Interfícies de maquinari

Una interfície (interacció) és la connexió entre components i participants en un sistema de microprocessador.

V sistema de microprocessador inclou: maquinari, programari i persones... Per tant, es distingeixen els següents tipus d'interfícies:

• interfície de maquinari;

• interfície de programari;

• interfície d'usuari.

Interfície de programació proporcionada pel sistema operatiu (si n'hi ha). Les interfícies d'usuari més habituals són una interfície gràfica (per exemple, un escriptori d'ordinador amb icones o botons d'ordres a l'editor de Microsoft Office Word) i una interfície de joystick, on seleccionem l'ordre que necessitem navegant pels menús (per exemple, telèfons mòbils). , controladors programables), que també és un tipus de GUI.

Una interfície de maquinari és un sistema de busos, connectors, dispositius coincidents, algorismes i protocols que proporcionen comunicació entre totes les parts d'un sistema de microprocessador. El rendiment i la fiabilitat del sistema depenen de les característiques de la interfície.

En els sistemes de microprocessador incrustat, la interfície de maquinari la proporcionen els controladors de descàrrega de la CPU.Controlador És un microcircuit especialitzat dissenyat per realitzar funcions de monitorització i control. El controlador gestiona el funcionament del dispositiu, per exemple, el disc dur, la memòria d'accés aleatori, el teclat, i assegura la connexió d'aquest dispositiu amb altres participants de l'MS.

Els pneumàtics estan controlats per ponts... A l'EM complexa, per exemple, com un ordinador personal, el lloc central està ocupat pel «ChipSet» (ChipSet): un conjunt de ponts i controladors. El conjunt de xips conté dos xips principals, que tradicionalment s'anomenen pont sud i pont nord (figura 1). El pont nord serveix el bus del sistema, el bus de memòria, l'AGP (port de gràfics accelerats) i és el controlador principal de l'ordinador. El pont sud s'encarrega de treballar amb dispositius externs (bus PCI — bus d'E/S per connectar dispositius perifèrics).

Figura 1 — Organitzacions d'intercanvi de dades en ordinadors personals (PC)

L'organització de la interacció entre el processador i els dispositius externs és la més difícil, per la seva gran varietat.

Les interfícies paral·leles es caracteritzen perquè utilitzen línies de senyal separades per transmetre bits i els bits es transmeten simultàniament. La interfície paral·lela clàssica és un port LPT.

Una interfície de transmissió de dades en sèrie utilitza una única línia de senyal sobre la qual els bits d'informació es transmeten seqüencialment un darrere l'altre.

La interfície sèrie més senzilla, que s'ha estès tant en ordinadors com en sistemes industrials, és l'estàndard RS-232, implementat per COM — ports... En automatització industrial, s'utilitza àmpliament RS-485.

Un bus USB (Universal Serial Bus) connecta una gran varietat de dispositius perifèrics al vostre ordinador, inclosos telèfons mòbils i electrònica de consum.

La primera especificació de la interfície s'anomena USB 1.0, actualment s'utilitza l'especificació USB 2.0, els dispositius moderns estan connectats a l'especificació USB 3.0.

L'estàndard USB 2.0 conté quatre línies: recepció i transmissió de dades, font d'alimentació de +5 V i estoig. A més d'aquestes, USB 3.0 afegeix quatre línies de comunicació més (2 per rebre i dues per transmetre) i un estoig.

El bus USB té un ample de banda elevat (USB 2.0 proporciona una velocitat màxima de transferència de dades de fins a 480 Mbps, USB 3.0 - fins a 5,0 Gbps) i proporciona no només transferència de dades, sinó també alimentació a dispositius externs de baixa potència (corrent màxima). dispositiu de consum a través de les línies elèctriques del bus USB, no ha de superar els 500 mA per a USB 2.0 i 900 mA per a USB 3.0), cosa que elimina la necessitat de fonts d'alimentació externes.

Les interfícies sense fil (sense fils) permeten allunyar-se dels cables de comunicació, la qual cosa és especialment important per a dispositius de mida petita, en mida i pes comparables als cables. Ús d'interfícies sense fil ones electromagnètiques rangs d'infrarojos (IrDA) i radiofreqüències (Bluetooth, USB sense fil).

Una interfície infraroja IrDA permet la comunicació sense fil entre dos dispositius a una distància de fins a 1 metre. Comunicació per infrarojos - connexió IR (infraroja) - segura per a la salut, no causa interferències en el rang de radiofreqüències i garanteix la privadesa de la transmissió. Els raigs infrarojos no travessen les parets, de manera que la zona de recepció es limita a una àrea petita i fàcilment controlable.

