инфа экзамен / Экзамен / 9

9. Взаимодействие внешних и центральных устройств ПЭВМ.

Шины

В микропроцессорных системах передача информации между отдельными устройствами осуществляется по шинам. Применение шинной концепции позволяет без значительного усложнения внутренних связей расширять конфигурацию ПЭВМ. Шина - это среда передачи сигналов, к которой могут параллельно подключаться несколько компонентов вычислительной системы. Конструктивно шина может выглядеть как совокупность проводящих дорожек, вытравленных на плате, или иметь вид ленточного кабеля. Помимо этого шина включает в себя специальные электронные схемы, с помощью которых данные выводятся с устройства на шину или снимаются с нее. В зависимости от назначения передаваемой информации в системной шине выделяют шины данных, адреса и управляющую шину.

Шину данных образует группа линий, предназначенных для передачи данных между отдельными устройствами ПЭВМ. Число линий в группе называется шириной (разрядностью) шины данных, причем каждая линия служит для переноса одного бита информации. Чем шире шина данных, тем выше потенциальная производительность системы. Если ширина шины меньше разрядности процессора, то говорят о мультиплексной шине. Такие шины применяются для уменьшения числа выводов микросхем, которые соединяются с шиной данных.

С помощью другой группы линий осуществляется передача адресной информации. В процессе каждой записи или считывания данных процессора должен сообщать, из какого адреса он хотел бы считать данные или в какой адрес их записать. Для распределения информации, проходящей через шину данных, по определенным адресам памяти и предназначена адресная шина. Ее ширина (разрядность) определяет максимальный объем адресуемой процессора памяти, который составляет 2N, где N - количество адресных линий.

Шину управления образуют линии, предназначенные для передачи управляющих сигналов. Основное ее назначение заключается в определении устройств, которые должны участвовать в данный момент в процессе обмена информацией, и блокировке доступа к шине остальных устройств.

В первых компьютерах системная шина являлась продолжением (расширением) шины процессора (например i8088) и работала на его тактовой частоте. Когда тактовая частота процессора превысила 10-12 Мгц и число используемых внешних устройств выросло, возникла потребность в настоящей системной шине, которая позволяла бы организовывать обмен информацией между устройствами, скорость работы которых существенно различалась. В основу ее создания положен принцип локальных шин, по каждой из которых производился обмен либо с конкретными «быстрыми» устройствами (память, видеоадаптер), либо с классом «медленных» устройств.

Все периферийные устройства должны коммутироваться с центральной частью компьютера таким образом, чтобы вводимые данные могли корректно поступать в процессора, а информация, поступающая на устройства вывода, должна быть предварительно обработана, чтобы соответствовать спецификации этих устройств. Иначе говоря, обмен данными между устройствами возможен только в случае совместимости их интерфейсов. Под интерфейсом понимают совокупность различных характеристик какого-либо устройства, определяющих организацию обмена информацией между ним и процессора. Это электрические и временные параметры, набор управляющих сигналов, протокол обмена данными и конструктивные особенности подключения. В случае несовместимости интерфейсов используют контроллеры, в состав которых входят схемы сопряжения и регистры, используемые для временного хранения передаваемой информации (порты ввода-вывода). В контроллерах ПУ реализованы два интерфейса: системной шины и ПУ. Первый, единый для всех контроллеров ПУ, включает шину данных, шину адреса и линии для передачи управляющих сигналов. Второй определяется спецификой функционирования конкретного ПУ и включает линии для передачи данных и линии для передачи сигналов управления. Данные между контроллером и ПУ могут передаваться в параллельном коде (параллельный интерфейс) и последовательном (последовательный интерфейс ПУ).

Термин “последовательный” означает, что связь осуществляется по одиночному проводнику (он может быть электрическим, оптическим, радиочастотным), а биты передаются последовательно, один за другим. Последовательная связь функционирует в асинхронном режиме, то есть при передаче данных специальный синхронизирующий сигнал не используется, и отдельные символы могут передаваться с произвольными временными интервалами - так же, как, например, при вводе данных с клавиатуры. Каждому символу должен предшествовать стандартный стартовый сигнал, а заканчиваться его передача должна “стоповым” сигналом. Назначение стартового сигнала - сообщить принимающему устройству, что следующие 8 бит представляют собой байт данных. Затем передаются один или два стоповых бита, сигнализирующие об окончании его передачи. В принимающем устройстве данные разделяются по появлению стартовых и стоповых сигналов, а не по моменту их передачи.

В параллельных портах для одновременной передачи байта данных используются 8 сигнальных линий.

При взаимодействии процессора и периферийных устройств важную роль играют прерывания. ПУ вырабатывает специальный сигнал (запроса прерывания) в момент его готовности для обмена данных с процессора. Так как прерывания могут возникать одновременно от различных устройств, то каждое из них имеет свой приоритет. Для управления очередностью и анализа возможностей выполнения прерываний в компьютере предусмотрено специальное устройство - контроллер прерываний.

При получении запроса от ПУ по одной из линий управляющей шины контроллер прерываний выдает в процессора сигнал прерывания (если оно должно быть обработано). Последний приостанавливает выполнение текущего задания и запрашивает, на каком устройстве произошло прерывание. Получив по шине данных из контроллера прерываний номер прерывания, процессора использует его как индекс для выборки из таблицы адреса программы - обработчика данного прерывания, под управлением которой осуществляется операция ввода-вывода. После того, как прерывание будет обработано процессора, выполнение текущих операций будет продолжено.