हार्डवेअर इंटरफेस

इंटरफेस (संवाद) म्हणजे मायक्रोप्रोसेसर प्रणालीमधील घटक आणि सहभागी यांच्यातील कनेक्शन.

व्ही मायक्रोप्रोसेसर प्रणाली समाविष्ट आहे: हार्डवेअर, सॉफ्टवेअर आणि लोक... म्हणून, खालील प्रकारचे इंटरफेस वेगळे केले जातात:

• हार्डवेअर इंटरफेस;

• सॉफ्टवेअर इंटरफेस;

• वापरकर्ता इंटरफेस.

ऑपरेटिंग सिस्टमद्वारे प्रदान केलेला प्रोग्रामिंग इंटरफेस (असल्यास). सर्वात सामान्य वापरकर्ता इंटरफेस म्हणजे ग्राफिकल इंटरफेस (उदाहरणार्थ, मायक्रोसॉफ्ट ऑफिस वर्ड एडिटरमध्ये आयकॉन किंवा कमांड बटणे असलेला संगणक डेस्कटॉप) आणि जॉयस्टिक इंटरफेस, जिथे आम्ही मेनूमधून नेव्हिगेट करून आम्हाला आवश्यक असलेली कमांड निवडतो (उदाहरणार्थ, मोबाइल फोन. , प्रोग्रामेबल कंट्रोलर्स) , जे GUI चा एक प्रकार देखील आहे.

हार्डवेअर इंटरफेस ही बसेस, कनेक्टर्स, जुळणारी उपकरणे, अल्गोरिदम आणि प्रोटोकॉलची एक प्रणाली आहे जी मायक्रोप्रोसेसर सिस्टमच्या सर्व भागांमध्ये संवाद प्रदान करते. सिस्टमची कार्यक्षमता आणि विश्वसनीयता इंटरफेसच्या वैशिष्ट्यांवर अवलंबून असते.

एम्बेडेड मायक्रोप्रोसेसर सिस्टममध्ये, हार्डवेअर इंटरफेस CPU ऑफलोड कंट्रोलर्सद्वारे प्रदान केला जातो.कंट्रोलर हे मॉनिटरिंग आणि कंट्रोल फंक्शन्स करण्यासाठी डिझाइन केलेले एक विशेष मायक्रो सर्किट आहे. कंट्रोलर डिव्हाइसचे ऑपरेशन व्यवस्थापित करतो, उदाहरणार्थ, हार्ड डिस्क, यादृच्छिक ऍक्सेस मेमरी, कीबोर्ड आणि एमएसमधील इतर सहभागींसह या डिव्हाइसचे कनेक्शन सुनिश्चित करते.

टायर्स पुलांद्वारे नियंत्रित केले जातात... कॉम्प्लेक्स एमएसमध्ये, उदाहरणार्थ, वैयक्तिक संगणकासारख्या, मध्यवर्ती स्थान «चिपसेट» (चिपसेट) - पूल आणि नियंत्रकांचा एक संच आहे. चिपसेटमध्ये दोन मुख्य चिप्स असतात, ज्यांना पारंपारिकपणे दक्षिण पूल आणि उत्तर पूल (आकृती 1) म्हणतात. नॉर्थब्रिज सिस्टम बस, मेमरी बस, एजीपी (ऍक्सिलरेटेड ग्राफिक्स पोर्ट) सेवा देतो आणि संगणकाचा मुख्य नियंत्रक आहे. दक्षिण पूल बाह्य उपकरणांसह कार्य हाताळतो (PCI बस — परिधीय उपकरणांना जोडण्यासाठी I/O बस).

आकृती 1 — पर्सनल कॉम्प्युटर (पीसी) मधील डेटा एक्सचेंज ऑर्गनायझेशन

प्रोसेसर आणि बाह्य उपकरणांमधील परस्परसंवादाची संस्था त्यांच्या विविधतेमुळे सर्वात कठीण आहे.

