อินเทอร์เฟซฮาร์ดแวร์

อินเทอร์เฟซ (การโต้ตอบ) คือการเชื่อมต่อระหว่างส่วนประกอบและผู้เข้าร่วมในระบบไมโครโปรเซสเซอร์

วี ระบบไมโครโปรเซสเซอร์ ประกอบด้วย: ฮาร์ดแวร์ ซอฟต์แวร์ และบุคคล... ดังนั้น อินเทอร์เฟซประเภทต่อไปนี้จึงมีความโดดเด่น:

• อินเทอร์เฟซฮาร์ดแวร์

• อินเทอร์เฟซซอฟต์แวร์

• หน้าจอผู้ใช้.

ส่วนต่อประสานการเขียนโปรแกรมที่ระบบปฏิบัติการจัดเตรียมไว้ให้ (ถ้ามี) ส่วนต่อประสานผู้ใช้ที่พบมากที่สุดคือส่วนต่อประสานกราฟิก (เช่น เดสก์ท็อปคอมพิวเตอร์ที่มีไอคอนหรือปุ่มคำสั่งในโปรแกรมแก้ไข Microsoft Office Word) และส่วนต่อประสานจอยสติ๊ก ซึ่งเราเลือกคำสั่งที่ต้องการโดยการนำทางผ่านเมนูต่าง ๆ (เช่น โทรศัพท์มือถือ , ตัวควบคุมที่ตั้งโปรแกรมได้) ซึ่งเป็น GUI ประเภทหนึ่งเช่นกัน

อินเทอร์เฟซฮาร์ดแวร์คือระบบบัส ตัวเชื่อมต่อ อุปกรณ์จับคู่ อัลกอริทึม และโปรโตคอลที่ให้การสื่อสารระหว่างทุกส่วนของระบบไมโครโปรเซสเซอร์ ประสิทธิภาพและความน่าเชื่อถือของระบบขึ้นอยู่กับลักษณะของอินเทอร์เฟซ

ในระบบไมโครโปรเซสเซอร์แบบฝังตัว อินเทอร์เฟซฮาร์ดแวร์มีให้โดยตัวควบคุมออฟโหลด CPUคอนโทรลเลอร์ เป็นไมโครเซอร์กิตพิเศษที่ออกแบบมาเพื่อทำหน้าที่ตรวจสอบและควบคุม ตัวควบคุมจะจัดการการทำงานของอุปกรณ์ เช่น ฮาร์ดดิสก์ หน่วยความจำเข้าถึงโดยสุ่ม แป้นพิมพ์ และรับรองการเชื่อมต่อของอุปกรณ์นี้กับผู้เข้าร่วมรายอื่นใน MS

ยางถูกควบคุมโดยสะพาน สะพาน... ใน MS ที่ซับซ้อน เช่น คอมพิวเตอร์ส่วนบุคคล «ChipSet» (ChipSet) ซึ่งเป็นชุดของสะพานและตัวควบคุมอยู่ตรงกลาง ชิปเซ็ตประกอบด้วยชิปหลักสองตัว ซึ่งตามธรรมเนียมเรียกว่าสะพานใต้และสะพานเหนือ (รูปที่ 1) สะพานเหนือทำหน้าที่เป็นบัสระบบ, บัสหน่วยความจำ, AGP (พอร์ตกราฟิกเร่งความเร็ว) และเป็นตัวควบคุมหลักของคอมพิวเตอร์ สะพานใต้รองรับการทำงานร่วมกับอุปกรณ์ภายนอก (บัส PCI — บัส I / O สำหรับเชื่อมต่ออุปกรณ์ต่อพ่วง)

รูปที่ 1 — องค์กรแลกเปลี่ยนข้อมูลในคอมพิวเตอร์ส่วนบุคคล (พีซี)

การจัดระเบียบปฏิสัมพันธ์ระหว่างโปรเซสเซอร์และอุปกรณ์ภายนอกนั้นยากที่สุดเนื่องจากมีความหลากหลายมาก

