15.3 Условный ввод-вывод.

В состав МПС могут входить устройства, готовность которых к обмену необходимо проверять перед началом выполнения операции обмена (например, устройства ввода-вывода). Допустим, к системе подключено устройство печати, которое находится в состоянии "неготово", например, не включено в сеть. Естественно, что выводить данные в него бессмысленно. Поэтому, в этом случае, прежде чем приступить к обмену информацией с ПУ подобного типа МП необходимо удостовериться, что ПУ подготовило данные к их вводу в МП или готово к их восприятию. В противном случае, т.е. при выполнении операций обмена при неготовом ПУ, будет потеряна информация.

Типовое решение синхронизации обмена состоит в сопровождении операции ВВ специальным сигналом готовности RDY, генерируемым ПУ. Сигнал готовности вводится в МПС в составе слова состояния SW.

Существует два типа условного ввода/вывода: с занятием цикла и совмещенный. Алгоритмы, иллюстрирующие перечисленные типы условного ввода/вывода приведены на рис.15.4.а и рис.15.4.б соответственно.

Рис.15.4

В первом случае МПС "зависает" на цикле ожидания готовности, тратя на это все машинное время. Во втором случае, если ПУ не готово к обмену, МП возвращается к основной задаче без выполнения операции ВВ. Однако, через некоторое время он снова проверяет готовность ПУ к обмену и, при удачном исходе, выполняет его.

После завершения операций ВВ сигнал готовности RDY должен быть снят и выставлен заново только при новой готовности к обмену. С этой целью МПС посылает ПУ специальный сигнал, входящий в CW, подтверждение обмена АСК. Протокол обмена служебной информацией такого типа называют квитированием. Он обеспечивает надежную асинхронную передачу данных со скоростями, определяемыми ПУ. Схема порта условного ввода с программным квитированием приведена на рис.15.5.

Рис.15.5

15.4. Режим прямого доступа к памяти.

Для быстрого ввода/вывода больших блоков данных и разгрузки МП от управления операциями ВВ используют прямой доступ к памяти (ПДП).

Прямым доступом к памяти называют способ обмена данными, обеспечивающий, автономно от МП, установление связи и передачу данных между ОЗУ и ПУ.

Схема передачи информации в режиме ПДП показана на рис.15.6.

Рис.15.6.

Управление режимом выполняет контроллер ПДП. При инициировании операции ПДП в регистры счетчика контроллера ПДП заносится число байт в передаваемом блоке и начальный адрес области памяти, используемый при передаче.

В процессе обмена контроллер ПДП выполняет следующие функции:

- формирует адрес очередной ячейки ОЗУ, участвующей в передаче;

- подсчитывает число байт, передаваемых через интерфейс и определяет момент завершения заданной операции ВВ.

Лекция №16 интерфейсы мпс.

План лекции.

1. Определение интерфейса.

2. Принципы организации и классификация интерфейсов.

3. Элементная база интерфейсов.

4. Средства параллельного ввода/вывода.

5. Программируемы периферийный адаптер.

16.1. Принципы организации и классификация интерфейсов.

Обмен информации между ПУ и МПС со скоростью, определяемой быстродействием ПУ, осуществляется при помощи интерфейса. Интерфейс должен обеспечивать: простое и быстрое соединение данного устройства с любым другим, имеющим такой же интерфейс; совместную работу устройств без ухудшения их технических характеристик; высокую надежность.

Сокращение времени и средств, необходимых на разработку новых и модернизацию существующих МПС, невозможно без унификации функциональных блоков (модулей) МПС, средств их сопряжения и взаимодействия. Объединение модулей в единую систему происходит посредством унифицированной системы сопряжения, называемой стандартным интерфейсом (interface - сопрягать, согласовывать). Под стандартным интерфейсом понимается совокупность унифицированных аппаратных, программных и конструктивных средств, необходимых для организации взаимодействия различных компонентов в системах при условии удовлетворения требований стандарта и электрической, информационной и конструктивной совместимости компонентов.

Основными элементами интерфейса являются: совокупность правил обмена информацией; аппаратная часть интерфейса (физическая реализация) и программное обеспечение.

