Tietorajapintojen tyypit. Sarjadataliitännät. Tietorajapintojen päätyypit

LAB #13

Tietokonejärjestelmien vakiotietorajapinnat

Työn tavoite. Tutustuminen tietokonejärjestelmien tärkeimpiin tiedonsiirtorajapintoihin.

Harjoittele:

1. Tutustu tärkeimpiin käyttöliittymiin.

2. Määritä liitäntöjen perusparametrit (keskeytykset, I/O-portit, DMA, tiedonvaihtonopeus).

PERUSTIEDOT

Liitäntä on viestintälaite (tai protokolla), jonka avulla yksi laite voi kommunikoida toisen kanssa. Asettaa vastaavuuden yhden laitteen lähdön ja toisen tulon välillä.

USB:n (Universal Serial Bus) myötä ISA-väyläarkkitehtuuriin liitetyt jäänteet ensimmäisen IBM PC:n ajoilta ovat vähitellen jäämässä menneisyyteen: COM- ja LPT-portit, FDD-liitäntäliittymä. Emolevyn piirisarjat, jotka eivät nimenomaisesti tue ISA-väylää, vievät nyt leijonanosan markkinoista. Melkein kaikki nykyaikaiset piirisarjat tukevat USB-liitäntää, mukaan lukien uusi 2.0-spesifikaatio. USB-arkkitehtuuri tarjoaa niin kutsutun "tähden" topologian. Eli järjestelmässä on oltava juuri (master) keskitin, johon oheiskeskittimet on kytketty, ja jälkimmäiseen - USB-laitteet. Oheiskeskittimet voidaan yhdistää toisiinsa muodostaen kaskadeja. Yhteensä 127 laitetta (keskittimiä ja USB-laitteita) voidaan liittää yhden juurihubin kautta. Kuitenkin, kun otetaan huomioon version 1.0 väylän suhteellisen pieni kaistanleveys (jopa 12 Mbit sekunnissa), joka palvelukustannukset huomioiden tulee olemaan noin 1 Mbyte sekunnissa, 4-5 laitetta tulisi pitää optimaalisena lukumääränä. On kuitenkin suositeltavaa kytkeä nopeammat laitteet lähemmäksi juurikeskitintä. Pienen kaistanleveyden ongelma poistuu USB 2.0 -rajapinnan eritelmän käyttöönoton myötä, jonka huippusuorituskyky on 480 Mbps. Tämä arvo riittää tyypillisille USB-laitteille: tulostimille, toimistoskannereille, digitaalikameroille, joystickeille ja muille. Silti ulkoiset asemat, huippuluokan skannerit ja digitaaliset videokamerat vaativat nopeamman käyttöliittymän, kuten SCSI:n.

USB-spesifikaatio määrittelee liitännän kaksi osaa: sisäisen ja ulkoisen. Sisäinen osa on jaettu laitteistoon (itse juurihubi ja USB-ohjain) ja ohjelmistoihin (ohjaimen, väylän, keskittimen, asiakkaiden ajurit). Ulkoista osaa edustavat USB-laitteet (keskittimet ja komponentit). Oikean toiminnan varmistamiseksi kaikki laitteet on jaettu luokkiin: tulostimet, skannerit, asemat jne. Laiteluokat ja niiden toiminnan ominaisuudet on kuvattu yksityiskohtaisesti USB-spesifikaatiossa. Jos poikkeat näistä vaatimuksista, saatat kohdata ongelmia ohjainten lataamisessa ja laitteiden yhdistämisessä. Päinvastoin, spesifikaatioiden tiukka noudattaminen antaa kolmannen osapuolen ohjelmistojen valmistajille mahdollisuuden luoda ohjaimia mille tahansa laitteelle. Laitteiden jakaminen luokkiin ei tapahdu niiden käyttötarkoituksen mukaan, vaan yhden tavan mukaan olla vuorovaikutuksessa USB-väylän kanssa. Siksi tulostinluokan ajuri ei määritä sen resoluutiota tai väriä, vaan lähetystapaa (yksi- tai kaksisuuntainen) ja tietojen muotoilua, alustusjärjestystä yhteyden ollessa kytkettynä. USB-tietoja siirretään eri muodoissa. Yksinkertaisin tapa on lähettää tavujen virta tunnuksella. Tässä tapauksessa token kulkee juurikeskittimen suuntaan laitteesta toiseen, ja tiedot siirretään, kun kaistanleveyttä on vapaana. Taatun kaistanleveyden tarjoaa isokroninen muoto. Tässä tapauksessa synkronisia laitteita pollataan kaistanleveyden vaatimalla nopeudella. Vastaanottimen ja lähettimen kellotaajuudet ovat myös synkronoituja. Isokronista tilaa käytetään useimmiten jatkuvaa kaistanleveyttä vaativien äänilaitteiden liittämiseen. Keskeytysmuotoa käytetään laitteissa, jotka toimivat reaaliajassa, kunnes haluttu tapahtuma tapahtuu. Tällaisia ​​laitteita pollataan kiinteällä taajuudella ja dataa lähetetään, kun vastaanotetaan signaali tapahtumasta. Hallintamuoto on erityinen, ja sitä käytetään keskittimien ja laitteiden määrittämiseen ja hallintaan. Oheislaitteiden liittäminen USB-väylään tapahtuu "kuumassa tilassa". Vapaaseen porttiin kytketty laite aiheuttaa jännitehäviön piirissä. Ohjain välittää pyynnön välittömästi tähän porttiin. Liitetty laite vastaanottaa pyynnön ja lähettää luokkatietopaketin, jonka jälkeen sille annetaan yksilöllinen tunnistenumero. Seuraavaksi laiteajuri ladataan ja aktivoidaan automaattisesti, konfiguroidaan ja siten lopullinen yhteys. Kaikki, laite on käyttövalmis! Samalla tavalla alustetaan jo liitetty ja verkkoon liitetty laite.

Graafinen merkintä

PS/2 portti

Näitä IBM PS/2:n mukaan nimettyjä liittimiä käytetään nykyään laajalti näppäimistön ja hiiren vakioliitäntöinä, mutta niitä korvataan hitaasti USB:llä.

Henkilökohtaisissa tietokoneissa AT:sta alkaen näppäimistö liitetään liittimen kautta emolevyn erityiseen ohjaimeen (UPI-Universal Peripheral Interface). Näppäimistö itsessään sisältää mikro-ohjaimen, joka on kytketty sarjayhteyden kautta yleiseen oheisliitäntäpiiriin. Kanavan kautta siirretään dataa 11-bittisinä paketteina, joista 8 bittiä on varattu varsinaiselle datalle ja loput synkronointi- ja ohjaussignaaleille. Huomaa, että näppäimistön sarjaliitäntä ei ole yhteensopiva RS-232C-sarjaliitännän kanssa. Siru sisältää oman RAM- ja ROM-muistinsa. Näppäimistölle asennettu ohjain määrittää näppäintä painettaessa matriisissa suljetun koskettimen koordinaatit ja lähettää ns. "skannauskoodin" ohjaimelle. Ohjain puolestaan ​​muuntaa vastaanotetun skannauskoodin ja lähettää sen prosessorille. Tätä toimintoa varten käytetään yksinomaan keskeytyspyyntöriviä IRQ1. PS / 2 -liitäntä eroaa AT:stä vain liittimessä ja emolevylle asennetussa ohjaimessa. PS/2-liitäntä käyttää +5 V unipolaarista signaalia Tiedonsiirto tapahtuu synkronisessa tilassa. Koska tavallinen RS-232C-sarjahiiri on asynkroninen ja käyttää kaksinapaista signaalia virtalähteenä, se ei ole yhteensopiva PS/2-portin kanssa. RS-232C-hiiren yhdistäminen sovittimen kautta PS/2-porttiin voi vahingoittaa hiirtä. Näin ollen vain näppäimistö voidaan liittää PS / 2 -liittimeen sovittimen kautta, samoin kuin ne RS-232-hiiret, jotka on varustettu erityisellä sovittimella.

IDE-liitäntä (ATA)

IDE-liitännän (Integtated Drive Electronics - taajuusmuuttajaan integroitu elektroniikka) pitkän kehityshistorian aikana on ilmestynyt monia sen standardien nimityksiä. Aloitetaan jo kaukaisesta 80-luvusta, jolloin IBM julkaisi AT (Advanced Technology) -spesifikaatiotietokoneen. Tämän tietokoneen kiintolevy oli kytketty 16-bittiseen ISA-väylään ja sitä ohjattiin sen omalla ohjaimella. Suurin kiintolevyjen valmistaja Western Digital tarjoutui rakentamaan ohjauselektroniikkaa itse kiintolevyyn. Tällaisen liitännän sovittu standardi kutsuttiin ATA:ksi (AT Attachment - yhteys AT:hen), ja se tarjosi mahdollisuuden päivittää yksinkertaisesti vaihtamalla (tai lisäämällä) kiintolevyt. Hieman myöhemmin ilmestyi saman IDE-liitännän nimitys. Nykyään lyhenne IDE tarkoittaa usein yleisesti kaikkia ATA-liitännän kanssa yhteensopivia laitteita "ylhäältä alas": Fast ATA, EIDE, Ultra ATA ja muut. ATA-spesifikaatiossa määriteltiin, että kaksi laitetta (Master ja Slave) voidaan yhdistää yhdelle kanavalle. Aseta tiedonsiirtotilat PIO (0, 1, 2, 4, 5) ja DMA (SW 0, 1. 2 ja MW0).

PIO-moodi (ohjelmoitu tulo-lähtö - ohjelmatulo-lähtö) mahdollistaa keskusprosessorin osallistumisen levyn ja RAM-muistin väliseen tiedonvaihtoon. DMA-tilassa (Direct Memory Access - Direct Memory Access) laite kommunikoi suoraan järjestelmämuistin kanssa ja katkaisee väylän ohjauksen. SW (Single Word) ja MW (Multi Word) -protokollat ​​määrittävät, kuinka dataa siirretään. Tilanumerot osoittavat vaihtojakson keston ja siten tiedonsiirtonopeuden (esim. 1 - 240 ns, 2 - 180 ns). Lyhennettynä tämä kirjoitetaan yleensä näin: SW2 DMA. MW1 DMA, PIO2 jne. ISA-väylän 16-bittinen osoitus ei sallinut yli 528 Mt:n kiintolevyjen tukemista.

ATA-liitäntä ei voinut tarjota yhteyksiä muille laitteille kuin kiintolevyille. Samaan aikaan ilmestyi uusia komponentteja: CD-ROM-asemat, magneto-optiikka, streamerit, joista jokainen oli varustettu valmistajan omalla liitännällä ja vaati yleensä ainutlaatuisen laajennuskortin, joka oli kytketty ISA-paikkaan, ei yhteensopiva muiden laitteiden kanssa. Lisäksi kovalevyjen nopeus on kasvanut merkittävästi, eivätkä ATA:n tarjoamat tilat enää täytä nykyajan vaatimuksia. Näin ilmestyi ATA-2-liitännän standardi, joka loi nopeammat PIO (3 ja 4), MW DMA (1 ja 2) protokollat, määritteli uuden tiedonsiirtotilan Block transfer (siirto lohkoissa) ja levytilaa osoittava LBA. (Logical Block Addressing - looginen lohkoosoite). Lisäksi levyntunnistuskomentoja, jotka antavat tietoa laitteen ominaisuuksia koskevista järjestelmäpyynnöistä, on laajennettu. Kuten jo mainittiin, IDE / ATA-liitäntä pysyy jopa uusimmissa toteutuksissa 16-bittisenä. PCI-väylä, johon emolevyn piirisarjan IDE-ohjaimet on kytketty, on 32-bittinen. Siksi ohjain tekee yhden 32-bittisen paketin kahdesta peräkkäisestä 16-bittisestä paketista ja lähettää sen edelleen väylää pitkin. On selvää, että jopa nopeimmassa tilassa kovalevyltä lähetetty 16-bittinen paketti hidastaa järjestelmää. Tästä syystä SCSI-asemia suositellaan korkean suorituskyvyn laitteille. Vuonna 1997 otettiin käyttöön seuraava ATA-3-standardi, jossa itse asiassa oli ATA-2:een verrattuna ainoa uusi elementti - niin sanottu S.M.A.R.T-tekniikka. (Self-Monitoring Analysis and Reporting Technology - itsetestaus- ja analyysitekniikka). Tiedonsiirtotilojen osalta ATA-3 vastaa täysin ATA-2:ta. Merkittävä edistysaskel rajapinnan kehityksessä oli ATAPI-protokollan (ATA Packet Interface - ATA pakettirajapinta) ilmaantuminen. Se tarjosi IDE-yhteyden muille komponenteille kuin kiintolevyille. Samaan aikaan käyttäjän näkökulmasta erityyppisten laitteiden saatavuudessa ei ollut eroa. ATAPI-protokolla vaatii asianmukaista tukea BIOS:lta, ja uusimmat BIOS-versiot voivat määrittää minkä tahansa ATAPI-protokollan kautta kytketyn laitteen käynnistettäväksi. Protokolla sisällytettiin uuteen ATA/ATAPI-4-standardiin, joka hyväksyttiin vuonna 1998.

