Πώς αλληλεπιδρά ένα άτομο με έναν υπολογιστή, ένα smartphone και άλλη τεχνολογία επεξεργαστή; Η διεπαφή βοηθά τους απλούς χρήστες σε αυτό.

Μπορείτε συχνά να ακούσετε ή να διαβάσετε τις εκφράσεις: « καθαρή διεπαφή", "σύνθετη διεπαφή", κ.λπ. Ας καταλάβουμε την έννοια αυτής της λέξης και ας καταλάβουμε σε ποιες περιπτώσεις χρησιμοποιείται.

Λέξη "διεπαφή"δανείστηκε από Στα Αγγλικά, όπου κυριολεκτικά σημαίνει "ανάμεσα σε πρόσωπα", δηλ. χρησιμοποιείται με τις έννοιες: «αλληλεπίδραση, διαχωρισμός, εμφάνιση" Στη σύγχρονη σφαίρα πληροφορικής, ονομάζεται διεπαφή ενοποιημένα συστήματασυνδέσεις που διασφαλίζουν την ανταλλαγή πληροφοριών μεταξύ διαφορετικών αντικειμένων.

Αυτή η έννοια χρησιμοποιείται συχνότερα στην τεχνολογία των υπολογιστών, αλλά χρησιμοποιείται συχνά σε άλλους τεχνικούς τομείς, καθώς και στη μηχανική ψυχολογία, όπου σημαίνει διάφορες μεθόδους επικοινωνίας μεταξύ ανθρώπου και μηχανής.

Η διεπαφή είναι ένα σύστημα επικοινωνίας μεταξύ διαφόρων κόμβων και μπλοκ σύνθετου εξοπλισμού, καθώς και μεταξύ του εξοπλισμού και του χρήστη. Εκφράζεται σε λογικά (συστήματα παρουσίασης πληροφοριών) και φυσική (χαρακτηριστικά πληροφοριακά σήματα) μορφή.

Έτσι, λογικά, οι διεπαφές υπολογιστών είναι πολύπλοκες μαθηματικά συστήματα, που βασίζεται στις έννοιες της άλγεβρας Boole, και φυσικά είναι μια συλλογή από τσιπ και άλλα ηλεκτρονικά μέρη, χάλκινα καλώδια και παλμούς ηλεκτρικού ρεύματος.


Γενικά, η διεπαφή του υπολογιστή διασφαλίζει τη λειτουργία του υπολογιστή - επικοινωνία μεταξύ του επεξεργαστή και ΕΜΒΟΛΟ, συσκευές εκτύπωσης κ.λπ., καθώς και η ανταλλαγή πληροφοριών με άλλους υπολογιστές (στο Διαδίκτυο) και με ανθρώπους.

Σε γενικές γραμμές, χωρίς διεπαφή, η λειτουργία των υπολογιστικών συσκευών είναι απλά αδύνατη. Σήμερα στην τεχνολογία των υπολογιστών χρησιμοποιούν διαφορετικά είδηδιεπαφές που απαιτούνται για επαγγελματική δουλειάπρογραμματιστή και για χρήση απλοί άνθρωποιΥπολογιστές.

Η γραφική διεπαφή είναι ένας τύπος διεπαφής χρήστη υπολογιστή που χρησιμοποιεί γράμματα και αριθμούς αντί για γράμματα και αριθμούς. γραφικές εικόνες– εικονίδια, κουμπιά κ.λπ. Για παράδειγμα, η επιφάνεια εργασίας του λειτουργικού συστήματος Windows αποτελείται από στοιχεία μιας γραφικής διεπαφής που σας επιτρέπει να εκκινείτε προγράμματα με ένα απλό κλικ του ποντικιού.

Σε σύγκριση με την εισαγωγή εντολών μέσω γραμμή εντολών GUIπολύ πιο απλά και σαφέστερα, και συχνά δεν απαιτούν ΕΞΕΙΔΙΚΕΥΜΕΝΕΣ ΓΝΩΣΕΙΣ. Συχνά περιγράφεται ως φιλικός και διαισθητικός.

Ένα σημαντικό μειονέκτημα μιας γραφικής διεπαφής είναι η μεγάλη ποσότητα μνήμης που απαιτείται για την αναπαράσταση εντολών υπολογιστή σε γραφικά. Σε προσωρινή συστήματα υπολογιστώναυτό το μειονέκτημα ξεπερνιέται επιτυχώς, καθώς η χωρητικότητα μνήμης τους αυξάνεται κατά μια τάξη μεγέθους κάθε λίγα χρόνια.


Ωστόσο, κάθε χρόνο η γραφική διεπαφή γίνεται πιο περίπλοκη: γίνεται τρισδιάστατη, παίρνει νέες μορφές και μεθόδους έκφρασης και γίνεται όλο και πιο βολική και εντυπωσιακή στην εμφάνιση.

Ένα σύνολο στοιχείων ελέγχου προγράμματος με τα οποία εκτελεί ο χρήστης διάφορες δράσεις, ονομάζεται διεπαφή προγράμματος. Ομιλία με απλά λόγια, η διεπαφή προγράμματος είναι εκείνα τα κουμπιά και τα παράθυρα που χρησιμοποιείτε για να διασφαλίσετε ότι το πρόγραμμα εκτελεί τις ενέργειες που χρειάζεστε.

Έτσι, όταν θέλετε να παρακολουθήσετε μια ταινία, καλείτε το πρόγραμμα αναπαραγωγής πολυμέσων και χρησιμοποιείτε μια ειδική γραμμή για να το υποδείξετε απαιτούμενο αρχείοκαι ξεκινήστε την προβολή πατώντας ένα κουμπί στην οθόνη. Εάν χρειάζεται να αλλάξετε την ένταση του ήχου, να διακόψετε την εκπομπή ή να ενεργοποιήσετε τους υπότιτλους, χρησιμοποιείτε τη διεπαφή του media player για να το κάνετε αυτό - κουμπιά, ρυθμιστικά και παράθυρα ειδικά σχεδιασμένα για έλεγχο.

