Как называется обмен данными по шине

Информационная системная магистраль: что в себя включает, принципы

Содержание:

Материнская плата оснащается разнообразными типами шин. Северный мост обеспечивает работу процессора, графического адаптера и оперативной памяти, южный – нужен для их взаимодействия с периферийными устройствами. Всё оборудование подключается к основной магистрали ПК. Она позволяет оборудованию взаимодействовать между собой. Рассмотрим, что такое системная магистраль, какие шины входят в её состав. Ознакомимся с характеристиками устройства.

Системная шина или магистраль компьютера: что это такое, из чего состоит

Для перемещения информации недостаточно объединить устройства проводниками электрических сигналов. Их передача должна соответствовать определённым правилам – протоколу. Он определяет скорость передачи, приоритетность разных типов информации и задач, её адресацию, отвечает за целостность.

Шина оснащается разнообразными портами для подключения периферии.

Магистраль, соединяющая два устройства, называется портом.

Какие компоненты включает в себя системная шина

Последний вид шин подразделяют на локальные и стандартные.

Локальная шина – интерфейс для объединения быстродействующего оборудования (видеоадаптер, сетевая карта) с центральным процессором. Преимущественно это PCI-e.

Стандартная шина ввода/вывода – интерфейс для подсоединения к прочим шинам медленного оборудования: мышка, клавиатура, звуковое оборудование. Благодаря архитектуре, поддерживает параллельное подключение нескольких внешних устройств.

Системная магистраль построена по модульному принципу – это организация системы таким образом, что позволяет без затрат подключать к шине и отключать от неё модули, не оказывая отрицательного воздействия на компьютер. Модульный принцип даёт возможность заменять устаревшие и повреждённые комплектующие, расширять функциональность ПК за счёт добавления новых устройств: второй видеокарты, накопителей, планок оперативной памяти. Процессор сам организовывает и согласовывает их взаимодействие.

Логически системная магистраль представлена тремя уровнями.

Шина данных

Шина адреса

В большинстве старых ноутбуков и компьютеров с 32-битными процессорами используется 32-разрядная магистраль. Она позволяет адресовать 232 = 4 ГБ устройств. Здесь кроется ответ, почему старый компьютер распознавал только 3,25 ГБ оперативной памяти. Сначала процессор адресует критические системные компоненты, затем – видеопамять, периферийное оборудование, его контроллеры. На ОЗУ из более 4 миллиардов адресов остаётся 3,25 млрд. В современных ПК адресная шина 64-разрядная. Её адресного пространства хватит для 264 компонентов.

Шина управления

Характеристики

Стандарты

Тесты

Какая шина обеспечивает взаимодействие между различными устройствами компьютера:

Модульный принцип построения компьютерной техники позволяет пользователю:

  1. Быстро разбирать ПК для чистки пыли.
  2. Самостоятельно модернизировать его.
  3. Устанавливать очень старое оборудование в новые ПК.

Как называются правила, использующиеся для обмена данными по шине:

Источник

Как называются правила обмена данными по шине ответ

Помогите с тестом по информатике 10 класс!

Магистрально-модульная организация компьютера
1. Как называется группа линий связи для обмена данными между несколькими устройствами компьютера?
2. Как называется группа линий связи, по которой передаются служебные сигналы для организации обмена данными?
а) шина данных
б) шина адреса
в) шина управления
3. Как называются правила обмена данными по шине?
4. Как называется электронная схема для управления внешним устройством и простейшей предварительной обработки данных?
5. Отметьте все правильные утверждения о принципе открытой архитектуры.
а) описание параметров шины открыто для всех
б) все могут разрабатывать устройства, удовлетворяющие стандарту
в) в компьютере есть стандартные разъёмы для подключения устройств
г) любые новые устройства можно подключить к компьютеру
д) для каждого нового устройства нужно установить драйвер
6. Определите, о каком способе обмена данными с внешним устройством идет речь: «Достоинства: 1) простота; 2) не нужно дополнительное оборудование. Недостаток: большие потери времени работы процессора.»
а) программно управляемый ввод/вывод
б) обмен по прерываниям
в) прямой доступ к памяти
7. Определите, о каком способе обмена данными с внешним устройством идет речь: «Обмен данными происходит по запросу внешнего устройства, при этом процессор выполняет специальную подпрограмму».
а) программно управляемый ввод/вывод
б) обмен по прерываниям
в) прямой доступ к памяти
8. Определите, о каком способе обмена данными с внешним устройством идет речь: «Обмен данными запускается центральным процессором, а далее полностью управляется контроллером внешнего устройства».
а) программно управляемый ввод/вывод
б) обмен по прерываниям
в) прямой доступ к памяти
9. Как называется временная приостановка основной программы для обработки запроса от внешнего устройства?

