4.Типова структура мп систем.

Периферійні пристрої можна класифікувати за способом представлення преобразуемой інформації, за функціональним призначенням і напрямку обміну, по швидкодії і характером циклу, за способом використання одним або декількома пользова¬телямі.

За способом подання інформації в зовнішньому світі і призначенням все ПУ можна розділити на пристрої введення-виведення мовної, графічної і текстової інформації, введення-виведення аналогових сигналів, зовнішньої пам'яті і системи меж¬машінних зв'язків.

Залежно від напрямку обміну всі ПУ ділять на пристрої введення (УВВ), виведення (УВИВ) і двостороннього обміну. В окрему функціональну групу прийнято виділяти пристрої підготовки даних (УПД), що входять до складу СПД і безпосередньо не пов'язані з ЕОМ. Кожна з перерахованих функціональних груп включає в себе широку номенклатуру ПУ, що розрізняються характеристиками, параметрами і принципами дії. Так, до групи УВВ входять УВВ алфавітно-цифрової інформації з проміжного носія, з первинного документа (читають пристрої), клавіатури, УВВ графічної і мовної інформації, АЦП і т.д. Група пристроїв виведення включає в себе друкують устрою (Пчу), пристрої відображення (УО), синтезатори мови, графічні, ЦАП, пристрої мікро¬фільмірованія. ВЗП використовують магнітні та оптичні методи реєстрації та забезпечують зберігання від сотень кілобайт до декількох гігабайт інформації.

З точки зору тривалості циклу все ПУ можна розділити на наступні групи:

- Низькошвидкісні, швидкодія яких становить менше 100 симв / с. У цю групу входять УВВ безпосереднього зв'язку з користувачем - клавіатури, консолі, а також повільні УВВ, що використовують проміжний носій. Для ПУ цієї групи характерним квантом інформації є символ, який кодується у вигляді байта. Швидкодія таких ПУ в основному обмежується можливостями людини-оператора;

- Середньошвидкісні, швидкодія яких може досягати 1000 симв / с і вище. До них відносять Пчу різних типів, графопостроители, УСО, УО, апаратуру передачі даних (АПД) і т.д., а також різні інтелектуальні ПУ. За один цикл може бути підготовлений квант інформації з одного байта або групи байт. У першому випадку ПУ називають послідовним, у другому - паралельним (наприклад, послідовне і паралельне Пчу);

- Високошвидкісні, швидкодія яких може досягати 1 Мбайт / с. Ця межа, як і зазначені вище, умовна і змінюється з розвитком елементної бази і техніки ПУ. Найбільш характерними представниками цієї групи ПУ є ВЗУ на МД, складні системи графічного взаємодії з користувачем. Характерною особливістю ПУ цього типу є обмін досить великими квантами інформації блоками, що складаються з безлічі байт. Первісна підготовка блоку вимагає значних витрат часу, а підготовка байта в межах блоку виконується досить швидко;

- Надшвидкодіючі пристрої зі швидкістю передачі понад 1 Мбайт / с. До числа таких ПУ можна віднести ВЗУ на МД великого обсягу (понад 100 Мбайт в пакеті або модулі), призначені для машин загального призначення і суперЕОМ. Для цих ПУ також характерний обмін великими інформаційними блоками.

Відповідно до характером циклу все ПУ діляться на групи синхронних і асинхронних пристроїв. Для синхронних ПУ цикл постійний і зазвичай включає в себе тільки два етапи: підготовки і передачі. Для асинхронних ПУ цикл має змінну тривалість, яка визначається трьома слагае¬мимі: підготовкою, передачею та очікуванням, причому мінливість тривалості пол¬ного циклу ПУ пояснюється непостійністю часу підготовки або очікування. У будь-якому обміні беруть участь два пристрої - передавач і приймач; моменти часу передачі і прийому (з урахуванням затримки на лініях зв'язку) повинні збігатися. У деяких випадках для забезпечення цієї умови в ПУ передбачають буферне ЗУ невеликого обсягу, що дозволяє в деякій мірі довільно затримувати момент прийому кванта інформації щодо моменту його видачі. Такі ПУ називають буферизованного.

Таким чином, відповідно до характером циклу ПУ і наявністю в ньому буфера, а також величиною підготовлених квантів інформації все ПУ можна поділити на синхронні і асинхронні, буферізованние і небуферізованних, з байтовой або блокової організацією.

Центральні і периферійні пристрої ЕОМ відрізняються принципами дії, величиною кванта інформації та швидкодією, причому відмінність у швидкодії може досягати декількох порядків. Незважаючи на значне поліпшення характеристик ПУ, досягнуте за останні роки, розрив у швидкодії центральних і периферійних пристроїв ще більш зріс, так як зростання швидкодії центральних пристроїв йде більш швидкими темпами. У багатьох випадках швидкодію ПУ принципово обмежена можливостями джерел і споживачів інформації в зовнішньому світі, наприклад, воз¬можностямі людини-оператора сприймати текст на екрані УО.

Периферійні пристрої по назначе¬нію можна розділити (рис. 1) на пристрої введення, виведення, спеціалізовані пристрої.

Пристрої введення призначені для пріе¬ма інформації з зовнішнього світу і передачі її в мікроЕОМ. За допомогою цих пристроїв користувач завантажує в мікроЕОМ вихідні дані і програми. До пристроїв введення належать: клавіатури, телетай¬пи, друкарські машинки, пульти управління, устройст¬ва введення з перфострічок і перфокарт, пристрої введення графічної інформації.

Клавіатура - це одне з основних засобів введення інформації в мікроЕОМ. За допомогою клавіатури користувач завантажує інформацію в пристрої, що запам'ятовують. Аналогічні функції може виконувати телетайп і електрифікована друкарська машинка. Вони забезпечують безпосередній зв'язок людини з мікроЕОМ. Пульт управління призначений, як пра¬віло, для завдання різних режимів роботи мікро¬ЕВМ: покроковий, опитування певних осередків пам'яті, завдання місця завантаження даних і т.д. Пристрої вво¬да з перфострічок і перфокарт призначені для пере¬дачі в пам'ять підготовлених на спеціальних носі¬телях даних і програм. Вони характеризуються боль¬шой швидкістю введення і дозволяють багаторазово використовувати носій інформації. Пристрої введення графічної інформації перетворять її в зручну для ЕОМ форму і передають в пам'ять мікроЕОМ.

Пристрої виведення використовуються для пред¬ставленія інформації в наочному для користувача вигляді або підготовки її для тривалого зберігання і подальшого введення в ЕОМ. До пристроїв виведення належать світлові індикатори, які друкують устрой¬ства перфоратори, дисплеї, графічні.

Найбільш прості світлові індикатори, які інформують користувача про поточний стан сі¬стеми і відображають вміст регістрів мікроЕОМ. За допомогою друкувальних пристроїв виводяться про¬грамми, вихідні дані, проміжні та кінцеві результати обчислень, інформація про помилки та ін. До друкуючих пристроїв відносяться: телетайпи, електричні друкарські машинки (ЕПМ), последова¬тельние построкові друкують устрою (ПППУ), алфавітно цифрові друкувальні пристрої та ін. Для тривалого зберігання інформації програми і результати можуть виводитися за допомогою перфорато¬ров на перфоленту. В даний час паперові но¬сітелі інформації практично витіснені магнітни¬мі (стрічками і дисками).

Важливе місце в системі спілкування оператора з мік¬роЕВМ займають дисплейні пристрої з клавіатурою, що забезпечують діалог людини з машиною. Дисплей може відобразити будь-який вид інформації (буквено-цифрову і графічну) в чорно-білому або кольоровому зображенні, дозволяє швидко вме¬шаться в роботу мікроЕОМ. Це істотно повиша¬ет ефективність роботи оператора. Графопостроіте¬лі призначені для виведення у наочній формі графічної інформації та її документування.

Зовнішні накопичувачі інформації є ком¬бінірованнимі пристроями введення і виведення.

Спеціалізовані пристрої пред¬назначени для перетворення, первинної обробки та реєстрації інформації. Такі пристрої або обробляють проміжні результати, або яв¬ляются безпосередніми джерелами різного роду інформації, що обробляється в мікропроцессор¬них системах. До спеціалізованих пристроїв от¬носятся: таймери, лічильники подій, датчики, аналого-цифрові та цифроаналогові перетворювачі, моде¬ми, калькулятори.