Η διεπαφή του παιχνιδιού είναι η δυνατότητα ελέγχου ενός χαρακτήρα, αλληλεπίδρασης μεταξύ τους, επικοινωνίας μεταξύ παικτών κ.λπ. Σχεδόν όλα τα παιχνίδια έχουν μια πολύπλοκη διεπαφή που σας επιτρέπει να ελέγχετε χαρακτήρες χρησιμοποιώντας με διάφορους τρόπους- με ένα ποντίκι, εικονικά κουμπιάστην οθόνη κ.λπ.


Οι κύριες ενέργειες των χαρακτήρων του παιχνιδιού υλοποιούνται χρησιμοποιώντας τυπικές μεθόδους, το ίδιο για όλα τα παιχνίδια. Συχνά ο παίκτης μπορεί να αλλάξει τις ρυθμίσεις διεπαφής έτσι ώστε να είναι πιο βολικό και οικείο σε αυτόν. Ταυτόχρονα χρησιμοποιώντας οθόνες αφήςΈχουν επίσης εμφανιστεί νέες μέθοδοι ελέγχου χρησιμοποιώντας κινήσεις των δακτύλων.

Η λέξη διεπαφή μπορεί να έχει πολλούς ορισμούς, αλλά ο κύριος ορισμός βρίσκεται στην περιοχή του εξοπλισμός υπολογιστών. Η διεπαφή εδώ σημαίνει ένα μέσο που βοηθά τον χρήστη να αλληλεπιδρά με παιχνίδια, προγράμματα ή λειτουργικά συστήματα. Αυτό το εργαλείο κάνει τα προγράμματα αναγνωρίσιμα και διευκολύνει την εργασία μαζί τους. Για παράδειγμα, μπορείτε να πάρετε τη διεπαφή Προγράμματα ζωγραφικής. Εάν ένα άτομο ξέρει πώς να δουλεύει με αυτό, τότε θα μπορεί να συνεργαστεί με άλλα προγράμματα που έχουν παρόμοια διεπαφή.

Ο όρος μπορεί να εξηγηθεί με άλλα λόγια, ως συλλογή διαφορετικά μέσα, με τη βοήθεια του οποίου ένα άτομο ελέγχει τεχνολογία υπολογιστών. Τα κύρια καθήκοντα της διεπαφής είναι η εισαγωγή και η έξοδος πληροφοριών. Επιπλέον, βοηθά στη διαχείριση λογισμικό, ανταλλαγή δεδομένων και διεξαγωγή εργασιών ομάδας. Αυτές οι λειτουργίες πραγματοποιούνται χρησιμοποιώντας εξωτερικά μέσαπληροφορίες.

Πώς μπορεί να χαρακτηριστεί μια διεπαφή; πίσω πάνελυπολογιστή. Αυτό οφείλεται στη δυνατότητα σύνδεσης σε αυτό διαφορετικές συσκευέςχρησιμοποιώντας εισόδους. Οι πίνακες ελέγχου που βρίσκονται στο πλυντήριαή στα αυτοκίνητα είναι επίσης μια διεπαφή.

Η ίδια η λέξη "interface" είναι δανεισμένη από τα αγγλικά. Η κυριολεκτική του μετάφραση σημαίνει αλληλεπίδραση μεταξύ προσώπων, με την ίδια έννοια που χρησιμοποιείται. Στις σύγχρονες τεχνολογίες, μια διεπαφή είναι μια μοναδική σύνδεση συστήματος που παρέχει μεταφορά πληροφοριών μεταξύ δύο ή περισσότερων αντικειμένων. Αν και αυτή η έννοιαχρησιμοποιείται συχνότερα σε τεχνολογίες υπολογιστών, είναι επίσης παρούσα σε άλλους τομείς της επιστήμης και της τεχνολογίας. Για παράδειγμα, στην ψυχολογία της μηχανικής, μια διεπαφή ονομάζεται επικοινωνία μεταξύ μηχανών και ανθρώπων.

Η ανάγκη για διεπαφές

Ας φανταστούμε ότι ο πολύπλοκος εξοπλισμός αποτελείται από συνδέσμους, μπλοκ και άλλους διάφορους κόμβους. Ο εξοπλισμός συνδέεται επίσης με τον ίδιο τον χρήστη. Τελευταία σύνδεσηπρέπει να εκφράζεται σε λογική μορφή. Είναι ένα σύστημα που παρέχει πληροφορίες και επίσης χαρακτηρίζει σήματα. Διεπαφές υπολογιστήλογικά μπορεί να θεωρηθεί ως συστήματα που δημιουργούνται με βάση τα μαθηματικά. Δηλαδή, μαθηματικά, πρόκειται για συστήματα εννοιών της άλγεβρας Boole. Φυσικά, μπορεί να αναπαρασταθεί ως μια συλλογή από τσιπ, ηλεκτρονικά εξαρτήματα, καλωδιώσεις και άλλα μέρη που ανταλλάσσουν παλμούς ρεύματος μεταξύ τους.

Με τη βοήθεια της διεπαφής, ο υπολογιστής μπορεί γενικά να λειτουργήσει. Παρέχει επικοινωνία μεταξύ του επεξεργαστή και της μνήμης RAM, των συσκευών εκτύπωσης, καθώς και με την κάρτα βίντεο. Επιπλέον, χρησιμοποιώντας τη διεπαφή μπορείτε να εργαστείτε στο Διαδίκτυο, να επικοινωνήσετε με άλλες συσκευές και με άλλους χρήστες.