Tiedonsiirtoprotokollia on myös täydennetty uusilla standardeilla: Ultra DMA mode 2 ja virheenkorjaustila tarkistussummalla (CRC - Cyclic Redundancy Check). Lisäksi on ilmestynyt moniajo-tiloja, eli tiloja, joissa komentoja suoritetaan rinnakkain ja luodaan jonoja kahdella laitteella samalla IDE-kanavalla (vaikkakin merkittävin rajoituksin). ATA/ATAPI-4-kiintolevyt valmistettiin nimellä Ultra ATA-33. Yllä kuvattu riittävän harmoninen ja täydellinen ATA-rajapintojen järjestelmä ei onnistunut hämmentämään kiintolevyjen ja muiden keskenään kilpailevien tallennusvälineiden valmistajia. Erottaakseen tuotteensa markkinoilla he keksivät omat käyttöliittymänimensä. Seagate oli ensimmäinen, joka valitsi tämän polun ja keksi nimen Fast ATA. Itse asiassa sen tuote eroaa ATA-2:sta vain siinä, että siinä ei ole nopeimpia vaihtotiloja (PIO4 ja MW2 DMA). Quantum "keksi" liitännälleen nimen Fast ATA-2, joka on olennaisesti sama kuin ATA-2-standardi. Ennen kaikkea tilanteen hämmensi Western Digital, joka keksi nimityksen EIDE (Enhanced IDE - parannettu IDE). Tätä termiä käytetään edelleen laajalti tietokoneteollisuudessa. Jos yritämme määrittää erot EIDE:n ja ATA-2:n välillä, niin hämmästyttäviä asioita paljastuu. Osoittautuu, että EIDE sisältää täysin kaikki ATA-2-spesifikaatiot ja ATAPI-protokollan. Siten ilmaisu "kovalevy EIDE-liitännällä" vastaa merkitykseltään ilmaisua "kovalevy ATA-2-liitännällä". Joten miten EIDE eroaa? Tosiasia on, että WD kehitti Dual IDE / ATA -isäntäsovittimen, jonka avulla voit käyttää jopa neljää laitetta. Tällaisella sovittimella ei kuitenkaan ole mitään tekemistä itse IDE-liitäntästandardin kanssa, ja se on ulkoinen laite mille tahansa IDE / ATA-komponentille, joka tarjoaa normaalin toiminnan standardien mukaisesti.

Vuonna 1999 ATA/ATAPI-5-standardi otettiin käyttöön, ja useimmat valmistajat tukivat sitä oikeilla tuotteilla. Uuden standardin Ultra ATA-66 -protokolla edellytti tiedonsiirtotilaa jopa 66 MB / s nopeuksilla (Ultra DMA mode 4 -spesifikaatio). Tällaisten asemien liittämiseen tarvittiin uusia kaapeleita (johtimia vuorotellen ja johtimia oikosuljettiin maahan), joissa oli 80 johtimista, onneksi yhteensopivia olemassa olevien 40-nastaisten IDE-liittimien kanssa. Usean valmistajan tutkimus on laajentanut entisestään IDE-laitteiden kaistanleveyttä käyttämällä uutta 80-johtimista kaapelia. Näin syntyi ATA/ATAPI-6-spesifikaatio, joka määrittelee vaatimukset kovalevyille ja rajapinnalle, jonka kaistanleveys on huippuluokkaa 100 MB/s (Ultra DMA mode 5). Erityisesti tarjotaan LBA:n lisäys 32 bitistä 64 bittiin. Tuki erityisille suoratoistovideon siirtotiloille, toimenpiteille levykohinan vähentämiseksi. ATA/ATAPI-6-liitännällä varustetut kiintolevyt ovat nykyään laajalti edustettuina, ja myyjät kutsuvat niitä yleensä nimellä ATA-100. Mahdollisuudet rinnakkaisen IDE-liitännän edelleen parantamiseen UltraATA-133-kiintolevyjen ilmestymisestä huolimatta ovat käytännössä loppuneet, ja siksi Serial Serial ATA -liitäntää pidetään lupaavana suuntana.

Serial ATA:n virallinen spesifikaatio ilmestyi vuonna 2002, ja vuotta aiemmin esiteltiin ensimmäiset uudella käyttöliittymällä varustetut kiintolevyt. Serial ATA -tuella varustettujen emolevyjen piirisarjat näkivät ensimmäisen kerran päivänvalon syksyllä 2002. Vanhat emolevyt vaativat erillisen ohjaimen asennettuna PCI-paikkaan, mikä tarkoittaa, että suorituskyky on rajallinen.

Uuden rajapinnan tärkein ero on olennaisesti erilainen - peräkkäinen - tiedonvaihtotapa. Data välitetään kahdeksanjohtimisella kaapelilla, signaalitaso on 3,3 V. Tähän mennessä rajapinnan toteutus mahdollistaa 1,5 Gb/s (noin 187 Mb/s) huippukaistanleveyden, mutta kehittäjät lupaavat kaksinkertaistaa tämän kuva lähitulevaisuudessa. Siten lopuksi ulkoisen liitännän kaistanleveys vastaa kiintolevyjen sisäisen tiedonsiirron nopeutta (itse levyn ja puskurin välillä). Kesällä 2000 Seagate esitteli ensimmäisenä kiintolevyn, jossa on Serial ATA -liitäntä.

PCI-liitäntä

PCI (Peripheral Component Interconnect) - ulkoisten komponenttien liitäntä. PCI-rajapinnan kehitys tapahtui keväällä 1991 Intel Corporationin sisällä. Lupaavat 80486- ja Pentium-prosessorit vaativat uudenlaista vuorovaikutusta oheiskomponenttien kanssa. Intelin insinöörit päättivät aloittaa tyhjästä ja sen seurauksena kehittivät väylän, jota ei ole kytketty suoraan järjestelmäväylään. Siten oli mahdollista varmistaa rajapinnan riippumattomuus tietystä prosessorista ja sen rinnakkaistoiminta useiden PCI-laitteiden kanssa. Uusi käyttöliittymä osoittautui yhteensopimattomaksi minkään aiemman (ISA, VESA) kanssa ja vaati järjestelmäpiirisarjan kehittämistä. Kolmannen osapuolen tuen tarjoamiseksi Intel teki PCI-arkkitehtuurin ja tekniset tiedot avoimeksi, joten ryhmä kiinnostuneita organisaatioita muodosti pian ja hyväksyi version 2.1 spesifikaation. Tarkennettu ja parannettu eritelmä nimettiin 2.2. PCI-liitäntä tarjoaa 33 MHz väyläkellon (PCI 2.2 -versio 66 MHz asti, PCI-X jopa 133 MHz), joka tarjoaa huippusuorituskyvyn jopa 132 MB/s (jopa 1064 MB/s 64-bittiselle datalle 133 MHz). MHz).

Käyttöliittymä tukee Bus Mastering -tilaa ja automaattista komponenttien konfigurointia asennuksen aikana (Plug-and-Play). Kaikki emolevyn PCI-paikat on ryhmitelty segmentteihin, paikkojen määrä segmentissä on rajoitettu neljään. Jos segmenttejä on useita, ne yhdistetään ns. siltojen avulla. Tällä hetkellä PCI on yleisin liitäntä. Sen avulla emolevyyn liitetään laajennuslaitteet: äänikortit, SCSI-ohjaimet, modeemit, videokaappauskortit, verkkokortit ja muut komponentit.

PCI:n jatkuva suosio johtuu useista eduista, joita käyttöliittymä tarjoaa edeltäjiinsä verrattuna.

· Ensinnäkin 32- tai 64-bittisen muodon synkronista tiedonvaihtoa tuetaan. Tässä tapauksessa käytetään multipleksointimenetelmää (osoitteiden ja tietojen siirto vuorotellen yhden rivin yli), mikä mahdollisti kontaktien määrän vähentämisen liittimissä.

· Toiseksi tarjotaan komponenttien asennus, joiden signaalitasot ovat 5V tai 3,3V. Liittimien "avaimet" (muoviset jumpperit) eivät sisällä levyjen asentamista "vieraan" paikkaan. On mahdollista valmistaa yleislaajennuskortteja, jotka tukevat molempia signaalitasoja (jota useimmat valmistajat tekevät nykyään).

33 MHz tai 66 MHz väylätaajuuksien yhdistelmä dataleveyden kanssa tarjoaa riittävän laajan alueen väylän kaistanleveyden valitsemiseen. Huomaa, että 66 MHz:llä vain 3,3 V on hyväksyttävä (ja 33 MHz:n laitteet voivat epäonnistua korkeammilla taajuuksilla).

PCI-spesifikaatio edellyttää, että komponentit tukevat Multiple Bus Masteringia (monenvälistä väylänhallintaa). Tässä tilassa laitteet hallitsevat väylää ja allokoivat sen resursseja itse. Laitteessa oleva erityinen ajastin määrittää enimmäisajan, jonka aikana yksinoikeus on mahdollista.

Yksi PCI-ohjainkanava tukee jopa neljää laajennuspaikkaa. Niiden lukumäärän tuplaamiseksi käytetään siltaa ohjainparin välillä. Väylätiedonsiirtomenetelmää kutsutaan lineaariseksi purskeeksi. Eli kun kirjoitus-lukudataa menee yhteen pakettiin, koska jokaisen seuraavan tavun osoite kasvaa automaattisesti yhdellä. Tämä eliminoi tarpeen lähettää osoitelohko. Siirron nopeuttamiseksi käytetään välimuistia: viivästetty "takaisinkirjoitus" ja päästä päähän "kirjoitus" -tallennus ovat tuettuja.

PCI-liitännän tärkeä ominaisuus on Plug-and-Play (PnP) -tuki. Spesifikaatio 2.2 määrittelee kolmen tyyppisiä resursseja: muistialueen, I/O-alueen ja niin sanotun "konfiguraatiotilan". Viimeinen resurssi sisältää kolme aluetta: otsikko (ei riipu tietystä laitetyypistä), laitelohko, käyttäjälohko. Otsikko sisältää tietoja valmistajasta, laiteluokista ja muista palveluista.

Yleisesti ottaen PCI-liitäntä selviytyi sille osoitetuista tehtävistä sen luontaisten rajoitusten rajoissa. Samat tehtävät, joita hän ei pystynyt ratkaisemaan (esimerkiksi suurten graafisten tietojen siirtäminen suurella nopeudella), siirsi Intel taitavasti muihin liitäntöihin (esimerkiksi AGP).

Viime aikoihin asti PCI-väylää ei käytetty vain laajennuskortteihin, vaan se yhdistettiin myös järjestelmän piirisarjan sillat. Merkittävät kaistanleveyden huippurajoitukset alkoivat kuitenkin hidastaa tietokonejärjestelmän suorituskyvyn kasvua. Erityisesti ATA-100-määritelmien kiintolevyjen, Gigabyte Ethernet -verkkokorttien ja Ultra 160 -spesifikaatioiden SCSI-sovittimien tulo vaati PCI-väylän kaistanleveyden lisäämistä useita kertoja. Yritykset parantaa väylää johtivat PCI-X-spesifikaatioon.

64-bittiset PCI-X-spesifikaatioiden mukaiset liitäntäpaikat (jotka tukevat jopa 133 MHz:n kellotaajuutta ja tiedonsiirtoa DDR- ja QDR-protokollien kautta) löytyvät edelleen vain korkean suorituskyvyn palvelimilta ja työasemilta, koska väylän leveyden ja sen toimintataajuuksien kasvu on johtanut emolevyn hinnan merkittävään nousuun. Samaan aikaan rinnakkaisen jaetun väylän periaate on jo vanhentunut.

Näin ollen PC-alustan PCI-väylän käyttöikä on vähitellen umpeutumassa. Tässä ei ole mitään epätavallista - samanlainen tarina tapahtui ISA-väylän kanssa, jota ei enää löydy nykyaikaisista emolevyistä. On selvää, että siirtyminen uuteen paikallisbussiin on asteittaista ja keskivertokäyttäjälle suhteellisen kivutonta. Tällä hetkellä tärkeimmät kilpailijat ovat Intel Corporationin kehittämä PCI Express -liitäntä (3GIO) ja AMD:n tarjoama HyperTransport-väylä. Lisäksi monet piirisarjat tukevat jo HyperTransportia.