Таймери і лічильники подій використовуються в мік¬ропроцессорних системах для підрахунку різних со¬битій або для відліку часу. При виконанні оп¬ределенних умов вони переривають роботу мікропро¬цессора і ініціюють певні дії сісте¬ми. У керуючих і контролюючих мікропроцес¬сорних системах широко використовуються датчики безперервно змінюються і дискретних параметрів, аналого-цифрові та цифро-аналогові перетворювачі самописці.

Велике значення мають пристрої зв'язку окремих підсистем в розподілених обчислювальний і керуючих системах. Для підключення окремих мікроЕОМ і зовнішніх пристроїв до ліній зв'язку використовуються модеми «модулятори - демодулятори» Вони перетворять двійкову інформацію в форму зручну для передачі по далеких лініях зв'язку, забезпечують необхідні характеристики передається сигналів і виконують зворотне перетворення прийнятої інформації. Їх роль зростає зі збільшенням ступеня децентралізації процесу обробки інформації.

Використання електронних калькуляторів в ка¬честве периферійних пристроїв звільняє мікро¬процессор від обчислення складних функцій. Калькулятор зазвичай реалізує тригонометричні і пока¬зательние функції, для виконання яких в мікропроцесорі потрібні значні програм¬мние кошти. Мікропроцесор тільки подготавліва¬ет вихідні дані для складних операцій і після їх передачі працює паралельно з калькулятором над основною програмою.

Підключення периферійних пристроїв до мікро-ЕОМ істотно розширює функціональні воз¬можності систем обробки інформації. Людина звільняється від трудомісткою обробки вхідної і ви¬ходной інформації. Дані про стан системи ото¬бражаются в наочній формі.

Склад периферійного обладнання для кожного конкретного випадку визначається з міркувань зручності спілкування оператора з мікропроцесорної сі¬стемой, необхідної пропускної спроможності інформа¬ціонних каналів, надійності, технологічності і т. Д.

Клавішний пристрій введення є найбільш простим і поширеним пристроєм для введення даних в мікроЕОМ. Відомі клавішні устройст¬ва трьох типів:

1) проста клавіатура для введення цифр;

2) клавіатура для введення повного набору букв і цифр;

3) спеціальна клавіатура.

Просту клавіатуру мають звичайні електронні калькулятори. Клавіатурою другого типу снабжают¬ся кінцеві пристрої ЕОМ. Вона дозволяє вводити всі літерні та цифрові символи і 20 ... 30 спеціальних символів. До спеціальних символів отно¬сятся знаки математичних операцій, знаки пунктуа¬ціі і невелика кількість керуючих символів. Необхідність застосування спеціальної клавіатури часто виникає при проектуванні різних сі¬стем. Наприклад, для введення графічної інформації або спеціальних команд, коли застосування буквено-цифровий клавіатури недоцільно.

Більшість клавіатур побудовано по одному і то¬му же принципом. Спрощене схематичне ізобра¬женіе клавіатури представлено на рис. 2.

Тут по¬казана матриця з вертикальними (колонки) і горизонтальними (рядки) лініями. Колонки клавіатури скануються, тобто на них послідовно подаються сигнали. Спочатку сигнал подається на першу колон¬ку, потім - на другу, третю і, нарешті, на четвер¬тую колонку. Потім ці дії повторюються. Скані¬рованіе може здійснюватися самим мікропроцесором або за допомогою спеціальної інтегральної схеми - зсувного регістру. Можна використовувати так ¬ двійковий лічильник і дешифратор

Схема простейшей клавиатуры

Вертикальні лінії пов'язані з горизонтальними лініями матриці за допомогою контактів - кнопок клавіатури (в розглянутому прикладі іспользует¬ся 16 кнопок).

Лінії, по яких надходять сигнали сканірова¬нія, і горизонтальні лінії матриці клавіатури пов'язані зі схемою кодування. Ця схема виполня¬ет дві функції:

- Кілька разів поспіль проводить перевірку зами¬каній контактів кнопки. Це робиться для того, что¬би уникнути помилок. Такий прийом називають захистом від помилкових спрацьовувань клавіатури, обумовлених ефектом брязкоту контактів. Наприклад, якщо в деся¬ті випадках було встановлено, що контакт перебуває в замкнутому стані, то ймовірність, що определен¬ная вертикальна і горизонтальна лінії з'єднані один з одним за допомогою контактів кнопки, велика. Таким чином, робиться висновок, що клавіша клавіа¬тури натиснута;

- Виконує кодування вихідних даних. Схе¬ма кодування, як правило, являє собою ПЗУ. Вона сприймає інформацію, що надходить на вертикальні і горизонтальні лінії матриці клавіатури, і утворює необхідні вихідні сігна¬ли, які можна уявити в паралельній або послідовній формі.

Апаратні засоби, що забезпечують функціо¬нірованіе клавіатури мікропроцесорних систем, реалізуються одним з двох способів.

1. При першому способі сканування вертикальних ліній клавіатури і формування вихідних сігна¬лов виконується мікропроцесором. Сканування вертикальних ліній матриці дуже простий клавіа¬тури може здійснювати мікропроцесор, на основі якого побудована мікроЕОМ. При цьому матриця клавіатури повинна з'єднуватися з портами введення - виведення мікропроцесора. Для виконання сканірова¬нія вертикальних ліній, багаторазового подтвержде¬нія факту замикання контактів кнопки і для формі¬рованія вихідних сигналів клавіатури потрібна спеціальна підпрограма. Щоб забезпечити указан¬ние функції для дуже складних клавіатур, можна використовувати спеціально виділений мікропроцесор.

2. Другий спосіб полягає у використанні для виконання зазначених функцій спеціальних інтег¬ральних мікросхем. Так як клавіатури широко іс¬пользуются для взаємодії користувача з техні¬ческімі засобами, розроблений ряд великих інтег¬ральних схем контролерів клавіатури. Прикладом може служити вітчизняний контролер клавіатури К1806ВП1-093 дозволяє управляти клавіатурою, що містить до 80 кнопок, організованих в матрі¬цу 8 × 10.

До складу систем, що мають клавіатуру, як прави ¬ ло, входять і пристрій відображення інформації (індикатор, дисплей і т.п.), а також різні пуль¬ти управління.

Прикладом електричної друкарської машинки (ЕПМ), призначеної для введення - виведення інфор¬маціі в мікроЕОМ, може служити ЕПМ типу «CONSUL-260». Це пристрій введення - виведення ал¬фавітно-цифрової інформації, представленої в ко¬дах ЕПМ. Воно містить два незалежних блоку: кла¬віатуру з механічним кодовим комбінатором для введення кодів символів у зовнішній блок управління і двигун пристрою, керований зовнішнім бло¬ком. Між клавіатурою і друкує механізмом немає механічного зв'язку. При натисканні на клавішу за¬микаются або розмикаються контакти комбінаціон¬них ланцюгів. Момент установки кодової комбінації ідентифікується замиканням спеціальної сігналь¬ной ланцюга.

Символи друкуються за допомогою електромагнітів, зібраних в матрицю 8 × 8, так що для виконання друку необхідно код символу перетворити в струми вибірки по двох координатах матриці. Код ЕПМ «CONSUL-260» - спеціальний семіелементний з контрольним розрядом, максимальна швидкість пе¬чаті до 10 знаків в секунду. Електрична друкарська машинка виробляє специфічні ознаки: ре¬гістр нижній або верхній, повернення каретки, колір фарбувальної стрічки, кінець абзацу та ін. Зовнішнім сигналом управляється функція блокування кла¬віатури для запобігання виведенню на друк знака в момент друку чергового. Для виведення текстової інформації на папір часто іспользует¬ся телетайп.

Широко поширені фотосчітивающіе уст¬ройства введення з перфострічок в даний час практі¬ческі витіснені накопичувачами на магнітних стрічках і дисках. Взаємодія мікропроцесора з накопі¬телем на магнітній стрічці може здійснюватися з іс¬пользованіем послідовного або паралельного інтерфейсу. Дані зазвичай записуються на магніт¬ную стрічку блоками. Для подальшої ідентифікації запису на магнітну стрічку записується спеціальна мітка або «заголовок».

Часто для запису даних на магнітну стрічку і їх подальшого зчитування використовуються побутові кас¬сетние магнітофони.

Існує багато конструктивних виконань уст¬ройств для управління безперервно мінливими сіг¬наламі. Такі пристрої можна використовувати для введення в ЕОМ графічної і текстової інформації, створення видовищних світлових ефектів. У найбільш поширених системах багатовимірного управління оператор має можливість вільно переміщувати у просторі спеціальну ручку управління (або переміщати на столі перед екраном дисплея спеці¬альное пристрій), при цьому технічний пристрій реєструє її координати, видаючи по ним значення вихідних сигналів.