Читайте также:  Шины 96q что это

Процессор
1. Какие блоки входят в состав процессора?
а) арифметико-логическое устройство
б) устройство управления
в) регистры
г) контроллеры
д) постоянное запоминающее устройство
2. Отметьте все функции арифметико-логического устройства (АЛУ).
а) выполнение вычислений
б) анализ результата
в) определение местоположения данных
г) расшифровка команд
д) загрузка данных в регистры
3. Отметьте все функции устройства управления (УУ).
а) выполнение вычислений
б) анализ результата
в) определение местоположения данных
г) расшифровка команд
д) загрузка данных в регистры
4. Что хранится в регистре состояния процессора?
а) свойства результата последней операции
б) температура процессора
в) результат последней операции
г) степень загруженности процессора
д) результат проверки памяти
5. Как называется элементарное действие, из которых состоит каждая машинная команда?
6. Как называется интервал между двумя соседними управляющими импульсами, поступающими в процессор?
7. Сколько бит помещается в регистр AX в процессорах семейства Intel?
8. Как называется характеристика процессора, которая определяет количество тактовых импульсов за 1 секунду?
9. Как называется характеристика процессора, определяющая максимальное количество двоичных разрядов, которые процессор способен обработать за одну команду.
10. Отметьте все правильные утверждения.
а) тактовая частота полностью определяет быстродействие процессора
б) разрядность процессора обычно определяют как размер регистров
в) при тактовой частоте 4 ГГц процессор выполняет 4 млрд микрокоманд в секунду
г) разрядность шины адреса определяет максимальный объём памяти
д) разрядности шины данных и шины адреса всегда совпадают
11. Выберите правильное окончание фразы «RISC-процессор — это процессор с . ».
а) сокращенным набором команд
б) полным набором команд
в) рискованным набором команд
г) изменённым набором команд
12. Как называются данные, необходимые для выполнения некоторой команды процессора?

Магистрально-модульная организация компьютера:

1) шина;
2) шина управления;
3) протокол;
4) контроллер;
5) абвд;
6) программно управляемый ввод/вывод;
7) обмен по прерываниям;
8) прямой доступ к памяти;
9) прерывание.

Источник

Шины и протоколы в промышленной автоматике: как всё это работает

Наверняка многие и вас знают или даже видели, каким образом управляются большие автоматизированные объекты, например, атомная станция или завод со множеством технологических линий: основное действо часто происходит в большой комнате, с кучей экранов, лампочек и пультов. Это комплекс управления обычно называется ГЩУ — главный щит управления для контроля за производственным объектом.

Наверняка вам было интересно, как всё это работает с точки зрения аппаратной и программной части, и какие там используются протоколы передачи данных. В этой статье мы разберемся, как различные данные попадают на ГЩУ, как подаются команды на оборудование, и что вообще нужно, чтобы управлять компрессорной станцией, установкой производства пропана, линией сборки автомобиля или даже канализационно-насосной установкой.

Нижний уровень или полевая шина — то, с чего всё начинается

Этот неясный для непосвященных набор слов используется, когда нужно описать средства общения устройств управления с подведомственным оборудованием, например, модулями ввода-вывода или измерительными устройствами.

Под устройствами управления мы подразумеваем ПЛК, т.е. программируемые логические контроллеры (англ. PLC), или ПКА, т.е. программируемые контроллеры автоматизации (англ. PAC). Между ПЛК и ПКА есть некоторые различия, однако, в рамках данной статьи они не существенны, поэтому для упрощения будем использовать общий термин «контроллер».

