Створення сучасних засобів обчислювальної техніки пов'язано із завданням об'єднання в один комплекс різних блоків ВМ, пристроїв зберігання і відображення інформації, апаратури даних і безпосередньо ЕОМ. Це завдання покладається на уніфіковані системи сполучення - інтерфейси. Під інтерфейсом розуміють сукупність схемотехнічних засобів, що забезпечують безпосередню взаємодію складових елементів обчислювальної системи. Інтерфейс забезпечує взаємозв'язок між складовими функціональними блоками або пристроями системи.
Основним призначенням інтерфейсу є уніфікація внутрішньосистемних і міжсистемних зв'язків і пристроїв сполучення з метою ефективної реалізації прогресивних методів проектування функціональних елементів обчислювальної системи.
Обчислювальна машина містить крім процесора (процесорів) і основний пам'яті, що утворюють її ядро, численні і різноманітні за виконуваними функціями і принципам дії периферійні пристрої (ПУ), призначені для зберігання великих б'ем інформації (зовнішні запам'ятовуючі пристрої) і для введення в ЕОМ і виведення з неї інформації, в тому числі для її реєстрації та відображення (пристрої введення-виведення). Передача інформації з периферійного пристрою в ядро ЕОМ (пам'ять або процесор) називається операцією введення, а передача з ядра ЕОМ в периферійний пристрій - операцією виведення. Продуктивність і ефективність використання ЕОМ визначається не тільки можливостями її процесора і характеристиками основної пам'яті, але в дуже великій мірі складом її ПУ, їх технічними даними і способом організації їх спільної роботи з ядром (процесором і основною пам'яттю) ЕОМ. Зв'язок пристроїв ЕОМ один з одним здійснюється за допомогою сполучень, які в обчислювальній техніці називаються інтерфейсами. Інтерфейс - являє собою сукупність ліній і шин, сигналів, електронних схем і алгоритмів, призначену для здійснення обміну інформацією між пристроями. [1] Від характеристик інтерфейсів багато в чому залежать продуктивність і надійність обчислювальної машини. При розробці систем введення-виведення повинні бути вирішені наступні проблеми.
По-перше, повинна бути забезпечена можливість реалізації машин зі змінним складом устаткування (машин зі змінною конфігурацією), в першу чергу з різним набором периферійних пристроїв, з тим щоб користувач міг вибирати склад обладнання (конфігурацію) машини відповідно до її призначення, легко доповнювати машину новими пристроями.
По-друге, для ефективного і високопродуктивного використання обладнання ЕОМ повинні реалізовуватися паралельна в часі робота процесора над програмою і виконання периферійними пристроями процедур введення-виведення.
По-третє, необхідно спростити для користувача і стандартизувати програмування операцій введення-виведення, забезпечить незалежність програмування вводу-виводу від особливостей того чи іншого периферійного пристрою.
По-четверте, необхідно забезпечити автоматичне розпізнавання і реакцію ядра ЕОМ на різноманіття ситуацій, що виникають в ПУ (готовність пристрою, відсутність носія, різні порушення нормальної роботи і ін.). [2]
Створення сучасних засобів обчислювальної техніки пов'язано із завданням об'єднання в єдиний комплекс різних блоків ЕОМ, пристроїв зберігання і відображення інформації, вимірювальних приладів, пристроїв для зв'язку з об'єктом (УСО), апаратури передачі даних і безпосередньо ЕОМ. Це завдання покладається на уніфіковані системи сполучення - інтерфейси. Термін "інтерфейс" зазвичай трактується як синонім слова "сполучення" і розуміється як сукупність схемотехнічних засобів, що забезпечують безпосередню взаємодію складових елементів пристрою, системи. Нерідко це визначення використовується для позначення складових компонентів інтерфейсу. В одних випадках під інтерфейсом розуміють програмні засоби, що забезпечують взаємодію програм операційної системи, в інших - пристрою сполучення, що забезпечують взаємозв'язок між складовими функціональними блоками або пристроями системи. Для акцентування уваги на комплексний характер інтерфейсу використовуються терміни "інтерфейсна система", "програмний інтерфейс", "фізичний інтерфейс", "апаратний інтерфейс", і т.п. [3]
Під стандартним інтерфейсом розуміється сукупність уніфікованих апаратних, програмних і конструктивних засобів, необхідних для реалізації взаємодії різних функціональних елементів в автоматичних системах збору та обробки інформації за умов, запропонованих стандартом і спрямованих на забезпечення інформаційної, електричної та конструктивної сумісності зазначених елементів. [4]
Структурна схема інтерфейсу показана на рис 1.
Рисунок 1 - Структурна схема інтерфейсу: ФБ - функціональний блок; К - контролер, функціональний блок; К - контролер; УБ - керуючий блок; ІБ - інтерфейсний блок
Засоби інтерфейсу забезпечують спільну роботу незалежних різнорідних функціональних блоків системи. Умовно ІБ можна розділити на дві частини: частина, звернена до ФБ і враховує його специфіку, і частина, що підтримує взаємодію з іншими пристроями в рамках вимог інтерфейсу. [5]
Якість стандарту на інтерфейс може бути оцінений співвідношенням, що встановлюються між обмеженнями на реалізацію інтерфейсу і пристроїв сполучення і можливостями варіювання тих чи інших технічних характеристик інтерфейсу з метою найбільш ефективного пристосування його до конкретної системи. Занадто жорстка регламентація умов сумісності обмежує сферу застосування інтерфейсу або ж викликає неоптимальний його використання. Однак при цьому спрощується задача проектування пристроїв сполучення. В протилежному випадку збільшується ймовірність несумісності інтерфейсного обладнання, що розробляється різними виробниками.
Жорстка залежність інтерфейсів від архітектурних особливостей ЕОМ є однією з причин, що перешкоджають уніфікації численних модифікацій інтерфейсів. Однак на певному етапі розвитку технології тенденція збереження інтерфейсу знижує ефективність використання коштів ЗТ і можливість впровадження нових принципів побудови ЕОМ і систем на їх основі.
Досвід показує, що уніфікація і стандартизація найбільш широко застосовуваних інтерфейсів дають значний економічний ефект. Цей ефект досягається в сфері виробництва (скорочення номенклатури виробів, збільшення обсягів партій виробів та ін.), При проектуванні і експлуатації систем. [6]
Сучасні темпи розвитку мікроелектронної технології, а також тенденції та практика побудови мікропроцесорних систем в даний час визначили наступні напрямки розвитку інтерфейсів:
1. Подальше підвищення рівня уніфікації інтерфейсного обладнання та стандартизації умов сумісності існуючих найбільш поширених інтерфейсів на основі узагальнення досвіду їх широкого використання. Це вдосконалення направлено на створення нових стандартних інтерфейсів або на підвищення рівня стандартизації існуючих.
2. Модернізація та розширення функціональних можливостей існуючих інтерфейсів без порушення умов сумісності завдяки новітнім досягненням в мікроелектронної технології та технології розробки засобів передачі інформації. Основна мета цього напрямку-подовження термінів морального старіння стандартних інтерфейсів і розширення області їх застосування.
3. Створення принципово нових інтерфейсів і розробка вимог на їх уніфікацію і стандартизацію. Ця тенденція обумовлена в першу чергу розробкою систем з паралельною розподіленою обробкою інформації на основі якісно нових принципів організації обчислювального процесу, а також інтегрованих розподілених систем. [7]