HyperTransport käyttöliittymä

HyperTransport (HT) nopea I/O-väylä on tarkoitettu käytettäväksi tietokonejärjestelmissä, ensisijaisesti sisäisenä paikallisväylänä. Verrattuna PCI-väylään, HyperTransport-liitäntä vähentää emolevyn johtimien määrää, eliminoi väylän monopolisoitumiseen liittyvät viiveet heikkotehoisten laitteiden toimesta, vähentää virrankulutusta ja yleensä moninkertaistaa suorituskykyä.

Fyysisesti HyperTransport-tekniikka perustuu LVDS:n (Low Voltage Differential Signaling) parannettuun versioon. Kaikki linjat (data, ohjaus, kello) käyttävät 100 ohmin differentiaaliväyliä. Signaalitaso on 1,2 V (toisin kuin IEEE LVDS:n määrittämä 2,5 V). Tämän ansiosta väylän pituus voi olla 24 tuumaa (noin 61 cm) kaistanleveydellä jopa 800 Mbps yhdellä linjalla. On huomattava, että HyperTransport-spesifikaatio mahdollistaa "upstream" (Upstream) ja "downstream" (Downstream) tietovirtojen erottamisen (asynkronisuus). Tämä lähestymistapa mahdollistaa merkittävän lisäyksen kellotaajuuksiin verrattuna olemassa oleviin arkkitehtuureihin, koska jokainen LVDS-signaali toimii fyysisellä linjallaan. Lisäksi osoitteita, komentoja ja tietoja yhdistävä paketti on aina 32 bitin kerrannainen. Siksi sen virheetön lähetys varmistetaan skaalautuvilla 2-32 bitin leveillä kanavilla. Tämä mahdollistaa yhden HyperTransport-tekniikan käyttämisen eri suorituskyvyn omaavien väyläresurssien kuluttajien yhdistämiseen: prosessori, RAM, videoohjain, hitaita I/O-laitteita käyttäen kussakin tapauksessa vaadittua vähimmäismäärää linjoja. Yleensä Hyper Transport -yhteyden huippunopeus saavuttaa 12,8 Gt / s (6,4 Gt / s downlink- ja uplink-suunnassa 32-bitin leveydellä 800 MHz:llä ja tiedonsiirrolla signaalin noustessa ja laskussa). Vertailun vuoksi huomautamme, että AMD Athlon -prosessorin järjestelmäväylän (200 MHz) huippukaistanleveys on 2,128 Gt / s. HyperTransport-tekniikan tärkeä ominaisuus on yhteensopivuus PCI-laitteiden kanssa protokollatasolla. Eli laitevalmistajien ei tarvitse edes kirjoittaa uusia ohjaimia.

SCSI-liitäntä

SCSI-liitäntää (lue - "kerro minulle") verrataan usein yksinomaan IDE-liitäntään. Itse asiassa tällainen vertailu ei ole täysin oikea: SCSI, toisin kuin IDE, mahdollistaa paitsi tallennusvälineiden yhdistämisen. SCSI on universaali käyttöliittymä, ja IEEE1394:n tuloon asti sille ei käytännössä ollut vaihtoehtoa työskennellä nopeiden laitteiden kanssa. Nykyään suurin (teoreettinen) tiedonsiirtonopeus IDE-väylällä on 133 MB/s (Ultra ATA-133 -protokolla), uuden Serial ATA -liitännän osalta jopa 150 MB/s. Ultra320 SCSI -spesifikaatio mahdollistaa jopa 320 MB/s vaihtonopeuden. SCSI:n todelliset hyödyt ovat erityisen havaittavissa moniajokäyttöjärjestelmissä ja jatkuvien tietovirtojen (esim. video) käsittelyssä. Monet tunnetut valmistajat (erityisesti Iwill) julkaisevat integroiduilla SCSI-ohjaimilla varustettuja emolevyjä, jotka vaativat oman SCSI BIOSin alustusta varten. Integroidulla ohjaimella varustetuissa emolevyissä se on yleensä järjestelmän BIOSissa lisäosana. Laajennuskorteilla on oma BIOS-siru. On myös mahdollista (halvimmista järjestelmistä), että BIOSia ei ole ja käyttöliittymää tukevat yksinomaan käyttöjärjestelmän ajurit.

SCSI BIOSin vakiotoiminnot ovat hyvin samankaltaisia ​​kuin järjestelmä-BIOSin:

sovitinkokoonpanon määrittäminen;

tarkista kiintolevyjen pinta;

Matalatasoinen muotoilu

laitteen alustusparametrien asettaminen;

käynnistyslaitteen numeron asettaminen;

Käynnistyslaitteen valinta jne.

SCSI-laitteiden kokoonpanon muistamiseen ja tallentamiseen käytetään flash-muistisirua (emolevyn CMOS:n toiminnallinen analogi). SCSI-järjestelmässä laitteiden välinen viestintä tapahtuu lähettäjältä määränpäähän -periaatteella. Lähettäjä aloittaa pyynnön ja aloittaa tiedonvaihdon odotettuaan vastausta vastaanottajalta. Jokaisella ketjun laitteella on yksilöllinen tunnistenumero (ID) välillä 0-7 (uusimmissa määrityksissä 0-31), joka asetetaan erityisellä kytkimellä, jumpperilla tai määritetään automaattisesti (nykyaikaisissa laitteissa). Lisäksi numero 7 on oletusarvoisesti määritetty SCSI-isäntäsovittimelle. Tunnustuksen omaavaan komponenttiin sisältyvät laitteet puolestaan ​​saavat loogisen yksikön numeron - Logical Unit Number (LUN). Jos esimerkiksi yhdistät useita kiintolevyjä, se saa oman tunnuksensa ja jokainen kiintolevy saa oman LUN-tunnuksensa. Tällä tavalla voit ketjuttaa jopa 256 laitetta. Vaikka todellisissa ongelmissa tällaisia ​​rakenteita ei todennäköisesti tarvita. SCSI-väylän tiedot siirretään synkronisessa tai asynkronisessa tilassa. Asynkronisessa tilassa vastaanottaja kuittaa jokaisen tavun vastaanoton, synkronisessa tilassa vain datapaketin. SCSI-2-spesifikaatiosta lähtien on ilmaantunut skenaarioita, kun koko vaihtoproseduurisarja muodostetaan yhdeksi paketiksi ja lähetetään kokonaisuutena. Laite voi myös suorittaa komentoja itsenäisesti. Esimerkiksi streamerille annetaan komento kelata taaksepäin, ja sitten se irrotetaan väylästä ennen prosessin päättymistä. Tällä hetkellä on olemassa useita SCSI-määrityksiä, jotka eroavat toisistaan ​​väylän leveyden, kellotaajuuden ja yhteysliitännän fyysisen tyypin suhteen. Ensimmäisessä versiossa (SCSI-1) oli 8-bittinen väylä, jonka kautta dataa siirrettiin nopeudella 5 MB/s. Jälkimmäinen, Ultra320 SCSI, mahdollistaa tiedonsiirron nopeudella 320 MB / s.

Valitettavasti signaalien tasoa ja muotoa koskevien standardien erot, SCSI-laitteiden sähköiset ominaisuudet eri liitäntämäärittelyissä tekevät eri sukupolvien komponenttien yhdistämisestä erittäin vaikeaa. Vaikka periaatteessa tämä ongelma voidaan ratkaista suurimmassa osassa tapauksia.

AGP-liitäntä

Intel, saatuaan selville, että henkilökohtaisen tietokoneen suorituskyvyn lisäntyminen "lepää" videoalijärjestelmässä, on kauan sitten ehdottanut erillisen liitäntäväylän varaamista videodatavirran lähettämiseen - AGP (Accelerated Graphics Port - nopeutettu grafiikkaportti) ). Kirjaimellisesti vuodessa tämä standardi korvasi aiemmin näytönohjainten käyttämät liitännät: ISA, VLB ja PCI. Uuden linja-auton tärkein etu oli sen korkea suorituskyky. Jos ISA-väylä salli siirrot jopa 5,5 MB / s, VLB - jopa 130 MB / s (se kuitenkin ylikuormitti keskusprosessorin) ja PCI jopa 133 MB / s, niin AGP-väylän kaistanleveyden huippu on teoriassa jopa 2132 Mt/s (32-bittisessä sanansiirtotilassa).

Intel kehitti AGP-käyttöliittymän ratkaisemaan kaksi pääongelmaa, jotka liittyvät 3D-grafiikan käsittelyyn henkilökohtaisessa tietokoneessa.

· Ensinnäkin 3D-grafiikka vaatii mahdollisimman paljon muistia pintakuviotietojen ja Z-puskurin tallentamiseen. Mitä enemmän pintakuviointikarttoja on saatavilla 3D-sovelluksiin, sitä paremmalta kuva näyttää näyttöruudulla. Yleensä Z-puskurille käytetään samaa muistia kuin tekstuureille. Video-ohjainkehittäjät pystyivät aiemmin käyttämään tavallista RAM-muistia tallentaakseen tietoa tekstuurista ja Z-puskurista, mutta PCI-väylän kaistanleveys oli tässä vakava rajoitus. PCI-kaistanleveys oli liian pieni reaaliaikaiseen grafiikan käsittelyyn. Intel ratkaisi tämän ongelman ottamalla käyttöön AGP-väylästandardin.

· Toiseksi AGP-liitäntä tarjoaa suoran yhteyden grafiikkaalijärjestelmän ja RAM-muistin välillä. Siten reaaliaikaisen 3D-grafiikkatulostuksen vaatimukset täyttyvät ja lisäksi kehyspuskurimuistia käytetään tehokkaammin, mikä lisää 2D-grafiikan käsittelynopeutta. Itse asiassa AGP-väylä yhdistää grafiikkaalijärjestelmän järjestelmän muistiohjaimeen ja jakaa pääsyn tietokoneen suorittimen kanssa. AGP:n kautta on mahdollista liittää ainoa laitetyyppi - näytönohjaimet. Samanaikaisesti emolevyn sisäänrakennettuja ja AGP-liitäntää käyttäviä näytönohjaimia ei voi päivittää. AGP-ohjaimen fyysisellä osoitteella, johon tiedot tallennetaan RAM-muistiin, ei ole väliä. Tämä on uuden tekniikan keskeinen päätös, joka tarjoaa pääsyn graafisiin tietoihin yhtenä muistilohkona.

AGP-spesifikaatio perustuu itse asiassa PCI-version 2.1 -standardiin, mutta eroaa siitä seuraavissa pääominaisuuksissa, jotka vaikuttavat radikaalisti suorituskykyyn:

Väylä pystyy lähettämään kaksi (AGP2x), neljä (AGP4x) tai kahdeksan (AGP8x) datalohkoa yhdessä jaksossa;

· osoite- ja datalinjojen multipleksointi on poistettu (PCI:ssä emolevyjen kustannusten alentamiseksi osoite ja data siirretään samojen linjojen kautta);
luku/kirjoitustoimintojen liukuhihna kehittäjien mukaan eliminoi muistimoduulien viiveiden vaikutuksen näiden toimintojen nopeuteen.

AGP-väylä tukee kaikkia tavallisia PCI-väylätoimintoja, joten sen läpi kulkevaa datavirtaa voidaan pitää yhdistelmänä lomitettuja AGP- ja PCI-luku-/kirjoitustoimintoja. AGP-väylän toiminnot on jaettu. Tämä tarkoittaa, että toimenpidepyyntö erotetaan varsinaisesta tiedonsiirrosta. Tämä lähestymistapa sallii AGP-laitteen luoda pyyntöjonon odottamatta nykyisen toiminnon valmistumista. Versio AGP 2.0 mahdollistaa pienjännitteisten sähkömäärittelyjen käytön neljän tapahtuman (tietolohkon siirron) toteuttamisen jaksoa kohden (AGP4x-tila). Versio AGP 3.0 mahdollistaa kahdeksan tietolohkon siirron sykliä kohden (AGP 8x -tila). Tällä hetkellä, vaikka edes AGP4x:n mahdollisuudet eivät ole vielä täyttyneet monissa näytönohjaimissa, Intel mainostaa uutta spesifikaatiota - AGP Prota. Tämän käyttöliittymän tärkein ero on kyky hallita tehokasta virtalähdettä.

Vuoden 2002 loppuun mennessä AGP versio 3.0 -liitäntää tukevia piirisarjoja (jota joskus kutsutaan myös nimellä AGP 8x) ilmestyi massamäärinä. Kaksinkertainen suoritusteho saavutettiin nostamalla väylän kellotaajuutta 66 MHz:iin ja käyttämällä uutta signaalitasoa 0,8 V (AGP 2.0 käytti 1,5 V:n tasoa). Siten rajapinnan perusparametrit säilyttäen oli mahdollista kasvattaa väylän suorituskykyä noin 2132 MB/s.

