8. Интерфейсы ввода-вывода: определение, классификация. Внешний интерфейс. Примеры реализации.

Интерфейс - совокупность технических данных и правил, устанавливающих единые принципы взаимодействия устройств (interface - согласование).

Команды ввода-вывода носят общее название: 'команды обмена'. В ЭВМ используются 4 способа обмена:

- синхронный обмен; - асинхронный обмен; - обмен по прерыванию; - обмен по каналу прямого доступа к памяти.

Классификация.

1. по конфигурации (радиальные, магистральные)

2. по способу передачи данных (параллельные, послед, послед-паралл)

3. по режиму передачи ( симплексные, полудуплексные(передача возм в одном направл))

4. по способу обмена (асинхронные, синхронные)

5. по обл применения (межмодульные(внутренние или системные), межблочного обмена)

Синхронный обмен

С приходом команды обмена, тут же выдается или принимается на соответствующее внешнее устройство информация.

Недостаток- Процессор работает быстро и может подряд выдавать или принимать данные, которые терминал не будет успевать обрабатывать (печатать или подготавливать для передачи в процессор). Поэтому метод применяется либо для передачи разовых сигналов, либо таких , где это не портит данных - чтение таймера, вывод на цифровое табло и т.п.

Асинхронный обмен

Осуществляется также по команде обмена, но перед обменом анализируется состояние терминала, и если он еще не готов к обмену, ЭВМ переходит в режим ожидания. Ожидание длится до тех пор пока от терминала не придет сигнал 'готов'. Недостаток - Хотя здесь сбоев информации быть не может, как при синхронном обмене, но процессор вынужден ждать пока терминал не освободиться, что приводит к большой потере времени при обмене

Системные магистрали

Групповые линии связи одинакового назначения объединены в шины. В ВС присутствуют 3 шины: ША, ШД, ШУ. Совокупность всех шин принято называть системной шиной. В зависимости от способа подключения к периферии  процессоров различают минимальный и максимальный режимы работы. В минимальном режиме работы системной шиной управляет микропроцессор. В максимальном режиме системной шиной управляет специальное устройство, которое называют контролер шины по сигналу МП.

Основные тех характеристики шины разрядность и частота (пропускная способность), режим работы.

Шину данных образует линия связи предназначенная для передачи данных (шина двунаправленная)

Шину адреса образует линия, по которой передаётся адрес доступа (однонаправленный от активного устройства к пассивному)

Шину управления образует линия связи, по которой передаётся специальный сигнал управления, обеспечивающий цикл обмена.

Шины бывают мультиплексированные и демультиплексированные.

В демультиплексированных – адреса данных передаются по разным линиям. В мультиплексированных – по отдельным физическим линиям в разные моменты времени.

Обмен со системными шинами может происходить в трёх режимах:

• в программном

• в режиме прерывания

• в режиме прямого доступа к памяти

Различают синхронный и асинхронный программный обмены:

В асинхронном режиме цикл обмена завершается только после получения сигнала готовности от периферийного устройства. Для этого в шинный цикл вставляются пустые такты(сигнал READY)

В режиме прерываний циклы обмена с периферией происходят асинхронно в моменты, когда периферийное устройство формирует запрос на прерывание – это режим обмена с периферийными устройствами. Этот сигнал транслируется на вход внешнего маскируемого прерывания процессора INTR. Для реализации режима прерываний имеется контролер прерываний.

Он выполняет 2 функции:

3. обслуживание большого количества запросов

4. формирование вектора (номер прерывания, определяющего адрес подпрограммы обслуживания)

Виды шин обмена данных:

ISA, MSA, PCI, VLB.

Режим ПДП-метод обмена данными между памятью и переферийным уст-вом без учитывания процессора. МП инициализирует контроллер ПДП, при этом задается 1. начальный адрес памяти, 2. счетчик и режим обмена.

СИСТЕМНАЯ ШИНА

На материнской (системной) плате размещены CPU, основное ОЗУ, контроллер клавиатуры, контроллер шины. Все остальные устройства устанавливаются на платах расширения - картах (Card - плата) через разъемы системной шины 'слоты'.

Обязательные платы расширения:

- видеоадаптер;

- мультиплата (контроллеры дисков и портов ввода/вывода).

Все слоты имеют одинаковые контакты, поэтому любая карта может быть вставлена в любой слот.

Системная шина - совокупность проводников для обмена информацией между блоками компьютера в соответствии с заданным интерфейсом.