В русскоязычном сообществе асушников канал общения между контроллером и другими устройствами обычно называют «полевой шиной», потому что он отвечают за передачу данных, которые приходят с «поля».

«Поле» — это глубокий профессиональный термин, обозначающий тот факт, что некое оборудование (например, датчики или исполнительные механизмы), с которым взаимодействует контроллер, находятся где-то далеко-далеко, на улице, в полях, под покровом ночи. И неважно, что датчик может быть расположен в полуметре от контроллера и измерять, допустим, температуру в шкафу автоматики, все равно считается, что он находится «в поле». Чаще всего сигналы с датчиков, приходящие в модули ввода-вывода все-таки преодолевают расстояния от десятков до сотен метров (а иногда и больше), собирая информацию с удаленных площадок или оборудования. Собственно, поэтому шина обмена, по которой контроллер получает значения с этих самых датчиков, называется обычно полевой шиной или реже шиной нижнего уровня или промышленной шиной.

Тут следует отметить, что в Европе и США полевым уровнем считаются только сами устройства, расположенные «в поле», но не среда передачи данных. В российских реалиях термин «полевая шина» или «шина нижнего уровня», пожалуй, слегка размыт и обозначает способ передачи данных от модулей ввода-вывода к контроллеру и наоборот.


Общая схема автоматизации промышленного объекта

Итак, электрический сигнал от датчика проходит некое расстояние по кабельным линиям (чаще по обычному медному кабелю с некоторым количеством жил), к которым подсоединяются несколько датчиков. Затем сигнал попадает в модуль обработки (модуль ввода-вывода), там он преобразуется в понятный контроллеру цифровой язык. Далее этот сигнал по полевой шине попадает непосредственно в контроллер, где и обрабатывается уже окончательно. На основе таких сигналов и строится логика работы самого контроллера. Существует и обратный путь: от контроллера команда управления по полевой шине попадает в модуль вывода, где преобразуется из цифрового вида в аналоговый и поступает по кабельным линиям к исполнительным механизмам и различным устройствам (на схеме выше не указаны).

Читайте также:  Размер шин йети шкода 2012

Верхний уровень: от гирлянды до целой рабочей станции

Верхним уровнем называют все то, к чему может прикасаться обычный смертный оператор, который управляет технологическим процессом. В простейшем случае верхний уровень представляет собой набор лампочек и кнопочек. Лампочки сигнализируют оператору о неких происходящих событиях в системе, кнопочки служат для подачи команд контроллеру. Такую систему часто называют «гирлянда» или «ёлка», потому что выглядит очень похоже (как можно убедиться по фотографии в начале статьи).

Если оператору повезло больше, то в качестве верхнего уровня ему достанется панель оператора — некий плоскопанельный компьютер, который тем или иным образом получает данные для отображения от контроллера и выводит их на экран. Такая панель обычно монтируется на сам шкаф автоматики, поэтому взаимодействовать с ней приходится, как правило, стоя, что вызывает неудобства, плюс качество и размер изображения — если это малоформатная панелm — оставляет желать лучшего.

Ну и, наконец, аттракцион невиданной щедрости — рабочая станция (а то и несколько дублирующих), представляющая собой обычный персональный компьютер.

Для наглядного отображения информации на рабочих станциях и плоскопанельных компьютерах используют специализированное программное обеспечение — SCADA-системы. На человеческий язык SCADA переводится как система диспетчерского управления и сбора данных. Она включает в себя множество компонентов, таких как человеко-машинный интерфейс, визуализирующий технологические процессы, систему управления этими процессами, систему архивирования параметров и ведение журнала событий, систему управления тревогами и т.д. Всё это дает оператору полноценную картину происходящих на производстве процессов, а также возможность ими управлять и оперативно реагировать на отклонения от технологического процесса.

Оборудование верхнего уровня обязано взаимодействовать неким образом с контроллером (иначе зачем оно нужно?). Для такого взаимодействия используются протоколы верхнего уровня и некая технология передачи, например, Ethernet или UART. В случае с «ёлкой» таких изощрений, конечно, не нужно, лампочки зажигаются с использованием обычных физических линий, никаких мудреных интерфейсов и протоколов там нет.