समांतर इंटरफेसचे वैशिष्ट्य आहे की ते बिट्स प्रसारित करण्यासाठी स्वतंत्र सिग्नल लाइन वापरतात आणि बिट्स एकाच वेळी प्रसारित केले जातात. क्लासिक समांतर इंटरफेस एक LPT पोर्ट आहे.

सीरियल डेटा ट्रान्समिशन इंटरफेस एक सिंगल सिग्नल लाइन वापरतो ज्यावर माहितीचे बिट एकामागून एक पाठवले जातात.

सर्वात सोपा सीरियल इंटरफेस, जो संगणक आणि औद्योगिक प्रणालींमध्ये व्यापक झाला आहे, तो RS-232 मानक आहे, जो COM — पोर्ट्सद्वारे लागू केला जातो... औद्योगिक ऑटोमेशनमध्ये, तो RS-485 मोठ्या प्रमाणावर वापरला जातो.

यूएसबी (युनिव्हर्सल सीरियल बस) बस सेल फोन आणि ग्राहक इलेक्ट्रॉनिक्ससह विविध प्रकारच्या परिधीय उपकरणांना तुमच्या संगणकाशी जोडते.

पहिल्या इंटरफेस स्पेसिफिकेशनला यूएसबी 1.0 म्हणतात, यूएसबी 2.0 स्पेसिफिकेशन सध्या वापरले जाते, आधुनिक उपकरणे यूएसबी 3.0 स्पेसिफिकेशनशी जोडलेली आहेत.

USB 2.0 मानकामध्ये चार ओळी आहेत: डेटा रिसेप्शन आणि ट्रान्समिशन, +5 V पॉवर सप्लाय आणि केस. या व्यतिरिक्त, USB 3.0 मध्ये आणखी चार संप्रेषण ओळी (2 प्राप्त करण्यासाठी आणि दोन प्रसारित करण्यासाठी) आणि एक केस जोडले आहे.

यूएसबी बसमध्ये उच्च बँडविड्थ आहे (USB 2.0 480 Mbps पर्यंत कमाल डेटा ट्रान्सफर दर प्रदान करते, USB 3.0 — 5.0 Gbps पर्यंत) आणि केवळ डेटा ट्रान्सफरच नाही तर कमी-शक्तीच्या बाह्य उपकरणांना (जास्तीत जास्त विद्युत् प्रवाह) देखील पुरवते यूएसबी बसच्या पॉवर लाईन्सद्वारे वापरण्याचे साधन, यूएसबी 2.0 साठी 500 एमए आणि यूएसबी 3.0 साठी 900 एमए पेक्षा जास्त नसावे), जे बाह्य वीज पुरवठ्याची आवश्यकता दूर करते.

वायरलेस (वायरलेस) इंटरफेस आपल्याला कम्युनिकेशन केबल्सपासून दूर जाण्याची परवानगी देतात, जे विशेषतः लहान आकाराच्या, केबल्सच्या तुलनेत आकार आणि वजनाच्या उपकरणांसाठी महत्वाचे आहे. वायरलेस इंटरफेस वापरणे इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक लाटा इन्फ्रारेड (IrDA) आणि रेडिओ वारंवारता श्रेणी (ब्लूटूथ, यूएसबी वायरलेस).

इन्फ्रारेड IrDA इंटरफेस 1 मीटर पर्यंतच्या अंतरावर दोन उपकरणांमध्ये वायरलेस संप्रेषण करण्यास अनुमती देतो. इन्फ्रारेड कम्युनिकेशन - IR (इन्फ्रारेड) कनेक्शन - आरोग्यासाठी सुरक्षित, रेडिओ फ्रिक्वेन्सी श्रेणीमध्ये हस्तक्षेप करत नाही आणि प्रसारणाची गोपनीयता सुनिश्चित करते. इन्फ्रारेड किरण भिंतींमधून जात नाहीत, म्हणून रिसेप्शन क्षेत्र लहान, सहज नियंत्रित करण्यायोग्य क्षेत्रापर्यंत मर्यादित आहे.