อินเทอร์เฟซแบบขนานมีลักษณะเฉพาะคือใช้สายสัญญาณแยกกันเพื่อส่งบิตและบิตจะถูกส่งพร้อมกัน อินเทอร์เฟซแบบขนานแบบคลาสสิกคือพอร์ต LPT

อินเทอร์เฟซการส่งข้อมูลแบบอนุกรมใช้สายสัญญาณเส้นเดียวซึ่งบิตของข้อมูลจะถูกส่งตามลำดับทีละส่วน

อินเทอร์เฟซแบบอนุกรมที่ง่ายที่สุดซึ่งแพร่หลายทั้งในคอมพิวเตอร์และระบบอุตสาหกรรมคือมาตรฐาน RS-232 ซึ่งใช้งานโดย COM — พอร์ต... ในระบบอัตโนมัติทางอุตสาหกรรม RS-485 ใช้กันอย่างแพร่หลาย

บัส USB (Universal Serial Bus) เชื่อมต่ออุปกรณ์ต่อพ่วงที่หลากหลายเข้ากับคอมพิวเตอร์ของคุณ รวมถึงโทรศัพท์มือถือและอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์

ข้อมูลจำเพาะอินเทอร์เฟซแรกเรียกว่า USB 1.0 ปัจจุบันใช้ข้อกำหนด USB 2.0 อุปกรณ์ที่ทันสมัยเชื่อมต่อกับข้อกำหนด USB 3.0

มาตรฐาน USB 2.0 ประกอบด้วยสี่บรรทัด: การรับและส่งข้อมูล แหล่งจ่ายไฟ +5 V และเคส นอกจากนี้ USB 3.0 ยังเพิ่มสายสื่อสารอีก 4 สาย (2 สายสำหรับรับและอีก 2 เส้นสำหรับส่งสัญญาณ) และเคส

บัส USB มีแบนด์วิธสูง (USB 2.0 ให้อัตราการถ่ายโอนข้อมูลสูงสุดถึง 480 Mbps, USB 3.0 — สูงถึง 5.0 Gbps) และไม่เพียงให้การถ่ายโอนข้อมูลเท่านั้น แต่ยังจ่ายพลังงานให้กับอุปกรณ์ภายนอกที่ใช้พลังงานต่ำ (กระแสไฟสูงสุด อุปกรณ์จ่ายไฟผ่านสายไฟของบัส USB ไม่ควรเกิน 500 mA สำหรับ USB 2.0 และ 900 mA สำหรับ USB 3.0) ซึ่งทำให้ไม่ต้องใช้แหล่งจ่ายไฟภายนอก

อินเทอร์เฟซไร้สาย (ไร้สาย) ช่วยให้คุณไม่ต้องออกห่างจากสายสื่อสาร ซึ่งเป็นสิ่งสำคัญอย่างยิ่งสำหรับอุปกรณ์ที่มีขนาดเล็ก ขนาดและน้ำหนักเทียบเท่ากับสายเคเบิ้ล การใช้อินเทอร์เฟซไร้สาย คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า อินฟราเรด (IrDA) และช่วงความถี่วิทยุ (บลูทูธ, USB ไร้สาย)

อินเทอร์เฟซอินฟราเรด IrDA ช่วยให้สามารถสื่อสารไร้สายระหว่างอุปกรณ์สองเครื่องที่ระยะสูงสุด 1 เมตร การสื่อสารด้วยอินฟราเรด - การเชื่อมต่อ IR (อินฟราเรด) - ปลอดภัยต่อสุขภาพ ไม่ก่อให้เกิดการรบกวนในช่วงความถี่วิทยุ และรับประกันความเป็นส่วนตัวของการส่งสัญญาณ รังสีอินฟราเรดไม่ทะลุผ่านผนัง ดังนั้นพื้นที่รับสัญญาณจึงถูกจำกัดให้เป็นพื้นที่ขนาดเล็กและควบคุมได้ง่าย