Совокупность правил обмена информацией устанавливает формат сообщения и единицу обмена, набор сигналов обмена данными, алгоритм обмена данными, способ кодирования сигналов.

Формат сообщения определяет состав, назначение, размеры и взаимное расположение отдельных элементов сообщения. В качестве единицы обмена обычно используют слово или его часть (бит, байт).

Набор сигналов обмена и взаимодействия состоит из перечня сигналов информационного и управляющего потоков, сигналов сопровождения и вспомогательных сигналов.

Алгоритм обмена данными устанавливает последовательность процесса обмена, режим обмена, способ синхронизации, правила адресации и т.д.

Аппаратная часть интерфейса (физическая реализация) образуется из узлов, входящих в модули МПС, или из конструктивно обособленных блоков, а также из соединителей (кабелей, разъемов).

Программное обеспечение интерфейса состоит из программ, осуществляющих инициализацию программируемых БИС, входящих в аппаратную часть интерфейса, а также обеспечивающих выполнение алгоритма обмена информацией.

Интерфейсы можно классифицировать по различным ключевым признакам. Одна из возможных классификаций интерфейсов приведена на рис.16.1.

Рис.16.1.

В зависимости от способа соединения компонентов МПС различают магистральные, радиальные и цепочные интерфейсы.

В системе, выполненной по цепочной структуре (рис.16.2), каждая пара устройств объединена линиями связи и обмен данными происходит непосредственно между устройствами (обычно без адресации).

Рис.16.2

В системах с радиальной структурой (рис.16.3) выделено центральное устройство - контроллер, с которым каждое из функциональных устройств (источников и приемников сигнала) связано с помощью индивидуальной группы шин.

Рис. 16.3

В системах с магистральной структурой (рис.16.4) вместо группы индивидуальных шин имеются коллективные шины, к которым подсоединяются все источники, приемники сигналов и контроллер.

Рис. 16.4

По способу адресации выделяют интерфейсы с логической, групповой и географической адресацией.

В случае адресации модуля независимо от его номера позиции в устройстве (расположения) говорят о логической (кодовой) адресации. Для выбора таких устройств используют адресные линии и дешифраторы.

При групповой адресации одновременно адресуется несколько модулей в одном или нескольких устройствах.

При географической (или позиционной) адресации выбирается не адрес, предварительно установленный внутри модуля и независимый от места модуля в посадочной корзине (крейте), а модуль в целом по его месту положения.

Интерфейсы также классифицируют в зависимости от реализуемого ими уровня сопряжения модулей МПС. В качестве примера рассмотрим структурную схему типовой МПС, предназначенной для управления процессами в реальном времени (рис.16.5). В приведенной структурной схеме выделяют 5 уровней сопряжения.

Первый уровень обеспечивается с помощью системного магистрального интерфейса, по которому осуществляется обмен информацией между всеми основными модулями МПС. Структура интерфейса определяется МП.

Ко второму уровню сопряжения относятся малые интерфейсы периферийных устройств (ПУ) и устройств связи с объектом (УСО). Малые интерфейсы используются только в тех случаях, когда ПУ и УСО не имеют встроенного системного интерфейса и не могут подключаться непосредственно к системной магистрали. Наиболее широко используются радиальные интерфейсы для подключения устройств с последовательной передачей информации ИРПС ( стык С2, RS - 232-C) и параллельной передачи информации ИРПР (Centronics). При помощи этих интерфейсов подключаются практически все периферийные устройства ( терминалы, печатающие устройства, клавиатура и т.д.). Сопряжение малого интерфейса с системной магистралью осуществляется контроллером (К).

Рис.16.5.

К третьему уровню сопряжения относятся интерфейсы датчиков (Д) и исполнительных устройств (ИУ), предназначенные для их согласования с УСО.

К четвертому уровню относятся интерфейсы устройств передачи данных (УПД), т.е. интерфейсы телефонных, оптоволоконных и других каналов для передачи данных на большие расстояния, в том числе интерфейсы, применяемые для построения локальных, региональных и других типов сетей ЭВМ.

К пятому уровню сопряжения относятся внешние относительно МПС интерфейсы, например, системный интерфейс старшей ЭВМ в многомашинной системе. Соединения внешнего интерфейса с системным осуществляется при помощи адаптера интерфейса (А).