Искусство схемотехники. Том 2 (Изд.4-е)

Интерфейс SCSI достаточно сложен, и мы не можем описывать здесь все его сигналы, режимы, командные протоколы и интерфейсные возможности. Ввиду его популярности, для облегчения вашей жизни, выпускаются однокристальные интерфейсные микросхемы (например, серии NCR 5380, Western Digital ЗЗС90, а также фирмами Fujitsu, Ferranti и др.).

SCSI хорошо работает с нынешними дисками. Однако для увеличения скорости передачи промышленность подумывает о переходе на 16-разрядную шину. Тогда, возможно, вступит в свои права интерфейс IPI (Intelligent Peripheral Interface- интеллектуальный периферийный интерфейс). IPI определяет 16-разрядную параллельную магистраль, работающую на скоростях до 10 Мбайт/с (частота передачи 5 МГц); как и SCSI, IPI обслуживает несколько машин и несколько периферийных устройств. Последнее время жесткие диски увеличивают свою скорость и плотность семимильными шагами; если еще принять во внимание рост скорости передачи, становится ясно, что мир быстро идет к универсальным интерфейсам (SCSI или IPI) со встроенной шиной. Через несколько лет, возможно, все остальные форматы будут забыты.

IEEE-488 (GPIB, HPIB). Когда появились первые приборы с выходами данных на задней панели, каждая компания все делала по-своему. Протоколов было почти столько же, сколько самих приборов, с параллельной или последовательной передачей, положительной или отрицательной полярностью и невообразимыми процедурами квитирования. Это был сумасшедший дом. Живо вспоминается разработка цифрового индикатора с огромными (высотой 15 см) цифрами для лекционного зала Гарвардского университета; для каждого из наших приборов у него были отдельные входные цепи!

В середине 60-х гг. фирма Hewlett-Packard решила покончить со всем этим безобразием, предложив универсальный приборный интерфейс. Фирма с присущей ей скромностью назвала его HPIB (Hewlett-Packard Interface Bus — интерфейсная магистраль Hewlett-Packard) и использовала его в качестве единственного интерфейса во всех новых разработках. HPIB позволяет подключать к магистральному кабелю (до 20 м длиной) до 15 приборов с помощью остроумно устроенных соединителей, которые можно вставлять друг в друга. По протоколу HPIB данные на магистрали имеют ширину 1 байт и передаются с квитированием; скорость передачи доходит до 1 Мбайт/с; предусмотрены программные команды, разрешающие любому устройству, подключенному к магистрали, стать «ведущим» (т. е. источником сообщений), а любой комбинации остальных устройств — «ведомыми» (т. е. приемниками сообщений). «Контроллер» диктаторски распоряжается, что делать каждому устройству.

Интерфейс HPIB оказался столь удачным, что комиссия по стандартизации Института инженеров по электротехнике и радиоэлектронике (ШЕЕ) официально признала его. В результате появился стандарт IEEE-488-1975/ANSI МС1.1, который все (кроме фирмы Hewlett-Packard) называют GPIB (General-Purpose Interface Bus-интерфейсная магистраль общего назначения), или «магистраль 488». GPIB стал универсальным цифровым интерфейсом для лабораторных приборов. С помощью GPIB можно связать вместе приборы любых компаний, да еще заставить микрокомпьютер (или настольный калькулятор) отдавать приказания. Например, вы можете задать форму сигнала, частоту и амплитуду синтезатору частот, а затем выполнить измерения напряжения в том же эксперименте или процессе.

10.21. Локальные вычислительные цепи

В доисторические времена вычисления выполнялись на больших централизованных ЭВМ в «пакетном» режиме. Это были мощные (более медленные, чем наименее мощные из современных персональных компьютеров, с крошечной памятью) и дорогие (сравнимые по цене с современными супер-ЭВМ) машины. Вы пробивали свои программы на колодах перфокарт, затем запускали задание. При удачном стечении обстоятельств к концу дня вы получали результаты аварийно завершившегося счета, и на следующее утро могли снова запустить свое задание, чтобы выловить следующую ошибку. Сегодня мы все развращены невероятной мощностью настольных компьютеров, быстрыми дисками, изящной графикой. Нам хочется большего. Нам хочется обмениваться файлами с приятелем, сидящим в соседней комнате, не вставая со стула. Нам хочется иметь мгновенный доступ к любым базам данных, принтерам и уникальной периферии. Все это доступно при наличии сетей-глобальных сетей вроде BITNET или DECNET и локальных вычислительных сетей (ЛВС) типа Ethernet или LocalTalk. Сети находятся еще в младенческом периоде своего развития, и в ближайшее десятилетие можно ожидать драматических изменений в этой области. Однако тенденции уже ясны, поэтому стоит остановиться на типах ЛВС, используемых сегодня.

