TSAiU_Lektsia_3

Лекция №3. Принципы организации обмена данными между ЭВМ и внешними устройствами

3.1. Возможные режимы обмена данными

Возможны два режима обмена данными по системной магистрали:

1.Программно – управляемая передача данных.

2.Прямой доступ ВУ к оперативной памяти ЭВМ (режим ПДП).

Программно-управляемая передача данных.

Если данные передаются из ВУ в ОЗУ (из ОЗУ к ВУ), то выполняются действия, изображенные на рис. 3.1.

Рис. 3.1. Блок-схема программно – управляемой передачи данных

Режим обмена ПДП.

В режиме ПДП данные передаются, как показано на рис. 3.2.

Рис. 3.2. Блок-схема обмена данными в режиме ПДП

Обмен выполняется аппаратными средствами КПДП и интерфейса ВУ. Интерфейс выполняет следующие функции при обмене данными:

Буферное хранение данных.

Устранение временных различий в работе ВУ и ЦП (или ВУ и КПДП).

Передача информации о состоянии ВУ либо в процессор, либо в КПДП.

Передача приказов ВУ от процессора или КПДП.

Известны три способа программно управляемой передачи данных:

1)Безусловная передача.

2)Обмен по готовности ВУ.

3)Обмен с прерыванием текущей программы процессора.

3.2. Безусловная передача данных

Может выполняться только для устройств, быстродействие которых выше быстродействия процессора.

Преимущество: реализуется при минимальных затратах программных и аппаратных средств.

1

Недостаток: устройство всегда должно быть готово к обмену.

Рис. 3.3. Функциональная схема интерфейса безусловного вывода данных

РД - регистр данных, служит для временного хранения n-разрядного слова данных для вывода в ВУ. 2И – информационные вентили, пропускают данные с шины данных в регистр данных, если поступает внутренняя команда интерфейса «Запись в РД».

ДВК – дешифратор внутренних команд, формирует внутреннюю команду интерфейса «запись в РД» на выходе, когда на ША установлен адрес РД, а на ШУ сигнал «Вывод». Вентили 2И открываются и данные с ЩД поступают в РД.

РД представляет собой набор триггеров Т1…Тn (рис.3.4.).

Рис. 3.4. Регистр данных интерфейса

Функциональная схема интерфейса безусловного ввода данных (рис. 3.5.) включает все компоненты интерфейса безусловного вывода, изменяется лишь порядок их подключения.

2

Рис. 3.5. Функциональная схема интерфейса безусловного ввода данных

Количество и назначение регистров интерфейса может меняться. Интерфейс вывода может содержать регистры управления, которые передают ВУ не данные, а приказы, позволяющие изменять режим работы ВУ.

Для программного управления подобными устройствами необходимо знать их программную модель.

Впонятие программная модель интерфейса входит:

1)Число регистров интерфейса и их назначение.

2)Адреса регистров.

3)Число бит и назначение отдельных бит регистров.

4)Способ доступа процессора к каждому из регистров.

3

Техническая реализация устройства связи с объектом в ЭВМ семейства IBM и методика управления обменом

Для изучения методов программного обмен данными и типовых технических средств УСО в ЭВМ семейства IBM PC использована интерфейсная плата L-154, содержащая (рис.4.1.) ряд элементов УСО:

–ЦАП (цифро-аналоговый преобразователь) – 12 разрядный

–АЦП (аналого-цифровой преобразователь)– 12 разрядный

–Мультиплексор – 32 канальный,

–Усилитель,

–Таймер – 3 канальный,

–Регистры цифрового ввода-вывода.

Программная модель платы (табл. 4.1.) L-154 включает 12 регистров, из них 2 регистра – 12-ти разрядные, 10 регистров – 8-ми разрядные. Начальный адрес платы в области адресов ввода-вывода равен 300h.

Рис.4.1. УСО на основе интерфейсной платы L 154

Таблица 4.1.

Карта регистров интерфейсной платы L 154

ЦАП – преобразует цифровой код, поступающий из ЭВМ в аналоговый сигнал в виде напряжения. Технические характеристики ЦАП:

Диапазон выходного сигнала -5,12 В - +5,12 В.

- разрешающая способность ЦАПМаксимальная частота преобразования

3.3.Программные средства реализации безусловного обмена данными в среде Borland Pascal

В среде Borland Pascal для обращения к регистрам внешних устройств имеются два предварительно объявленных массива:

Port: array [0..65535] of byte; PortW: array [0..65534] of word;

Элементы массива Port байты, элементы массива PortW шестнадцати битовые слова. Индексы массивов соответствуют абсолютным адресам регистров внешних устройств.

Пример:

PortW[$300]:= 4048 – в регистр ЦАП записали число. , на выходе установилось напряжение {+5,0}.

Для обращения к ячейкам памяти в паскале объявлены массивы: MEM, MEMW – MEML.

5

Пример: Программирование канала управления при безусловном способе обмена данными. Генерация синусоидального сигнала, амплитудой 5В, при максимальной частоте.

Program Demo_Sin;

uses crt; const M=100; var U: array [1..M] of integer; i, j: integer;

Procedure wait (i:word); {Обеспечивает задержку в интервале от 0 до 10мкс в зависимости от параметра}

Begin for j:=1 to i do end;

Begin for i:=1 to M do U[i]:=Round(2048+2000*sin(F*(i-1)));

{Сформирован массив данных синусоидального сигнала на интервале одного периода} i:=1;

repeat PortW[$300]:= U[i]; inc(i); if i>M then dec(i,M) until keypressed; while keypressed do readkey;

{Генерация сигнала до нажатия любой клавиши.} end.

3.4.Обмен данными между ЭВМ и внешним устройством по готовности

Основное требование к внешнему устройству – его готовность к обмену данными.

1) Чтение состояния

2) Анализ состояния ВУ

3)Передача данных

4)Сброс готовности

Рис. 4.2. Блок-схема алгоритма обмена данными по готовности ВУ

На первом шаге (1) ЦП читает из интерфейса информацию о состоянии ВУ. На следующем шаге (2) ЦП анализирует полученную информацию. Если ВУ не готово организуется цикл чтения состояния ВУ и его анализ. Если устройство готово — выполняется передача данных (3). Последний шаг (4) — сброс готовности ВУ завершает передачу одного слова данных.

Плюсы: данный способ является идеальным в смысле согласования временных различий в работе процессора и ВУ.

Недостаток: потери машинного времени на ожидание момента готовности. Пример: принтер HP Lj-6L имеет скорость печати 6 страниц в минуту, т.е. =240 символов в секунду. Принтер тратит на печать одного символа 4 мс.

ЦП тратит на печать 2 мкс следовательно 99,95% времени тратится на ожидание готовности.

Функциональная схема интерфейса ввода данных в ЭВМ по готовности ВУ.

6

Функциональная схема интерфейса ввода в ЭВМ по готовности ВУ (рис.4.3.) содержит все элементы интерфейса безусловного вывода данных.

Рис. 4.3. Функциональная схема интерфейса ввода данных в ЭВМ по готовности ВУ

Дополнительные элементы интерфейса — регистр состояния интерфейса содержит только один триггер, называемый флаг готовности (ФГ).

R

Чтение РС

Запись в РС (Сброс ФГ интерфейса программный.)

Чтение РД (Сброс ФГ интерфейса аппаратный при чтении в РД.)

Рис. 4.4. Регистр состояния интерфейса

ФГ –флаг готовности в регистре состояния устройства, может установить в «1» только само внешнее устройство.

ЦП может прочитать или сбросить флаг готовности в ноль.

7

8