10. Интерфейс с реальными портами ввода/вывода.

Разработчики выпускают порты ВВ в виде ИС. Тому пример — 8-разрядный элемент ВВ Intel 8212. Интегральная схема Intel 8212 может быть использована как адаптер порта ввода или вывода.

На рис.32 приведен МП, подобный типовому, имеющий интерфейсом с семисегментным индикатором элемент Intel 8212. Этот индикатор является периферией. На схеме МП имеет изолированный ВВ. Отметим, что в этом случае выходная линия выбора устройства полностью декодируется по восьми адресным линиям младших разрядов (A₀-A₇). Имеется также выход управления записью (при изолированном ВВ можно только использовать команды IN и OUT).

На рис.32 ИС 8212 используется в порте вывода, что можно установить, заметив, что на входе управления состоянием MD установлен Н-уровень. Линии шины данных подсоединены к восьми входным линиям DI₀-DI₇ элемента ВВ 8212, чьи выходные линии DO₀-DO₇ подсоединены к входам индикатора. Элемент Intel 8212 имеет восемь защелок данных и выходные буферы. Два входа выбора , DS2 являются управляющими для элемента 8212, используемого в рассматриваемом способе ВВ. Когда активизируется L-сигналом, а DS2—Н-сигналом, данные, поступающие с шины захватятся з ащелками данных и появятся на выходных выводах DO₀-DO₇, активизируя сегменты индикатора.

На рис.33 приведена временная диаграмма работы порта Intel 8212 в состоянии вывода. Отметим, что как только активизируются входы сигналов управления и DS2, выходные данные захватываются в порте ВВ и располагаются на выходных выводах. В состоянии вывода выходные буферы постоянно разрешены, следовательно, захваченные данные появляются даже после того, как линии управления и DS2 возвращаются в состояние сброса.

11. Синхронизация прерыванием передачи данных в устройства ввода/вывода.

До сих пор предполагалось, что когда программа указывала МП ввести данные в порт, они уже имелись в наличии и, были расположены в строго определенном месте. Однако не всегда это так, потому что периферия (например, клавишное устройство) имеет различное с МП быстродействие. В этом случае имеется несколько способов решения проблемы. К ним относятся методы опросов и прерываний. Опрос называется еще программируемым ВВ. Это наиболее простой метод синхронизации, и используется он в небольших специализированных устройствах. Основной идеей опроса является ввести и (или) вывести данные последовательно, используя в программе цикл опроса.

Предположим очень простую систему с одним только коммутатором, на входе и единственным индикатором на выходе. Можно было бы предусмотреть предельно простой цикл опроса, в котором сначала считывалось бы состояние коммутатора, и затем оно записывалось бы в выходной индикатор. В таком случае МП опрашивал бы вход и. одновременно воздействовал на выход через каждые несколько микросекунд.

В более общем случае в цикле можно опрашивать одно или несколько УВВ. Микропроцессор опрашивает первое устройство — нужно ли ему обслуживание, и если да, устанавливает индикатор состояния, т.е. устройство получает требуемое обслуживание. В противном случае (индикатор состояния не устанавливается) МП продолжает опрос.

Представленная на рис.34 система снабжена линией требования прерывания, чтобы дать знать МП о готовности данных для передачи в ЦП. Вспомним, что типовой МП имеет только один ввод требования прерывания (INTR). Активизированный Н-сигналом МП выполняет текущую команду, передает на хранение в стек содержимое аккумулятора, регистра и счетчика команд и ветвится в подпрограмму обслуживания прерывания. Затем МП возвращается в основную программу. В рассматриваемом примере подпрограмма обслуживания прерывания могла бы быть простой, вводящей и помещающей данные, поступающие с клавишного устройства.

Прерывание информирует МП о том, что УВВ готово и надо действовать. Реализует эту операцию специальная подпрограмма обслуживания прерывания. Если несколько устройств вызывают прерывание МП, линии вызова прерывания подвергаются операциям ИЛИ, и МП в таком случае необходимо определить ответственное за прерывание УВВ. Этот процесс выбора относится к способу опроса и составляет схему опроса-прерывания, В таком случае каждому порту ВВ соответствует одно состояние, код которого указывает МП — готов ли порт ввести или вывести данные.

Существуют МП, снабженные несколькими входами прерывания и командами признания или непризнания по крайней мере некоторого числа этих входов. Многие МП снабжены векторным прерыванием, когда МП знает устройство, вызвавшее прерывание, и ветвится на подпрограмму обслуживания соответствующего прерывания. Многие МП снабжены также устройствами определения приоритета обслуживания (аппаратно или программно) в случае двух одновременных прерываний (арбитраж приоритета прерывания). Эта система решает, согласиться ли с приоритетом обслуживания одного из прерываний, она обычно содержится в специальной ИС (например, устройство Intel 8259).

Преимущество опроса над процедурой прерывания состоит в том, что первый требует меньше аппаратных средств и, находясь под программным контролем, является синхронным. Недостатком является потребность в очень развитых программах, занимающих время МП в случае большого числа устройств опроса, и необходимость довольно значительного промежутка времени для ответа на один запрос.

Преимуществом прерывания над опросом является быстродействие ответа, лучшее использование МП и потребность во много раз меньших программных средств. Недостаток состоит в том, что функционирование МП асинхронно и требует сложного аппаратного интерфейса.