Введение

При изучении систем ввода-вывода и интерфейсов периферийных устройств необходимо представлять основные принципы построения средств вычислительной техники, которые во многом определяются той элементной базой, на которой строятся вычислительные системы общего и специализированного назначения. С этой точки зрения весь период развития вычислительной техники от первого компьютера до современных вычислительных машин можно разбить на два этапа. Первый – это этап до появления современных интегральных схем и микропроцессоров. Второй – после их появления и начала выпуска персональных компьютеров (ПК).

На первом этапе компьютеры разрабатывались и изготавливались на своей собственной элементной базе, их устройства (процессор, ОЗУ, устройства управления и т.п.) имели архитектуру и структуру, присущую только данному компьютеру или одному семейству, связь между устройствами и узлами осуществлялась с помощью интерфейсов, используемых только этим типом вычислительной машины. Стандарты применялись, но в основном касались ПУ, а не внутренних устройств. Поэтому машины разных фирм были не совместимы по элементной базе, устройствам и конструктивам. Это относилось как к большим, так и к малым вычислительным машинам. Это машины типа БЭСМ-1 (2,6), «Урал», «Наири», IBM 360 (370) , ЕС ЭВМ-1033 (1040, 1060), DEC PDP-11, СМ-1 (2,3,4) и т.д. Каждый тип компьютера был в определенной степени уникален [96].

На втором этапе изменился принцип построения вычислительной техники. Она стала основываться на правиле трех «М»: модульность, микропрограммируемость и магистральность. Модуль представляет собой функционально полное и конструктивно законченное устройство, серийно выпускаемое и программно (микропрограммно) управляемое (настраиваемое). Вычислительные системы собираются на основе этих модулей с помощью каналов связи – универсальных или специализированных интерфейсов [96].

На втором этапе существенно возросла роль стандартизации, без которой разработка и выпуск вычислительных систем общего назначения стал просто невозможен, а специализированного назначения – практически невозможен.

В последнее время существенно возросли роль и значение систем вводавывода и интерфейсов вследствие усиления значимости коммуникационной составляющей по сравнению с вычислительной составляющей в информационно-управляющих системах.

Учебное пособие посвящено рассмотрению роли и места систем вводавывода и интерфейсов в вычислительных системах, изложению принципов их построения и функционирования. Оно содержит материалы о современных стандартных внутрисистемных, системных, периферийных интерфейсах, а также лабораторные работы, способствующие изучению этих материалов, приобретению студентами навыков проектирования и низкоуровневого программирования подсистем ввода-вывода микропроцессорных систем различного назначения на примере программирования учебного лабораторного стенда SDK-1.1.

Учебное пособие предназначено для студентов, специализирующихся в области вычислительной техники и программирования. Знание интерфейсов позволит разработчику аппаратуры более грамотно подойти к выбору варианта, соответствующего поставленной задаче. Знания материалов этого пособия необходимы системным интеграторам. Без этих знаний они не смогут подобрать требуемый набор устройств и оптимально объединить их в систему. Сведения учебного пособия помогут системным программистам разрабатывать собственные драйверы периферийных устройств или адаптировать чужие разработки.