Είναι πιο εύκολο να το πεις, χωρίς αυτού του προϊόντοςΔουλειά τεχνολογία υπολογιστώνδεν μπορεί να ολοκληρωθεί. Στην τεχνολογία υπολογιστών σήμερα χρησιμοποιούν ΔΙΑΦΟΡΕΤΙΚΟΙ ΤΥΠΟΙδιεπαφές που χρειάζεται ένας προγραμματιστής για να δουλέψει, είναι επίσης απαραίτητες απλούς χρήστεςΗ/Υ.

Διεπαφή προγράμματος

Η διεπαφή προγράμματος αναφέρεται στα διάφορα μέρη που μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τον έλεγχο του προγράμματος. Στο πρόγραμμα, η διεπαφή μοιάζει με παράθυρα και κουμπιά που χρησιμοποιούνται έτσι ώστε το πρόγραμμα να μπορεί να εκτελέσει τις ενέργειες που περιμένετε από αυτό.

Ακολουθεί ένα απλό παράδειγμα για το πώς να το χρησιμοποιήσετε: προγράμματα υπολογιστή. Για να παρακολουθήσετε μια ταινία, πρέπει να χρησιμοποιήσετε ένα πρόγραμμα όπως ένα πρόγραμμα αναπαραγωγής βίντεο. Το πρόγραμμα εκτελεί τη γραμμή που αντιπροσωπεύει την ταινία, μετά την οποία εμφανίζεται στην οθόνη. Το πρόγραμμα προβολής ταινιών έχει επίσης τη δική του διεπαφή, η οποία χρησιμοποιείται για τη διαχείριση. Έτσι, χρησιμοποιώντας τα κουμπιά που υπάρχουν στη συσκευή αναπαραγωγής, μπορείτε να κάνετε τον ήχο πιο δυνατό ή πιο ήσυχο, να διακόψετε την ταινία ή να εκτελέσετε άλλες απαραίτητες ενέργειες.

GUI

Η γραφική διεπαφή είναι διεπαφή χρήστη, το οποίο χρησιμοποιεί εικόνες αντί για αριθμούς. Οι εικόνες σε αυτό αντικαθιστούν επίσης γράμματα, αυτά είναι κουμπιά ή εικονίδια. Ένα εντυπωσιακό παράδειγμα γραφικής διεπαφής είναι η επιφάνεια εργασίας των Windows. Η δουλειά αυτής της διεπαφής είναι να κάνει το πρόγραμμα να λειτουργεί χρησιμοποιώντας κλικ.

Σε σύγκριση με την είσοδο και την έξοδο μέσω της γραμμής εντολών, το GUI είναι απλό και απλό. Δεν είναι συχνά ότι χρειάζεστε εξειδικευμένες γνώσεις υπολογιστών για να χρησιμοποιήσετε ένα GUI. Η γραφική διεπαφή είναι συχνά διαισθητική και ονομάζεται επίσης φιλική προς το χρήστη.

Η γραφική διεπαφή έχει επίσης τα μειονεκτήματά της, το κύριο από τα οποία είναι η μεγάλη ποσότητα μνήμης που απαιτείται για την οπτικοποίηση του προγράμματος σε γραφική μορφή. Αλλά σύγχρονα προγράμματααυτό το μειονέκτημα ξεπεράστηκε γιατί η μνήμη σύγχρονους υπολογιστέςαυξάνεται με κάθε νέα κυκλοφορία. Αλλά την ίδια στιγμή, η ίδια η διεπαφή γίνεται πιο περίπλοκη τώρα περισσότερη μνήμη, αλλά γίνονται πιο βολικά και αποτελεσματικά.

Όσον αφορά τα παιχνίδια, διαθέτουν επίσης γραφική διεπαφή, ώστε ο χρήστης να μπορεί να αλληλεπιδρά με τον υπολογιστή ενώ παίζει. Επιτρέπει επίσης στους χρήστες να επικοινωνούν μεταξύ τους. Σχεδόν όλα τα παιχνίδια έχουν μια πολύπλοκη διεπαφή που σας επιτρέπει να ελέγχετε το παιχνίδι χρησιμοποιώντας κουμπιά και το ποντίκι.

Οι ενέργειες των χαρακτήρων του παιχνιδιού παρέχονται από τις ενέργειες του χρήστη και οι μέθοδοι για την υλοποίησή τους είναι τυπικές για όλα σχεδόν τα παιχνίδια. Συχνά δίνεται η ευκαιρία στον χρήστη να αλλάξει τις ρυθμίσεις της διεπαφής για να είναι πιο βολικό για αυτόν να παίζει. Τώρα έχουν εμφανιστεί νέες επιλογές ελέγχου, επομένως, όταν δημιουργείτε οθόνες αφής, μπορείτε να ελέγχετε το παιχνίδι αγγίζοντας τα δάχτυλά σας.

Τύποι διεπαφής

Εκτός από το γεγονός ότι υπάρχουν gaming, λογισμικό και γραφικές διεπαφές, υπάρχουν και οι ακόλουθοι τύποι διεπαφής:

• εξωτερικός;
• εσωτερικό.

Η εσωτερική διεπαφή αντιπροσωπεύει μεθόδους και ιδιότητες στις οποίες προσπελάζονται με άλλα μέσα αυτού του αντικειμένου. Ονομάζονται και ιδιωτικά.

Η εξωτερική διεπαφή αναφέρεται στις μεθόδους και τις ιδιότητες που είναι εξωτερικά προσβάσιμες στους χρήστες. Τέτοιες μέθοδοι ονομάζονται δημόσιες. Αυτοί οι τύποι φαίνονται καθαρά, λαμβάνοντας ως παράδειγμα μια καφετιέρα. Μέσα στην καφετιέρα κρύβεται ένας λέβητας, ένα στοιχείο που θερμαίνει, μια θερμική ασφάλεια κ.λπ. Όλα αυτά μπορούν να ονομαστούν εσωτερική διεπαφή. Τα μέρη που το αποτελούν διασφαλίζουν τη λειτουργικότητα της συσκευής. Για να γίνει αυτό, αλληλεπιδρούν μεταξύ τους. Για παράδειγμα, για τη λειτουργία μιας καφετιέρας, το θερμαντικό στοιχείο της συνδέεται με ένα λέβητα.