Kun 3D-grafiikka leviää jatkuvasti erilaisiin ohjelmistotuotteisiin, herää ennakoitavissa olevassa tulevaisuudessa kysymys näytönohjainväylän kaistanleveyden lisäämisestä. AGP:tä korvaavat hakijat ovat uusia universaaleja paikallisväyläliittymiä: HyperTransport ja PCI Express.

Bluetooth

Yksi Bluetooth-järjestelmä koostuu radioviestintää tarjoavasta moduulista ja siihen liitetystä isännästä, joka voi olla tietokone tai mikä tahansa oheislaite. Bluetooth-moduulit on yleensä sisäänrakennettu laitteeseen, kytkettynä vapaan portin tai PC-kortin kautta. Koska kaikki moduulit ovat fyysisesti ja toiminnallisesti vastaavia verkon näkökulmasta, isännän luonne voidaan abstrahoida pois. Moduuli koostuu linkinhallinnasta, linkkiohjaimesta ja lähetin-vastaanottimesta, jossa on antenni. Moduulit voidaan yhdistää "point-to-point" -järjestelmän mukaisesti ja tarjota monipisteyhteyksiä. Kaksi radiolinkitettyä moduulia muodostavat pikonetin. Lisäksi yksi moduuleista toimii isäntänä (isäntänä), toinen - orjana (orjana). Pikoverkossa voi olla enintään kahdeksan moduulia: tunnistukseen käytetyn aktiivisen pikoverkon jäsenen osoite on kolme bittiä. Seitsemällä orjamoduulilla voi olla yksilöllinen osoite (isännällä ei ole osoitetta), ja osoite nolla on varattu yleislähetysviesteille. Yli kahdeksan laitteen yhdistämiseksi spesifikaatioon sisällytetään hajaverkon (scatternet, hajaverkko) käsite. Hajaverkko on muodostettu useista itsenäisistä pikoverkoista. Mikä tahansa verkkomoduuli, mukaan lukien isäntä, voi muodostaa yhteyden toiseen pikoverkoon kytketyn moduulin kanssa.

Moduulin optimaalinen kantama on jopa 10m. Toimintataajuusalue 2,402-2,483 GHz. Bluetooth-viestintäkanavan huippukaistanleveys on 721 Kbps. Häviöiden vähentämiseksi ja pikoverkkojen yhteensopivuuden varmistamiseksi Bluetoothin taajuutta hypätään (1600 hyppyä/s). Kanava on jaettu aikaväleihin (intervalleihin), joiden pituus on 625 ms (hyppyjen välinen aika), joista jokaisessa laite voi lähettää tietopaketin. Full duplex -lähetyksessä käytetään TDD:tä (Time-Division Duplex). Ajastimen parillisilla arvoilla isäntälaite alkaa lähettää, parittomilla arvoilla - orja.

Hyötykuorman lisäksi paketti sisältää pääsykoodin ja otsikon. Paketteja on kolmenlaisia: vain ääni (yleensä 64 KB/s), vain data ja yhdistetty. Eri pakettien siirtoon on tarjolla kahdentyyppisiä yhteyksiä: asynkroninen ACL (Asynchronous Connection-Less) ja synkroninen SCO (Synchronous Connection-Oriented). Eri isäntä-orja-parit pikoverkon sisällä voivat käyttää erityyppistä viestintää. Lisäksi viestintätyyppiä voidaan muuttaa tarpeen mukaan ilman rajoituksia viestintäistunnon aikana.

KÄYTTÖMENETTELY

Napsauta hiiren kakkospainikkeella Oma tietokone -kuvaketta ja valitse sitten Ominaisuudet avattavasta valikosta. Ennen meitä tulee näkyviin Järjestelmän ominaisuudet, jossa valitsemme Laitteisto-välilehden. Napsauta näkyviin tulevassa välilehdessä Laitehallinta-painiketta. Edessämme tulee ikkuna, joka sisältää luettelon kaikista tähän tietokoneeseen asennetuista laitteista, voit muuttaa välittömästi minkä tahansa laitteen ominaisuuksia. Esimerkki laitehallinnasta on esitetty kuvassa. 1.

1. IDE ATA/ATAPI -ohjaimet ovat laitteita, jotka ohjaavat muita laitteita, kuten kiintolevyä tai CD-ROM-levyä, ja tukevat myös tiedonvaihtoa näiden laitteiden ja tietokoneen välillä.

Ohjaimen konfiguraatio mahdollistaa siihen tarvittavien järjestelmäresurssien allokoinnin.

Lähes jokainen kehittäjä on kohdannut tehtävän kehittää tiedonvaihtolaitteita tavalla tai toisella. Kun valitaan protokolla uudelle tuotteelle, on aina kyse kompromissista liitäntälaitteiston ("ammukset") ja tiedonsiirtoprotokollan ("rakenne") monimutkaisuuden välillä. Lisäksi tarkkaan uudempaa käyttöliittymää tarkasteltaessa ei pidä unohtaa, että vaatimattomissa tehtävissämme riittävät usein vanhan hyvän RS232:n tai RS485:n ominaisuudet, joiden toteutus on myös äärimmäisen halpa ja monta kertaa mietitty.

Viime vuodet ovat muiden ilojen lisäksi tuoneet kehittäjälle joukon uusia käyttöliittymiä, joiden avulla voit siirtää suuria tietomääriä huomattavan etäisyyden päähän ilman häiriöitä. Nykyaikaisissa johtavien valmistajien FPGA:issa on sisäänrakennettu laitteistototeutus sellaisille rajapinnoille kuin GTL, LVDS. Lähes koko nykyaikainen signaalinkäsittelylaitteiden elementtikanta on kuitenkin suunniteltu toimimaan enintään 3,3 V:n syöttöjännitteellä, mikä edellyttää menetelmien kehittämistä näiden liitäntöjen yhdistämiseksi perinteisiin. Samaan aikaan tästä aiheesta ei käytännössä ole venäjänkielistä kirjallisuutta. Monet yritykset ovat julkaisseet oppaita IP:n käytöstä rajapintalaitteiston toteuttamiseen, mutta valitettavasti ne eivät aina ole venäläisen lukijan saatavilla.

Riisi. 1. Tietorajapintojen käyttöalueet

Kuvassa Kuvassa 1 on esitetty eri tiedonsiirtorajapintojen käyttöalueet koordinaatit etäisyys - siirtonopeus.

Kuten on helppo havaita, jos informaatiota vaaditaan yli muutaman kymmenen senttimetrin etäisyydeltä, loogiset standarditasot osoittautuvat epätyydyttäväksi. Erikoistuneet protokollat ​​tulevat apuun. Kumpi valita kehitettyyn järjestelmään? Mikä elementtikanta mahdollistaa sen toteuttamisen laitteistossa? Mitä ominaisuuksia tämän käyttöliittymän käytössä on? Näihin kysymyksiin vastataan tällä oppitunnilla.

Tiedonsiirtoprotokollaa valittaessa tulee kiinnittää huomiota useisiin perusparametreihin. Näitä ovat tiedonsiirtonopeus, tietolähteen ja vastaanottimen välinen etäisyys, ennalta määrätyt signaalitasot, yhteensopivuus, liitännän tyyppi (rinnakkais- tai sarjaliitäntä). Taulukossa. Kuvassa 1 on lyhyt kuvaus tärkeimmistä liitännöistä ja tietoja niitä tukevien mikropiirien päävalmistajista. Tietenkin viimeinen sarake heijastaa vain pientä osaa olemassa olevista ratkaisuista - tapauksissa, joissa valmistajia on liikaa, taulukko ilmaisee vaatimattomasti IC-perheen.

Taulukko 1. Tietorajapinnat

Tiedonsiirron organisointimenetelmän mukaan erotetaan yksijohdin (yksipää) ja differentiaalinen (differentiaalinen) rajapinta. Kuvassa Kuvassa 2 on yleistetty kaavio yksijohtimisrajapinnasta Yksijohdintiedonsiirrossa käytetään yhtä signaalilinjaa, jonka looginen taso määritetään maan suhteen. Yksinkertaisilla hitailla liitännöillä yhteinen maa on hyväksyttävä. Edistyneemmissä liitännöissä jokaisella signaalijohdolla on oma maadoitus, ja molemmat johdot yhdistetään yleensä kierretyksi pariksi. Yksijohtimien järjestelmien etuna on toteutuksen yksinkertaisuus ja alhaiset kustannukset. Koska jokainen datalinja vaatii vain yhden signaalijohtimen, ne ovat käteviä rinnakkaisen tiedon siirtämiseen lyhyillä etäisyyksillä. Esimerkkinä on tuttu rinnakkaistulostinliitäntä. Toinen esimerkki on RS-232-sarjaliitäntä. Kuten näette, yksijohtimia rajapintoja käytetään usein tapauksissa, joissa ratkaiseva tekijä on toteutuskustannukset.

Riisi. 2. Yksijohtiminen liitäntä

Yksijohdinjärjestelmien suurin haitta on niiden alhainen melunsieto. Yhteisen johdon poiminnoista johtuen signaalitasojen muutos on mahdollista, mikä johtaa virheisiin. Lähetettäessä useiden metrien etäisyyksillä johtojen induktanssi ja kapasitanssi alkavat vaikuttaa.

Nämä puutteet voidaan voittaa differentiaalijärjestelmissä. Kuvassa Kuva 3 esittää kaavion differentiaalisen tiedonsiirron toteutuksesta.

Riisi. 3. Differentiaaliliitäntä

Tasapainotettuun differentiaaliseen tiedonsiirtoon käytetään johtoparia. Linjan vastaanottopäässä lasketaan signaalien välinen ero. Huomaa, että tämä tiedonsiirtomenetelmä ei sovellu vain digitaalisille, vaan myös analogisille linjoille. On selvää, että differentiaalilähetyksellä on mahdollista vaimentaa yhteismoodin häiriötä suuressa määrin. Tämä tarkoittaa differentiaaliprotokollien tärkeintä etua - korkeaa kohinansietoa. Ei ihme, että yksi teollisuustietokoneiden yleisimmistä protokollista - RS-485 on rakennettu differentiaalijärjestelmän mukaan.

Differentiaalipiirien haittana on niiden suhteellisen korkea hinta, samoin kuin vaikeus tehdä pareittain sovitettuja lähettimien ja vastaanottimien kaskadeja.

Harkitse liitäntöjen fyysisiä parametreja. Kirjallisuudessa hyväksytään seuraavat tasot.

• VIH - korkean tason tulojännite (logiikkayksikkö);
• VIL - matalan tason tulojännite (looginen nolla);
• VOH - korkean tason lähtöjännite (looginen);
• VOL - matalan tason lähtöjännite (looginen nolla).

Kuvassa Kuva 4 esittää logiikkatasot yksijohtimille liitäntöille, ja kuvio 4 esittää logiikkatasot yksijohtimille liitäntöille. 5 - tasauspyörästölle.

Riisi. 4. Signaalitasot yksijohtimissa liitännöissä

Käyttöliittymä TIA/EIA- 644 (LVDS - Low Voltage differential signaling), käytetään nopeissa tiedonsiirtojärjestelmissä. LVDS-rajapinta käyttää differentiaalista tiedonsiirtoa melko alhaisilla signaalitasoilla. Signaaliero on 300 mV, linjat kuormitetaan 100 ohmin resistanssilla. Lähettimen lähtövirta on 2,47 - 4,54 mA. TIA/EIA - 644 -liitännällä on paremmat kulutusominaisuudet verrattuna TIA/EIA - 422:een ja se voi toimia sen korvaajana uusissa kehityskohteissa. Suurin tiedonsiirtonopeus on 655 Mbps. Tämän liitännän etuna on lähetin-vastaanottimen IC-piirien peräkkäinen johdotus tunnettujen ja käytettyjen RS-422- ja RS-485-liitäntöjen ajureilla. Tämä lähestymistapa mahdollistaa uusien rajapintojen käytön jo kehitetyissä korteissa, mikä helpottaa siirtymistä uuteen elementtipohjaan.

Käyttöliittymä LVDS tukevat monia moderneja FPGA:ita, kuten ALTERA:n APEX, Xilinxin Virtex ja monia muita. Tyypillisiä tämän liitännän ohjainten edustajia ovat Texas Instrumentsin IC:t SN65LVDS31/32, SN65LVDS179.

Sähköisten ominaisuuksien mukaan LVDS-liitäntä on rajapinnan vieressä LVDM. Tätä protokollaa tukevat IC:t SN65LVDM176, SN65LVDM050.

