10. Клавиатура.
Клавиатура является одним из основных устройств ввода, обеспечивающих общение пользователя с ЭВМ. Она содержит контроллер клавиатуры, который воспринимает каждое нажатие на клавишу и выдает последовательный скан-код. Скан-код представляет собой идентификационный номер, присвоенный каждой клавише.
При поступлении скан-кода из порта вызывается прерывание клавиатуры, приоритетность которого выше всех остальных периферийных устройств. Процессор моментально прекращает обработку текущей операции и выполняет процедуру, анализирующую скан-код, который может содержать управляющий код, например: "Ctrl-Alt- Delete" (прерывание от клавиатуры должно обрабатываться на микро уровне).
Для того, чтобы ЦП успевал обрабатывать все нажатия клавиш, контроллер клавиатуры должен иметь буфер FIFO.
Рис. 8 Схема подключения клавиатуры.
11. Контроллер пдп.
Разработка функциональной схемы контроллера ПДП.
Контроллер ПДП, имеющий централизованную структуру, должен обеспечивать выполнение следующих функций:
1) Обнаружение запросов на ПДП от ПУ;
2) Возможность инициализации с шины данных начальными значениями: адреса и числа слов;
3) Распознавание характера обмена: чтение или запись в ОП;
4) Поддержание диалога с ПУ во время обмена с целью выяснить готовность ПУ к приёму или передаче данных;
5) Проверка возможности обращения к ОП;
6) Управление ОП во время обмена;
7) Информирование ЦП о завершении операции ввода-вывода.
Для построения контроллера целесообразно применить специализированную БИС 1804ВУ6, являющуюся генератором адреса ПДП (эта БИС имеет разрядность равную 8 бит, поэтому для получения 32-разрядного контроллера необходимо объединить 4-ре микросхемы), а в качестве УУ использовать 12-ти разрядный секвенсор 1804ВУ4.
Рис. 9 Структурная схема контроллера ПДП.
Микропрограммное устройство управления, входящее в состав контроллера можно выполнить с помощью секвенсора 1804ВУ4, используя конвейерную обработку микрокоманд (для сокращения длительности такта).
Сброс контроллера ПДП в исходное состояние при включении питания или в процессе работы будет производиться путём подачи на вход ОЕ микросхемы 1804ВУ4 сигнала RESET, имеющего активный низкий уровень, и если линии выходной шины Y этой БИС будут подключены через отдельные резисторы к шине +5V, то после перехода линий шины Y в высокоомное состояние на входе МПП установится адрес "111 ....1".
Для уменьшения количества внешних связей контроллер ПДП будет иметь по одной линии:
1) Запрос от ПУ;
2) Подтверждение запроса;
3) Готовность ПУ (активный уровень - низкий);
4) "Готов принять данные";
5) Завершение обмена.
ПУ должны быть подключены по структуре с одной линией запроса и цепочкой последовательного прохождения сигнала подтверждения.
Рис. 10 Способ подключения ПУ к контроллеру ПДП.
Выполнение операции ввода-вывода с ПДП будет происходить следующим образом (на примере операции записи в ОП):
1) ЦП, получив команду ввода-вывода, записывает по адресу нужного ПУ параметры ввода-вывода и делает пометку в ОП что данное ПУ занято;
2) ПУ, получив параметры ввода-вывода выставляет запрос на ПДП;
3) В свободном режиме контроллер ПДП непрерывно опрашивает вход запроса, и выявив запрос на ПДП делает запрос на обращение к ОП (т.е. на захват шины);
4) Получив разрешение на захват шины, контроллер ПДП выставляет сигнал подтверждения запроса;
5) Наиболее приоритетное ПУ, из выставивших запрос, прерывает распространение сигнала подтверждения запроса, и по очереди выставляет на шину данных параметры ввода-вывода;
6) Получив последние, контроллер ПДП дешифрирует команду и начинает опрашивать вход "Готовность ПУ";
7) ПУ, подготовив данные выставляет активный уровень сигнала на линию "Готовность ПУ";
8) Контроллер ПДП, получив данный сигнал, делает запрос на обращение к ОП и, получив разрешение, выставляет начальный адрес ОП, сигнал "Готов к обмену" и сигналы управления памятью;
9) Получив последний сигнал, ПУ выставляет данные, и в этом же такте происходит запись В ОП;
10) Происходит инкрементация адреса и декрементация счётчика числа слов, проверка условия: "(Готовность ПУ) ИЛИ (DON)";
11) Если всё в порядке то продолжается обмен, до тех пор пока не будет определён конец обмена (встроенными средствами 1804ВУ6) или не кончится подготовленный ПУ блок данных;
12) Если условие "(Готовность ПУ) ИЛИ (DON)" даст отрицательный результат, то необходимо: установить сигнал "Готов к обмену" в пассивное состояние, освободить системную шину и выяснить причину такого результата:
a) ПУ не готово, обмен не завершен. Необходимо продолжить тестировать условие "(Готовность ПУ) ИЛИ (DON)" и по получении положительного результата продолжить работу. Если по прошествии определённого времени устройство всё ещё не готово, то необходимо выставить сигнал "Завершение обмена" и запрос прерывания ЦП.
b) Обмен завершен. Необходимо выставить сигнал "Завершение обмена" и запрос прерывания ЦП.
Программа-обработчик прерываний по вводу-выводу по меткам в ОП определяет самое приоритетное занятое ПУ, сбрасывает метку и читает регистр состояния этого ПУ (определение успешного или аварийного завершения операции).
Рис. 11 Функциональная схема контролера ПДП.
Рис. 12 Структурная схема ЭВМ.
Выводы:
В процессе проделанной работы были получены навыки разработки структуры микроЭВМ. Рассмотрено формат системных шин, взаимодействие между различными периферийными устройствами и ЦПУ: обработка прерываний, формирование физического адреса устройства. Также был разработан контроллер прямого доступа к памяти.
Список литературы.
1. Микропроцессоры и микропроцессорные комплекты интегральных микросхем:
Справочник. В 2 т. / В.- Б. Б. Абрайтис, Н. Н. Аверьянов, А. И. Белоус и др.; Под ред. В.А. Шахнова.-М.: Радио и связь, 1988.
2. Каган Б. М. Электронные вычислительные машины и системы: Учеб. пособие для вузов.-3-е изд., перераб.и доп.-М.: Энергоатомиздат, 1991.
3. Мик Дж., Брик. Дж. Проектирование микропроцессорных устройств с разрядно-модульной организацией: В 2-х книгах. Пер.с англ.-М.: Мир, 1984.
4. Шевкопляс Б.В. Микропроцессорные структуры. Инженерные решения: Справочник. -М.: Радио и связь, 1993.