Способы обмена даннымиОсновные способы обмена данными. Между микропроцессорной системой (МС) и внешним устройством (ВУ) происходит обмен полезной информацией в виде слов данных (Data WordDW) и служебной информацией в виде управля­ющих слов (Control WordCW) и слов состояния (Status WordSW). Служебная информация может занимать значительный объем. Поэтому в общем случае для обмена информацией отводится ряд портов ввода/вывода (ВВ), образующих про­странство доступа к внешнему устройству (ВУ). Ввод и вывод всегда рассматри­ваются по отношению к микропроцессору. Обмен информацией между процессо­ром и ВУ осуществляется по определенным правилам. Совокупность правил, на­зываемых протоколом обмена, является основой для составления драйвера ВУ. Драйвер представляет собой набор подпрограмм, обслуживающих обмен ВУ с микропроцессором.

Существуют три способа обмена данными: программно управляемый обмен, обмен с прерыванием программы и обмен по каналу прямого доступа к памяти. Рассмотрим в общих чертах особенности каж­дого способа обмена.

Программно–управляемый обмен данными. Обмен инициируется и выпол­няется процессором с помощью:

●     специальных команд ввода–вывода, при этом в формате команды должен со­держаться код выполняемой операции и номер выбираемого порта ВУ;

●     команд обращения к ОЗУ, при этом каждый порт ВУ рассматривается как ад­рес, отличный от адресов других ячеек.

С точки зрения использования вспомогательных сигналов различают прямой и условный обмен.

Прямым, или безусловным, вводом–выводом называется такая процедура, при которой для активизации обмена не требуется никаких условий и вспомогатель­ных сигналов. Прямой ввод/вывод возможен только с внешними устройствами, которые всегда готовы к обмену. Он является составной частью более сложных протоколов обмена.

Условным вводом–выводом называется такая процедура, при которой активи­зация обмена возможна при выполнении условия готовности к обмену ВУ.

Большинство ВУ работает асинхронно по отношению к процессору. При асин­хронном обмене информацией важной задачей является проверка готовности ВУ. Поэтому ВУ должно иметь аппаратные средства для выработки информации о своем внутреннем состоянии. Микропроцессор считывает эту информацию, пе­редает ее в аккумулятор, анализирует и на основе анализа принимает решение о готовности ВУ. При отсутствии готовности ВУ процессор переходит в состояние ожидания. Если обнаружено состояние готовности, то выполняются операции пе­редачи данных. Таким способом достигается сопряжение во времени работы процессора и таких устройств, которые по быстродействию уступают процессору.

Таким образом, условный ввод/вывод применяется для обмена с низкоскоро­стными внешними устройствами и сопровождается сигналом готовности ГтВУ, ге­нерируемым ВУ. Сигнал готовности ГтВУ вводится в процессор в составе слова состояния и информирует его о готовности ВУ к обмену. После завершения опе­рации обмена сигнал готовности ГтВУ должен быть снят и выставлен перед новой операцией. Для этого процессор информирует ВУ об окончании операции с по­мощью сигнала подтверждения Пт.

рис. 3.2.1

На рис. 3.2.1 приведены диаграммы условного ввода/вывода с помощью конт­роллера обмена. В этом случае могут быть также использованы сигналы готовно­сти Гт контроллера и подтверждения ПтВУ внешнего устройства.

При вводе (рис. 3.2.1, а) процессы протекают в следующей последовательности:

●     если сигнал подтверждения микропроцессора (контроллера) Пт = 0, ВУ вы­ставляет на шине ШВУ новые данные и сигнал готовности ГтВУ = 1;

●     так как ГтВУ = 1, процессор дает команду на ввод данных, и данные по ШД поступают в аккумулятор;

●     процессор через контроллер выставляет сигнал подтверждения Пт = 1, изве­щая ВУ о том, что данные введены;

●     при Пт = 1 ВУ снимает сигнал готовности (ГтВУ =0);

●     при ГтВУ = 0 процессор снимает сигнал подтверждения (Пт = 0).

При выводе данных (рис. 3.2.1, б) процессы протекают в следующей последо­вательности:

●     если сигнал готовности контроллера Гт = 0, ВУ осуществляет сброс сигнала подтверждения (ПтВУ = 0), после чего процессор на ШД выставляет новые данные;

●     при сигнале подтверждения ПтВУ = 0 контроллер устанавливает сигнал готов­ности Гт = 1;

●     данные по ШВУ выводятся в ВУ;

●     при Гт = 1 ВУ устанавливает сигнал подтверждения (ПтВУ =1);

●     при ПтВУ = 1 процессор снимает ранее установленный сигнал готовности (Гт = 0).

