ЛЕКЦИИ ПО ТСАУ
.pdf
Общая структура магистрали ЭВМ
n 
Шина данных (n-разрядная) ЦП m
Шина адреса (m-разрядная)
Шина управления
Рис. 2.4. Структура магистрали ЭВМ
Магистраль включает три шины:
ШД – шина данных n – разрядная, двунаправленная. Данные могут передаваться параллельно n – разрядным параллельным кодом: n = 8, 16, 32, 64.
ША – шина адреса, m – разрядная, однонаправленная, используется для адресации памяти и ВУ. m = 16, 18, 20, 24, 32.
Объем памяти: 2m = 64Кбайт, 256Кбайт, 1Мбайт, 16Мбайт, 4Гбайт
ШУ – шина управления. Включает проводники, по которым передаются сигналы управления (рис.с.5.).
5
Наименование |
Направление |
Архитектура |
Назначение сигнала |
сигнала |
передачи по |
|
(Архитектура: 1 – Единый магистральный канал |
|
отношению к |
|
обмена данными; 2 – Изолированные магистральные |
|
ЦП |
|
каналы обмена данными.) |
Чтение |
Вывод |
1,2 |
Считывает в регистр ЦП одно n-разрядное слово по |
|
|
|
указанному адресу из ячейки ОЗУ (1,2) или регистра |
|
|
|
ВУ (1). |
Ввод |
-«- |
2 |
Считывает в регистр ЦП одно n-разрядное слово по |
|
|
|
указанному адресу из регистра ВУ. |
Запись |
Вывод |
1,2 |
Записывает в ячейку ОЗУ (1,2) или регистр ВУ (1) по |
|
|
|
указанному адресу одно n-разрядное слово из регистра |
|
|
|
ЦП. |
Вывод |
-«- |
2 |
Записывает в регистр ВУ одно n-разрядное слово из |
|
|
|
регистра ЦП по указанному адресу. |
Запрос |
Ввод |
1,2 |
Требование ВУ прерывания текущей программы ЦП и |
Прерывания |
|
|
его приоритетное обслуживание. |
Разрешение |
Вывод |
1,2 |
ЦП разрешает ВУ прерывание текущей программы для |
Прерывания |
|
|
выполнения операций по его обслуживанию. |
Запрос Шины |
Ввод |
1,2 |
Требование ВУ к ЦП освободить магистраль и |
|
|
|
предоставить ВУ возможность обмена данными с ОЗУ, |
|
|
|
минуя ЦП. |
Разрешение |
Вывод |
1,2 |
ЦП удовлетворяет требование ВУ и отключается от |
Шины |
|
|
шин магистрали. |
Рис.2.5. Типовые сигналы шины управления ЭВМ.
2.4. Передача информации по системной магистрали
Передача по системной магистрали байта или слова данных называется циклом шины. При передаче
данных используются все шины магистрали (рис. 2.6.).
Рис. 2.6. Принципы передачи информации по системной шине
На магистрали всегда действуют два устройства: задатчик и исполнитель. Задатчиком чаще всего является процессор, исполнителем — ячейка ОЗУ или регистр внешнего устройства. Задатчик управляет шиной адреса и шиной управления. Исполнитель может принимать данные с шины данных или передавать данные на шину данных.
5
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.
1
3.2. Безусловная передача данных
Может выполняться только для устройств, быстродействие которых выше быстродействия процессора.
Преимущество: реализуется при минимальных затратах программных и аппаратных средств. 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 |
IBM |
и |
|
Для изучения |
УСО в ЭВМ |
семейства IBM PC |
.) ряд элементов |
УСО: |
|
– ЦАП (цифро- |
|
– АЦП (аналого- |
|
– Мультиплексор – |
|
– Усилитель, |
|
– Таймер – 3 |
|
– Регистры |
|
Программная модель |
|
|
|
|
|
|
|
|
– 12-ти |
|
разрядные, 10 регистров |
|
|
|
|
|
|
|
|
ввода-вывода |
|
равен 300h. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Магистраль основной памяти |
|
|
|
|
|
|
|
|
ЦП |
|
|
ОЗУ, ПЗУ |
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
Магистраль ВУ |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Дисплей |
Клавиатура |
ВЗУ |
Принтер |
||||
|
|
|
||||||||
1 |
|
АЦП |
Данные |
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
Интерфейс Данные |
ЦАП |
|||||||
|
|
|
Управление программного |
|
||||||
32 |
|
|
обмена |
|
|
|
|
Uвых. |
||
|
Таймер |
|
|
|
|
Входы- |
||||
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
Коммутатор |
Регистры ввода-вывода |
|
выходы |
||||||
Таблица 4.1.