За допомогою однієї ручки управління оператор мо¬жет задавати до шести незалежно змінюваних пара¬метров, а при роботі двома руками - до дванадцяти. Системи такого типу враховують можливості челове¬ка і дозволяють зробити його «спілкування» з компьютер¬ной технікою більш ефективним.

У деяких випадках для зручності оператора пре¬дусматрівают підключення до дисплея «світлового пе¬ра», призначеного для безпосереднього указа¬нія на екрані будь-якого знакомісця. Світлове перо зазвичай є невеликим фотодатчик, який притискається до поверхні екрану дисплея. При цьому мікроперемикач, вмонтований в корпус датчика, замикає ланцюг і фотодатчик окази¬вается підключеним до входу контролера електрон¬но-променевої трубки (ЕПТ). Коли промінь ЕПТ при раз¬вертке потрапляє на фотодатчик, то останній вираба¬тивает сигнал, по якому в регістрах світлового пера контролера запам'ятовуються координати положення за¬светівшего датчик символу. Стан цих регістрів може бути лічено мікропроцесором по команді: «Зчитування положення світлового пера». Таким обра¬зом здійснюється завдання певного місця на екрані дисплея.

Одним з найбільш поширених пристроїв виведення інформації є світлові, в тому числі і цифрові, індикатори. Цифрові індикатори часто є єдиними вихідними пристроями калькуляторів.

З часу створення цифрових індикаторів по¬явілісь численні індикатори, засновані на цікавих принципах і дотепних рішеннях, одна¬ко найбільш поширені семисегментні індіка¬тори. Семисегментний індикатори як істоч¬ніков світла використовують нитку розжарення, газовий розряд, флуоресцентні матеріали, порушувані пучком електронів, світлодіоди, рідкі кристали, В завісі¬мості від характеру джерела світла є возмож¬ность створення індикаторів різного кольору.

За допомогою таких індикаторів можна відображати і обмежений набір букв, наприклад літерні сім¬воли, що застосовуються при відображенні шістнадцятирічних чисел. Використовуючи різні комбінації з семи сегментів, за допомогою цифрового індикатора можна також відображати невелику кількість слів.

Часто замість семисегментних індикаторів ісполь¬зуются точкові матриці 5 × 7 або 5 × 9 точок. З ¬ міццю першої матриці можна формувати великі букви і цифри символи. Матриця другого типу дозволяє формувати великі та малі літери, а також спеціальні знаки.

Універсальним пристроєм введення - виведення ін¬формаціі є дисплей, що дозволяє оператору встановлювати з мікро ЕОМ диалоговую зв'язок. У ньому відсутні проміжні носії інформації, су¬ществующіе у ​​зовнішніх пристроїв, заснованих на магнітних або паперових носіях інформації.

Типовий дисплей виконаний як функціонально закон¬ченное автономний пристрій, що не вимагає дополні¬тельних блоків управління. Дисплей містить: алфа¬вітно-цифрову клавіатуру; пристрій сполучення; пам'ять, що забезпечує зберігання інформації, що виводиться на екран; блоки електронного управління для виконання всіх функцій, в тому числі і операцій ре¬дактірованія даних.

Таким чином, в автономному режимі перед вво¬дом інформації в ЕОМ дисплей дозволяє редакті¬ровать, модифікувати і виправляти інформаціон¬ние масиви. Введення-виведення інформації може осуще¬ствляться за допомогою змінного пристрою сполучення з паралельним обміном або вбудованого пристрою телеграфного сполучення.

Дисплей, оснащений асинхронним телеграфним блоком, може автономно управляти друкуючим пристроєм з послідовною печаткою - електріче¬ской друкарською машинкою, що дозволяє регістріро¬вать вміст екрану на папері.

Для документування виведеної з мікроЕОМ текстової інформації застосовують різні печата¬ющіе пристрої, в тому числі і ЕПМ. Для виведення і документування графічної інформації пріме¬няют спеціальні пристрої - графопостроители.

література:

1. М.В. Напрасников «Мікропроцесори і мікроЕОМ», стор .: 93-103.

Для забезпечення зв'язку мікропроцесора з разліч¬нимі зовнішніми пристроями використовуються два ві¬да інтерфейсу: паралельний і послідовний. При використанні паралельного інтерфейсу 8-раз¬рядний мікропроцесор за кожну операцію обміну забезпечує передачу 8 біт інформації, 16-разряд¬ний- 16 біт і т. Д.

Багато пристроїв пов'язані з мікропроцесором за допомогою ліній послідовної передачі дан¬них. Широке застосування способу послідовної передачі даних пояснюється обмеженнями, прісу¬щімі способу паралельної передачі даних. Рабо¬чее відстань для лінії паралельного введення - ви¬вода обмежується 1-2 м. При збільшенні довжини кабелю зростає його ємність, тому передача даних на високій швидкості стає неможливою. Довжину ліній паралельної передачі даних можна збільшити до 10 ... 20 м шляхом використання спеціаль¬них формирователей і зменшення швидкості переда¬чі. Однак подальше збільшення довжини ліній при паралельній передачі даних практично невоз¬можно.

При послідовній передачі даних жорстких обмежень на довжину лінії не накладає. Але перш ніж почати послідовну передачу дан¬них, необхідно перетворити дані з парал¬лельной форми в послідовну. Найпростіший спо¬соб такого перетворення - перетворення з ¬ міццю зсувного регістру. Дані завантажуються в зсувний регістр, потім його вміст сдвігает¬ся на один розряд при надходженні кожного тактового імпульсу. Дані на виході зсувного регістру матимуть послідовну форму.

Щоб прийняти дані в послідовній формі і перетворити їх в паралельну форму, необході¬мо виконати дії, зворотні по відношенню до опі¬санним вище. Дані, що надходять в последователь¬ной формі, вводяться біт за бітом в зсувний ре¬гістр. Після заповнення зсувного регістру дані з нього в паралельній формі передаються в мікро¬процессорную систему.

Пристрій, що забезпечує перетворення дан¬них з паралельної форми в послідовну і зворотне перетворення, називають універсальним синхронно-асинхронним програмованим пріемо¬передатчіком (УСАПП). Такий пристрій часто реа¬лізуется у вигляді БІС (наприклад, КР580ВВ51). Крім перетворення форми подання даних пріе¬мопередатчік виконує функції контролю і управ¬ленія. Для виявлення помилок при передачі даних УСАПП може використовувати контроль на чет¬ность або непарність. Після прийому даних пріемо¬передатчік перевіряє в ньому контрольний біт. Якщо буде виявлено порушення парності (непарності), то приймач записує в свій реєстр состоя¬нія ознака помилки. Потім УСАПП може видати за¬прос на повторну передачу даних.

Деякі УСАПП виробляють сигнали, іс¬пользуемие для встановлення зв'язку між двома мо¬демамі. Модем (модулятор-демодулятор) преобра¬зует логічний сигнал певного рівня в сіг¬нал, модульований зрушенням частоти. Модем може, наприклад, перетворювати двійковий сигнал, що передається в тоновий сигнал частотою 1270 Гц для логіче¬ской 1 і в тоновий сигнал частотою 1070 Гц для логі¬ческого 0. Сигнали таких частот можуть передаватися по телефонних лініях і по деяким довгим лі¬ніям послідовної передачі даних. Модуліро¬ванний сигнал можна пропускати через пристрої зв'язку змінного струму, наприклад трансформатори, які часто застосовують в довгих телефонних це¬пях. Модеми використовуються для модуляції і демоду¬ляціі сигналів, призначених для передачі по радіоканалу. Передача даних по радіоканалу з ¬ міццю модемів часто застосовується в системах збору даних, для управління якими служить мікроЕОМ.

У мікропроцесорних системах управління шіро¬ко застосовуються програмовані таймери - устрой¬ства, що формують задані тимчасові інтервали. З їх допомогою здійснюється, наприклад, така опе¬рація, як реалізація обчисленого кута управління тиристорами при управлінні різними техноло¬гіческім обладнанням. За допомогою программіруе¬мого таймера виділяють часовий інтервал в соответ¬ствіі з заданим значенням, яке у вигляді коду записується в пам'ять таймера.

Таймер можна реалізувати за допомогою централь¬ного процесора системи (програмно), а також до¬полнітельнимі технічними засобами (апаратно).