Είναι δύσκολο να φτάσετε στην εσωτερική διασύνδεση της καφετιέρας, είναι κλειστή από το χρήστη με ένα πλαστικό περίβλημα. Οι λεπτομέρειες της συσκευής είναι κρυφές και ο χρήστης έχει πρόσβαση μόνο μπροστινό μέρος. Όταν αγοράζεται μια καφετιέρα, μόνο η εξωτερική διεπαφή είναι διαθέσιμη στον χρήστη. Δεν είναι καθόλου απαραίτητο να γνωρίζετε για την εσωτερική διεπαφή για να χρησιμοποιήσετε τη συσκευή, χρειάζεστε μόνο την εξωτερική της διεπαφή.

Τα ίδια παραδείγματα ισχύουν και για άλλες οικιακές συσκευές, για παράδειγμα, πλυντήριο, τηλεόραση και άλλα. Ο υπολογιστής έχει επίσης μια εσωτερική διεπαφή, δεν είναι προσβάσιμη στον χρήστη, αλλά εάν η συσκευή χαλάσει, είναι απαραίτητο να αλληλεπιδράσει μαζί της.

Έτσι, η διεπαφή χαρακτηρίζεται ως ένα μέσο με το οποίο είναι δυνατή η αλληλεπίδραση με τους υπολογιστές, ο έλεγχος οικιακές συσκευέςκαι ούτω καθεξής. Μπορεί να είναι εξωτερικό και εσωτερικό. Μόνο η εξωτερική διεπαφή συσκευών και μηχανών είναι διαθέσιμη στον χρήστη.

Σειριακή διεπαφή RS-232

Μια ευρέως χρησιμοποιούμενη σειριακή διεπαφή για σύγχρονη και ασύγχρονη μεταφορά δεδομένων, που ορίζεται από το πρότυπο EIA RS-232-C και τις συστάσεις V.24 CCITT. Αρχικά δημιουργήθηκε για να συνδέσει έναν υπολογιστή με ένα τερματικό. Επί του παρόντος χρησιμοποιείται σε μεγάλη ποικιλία εφαρμογών.

Η διεπαφή RS-232-C συνδέει δύο συσκευές. Η γραμμή μετάδοσης της πρώτης συσκευής συνδέεται με τη γραμμή λήψης της δεύτερης και αντίστροφα ( full duplex) Για τον έλεγχο των συνδεδεμένων συσκευών, χρησιμοποιείται επιβεβαίωση λογισμικού (με την εισαγωγή κατάλληλων χαρακτήρων ελέγχου στη ροή δεδομένων που μεταδίδονται). Είναι δυνατή η οργάνωση της επιβεβαίωσης υλικού οργανώνοντας πρόσθετες γραμμές RS-232 για την παροχή λειτουργιών προσδιορισμού κατάστασης και ελέγχου.

Η σειρά ανταλλαγής μέσω της διεπαφής RS-232C

Η διεπαφή RS-232C έχει σχεδιαστεί για τη σύνδεση τυπικών εξωτερικών συσκευών (εκτυπωτή, σαρωτή, μόντεμ, ποντίκι κ.λπ.) σε υπολογιστή, καθώς και για σύνδεση υπολογιστών μεταξύ τους. Τα κύρια πλεονεκτήματα της χρήσης του RS-232C έναντι του Centronics είναι η δυνατότητα σημαντικής μετάδοσης μεγάλες αποστάσειςκαι πολύ πιο απλό καλώδιο σύνδεσης. Ταυτόχρονα, η συνεργασία με αυτό είναι κάπως πιο δύσκολη. Τα δεδομένα στο RS-232C μεταδίδονται σε σειριακό κώδικα, byte-byte. Κάθε byte περιβάλλεται από μπιτ έναρξης και διακοπής. Τα δεδομένα μπορούν να μεταδοθούν προς τη μία ή την άλλη κατεύθυνση (λειτουργία διπλής όψης).

Ο υπολογιστής διαθέτει υποδοχή RS-232C 25 ακίδων (DB25P) ή 9 ακίδων (DB9P). Οι αντιστοιχίσεις των ακροδεκτών σύνδεσης φαίνονται στον πίνακα.

Ο σκοπός των σημάτων είναι ο εξής.

FG - προστατευτική γείωση (οθόνη).

TxD - δεδομένα, μεταδίδεται μέσω υπολογιστήσε διαδοχικό κώδικα (αρνητική λογική).

RxD - δεδομένα που λαμβάνονται από τον υπολογιστή σε σειριακό κώδικα (αρνητική λογική).

RTS - σήμα αιτήματος μετάδοσης. Ενεργό καθ' όλη τη διάρκεια της μετάδοσης.

Το CTS είναι ένα σήμα επαναφοράς (καθαρό) για μετάδοση. Ενεργό καθ' όλη τη διάρκεια της μετάδοσης. Υποδεικνύει ότι ο δέκτης είναι έτοιμος.

DSR - ετοιμότητα δεδομένων. Χρησιμοποιείται για τη ρύθμιση της λειτουργίας μόντεμ. SG - γείωση σήματος, ουδέτερο καλώδιο.

DCD - ανίχνευση φορέα δεδομένων (ανίχνευση του ληφθέντος σήματος - ετοιμότητα δεδομένων εξόδου).

RI - ένδειξη κλήσης. Υποδεικνύει ότι το μόντεμ λαμβάνει σήμα κλήσης μέσω του τηλεφωνικού δικτύου.

