Презентация по Периферни интерфейси

16.3.2016 г.
1
Периферни интерфейси
Румен Кожухаров,
януари, 2016
Русенски университет“Ангел Кънчев”
Основни въпроси

Общи въпросина интерфейсите

Centronics иRS-232

USB, Fire Wire, Thunderbolt

SCSI, SAS

Дискови интерфейси

флопи, ATA, SATA

FC, FCoE, iSCSI, PCIе, NVMе

Видео и ММ интерфейси
Интерфейсите в компютинга и
фокусът нивтазитема

Хардуерни

Системни–

Вътрешно-системни; междублокови

Процесор–процесор; процесор-памет; процесор-вътрешносистемна логика, и
др.

Външно-системни, за:

Канали–
IBM’s System 360/System S70

Клъстериране–
Infiniband,

Системи за съхраняване на данни–
DAS интерфейси, Fibre Channel(FC), FCoE, …

Периферни

Комуникационни

Промишлени

Софтуeрни–API

Човеко-машинни
(взаимодействие човек-машина(HCI))
Типове компютърни
системи
и
интерфейсите
им
(които може да са са обект на внимание, вупражненията)

IBM main-frame

IBM AS/400 mini

Digital VAX 11/750-780

Digital Alpha Server & WorkStations

Sun Sparc RISC

Compaq Server Cluster

HP NetServer LC II

IBM PC/XT/AT

Notebook

Smartphones/Tablets/Phablets

Всякакъв вид периферия,
например портативен фотопринтер,
проектор, мрежов принтер, видеокамера, и друга битова електроника
…

Internet Appliances

SAN, NAS, идр. системи и устройства за съхранение на данни

…

16.3.2016 г.
2
Пример:
IBM PC
периферни интерфейси

Външни и вътрешни

Изброяване

Типична
комплектация

Основни
характеристики и
употреба
Класификации при интерфейсите

Скорост на обмена на данни

ниско-ивисоко-скоростни

Режим на обмена

паралелен и сериен

посоки и едновременност
на обмена на данни в двете посоки:

еднопосочен(simplex),

Двупосочен, посменно–полудуплекс(half duplex) (PTT),

двупосочен, едновременно-пълен дуплекс(duplex).

точка-точка, групово предаване, общо предаване

Синхронизация на обмена

синхронни и асинхронни(изохронни,
псевдосинхронни; синхронизация на ниво бит, поле,
блок, сесия, …)
Класификации
(продължение)
Електрически(физични) параметри

Характер, нива, логика на сигналите

Аналогови и дигитални

Токови и напреженови

Токови, оптични, радиовълни, индуктивни, …(жични и безжични)

Двоични и многонивови

Позитивна и негативна локига

Униполярни и биполярни

Преносна среда

несиметрични и симетрични(усукани двойки) линии, (екранирани и
неекранирани),

коаксиални кабели,

оптични влакна,

инфрачервени лъчи(IrDA)идр.

безжичниBluetooth, HomeRF, Wireless USB, …

Използване на шините

заделени(специализирани), за общо ползване, мултиплексирани

Топология на свързване на устройства към интерфейсите

точка–точка, многоточков, радиален, магистрален, кръгов, смесен, верижен
Класификации
(продължение2)

Специализация

Специализирани

Дискови– ST504/412, ESDI, IDE/ATA/ ATAPI, SSA

Лентови–QIC, …

Неспециализирани

Серийни- RS-232, RS-422/423

Паралелни– Centronics, IEEE 1294

Системни–

SCSI

USB / Fire Wire

HIPPI ???

Степен насложностиниво на управлениена работата на
интерфейса

на ниско ниво, неинтелигентни и

от високо ниво

Област наупотреба

По компютърна платформа–
за ГЕИМ, МЕИМ, ПК, мобилни устройства и
потребителска електроника, сървъри, системи за съхраняване на данни, промишлени и
управляващи уредби и устройства, вградени прибори, …

Външни и вътрешни, междублокови, междусистемни, …

16.3.2016 г.
3
Специализиранe
срещу
универсалност

Опростен–
усложнен контролер/ интерфейс

Разпределение на ролитепо управление на
операциите по В/И

Ниво на управлениепо интерфейса

Командни езици–сложност, гъвкавост, и
аспекти на контролерите им

ОтST506/412къмIDE-ATA, SCSI иUSB
командииезицизауправлениенаЗУМД
Архитектурана периферни подсистеми и
мястото на периферните интерфейси

Йерархияна интерфейси

System 360/370 mainframes

“Голям”и“малък”интерфейс

Контролер, форматер, ВЗУ

PDP, VAX minis

RS232, Centronics, IrDA
–директно свързване на
единствено устройство

IDE (integrated Drive Electronics)

Опростен интерфейс

Контролерът в устройството!
Архитектура
на
интерфейси

Що е архитектура?

Какво обхваща?

Как се представя?
–нива, стандарти, реализации

Примери за архитектури–

PCMCIA

SCSI

FC-AL

USB

IrDA

SAN
Пример:
SunCommon SCSI Architecture
Sun Common SCSI Architecture Overview-http://www.linuxtopia.org/online_books/opensolaris_2008/DRIVER/html/scsi-3.html

16.3.2016 г.
4
А
рхитектурен модел наSCSI
Физичнониво–интерфейсенSCSI 3стек
http://sanenthusiast.com/scsi-architecture-model/
Стандартизация и стандартизиращи организации
вобласттанаперифернитеинтерфейси

ISO

ETSI

ITU-T (CCITT)

IEEE

ANSI

EIA

TIA

...