Riisi. 5. Signaalitasot kaksijohtimisissa liitännöissä

Yksijohdinliitäntöjä suunniteltaessa yksi keskeisistä ongelmista on eri laitteiden rajapinnat taustalevyllä tai ristikkäislevyllä (taustalevyjärjestelmät), varsinkin jos tarvitaan "hot-swap" -solmuja. Pääsääntöisesti tasaiset signaalitasot otetaan käyttöön taustalevyllä, ja oheiskorttien kehittäjien tehtävänä on valita oikeat liitäntävälineet. On huomattava, että pitkän historian aikana TTL-tasoista on tullut de facto standardi taustalevyille ja talon sisäisille (tai talon sisäisille) liitäntöille. Siksi olemassa olevien järjestelmien kehittämisen ja uuden elementtipohjan käytön myötä tulee tarpeelliseksi liittää uudet levyt yhteiseen väylään. Näihin tarkoituksiin on olemassa laaja valikoima ratkaisuja.

Kuten tiedät, klassiset TTL- ja CMOS-IC-perheet tarjoavat jopa 24 mA:n kuormavirran 50 ohmin linjaimpedanssilla. BiCMOS-tekniikan myötä on tullut mahdolliseksi saavuttaa -32/64 mA lähtövirta ja ohjata linjaa, jonka impedanssi on 25 ohmia. Näitä tarkoituksia varten SN74ABT25xxx IC-perhe on sovitettu. Näitä mikropiirejä voidaan käyttää myös niin sanotuissa moduulien "hot-swapping" -järjestelmissä, irrotettavat moduulit voidaan kytkeä tai irrottaa laitteen käytön aikana.

Plug-in-moduuleita suunniteltaessa on täytettävä useita vaatimuksia, jotka ensinnäkin estävät moduulin rikkoutumisen kytkettäessä käynnissä olevaan järjestelmään ja toisaalta eivät johda järjestelmähäiriöihin. Harkitse niitä.

Liitäntä laajennus- ja päämoduulien välillä koostuu teho-, maa- ja signaaliväylistä. Järjestelmään kytketyn mikropiirin malli on esitetty kuvassa. 6.

Riisi. 6. Diodit IC:n tulossa ja lähdössä

Mikropiirien tulojen ja lähtöjen suojaus suoritetaan diodikytkimillä.

Diodeja D3 ja D4 käytetään lähtöjen suojaamiseen. Diodia D3 käytetään CMOS-siruissa ESD-suojaukseen. Diodi D4 suojaa lähtöjännitteeltä, joka on pienempi kuin looginen nolla.

Plug-in-moduuleja suunniteltaessa on parempi käyttää BiCMOS-siruja, koska ne ovat suotuisasti verrattuna muihin, koska niissä on piiri (kuva 7), joka pitää sirulähdön korkean impedanssin tilassa sirua kytkettäessä. . Tämä piiri valvoo syöttöjännitettä ja koostuu kahdesta diodista D1 ja D2 sekä transistorista Q1, jonka kanta on jännitteellinen. Kun syöttöjännite on pienempi kuin asetettu jännite (esimerkiksi ABT / BCT-sarjan VCOFF ~ 2,5 V, LVT VCOFF ~ 1,8 V), tämän piirin lähtö menee loogiseen yksi-tilaan. Samalla se sammuttaa signaalin mikropiirin lähdössä tulosta riippumatta. Tämä BiCMOS-sirujen ominaisuus varmistaa, että piirin käyttäytyminen on ennustettavissa myös erittäin alhaisilla syöttöjännitteillä.

Riisi. 7. Piiri, joka katkaisee lähdön alhaisella syöttöjännitteellä BiCMOS-mikropiireissä

Kun moduuli on hot-plugged, järjestelmän toiminta on ennustettavissa, jos vähintään kaksi ehtoa täyttyy:

• liittimessä on yksi tai useampi maadoitusnasta työnnetty eteenpäin suhteessa muihin nastoihin;
• Liitäntä koostuu vain bipolaarisista tai BiCMOS-IC:istä, joissa on kolmitila- tai avoimen kollektorin lähdöt.

Väylätörmäysten ongelma on erityisen akuutti, kun lähtösignaaleja on eri tasoisia - matala ja korkea. Kuvassa 8 esittää tämän prosessin. Konfliktin seurauksena syntyvä virta saavuttaa 120 mA, ja tässä kamppailussa matalan lähtötason omaava mikropiiri selviää. Suuritehoinen IC toimii oikosulkutilassa ja palaa loppuun.

Riisi. 8. Oikosulkuvirta väyläkonfliktin aikana

Tämän ristiriidan välttämiseksi tarvitaan lisäpiirejä, jotka pitävät lähdöt korkean impedanssin tilassa virran kytkemisen aikana.

Tämän piirin pääelementti voi olla TLC7705 IC. Tällaisia ​​mikropiirejä käytetään RESET-signaalin tuottamiseen, kun laite käynnistetään. Meidän tapauksessamme tämän mikropiirin lähdöt on kytketty väyläohjaimien aktivointituloihin. Moduulin alustuksen tai päällekytkennän aikana RESET-signaali kytkee mikropiirien lähdöt kolmanteen tilaan. Tällaisia ​​piirejä luotaessa on kätevää käyttää mikropiirejä, joissa on kaksi ENABLE-tuloa (esimerkiksi SN74ABT541). Tämä ratkaisu on esitetty kuvassa. 9.

Riisi. 9. Valvontaväyläkonfliktit

On olemassa väylämuotoilijoita, jotka sisältävät jo kaikki väyläkonfliktilta suojaamiseen tarvittavat komponentit - kytkimet ja vastukset. Näitä siruja on saatavana kahdessa sarjassa: ETL (Enhanced Transceiver Logic, SN74ABTE-sarja) ja BTL (Backplane Transceiver Logic, SN74FB-sarja).

ETL-sarjan IC:issä on lisänasta IC:n lähtökapasitanssin latausjännitteen kytkemistä varten, jota kutsutaan yleisesti VCCBIAS:ksi. Se antaa virtaa piirille, joka lataa kondensaattorin, kun moduuli käynnistetään.

Kuvassa Kuvio 10 esittää ETL-sirua käyttävän liitäntäkaavion. Kun moduuli on kytketty päälle, VCC1- ja GND-koskettimien kytkemisen jälkeen VCCBIAS-jännite ilmestyy U3-sirulle. Samanaikaisesti U2- ja U1-mikropiirit kytketään päälle ja OE-signaalilla väyläohjaimen lähdöt irrotetaan väylästä.

Riisi. 10. Liitäntäkaavio ETL-sarjan siruilla

Jännitepiikit järjestelmän tehopiireissä, kun moduuli on kytketty, näkyvät samalla tavalla kuin signaalipiireissä. Tässä tapauksessa ladattavan kapasitanssin arvo vaihtelee kymmenistä satoihin mikrofaradeihin ja riippuu kytketyn levyn estokondensaattorien kapasitanssista. Yksi tapa rajoittaa virtapiikkiä on sisällyttää virtapiiriin kytkin, joka käynnistyy hitaasti. Kuvassa Kuviossa 11 ehdotetaan piiriä, jossa P-MOS-transistori toimii kytkimenä. RC-piiri tarjoaa hitaan signaalin muutoksen transistorin pohjassa. Diodi D purkaa kondensaattorin nopeasti, kun moduuli on sammutettu.

Riisi. 11. Kaavio moduulin hitaan käynnistämisestä transistorin avulla

Oletetaan, että transistorilla on pieni vastus päällä-tilassa. Käytön aikana transistorin tehohäviö on pieni pienestä jännitehäviöstä johtuen. Tarvittaessa useita transistoreita voidaan kytkeä rinnan.

Plug-in-moduulit käyttävät kätevästi omia virtalähteitään.

Kuvassa Kuvassa 12 on esitetty virtalähdepiiri, joka vastaanottaa järjestelmästä kymmenestä neljäänkymmeneen volttia ja muuntaa ne pulssimuotoisesti 5 V:ksi. Piiri ei anna jännitepiikkiä päälle kytkettynä.

Riisi. 12. Hajautettu virtalähde

Kirjallisuus

1. Steshenko VB Signaalinkäsittelylaitteiden piirisuunnittelun koulu. // Komponentit ja tekniikat, № , , 2000
2. Steshenko V. Koulu digitaalisten signaalinkäsittelylaitteiden kehittämiseksi FPGA:ille Chip News, 1999, nro 8–10, 2000, nro 1, 3–5.
3. Steshenko V. ALTERA FPGA: signaalinkäsittelylaitteiden suunnittelu. M.: Dodeka, 2000.
4. Alicke F., Bartholdy F., Blozis S., Dehemelt F., Forstner P., Holland N., Huchzermier J. Comparing Bus Solutions, Application Report, Texas Instruments, SLLA067, maaliskuu 2000.
5. Steshenko V. ACCEL EDA: painetun piirilevyn suunnittelutekniikka. M.: "Tieto", 2000, 512 s., ill.

INTERFACE on standardoitu ympäristö, joka on tapa vaihtaa tietoja kahden tai useamman laitteen välillä: instrumentit, ohjaimet, henkilökohtainen tietokone jne.

Teollisuudessa käytettävien laitteiden välisiä tiedonvaihtorajapintoja voi olla kahden tyyppisiä:

"pisteestä pisteeseen", joka yhdistää kaksi laitetta toisiinsa;

monilaite, jonka avulla voit liittää enemmän kuin kaksi laitetta yhteen datalinjaan.

Rajapinnan pääominaisuus on kaistanleveys, joka osoittaa kuinka monta bittiä informaatiota siirretään rajapinnan yli 1 sekunnissa ja mitataan bitteinä sekunnissa (bps, Mbps) tai bitteinä sekunnissa (bps, Mbps). Huomaa, että tämä kaistanleveys sisältää tiedonsiirtomenetelmään liittyvän "overheadin". Eri liitäntöjen ja protokollien kohdalla sekunnissa siirrettävän hyödyllisen tiedon osuus voi olla 30 % - 90 % kokonaissuorituskyvystä.

PROTOKOLLA on standardoitu sääntöjoukko tiedon siirtämiseksi rajapinnan kautta.

Monimutkaisissa protokollissa on yleinen käytäntö jakaa ne useisiin tasoihin (kerroksiin). Tällöin jokainen taso toteutetaan erikseen ja lisäksi tasojen välinen vaihto standardoidaan. Sen avulla voit myös korvata joitain kerroksia (esimerkiksi sopeutua eri käyttöliittymiin), mutta jättää toiset ennalleen.

Instrumenteissa ja ohjaimissa käytetyt rajapinnat ja protokollat

Instrumenttien yhteensopivuus on heidän kykynsä vaihtaa tietoja keskenään. Jokaisella tiedonvaihtoon osallistuvalla laitteella on oltava erityinen käyttöliittymä ja sen tulee ymmärtää tietty protokolla. Ja edes tässä tapauksessa vaihdon mahdollisuutta ei taata, koska. yksi laite ei ehkä pysty lähettämään tietoja, jotka toisen on vastaanotettava. Mutta entä jos laitteet pystyvät välittämään tarvittavan tiedon, mutta niillä on erilaiset rajapinnat ja/tai ne ymmärtävät eri protokollia? Tässä tapauksessa tarvitaan liitäntämuuntimia tai yhdyskäytäviä.

Liitäntämuunnin- laite, jossa on kaksi tai useampia eri liitäntöjä, jotka välittävät tietoa rajapinnasta toiseen (muihin). Tässä tapauksessa tiedon siirto tapahtuu ilman sen muuntamista. Siksi on järkevää yhdistää liitäntämuuntimeen vain ne laitteet, jotka pystyvät toimimaan samalla protokollalla.

Gateway(tai silta) on älykäs laite, joka pystyy muuttamaan dataa protokollasta toiseen. Tässä tapauksessa yhdyskäytävä voi toimia myös liitäntämuuntimena. Yhdyskäytävä, toisin kuin liitäntämuunnin, vaatii lisämäärityksiä, koska sen on määriteltävä, mitä tietoja tulee vastaanottaa ja lähettää millä protokollilla.

KäyttöliittymäRS-485. Teollisuusautomaatiojärjestelmiä suunniteltaessa käytetään laajimmin EIA RS-485 -standardin rajapintaan perustuvia tietoverkkoja. Tämä on nopea ja melua kestävä sarjaliitäntä, jonka avulla voit luoda verkkoja yhdistämällä useita laitteita rinnakkain yhdelle fyysiselle linjalle.

Useimmissa tietoverkoissa toimiviksi suunnitelluissa laitteissa on sisäänrakennettu RS-485-liitäntä.

Tavallisessa henkilökohtaisessa tietokoneessa (ei teollisessa versiossa) tämä liitäntä ei ole käytettävissä, joten teollisen RS-485-verkon liittämiseksi tietokoneeseen tarvitaan erityinen sovitin - RS-485 / RS-232 tai RS-485 / USB-liitäntämuunnin (esim. OWEN ASZ-M tai AC4).