ब्लूटूथ (ब्लू टूथ) हा कमी-पॉवर रेडिओ इंटरफेस आहे (ट्रान्समीटर पॉवर फक्त 1 mW) कमी अंतरावर रिअल-टाइम डेटा ट्रान्समिशन प्रदान करणारे वैयक्तिक नेटवर्क आयोजित करण्यासाठी. प्रत्येक ब्लूटूथ डिव्हाइसमध्ये 2.4 GHz रेडिओ ट्रान्समीटर आणि रिसीव्हर असतो. रेडिओ इंटरफेसची श्रेणी सुमारे 100 मीटर आहे — एक मानक घर कव्हर करण्यासाठी.

वायरलेस यूएसबी (USB वायरलेस) — उच्च बँडविड्थसह एक लहान-श्रेणीचा रेडिओ इंटरफेस: 3 मीटरपर्यंतच्या अंतरावर 480 Mbps आणि 10 मीटरपर्यंतच्या अंतरावर 110 Mbps. हे वारंवारता श्रेणी 3.1 - 10.6 GHz मध्ये कार्य करते.

RS-232 (RS — शिफारस केलेले मानक) इंटरफेस दोन उपकरणांना जोडतो — एक संगणक आणि डेटा ट्रान्सफर डिव्हाइस. ट्रान्समिशन गती 115 Kbps (जास्तीत जास्त), ट्रान्समिशन अंतर 15 मीटर (कमाल), कनेक्शन योजना पॉइंट-टू-पॉइंट आहे.

या इंटरफेसमधील सिग्नल (3 … 15) V च्या व्होल्टेज ड्रॉपद्वारे प्रसारित केले जातात, म्हणून RS-232 कम्युनिकेशन लाइनची लांबी, नियमानुसार, कमी आवाज प्रतिकारशक्तीमुळे अनेक मीटरच्या अंतरापर्यंत मर्यादित आहे. हे बहुतेकदा औद्योगिक उपकरणांमध्ये वापरले जाते, वैयक्तिक संगणकात ते "माऊस" प्रकारचे मॅनिपुलेटर, मॉडेम कनेक्ट करण्यासाठी वापरले जाते. RS-232 इंटरफेस सामान्यत: नेटवर्किंगला परवानगी देत ​​नाही कारण तो फक्त 2 उपकरणांना जोडतो.

आकृती 2 — DB9 प्रकार RS-232 कनेक्टर

RS-485 इंटरफेस हा द्वि-मार्गी डेटा ट्रान्समिशनसाठी मोठ्या प्रमाणावर वापरला जाणारा हाय-स्पीड, अँटी-जॅमिंग औद्योगिक सीरियल इंटरफेस आहे. औद्योगिक डिझाइनमधील जवळजवळ सर्व आधुनिक संगणक, बहुतेक सेन्सर आणि ड्राइव्हमध्ये RS-485 इंटरफेसची एक किंवा दुसरी अंमलबजावणी असते.

डेटा ट्रान्समिशन आणि रिसेप्शनसाठी तारांची एक वळलेली जोडी (ट्विस्टेड जोडी) पुरेसे आहे.डेटा ट्रान्समिशन डिफरेंशियल सिग्नल वापरून चालते (मूळ सिग्नल एका वायरवर जातो आणि त्याची उलट प्रत दुसऱ्यावर असते.). तारांमधील एका ध्रुवीयतेचा व्होल्टेज फरक म्हणजे तार्किक, इतर ध्रुवीयतेचा फरक म्हणजे शून्य.