Bluetooth (ฟันสีฟ้า) เป็นอินเทอร์เฟซวิทยุพลังงานต่ำ (กำลังส่งประมาณ 1 mW เท่านั้น) สำหรับจัดระเบียบเครือข่ายส่วนบุคคลที่ให้การส่งข้อมูลแบบเรียลไทม์ในระยะทางสั้นๆ อุปกรณ์ Bluetooth แต่ละเครื่องมีเครื่องส่งและรับสัญญาณวิทยุ 2.4 GHz ระยะของอินเทอร์เฟซวิทยุประมาณ 100 ม. เพื่อให้ครอบคลุมบ้านมาตรฐาน

USB ไร้สาย (USB ไร้สาย) — อินเทอร์เฟซวิทยุระยะสั้นที่มีแบนด์วิธสูง: 480 Mbps ที่ระยะสูงสุด 3 เมตร และ 110 Mbps ที่ระยะสูงสุด 10 เมตร ใช้งานได้ในช่วงความถี่ 3.1 — 10.6 GHz

อินเทอร์เฟซ RS-232 (RS — มาตรฐานที่แนะนำ) เชื่อมต่ออุปกรณ์สองเครื่อง — คอมพิวเตอร์และอุปกรณ์ถ่ายโอนข้อมูล ความเร็วในการส่งข้อมูลคือ 115 Kbps (สูงสุด) ระยะการส่งข้อมูลคือ 15 ม. (สูงสุด) รูปแบบการเชื่อมต่อเป็นแบบจุดต่อจุด

สัญญาณจากอินเทอร์เฟซนี้จะถูกส่งโดยแรงดันตกคร่อม (3 … 15) V ดังนั้นความยาวของสายสื่อสาร RS-232 ตามกฎแล้วจะถูกจำกัดไว้ที่ระยะหลายเมตรเนื่องจากภูมิคุ้มกันสัญญาณรบกวนต่ำ มักใช้ในอุปกรณ์อุตสาหกรรมในคอมพิวเตอร์ส่วนบุคคลใช้เพื่อเชื่อมต่อตัวจัดการประเภท "เมาส์" ซึ่งเป็นโมเด็ม อินเทอร์เฟซ RS-232 ไม่อนุญาตให้ใช้เครือข่ายเนื่องจากเชื่อมต่ออุปกรณ์ 2 เครื่องเท่านั้น

รูปที่ 2 — ขั้วต่อ RS-232 ชนิด DB9

อินเทอร์เฟซ RS-485 เป็นอินเทอร์เฟซอนุกรมอุตสาหกรรมความเร็วสูงป้องกันการรบกวนที่ใช้กันอย่างแพร่หลายสำหรับการรับส่งข้อมูลแบบสองทาง คอมพิวเตอร์สมัยใหม่เกือบทั้งหมดในการออกแบบอุตสาหกรรม เซ็นเซอร์และไดรฟ์ส่วนใหญ่มีการใช้อินเทอร์เฟซ RS-485 อย่างใดอย่างหนึ่ง

สายคู่บิดเกลียว (twisted pair) หนึ่งเส้นก็เพียงพอสำหรับการรับและส่งข้อมูลการส่งข้อมูลดำเนินการโดยใช้สัญญาณดิฟเฟอเรนเชียล (สัญญาณดั้งเดิมไปบนสายหนึ่ง และสำเนาย้อนกลับอยู่ที่อีกสายหนึ่ง) ความต่างศักย์ไฟฟ้าของขั้วหนึ่งระหว่างสายไฟหมายถึงความต่างทางตรรกะ ความแตกต่างของอีกขั้วหนึ่งหมายถึงศูนย์

