Что такое аппаратный интерфейс

Что такое аппаратный интерфейс

Программный интерфейс

Интерфейсы

Интерфейс (взаимодействие) — это взаимосвязь между компонентами и участниками микропроцессорной системы.

В микропроцессорную систему входят: аппаратное обеспечение, программное обеспечение и человек. Поэтому выделяют следующие виды интерфейсов:

Обеспечивается операционной системой (если таковая имеется). Наиболее распространенными интерфейсами пользователя являются графический интерфейс (например, рабочий стол PC с иконками или кнопки команд в редакторе Microsoft Office Word) и интерфейс «джойстика», когда мы выбираем необходимую нам команду, перемещаясь по меню (например, мобильные телефоны, программируемые контроллеры), что также является видом графического интерфейса.

Рисунок 3.11 — Организации обмена данными в персональных компьютерах (РС)

Представляет собой систему шин, разъемов, согласующих устройств, алгоритмов и протоколов, обеспечивающих связь всех частей микропроцессорной системы между собой. От характеристик интерфейса зависит быстродействие и надежность системы.

В развернутых МС для разгрузки процессора аппаратный интерфейс обеспечивается контроллерами. Контроллер — это специализированная микросхема, предназначенная для выполнения функций контроля и управления. Контроллер осуществляет управление работой устройства, например, жестким диском, оперативной памятью, клавиатурой и обеспечивает взаимосвязь этого устройства с другими участниками МС.

Управление шинами осуществляют мосты. В сложных МС, например, таких как персональный компьютер, центральное место занимает «чипсет» (ChipSet) – набор мостов и контроллеров. Чипсет включает две главные микросхемы, которые традиционно называют южный мост и северный мост (рисунок 3.11). Северный мост обслуживает системную шину, шину памяти, AGP (ускоренный графический порт) и является главным контроллером компьютера. Южный мост обслуживает работу с внешними устройствами (шина PCI — шина ввода/вывода для подключения периферийных устройств).

Наиболее сложна организация взаимодействия процессора и внешних устройств, что связано с большим их разнообразием.

Возможности аппаратных средств компьютера определяют программно-аппаратный интерфейс, который характеризует функции аппаратуры и организацию компьютера, необходимые и достаточные для разработки программ. Программно-аппаратный интерфейс фиксирует в себе все необходимые программистам сведения об аппаратуре, составляющей компьютер. При этом не затрагиваются никакие аспекты внутренней организации компьютера: тип полупроводниковых элементов, напряжение электропитания, конструктивы печатных плат и т.п. Савокупность свойств аппаратуры компьютера, существенной для разработки программ, т.е. для програмистов, называетсяархитектурой компьютера. Таким образом, термины архитектура и програмно-управляемый интерфейс будем использовать как синонимы, понимая, что конкретной архитектуре соответствует конкретный програмно-аппаратный интерфейс.

Как уже отличалось, програмирование в терминах програмно-аппаратного интерфейса доступно только системным программистам, создающими программы – драйверы для обслуживания периферийных устройств, программ обслуживания запоминающих устройств, переключения задач, распределение памяти между задачами и т.д., которые в коплексе образуют операционную систему. Операционная система вводит интерфейс следующего уровня – интерфейс прикладных программ ИПП (API – Apply Programm Interface). ИПП вводит систему операторов, используемых программистами для выполнения операций ввода-вывода и хранения данных, распределение устройств и памяти между задачами, управление устройствами компьютера и процессами обработки данных. Все операторы ИПП реализуются через операционную систему, т.е. посредствам соответствующих программ ОС, интерпритирующих операторы ИПП в последовательность команд программно-аппаратного интерфейса, реализуемых аппаратурой компьютера. Программы ОС являются неотъемлемой частью аппаратуры компьютера: именно программы ОС создают операторы (функции), в терминах которые исполняются обслуживающие программы, инструментальные системы и прикладные программы.

Таким образом, аппаратура и ОС компьютера выступают как единый программно-аппаратный комплекс – компьютерная платформа, на которой строится програмное обеспечение более высокого уровня, в том числе прикладные программы, взаимодействующие с аппаратурой через ИПП.

Программно-аппаратный интерфейсПАИ определяет функции, реалилуемые аппаратурой компьютера. Эти функции принято подразделять на следующие группы:

состав и форма представления машинных единиц информации;

типы данных и формы их представления;

Читайте также:  Клубника моллинг столетие описание сорта фото отзывы

способы адресации данных;

функции представления состояния устройств и процессов.