बाह्य हस्तक्षेपाच्या उपस्थितीत, लगतच्या तारांमधील नळ सारखेच असतात आणि सिग्नल हा तारांमधील संभाव्य फरक असल्याने, सिग्नल पातळी अपरिवर्तित राहते. हे उच्च आवाज प्रतिकारशक्ती आणि 1 किमी पर्यंत कम्युनिकेशन लाईनची एकूण लांबी प्रदान करते (आणि विशेष उपकरणांच्या वापरासह - रिपीटर).

RS-485 इंटरफेस हाफ-डुप्लेक्स मोडमध्ये दोन-वायर कम्युनिकेशन लाइनवर अनेक उपकरणांमध्ये डेटा एक्सचेंज प्रदान करतो (वेळ-विभक्त तारांच्या एका जोडीमधून रिसेप्शन आणि ट्रान्समिशन पास). प्रक्रिया नियंत्रण प्रणाली तयार करण्यासाठी हे उद्योगात मोठ्या प्रमाणावर वापरले जाते.

इथरनेट (इथर — इथर) — डेटा ट्रान्समिशन तंत्रज्ञान बहुतेक स्थानिक संगणक नेटवर्कमध्ये वापरले जाते. हा इंटरफेस IEE 802.3 मानकावर आधारित आहे. RS-485 इंटरफेसचा एक-ते-अनेक आधारावर विचार केला जाऊ शकतो, तर इथरनेट अनेक-ते-अनेक आधारावर कार्य करते.

बिट रेट आणि ट्रान्समिशन माध्यमावर अवलंबून अनेक पर्याय आहेत:

• इथरनेट - 10 Mbps

• वेगवान इथरनेट - 100 Mbps

• गिगाबिट इथरनेट - 1 Gbps

• 10 गिगाबिट इथरनेट

कोएक्सियल केबल, ट्विस्टेड जोडी (कमी किंमत, उच्च आवाज प्रतिकारशक्ती) आणि ऑप्टिकल केबल (लांब रेषा आणि हाय-स्पीड कम्युनिकेशन चॅनेल तयार करणे) ट्रान्समिशन मीडिया म्हणून वापरले जातात.

ट्विस्टेड पेअर (ट्विस्टेड पेअर) - कम्युनिकेशन केबलचा एक प्रकार, एक किंवा अधिक जोड्या इन्सुलेटेड वायर्सच्या एकत्र जोडलेल्या आणि प्लास्टिकच्या आवरणाने झाकल्या जातात.

उदाहरणार्थ, FTP केबल (ट्विस्टेड पेअर — कॉमन फॉइल शील्ड असलेली ट्विस्टेड जोडी आणि प्रेरित प्रवाह काढून टाकण्यासाठी कॉपर कंडक्टर), 4 जोड्या (घन), श्रेणी 5e (आकृती 3). केबल इमारती, संरचना आणि संरचित केबल सिस्टममध्ये काम करण्यासाठी स्थिर स्थापनेसाठी आहे. 100 MHz च्या वरच्या मर्यादेसह वारंवारता श्रेणीमध्ये कार्यरत अनुप्रयोगांसाठी डिझाइन केलेले.

आकृती 3 — वळलेली जोडी: 1 — बाह्य आवरण, 2 — फॉइल शील्ड, 3 — ड्रेन वायर, 4 — संरक्षक फिल्म, 5 — वळलेली जोडी

भौतिक स्तरावर, इथरनेट प्रोटोकॉल मायक्रोप्रोसेसर सिस्टम आणि हबमध्ये एम्बेड केलेल्या नेटवर्क कार्ड्सच्या स्वरूपात लागू केले जाते जे सिस्टमला एकमेकांशी जोडतात.

औद्योगिक नेटवर्क (Profinet, EtherNet/IP, EtherCAT, Ethernet Powerlink) इथरनेटच्या आधारावर तयार केले जातात, जे पूर्वी विकसित नेटवर्क Profibus, DeviceNet, CANopen इ.शी यशस्वीपणे स्पर्धा करतात.