เมื่อมีสัญญาณรบกวนจากภายนอก การแตะในสายไฟที่อยู่ติดกันจะเหมือนกัน และเนื่องจากสัญญาณมีความต่างศักย์ในสายไฟ ระดับสัญญาณจึงไม่เปลี่ยนแปลง สิ่งนี้ให้การป้องกันสัญญาณรบกวนสูงและความยาวรวมของสายสื่อสารสูงสุด 1 กม. (และมากกว่านั้นเมื่อใช้อุปกรณ์พิเศษ - ตัวทำซ้ำ)

อินเทอร์เฟซ RS-485 ให้การแลกเปลี่ยนข้อมูลระหว่างอุปกรณ์ต่างๆ ผ่านสายสื่อสารแบบสองสายในโหมดฮาล์ฟดูเพล็กซ์ (การรับและการส่งสัญญาณผ่านสายแยกเวลาหนึ่งคู่) มีการใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมเพื่อสร้างระบบควบคุมกระบวนการ

อีเธอร์เน็ต (ether — ether) — เทคโนโลยีการรับส่งข้อมูลที่ใช้ในเครือข่ายคอมพิวเตอร์ท้องถิ่นส่วนใหญ่ อินเทอร์เฟซนี้เป็นไปตามมาตรฐาน IEE 802.3 ในขณะที่อินเทอร์เฟซ RS-485 สามารถพิจารณาแบบหนึ่งต่อกลุ่มได้

มีหลายตัวเลือกขึ้นอยู่กับอัตราบิตและสื่อในการส่ง:

• อีเธอร์เน็ต — 10 Mbps

• อีเทอร์เน็ตความเร็วสูง — 100 Mbps

• กิกะบิตอีเทอร์เน็ต — 1 Gbps

• อีเธอร์เน็ต 10 กิกะบิต

สายโคแอกเชียล สายคู่บิดเกลียว (ต้นทุนต่ำ การป้องกันสัญญาณรบกวนสูง) และสายออปติก (การสร้างสายที่ยาวขึ้นและช่องสัญญาณสื่อสารความเร็วสูง) ใช้เป็นสื่อในการส่งข้อมูล

สายคู่บิดเกลียว (twisted pair) — สายเคเบิลสื่อสารชนิดหนึ่ง เป็นสายหุ้มฉนวนหนึ่งคู่หรือมากกว่าบิดเข้าด้วยกันแล้วหุ้มด้วยปลอกพลาสติก

ตัวอย่างเช่น สายเคเบิล FTP (สายคู่บิดเกลียว — สายคู่บิดเกลียวพร้อมแผ่นฟอยล์ทั่วไปและตัวนำทองแดงสำหรับระบายกระแสเหนี่ยวนำ) 4 คู่ (สายทึบ) หมวดหมู่ 5e (รูปที่ 3) สายเคเบิลมีไว้สำหรับการติดตั้งแบบอยู่กับที่ในอาคาร โครงสร้าง และงานในระบบเคเบิลที่มีโครงสร้าง ออกแบบมาสำหรับแอพพลิเคชั่นที่ทำงานในช่วงความถี่ที่มีขีดจำกัดสูงสุดที่ 100 MHz

รูปที่ 3 — คู่บิดเกลียว: 1 — ปลอกหุ้มด้านนอก, 2 — แผ่นป้องกันฟอยล์, 3 — สายเดรน, 4 — ฟิล์มป้องกัน, 5 — คู่บิดเกลียว

ในระดับกายภาพ โปรโตคอลอีเธอร์เน็ตถูกนำมาใช้ในรูปแบบของการ์ดเครือข่ายที่ฝังอยู่ในระบบไมโครโปรเซสเซอร์และฮับที่เชื่อมต่อระบบเข้าด้วยกัน

เครือข่ายอุตสาหกรรม (Profinet, EtherNet / IP, EtherCAT, Ethernet Powerlink) สร้างขึ้นบนพื้นฐานของอีเทอร์เน็ต ซึ่งประสบความสำเร็จในการแข่งขันกับเครือข่ายที่พัฒนาก่อนหน้านี้ Profibus, DeviceNet, CANopen เป็นต้น