Интерфейс реализуется со стороны компьютера совокупностью аппаратных и программных средств: контроллером ПУ и специальной программой, управляю­щей этим контроллером, которую часто называют драйвером соответствующего периферийного устройства.

Связь компьютера с периферийным устройством

Данные

Команды контроллера:

«Установить начало листа», «Переместить магнитную головку», «Сообщить состояние устройства» и др.

Со стороны ПУ интерфейс чаще всего реализуется аппаратным устройством управления ПУ, хотя встречаются и программно-управляемые периферийные устройства.

Программа, выполняемая процессором, может обмениваться данными с помо­щью команд ввода-вывода с любыми модулями, подключенными к внутренней шине компьютера, в том числе и с контроллерами ПУ.

Периферийные устройства могут принимать от компьютера как данные, напри­мер байты информации, которую нужно распечатать на бумаге, так и команды управления, в ответ на которые устройство управления ПУ может выполнить специальные действия, например, перевести головку диска на требуемую дорож­ку или же вытолкнуть лист бумаги из принтера. Периферийное устройство использует внешний интерфейс компьютера не только для приема информации, но и для передачи информации в компьютер, то есть обмен данными по внешне­му интерфейсу, как правило, является двунаправленным. Так, например, даже принтер, который по своей природе является устройством вывода информации, возвращает в компьютер данные о своем состоянии.

Итак, приложение, которому требуется передать некоторые данные на перифе­рийное устройство, обращается с запросом на выполнение операции ввода-выво­да к операционной системе. В запросе указываются: адрес данных в оперативной памяти, идентифицирующая информация о периферийном устройстве и опера­ция, которую надо выполнить. Получив запрос, операционная система запускает соответствующий драйвер, передавая ему в качестве параметра адрес выводимых данных. Дальнейшие действия по выполнению операции ввода-вывода со стороны компьютера реализуются совместно драйвером и контроллером ПУ. Контроллер работает под управлением драйвера. Контроллеры ПУ принимают команды и данные от драйвера в свой внутренний буфер, который часто называется регист­ром, или портом, а затем производят необходимые преобразования данных и ко­манд, полученных от драйвера, в соответствии с форматами, понятными устрой­ству управления ПУ, и выдают их на внешний интерфейс.

Распределение обязанностей между драйвером и контроллером может быть раз­ным, но чаще всего контроллер поддерживает набор простых команд по управле­нию периферийным устройством, а драйвер определяет последовательность их выполнения, заставляя периферийное устройство совершать более сложные дей­ствия по некоторому алгоритму. Например, контроллер принтера может поддер­живать такие элементарные команды, как «Печать символа», «Перевод строки», «Возврат каретки» и т. п. Драйвер же принтера с помощью этих команд органи­зует печать строк символов, разделение документа на страницы и другие более высокоуровневые операции. Для одного и того же контроллера можно разрабо­тать различные драйверы, которые с помощью одного и того же набора доступ­ных команд будут реализовывать разные алгоритмы управления ПУ.

Рассмотрим схему передачи одного байта информации от прикладной програм­мы на периферийное устройство. Программа, которой потребовалось выполнить обмен данными с ПУ, обращается к драйверу этого устройства, сообщая ему в качестве параметра адрес байта памяти, который нужно передать. Драйвер загру­жает значение этого байта в буфер контроллера ПУ, который начинает последо­вательно передавать биты в линию связи, представляя каждый бит соответст­вующим электрическим сигналом. Чтобы устройству управления ПУ стало понятно, что начинается передача байта, перед передачей первого бита информа­ции контроллер ПУ формирует стартовый сигнал специфической формы, а по­сле передачи последнего информационного бита — столовый сигнал. Эти сигна­лы синхронизируют передачу байта.

Кроме информационных бит, контроллер может передавать бит контроля четно­сти для повышения достоверности обмена. Устройство управления, обнаружив на соответствующей линии стартовый бит, выполняет подготовительные дейст­вия и начинает принимать информационные биты, формируя из них байт в сво­ем приемном буфере. Если передача сопровождается битом четности, то выпол­няется проверка правильности передачи: при правильно выполненной передаче в соответствующем регистре устройства управления устанавливается признак завершения приема информации.

На драйвер обычно возлагаются наиболее сложные функции протокола (напри­мер, подсчет контрольной суммы последовательности передаваемых байтов, ана­лиз состояния периферийного устройства, проверка правильности выполнения команды). Но даже самый примитивный драйвер контроллера должен поддер­живать как минимум две операции: «Взять данные из контроллера в оператив­ную память» и «Передать данные из оперативной памяти в контроллер».