№ Наименование
№
1 Регистр данных |
в ЦАП |
ЦАП |
|
4
2 |
Регистр данных |
0 |
Чтение |
12 |
Результат преобразования |
|
АЦП |
|
|
|
напряжения в код АЦП |
3 |
Регистр |
2 |
Запись |
8 |
Установка канала мультиплексора, |
|
управления АЦП |
|
|
|
режима подключения и диапазона |
|
– Коммутатор – |
|
|
|
|
|
Усилитель |
|
|
|
измерения входных сигналов АЦП |
4 |
Регистр состояния |
2 |
Чтение |
8 |
Состояние АЦП и счетчиков – |
|
|
|
|
|
таймеров |
5 |
Регистр запуска |
4 |
Запись |
8 |
Запуск АЦП на измерение |
|
АЦП |
|
|
|
|
|
|
|
Таймеры-счетчики |
|
|
6 |
Канал 0 |
8 |
Запись/ |
8 |
Программирование канала 0 |
|
|
|
чтение |
|
|
7 |
Канал 1 |
9 |
- « - |
8 |
Программирование канала 1 |
8 |
Канал 2 |
Ah |
- « - |
8 |
Программирование канала 2 |
9 |
Регистр |
Bh |
- « - |
8 |
Установка параметров |
|
управления |
|
|
|
каналов |
|
таймеров |
|
|
|
|
10 |
Регистр |
Fh |
Запись |
8 |
Разрешение/запрет прерываний от |
|
прерываний |
|
|
|
таймера |
|
|
Цифровые линии ввода – вывода |
|||
11 |
Цифровые |
3 |
Чтение |
8 |
Чтение цифровых линий с |
|
входы |
|
|
|
внешнего разъема |
12 |
Цифровые |
3 |
Запись |
8 |
Установка/сброс цифровых линий с |
|
выходы |
|
|
|
внешнего разъема |
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
5
В среде Borland Pascal для обращения к регистрам внешних |
два предварительно |
|
объявленных массива: |
|
|
Port: array [0..65535] of byte; |
|
|
PortW: array [0..65534] of word; |
|
|
Элементы массива Port байты, элементы |
|
слова. Индексы |
массивов соответствуют абсолютным адресам регистров |
. |
|
Пример: |
|
|
PortW[$300]:= 4048 – в регистр ЦАП записали число. |
|
|
, на выходе |
|
|
Для обращения к ячейкам памяти в паскале объявлены |
– MEML. |
|
Пример: Программирование канала управления при |
данными. |
|
Генерация синусоидального сигнала, |
5В, при |
. |
Program Demo_Sin; |
|
|
uses crt; const M=100; var U: array [1..M] of integer; i, j: |
|
|
Procedure wait (i:word); {Обеспечивает |
интервале |
в зависимости от |
параметра} |
|
|
Begin for j:=1 to i do end; |
|
|
Begin for i:=1 to M do U[i]:=Round(2048+2000* |
*(i-1))); |
|
{Сформирован массив данных синусоидального |
на |
периода} |
i:=1; |
|
|
repeat PortW[$300]:= U[i]; inc(i); if i>M then dec(i |
) until |
do readkey; |
{Генерация сигнала до нажатия любой клавиши |
|
|
end. |
|
|
3.4.Обмен данными между |
и |
по готовности |
Основное требование к внешнему устройству – его |
. |
|
1)
Чтение состояния
2) Анализ состояния ВУ
3)
Передача данных
4)
Сброс
готовности
6