Первые четыре функций, реализуемые аппаратурой компьютера, порождают систему команд компьютера, которая устанавливает коды операций и правила кодирования адресов операндов, учавствующих в операциях. Последовательности команд, составлящие программы, корректны в том случае, когда команды предписывают операции над соответствующими типами данных: целыми числами, логическими значениями, строками символов и т.д. Наряду с программируемыми функциями, работа компьютера сопровождается событиями, происходящими в темпе работы устройств (окончание операций ввода-вывода, ошибки в передаваемых данных и т.д.) или при выполнении команд (некорректность кода операции, нарушение правил адресации, доступ к защищенным данным и т.д.). В этих условиях устройства компьютера, реагируя на окончание процессов или особые ситуации при выполнении предписанных командами операций, формируют сигналы прерывания. Эти сигналы воспринимаются процессором, который обеспечивает переход к специальным программам, обрабатывающим возникшие ситуации в работе устройств и при выполнении программ. За счет этого операционная система обеспечивает управление устройствами и процессами выполнения программ и объединяет аппаратные и програмные средства в единый аппаратно-програмный комплекс.

Подавляющее большинство ныне используемых архитертур относятся к классу процессорно-ориентированных(processor-center). При этом для каждой архитекруры создается специфичный програмно-аппаратный интерфейс, порождающий уникальную систему команд, реализуемых опреационной системой компьютера. Это означает, что для каждого процессора и системы внешних устройств создается специфичная операционная система, служащяя фундаментом для написания прикладных программ и централизованного управления всеми системными ресурсами – устройствами и программами.

Интерфейс прикладных программ.Производители компьютерного обарудования разработали архитектуры, в основе которых лежит интерфейс прикладных программAPI (Application Programming Interface).API–ориентированные архитектуры устанавливают интерфейс, который используется для доступа всех прикладных программ к функциям операционной системы и изолирует прикладные программы от аппаратных и программных деталий операционной системы.

Один из наиболее известных API – Posix (Portable Operation System Interface based on uniX), — международный стандарт дляUnix–подобных операционных систем. В 1993 году группа разработчиков приложений для операционных системUnixопределила собственный набор интерфейса прикладных программAPI, включающий в себя 1179 функций. Стандарт «Единая спецификацияUnix» стал современной промышленной версиейPOSIX.

Другой вариант API – независимый от технологии машинный интерфейс (Tecnology Independent Machine Interface), часто называемый простоMI (Machine Interface). Этот интерфейс включает в себя набор функций операционной системы компьютераAS/400,работающей по двухступенчатой схеме: генерация шаблона программы – генерация кода программы. ВAS/400компилятор генерирует из исходного текста кодMI, который представляется в виде шаблона программы. На втором этапе транслятор генерирует двоичный код программы по шаблону программы, и двоичный код программы, созданный транслятором, хранится в памяти компьютера как единый программный объект. Такая программа называетсяотслеживаемой(observable). Если в компьютереAS/400начинает применяться, например, 64-разрядный процессор, то для новой аппаратуры создается специальный транслятор, который транслирует код программы в новый двоичный код, соответствующий составу данных, с которым оперирует новый 64-разрядный процессор. В результате этого за один день компьютерAS/400 получает 64-разрядную операционную систему и тысячи 64-разрядных прикладных программ.

Существенный недостаток API – отсутствие гибкости. Клиент не может выбрать операционную систему одного производителя, базу данных – другого, защиты данных – третьего, так как они не могут работать как единая интегрированная система. Единственный способ обеспечить гибкость — самостоятельное объединение разнородных компонент в интегрированную систему. Однако для этого требуются средства на обучение пользователей и сопровождения програмных систем.

Содержание

Оглавление

Введение. 3

Глава 1 Общая характеристика, понятие и организация аппаратных интерфейсов. 5

1.1Характеристики аппаратных интерфейсов. 5

1.2 Функции и классификация аппаратных интерфейсов. 8

Читайте также:  Как сделать шляпу из бумаги инструкция

Глава 2 Обзор применяемых интерфейсов по их характеристикам и области применения. 13

2.1Последовательные интерфейсы.. 13

2.2 Параллельные интерфейсы, особенности.. 20

Заключение. 28

Список использованных источников и литературы.. 29

Введение

Актуальность исследования. Мы живем в веке информационных технологий. Современные реалии наполняют нашу жизнь терминами и понятиями, которые мы активно используем, далеко не всегда будучи уверенными в их значении.