БДС

DIN

BSI

JSI

ГОСТ

SMPTE

VESA

PCMCIA

JEIDA

USB

...
Групи характеристики,
или
какво се стандартизира
при интерфейсите

Идеология

Обхват на приложение

Път на развитие

Архитектура и разширяване

Топология

Адресиране

Механически

Електрически и физични

Дължинаитипнакабелите

Разширяемост на архитектурата–повторители, разклонители, разширители

Терминиране

Скоростно-дистанционни

HowFar?HowFast?(Howerrorfree?)

Видове скорост и значението им

Единици за измерване

Фактори, които ги определят

Скорости, стандарти, йерархии

List of device bandwidths -http://en.wikipedia.org/wiki/List_of_device_bandwidths
Групи характеристики, или
какво се стандартизира
при интерфейсите-2

Захранване–на интерфейса, иотинтерфейса

Сигнали–брой, тип, предназначение на линиите

Режими на обмен
–

побитово или посимволно ориентиран, символен, блоков/пакетен, потоков

синхронен/асинхронен,

дуплекс, полудуплекс, симплекс

Служебни разходи–overhead

Процедурно-протоколни
–команди, последователности, състояния, променливи

Производителност, пропускателна способност

Цена на реализацията.Достъпност

Стандартизация. Поддръжка от индустрията

Път на развитие!

16.3.2016 г.
5
Интерфейсни спецификации

Какво представлява спецификацията?

Какво обхваща?

Как се разработва и приема?

Eтапи в развитието и

Каксепредставяиописва?

Как се ползва?

Тестване за съответствие

Лого
Разширяемост на интерфейсите

Развитие във времето–пътна карта

Удължаване и разклонение

Адресиране на устройства

Топологии

Примери
(или характеризиране на всеки от интерфейсите, които учим)
Daisy Chain
Приложение 
SCSI

ATA

IBM System 360 /370 Standard Interface

…
Функционалност
SCSI Daisy Chain

16.3.2016 г.
6
Топологии (на примера наFC)

Point-to-Point

Switched Fabric

Arbitrated Loop
Източник: http://www.sansimplified.com/index.php?p=1_4_Fibre-Channel-FC
Serial ATA Roadmap
40+ годиниSCSI
И
з
т
о
чник
:
h
ttp
://
pc
.
watc
h
.
im
p
r
ess
.co
.
jp
/
docs
/
2
003/070
1
/
i
t60
1
.jpg
Serial Attached SCSI Master Roadmap
June 1, 2011
Източник:
SCSI Trade Association
http://scsita.org/sas_library/6gbs-sas/

16.3.2016 г.
7
Адресиране и именуване
(FC)

Задачи

Типове

Характеристики

Мощност–обхват

Реализация и ресурси(overhead)

Примери

FDD – A, B, C, D

IDE / EIDE –
primary/secondarychannels, master, slave (cable select)

SCSI –
0 …7; 0…F;каскадиране на контролери

USB
–до128устройства

iSCSI –до16 млн устройства

Сравнителен преглед
Управление. Команден език (интерфейс)

Набор команди–типове, формати,
представители

Една команда от тип
четене/запис/търсене/прескачане,
обработва един физически блок
(сектор,
запис, поле, карта, ред, …)

Езици от различно ниво

…
Последователни
интерфейси

За дълги разстояния паралелните интерфейси са неприложими

Непрактични кабели

Разходи

Влияние наскюефекта“разреждане на думите”

Реализация на сериен адаптер

Синхронен и асинхронен режим на работа

Формат на серийния асинхронен старт-стопен обмен

Същност на синхронизацията на обменана различни нива

Побитова

Посимволна

Поблокова

Сеансово

Самосихронизиране по приемания сигнал/възстановяване на честотата и фазата на
приеманите данни(clock recovery) – PLL, DPLL, значение на метода за кодиране на
данните при обмена им по интерфейса

Стандартизаскоростинаобменпритерминалите

RS-232

до20000 b/s, до15m, несиметричен, напреженов, негативна логика, +/- 12V, 25 линии–
DB25, на и функция на сигналите, ролиDTE-DCE, асинхронен-синхронен режим, протокол на
обмен, приложение.

Токов кръг(Current Loop)20 mA

RS-439 & RS422/RS423
идруги
Паралелни
срещу
серийни
интерфейси

Асинхронен, синхронен и изохронен обмен

Задачи на управлението на обмена

Синхронизация на обмена

Адресиране

Управление на потока от данни
(иназадръстванията
-вмрежи, с б уф ер ир ащ и м еж д инни в ъзл и )

Гарантиране на достоверността на обмена

In band
срещу
Out of Band control

Разфазиране(
скосяване
, skew
) междусинфазнисигналииефектътму
върху обмена

Синхронизация на обмена, RLLи максимално достижимата скорост на
обмен

Преходи паралелен-сериен и обратно веволюциятана стандартите

ST506/412 IDE/ATA UltraATASerialATA

SCSI – (Normal) Fast & Wide, UltraSCSIFC-AL, SAS

PC interfaces – RS232/Centronics USB / FireWire

Видеоинтерфейси– (digital) MA, CGA, EGA (analog) VGA DVI

16.3.2016 г.
8
---Универсални интерфейси---
USB, Fire Wire, Thunderbolt
SCSI, SAS
Универсална серийна магистрала
Universal Serial Bus(USB)

Създаден през1995
от много от водещите индустриални компании

Развит доUSB 2.3в2008г., иследтовадо3.0, 3.1

Дефинирауниверсалнавъншнаразширителнамагистрала
,
правеща добавянето на периферия към ПК съвсем лесно,аналогично на включването на
телефонен апарат в розетката на стената.

Лекота на употреба и ниска цена

Разширяема архитектура
, вкоятоима:

PC хост-управляващо устройство и софтуер,

здрави куплунзи и кабелни сглобки,

дружелюбни към периферията протоколи главен-подчинен,

многопортови концентратори-разширители

2005 – Wireless