Οι πιο συχνά χρησιμοποιούμενες είναι οι συνδέσεις τριών ή τεσσάρων συρμάτων (για αμφίδρομη μετάδοση). Το διάγραμμα σύνδεσης για μια γραμμή επικοινωνίας τεσσάρων καλωδίων φαίνεται στο Σχήμα 1.

Για μια γραμμή επικοινωνίας δύο καλωδίων στην περίπτωση μόνο μετάδοσης από υπολογιστή σε εξωτερική συσκευήΧρησιμοποιούνται σήματα SG και TxD. Και τα 10 σήματα διασύνδεσης ενεργοποιούνται μόνο όταν συνδέετε έναν υπολογιστή σε ένα μόντεμ.

Η μορφή των μεταδιδόμενων δεδομένων φαίνεται στο Σχήμα 2. Τα ίδια τα δεδομένα (5, 6, 7 ή 8 bit) συνοδεύονται από ένα bit έναρξης, ένα bit ισοτιμίας και ένα ή δύο bit τερματισμού. Έχοντας λάβει λίγο έναρξη, ο δέκτης επιλέγει bits δεδομένων από τη γραμμή σε συγκεκριμένα χρονικά διαστήματα. Είναι πολύ σημαντικό αυτό ταχύτητες ρολογιούο δέκτης και ο πομπός ήταν πανομοιότυποι, η επιτρεπόμενη απόκλιση δεν ήταν μεγαλύτερη από 10%). Η ταχύτητα μετάδοσης RS-232C μπορεί να επιλεγεί από το ακόλουθο εύρος: 110, 150, 300, 600, 1200, 2400, 4800, 9600, 19200, 38400, 57600, 115200 bps.

Εικ.1. Διάγραμμα γραμμής επικοινωνίας 4 συρμάτων για RS-232C

Όλα τα σήματα RS-232C μεταδίδονται σε ειδικά επιλεγμένα επίπεδα, εξασφαλίζοντας υψηλή θόρυβο στην επικοινωνία (Εικ. 1.). Σημειώστε ότι τα δεδομένα μεταδίδονται σε αντίστροφο κώδικα (μια λογική μονάδα αντιστοιχεί σε χαμηλό επίπεδο, λογικό μηδέν - υψηλό επίπεδο).

Για τη σύνδεση μιας αυθαίρετης συσκευής σε έναν υπολογιστή μέσω RS-232C, χρησιμοποιείται συνήθως μια γραμμή επικοινωνίας τριών ή τεσσάρων καλωδίων (βλ. Εικ. 1), αλλά μπορούν επίσης να χρησιμοποιηθούν και άλλα σήματα διασύνδεσης.

Εικ.2. Μορφή δεδομένων RS-232C

Η ανταλλαγή μέσω RS-232C πραγματοποιείται χρησιμοποιώντας κλήσεις σε ειδικά αποκλειστικές θύρες COM1 (διευθύνσεις 3F8h...3FFh, διακοπή IRQ4), COM2 (διευθύνσεις

2F8h...2FFh, διακοπή IRQ3), COM3 (διευθύνσεις 3F8h...3EFh, IRQ10 interrupt), COM4 (διευθύνσεις 2E8h...2EFh, IRQ11 interrupt). Οι μορφές για κλήσεις σε αυτές τις διευθύνσεις μπορούν να βρεθούν σε πολλές περιγραφές τσιπ ελεγκτών σειριακής επικοινωνίας

UART (Universal Asynchronous Receiver/Transmitter), για παράδειγμα, i8250, KR580ВВ51.

Γενικά, όμως, αυτή η έννοια έχει πολλούς ορισμούς βασικόςΑυτό ισχύει ειδικά για υπολογιστές και παρόμοιο εξοπλισμό. Σε αυτήν την περίπτωση, κάτω από τη διεπαφή υπονοείταιένα εργαλείο που επιτρέπει στον χρήστη να διαχειρίζονται διάφορα προγράμματα, παιχνίδια ή λειτουργικό σύστημα. Κάνει την εργασία μαζί τους πολύ πιο εύκολη.

Διαφορετικά, αυτό είναι ολότηταδιάφορα είδη μέσων μέσω των οποίων παράγεται έλεγχοςτεχνολογία υπολογιστών από τον άνθρωπο. Τα καθήκοντά του περιλαμβάνουν την εισαγωγή πληροφοριών και την έξοδο τους. Παρεμπιπτόντως, το πίσω πλαίσιο του υπολογιστή μπορεί επίσης να είναι χαρακτηρίζω, σαν διεπαφή. Αυτό εξηγείται από το γεγονός ότι έχει διάφορες εισόδους όπου μπορείτε να συνδέσετε μια ποικιλία συσκευών. Για παράδειγμα, τα πλυντήρια ρούχων ή τα αυτοκίνητα έχουν ειδικούς πίνακες ελέγχου, και έτσι θεωρούνται επίσης διεπαφή.

Καθόλου δεδομένη λέξηελήφθη από τα αγγλικά. Αν προσέξεις την ακριβή του μετάφραση σημαίνει αλληλεπίδραση μεταξύ προσώπων, και χρησιμοποιείται, παρεμπιπτόντως, με την ίδια έννοια. Σχετικά σύγχρονες τεχνολογίες, διεπαφή - συνδέσεις συστήματος, χάρη στο οποίο ανταλλάσσονται πληροφορίες μεταξύ αντικειμένων. Αν και αυτή η έννοια χρησιμοποιείται συχνότερα στην τεχνολογία των υπολογιστών, συναντάται επίσης και σε άλλους τομείς της επιστήμης και της τεχνολογίας.