Tiedot siirretään RS-485-liitännän kautta käyttämällä "symmetristä" (differentiaalista) signaalia kahdella linjalla (A ja B). Päätelaitteiden välisen tiedonsiirtolinjan enimmäispituus voi olla jopa 1200 m (tai enemmän toistimia käytettäessä). Yli 100 m:n tietoliikennelinjan pituudella on suositeltavaa asentaa päätevastukset, joiden nimellisarvo on 100-250 ohmia verkon kaukaisimpiin kohtiin toisistaan, mikä mahdollistaa kaapelin aaltoimpedanssin kompensoinnin ja minimoimisen. heijastuneen signaalin amplitudi. Verkossa olevien laitteiden määrä ei saa olla yli 32 (ilman toistinta).

KäyttöliittymäRS-232. EIA RS-232C -liitäntä on suunniteltu kahden laitteen sarjaviestintään (point-to-point-yhteys). Se on yleinen ja laajalti käytetty ulkoisten laitteiden liittämiseen tietokoneeseen. Tiedonsiirto RS-232C-liitännän kautta suoritetaan käyttämällä "epäsymmetristä" signaalia pitkin kahta linjaa - TxD ja RxD, ja signaalin amplitudi mitataan suhteessa GND-linjaan ("nolla") (katso kuva).

Signaalin epäsymmetria aiheuttaa tämän liitännän alhaisen kohinansietokyvyn, erityisesti teollisuushäiriöiden kanssa, joten RS-232-tietoliikennelinjan pituus on yleensä rajoitettu useiden metrien etäisyydelle. Linjojen olemassaolo datan vastaanottoa (RxD) ja lähettämistä (TxD) varten mahdollistaa tiedon full-duplex-lähetyksen tukemisen, ts. tietoa voidaan lähettää ja vastaanottaa samanaikaisesti. RS-232-viestintälaitteet liitetään yleensä kaapelilla, jossa on 9- tai 25-nastaiset liittimet (DB9, DB25 jne.).

Nykyisen silmukan käyttöliittymä(RS-232:n muunnos). "Virtasilmukka" - eräänlainen RS-232-liitäntä, joka tarjoaa myös tiedonsiirron kahden laitteen välillä (point-to-point-yhteys). Virtasilmukassa olevaa tietoa ei välitetä jännitteellä, vaan virralla kaksijohtimislinjan kautta, mikä tarjoaa korkean tason kohinansietokyvyn. "Virtasilmukka" -standardi mahdollistaa tiedon siirron jopa 1000 metrin etäisyyksille 19,2 kbps:n nopeudella. Yhden tietoliikennelinjan olemassaolon vuoksi standardi tarjoaa half-duplex-tiedonsiirron, ts. Tietoa voidaan joko lähettää tai vastaanottaa milloin tahansa.

Instrumenteissa voi olla sisäänrakennettu virtasilmukkaliitäntä, joka voidaan liittää:

1) PC:hen virtasilmukan/RS-232-sovittimen kautta;

2) RS-485-verkkoon virtasilmukan/RS-485-yhdyskäytävän kautta.

Riisi. Tyypillisiä kaavoja laitteiden liittämiseen rajapinnalla

"virtasilmukka" verkkoon

Käyttöliittymäethernet. Ethernet on siirtotekniikka tiedonsiirtoon tietokoneverkoissa, pääasiassa paikallisissa verkoissa. Ethernet-kaapeliverkoissa käytetty protokolla on CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection) - Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection. Tämän protokollan mukaisesti laitteet aloittavat tiedonsiirron vasta havaittuaan vapaan viestintäkanavan, jotta niiden välisten törmäysten (virheiden) määrä vähenee. Kaikki Ethernet-perheen versiot on suunniteltu tukemaan jopa 1024 verkkosolmua. Tämä käyttöliittymä on yleistynyt tietokoneverkoissa sen suuren kaistanleveyden ja häiriönkestävyyden vuoksi. Yleisemmin käytössä on sisäänrakennettu 10/100 Base-T Ethernet-liitäntä, joka mahdollistaa laitteiden ja PLC:iden integroinnin ylemmän tason hajautettuihin tietojärjestelmiin.

KäyttöliittymäUSB. USB-standardi kehitettiin vaihtoehdoksi hitaammille RS-232- ja LPT-tietokonestandardeille. USB 2.0 -laitteet mahdollistavat tällä hetkellä jopa 480 Mbps tiedonsiirtonopeuden.

USB-liitäntä, kuten RS-48S, on symmetrinen ja mahdollistaa tiedonsiirron kahdella johdolla (D+ ja D-), kun taas loogiset tasot ovat samanlaisia ​​kuin RS-485-standardin vastaavat tasot. USB-liitännässä on Vcc- ja GND-virtajohdot kytketyn laitteen virransyöttöä varten (edellyttäen, että sen ottama virta ei ylitä 500 mA). Ajurin asennuksen jälkeen käyttöjärjestelmä tunnistaa liitetyn laitteen COM-portiksi ja käyttää tavallista asynkronista tiedonsiirtotilaa, jota käytetään laitteiston COM-portin kanssa.

Tietorajapinnat kehittyvät niin nopeasti, että tallennuslaitteiden valmistajien on vaikea pysyä niiden mukana. Joka vuosi ilmestyy rajapintoja, joiden avulla voit saavuttaa moninkertaisen tiedonsiirtonopeuden kuin olemassa olevat laitteet. Kytkimet ja verkkosovittimet alkavat tukea uusimpia nopeita liitäntöjä kauan ennen kuin ne tulevat saataville tallennusjärjestelmissä.

Alla oleva taulukko näyttää tallennusliitäntöjen suorituskyvyn kehityksen ajan kuluessa.

Käyttöliittymätrendit

Arvioidut vuosien uusien tiedonsiirtonopeuksien vuosia eri rajapinnoilla perustuen toimialatutkimukseen on kuvattu alla. Historia osoittaa, että monien rajapintojen osalta uusien standardien kehityssykli on 3-4 vuotta.

On huomioitava, että uuden rajapinnan spesifikaation hyväksymishetkestä siihen asti, kun sitä tukevat tuotteet tulevat markkinoille, kestää yleensä useita kuukausia. Uuden standardin laajamittainen käyttöönotto voi kestää useita vuosia.

Myös olemassa olevista liitännöistä kehitetään vähemmän virrankulutusversioita.

kuitukanava

32Gbps FC (32GFC)

Työ 32GFC-standardin, FC-PI-6, parissa alkoi vuoden 2010 alussa. Joulukuussa 2013 Fibre Channel Industry Association (FCIA) ilmoitti spesifikaation valmistumisesta. Tätä käyttöliittymää tukevien tuotteiden odotetaan saapuvan markkinoille vuonna 2015 tai 2016. 32GFC käyttää 25/28G SFP+ -liitintä.

FC 128Gb -monikanavaliitäntä, joka tunnetaan nimellä 128FCp (parallel quad), perustuu FC 32Gb -tekniikkaan ja on lisätty FC-standardin viralliseen etenemissuunnitelmaan. T11-toimikunta antoi hankkeelle nimen FC-PI-6P. Erittelyn on suunniteltu valmistuvan vuoden 2014 lopulla - vuoden 2015 alussa, tuotteet tulevat saataville vuonna 2015 tai 2016. 128GFCp käyttää todennäköisesti QSFP+-liittimiä, ja myös CFP2- tai CFP4-liittimien tuki on mahdollista.

Jotkut toimittajat kutsuvat 32GFC:tä ja 128GFC:tä "Gen 6" -kuitukanavaksi, koska tämä versio tukee kahta eri tiedonsiirtonopeutta kahdessa eri kokoonpanossa (sarja- ja rinnakkaiskäyttö).

64Gbps FC (64GFC), 256Gbps FC (256GFC)

64GFC- ja 256GFC-standardien kehittäminen aloitettiin FC-PI-7-projektissa. Teknistä vakautta odotetaan vuonna 2017. Jokainen FC:n versio on taaksepäin yhteensopiva vähintään kahden edellisen sukupolven kanssa.

FC SAN-liitäntänä

Ilmeisesti Fibre Channel pysyy pääteknologiana SAN-verkkojen rakentamisessa lähitulevaisuudessa. FC-infrastruktuuriin on vuosien varrella investoitu merkittäviä investointeja (miljardeja Yhdysvaltain dollareita), pääasiassa konesaleihin, jotka toimivat vielä monta vuotta.

FC levyliittymänä

Fibre Channel asemaliittymänä on tulossa menneisyyteen, kun yritysluokan asematoimittajat siirtyvät käyttämään 6 Gbps SAS:ia ja 12 Gbps SAS:ia. Yritysten levyalijärjestelmissä käytettävien 3,5 tuuman FC-asemien suhteellisen suuren määrän vuoksi on odotettavissa, että FC:tä käytetään jonkin aikaa niiden tukemiseen. 2,5 tuuman asemien joukossa Fibre Channel -liitäntä on todennäköisesti saatavilla hyvin pienelle määrälle laitteita.

Kuitukanava Ethernetin kautta

FCoE (FC-BB-6)

FC-BB-6-standardin työt valmistuivat T11:een elokuussa 2014. FC-BB-6 standardoi VN2VB-arkkitehtuurin ja parantaa Domain_ID:n skaalautuvuutta.

VN2VN on tapa yhdistää FCoE-pääsolmut (virtuaaliset N_Portit) suoraan ilman FC- tai FCoE-kytkimiä (FC Forwarders), mikä mahdollistaa yksinkertaistetun konfiguroinnin pienissä käyttöönottoissa. Tätä ideaa kutsutaan joskus nimellä "Ethernet Only" FCoE. Nämä verkot eivät vaadi kaavoitusta, mikä vähentää monimutkaisuutta ja alentaa kustannuksia.

Domain_ID Scalability (Domain_ID Scalability) mahdollistaa FCoE-kudosten skaalaamisen suurempiin SAN-verkkoihin.

40 Gbps ja 100 Gbps

40 Gbps FCoE on vuoden tai kahden päässä. Ehkä käyttöliittymä ilmestyy samanaikaisesti 32Gb FC:n kanssa. IEEE 802.3ba 40 Gbps ja 100 Gbps Ethernet-standardit ratifioitiin kesäkuussa 2010. Uusien tuotteiden pitäisi olla saatavilla ajan myötä.

On todennäköistä, että 40 Gbps ja 100 Gbps FCoE, jotka perustuvat vuoden 2010 Ethernet-standardeihin, käytetään aluksi ISL-ytimille, jolloin 10 Gb FCoE jää enimmäkseen pääteyhteyksiin. 100GFCoE-kaapeleiden ja -liittimien tulevien versioiden odotetaan olevan saatavilla 10x10- ja sitten 4x25-kokoonpanoissa.

InfiniBand

Tällä hetkellä 100 Gbps Infiniband EDR:ää (Enhanced Data Rate) käyttävät tuotteet ovat jo kaupallisesti saatavilla. EDR käyttää 25/28G SFP+ -liittimiä sekä Ethernet- ja Fibre Channel -liitäntöjä.

InfiniBand High Data Rate (HDR), joka tukee 2x EDR-nopeutta, odotetaan vuonna 2017 tai 2018. HDR-isäntäsovittimet saattavat vaatia PCIe 4.0 -paikkoja.

ethernet

Heinäkuussa 2014 2 eri toimialaryhmää - 20G/50G Ethernet Consortium ja IEEE 802.3 25Gb/s Ethernet Study Group - ilmoittivat uudesta työstä Ethernet-spesifikaatiossa hyödyntääkseen 25Gb PHY:tä yhden kaistan kokoonpanossa. Tuloksena oli yksikaistainen yhteysspesifikaatio, joka on samanlainen kuin nykyinen 10GbE-tekniikka, mutta 2,5 kertaa nopeampi. Näitä tekniikoita käyttäviä tuotteita on jo saatavilla. Suunnitelmissa on myös kehittää 50GbE-standardi kahdella 25GbE-kaistalla. Erittelyn on suunniteltu valmistuvan vuosille 2018-2020.

Kehitteillä on 2,5GbE- ja 5GbE-standardit, jotka mahdollistavat kustannustehokkaan verkon kaistanleveyden lisäämisen luokan 5e kaapeloinnilla. NBASE-T Alliance julkaisi NBASE-T-spesifikaatiosta version 1.1, joka kuvaa fyysisen kerroksen toteutusta. Tekninen työryhmä työskentelee PHY-MAC-järjestelmän rajapinnan, magneettisten ja kanavaominaisuuksien määrittelyssä. Lisäksi 25 yrityksen työntekijät osallistuvat IEEE 802.3bz 2.5/5GBASE-T -standardien kehittämiseen. 2.5GbE:tä ja 5GbE:tä tukevia tuotteita on jo tulossa markkinoille.