рис. 3.2.2

Рассмотренный протокол обмена называется квитированием.

Возможны два вида условного обмена: с занятием цикла и совмещенного. При обмене с занятием цикла (рис. 3.2.2, а) в случае неготовности ВУ микропроцес­сор находится в режиме ожидания; при совмещенном обмене (рис. 3.2.2, б) после опроса ВУ микропроцессор возвращается к выполнению основной программы.

По способу кодирования различают обмен данными в параллельном и после­довательном коде.

Необходимость передачи данных в последовательном коде обусловлена двумя факторами:

    наличием устройства (например, клавиатура, дисплей, телетайп), принцип работы которого базируется на использовании последовательного кода;

●     удалением внешнего устройства от процессора на значительное расстояние. Дело в том, между отдельными проводниками соединительной линии между источником и приемником информации существует емкостная связь. С уве­личением длины соединительной линии растет емкость между ее отдельными проводниками. Поэтому при передаче импульсных сигналов по одному провод­нику в других проводниках наводятся помехи, уровень которых может быть соизмеримым с уровнем полезных сигналов.

В этих условиях обмен информацией между процессором и внешним устрой­ством должен сопровождаться преобразованием параллельного кода в последо­вательный код при выводе данных и последовательного кода в параллельный — при вводе данных. Указанные функции возлагаются на контроллер обмена, кото­рый обычно выполняется в виде интегральной схемы.

К достоинствам программно–управляемого обмена данных относится его про­стота, к недостаткам — бесполезная трата времени на ожидание готовности ВУ и невозможность обеспечения своевременной реакции на внезапно возникшую потребность ВУ в обмене информацией.

Обмен с прерыванием программы. При этом способе инициатором обмена является внешнее устройство, которое подает специальный сигнал ЗАПРОС ПРЕ­РЫВАНИЯ на соответствующий вход процессора. После выполнения текущей микрокоманды процессор прекращает выполнение основной программы, выра­батывает сигнал ПОДТВЕРЖДЕНИЕ ПРЕРЫВАНИЯ и переходит к подпрограмме обработки прерывания, расположенной в фиксированной области памяти. После выполнения этой подпрограммы происходит возврат к основной программе.

Обмен данными с помощью прямого доступа к памяти. По этому способу используется канал прямого доступа к памяти (ПДП), по которому массивы дан­ных передаются непосредственно между внешним устройством (ВУ) и ОЗУ, минуя процессор. Это позволяет достичь наибольшей скорости передачи, но требует определенных аппаратных затрат для организации канала. Аналогично случаю об­мена по прерыванию ВУ посылает в процессор сигнал запроса на прямой доступ. После отправления сигнала подтверждения процессор прекращает работу по вы­полнению текущей программы, отключает свои буферные регистры от шин адреса и данных, а также прекращает выработку управляющих сигналов. Таким образом, процессор как бы замирает до окончания процедуры ПДП, чем этот режим и от­личается от режима обработки прерывания. Все функции адресации, передачи данных и управления выполняет контроллер ПДП, содержащий счетчик адреса, счетчик числа слов в массиве, а также ряд триггеров и логических схем, которые внесены в блок управления.

До начала работы канала ПДП в счетчик адреса заносится адрес ячейки ОЗУ, с которой начинается массив данных, и в счетчик слов (в прямом или дополни­тельном коде) — число слов в массиве. При передаче каждого слова содержимое этих счетчиков изменяется на единицу и обмен данными производится автомати­чески, пока не будет передан весь массив слов.

          В микропроцессорных системах встроены (или предусматриваются) интер­фейсные схемы для организации ввода/вывода.


Рекомендуйте эту статью другим!



aes 1
март 19, 2017 521

Атомные электростанции (АЭС), принцип работы, разновидности, типы, мощность

АЭС являются тепловыми станциями, использующими тепловую энергию ядерных реакций.…
состав процессора
окт 26, 2015 2888

Функции и состав процессора. Восьми - Шестнадцатиразрядный процессор. Сопроцессор.

Основные функции и состав процессора. На процессор возлагается выпол­нение операций,…
янв 22, 2013 1779

Выбор коммутационных аппаратов, показатели, рейтинг

Для обоснованного выбора оптимального типа КА целесообразно принять методику…
Выбор электроинструмента
фев 20, 2014 2093

Выбор электроинструмента

Сегодня уже трудно представить выполнение таких работ, как строительство и…
дек 13, 2012 4101

Провода и кабели, определение, обозначения, маркировка

Провод — одна неизолированная или одна либо более изолированных жил, поверх которых в…