2.3. Назначение устройств ввода-вывода, способы информационного обмена

Периферийные устройства или УВВ связывают компьютер с внешним миром. Данные, вводимые пользователем через устрой­ства ввода, должны быть предварительно обработаны таким обра­зом, чтобы соответствовать требованиям со стороны СШ (фор­мат, уровни сигналов, временные параметры). Требования эти стандартизованы для различных типов шин. В случае вывода ин­формация, поступающая из шины на монитор, принтер или дру­гие устройства вывода, также должна быть обработана таким об­разом, чтобы соответствовать спецификации соответствующих устройств. Применительно к задачам информационного взаимо­действия различных устройств используется понятие «интерфейс».

Под интерфейсом (Interface - сопряжение) понимается сово­купность аппаратных, программных и конструктивных средств, используемых для реализации информационного взаимодействия функциональных блоков в ВМ (ПК). Понятие «интерфейс» ис­пользуется для всех устройств ВМ: процессора, СШ, ОП, пери­ферийных устройств. В целях обеспечения совместимости устройств ВМ, выпускаемых разными производителями, интерфейсы соот­ветствуют международным стандартам. Стандартизации подлежат электрические и временные параметры, набор управляющих сиг­налов, протокол обмена данными (временная последовательность логически связанных сигналов, участвующих в обмене), конст­руктивные особенности подключения. Обмен данными между уст­ройствами компьютера возможен только в случае совместимости их интерфейсов.

Для согласования интерфейсов СШ и периферийных устройств используют аппаратные средства (адаптеры или контроллеры), размещаемые на печатных платах расширения. Контроллер отли­чается от адаптера тем, что он является активным устройством, т.е. устройством, способным к самостоятельным действиям без участия процессора после получения команд от обслуживающих его программ.

Интерфейсные блоки (адаптеры, контроллеры, интерфейс­ные карты) являются буфером между периферийными устрой­ствами и процессором. Они содержат регистры (порты), кото­рым соответствуют определенные адреса в АП ввода-вывода. Бу­фер требуется для преобразования форматов представления данных и скорости передачи, свойственных периферийным устрой­ствам, в форматы и скорости, с которыми работает процессор компьютера.

Для организации информационного обмена с периферийны­ми устройствами используются три способа:

- программный опрос, в этом случае инициатором обмена выступает процессор, который при необходимости обращается к регистрам периферийных устройств (портам) по соответствую­щим адресам;

- обмен с прерыванием программы (он реализуется с помо­щью механизма аппаратных прерываний, который обеспечивает реакцию компьютера на асинхронные события по запросам пери­ферийных устройств);

- передача информации в режиме прямого доступа к памяти - Direct Memory Access (DMA).

Прямой доступ к памяти используется, когда требуется высо­кая скорость обмена между внешними устройствами и памятью. В режиме DMA процессор отключается от СШ. Передача данных производится не одиночными словами, а пакетами. Обменом уп­равляет специальный контроллер DMA, который осуществляет формирование управляющих сигналов в ШУ и адресов в ША. Кон­троллер DMA можно рассматривать как сопроцессор ввода-выво­да, освобождающий центральный процессор от задач управления обменом при передаче массива между периферийными устрой­ствами и ОП.

Подробное описание способов информационного обмена дано в разделе 6.3.