SAS

12 Gbps SAS

SAS 3 -spesifikaatio, joka sisältää 12 Gbps SAS:n, toimitettiin INCITS:lle vuoden 2013 viimeisellä neljänneksellä. 12 Gbps SAS-tuotteita loppukäyttäjille alkoi ilmestyä vuoden 2013 toisella puoliskolla, mukaan lukien SSD-levyt, verkkosovittimet (SAS HBA:t) ja RAID-ohjaimet. 12 Gbps SAS mahdollistaa PCIe 3.0 -väylän täyden hyödyn.

24 Gbps SAS

24 Gbps SAS-rajapinnan määrittely on parhaillaan kehitteillä. On ennustettu, että ensimmäiset 24 Gbps SAS:ää käyttävät komponentit saattavat ilmestyä vuonna 2016 tai 2017, ensimmäiset tuotteet käyttäjille ovat saatavilla vuonna 2018. 24 Gbps SAS on suunniteltu täysin yhteensopivaksi 12 Gbps:n ja 6 Gbps SAS:n kanssa. Ehkä käytetään erilaista koodausjärjestelmää.

24 Gbps SAS-liitännän prototyypit käyttävät PCIe 3.x -tekniikkaa, mutta on todennäköistä, että lopputuotteet käyttävät PCIe 4.x -tekniikkaa.

SCSI Express

SCSI Express toteuttaa tunnetun SCSI-protokollan PCI Express -liitännän kautta, mikä vähentää latenssia PCIe:n käytön ansiosta. Sitä kehitetään vastaamaan SSD-asemien parannettua nopeutta. SCSI Express käyttää SCSI over PCIe (SOP)- ja PCIe Queuing Interface (PQI) -protokollia ja luo SOP-PQI-protokollan. Ohjaimet muodostavat yhteyden laitteisiin SFF-8639-liittimellä, joka tukee useita protokollia ja liitäntöjä, kuten PCIe, SAS ja SATA. SCSI Express tukee PCIe-laitteita, jotka käyttävät jopa 4 kaistaa.

SCSI Expressiä ehdotettiin ensimmäisen kerran vuonna 2011, ja se hyväksyttiin viralliseksi projektiksi vuonna 2012, mutta sitä kehitettiin vasta vuonna 2015. Vielä ei tiedetä, milloin ensimmäiset SCSI Express -tuotteet tulevat markkinoille.

SAS-yhteydet

Uudet SAS-liitäntävaihtoehdot mahdollistavat tietojen siirtämisen pitkiä matkoja käyttämällä aktiivisia kuparisia patch-johtoja ja valokuitukaapeleita. Mini SAS HD -liitintä (SFF-8644) voidaan käyttää 6Gbps SAS:lle ja 12Gbps SAS:lle.

Tulevaisuudessa on odotettavissa ominaisuuksia, kuten Zoned Block Commands (ZBC) -komentosarjan tuki ja Shingled Magnetic Recording (SMR) -tallennustekniikka suuremmille levyille.

SATA Express

SATA Express -spesifikaatio sisältyy SATA-versioon 3.2. SATA Express mahdollistaa asiakkaiden SATA- ja PCIe-ratkaisujen rinnakkaiselon. SATA Express mahdollistaa jopa 2 PCIe-kaistan siirtonopeudet (2 Gt/s PCIe 3.0:lle ja 1 Gt/s PCIe 2.0:lle) nykyisellä SATA-tekniikalla (0,6 Gt/s). Tämä nopeus sopii SSD- ja SSHD-levyille, kun taas tavalliset kiintolevyt voivat edelleen käyttää olemassa olevaa SATA-liitäntää. Jokainen laite voi käyttää PCIe- tai SATA-liitintä, mutta ei molempia samanaikaisesti. Laitteen tuottama erillinen signaali kertoo isännälle, onko laite SATA vai PCI Express. Vuoden 2015 puolivälistä lähtien SATA Expressiä tukee hyvin pieni määrä emolevyjä. Vaikka ei ole selvää, hyväksytäänkö SATA Express markkinoilla, meidän ei pitäisi odottaa suurta määrää tuotteita lähitulevaisuudessa.

Uudet SATA-ominaisuudet

Tulevaisuudessa suunniteltuihin uusiin ominaisuuksiin kuuluvat yritystason vaihtoehdot, kuten etävirrankatkaisu, parannettu ryhmän palautus ja optimoinnit NAND-flash-laitteille. Suunnitelmissa on myös tukea SMR (Shingled Magnetic Recording) -teknologialle.

Thunderbolt

Thunderbolt 2 esiteltiin vuoden 2013 lopussa, ja tällä käyttöliittymällä valmistetaan nyt monia laitteita. Thunderbolt 2:n siirtonopeus on 20 Gbps.

Thunderbolt 3 (40 Gbps) julkistettiin kesäkuussa 2015. Käyttää C-tyypin USB-kaapelia, joka tukee USB 3.1:tä (10 Gbps), näyttöporttia (kaksi 4k-näyttöä), 4 PCI Express 3.0 -kaistaa ja Thunderboltin aiempia versioita. Lisäksi se tarjoaa 15 wattia liitettyjen laitteiden virransyöttöön ja tukee USB-virtaa kannettavien tietokoneiden lataamiseen jopa 100 wattiin. Aktiiviset kupari- ja valokuitukaapelit tukevat jopa 40 Gbps:n tiedonsiirtonopeutta. Halvemmat passiiviset kuparikaapelit tukevat jopa 20 Gbps:n nopeuksia. Ensimmäiset Thunderbolt 3:a käyttävät tuotteet julkaistaan ​​vuoden 2015 lopulla. Vuonna 2016 tulee saataville monia muita laitteita.

USB

USB 3.1

Heinäkuussa 2013 USB 3.0 Promoter Group ilmoitti luovansa USB 3.1 -määrityksen. Uusi liitäntä mahdollistaa toiminnan 10 Gbps:n nopeudella ja on täysin yhteensopiva aiempien USB-versioiden kanssa. USB 3.1 käyttää 128b/132b-koodausta, jossa 4 bittiä käytetään protokollaohjaukseen ja kaapelitietoihin. Laitteet, jotka käyttävät USB 3.1 -liitäntää uudella Type-C-kaapelilla, ovat jo markkinoilla.

USB-virtalähde

USB on liitäntä, joka voi antaa virtaa kytkettyihin laitteisiin, ja yhä useampia laitteita ladataan tai ladataan USB:n kautta. USB Power Delivery (PD) -spesifikaatioversio 1.0 julkaistiin heinäkuussa 2012. Virtalähdettä ehdotettiin nostamaan 7,5 watista 100 wattiin kaapelin ja liittimen tyypistä riippuen. Laitteiden on neuvoteltava keskenään sähkönsiirtojännitteen ja -virran määrittämiseksi, ja energiaa on mahdollista siirtää mihin tahansa suuntaan. Laitteet voivat säätää virransyöttöä tiedonsiirron aikana. USB PD -laitteiden prototyyppejä alkoi ilmestyä vuoden 2013 lopulla. USB PD -spesifikaatio sisältyy USB 3.1 -spesifikaatioon.

USB Type-C -kaapeli

Uuden kaapelin ja liittimen tekniset tiedot valmistuivat elokuussa 2014. Tällä kaapelilla on huomattavasti erilainen rakenne ja pienempi liitinkoko, jota voidaan helposti liittää useisiin laitteisiin. Uuden spesifikaation mukaan kaapelia ja liitintä voidaan käyttää missä tahansa asennossa liittimen asennosta ja kaapelin suunnasta riippumatta. Kaapelissa on samantyyppinen liitin molemmilla puolilla. Ensimmäiset Type-C USB-kaapelit ovat passiivisia kuparikaapeleita, joiden pituus on enintään 1 m, ja aktiivisia kupari- ja valokuitukaapeleita odotetaan pian.

Monien erilaisten automaatiojärjestelmien käyttöönottomäärät kaikilla teollisuuden aloilla edellyttävät jatkuvasti kasvavan tiedon käsittelyä. "Päävaltimot" ovat sarjatietokaapeleita, jotka ohjaavat monimutkaisia ​​prosesseja ja lähettävät prosessimittauksia.

Laajassa käytössä on erilaisia ​​sarjaliitäntöjä, jotka takaavat kohinattoman nopean tiedonsiirron ankarissa teollisuusympäristöissä.

RS-232 (V.24)

Yksi yleisimmistä sarjaliitännöistä on määritelty TIA-232- ja CCITT V.24 -standardeissa.

Liitäntä toteuttaa tiedonsiirron kahden laitteen välillä (point-to-point-yhteys) duplex-tilassa jopa 15 metrin etäisyydellä.

Yksinkertaisimmassa kokoonpanossa tarvitaan kolme johtoa - TxD (lähetysdata), RxD (vastaanottotiedot) ja GND (signaalin yhteinen johto). Tällöin tiedonsiirron ohjaus tapahtuu ns. ohjelmistokuittauksella. Ohjelmiston kättelylähetystä varten on lisälinjoja, joita käytetään ohjaussignaalien, kellosignaalien ja myös signalointiin.

Laiteliitännät voidaan suunnitella tietoliikennelaitteiksi (DCE) tai tietojenkäsittelylaitteiksi (DTE). Erottava piirre on erilainen lähetyssuunta linjoilla, joilla on sama nimitys ja pinni. Esimerkki: DTE-laite lähettää TxD-yhteyden (transmit data) kautta, kun taas DCE-laite vastaanottaa dataa saman yhteyden kautta. Tämä ratkaisu mahdollistaa yksinkertaisen suoran viestinnän kahden laitteen välillä. Kun kytket samantyyppisiä laitteita, kaikki liitäntälinjat on ylitettävä.

Molempien datalinjojen signaalitasot määritellään seuraavasti:

• -3 - -15 boolen "I":lle
• +3 - +15 boolen arvolle "0"

Ohjaus- ja ilmoitussignaalien siirtolinjoilla toimintalogiikka päinvastoin on käänteinen (log. "I" = positiivinen potentiaali). Suurin tiedonsiirtonopeus on 115,2 kbps. Teollisissa olosuhteissa lähetysetäisyyttä suositellaan tässä tapauksessa pienentämään 5 metriin.

TTY

Nykyisen silmukan TTY-liitäntää käytettiin ensin lennätyksessä. Nykyään se löytyy edelleen (PLC) ja tulostimista. Sekä tiedon lähettämiseen että vastaanottamiseen tarvitaan yksi johtopari, ja linjat on kierrettävä pareittain. Tiedonsiirto tapahtuu duplex-tilassa ohjelmistokättelyllä. Ohjaussignaalin siirtolinjoja ei ole saatavilla. Virta-arvo 20 mA silmukassa vastaa loogista "I"-tilaa. Jos virtapiiri katkeaa, tämä koetaan loogisena "0"-tilana. Jokainen silmukka vaatii virtaa tuottavan lähteen, joka voidaan kytkeä joko lähetys- tai vastaanottopuolelle. Virran tuottava puoli katsotaan "aktiiviseksi", kun taas "passiivinen" on aina aktiivista vastapäätä. Liitäntäkokoonpanoja on kolme:

1. Täysin aktiiviset TTY-liitännät virtalähteisiin sekä lähettimen että vastaanottimen jaloissa.
2. Passiiviset TTY-liitännät ilman vastaavia vakiovirtalähteitä.
3. Puoliaktiiviset TTY-liitännät, joissa virtalähde on vain lähetyspuolella (TD).

Vastaanotin (RD) on passiivinen. Jokainen virtasilmukka voi toimia vain yhden virtalähteen kanssa. Vain "täysin aktiivinen/passiivinen" ja "puoliaktiivinen/puoliaktiivinen" yhdistelmät ovat sallittuja. Tällainen tiedonsiirto voidaan toteuttaa etäisyyksille jopa 1000 m. Suurin siirtonopeus on 19200 bps.

RS-422

Älykkäiden koneiden vaatimukset nopeaan ja tehokkaaseen tiedonsiirtoon kuvataan RS-422-standardissa. Sarjatiedonsiirto kahden laitteen välillä tapahtuu duplex-tilassa jopa 10 Mbps nopeudella 1200 metrin etäisyyksillä.

Datalinjojen sähköiset tasot määritellään seuraavasti:

• -0,3 - -6 loogiselle "minä"
• +0,3 - +6 loogiselle "0":lle.

Signaalitilaa kuvaa mittauspisteiden (A) ja (B) välinen jännite-ero. Jos pisteen (A) jännite verrattuna pisteen (B) jännitteeseen: - Negatiivinen, dataviiva on loki. I, kontrolliviiva - log.0, (UA-UB-0.3 B).

Vastaanottimen tulojen päätetyt kuormitusvastukset (100…200 ohmia) eivät ainoastaan ​​estä heijastuksia siirtojohdossa, vaan lisäävät edelleen lähetyksen luotettavuutta selkeästi määritellyn resultanttivirran ansiosta.