Другий спосіб застосовується частіше, так як позво¬ляет значно зменшити непродуктивні за¬трати машинного часу.

Розрізняють два типу таймера: з попереднім і без попереднього накопичення сигналу.

У тайме¬ре з попередніми накопиченням сигналу інфор¬мація, відповідна тривалості отмеряемого тимчасового інтервалу, записується тільки на початку відліку цього інтервалу; по кожному счетному ім¬пульсу вміст таймера зменшується на едіні¬цу. Коли вміст таймера стає рівним нулю, на його виході з'являється сигнал, іспользуе¬мий для управління периферійними пристроями або для переривання програми мікроЕОМ.

У таймері без попереднього накопичення сігна¬ла інформація може бути записана в довільний момент часу всередині тимчасового інтервалу, при цьому можлива сигналізація про те, що інтервал більше, менше або дорівнює заданому.

Промисловість випускає однокристальних БІС таймерів, наприклад, К588ВІ1. Ця БІС має два незалежні канали, організованих на базі двох 16-розрядних підсумкових лічильників з последова¬тельним переносом. До складу таймера входить незаві¬сімий 7-розрядний дільник частоти, виконаний на основі 7-розрядного двійкового підсумовуючого лічильника з послідовним переносом і має фіксовані коефіцієнти розподілу 2, 4, 8, 16, 32, 64, 128.

У більшості випадків в мікропроцесорних системах управління сигнали зворотного зв'язку про ре¬гуліруемих параметрах і задають впливу

представлені в аналоговому вигляді. Для введення в мікроЕОМ і подальшої обробки таких сигналів їх представляють у вигляді цифрового коду. Для преобра¬зованія аналогових сигналів в цифровий еквіва¬лент - код є аналого-цифрові преобразова¬телі (АЦП).

Існує кілька методів аналого-цифрового перетворення, що визначають в основному техніче¬скіе характеристики виконаних на їх основі АЦП. Технічні характеристики АЦП можна раз¬біть на ряд груп: точності; тимчасові; надеж¬ностние; узагальнені вартісні.

Як точностних характеристик використовують: кількість достовірних довічних раз¬рядов на виході АЦП, відносну похибку і ін.

Тимчасові характеристики або пара¬метри в тій чи іншій формі визначають бистродей¬ствіе АЦП. Розрізняють три тимчасові характерісті¬кі АЦП:

- Період квантування - це інтервал між двома послідовними перетвореннями (велі¬чіну, зворотну періоду квантування, називають час¬тотой квантування);

- Тривалість циклу перетворення - це за¬держка між моментом подачі вхідної величини на АЦП і моментом видачі коду;

- Час перетворення - це тимчасової інтер¬вал, протягом якого вхідний сигнал непосредст¬венно взаємодіє з АЦП.

Надежностние характеристики і па¬раметри оцінюють здатність АЦП до роботи під впливом різних дестабілізуючих факто¬ров (часу, температури, вологості та ін.). У ка¬честве параметрів надійності можна брати найрізноманітніші величини (інтенсивність відмов, час напрацювання на відмову і ін.).

Узагальнені вартісні характерісті¬кі включають всі інші вимоги.

У мікропроцесорних системах управління тех¬нологіческім обладнанням часто застосовують много¬канальние АЦП (АЦП з мультиплексируемость вхо¬дом). При цьому один АЦП послідовно преобра¬зует в код ряд аналогових сигналів.

Для зв'язку АЦП з мікропроцесором часто застосовуються спеціальні БІС - контролери АЦП. До їх складу, як правило, входять: канальний інтерфейс для стикування з системною магістраллю мікроЕОМ; мультиплексор для підключення до АЦП різних вхідних аналогових сигналів; буферне запомінаю¬щее пристрій для зберігання результатів преобразо¬ваній (це дозволяє процесору зчитувати результат перетворення будь-якого сигналу в довільний мо¬мент часу); пристрій управління АЦП і інші сервісні пристрої.

Прикладом контролера АЦП, призначеного для підключення АЦП до системної магістралі мікроЕОМ "Електроніка-60», є БІС К588ВГ4.

Для видачі інформації від мікроЕОМ в аналого¬вие пристрої, зокрема на осцилографи, іс¬пользуются цифроаналогові перетворювачі (ЦАП).

Для підключення ЦАП до системної магістралі мікроЕОМ і виконання сервісних функцій, анало¬гічних виконуваних контролером АЦП, существу¬ют БІС контролерів ЦАП. Підключення ЦАП до системної магістралі мікроЕОМ «Електроні¬ка-60» можна виконати за допомогою БІС контролле¬ра ЦАП - К588ВГ5.

література:

1. М.В. Напрасников «Мікропроцесори і мікроЕОМ», стор .: 103-107.

МікроЕОМ вступає у взаємодію з зовнішнім середовищем за допомогою периферійних пристроїв (пристроїв - введення-виведення). До найбільш часто використовуваних уст¬ройствам такого роду відносяться телетайпи, аналого-цифрові та цифроаналогові перетворювачі, діс¬плеі, накопичувачі на магнітній стрічці і магнітних діс¬ках, порти вводу-виводу дискретних сигналів і ін.

Для включення мікропроцесора в будь-яку мікро¬процессорную систему необхідно встановити єдині принципи і засоби його сполучення з іншими пристроями системи. Для цих цілей служить уніфікований інтерфейс, що представляє собою со¬вокупность правил, які єдині прінці¬пи взаємодії пристроїв мікропроцесорної сі¬стеми.

До складу інтерфейсу входять:

- Апаратурні засоби з'єднання (роз'єм і зв'язку),

- Номенклатура і характер зв'язків,

- Програмні засоби, опісиваю¬щіе характер сигналів інтерфейсу і їх тимчасову діаграму, а також опис електрофізичних па¬раметров сигналів.

Склад інтерфейсу визначається функціями, які він виконує.

Для інтерфейсу введення - виведення характерні чети¬ре функції:

- Буферізування інформації;

- Дешіф¬рірованіе адреси або вибір пристрою;

- Дешіфріро¬ваніе команди;

- Синхронізація і управління.

Буфе¬рірованіе необхідно для синхронізації обмінів даними між процесором і периферійними уст¬ройствамі (для узгодження за часом пристроїв з різною швидкодією).

Дешифрування адреси потрібно для вибору конкретного пристрою

введення-виведення в сі¬стемах, що використовують кілька периферійних пристроїв.

Дешифрування команди проводиться для пристроїв, які крім передачі даних виполня¬ют і інші дії, наприклад зворотну перемотування стрічки.

При реалізації будь-якої з перерахованих функ¬цій необхідна синхронізація і управління процес¬самі.

. Структурная схема интер­фейса:

ФБ — функциональный блок; ИБ — интер­фейсный блок;

К — контроллер; У Б — управ­ляющий блок.

Під стандартним інтерфейсом по¬німают: сукупність уніфікованих апаратних, програм¬мних і конструктивних засобів.

Ці кошти необхідні для реалізації взаємодії функціонально різних елементів в автоматі¬ческіх системах збору та обробки інформації за умов, запропонованих стандартом і спрямованих на забезпечення інформаційної, електричної та конструктивної сумісності указан¬них елементів.

Структурна схема інтерфейсу показана на рис. 1.

Таким чином, основні завдання інтерфейсу полягають у забезпеченні ін¬формаціонной, електричної та конструктивної сумісності між елементами системи.

Інформаційна сумісність - це узгодженість взаімо¬действій функціональних елементів системи відповідно до со¬вокупностью логічних умов. Логіка умови визначають структуру і склад уніфікованого набору шин; набір процедур по реалізації взаємодії і послідовність їх виполне¬нія для різних режимів функціонування; спосіб коді¬рованія і формати даних, команд, адресної інформації і ін¬формаціі стану; тимчасові співвідношення між керуючими сигналами, обмеження на їх форму і взаємодія.

Умови інформаційної сумісності визначають обсяг та складність схемотехнического обладнання та програмного обес¬печенія, і також основні техніко-економічні показники - пропускну здатність, надійність інтерфейсу і обсяг аппара¬турних витрат на пристрої сполучення.

Електрична сумісність - це узгодженість статічес¬кіх і динамічних параметрів електричних сигналів в системі шин з урахуванням технічної реалізації приймально-передавальних елемен¬тов.