Такое понятие как «интерфейс» пришло к нам в то время, когда появились первые вычислительные машины. Этот термин имеет несколько значений, но суть каждого из них сводится к взаимоотношению человека и машины. Интерфейс это средство, которое помогает человеку распоряжаться компьютером.

Если обратиться к различным источникам, можно получить несколько толкований слова «интерфейс»:

· это граница между двумя устройствами или системами, обусловленная их качествами

· это все множество средств и способов, обеспечивающее взаимодействие между двумя структурами или системами

Заглянем в англо-русский словарик: interface (сущ.) — сопряжение, поверхность раздела, перегородка, interface (гл.) – соединять, взаимодействовать, interface (прил.) – граничный.

Обобщив полученные данные перевода, можно сделать вывод, что интерфейс – это граница в двух системах, средах, программах или устройствах, а условия взаимодействия через эту границу определяются как характеристиками тех самых систем/ сред/ устройств/ программ, так и условиями соединения.

Причем, данное понятие распространяется не только на информационно-вычислительные системы, но и на любые другие не связанные с IT. Например, известный каждому человеку со школьной скамьи процесс диффузии тоже своего рода интерфейс, а вилка (или ложка) обеспечивает удобный и интуитивно-понятный процесс транспортирования еды между тарелкой и организмом человека.

Можно выделить 3 типа интерфейса: 1. Пользовательский – то есть пользователь выполняет какие-либо действия. В данном случае: нажал на клавишу «Пуск».

2. Программный – то есть взаимодействие на программном уровне, когда одна программа обменивается данными с другой. В примере это стандартный запуск загрузочных системных файлов: config.sys, bio.sys, утилиты и т.п

3.Аппаратный интерфейс: сетевое взаимодействие – соединение между ПК (ноутбуком, нетбуком и т.д.) и сетью (локальной или Интернетом). Связь через сетевой шлюз — локальная сеть подключается к более крупной сети. Компьютерная шина – то есть своего рода коммутатор внутри отдельно взятого электронного устройства.

Цель курсовой работы проанализировать аппаратные интерфейсы, определить понятие аппаратного интерфейса, дать характеристику.

Объект исследования: аппаратные интерфейсы.

Предмет исследования: аппаратные интерфейсы и их характеристика.

Задачи курсовой работы:

· Дать общую характеристику аппаратным интерфейсам, рассмотреть понятие, функции и классификацию аппаратных интерфейсов;

· Сделать обзор применяемых интерфейсов по их характеристикам и области применения.

Курсовая работа состоит из введения, двух глав, заключения и списка использованной литературы.

Глава 1 Общая характеристика, понятие и организация аппаратных интерфейсов

Характеристики аппаратных интерфейсов

Аппаратный интерфейс – совокупность алгоритмов обмена и технических средств, обеспечивающих обмен между устройствами. В семиуровневой сетевой модели OSI аппаратный интерфейс соответствует физическому и частично канальному уровню, которые определяют физическую и логическую организацию аппаратного интерфейса.

Рисунок 1.1 Аппаратный интерфейс

Логическая организация: группы взаимодействующих объектов, характер взаимодействия, адресное пространство, система команд, информация о состоянии объектов, фазы в работе интерфейса, форматы данных, набор процедур по реализации взаимодействия и последовательность их выполнения для различных режимов функционирования. Физическая организация интерфейса определяется электрической и конструктивной совместимостью сопрягаемых устройств.

К основным характеристикам аппаратных интерфейсов относятся:

1. Скорость передачи (пропускная способность, производительность). Производительность оценивается количеством информации (полезной), передаваемой в секунду. Избыточная информация может достигать 90%. Производительность связана с понятием тактовой частоты. Также на неё влияет разрядность шины данных.

Читайте также:  Сделай сам поздравь нас

2. Протяжённость. Протяжённость связана и влияет на производительность интерфейса, определяется типом сопрягаемых устройств вычислительной системы.

3. Тип сопрягаемых устройств вычислительной системы.

4. Топология. По топологии выделяют:

• Шинные интерфейсы (моноканал).

• Интерфейсы со сложной топологией (каждый с каждым, произвольная

топология, гиперкуб и т.д.).