RS-485 W2

Tämän tyyppisellä sarjaliitännällä ei ole vain yhtä korkea suorituskyky kuin RS-422-liitännällä, vaan se mahdollistaa myös jopa 32 päätelaitteen multidrop-liitännän. Sähkötasot ja niihin liittyvät loogiset arvot ovat identtisiä standardin RS-422 määrittelemien kanssa. 2-johtimisyhteyden ansiosta tiedonsiirto voidaan kuitenkin suorittaa vain half-duplex-tilassa, mikä tarkoittaa, että tiedonsiirto ja vastaanotto suoritetaan vuorotellen ja niitä on ohjattava sopivalla ohjelmalla. Vastaavan ohjelmistoprotokollan on, toisin kuin puhtaassa point-to-point-viestinnässä, tarjottava mahdollisuus osoittaa jokaiselle monipistejärjestelmässä kytkettylle päätelaitteelle osoitteen perusteella sekä tunnistaa tämä laite. Vain yksi päätelaite voi lähettää dataa kerrallaan, kaikkien muiden on oltava tällä hetkellä "kuuntelutilassa". Kaksijohtiminen väyläkaapeli voi olla pituudeltaan jopa 1200 m, ja molempiin päihin tulee kytkeä päätevastukset (100 ... 200 ohmia). Yksittäiset päätteet voidaan erottaa väylästä jopa 5 m:n etäisyydellä väylän avulla.Kierretyllä parikaapelilla ja suojatulla kaapelilla maksimi tiedonsiirtonopeus on 10 Mbit/s. RS-485-standardi määrittelee vain liitännän fyysiset ominaisuudet. Siksi RS-485-liitäntöjen yhteensopivuutta keskenään ei välttämättä taata. Parametrit, kuten baudinopeus, datamuoto ja koodaus, määräytyvät järjestelmästandardien, kuten INTERBUS, PROFIBUS, MODBUS jne., mukaan.

RS-485 W4

4-johtiminen RS-485-standardi mahdollistaa, toisin kuin 2-johtiminen RS-485-standardi, full-duplex-väylän tiedonsiirron. Esimerkki tästä on DIN-Messbus-mittausväylä. Toisin kuin 2-johdintekniikassa, tässä tapauksessa vastaanottimen lähetyshaarat ovat erillään toisistaan ​​ja voivat siten toimia samanaikaisesti. Mittausväyläjärjestelmissä käytetään edullisesti isäntä/orja-periaatteeseen perustuvia topologioita, joissa isäntä lähettää dataa jopa 32 kuuntelevalle orjalle. Orjalaitteiden lähetyshaarat voivat olla kolmannessa diskreetissä tilassa (tri-state), jossa niiden korkea impedanssi säilyy. Vain pyynnön vastaanottanut mittausasema yhdistää aktiivisesti lähettimensä väylään. Sähkötasot ja niiden loogiset arvot vastaavat, kuten kaikissa muissa RS-485-tyyppisissä liitännöissä, RS-422-standardia. Suurin siirtonopeus on 10 Mbps. Väyläkaapeli on päätettävä, sen ytimet on kierrettävä pareittain ja suojattava.

Modeemi

Perinteinen puhelinverkko sallii vain analogisten signaalien lähettämisen taajuusalueella 300 Hz - 3,4 kHz. Siksi digitaalisten signaalien siirtämiseksi sarjaliitännöistä puhelinverkon kautta tarvitaan alustava muunnos. Tämä vaatii laitteen, joka muuntaa digitaalisen datavirran analogisiksi aaltomuodoiksi, ja nämä aaltomuodot sitten takaisin digitaaliseksi tietovirraksi. Näitä prosesseja kutsutaan modulaatioksi ja demodulaatioksi, ja laite, joka suorittaa ne vastaavasti, on modeemi. Puhelinverkkoyhteyden muodostusprosessi on kansainvälisten standardien mukainen. Tässä tapauksessa kantoaaltotaajuus synkronoi molemmat modeemit. Yleisen puhelinverkon avulla voit siis toteuttaa kanavan eri puolilla maailmaa sijaitsevien laitteiden välille. Mutta myös kiinteitä yhteyksiä käytettäessä 20 km:n etäisyydet eivät ole ongelma.

Vaikka tarvitaan vain kaksi johtoa, tiedonsiirto tapahtuu useimmiten duplex-tilassa.

Suurin analogisen linjan nopeus on 33,6 kbps.

V.90-lähetys nopeudella 56 kbps on mahdollista vain Internet-palvelimelta modeemiin. Vastakkaiseen suuntaan, ts. V.90-modeemista V.90-modeemiin, siirtonopeus on enintään 33,6 kbps.

INTERBUS

INTERBUS on rengasjärjestelmä. Lähetys- ja vastaanottolinjat yhdistetään yhdeksi kaapeliksi, minkä vuoksi INTERBUS nähdään puurakenteena, jonka linjat edustavat pääkaapelista lähteviä oksia. Nämä väylät on kytketty etäväylään väyläjohdinliittimien kautta. Etäväyläpäätteiden väliset yhteydet ovat aktiivisia point-to-point-yhteyksiä, fyysinen kerros on RS-422-standardin mukainen. Tässä tapauksessa hyödyllistä dataa lähetetään differentiaalisignaaleina kaksijohtimien kierretyillä pareilla (4 johdinta) full duplex -tilassa. Tiedonsiirtonopeus on 500 kbps tai 2 Mbps. Yhteyslinjojen mahdollinen kokonaispituus on enintään 12,8 km, kun taas järjestelmä voi sisältää enintään 255 segmenttiä, kukin enintään 400 m.

Toistimien ja päätevastusten käyttöä linjan päässä ei vaadita, koska rengas sulkeutuu automaattisesti etäväylän viimeisessä laitteessa.

PROFIBUS

PROFIBUS-väylä on määritelty IEC 61158- ja IEC 61784 -standardien mukaan, ja se perustuu teknisesti 2-johtimiseen RS-485-järjestelmään, jossa on half-duplex-tiedonsiirto. Profibus-järjestelmä on rakennettu puhtaasti lineaariseksi rakenteeksi, johon voidaan liittää jopa 32 laitetta, ja Profibus-väylän segmentin enimmäispituus on 1200 m. Profibus-järjestelmän päätelaitteet on kytketty toisiinsa vedtämällä kaksijohtiminen väyläkaapeli, jossa on kierretyt ytimet. Jos verkkoon halutaan useampia päätelaitteita, kone tai teollisuuslaitos on segmentoitava. Erilliset segmentit vaihtavat tietoja keskenään toistimien kautta, jotka vahvistavat ja erottavat hyödyllistä tietoa kuljettavat signaalipotentiaalit. Jokainen toistin laajentaa järjestelmää yhdellä lisäsegmentillä, jossa on 32 päätekohtaa ja kaapelin kokonaispituus enintään 127 liitäntää varten. Profibus-järjestelmien siirtonopeus voidaan konfiguroida välillä 9,6 kbps - 12 Mbps. Nopeusarvo vaikuttaa väyläsegmenttien sallittuun pituuteen sekä passiivisiin väliottoihin (taulukko). Luotettavan tiedonsiirron varmistamiseksi kuparikaapelin jokaisen Profibus-väylän segmentin tulee alkaa ja päättyä päätevastukseen.

CANopen/Device Net

Controller Area Network (CAN) -protokolla kehitettiin alun perin autoelektroniikassa verkottumista varten. Protokollaa laajentamalla on saatu CANopen- ja Device Net -järjestelmät teollisiin kenttäväyläsovelluksiin.

Kaikki väyläliittimet on kytketty lineaarisesti kolmijohtimisella kaapelilla, jonka alussa ja lopussa on päätevastukset.

Päätelaitteet kuuntelevat tiedonvaihtoa väylällä ja alkavat tauon jälkeen lähettää datapaketteja. Usein useat päätelaitteet tunnistavat väylän vapaaksi ja aloittavat tiedonsiirron samanaikaisesti. Koska eri datapaketit voivat häiritä toisiaan, bittibitiltä sovittelu tarjotaan tietojen häviämisen estämiseksi. Tätä mekanismia kutsutaan nimellä Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidment (lyhennettynä CSMA/CA – Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance).

Päätelaitteet vertaavat väylän signaalitasoja lähettämiensä signaalitasoihin. Nämä tasot voivat olla joko hallitsevia (taso 0) tai resessiivisiä (taso I). Heti kun hallitseva taso on kirjoitettu omalle bittikuviolleen, tämä tarkoittaa, että toinen päätelaite on siirtynyt lähetystilaan. Lähetin, joka osoittautuu resessiiviseksi, lopettaa välittömästi lähetyksensä ja yrittää lähettää datapakettiaan uudelleen seuraavan tauon aikana. Viestit ja siten väylälle pääsypyynnöt voidaan priorisoida osoitteita määritettäessä hallitsevien bittien lukumäärän mukaan.

Signaalin etenemisaika rajoittaa verkon maksimipituutta siirtonopeudesta riippuen, koska CSMA/CA-menetelmä toimii vain rajoitetussa aikaikkunassa. Tämä on otettava huomioon suunnittelussa.

ethernet

Ethernet on kuvattu IEE 802 -standardissa, ja se oli alun perin suunniteltu toimistolaitteiden (tietokoneet, tulostimet jne.) väliseen viestintään. Tässä tapauksessa otettiin käyttöön lineaarinen topologia ja käytettiin koaksiaalikaapelia. Tällä hetkellä verkot rakennetaan yksinomaan hajautetulla tähtitopologialla, joka perustuu kierrettyihin pareihin tai valokuitukaapeliin. Samaan aikaan teollisuusverkoissa tiedonsiirtonopeus on 10 tai 100 Mbps. Verkkorakennetta voidaan mukauttaa kunkin yksittäistapauksen vaatimuksiin järjestämällä kaskadeja tähtijakajilla (keskittimet, kytkimet, reitittimet).

Jos tiedonjakelussa käytetään keskittimiä, järjestelmän on toimittava half-duplex-tilassa. Tässä tapauksessa tiedonvaihdon tarjoaa Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidment (CSMA/CA - Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance) -mekanismi. Tällöin päätelaitteet kuuntelevat verkon tiedonvaihtokanavaa ja aloittavat tiedonsiirron vasta muiden lähetysten keskeytyksen jälkeen. Paketti lähetetään jokaiseen verkon päätelaitteeseen. Päätelaitteet vertaavat lähetetyn paketin kohdeosoitetta omaan osoitteeseen ja hyväksyvät paketin vain, jos osoitteet täsmäävät. Usein useat päätelaitteet tunnistavat väylän vapaaksi ja aloittavat tiedonsiirron samanaikaisesti. Tämän seurauksena datapaketit tuhoavat toisensa, tässä tapauksessa puhutaan törmäyksestä. Aktiivinen päätelaite, joka havaitsee törmäyksen ensimmäisenä välittömästi, vaatii kaikkien päätelaitteiden hidastamaan tiedonsiirtoa. Sen varmistamiseksi, että datapaketit eivät katoa ja ne voidaan lähettää uudelleen, lähettimien on saatava kuittausviesti ennen kuin viestin viimeinen bitti on lähetetty.

Kuittausviestin aikarajoitukset törmäyksessä vaikuttavat suoraan verkon enimmäispituuteen. Ns. törmäysalue rajoittuu verkkosovittimeen, reitittimeen tai kytkimeen. Tämä verkon segmentointi eliminoi keskittimien verkon rajoitukset, mikä mahdollistaa verkon laajan alueellisen laajuuden ja tiedonvaihdon optimoinnin.

Ihannetapauksessa jokainen päätelaite on kytketty kytkentäporttiin, jolloin saadaan oma törmäysalue. Verkon suorituskyky paranee, koska törmäykset on eliminoitu, CSMA/CD-mekanismi voidaan poistaa käytöstä ja verkkoa voidaan käyttää kaksisuuntaisessa tilassa kaksinkertaisella kaistanleveydellä.

Asennuksen aikana on otettava huomioon käytetyn laitteen tyyppi. DTE/DCE-liitäntöjen mukaan RS-232-laitteiden tapauksessa on Ethernet-laitteita, joissa on MDI- tai MDIx-liitännät. Samantyyppiset laitteet tulee aina kytkeä ristikkäisillä liitäntäkaapeleilla ja erityyppiset laitteet 1:1 johdotuksilla.

Sisäisellä kytkennällä, joka yhdistää useita laitteita, on mahdollista vaihtaa käyttöliittymä manuaalisesti tai automaattisesti (automaattinen neuvottelutoiminto) suoraan asennuspaikalla. Tämän seurauksena kaikissa tapauksissa on mahdollista kytkeä kaapelilla, jossa on 1:1 johdotus.

Toinen automaattinen mekanismi on nopeuden ja toimintatavan automaattinen neuvottelu, jonka ansiosta laitteet valitsevat kaikille yhteisen nopeuden ja lähetystilan (half duplex tai full duplex).