Умови електричної сумісності визначають: тип пріемо¬передающіх елементів; співвідношення між логічним і електрі¬ческім станами сигналів і межі їх зміни; коеффіціен¬ти навантажувальної спроможності приймально-передавальних елементів і зна¬ченія допустимої ємнісний і резистивної навантаження лінії в уст¬ройстве; схему узгодження ліній, допустиму довжину лінії і порядок її підключення до роз'ємів; вимоги, що пред'являються до джерел і ланцюгах електричного живлення (при наявності в сіс¬теме ліній напруги харчування), до завадостійкості і зазем¬ленію.

Умови електричної сумісності впливають на швидкість об¬мена даними, конфігурацію розміщення пристроїв і відстань між ними, гранично допустиму кількість пристроїв, що підключаються і перешкодозахищеність. Вимоги електричної сумісності тісно пов'язані з характеристиками приймально-передавальних інтеграль¬них мікросхем. Зазвичай тип приймально-передавальних елементів і боль¬шінство умов електричної сумісності регламентуються стандартом.

Конструктивна сумісність - це узгодженість конст¬руктівних елементів інтерфейсу для забезпечення механічних і електричних з'єднань і заміни схемних елементів, блоків і пристроїв.

Умови конструктивної сумісності визначають типи внеш¬ніх і внутрішніх сполучних елементів (роз'ємів), конструкцію друкованих плат, модулів (типових елементів заміни), стійок (шаф) і ін.

Интерфейсы можно разделить на следующие основные классы:

- машинные (или системные);

- периферийного оборудования;

- мультипроцессрных систем;

- распределенных вычислительных систем и ло­кальных сетей.

Нас интересуют, прежде всего, системные интнрфейсы и интнрфейсы перефирийного оборудования.

Машинные интерфейсы. Они предназначены для организации связей между составными компонентами ЭВМ и систем.

Машинные интерфейсы соответственно можно разделить на три группы:

1) интерфейсы ввода — вывода в (из) ЭВМ с разделенными ин­формационными каналами к УВВ и ОЗУ;

2) интерфейсы ЭВМ с объединенным информационным каналом к УВВ и ОЗУ типа «общая шина» (ОШ). Типичными примерами этой архитектуры 3BM, являются миниЭВМ класса СМ ЭВМ, «Элек­троника 100-25», микроЭВМ «Электроника 60», «Электроника НЦ-80», а также некоторые классы персональных ЭВМ;

3) интерфейсы одноплатных ЭВМ с объединенным информацион­ным каналом к УВВ и ОЗУ типа ОШ, ориентированные на внутри­платное и внутрисхемное применение. Такие интерфейсы предназна­чены для организации сопряжения между составными компонента­ми МПК БИС и функциональных составных узлов сверхбольших интегральных схем (СБИС) микроЭВМ.

Интерфейсы периферийного оборудования. Они выполняют функ­ции сопряжения процессоров, контроллеров с УВВ, измерительны­ми приборами, исполнительными механизмами, аппаратурой пере­дачи данных (АПД) и внешними запоминающими устройствами.

Интерфейсы периферийного оборудования характеризуются ши­рокой номенклатурой и разнообразием периферийного оборудова­ния. Организация адресации и опроса, а также структура схемы управления интерфейсом в значительной степени определяются способом соединения устройств.

По этому признаку различают радиальный, магистральный, цепочный и комбинированный интер­фейсы.

Способы подключения ПУ.

У радіальних інтерфейсів використовуються індивідуальні для кожного ПУ лінії, за якими проводиться передача тільки між цим ПУ і центральним устройст¬вом (ЦУ). Все опера¬ціі з управління і комутації возлагают¬ся на ЦУ, до складу ко¬торого зазвичай входять спеціальні «інтер¬фейсние блоки» по од¬ному для кожного ПУ. Такий інтерфейсний блок містить буферний регістр даних і регістр адреси, а також регістр ознаки готовності ПУ.

Все ПУ працюють незалежно один від одного і можуть переда¬вать інформацію в будь-який момент, коли вільний буферний регістр даних відповідного інтерфейсного блоку; оче¬редность прийому інформації з буферів визначається ЦУ.

Структура радіального інтерфейсу дозволяє порівняно про¬сто пристосовувати різні ПУ до вимог інтерфейсу ,, що особливо важливо при наявності великого числа разнообраз¬них і порівняно простих пристроїв. Характерними прімера¬мі таких пристроїв є датчики і виконавчі меха¬нізми в системах централізованого контролю і управління технологічними процесами. Однак радіальна структура призводить до збільшення кабельних з'єднань і соответствую¬щей підсилювальної апаратури.

У магістральних інтерфейсах використовуються колективні лінії для всіх ПУ (на основі поділу часу). Сигнал на будь-якої лінії стає доступним відразу всіх пристроїв. Для організації обміну між центральним і периферійним пристроєм, останній повинен містити схеми виділення адреси (номери) та комутації. Всім ПУ присвоєні адреси, ко ¬ торие фіксуються у вигляді власного адреси на спеціальному регістрі (регістр адреси), що знаходиться в ПУ. Ця запис проводиться при підключенні ПУ до ВС. Адреси ПУ однієї магістралі не повторюються. Якщо повідомлення передається з ЦУ на ПУ, то передачі цього повідомлення повинна передувати передача адреси ПУ. Кожне ПУ виробляє порівняння переданого і власного адрес. При їх збігу видається сигнал готовності ПУ до прийому. Цю процедуру називають адресацією. Решта ПУ приймати подальше повідомлення не будуть. Якщо повідомлення має бути передано від ПУ до ЦУ, то спочатку повинна бути виключена можливість використання магістралі іншими автономно працюючими ПУ. Кожне ПУ магістралі має право виставляти на одну колективну лінію сигнал запиту на обслуговування. Ця лінія, по суті, виконує функцію проводового АБО для сигналів запиту від всіх ПУ. Централь¬ное пристрій, отримавши сигнал запиту, має визначити, який пристрій передало цей запит (з цією метою повинна бути виконана процедура опитування), і послідовно осу¬ществлять адресацію для всіх ПУ. Дозвіл на передачу со¬общенія отримує те ПУ, яке готове до роботи, виставило сигнал запиту і першим впізнали свою адресу в процесі опро¬са; при цьому подальше формування адрес ПУ пріостанав¬лівается до завершення передачі повідомлення. При магістраль¬ной структурі передача адреси і даних не займає багато часу, тому що сигнали доступні відразу всіх пристроїв, але процедура опитування дуже тривала, так як вимагає последо¬вательного перебору всіх адрес ПУ.

У ланцюгових інтерфейси передачі даних від ЦУ до ПУ так ¬ передує передача адреси, однак ця адреса последова¬тельно проходить через всі ПУ, що істотно сповільнює про¬цедуру адресації. Однак процедура опитування при цепочной структурі інтерфейсу не вимагає послідовного перебору всіх адрес. Отримавши сигнал запиту від ПУ з колективної для всіх ПУ лінії, ЦУ видає сигнал опитування (його часто нази¬вают сигналом вибірки, дозволу передачі), який после¬довательно проходить через всі ПУ. Якщо ПУ готова до передачі повідомлення, то подальше поширення сигналу опитування блокується, а це ПУ отримує дозвіл на передачу сооб¬щенія по магістралі. Очевидно, що при цьому дозвіл на передачу може отримати лише одне ПУ. Пріоритети ПУ опре¬деляются порядком проходження через них сигналу опитування.

Комбіновані інтерфейси зазвичай мають магістральну структуру для всіх ліній, крім лінії опитування, яка прохо¬діт через все ПУ послідовно. Цим досягаються високу швидкодію при адресації і передачі даних, характерне для магістральних інтерфейсів, і високу швидкодію і простота управління при опитуванні, характерні для ланцюгових ін¬терфейсов. Деякі комбіновані інтерфейси об'едіня¬ют в собі магістральний принцип для передачі даних і ра¬діальний - для управління і комутації ПУ.

За способом передачі інформації розрізняють паралельні і послідовні, синхронні і асинхронні інтерфейси.

Паралельні інтерфейси дозволяють передавати всю або частину інформації по многопроводной лінії.

Последо¬вательние інтерфейси служать для послідовної передачі інформації по двухпроводной лінії. Зазвичай последователь¬ний інтерфейс використовується для подключе¬нія віддаленого ПУ.

Паралельні інтерфейси дозволяють значно підвищити швидкодію, але викликають суттєві апаратні за¬трати. Крім того, при передачі сигналів по паралельних лініях виникають «пе¬рекоси» інформації, т. Е. Неодновременное надходження сигналів в приймальне устрой¬ство, обумовлене розкидом параметрів Найбільш надійний і простої спосіб позбутися від впливу перекосів, полягає в Стробування паралельно переданих сигналів.

