2.4.3. Организация прерываний
Как уже стало понятным из вышеприведенного материала, одной из основных функций МП является обмен данными между МПС и УВВ. Этот обмен может быть реализован по-разному, в зависимости от вида УВВ и других параметров. Существует 3 основных способа обмена:
программный обмен,
обмен по прерываниям,
обмен по прямому доступу к памяти.
Рассмотрим самый простой способ обмена - программный обмен. Его структурная схема приведена на рис. 2.7.
Рис. 2.7. Структурная схема программного обмена
Собственно обмен происходит только по ШД, никаких других линий для этого не нужно. В составе УВВ должны быть 2 регистра - регистр данных (РД), с которым производится обмен, и регистр состояния (РС), который показывает состояние УВВ. В частности в составе этого регистра должен быть какой-либо бит, показывающий готовность УВВ к обмену. Пусть "1" - устройство не готово, а "0" - готово к обмену. Тогда структурная схема программы обмена показана на рис. 2.8.
Как видно из рис. 2.8, если устройство не готово, процессор все время опрашивает РС, не выполняя никакой другой работы. Поэтому основным недостатком этого способа обмена является нерациональное расходование процессорного времени. Достоинство - исключительная простота аппаратурной и программной реализации. Поэтому сфера применения способа - простейшие МПС, не требующие высоких скоростей обмена.
В состав МПС могут входить устройства, информация с которых должна поступать незамедлительно, как только она готова, т.е. устройство не может "ждать" пока МП сам обратиться к нему с предложением об обмене. Таким образом, оно должно сообщить МП о готовности к обмену, а МП должен прервать текущую программу и приступить к обмену. Для этого и существует режим прерывания (рис.2.9).
Рис. 2.8. Структурная схема программного обмена.
Рис. 2.9. Структурная схема системы прерываний
Устройство выдает в МП сигнал INT ("Прерывание"), МП прерывает исполнение текущей программы и опрашивает ШД, чтобы узнать какое устройство выдало этот сигнал (подразумевается, что УВВ, которое подало сигнал "Прерывание" уже выдало на ШД специальный 8-ми разрядный код, по которому процессор распознает это устройство). В зависимости от кода на ШД МП переходит к одной из 8-ми подпрограммам обслуживания прерывания, которые помещаются в первых ячейках памяти, а адрес основной программы, с которого было осуществлено прерывание, запоминается в стеке. После окончания обслуживания устройства, из стека извлекается адрес основной программы, с которого она была прервана, и происходит переход на этот адрес основной программы, с которого начинается выполнение прерванной программы. Таким способом можно обеспечить обслуживание до 8-ми устройств, однако при использовании специальной БИС контроллера прерываний число устройств может быть увеличено до 64. Более подробно о режиме прерываний будет рассказано позднее.
2.4.4. Организация пдп
Режим прямого доступа в память (ПДП) используется для обслуживания быстродействующих внешних устройств, которые должны записывать и считывать из памяти большие массивы информации. Запись и воспроизведение через процессор, как это делается обычно, в этом случае невыгодно по временным соотношениям, поэтом и используется режим ПДП. Специальный контроллер ПДП (в настоящее время выпускается специальная БИС контроллера ПДП) выдает сигнал HOLD ("Блокировка") на МП, означающий готовность осуществить ПДП. По этому сигналу процессор как бы "отключается" от остальной МПС (рис. 2.10). Как видно из рис. 1.5, ШД и ША подключаются к внутренним регистрам МП через буферы, которые имеют не два логических состояния на выходах (как обычно 0 и 1), а три, т.е. добавляется третье состояние, при котором выходы буферов имеют бесконечный входной импеданс и не влияют на внешние устройства, подключенные к ШД и ША. Такой способ снизить нагрузку на шины очень широко используется в микропроцессорной технике. Таким образом, процессор перестает принимать и выдавать данные и адрес, а управление передается контроллеру ПДП (по сигналу HLDA ("подтверждение блокировки") подтверждения перехода в режим ПДП). После окончания обмена данными между устройством и памятью сигнал "Блокировка" снимается, и управление вновь передается МП.
Рис. 2.10. Режим ПДП