Классификация интерфейсов

В настоящее время не существует достаточно полной объективной классификации интерфейсов. Имеющиеся классификации основываются, как правило, на одном классификационном признаке или же строятся для одного класса интерфейсов. Определенным обобщением этих классификаций является стандарт на классификационные признаки интерфейсов (ГОСТ 26.016-81), включающий четыре признака классификации:
- способ соединения компонентов системы (магистральный, радиальный, цепочечный, смешанный); При магистральном способе имеются коллективные шины, к которым подключены все устройства системы. Характерно, что сигналы шины доступны всем устройствам, но в каждый момент времени только два устройства могут обмениваться данными (1:1). Возможны также широковещательные операции (1:М). В системе с радиальной структурой имеется центральное устройство (контроллер или концентратор), связанный с каждым из абонентов индивидуальной группой однонаправленных линий.
При цепочечной структуре каждое устройство связано не более чем с двумя другими. Частным случаем цепочечной структуры является кольцевая. - способ передачи информации (параллельный, последовательный, параллельно- последовательный);
- принцип обмена информацией (асинхронный, синхронный);
- режим обмена информацией (симплексный; полудуплексный; дуплексный и мультиплексный режим обмена). Для случая связи двух абонентов в симплексном режиме лишь один из двух абонентов может инициировать в любой момент времени передачу информации по интерфейсу Для случая связи двух абонентов в полудуплексном режиме любой абонент может начать передачу информации другому, если линия связи интерфейса при этом оказывается свободной. Для случая связи двух абонентов в дуплексном режиме каждый абонент может начать передачу информации другому в произвольный момент времени. В случае связи нескольких абонентов в мультиплексном режиме в каждый момент времени связь может быть осуществлена между парой абонентов в любом, но единственном направлении от одного из абонентов к другому.
Указанные признаки позволяют характеризовать только определенные аспекты организации интерфейсов. Более полная характеристика и систематизация интерфейсов могут быть выполнены при условии классификации по нескольким совокупностям признаков:

- области распространения (функциональному назначению);

- логической и функциональной организации;

- физической реализации.

В соответствии с первой совокупностью признаков интерфейсы можно разделить на следующие основные классы:

- машинные (или системные);

- периферийного оборудования;

- мультимикропроцессорных систем;

- распределенных ВС (вычислительных локальных сетей, распределенных систем управления).

Машинные интерфейсы предназначены для организации связей между составными компонентами ЭВМ, ВК, ВС, т. е. непосредственно для их построения и связи с внешней средой.
Интерфейсы периферийного оборудования выполняют функции сопряжения процессоров, контроллеров с УВВ, измерительными приборами, исполнительными механизмами, аппаратурой передачи данных (АПД) и внешними запоминающими устройствами (ВЗУ). Интерфейсы периферийного оборудования представляют самый большой класс систем сопряжения, что объясняется широкой номенклатурой и разнообразием периферийного оборудования. По своему функциональному назначению эти интерфейсы могут быть разделены на группы интерфейсов радиальной структуры (обеспечивающие схему сопряжения «точка-точка») и магистральной структуры (обеспечивающие схему «многоточечного» подключения).

Системы сопряжения первой группы составляют в основном так называемые малые интерфейсы, применяемые для сопряжения исполнительных механизмов ввода-вывода с контроллерами. К этим интерфейсам относятся: системы сопряжения с параллельной передачей информации, предназначенные для подключения стандартной периферии, системы сопряжения для подключения устройств, размещенных на большом удалении друг от друга.

Интерфейсы второй группы используются как самостоятельно, так и в качестве системотехнического дополнения, расширяющего функциональные возможности ЭВМ на уровне связи с объектом управления. К ним относятся магистральные интерфейсы программно-модульных систем типов IEC 625-1. Эти интерфейсы обеспечивают сопряжение программируемых контроллеров и ЭВМ с широким спектром цифровых измерительных приборов, преобразователей информации, генераторов, датчиков, пультов оператора. В вычислительных системах к такого рода интерфейсам относятся SCSI, USB.
Интерфейсы мультимикропроцессорных систем представляют собой в основном магистральные системы сопряжения, ориентированные на объединение в единый комплекс нескольких процессоров, модулей оперативных запоминающих устройств (ОЗУ), контроллеров ВЗУ, ограниченно размещенных в пространстве. В группу интерфейсов мультимикропроцессорных систем входят в основном внутриблочные, процессорно -независимые системы сопряжения. Характерным их отличием от обычных магистральных интерфейсов является техническая реализация функций селекции и координации, что позволяет подключать к ним один или несколько процессоров как обычные УВВ. Этот класс интерфейсов отличают высокая пропускная способность и минимальное время доступа процессора к общей ОЗУ.

Данный класс систем сопряжения может быть разделен на две крупные группы в соответствии со структурой шин адреса и данных: с раздельными и мультиплексными шинами. Как правило, эти интерфейсы представляют собой внутриблочную систему сопряжения магистральной структуры с высокой пропускной способностью.
Интерфейсы распределенных ВС предназначены для интеграции средств обработки информации, размещенных на значительном расстоянии и ориентированы на использование в системах различного функционального назначения. Обычно это системы сопряжения с бит - последовательной передачей информации магистральной или кольцевой структуры. Этот класс интерфейсов в зависимости от назначения разделяется на группы интерфейсов:

- локальных сетей (с длиной магистрали от десятков метров до нескольких километров);
- распределенных систем управления;

- территориально и географически распределенных сетей ЭВМ (с длиной линии более
десяти километров).

По конструктивному исполнению интерфейс могут быть разделены на четыре категории:
- межблочные, обеспечивающие взаимодействие компонентов на уровне прибора, автономного устройства, блока, стойки, шкафа:

- внутриблочные, обеспечивающие взаимодействие на уровне плат, субблоков;

- внутриплатные, обеспечивающие взаимосвязь между интегральными схемами (СИС, БИС, СБИС) на печатной плате;

- внутрикорпусные, обеспечивающие взаимодействие компонентов внутри СБИС.
Межблочное сопряжение реализуется на уровне следующих конструктивных средств:
коаксиального и оптоволоконного кабеля; многожильного плоского кабеля (шлейфа); многожильного кабеля на основе витой пары проводов. Внутриблочное сопряжение печатных плат, субблоков выполняется печатным способом или накруткой витой парой проводов внутри блока, стойки, шкафа. Ряд интерфейсов может быть реализован комбинацией внутри-блочного и межблочного исполнений. Внутриплатное сопряжение реализуется печатным способом, внутрикорпусное — методами микроэлектронной технологии.