Сигнал стрибає передається по додаткової лінії на приймальний пристрій з деякою затримкою щодо інформа¬ціонних сигналів. Інформаційні сигнали, що надходять на приймальний пристрій неодночасно, стають доступними приймального пристрою тільки при налі¬чіі сигналу строба поза області перекосу.

У разі синхронного інтерфейсу передавальний пристрій видає сигнал на свої лінії і підтримує сигнал на них протягом заздалегідь встановленого постійного інтервалу. За цей час приймальний пристрій має приготуватися до прийому наступного інформаційного елемента.

 Якщо до інтерфейсу підключено кілька пристроїв з різною швидкодією, то інтервал синхронізації повинен встановлюватися виходячи з характеристик самого повільного пристрою Моменти видачі інформації передавальним пристроєм і прийому її в приймальному пристрої повинні бути синхронізовані, для чого можна використовувати або спеціальну лінію синхронізації, або спеціальні синхронізуючі кодові послідовник ¬ності

При асинхронному інтерфейсі синхронізація передавача і приймача здійснюється тільки на один цикл прийому - пере¬дачі. Для цього використовується або спеціальне обрамлення кожного переданого символу стартовими і степових сіг¬наламі, або реалізується схема «запит - відповідь» за допомогою спеціальних ліній. В останньому випадку передає устройст¬во може видавати наступний квант інформації тільки після отримання від приймального пристрою підтвердження про заверше¬ніі прийому ним попереднього кванта. Це підтвердження іноді називають сигналом-квитанцією, а саму передачу - передачею з квотуванням. При асинхронному інтерфейсі інтервал време¬ні, протягом якого передавальний пристрій має поддер¬жівать на своїх вихідних лініях передається сигнал, опре¬деляется тривалістю поширення сигналу в двох на¬правленіях по лініях запиту і відповіді і тривалістю прийому інформації в приймальному пристрої. Передача сигналу в обрат¬ном напрямку (від приймача до передавача) призводить до додаткових витрат часу. Однак при передачі з кві¬тірованіем інтерфейс як би підлаштовується під конкретну приймальний пристрій і його реальне швидкодію може ока¬заться вище, ніж у синхронного, розрахованого на саме мед¬ленное і віддалене з підключених до нього пристроїв.

Асинхронний інтерфейс забезпечує більшу надійність передачі інформації за рахунок сигналу-квитанції, що особливо важливо при встановленні зв'язку; крім того, він надає можливість отримання інформації про стан пристрою. Це дає можливість порівняно просто організувати авто¬номную роботу пристроїв. Сигнал квітірованія може одночасно виконувати функції стрибає при зворотному параллель¬ной передачі інформації від приймача до передавача.

У інтерфейсах будь-якого типу можуть використовуватися однона¬правленние і двонаправлені лінії.

Односпрямовані лі¬ніі служать для передачі сигналів тільки в одному напрямку, що спрощує приймально-передавального апаратуру.

 Двонаправлені лінії дозволяють передавати сигнали в обох напрямках і використовуються переважно в магістральних інтерфей¬сах.

Через інтерфейс введення - виведення доводиться передавати ін¬формацію різного виду: дані, адреси, команди, інформа¬цію про стан пристроїв. Для передачі кожного виду інфор¬маціі може бути виділена або власна група ліній - подшіна, яку в цьому випадку називають функціонально раз¬деленной, або одна і та ж група ліній на основі поділу часу для передачі різних видів інформації (таку подшіну називають функціонально суміщеної) .

За конструктивним виконанням інтерфейси можна розділити на чотири категорії:

 1) міжблочні, що забезпечують взаімодейст¬віе компонентів на рівні приладу, автономного устрою, блоку, стійки, шафи;

2) внутрішньоблокові, забезпечують взаємодію на рівні плат, субблоків;

3) внутріплатние, що забезпечують вза¬імосвязь між інтегральними схемами (СІС, БІС, НВІС) на ДП;

4) внутрішньокорпусні, що забезпечують взаімодейст¬віе компонентів всередині НВІС.

Міжблочні сполучення виконується з використанням наступних конструктивних засобів: коаксіального і оптоволоконного кабелю; плоского многожильного кабелю; багатожильного кабелю на основі витої пари проводів.

Внутрішньоблокові сполучення друкованих плат, субблоків виконується друкарським способом або накруткою ві¬той парою проводів всередині блоку, стійки, шафи. Ряд інтерфейсів може бути реалізований комбінацією внутрішньоблокові і межблочного виконань.

Внутріплатное сполучення реалізується друкованим способом, внутрішньокорпусні - методами мікроелектронної тех¬нологіі.

В зависимости от требований унификации выделяют:

- физическую реализацию интерфейса, т.е. состав и харак­теристики линий передачи, конструкцию средств их подключения (например, разъем), вид и характеристики сигналов;

- логическую реализацию интерфейса, т.е. протоколы взаимо­действия, или алгоритмы формирования сигналов обмена.

В широком смысле протокол определяет совокупность правил реализации определен­ной функции, например, обмена, и в этом случае может включать требования, охватыва­ющие интерфейсы нескольких рангов.

Система аппаратных интерфейсов является одной из основных составляющих понятия архитектуры ВС.

На рисунке 3,а и 3,б показаны интерфейсы для машин ЕС ЭВМ и СМ ЭВМ, соответственно.

В структуре ВС с выделенными ПВВ (порты ввода-вывода) отметим интерфейсы четырех рангов.

Через интерфейс И1 производится обмен информацией между ОП (общей памятью) и процессорами (ЦП или ПВВ).

Через интерфейс И2 — управляющей информацей между ЦП и ПВВ. Интерфейсы И1 и И2 являются внутренними, отражающими особенности конкретной мо­дели и не унифицируются.

Интерфейсы ввода-вывода (И3) обес­печивают обмен между ПВВ и контроллерами периферийных устройств (КПУ). Они стандартизуются, что дает возможность использовать одинаковые контроллеры и ПУ в различных моделях ЭВМ одной системы.

Интерфейсы И4 образуют группу так называемых «малых» интерфейсов, посредством которых собственно ПУ сопрягается с контроллером.

Степень унификации малых интерфейсов зависит от типа ПУ и контроллера. Так, если контроллер предназначен для управления только одним ПУ и конструктивно объединен вместе с ним, то их интерфейс не унифицируется. Если же контроллер предназначен для одновременного обслуживания множества ПУ, то соответствующий малый интерфейс должен быть стандартизован. При подключении аппаратуры систем передачи данных соответствующие интерфейсы принято называть стыками.

Интерфейс для машин ЕС ЭВМ (а) и СМ ЭВМ (б).

Для міні і мікроЕОМ характерно (рис. 3, б) наявність інтерфейсу Іо, за допомогою якого пов'язані між собою ЦП, ВП і контролери. Цей інтерфейс прийнято називати системним (або об'єднаним), він уніфікований для всього сімейства ЕОМ. Конт¬роллери в міні- і мікроЕОМ досить прості, так як управління обміном між ПУ і ОП здійснюється в значній мірі програмним шляхом. Це дозволяє для родин ЕОМ з різними інтерфейсами Іо використовувати однакові ПУ (але з різними контролерами).

Інтерфейси прийнято характеризувати наступними параметрами:

- Видом зв'язку, тобто можливістю вести дуплексную (повідомлення можуть одночасно передаватися в двох напрямках, що вимагає двох каналів зв'язку), напівдуплексний (повідомлення можуть передаватися в двох напрямках, але одночасно можлива передача тільки в одному) або симплексну передачу (повідомлення можуть передаватися тільки в одному напрямку);

- Пропускною здатністю, тобто кількістю інформації, переданої через інтерфейс в одиницю часу;

- Максимально допустимим відстанню між пристроями або сумарною довжиною ліній, що з'єднують всі пристрої інтер¬фейса;

- Затримками. при організації передачі, які викликані необхідністю виконання підготовчих і завершальних дій по встановленню зв'язку між пристроями.

Конкретні значення цих параметрів залежать від безлічі факторів, зокрема від інформаційної ширини інтерфейсу, способу синхронізації, середовища інтерфейсу, топологічної структури з'єднань і організації лінії інтерфейсу, суміщення або функціонального поділу ліній. Всі ці фактори визначають організацію інтерфейсу.

