6. Организация устройств ввода/вывода информации в микропроцессорных системах.

Одной из важнейших задач проектирования МПС является организация взаимодействия с устройствами ввода/вывода (УВВ) - источниками и приемниками данных. К устройствам ввода относятся переключатели, клавиатура, аналого-цифровые преобразователи (АЦП), датчики двоичной информации, а к устройствам вывода - индикаторы, светодиоды, дисплеи, печатающие устройства, цифроаналоговые преобразователи (ЦАП), реле, коммутаторы. Примерами устройств одновременно и ввода и вывода являются накопители на гибких и жестких магнитных дисках. УВВ различаются: разрядностью данных, быстродействием, управляющими сигналами, типом протокола обмена, т.е. определенным порядком обмена. Данные в УВВ изменяются в произвольный или определенный момент времени. Соединение УВВ с системной шиной МПС осуществляется с помощью интерфейса ввода/вывода, который согласовывает сигналы УВВ с системной шиной МПС. Как правило, интерфейс состоит из одного или нескольких портов ввода/вывода и схем управления ими. При проектировании интерфейса ввода/вывода необходимо обеспечить: хранение информации, поступающей от УВВ; доступ к информации со стороны МП; управление обменом; преобразование форматов данных. Ввод и вывод информации выполняется с помощью портов ввода/вывода, которые представляют собой 8- или 16-разрядные регистры со схемами выборки и управления чтением/записью. В качестве портов могут быть использованы буферные регистры, например i8285, КР589ИР12, КР580ВВ55. Ввод или вывод данных можно осуществлять двумя способами: использованием отдельного адресного пространства УВВ; с использованием общего с памятью адресного пространства, т.е. с отображением на память. В первом случае ввод и вывод данных выполняются по командам in и out. Во втором случае адреса портов располагаются в общем с памятью адресном пространстве, и обращение к портам не отличается от обращения к ячейке памяти.

Существуют три способа управления обменом: программный обмен; обмен по прерыванию; обмен в режиме прямого доступа к памяти. Программный обмен инициируется МП и осуществляется под его управлением. Различают простой и стробированный программный обмен. При простом программном обмене считается, что УВВ в любой момент готово к обмену по командам in или out. При стробированном обмене УВВ извещает о своей готовности к обмену стробом. При таком обмене схема интерфейса содержит триггер или порт управления для сохранения информации о готовности внешнего устройства к обмену. Процессор опрашивает соответствующий разряд порта управления для определения состояния внешнего устройства - его готовности к обмену. Преимущество программного обмена состоит в простоте реализации, а также в том, что нет необходимости в дополнительных аппаратных средствах. Программный обмен используется для обмена с УВВ, производительность которых меньше производительности МП. Обмен по прерыванию инициируется УВВ и осуществляется под управлением МП. В этом случае сигнал готовности УВВ к обмену используется как запрос прерывания и поступает в программируемый контроллер прерываний (ПКП). Ввод или вывод осуществляется в подпрограмме обработки запроса прерывания. Обмен по прерыванию более производительный, чем программный обмен, поскольку не требует времени для опроса готовности УВВ к обмену. Обмен в режиме ПДП инициируется УВВ и осуществляется под управлением контроллера прямого доступа к памяти (КПДП) без участия МП. При обмене данными между УВВ и памятью нет необходимости в пересылке данных через МП. Данные с помощью КПДП пересылаются непосредственно из УВВ в память или наоборот. Прямой доступ к памяти при выполнении операций ввода/вывода позволяет значительно увеличить скорость передачи данных и повысить эффективность использования средств МП.