Γιατί χρειάζεται μια διεπαφή;

Λειτουργεί ως ένα είδος συστήματος επικοινωνίας μεταξύ διαφορετικά μπλοκεξοπλισμό, καθώς και την τεχνολογία και τον χρήστη. Μπορεί να εκφραστεί ως λογικός, Έτσι φυσικόςμορφή. Λογικά- Αυτό πολύπλοκους αλγόριθμους, τα οποία βασίζονται σε Άλγεβρα Boole, ΕΝΑ φυσικώςΠρόκειται για διάφορα τσιπ, εξαρτήματα, καλώδια κ.λπ., διασυνδεδεμένα.

Σε γενικές γραμμές, η διεπαφή του υπολογιστή του επιτρέπει λειτουργία, παρέχοντας σύνδεσημε RAM, προσαρμογέα βίντεο, καθώς και ανταλλαγή πληροφοριών με άλλους υπολογιστές και ανθρώπους. Στην πραγματικότητα, χωρίς αυτό καθόλου αδύνατολειτουργία υπολογιστικών συσκευών. Σήμερα, η τεχνολογία χρησιμοποιεί πολλές διαφορετικές διεπαφές που είναι απλώς απαραίτητες για την εργασία ενός προγραμματιστή ή τη χρήση ενός υπολογιστή από απλούς χρήστες.

Η διεπαφή είναι ένα μέσο που επιτρέπει σε ένα άτομο αλληλεπιδρώμε μηχανήματα, έλεγχος διαφόρων ειδών συσκευών κ.λπ. Εκείνος υπάρχει εξωτερικόςΚαι εσωτερικό. Μόνο ένα είναι προσβάσιμο στον χρήστη - το εξωτερικό, το εσωτερικό είναι κλειστό και βρίσκεται μέσα σε αυτά τα μηχανήματα. Η αλληλεπίδραση με αυτό συμβαίνει μόνο όταν η συσκευή χαλάσει.

Υπάρχουν πολλά πρότυπα RS-232, τα οποία διακρίνονται από το γράμμα στο επίθημα: RS-232C. RS-232D. RS-232E, κ.λπ. Δεν έχει νόημα να εξετάσουμε τις διαφορές μεταξύ τους - είναι μόνο σταθερές βελτιώσεις και λεπτομέρειες τεχνικά χαρακτηριστικάτην ίδια συσκευή. Ολα σύγχρονα λιμάνιαυποστηρίζει τις προδιαγραφές RS-232D ή RS-232E. Οποιαδήποτε θύρα με διασύνδεση RS-232 (συμπεριλαμβανομένης της θύρας COM PC) περιλαμβάνει έναν καθολικό ασύγχρονο πομποδέκτη (Universal Asynchronous Receiver-Transmitter. UART), γι' αυτό ονομάζεται "καθολική" επειδή είναι το ίδιο για όλες αυτές τις διεπαφές (εκτός RS -232, αυτά είναι RS-485 και RS-422 1). Το RS-232 περιλαμβάνει επίσης ένα κύκλωμα μετατροπής λογικού επιπέδου UART (αυτά είναι συνηθισμένα λογικά επίπεδα 0^5 ή 0+3,3 V) σε επίπεδα RS-232, όπου τα bits μεταδίδονται από διπολικά επίπεδα τάσης, επιπλέον, ανεστραμμένα σε σχέση με το IJART. Το UART έχει θετική λογική, όπου η λογική 1 είναι υψηλό επίπεδο (+3 ή +5 V), ενώ το RS-232 έχει το αντίθετο, η λογική I είναι αρνητικό επίπεδο από -3 έως -12 V και η λογική 0 είναι θετικό επίπεδο από +3 έως +12 V.

Η ίδια η ιδέα της μετάδοσης μέσω αυτής της διεπαφής είναι η μετάδοση ενός ολόκληρου byte μέσω ενός καλωδίου σε μια σειρά διαδοχικών παλμών, καθένας από τους οποίους μπορεί να είναι 0 ή 1. Εάν σε ορισμένα χρονικά σημεία διαβάζετε την κατάσταση της γραμμής, μπορεί να το επαναφέρει. τι στάλθηκε. Ωστόσο, αυτή η απλή ιδέα συναντά ορισμένες δυσκολίες. Για έναν δέκτη και έναν πομπό που συνδέονται με τρία καλώδια (γείωση και δύο καλώδια σήματος εκεί και πίσω), είναι απαραίτητο να ρυθμίσετε την ταχύτητα μετάδοσης και λήψης, η οποία πρέπει να είναι η ίδια για συσκευές και στα δύο άκρα της γραμμής. Αυτές οι ταχύτητες είναι τυποποιημένες και επιλέγονται από το εύρος 1200, 2400. 4800, 9600. 14 400, 19 200. 28 800, 38 400, 56 000, 57 600, 115 280, 6002 πιο αργά ταχύτητες) 2 . Αυτός ο αριθμός υποδεικνύει τον αριθμό των bit που εκπέμπονται/λαμβάνονται ανά δευτερόλεπτο (baud). Το πρόβλημα είναι ότι ο δέκτης και ο πομπός είναι πλήρως φυσικά διαφορετικά συστήματα, και αυτές οι ταχύτητες για αυτούς δεν μπορούν να είναι αυστηρά ίδιες κατ 'αρχήν (λόγω της διάδοσης των παραμέτρων των γεννητριών ρολογιού) και ακόμη κι αν συγχρονιστούν με κάποιο φανταστικό τρόπο στην αρχή, θα "διασπαστούν" γρήγορα σε οποιοδήποτε υπόθεση. Επομένως, μια τέτοια μετάδοση συνοδεύεται πάντα από ένα αρχικό bit (έναρξη), το οποίο χρησιμεύει για συγχρονισμό. Μετά από αυτό, έρχονται οκτώ (ή εννέα - εάν χρησιμοποιείται έλεγχος ισοτιμίας) bit πληροφοριών και μετά bit stop, από τα οποία μπορεί να υπάρχουν ένα, δύο ή περισσότερα, αλλά αυτό δεν έχει πλέον θεμελιώδη σημασία - θα δούμε τώρα γιατί.