ПРИНЦИПИ ОРГАНІЗАЦІЇ ІНТЕРФЕЙСІВ

Складовими фізичними елементами зв'язків інтерфейсу являют¬ся електричні ланцюги, що називаються лініями інтерфейсу. Частина ліній, згрупованих за функціональним призначенням, нази¬вается шиною, а вся сукупність ліній - магістраллю. В системі шин інтерфейсів умовно можна виділити дві магістралі: інфор¬маціонную і управління (каналом).

Інформаційна магістраль. З цієї магістралі передаються коди даних, адрес, команд і станів пристроїв. Аналогічні назви присвоюються відповідним шинам інтерфейсу.

Коди даних подають відомості про процеси, проте¬кающіх в ВС. Зазвичай в інтерфейсах використовується двійкове коді¬рованіе в форматі машинного коду, в вимірювальних інтерфей¬сах - стандартні коди.

Коди адрес призначені для підключення до ма¬гістралі пристроїв, вузлів пристрою або елементів пам'яті. Зазвичай для адресації використовується двійковий код, однак застосовується і позиційне кодування, при якому кожному пристрою виде¬ляется окрема лінія. Позиційне кодування використовується для адресації інтерфейсу 2К в СМ ЕОМ.

Коди команд використовуються для управління роботою уст¬ройств і забезпечення сполучення між ними. За функціонально¬му призначенням розрізняють адресні команди управління обміном інформації між пристроями, команди зміни стану і режимів роботи. До найбільш поширених командам відносяться ЧИТАННЯ, ЗАПИС, КІНЕЦЬ ПЕРЕДАЧІ, ЗАПУСК.

Коди стану є повідомлення, опі¬сивающіе стану сполучаються. Коди формуються у відповідь на дії команд або є відображенням стану пристроїв. Широко використовуються такі коди станів, як ЗА¬НЯТОСТЬ ПРИСТРОЇ, НАЯВНІСТЬ ПОМИЛКИ, ГОТОВНІСТЬ ПРИСТРОЇ (до прийому або передачі інформації) і т. П.

У більшості випадків коди даних, адрес, команд і состоя¬ній передаються по шинам інтерфейсу з поділом часу за рахунок мультиплексування шин. Це досягається введенням допол¬нітельних ліній для позначення типу переданої інформа¬ціі, званих лініями ідентифікації. Вони дозволяють сущест¬венно скоротити загальне число ліній інформаційної магістралі інтерфейсу, проте при цьому знижується швидкодія передачі інформації.

Магістраль управління інформаційним каналом. За своїм функціональним призначенням вона ділиться на ряд шин: управління обміном, передачі управління,

Шина управління обміном включає в себе лінії сін¬хронізаціі передачі інформації. Залежно від прийнятого принципу обміну (асинхронного, синхронного) число ліній може змінюватися від однієї до трьох. Асинхронна передача відбувається за умови підтвердження приймають інформацію устройст¬вом готовності до прийому і завершується підтвердженням про прийом даних. При синхронній передачі темп видачі і прийому даних за¬дается регулярної послідовністю сигналів. Лінії шини управління обміном виконуються, як правило - двонаправленими.

Шина передачі управління виконує операції пріоритетного заняття магістралі інформаційного каналу. На¬лічіе цієї шини визначається тим, що пристрої в більшості інтерфейсів взаємодіють за принципом «ведучий - ведений» або «задатчик - виконавець», при якому «провідне» пристрій може брати керування шиною на себе в певні моменти часу. При наявності в системі декількох пристроїв, здатних виконувати функції «ведучого», виникає проблема пріоритетного розподілу ресурсів шини (арбітражу). Склад і конфігурація ліній цієї шини залежать від структури управління інтерфейсом.

Розрізняють децентралізовану і централізовану структури управління. У інтерфейсах, призначених для об'єднання толь ¬ ко двох пристроїв (з'єднання типу «точка - точка»), шина передачі управління відсутня.

Шина переривання застосовується в основному в машін¬них інтерфейсах міні- і мікроЕОМ і програмно-модульних сіс¬тем. Основна її функція - ідентифікація пристроїв, запраші¬вающего сеанс обміну інформацією. Ідентифікація складається в оп¬ределеніі контролером (процесором) вихідної інформації про запитуваній пристрої. Як інформація про пристрій використовується адреса джерела переривання або адресу програми обслуговування переривання (вектор переривання).

Шина спеціальних керуючих сігна¬лов включає в себе лінії, призначені для забезпечення ра¬ботоспособності і підвищення надійності пристроїв інтерфейсу, До цих лініях відносяться лінії живлення, контролю джерела пі¬танія, тактуючих імпульсів, захисту пам'яті, загального скидання, контролю інформації та т. і.

Для забезпечення інформаційної сумісності необхідно реалізувати ряд основних функцій інтерфейсу:

 1) селекцію ін¬формаціонного каналу;

 2) синхронізацію обміну інформацією;

 3) координацію взаємодії;

 4) буферне зберігання інформації;

 5) перетворення форми подання інформації.

Схемы селекции магистрали централизованной структуры.

Перші три функції виконує канал управління, четверту і п'яту - інформаційний канал. Розглянемо особливості логі¬ческой і схемотехнической реалізації зазначених функцій в ті¬пових інтерфейси, що використовуються в ВС і локальних мережах массо¬вого застосування.

Управління операціями селекції виконується централізован¬но і децентралізовано.

Розглянемо можливі варіанти реалізації селекції при централізованому управлінні.

Тимчасова селекція магістралі на основі генератора времен¬них інтервалів контролера (рис. 4, а). В цьому випадку магіст¬раль надається кожному пристрою через рівні промежут¬кі часу, які визначаються швидкістю роботи генератора, а моменти заняття магістралі визначаються двійковими лічильниками, сінхрон¬но працюють в кожному з пристроїв, що підключаються. Таке реше¬ніе забезпечує правило пріоритетного обслуговування «перший прийшов - останній обслуговується».

Просторова селекція на основі послідовного адресно¬го сканування джерел запиту (рис. 4, б). Вибір істоч¬ніка запиту починається за загальним сигналом запиту і виконується послідовно кодової адресацією всіх пристроїв, що підключаються відповідно до прийнятого правилом обслуговування. При обнару¬женіі джерела запиту встановлюється сигнал «Зайнято» і даль¬нейшая видача адрес припиняється. Після обслуговування дан¬ного запиту поновлюється пошук наступного джерела. Основна перевага даного варіанта - гнучкість в реалізації правил обслуговування. Основний недолік - низька швидкодія.

Послідовна (цепочечная) селекція (рис. 4, в). Така селекція широко поширена в машинних інтерфейсів як найбільш проста і досить швидкодіюча. Пошук істоч¬ніка запиту починається за сигналом «Запит». Ідентифікація найбільш пріоритетного пристрою виконується сигналом «Підтвердження», який послідовно проходить через усі устройст¬ва. Пріоритетним в даному випадку буде пристрій, найбільш бліз¬ко розташоване до контролера. При надходженні сигналу «Под¬твержденіе» в пристрій (джерело запиту) подальше його про¬хожденіе блокується і пристроєм виставляється сигнал «Зайнято».

Варианты соединения интерфейсных блоков в схе­мах цепочной селекции.

Схема селекции по выделенным линиям (рис. 4, г). Отличие ее от предыдущей заключается в том, что общие линии «Запрос» и «Подтверждение» заменяются системой радиальных линий. Макси­мальное время занятия информационной магистрали для этого ва­рианта будет меньше, чем для цепочечной структуры, так как сиг­налы по шинам запроса и подтверждения могут передаваться парал­лельно. Данный способ характеризуется также гибкостью установле­ния дисциплины обслуживания, поскольку контроллер с помощью масок может установить произвольный приоритет и порядок опро­са. Однако это достигается за счет существенного увеличения числа линий и усложнения схемотехнического оборудования.

Основными преимуществами последовательного сое­динения интерфейсных блоков (рис. 5, а) являются простота реализации и высокое быстродействие по сравнению с адресным сканированием, так как время выделения приоритетного запроса определяется только задержкой логических элементов, объединяе­мых в разомкнутую (для централизованного управления) или замк­нутую (для децентрализованного управления) цепь. Повысить бы­стродействие последовательного соединения можно за счет распарал­леливания процесса прохождения сигнала приоритетного сравнения через цепь элементов, что приводит к последовательно-параллельному (рис. 5, б) и параллельному (рис. 5, в) соединениям. Выигрыш в быстродействии в этих слу­чаях достигается в результате усложнения схемы.