Bluetooth (dent blava) és una interfície de ràdio de baixa potència (potència del transmissor només aproximadament 1 mW) per organitzar xarxes personals que proporcionen transmissió de dades en temps real a distàncies curtes. Cada dispositiu Bluetooth té un transmissor i un receptor de ràdio de 2,4 GHz. L'abast de la interfície de ràdio és d'uns 100 m, per cobrir una casa estàndard.

USB sense fil (USB sense fil): una interfície de ràdio de curt abast amb gran amplada de banda: 480 Mbps a una distància de fins a 3 metres i 110 Mbps a una distància de fins a 10 metres. Funciona en el rang de freqüències de 3,1 a 10,6 GHz.

Una interfície RS-232 (RS — Estàndard recomanat) connecta dos dispositius: un ordinador i un dispositiu de transferència de dades. La velocitat de transmissió és de 115 Kbps (màxim), la distància de transmissió és de 15 m (màxim), l'esquema de connexió és punt a punt.

Els senyals d'aquesta interfície es transmeten per una caiguda de tensió de (3 ... 15) V, per tant, la longitud de la línia de comunicació RS-232 es limita, per regla general, a una distància de diversos metres a causa de la baixa immunitat al soroll. S'utilitza més sovint en equips industrials, en un ordinador personal s'utilitza per connectar un manipulador tipus "ratolí", un mòdem. La interfície RS-232 generalment no permet la connexió en xarxa, ja que només connecta 2 dispositius.

Figura 2 — Connector RS-232 tipus DB9

La interfície RS-485 és una interfície de sèrie industrial d'alta velocitat i anti-jamming àmpliament utilitzada per a la transmissió de dades bidireccional. Gairebé tots els ordinadors moderns de disseny industrial, la majoria de sensors i unitats contenen una o altra implementació de la interfície RS-485.

Un parell trenat de cables (parell trenat) és suficient per a la transmissió i recepció de dades.La transmissió de dades es realitza mitjançant senyals diferencials (el senyal original passa per un cable i la seva còpia inversa per l'altre). La diferència de tensió d'una polaritat entre els cables significa una de lògica, la diferència de l'altra polaritat significa zero.

En presència d'interferències externes, les aixetes dels cables adjacents són les mateixes i, com que el senyal és la diferència de potencial dels cables, el nivell del senyal es manté sense canvis. Això proporciona una alta immunitat al soroll i una longitud total de la línia de comunicació de fins a 1 km (i més amb l'ús de dispositius especials: repetidors).

La interfície RS-485 proporciona l'intercanvi de dades entre diversos dispositius a través d'una línia de comunicació de dos fils en mode semidúplex (la recepció i la transmissió passen per un parell de cables separats per temps). S'utilitza àmpliament a la indústria per crear sistemes de control de processos.

Ethernet (èter — èter): tecnologia de transmissió de dades utilitzada a la majoria de xarxes d'ordinadors locals. Aquesta interfície es basa en l'estàndard IEE 802.3. Tot i que la interfície RS-485 es pot considerar d'un a molts, Ethernet funciona en una base de molts a molts.

Hi ha diverses opcions segons la velocitat de bits i el mitjà de transmissió:

• Ethernet — 10 Mbps

• Fast Ethernet: 100 Mbps

• Gigabit Ethernet: 1 Gbps

• 10 Gigabit Ethernet

Com a mitjans de transmissió s'utilitzen cable coaxial, parell trenat (baix cost, alta immunitat al soroll) i cable òptic (creació de línies més llargues i canals de comunicació d'alta velocitat).

Parell trenat (parell trenat): un tipus de cable de comunicació, és un o més parells de cables aïllats trenats junts i coberts amb una funda de plàstic.

Per exemple, cable FTP (parell trenat: parell trenat amb un blindatge comú de làmina i conductor de coure per drenar corrents induïdes), 4 parells (sòlid), categoria 5e (figura 3). El cable està destinat a la instal·lació estacionària en edificis, estructures i treballs en sistemes de cable estructurat. Dissenyat per a aplicacions que operen en el rang de freqüències amb un límit superior de 100 MHz.

Figura 3 — parell trenat: 1 — funda exterior, 2 — protector de làmina, 3 — cable de drenatge, 4 — pel·lícula protectora, 5 — parell trenat

A nivell físic, el protocol Ethernet s'implementa en forma de targetes de xarxa incrustades en sistemes de microprocessador i concentradors que connecten els sistemes entre si.

Les xarxes industrials (Profinet, EtherNet/IP, EtherCAT, Ethernet Powerlink) es construeixen sobre la base d'Ethernet, que competeix amb èxit amb les xarxes desenvolupades anteriorment Profibus, DeviceNet, CANopen, etc.