PCI (Peripheral Component Interconnection - межсоединение периферийных компонентов) разработана фирмой Intel. Это шина с временным мультиплексированием (данные и адреса передаются по общим линиям). Тактовая частота до 33 МГц - синхронно с процессором, далее частота делится. Скорость передачи данных до 120 Mb/s Шина соединяется с CPU через PCI-перемычку (Host-Bridge). Она же и управляет работой шины.

{ПОРТЫ ВВОДА-ВЫВОДА

Параллельный порт 'Centronics'

Операционная система поддерживает 3 параллельных порта ввода-вывода с именами LPT1..LPT3.

Параллельный 8-разрядный порт работает по интерфейсу 'Centronics', используемому для принтеров и плоттеров. По ГОСТ 27942-88 он называется ИРПР-М. Скорость обмена - до 150 кb/сек.

Обмен с портом осуществляется по команде OUT. Поскольку адрес порта больше чем 1 байт, нельзя писать: OUT 378h,AL

Cледует пользоваться косвенным выводом через регистр DX так:

MOV DX,378h

OUT DX,AL

Однако и это будет только засылка выводимого байта в порт. Для вывода на принтер надо еще выдать строб (pin 01). Кроме того, надо проверить готов ли принтер принять очередной байт. Для этого есть еще два регистра:

Регистр статуса порта (адреса: 279, 379, 3BD)

│7│6│5│4│3│2│1│0│

│ │ │ │ │ │ │ └─ 1 = time-out

│ │ │ │ │ └─┴─ unused

│ │ │ │ └ 1 = Принтер включен, pin 15

│ │ │ └─ 1 = Принтер готов к работе, pin 13

│ │ └ 1 = В принтере нет бумаги, pin 12

│ └ 0 = Готов к приему очередного байта, pin 10

└── 0 = Полная готовность, pin 11

Регистр управл. портом (адреса: 27A, 37A, 3BE)

│7│6│5│4│3│2│1│0│

│ │ │ │ │ │ │ └ 1 = Строб выдачи данных, (pin 1)

│ │ │ │ │ │ └ 0 = Движение бумаги на 1 строку, (pin 14)

│ │ │ │ │ └ 0 = Сброс принтера, (pin 16)

│ │ │ │ └ 1 = Разрешение работы принтера, (pin 17)

│ │ │ └ 0 = IRQ не вырабатывается, 1=IRQ есть

└─┴─┴ unused

Последовательный порт RS232C

Последовательный порт обеспечивает обмен данными последовательным кодом по интерфейсу RS232C (ГОСТ 18145-81 и ГОСТ 23675-79). Обычно РС имеет в своем составе два последовательных порта СОМ1 и СОМ2, однако при установке дополнительного оборудования возможно увеличение числа последовательных портов до 16. Один из портов обычно используется для подключения мыши. Кроме мыши эти порты используются для организации компьютерных сетей и подключения разного рода модемов.

Например в DOS предусмотрена возможность связи двух компьютеров для взаимного обмена файлами с жестких дисков: F9, Left(Right), Link. Далее открывается окно, где предлагается выбрать порт для связи и назначить тип связи: Master(хозяин) - Slave(раб).

Принцип обмена

В порт командой OUT засылается передаваемое слово. Сразу после засылки данных в порт начинается его передача:

- в исходном состоянии по цепи данных передается "1" Это стоповая посылка, может быть неограниченно длинной;

- передача слова начинается со стартовой посылки '0' в течение одного такта;

- далее передаются биты кода слова из 5,6,7 или 8 разрядов (устанавливается в регистре статуса порта);

- в конце может передаваться контрольный бит четности (нечетности) (необходимость его устанавливается в регистре статуса порта);

- передача слова заканчивается стоповой посылкой. Минимальная длительность ее перед следующим словом 1, 1.5 или 2 такта.

Такты | | | | | | | | | | | |

нач.передачи нов. сл

──── ┐ ┌──┐ ┌ ┐ ┌ ┐ ┌───┐

└ ┘ └─┘ └── ┘ └ ┘ └─

Stop │ 1 1 0 1 0 0 1 │ Stop

└ Start └ бит контр.чет.=0

Скорость приема и передачи д.б. установлена одинаковой на приемном и передающем портах в пределах от 50 до 115000 бит/сек с точностью 2% (устанавливается в регистрах статуса портов).

Адреса последовательных портов: СОМ1=3F8h, COM2=2F8h. Кроме того используются еще 8 регистров - управляющих и статуса портов.

UART - Universal Asynchronous Receiver/Transmitter

Обмен по интерфейсу RS232C осуществляется через 9 (или 25)контактный разъем.