Протокол CSMA/CD (Ethernet). Ethernet является типичным представителем сетей с коллективным доступом, опознанием несущей и обнаружением конфликтов (CSMA/CD). Для передачи сообщений адресуемому приемнику со скоростью 10 Мбит/с используется коаксиальный кабель. Сообщения Ethernet пересылаются «пакетами» с преамбулой и контролем ошибок. Протокол передачи выглядит примерно таким образом: (а) ждите прекращения активности в сети; (б) начинайте передачу своего пакета (см. ниже); (в) продолжая передачу, одновременно контролируйте наложение сообщений («конфликт»); (г) (1) пока наложений нет, продолжайте передавать свое сообщение, но (2) если вы обнаруживаете наложение, пошлите сигнал затора сети (чтобы все знали, что обнаружен конфликт), затем прекратите передачу, выждите случайный интервал времени и попробуйте снова; после каждой последовательной неудачи выжидайте больший по величине «случайный» интервал времени.

Сообщения сети Ethernet передаются относительно короткими пакетами (максимально 1 Кбайт), каждый из которых включает заголовок (идентифицирующий отправителя и получателя), несколько байт с информацией о длине пакета, его типе и последовательном номере, затем группу собственно байтов данных и, наконец, контрольную сумму циклического избыточного кода (CRC), с помощью которой получатель может проверить правильность передачи сообщения. Заметьте, что конфликт может произойти только в начале передачи пакета, поскольку (по правилу (а), см. выше) передача, длящаяся более удвоенного времени обхода сети, прерываться уже не будет.

Стандарт Ethernet, изобретенный фирмой Xerox, используется сейчас очень широко. Он достаточно широкополосен для большинства локальных сетей, а его производительность, благодаря протоколу случайных повторных передач, ухудшается при высокой загрузке не очень быстро. Контроллеры Ethernet можно найти для большинства серьезных микрокомпьютеров (VAX, IBM PC и т. д.) и магистралей (Multibus, VME); Ethernet является официально принятой сетью для популярных рабочих станций Sun и NeXT. Сеть Ethernet может иметь протяженность до 1 км на сегмент и содержать до 2 повторителей; можно также использовать волоконно-оптические «мосты» большей длины. Несколько настольных компьютеров могут совместно использовать многопортовый RS-232-сервер, выступающий в качестве узла на коаксиальном кабеле Ethernet. Серверы могут также обслуживать разделяемые между пользователями ресурсы, такие, как принтеры и большие диски.

Кольцевая сеть с маркерным доступом. В кольцевой сети с маркерным доступом каждый узел соединяется с соседним однонаправленной линией так, чтобы все узлы были объединены в кольцо. Конфликты здесь не допускаются, а правила игры выглядят следующим образом. Представьте себе некоторый объект (маркер); тот, у кого он имеется, может посылать сообщения, в то время как остальные могут только «слушать». В кольцевой сети с маркерным доступом маркер представляет собой короткое сообщение, передаваемое соседнему узлу, как только его владелец закончил пересылку пакета. В любой момент времени маркером владеет один из узлов; именно он имеет право посылать сообщения. Как и в сети Ethernet (да и в любой другой разумной сети), сообщения пакетизированы, причем часто используется формат SDLC (Synchronous Data Link Control — синхронное управление передачей данных: один пакет = флаг + адрес + заголовок + сообщение + контрольная сумма + флаг). Пакеты сообщений циркулируют по сети до тех пор, пока адресуемый получатель не примет их. После того, как отправитель закончил передачу всего сообщения (обычно состоящего из многих пакетов), он посылает маркер. Маркер циркулирует по кольцу до тех пор, пока какой-то другой узел в сети, желающий передать сообщение, не поглотит его, став, таким образом, новым владельцем маркера.