Ένα γενικό διάγραμμα της μετάδοσης τέτοιων αλληλουχιών φαίνεται στο Σχ. GIL. Το κόλπο είναι ότι οι καταστάσεις γραμμής μετάδοσης, που ονομάζονται bits έναρξης και πίνακα, έχουν διαφορετικά επίπεδα. Σε αυτήν την περίπτωση, το bit εκκίνησης μεταδίδεται από ένα θετικό επίπεδο τάσης (λογικό μηδέν) και το bit πίνακα από ένα αρνητικό επίπεδο (λογικό) 3, σύμφωνα με

Η συνήθης μορφή δεδομένων, στην οποία λειτουργεί η μερίδα του λέοντος όλων των συσκευών, ορίζεται ως 8nl, η οποία έχει ως εξής: 8 bit πληροφοριών, χωρίς ισοτιμία,

Επομένως, η άκρη του bit έναρξης αναγνωρίζεται πάντα καθαρά. Αυτή τη στιγμή πραγματοποιείται συγχρονισμός. Ο δέκτης μετράει το χρόνο από την άκρη του bit έναρξης, ίσο με b A της περιόδου της δεδομένης ισοτιμίας συναλλάγματος (για να φτάσει περίπου στο μέσο του επόμενου bit) και μετά οκτώ (ή εννέα, εάν αυτό καθορίζεται στο εκ των προτέρων) φορές στη σειρά με δεδομένη περίοδοκαταγράφει την κατάσταση της γραμμής. Μετά από αυτό, η γραμμή μεταβαίνει στην κατάσταση bit διακοπής και μπορεί να παραμείνει εκεί για όσο χρονικό διάστημα επιθυμείτε μέχρι να φτάσει το επόμενο bit έναρξης. Ωστόσο, η ρύθμιση του ελάχιστου αριθμού bit διακοπής γίνεται επίσης έτσι ώστε ο δέκτης να γνωρίζει πόσο χρόνο χρειάζεται να περιμένει για το επόμενο bit έναρξης (τουλάχιστον, αυτό μπορεί, φυσικά, να είναι μία περίοδος της συχνότητας ανταλλαγής, δηλ. μία στοπ λίγο). Εάν μετά από αυτό το χρονικό διάστημα δεν φθάσει το bit έναρξης, ο δέκτης μπορεί να καταχωρήσει το λεγόμενο Timeout, δηλαδή ένα διάλειμμα, στα ρωσικά και να συνεχίσει τις εργασίες του. Εάν η γραμμή "παγώσει" σε κατάσταση λογικής 0 ( υψηλό επίπεδοτάση), τότε αυτό μπορεί να γίνει αντιληπτό από τη συσκευή ως κατάσταση "διακοπής" γραμμής - όχι πολύ βολικός μηχανισμός και δεν υποστηρίζεται σε μικροελεγκτές μέσω UART. Αυτό δεν μας εμποδίζει, φυσικά, να απενεργοποιήσουμε απλώς το UART και να θέσουμε τη λογική μηδενική κατάσταση στον ακροδέκτη TxD (που είναι απομίμηση ενός φυσικού «σπασίματος») ή να προσδιορίσουμε το λογικό επίπεδο 0 στον ακροδέκτη RxD, να ορίσετε ή να καθορίσετε μια τέτοια κατάσταση, αλλά υπάρχουν σοβαροί λόγοι για να το χρησιμοποιήσετε Για να είμαι ειλικρινής, δεν βλέπω την πιθανότητα (δείτε επίσης την παρατήρηση για αυτό το θέμα στο Κεφάλαιο 20).

Ρύζι. P4.1. Διάγραμμα μεταφοράς δεδομένων σειριακή διεπαφή RS-232

σε μορφή 8N2

1 κομμάτι τραπεζιού. "Χωρίς ισοτιμία" σημαίνει ότι δεν πραγματοποιείται έλεγχος ισοτιμίας. Αυτό είναι το πιο κοινό σχέδιο για τη λειτουργία μιας τέτοιας θύρας και επειδή δεν θα ταλαιπωρούμαστε με κανένα timeout, καταρχήν δεν μας ενδιαφέρει πόσα stop bit υπάρχουν, αλλά για να αποφύγουμε περιττές επιπλοκές θα πρέπει πάντα να να ρυθμιστεί το ίδιο για τον πομπό και τον δέκτη. Στο διάγραμμα εικ. Το P4.1 δείχνει τη μετάδοση ενός συγκεκριμένου κώδικα, καθώς και, για λόγους σαφήνειας, τη μετάδοση ενός byte που αποτελείται από όλα τα μονά και όλα τα μηδενικά στη μορφή, πάλι για λόγους σαφήνειας, 8n2.

Από τον περιγραφόμενο αλγόριθμο λειτουργίας είναι σαφές ότι το σφάλμα στην αναντιστοιχία των συναλλαγματικών ισοτιμιών μπορεί να είναι τέτοιο ώστε τα μέτωπα να μην «απλώνονται» κατά τη μετάδοση/λήψη και των δέκα έως δώδεκα bit για περισσότερο από μισή περίοδο, δηλ. Αρχικά, η πραγματική διαφορά στις ταχύτητες μπορεί να φτάσει το 4-5%, αλλά στην πράξη εξακολουθούν να προσπαθούν να τις κάνουν όσο το δυνατόν πιο κοντά στις τυπικές τιμές.