Основным недостатком схем селекции на основе последователь­ного и последовательно-параллельного соединений является низкая надежность при увеличении длины интерфейсных связей. Поэтому последовательное со­единение в основном приме­няют во внутриблочных ин­терфейсах.

Основные варианты реа­лизации селекции при децент­рализованном управлении представлены на рис. 6.

Характерным признаком децентрализованной прост­ранственной селекции яв­ляется наличие замкнутых линий запроса и подтвержде­ния. На рис. 6, а пока­зан вариант децентрализо­ванной цепочечной структуры, которую можно получить из централизованной путем исключения линии «Занято» и замыкания общей ли­нии «Запрос» с линией «Подтверждение». Необходимым условием установления запроса любым устройством является отсутствие входного сигнала подтверждения. При выдаче запроса этот сигнал «дизъюнктивно» формируется на линии и трансформируется в сигнал «Подтверждение», который будет проходить до устройства, выста­вившего запрос и находящегося наиболее близко по отношению к участку замыкания.

Схема селекции магистра­ли децентрализованной структуры це­почной (а),

кольцевой (б) и магист­ральной (в).

На рис. 6, б показаний варіант децентралізованої коль¬цевой структури. Тут використовується одна лінія, що визначає стан зайнятості інформаційного каналу по циркуляції в лі¬ніі маркерного імпульсу або серії імпульсів. Пристрій, за¬прашівающее шину, не пропускає маркер до наступного устройст¬ву, і, таким чином, циркуляція імпульсів припиняється. Дан¬ная структура широко поширена в інтерфейсах локальних мереж.

Гідність кільцевої структури - використання малої кількості обладнання та ліній зв'язку; основний недолік - низька стійкість перед перешкодами.

Одним з найбільш перспективних способів селекції для ма¬гістральних систем сполучення є спосіб параллель¬ного адресного порівняння або децентралі¬зованного кодового управління (ДКУ), структурна схема якого представлена ​​на рис. 6, ст. Сутність алгоритму ДКУ полягає в паралельному виділення пріорітет¬ного коду запиту за допомогою порозрядного порівняння кодів прі¬орітета в асинхронному режимі одночасно у всіх пристроях інтерфейсу, які виставили запити.

Синхронізація передачі слова визначає такі технічні характеристики інтерфейсу, як можливість взаємодії од¬ного джерела з декількома приймачами, максимальна ско¬рость передачі і дозволена довжина ліній зв'язку. На цьому рівні використовуються два основних способи синхронізації передачі: без зворотного зв'язку і зі зворотним зв'язком.

Спосіб синхронізації передачі без зворотного зв'язку. Схему синхронізації без зворотного зв'язку виконують за допомогою одного загального або окремих тактуючих генераторів високої стабіль¬ності. Необхідною умовою реалізації способу є налі¬чіе окремої лінії стробирования. Спосіб широко використовують в послідовних інтерфейсах з побітовим принципом передачі. Основний недолік синхронного способу полягає в тому, що швидкість видачі даних джерелом не може бути більше ско¬рості прийому цих даних самим повільно чинним пріемні¬ком. Цей недолік можна усунути завдяки застосуванню в інтерфейсних блоках модульних буферних ЗУ, наприклад зі стеко¬вим механізмом запису і зчитування.

Спосіб синхронізації передачі зі зворотним зв'язком. Способи реалізації зворотного зв'язку в схемах синхронізації можна разде¬літь за характером сигналів стробування і зворотного зв'язку на імпульсні і потенційні по числу контурів зворотного зв'язку - на однопровідні і двопровідні.

Використання зворотного зв'язку дозволяє найбільш повно ісполь¬зовать пропускну здатність інформаційного каналу. Основ¬ним недоліком асинхронного способу в порівнянні з синхронним є більш низька швидкість передачі інформації.

Синхронізація передачі масиву слів. Процеси передачі мас¬сіва можуть бути детермінованими або стохастичними. До детермінованим відносяться процеси передачі масиву слів фіксованої довжини (від одного до декількох тисяч слів за сеанс зв'язку), до стохастическим - змінної длі¬ни. При детермінованих процесах використовується синхронний спосіб сигналізації закінчення процесу взаємодії, при сто¬хастіческіх процесах - асинхронний.

Синхронний спосіб використовується рідко, причому в основному в інтерфейсах, де фіксована довжина масиву слів змінюється від 1 до 256 слів. Основна перевага методу - відсутність в системі шин лінії закінчення сеансу зв'язку.

Асинхронний спосіб сигналізації при передачі масиву слів найбільш поширений. Сигнали синхронізації мо¬гут видаватися в довільний момент часу передавачем з інформаційної шині або спеціально виділеним лініям управ¬ляющего каналу.

Процеси взаємодії елементів системи можуть мати два рівня конфліктних ситуацій при доступі до інформаційного ка¬налу інтерфейсу і до пристрою системи. Це пов'язано з тим, що в момент звернення одного пристрою до викликається останній може перебувати в стані взаємодії або в неробочому сос¬тояніі. Таким чином, операція настройки включає в себе про¬цедури опитування та аналізу стану викликається пристрою, а так ¬ передачі команд і прийому інформації стану. У більшості випадків алгоритми настройки виконуються програмним способом за допомогою передачі кодів команд і станів з інформаційної шині. У міжсистемних інтерфейсах цю інформацію можна офор¬міть у вигляді уніфікованого протоколу.

Послідовність операцій настройки може бути різною і залежить від складності алгоритмів роботи функціональних уст¬ройств системи. У деяких системах сполучення последователь¬ность операцій настройки уніфікована, в інтерфейсах міні- і мікроЕОМ носить рекомендаційний характер.

Контроль інтерфейсних обмінів необхідний для забезпечення функціонування систем і достовірності переданих даних. У нього входить, зокрема, дозвіл тупикових ситуацій асін¬хронного процесу взаємодії. Тупикові ситуації виникають в процесах асинхронного взаємодії, наприклад в схемах сін¬хронізаціі передачі слова, побудованих за принципом зворотного зв'язку, в схемі пріоритетною вибірки на основі послідовного адресного опитування і т. П. Контроль тупикових ситуацій взаімо¬действія ґрунтується на вимірюванні фіксованого інтервалу часу, протягом якого має настати очікуване асінхрон¬ное подія. Якщо за контрольований інтервал часу подія не настає, то фіксується несправність. Операція контролю тупикових ситуацій називається тайм-аут.

Контроль переданих даних грунтується на використанні кодів, побудованих на відомих принципах надлишкового кодірова¬нія інформації, наприклад шляхом використання спеціальних циклічних кодів, кодів Хеммінга, контрольних розрядів четнос¬ті (непарності) і т. П.

Операція передачі управління характерна для інтерфейсів з децентралізованою структурою управління і полягає в пере¬даче функцій координації між функціональними пристроями. Її необхідність обумовлюється вимогою підвищення на¬дежності управління та ефективності використання складових елементів системи. Підвищення надійності досягається резервіро¬ваніем управління, наприклад, при відключенні харчування або отка¬за интерфейсного модуля, що виконує функції управління ін¬терфейсом.

Підвищення ефективності використання обладнання системи досягається винятком дублювання дорогих пристроїв за допомогою організації доступу до них з поділом часу двох (і більше) контролерів або ЕОМ.

Функції обміну і перетворення інформації виконуються інформаційним каналом інтерфейсу. До основних процедур

функції обміну відносяться прийом і видача інформації (даних, стану, команд, адрес) регістрами складових пристроїв сіс¬теми, до основних операцій функції перетворення - ізмене¬ніе паралельного коду в послідовний і навпаки, перекоді¬рованіе інформації, дешифрування команд, адрес, логічні дії над вмістом регістра стану. Ці операції в пристроях інтерфейсу реалізуються Шифратори, дешіфратора¬мі, регістрами зсуву, схемами згортки і порівняння. Схемотехні¬ческая реалізація операцій перетворення специфічна для каж¬дого пристрою інтерфейсу і визначається функціональними тре¬бованіямі до нього від системи обробки інформації.

література:

1. М.В. Напрасников «Мікропроцесори і мікроЕОМ», стор .: 69-73.

2. В.В. Стригін «Основи обчислювальної, мікропроцесорної техніки та програмування», стор .: 198-210.

3. Е.Л. Іванов «Периферійні пристрої ЕОМ і систем», стор .: 18-24.

4. А.М. Ларіонов «Периферійні пристрої в обчислювальних системах», стор .: 37-40.