В общем-то, этот верхний уровень менее интересен, нежели полевая шина, поскольку этого верхнего уровня может вообще не быть (из серии нечего там смотреть оператору, контроллер сам разберется, что и как нужно делать).

«Древние» протоколы передачи данных: Modbus и HART

Мало кто знает, но на седьмой день создания мира Бог не отдыхал, а создавал Modbus. Наравне с HART-протоколом, Modbus, пожалуй, самый старый промышленный протокол передачи данных, он появился аж в 1979 году.

В качестве среды для передачи изначально использовался последовательный интерфейс, затем Modbus реализовали поверх TCP/IP. Это синхронный протокол по схеме «мастер-слейв» (главный-подчиненный), в котором используется принцип «запрос-ответ». Протокол довольно тяжеловесный и медленный, скорость обмена зависит от характеристик приемника и передатчика, но обычно счет идет чуть ли не на сотни миллисекунд, особенно в реализации через последовательный интерфейс.

Более того, регистр передачи данных Modbus является 16-битным, что сразу же накладывает ограничения на передачу типов real и double. Они передаются либо по частям, либо с потерей точности. Хотя Modbus до сих пор повсеместно используется в случаях, когда не нужна высокая скорость обмена и потеря передаваемых данных не критична. Многие производители различных устройств любят расширять протокол Modbus своим исключительным и очень оригинальным образом, добавляя нестандартные функции. Поэтому данный протокол имеет множество мутаций и отклонений от нормы, но все же до сих пор успешно живет в современном мире.
Протокол HART тоже существует с восьмидесятых годов, это промышленный протокол обмена поверх двухпроводной линии токовой петли, в которую напрямую включаются датчики 4-20 мА и другие приборы с поддержкой протокола HART.

Для коммутации линий HART используются специальные устройства, так называемые HART-модемы. Также существуют преобразователи, которые на выходе предоставляют пользователю уже, допустим, протокол Modbus.

Примечателен HART, пожалуй, тем, что помимо аналоговых сигналов датчиков 4-20 мА в цепи передается и цифровой сигнал самого протокола, это позволяет соединить цифровую и аналоговую часть в одной кабельной линии. Современные HART-модемы могут подключаться в USB-порт контроллера, соединяться по Bluetooth, либо же старинным способом через последовательный порт. Десяток лет назад по аналогии с Wi-Fi появился и беспроводной стандарт WirelessHART, работающий в диапазоне ISM.

Второе поколение протоколов или не совсем промышленные шины ISA, PCI(e) и VME

На смену протоколам Modbus и HART пришли не совсем промышленные шины, такие как ISA (MicroPC, PC/104) или PCI/PCIe (CompactPCI, CompactPCI Serial, StacPC), а также VME.

Настала эра вычислителей, имеющих в своем распоряжении универсальную шину передачи данных, куда можно подключать различные платы (модули) для обработки некоего унифицированного сигнала. Как правило, в этом случае процессорный модуль (вычислитель) вставляется в так называемый каркас, который обеспечивает взаимодействие по шине с другими устройствами. Каркас, или, как его любят называть трушные автоматизаторы, «крейт», дополняется необходимыми платами ввода-вывода: аналоговыми, дискретными, интерфейсными и т.д., либо все это слепливается в виде бутерброда без каркаса — одна плата над другой. После чего это многообразие на шине (ISA, PCI, etc.) обменивается данными с процессорным модулем, который таким образом получает информацию с датчиков и реализовывает некую логику.

Читайте также:  Рейтинг шин низкого давления


Контроллер и модули ввода-вывода в каркасе PXI на шине PCI. Источник: National Instruments Corporation

Все бы ничего с этими шинами ISA, PCI(e) и VME, особенно для тех времен: и скорость обмена не огорчает, и расположены компоненты системы в едином каркасе, компактно и удобно, горячей замены плат ввода-вывода может и не быть, но пока еще и не очень хочется.