Ο δέκτης RS-232 είναι συχνά επιπλέον εξοπλισμένος με ένα κύκλωμα που καταγράφει τη στάθμη όχι μία φορά κατά τη διάρκεια της περιόδου bit, αλλά τρεις φορές, με το τελικό αποτέλεσμα να είναι το επίπεδο δύο πανομοιότυπων από τις τρεις ληφθείσες καταστάσεις γραμμής, αποφεύγοντας έτσι τις τυχαίες παρεμβολές. Σύμφωνα με το πρότυπο, το μήκος της γραμμής επικοινωνίας δεν πρέπει να υπερβαίνει τα 15 μέτρα, αλλά στην πράξη μπορεί να είναι πολύ μεγαλύτερο. Εάν η ταχύτητα μετάδοσης δεν επιλεγεί πολύ υψηλή, τότε μια τέτοια γραμμή μπορεί να λειτουργήσει αξιόπιστα πάνω από δεκάδες μέτρα (ο συγγραφέας αυτών των γραμμών μπόρεσε να δημιουργήσει επικοινωνία με έναν υπολογιστή με ταχύτητα 4800 χωρίς πρόσθετα κόλπα μέσω ενός καλωδίου, αν και μάλλον χοντρό, μήκους περίπου μισού χιλιομέτρου). Στον πίνακα Το A4.1 παρέχει κατά προσέγγιση εμπειρικά δεδομένα για το μήκος μιας μη θωρακισμένης γραμμής επικοινωνίας για διαφορετικές ταχύτητεςπρος τα εμπρός

Πίνακας P4.1. Μήκος καλωδίου RS-232 για διαφορετικές ταχύτητεςμετάδοση δεδομένων

Αυτά τα δεδομένα δεν μπορούν σε καμία περίπτωση να θεωρηθούν επίσημα - υπάρχουν πάρα πολλοί παράγοντες που επηρεάζουν (επίπεδο παρεμβολής, πάχος καλωδίων, σχετική θέση τους στο καλώδιο, πραγματικές στάθμες τάσης, αντίσταση εξόδου/εισόδου των θυρών κ.λπ.). Στην περίπτωση του θωρακισμένου καλωδίου 4, αυτές οι τιμές μπορούν να αυξηθούν κατά περίπου μιάμιση έως δύο φορές. Σε όλες τις περιπτώσεις όπου χρησιμοποιείται "μη εξουσιοδοτημένο" μήκος καλωδίου επικοινωνίας, πρέπει να λαμβάνονται προφυλάξεις πρόσθετη επαλήθευσηακεραιότητα έλεγχο δεδομένωνισοτιμία και/ή μεθόδους λογισμικού(υπολογισμός αθροίσματα ελέγχουκ.λπ.) που περιγράφεται στο Κεφάλαιο 20.

Για να εργαστείτε και προς τις δύο κατευθύνσεις, χρειάζεστε δύο γραμμές, οι οποίες για κάθε πομποδέκτη ονομάζονται RxD (λήψη) και TxD (εκπομπή). Σε κάθε δεδομένη στιγμή, μόνο μία από τις γραμμές μπορεί να λειτουργήσει, δηλαδή ο πομποδέκτης είτε εκπέμπει είτε λαμβάνει δεδομένα, αλλά όχι ταυτόχρονα (το λεγόμενο " λειτουργία half duplex" - αυτό έγινε επειδή τα μικροκυκλώματα UART έχουν τις περισσότερες φορές έναν καταχωρητή τόσο για λήψη όσο και για μετάδοση). Εκτός από τις γραμμές RxD και TxD, υπάρχουν και άλλες γραμμές στις υποδοχές RS-232. Πλήρης λίσταΌλες οι επαφές και για τους δύο τυπικούς συνδέσμους τύπου DB (9 και 25 ακίδων) δίνονται στον πίνακα. P4.2. Η αρίθμηση των ακροδεκτών σύνδεσης DB είναι συνήθως γραμμένη απευθείας σε αυτήν, φαίνεται επίσης στην Εικ. 10.8 στο Κεφάλαιο 10 (χρησιμοποιώντας το παράδειγμα μιας υποδοχής σύνδεσης για θύρα παιχνιδιού DB-15F).

Πίνακας P4.2. Επαφές για υποδοχές OB

Πίνακας P4.2 (τέλος)

Για κανονικό συνεργασίαΟι ακροδέκτες του δέκτη και του πομπού RxD και TxD, φυσικά, πρέπει να συνδεθούν σταυρωτά - TxD μιας συσκευής με RxD της δεύτερης και αντίστροφα (το ίδιο ισχύει για το RTS-CTS κ.λπ.). Τα καλώδια RS-232 που είναι σχεδιασμένα με αυτόν τον τρόπο ονομάζονται επίσης null modem (σε αντίθεση με τα απλά καλώδια επέκτασης). Η τυπική τους διαμόρφωση φαίνεται στο Σχ. P4.2. Στην επιλογή «γ» (δεξιά στο σχήμα), οι πρόσθετες ακίδες συνδέονται ακριβώς όπως περιγράφηκε προηγουμένως.

Ρύζι. P4.2. Σχέδιο μηδενικά καλώδια μόντεμ RS-232: a.b - διάφορες πλήρεις επιλογές,

γ - ελάχιστη επιλογή

Οι γραμμές εξόδου RTS και DTR μπορούν μερικές φορές να χρησιμοποιηθούν για «παράνομους» σκοπούς - τροφοδοσία συσκευών που είναι συνδεδεμένες στη θύρα COM. Έτσι ακριβώς είναι τακτοποιημένα, για παράδειγμα, ποντίκια υπολογιστή, δουλεύοντας μέσω COM. Αργότερα θα δείξουμε ένα παράδειγμα συσκευής (μετατροπέας επιπέδου) που θα χρησιμοποιεί τροφοδοσία από τον ακροδέκτη RTS. Πώς, εάν είναι απαραίτητο, μπορείτε να ρυθμίσετε αυτές τις γραμμές στην επιθυμητή κατάσταση;