kbps (maksimum), jarak penghantaran ialah 15 m (maksimum), skema sambungan adalah point-to-point.

Isyarat daripada antara muka ini dihantar dengan penurunan voltan (3 … 15) V, oleh itu panjang talian komunikasi RS-232, sebagai peraturan, terhad kepada jarak beberapa meter disebabkan oleh imuniti hingar yang rendah. Ia paling kerap digunakan dalam peralatan perindustrian, dalam komputer peribadi ia digunakan untuk menyambungkan manipulator jenis "tetikus", modem. Antara muka RS-232 secara amnya tidak membenarkan rangkaian kerana ia hanya menghubungkan 2 peranti.

Rajah 2 — Penyambung RS-232 jenis DB9

Antara muka RS-485 ialah antara muka bersiri industri berkelajuan tinggi, anti-jamming yang digunakan secara meluas untuk penghantaran data dua hala. Hampir semua komputer moden dalam reka bentuk perindustrian, kebanyakan penderia dan pemacu mengandungi satu atau satu lagi pelaksanaan antara muka RS-485.

Sepasang wayar berpintal (pasangan berpintal) mencukupi untuk penghantaran dan penerimaan data.Penghantaran data dilakukan menggunakan isyarat pembezaan (isyarat asal berjalan pada satu wayar, dan salinan terbaliknya berada pada yang lain.). Perbezaan voltan satu kekutuban antara wayar bermakna satu logik, perbezaan kekutuban lain bermakna sifar.

Sekiranya terdapat gangguan luaran, paip dalam wayar bersebelahan adalah sama, dan oleh kerana isyarat adalah perbezaan potensi dalam wayar, tahap isyarat kekal tidak berubah. Ini memberikan imuniti hingar yang tinggi dan jumlah panjang talian komunikasi sehingga 1 km (dan lebih banyak lagi dengan penggunaan peranti khas — pengulang).

Antara muka RS-485 menyediakan pertukaran data antara beberapa peranti melalui talian komunikasi dua wayar dalam mod separuh dupleks (penerimaan dan penghantaran melalui sepasang wayar yang dipisahkan masa). Ia digunakan secara meluas dalam industri untuk mencipta sistem kawalan proses.

Ethernet (ether — ether) — teknologi penghantaran data yang digunakan dalam kebanyakan rangkaian komputer tempatan. Antara muka ini adalah berdasarkan piawaian IEE 802.3. Walaupun antara muka RS-485 boleh dipertimbangkan pada asas satu-ke-banyak, Ethernet berfungsi berdasarkan banyak-ke-banyak.

Terdapat beberapa pilihan bergantung pada kadar bit dan medium penghantaran:

• Ethernet — 10 Mbps

• Ethernet Pantas — 100 Mbps

• Gigabit Ethernet — 1 Gbps

• 10 Gigabit Ethernet

Kabel sepaksi, pasangan berpintal (kos rendah, imuniti hingar tinggi) dan kabel optik (penciptaan talian yang lebih panjang dan saluran komunikasi berkelajuan tinggi) digunakan sebagai media penghantaran.

Pasangan terpiuh (pasangan berpintal) — sejenis kabel komunikasi, ialah satu atau lebih pasang wayar berpenebat yang dipintal bersama dan ditutup dengan sarung plastik.

Contohnya, kabel FTP (pasangan berpintal — pasangan terpiuh dengan perisai kerajang biasa dan konduktor tembaga untuk mengalirkan arus teraruh), 4 pasang (pepejal), kategori 5e (Rajah 3). Kabel ini bertujuan untuk pemasangan pegun dalam bangunan, struktur dan kerja dalam sistem kabel berstruktur. Direka untuk aplikasi yang beroperasi dalam julat frekuensi dengan had atas 100 MHz.

Rajah 3 — pasangan terpiuh: 1 — sarung luar, 2 — pelindung foil, 3 — wayar longkang, 4 — filem pelindung, 5 — pasangan terpintal

Pada peringkat fizikal, protokol Ethernet dilaksanakan dalam bentuk kad rangkaian yang dibenamkan dalam sistem mikropemproses dan hab yang menghubungkan sistem antara satu sama lain.

Rangkaian industri (Profinet, EtherNet / IP, EtherCAT, Ethernet Powerlink) dibina berdasarkan Ethernet, yang berjaya bersaing dengan rangkaian yang dibangunkan sebelum ini Profibus, DeviceNet, CANopen, dll.