5. Разрядность слова данных (последовательный или параллельный интерфейс).

6. Синхронный или асинхронный интерфейс. Важнейшим моментом в работе аппаратных интерфейсов является синхронизация передачи информации.

Синхронизация – это согласование процессов взаимодействия между устройствами, заключающееся в передаче информации источником и ее приема приемником (одним или несколькими). Существуют два основных режима синхронизации: синхронный и асинхронный.

7. Симплексный, полудуплексный, дуплексный обмен.

Одной из характеристик аппаратных интерфейсов является разрядность слова данных, которая позволяет делить интерфейсы на последовательные, последовательно-параллельные и параллельные. От этой характеристики зависит стоимость аппаратуры и кабельного соединения, а также производительность интерфейса, его помехозащищенность. Последовательный интерфейс предполагает для передачи данных в одном направлении единственную сигнальную линию, по которой информационные биты передаются друг за другом последовательно.

Примеры последовательных интерфейсов: RS-232, SPI, I 2 C.

В параллельном интерфейсе для передачи данных в одном направлении используется несколько линий (8, 16, 24, 32, 64). Примеры параллельных интерфейсов: ISA, ATA, SCSI, PCI, IEEE 1284/Centronics. С понятием параллельного интерфейса соседствуют такие понятия, как шина и магистраль.

Шина – совокупность линий, сгруппированных по функциональному назначению (например, шина адреса, шина данных и т.д.).

Магистраль – совокупность всех линий аппаратного интерфейса.

Выделяются две магистрали: информационного канала и управления информационным каналом. По информационной магистрали передаются коды адресов, команд, данных, состояния. Аналогичные наименования имеют соответствующие шины интерфейса.

Шины адреса предназначены для выборки в магистрали узлов устройства, ячеек памяти. Для логической адресации в основном используется двоичный код. В некоторых интерфейсах применяется позиционное или географическое кодирование, при котором каждой позиции (месту) выделяется отдельная линия выборки. В этом случае используется термин «географическая адресация».

Шины данных используются для передачи в основном двоичных кодов. Как правило, в параллельных интерфейсах шины данных кратны байту (8, 16, 24, 32 разряда).

Шины состояния используются для передачи сообщений, описывающих результат операции на интерфейсе или состояния устройств сопряжения. Коды формируются в ответ на действие команд или отображают состояние функционирования устройств, таких как готовность, занятость, наличие ошибки и т. д. В наиболее стандартизованных интерфейсах разряды состояния унифицированы для любых типов устройств, в других – носят рекомендательный характер или отсутствуют.

Шина управления включает в себя линии синхронизации передачи информации. В зависимости от используемого принципа обмена (синхронного, асинхронного) число линий может меняться. Кроме того, данная шина используется для управления операциями на магистрали. По функциональному назначению различают следующие команды: адресации, управления обменом информацией, изменения состояния и режимов работы. Адресные команды используются для задания режимов адресации: вторичной, широковещательной, групповой и т.п. Наиболее распространенными командами являются: чтение, запись, конец передачи, запуск.

Шины передачи управления используется для реализации операций приоритетного занятия магистрали информационного канала (арбитража ресурсов шины).

Шина прерывания применяется в основном в системных интерфейсах.

Устройство идентифицируется либо адресом источника прерывания, либо адресом программы обслуживания прерывания, так называемым вектором прерывания.

Шины управления режимом работы и специальных управляющих сигналов содержат линии, обеспечивающие работоспособность интерфейса, в том числе приведение устройств в исходное состояние, контроль источников питания, контроль и службу времени и т. п.

Ссылка на основную публикацию
Что означает стиль лофт
ReLend.ru » Стили » В чём фишка дизайна квартиры в стиле лофт и что это такое? В данной статье мы...
Чем утеплить расширительный бак на чердаке
В данной системе поддерживается атмосферное давление, так как она напрямую сообщается с атмосферой через расширительный бак открытого типа. Такой бак...
Чем утеплять баню внутри из блока
Полноценное утепление бани из блоков позволяет улучшить эксплуатационные возможности строения и снизить расходы, связанные с его обслуживанием. Благодаря расширению ассортимента...
Что означает цветовая температура светодиодных ламп
Цветовая температура является одной из основных характеристик светодиодных изделий, использующихся для освещения. Часто возникает вопрос, что же это такое и...
Adblock detector