В самом простом случае связь компьютеров может быть реализована с помощью тех же самых средств, которые используются для связи компьютера с перифери­ей, например, через последовательный интерфейс RS-232C. При этом, в отличие от процедуры обмена данными компьютера с периферийным устройством, когда программа работает, как правило, только с одной стороны (со стороны компью­тера), здесь происходит взаимодействие двух программ, выполняемых на каж­дом из компьютеров.

Программа, работающая на одном компьютере, не может получить непосредст­венный доступ к ресурсам другого компьютера — его дискам, файлам, принтеру. Она может только «попросить» об этом другую программу, выполняемую на том компьютере, которому принадлежат эти ресурсы. Эти «просьбы» выражаются в виде сообщений, передаваемых по каналам связи между компьютерами. Сообщения могут содержать не только команды на выполнение некоторых действий, но и соб­ственно информационные данные (например, содержимое некоторого файла).

Взаимодействие двух компьютеров

8.2. Устройства межсетевого интерфейса

Созданная на определенном этапе развития фирмы локальная вычислительная сеть с течением времени перестает удовлетворять потребности всех пользователей и воз­никает необходимость расширения ее функциональных возможностей или границ охватываемой ею территории. Может возникнуть необходимость объединения внутри фирмы ЛВС различных отделов и филиалов для организации обмена дан­ными. Наконец, стремление получить выход на новые информационные ресурсы может потребовать подключения ЛВС к сетям более высокого уровня.

В качестве межсетевого интерфейса для соединения сетей между собой используются:

o            повторители;

o            мосты;

o            маршрутизаторы;

o            шлюзы.

Повторители (repeater) — устройства, усиливающие электрические сигналы и обес­печивающие сохранение формы и амплитуды сигнала при передаче его на боль­шие расстояния. Повторители описываются протоколами канального уровня мо­дели взаимодействия открытых систем, могут объединять сети, отличающиеся протоколами лишь на физическом уровне OSI (с одинаковыми протоколами уп­равления на канальном и выше уровнях), и выполняют лишь регенерацию паке­тов данных, обеспечивая тем самым электрическую независимость сопрягаемых сетей и защиту сигналов от воздействия помех. Использование усилителей позво­ляет расширить и протяженность одной сети, объединяя несколько сегментов сети в единое целое. При установке усилителя создается физический разрыв в линии связи, при этом сигнал воспринимается с одной стороны, регенерируется и направ­ляется к другой части линии связи.

Мосты (bridge) — описываются протоколами сетевого уровня OSI, регулируют тра­фик (передачу данных) между сетями, использующими одинаковые протоколы передачи данных на сетевом и выше уровнях, выполняя фильтрацию информаци­онных пакетов в соответствии с адресами получателей. Мост может соединять сети разных топологий, но работающие под управлением однотипных сетевых опера­ционных систем. Мосты могут быть локальными и удаленными. Локальные мо­сты соединяют сети, расположенные на ограниченной территории в пределах уже существующей системы. Удаленные мосты соединяют разнесенные территориаль­но сети с использованием внешних каналов связи и модемов. Маршрутизаторы (router) — описываются и выполняют свои функции на транспорт­ном уровне протоколов OSI и обеспечивают соединение логически не связанных се­тей (имеющих одинаковые протоколы на сеансовом и выше уровнях OSI); они анали­зируют сообщение, определяют его дальнейший наилучший путь, выполняют его некоторое протокольное преобразование для согласования и передачи в другую сеть, создают нужный логический канал и передают сообщение по назначению. Маршру­тизаторы обеспечивают достаточно сложный уровень сервиса: они могут, например, соединять сети с разными методами доступа; могут перераспределять нагрузки в ли­ниях связи, направляя сообщения в обход наиболее загруженных линий и т. д.

Шлюзы (gateway) — устройства, позволяющие объединить вычислительные сети, использующие различные протоколы OSI на всех ее уровнях; они выполняют про­токольное преобразование для всех семи уровней управления модели OSI. Кроме функций маршрутизаторов они выполняют еще и преобразование формата инфор­мационных пакетов и их перекодирование, что особенно важно при объединении неоднородных сетей.

Мосты, маршрутизаторы и шлюзы в локальной вычислительной сети — это, как правило, выделенные компьютеры со специальным программным обеспечением и дополнительной связной аппаратурой.