Но есть ложка дегтя, и не одна. Распределенную систему довольно сложно построить в такой конфигурации, шина обмена локальная, нужно что-то придумывать для обмена данными с другими подчиненными или равноправными узлами, тот же Modbus поверх TCP/IP или какой другой протокол, в общем, удобств маловато. Ну и вторая не очень приятная штука: платы ввода-вывода обычно ждут на вход какой-то унифицированный сигнал, и гальванической развязки с полевым оборудованием у них нет, поэтому нужно городить огород из различных модулей преобразования и промежуточной схемотехники, что сильно усложняет элементную базу.


Промежуточные модули преобразования сигнала с гальванической развязкой. Источник: DataForth Corporation

«А что с протоколом обмена по промышленной шине?» — спросите вы. А ничего. Нет его в такой реализации. По кабельным линиям сигнал попадает с датчиков на преобразователи сигналов, преобразователи выдают напряжение на дискретную или аналоговую плату ввода-вывода, а данные с платы уже читаются через порты ввода/вывода, средствами ОС. И никаких специализированных протоколов.

Как работают современные промышленные шины и протоколы

А что теперь? К сегодняшнему дню классическая идеология построения автоматизированных систем немного поменялась. Роль сыграли множество факторов, начиная с того, что автоматизировать тоже должно быть удобно, и заканчивая тенденцией на распределенные автоматизированные системы с удаленными друг от друга узлами.

Пожалуй, можно сказать, что основных концепций построения систем автоматизации на сегодняшний день две: локализованные и распределенные автоматизированные системы.

В случае с локализованными системами, где сбор данных и управление централизовано в одном конкретном месте, востребована концепция некоего набора модулей ввода-вывода, соединенных между собой общей быстрой шиной, включая контроллер со своим протоколом обмена. При этом, как правило, модули ввода-вывода включают в себя и преобразователь сигнала и гальваническую развязку (хотя, разумеется, не всегда). То есть конечному потребителю достаточно понять, какие типы датчиков и механизмов будут присутствовать в автоматизированной системе, сосчитать количество требуемых модулей ввода-вывода для разных типов сигналов и соединить их в одну общую линейку с контроллером. В этом случае, как правило, каждый производитель использует свой любимый протокол обмена между модулями ввода-вывода и контроллером, и вариантов тут может быть масса.

В случае распределенных систем справедливо все, что сказано в отношении локализованных систем, кроме этого, важно, чтобы отдельные компоненты, например, набор модулей ввода-вывода плюс устройство сбора и передачи информации — не очень умный контроллер, который стоит где-нибудь в будке в поле, рядом с краном, который перекрывает нефть, — могли взаимодействовать с такими же узлами и с главным контроллером на большом расстоянии с эффективной скоростью обмена.

Как разработчики выбирают протокол для своего проекта? Все современные протоколы обмена обеспечивают довольно высокое быстродействие, поэтому зачастую выбор того или иного производителя обусловлен не скоростью обмена по этой самой промышленной шине. Не так важна и реализация самого протокола, потому что, с точки зрения разработчика системы, это все равно будет черный ящик, который обеспечивает некую внутреннюю структуру обмена и не рассчитан на вмешательство извне. Чаще всего обращают внимание на практические характеристики: производительность вычислителя, удобство применения концепции производителя к поставленной задаче, наличие нужных типов модулей ввода-вывода, возможность горячей замены модулей без разрыва шины и т.д.

Популярные поставщики оборудования предлагают собственные реализации промышленных протоколов: например, всем известная компания Siemens разрабатывает свою серию протоколов Profinet и Profibus, компании B&R — протокол Powerlink, Rockwell Automation — протокол EtherNet/IP. Отечественное решение в этом списке примеров: версия протокола FBUS от российской компании Fastwel.

Есть и более универсальные решения, которые не привязаны к конкретному производителю, такие как EtherCAT и CAN. Мы подробно разберем эти протоколы в продолжении статьи и разберемся, какие из них лучше подходят для конкретных применений: автомобильной и аэрокосмической промышленности, производства электроники, систем позиционирования и робототехники. Оставайтесь на связи!

Источник

Поделиться с друзьями
Шинбург