Глава 3: Интерфейс Общие сведения

Согласно архитектуре в состав МПС кроме МП может входить различное число устройств, количество которых зависит от назначения. При этом должно обеспечиваться возможность связи между этими устройствами, а также обмен информации между ними с необходимой скоростью. Для обмена информации вводят следующие понятия: передача информации из МП и памяти в периферийное устройство, называется операцией вывода. Обратная ей – операция ввода.

Все устройства МПС связываются друг с другом при помощи сопряжения, называемых интерфейсом. Интерфейс – совокупность линий и шин, сигналов и электронных схем, алгоритмов процедур, обеспечивающих обмен информацией между устройствами системы. При этом производительность, надежность и эффективность использования МПС определяется как характеристиками входящих в нее устройств, так и характеристиками интерфейсов, связывающих устройства системы. Создание эффективной и гибкой к организации взаимодействия и обмена информации между устройствами осложняется тем, что объединенные в систему устройства различаются по физическим принципам действия, выполняемым рабочим операциям, используемых в командах и приказах, управляющих сигналов и форматов данных, а также скорость передачи информации.

Входящие в состав системы периферийные устройства, а также оборудование, связанное с МПС технологического процесса, работает асинхронно друг относительно друга, а также программы и запросы с их стороны на установление связи на обмен информации могут возникать в произвольные моменты времени.

Система интерфейса разрабатывается в соответствии с тем, что должна обеспечивать:

1)возможность реализовать МПС с различной конфигурацией и включать в систему новые устройства без изменения аппаратной части. Т.е. только по средствам дополнения программ обслуживания этих устройств.

2)возможность эффективной реализации обмена информации в системе, содержащей устройства, со значительно различающейся скоростью передачи данных. Причем в условиях, когда запросы на операции ввода/вывода поступают в произвольные моменты времени. и асинхронно относительно выполняемой команды, а также имеет разную относительную срочность исполнения.

3)возможность параллельного во времени выполнения МП программы от периферийного устройства и операции ввода/вывода.

4)упрощение и унификация программирования операции ввода/вывода с исключением необходимости учета особенности различных периферийных устройств.

Перечисленные требования реализуются на основе следующих архитектурных решениях:

а) магистрально-модульный принцип организации системы. Отдельные микропроцессорные средства выполняются в виде конструктивно законченных модулей, представляющих собой отдельные интегральные схемы. Эти модули объединяются в систему посредством общей шиной, называемой … 1.

б) унификация формата команд ввода/вывода и формата данных, которые используются при передаче информации. При этом преобразование унифицированных форматов в специальные, соответствующие отдельным периферийным устройствам, происходит в отдельных блоках, называемых адаптерами или контроллером, через которые периферийное устройства подключается к общим шинам.

в) унификация интерфейса. Т.е. создание унифицированному по составу и назначению набора линий и шин, унифицированных схем включения, а также унификация сигналов и алгоритмов управления передачей информации. Наличие нескольких способов передачи информации между устройствами повышает гибкость интерфейса, позволяя выбрать наиболее подходящий режим с учетом характеристик периферийных устройств и структуры передаваемых сообщений.

Важной особенностью организации обмена информации является использование специализированных интерфейсов интегральных схем, таких как контроллер ПДП, контроллер прерывания, программируемый периферийный адаптер, которые позволяют в значительной степени освобождать процессор от управления операциями ввода/вывода и дополнительных вспомогательных устройств. При этом программное настраивание интерфейсов интегральных схем дает широкие возможности для построения гибких и эффективных МПС.

В МПС используются 3 способа передачи информации:

1) программно-управляемая передача, инициируемая МП

2) программно-управляемая передача, инициируемая периферийным устройством

3) ПДП

При программно-управляемой передаче передача данных происходит через регистры МП и осуществляется соответствующими командами ввода/вывода. В 1-ом случае передача инициализируется самим МП; во 2-ом – специальным запросом прерывания от внешнего периферийного устройства. В обоих случаях МП отключается на все время передачи от выполнения основной программы, что ведет к снижению общей производительности МПС.

Для быстрого обмена блоками данных, а также для разгрузки МП от управления вводом/выводом используют такой способ обмена как ПДП. Это такой способ обмена информацией, который обеспечивается автономно от МП для связи и передачи данных между памятью и периферийным устройством (ПУ).

ПДП повышает предельную скорость обмена, а соответственно общую производительность системы, что делает ее более приспособленной к работе в реальном времени.

Непосредственно ПДП управляет специальный контроллер ПДП. Его функции:

1)управление, инициируемое процессором или ПУ, передачей данных между ОЗУ и ПУ;

2)производит задание размеров блока данных, которые подлежат передаче, а также определяет области памяти, используемые для передачи;

3)формирует адреса ячеек ОЗУ, участвующих в передаче;

4)участвует в подсчете числа байтов, переданных через интерфейс;

5)определяет момент завершения заданной операции ввода/вывода.