- •1. Общие принципы организации системы ввода-вывода.
- •1.3.1 Организация свв универсальных эвм
- •1.3.2 Организация свв управляющих эвм
- •1.3.2.1 Порты ввода-вывода
- •1.3.2.2 Дискретные порты ввода-вывода
- •1.3.2.3 Однонаправленные порты
- •1.3.2.4 Двунаправленные порты и порты с альтернативной функцией
- •1.3.2.5 Аналого-цифровой преобразователь
- •1.3.2.6 Цифро-аналоговый преобразователь
- •1.3.2.7 Устройства сопряжения с объектом (усо) управляющих эвм
- •3 Аппаратные интерфейсы вычислительных систем
- •3.1 Характеристики аппаратных интерфейсов
- •3.2 Функции аппаратных интерфейсов
- •3.3 Классификация аппаратных интерфейсов
- •1.2.1 Процессор и память
- •1.2.2 Контроллер ввода-вывода
- •1.2.3 Процессор ввода-вывода
- •3.6 Внутрисистемный интерфейс amba
- •3.6.1 Внутрисистемный интерфейс amba ahb
- •3.6.2 Системный интерфейс amba asb
- •3.6.3 Периферийный интерфейс amba apb
- •3.3 Классификация аппаратных интерфейсов
- •3.7 Системные интерфейсы
- •3.7.1 Интерфейс pci
- •3.7.2 Интерфейс pci Express
- •3.9 Малые периферийные интерфейсы
- •3.9.1 Интерфейс rs-232
- •3.9.1.1 Сигнальные линии последовательного интерфейса
- •3.9.1.2 Управление потоком
- •3.9.1.3 Разъемы и кабели
- •3.9.1.4 Формат последовательной передачи данных
- •3.9.1.5 Работа с последовательным каналом
- •3.9.2 Интерфейс spi
- •3.9.2.1 Типы подключения к шине spi
- •3.9.2.2 Режимы работы шины spi
- •3.9.2.3 Достоинства шины spi
- •3.9.2.4 Недостатки шины spi
- •3.9.3 Интерфейс Centronics
- •3.9.4 Интерфейс sata
- •3.9.4.1 Физический интерфейс Serial ata
- •3.5.7 Приемопередатчик последовательного интерфейса
- •3.5.8 Особенности параллельных интерфейсов
- •1.3.2.7 Устройства сопряжения с объектом (усо) управляющих эвм
- •1.3.2.1 Порты ввода-вывода
- •1.3.2.2 Дискретные порты ввода-вывода
- •1.3.2.3 Однонаправленные порты
- •1.3.2.4 Двунаправленные порты и порты с альтернативной функцией
- •3.10.3.6 Синхронизация
- •3.9.2 Интерфейс spi
- •3.9.2.1 Типы подключения к шине spi
- •3.9.2.2 Режимы работы шины spi
- •3.9.2.3 Достоинства шины spi
- •3.9.2.4 Недостатки шины spi
- •3.10.3Интерфейс i2c
- •3.10.3.1 Концепция шины i2c
- •3.10.3.2 Реализация монтажного и и монтажного или
- •3.10.3.3 Принцип работы шины i2c
- •3.10.3.4 Сигналы старт и стоп
- •3.10.3.5 Подтверждение
- •3.10.3.6 Синхронизация
- •3.10.3.7 Форматы обмена данными по шине i2c (7-битный адрес)
- •3.10.3.8 Арбитраж
- •3.10.3.9 Достоинства шины i2c
- •3.10.4Интерфейс usb
- •3.10.4.1 Модель передачи данных
- •3.10.4.2 Протокол
- •1.3.2.5 Аналого-цифровой преобразователь
- •1.3.2.6 Цифро-аналоговый преобразователь
- •3.5.10Устройства гальванической изоляции в аппаратных интерфейсах
- •3.5.10.1 Dc/dc преобразователи
- •3.5.10.2 Реализация гальванической изоляции дискретного выхода модуля ввода-вывода sdx-09
- •3.5.10.3 Реализация гальванической изоляции дискретного входа модуля ввода-вывода sdx-09
- •3.5.10.4 Реализация гальванической изоляции rs-232 в контроллере
- •3.5.10.5 Технология iCoupler фирмы Analog Devices
1.3.2.4 Двунаправленные порты и порты с альтернативной функцией
Самой простой схемой двунаправленного порта является квазидвунаправленный порт со схемой, аналогичной схеме порта вывода с однотактным выходным каскадом.
Шина данных
Входные данные
SET
Vcc
RL
Вывод порта
D Q
#WR
Q
CLR
Регистр-защелка данных
Рис. 11. Квазидвунаправленный порт
Регистр входных данных (на схеме не показан) подключен к внешнему выводу порта. Перед считыванием входных данных необходимо предварительно записать «1» в регистр-защелку выходных данных. Это закроет транзистор и исключит влияние порта вывода на входной сигнал. Резистор RL останется подключенным к входному сигналу и будет являться для него дополнительной нагрузкой, но, так как сопротивление резистора велико (10-100кОм), даже на маломощный входной сигнал данная нагрузка не окажет заметного влияния. Схема квазидвунаправленного порта применяется в семействе MCS-51.
Более часто используется схема переключаемого двунаправленного порта с комплементарным выходным каскадом.
Она объединяет схемы порта ввода и порта вывода с двухтактной выходной схемой, описанные выше. Переключение порта в режим ввода осуществляется записью «1» в регистр «вход/выход». В этом случае (как было указано при описании порта вывода) оба транзистора переводятся в закрытое состояние и порт вывода не влияет на входной сигнал. В двунаправленных портах резисторы pull-up и pull-down подключаются только в режиме ввода, для чего на вход соответствующей схемы управления подключается выход регистра
«вход/выход» («1» - ввод).
38
Альтернативная функция
Регистр направления
порта
Vcc
SET
D
CLR
#OE
Q
Q
Вывод порта
SET
D Q
Q
CLR
Шина данных
Регистр-защелка выходных данных
Регистр входных данных
SET
Триггер Шмитта или СЗД
Pullup
Vcc
Q D
#RD
Q
CLR
#WR
SET
D Q
Q
CLRРегистр управления "поддерживающими резисторами"
Pulldown
o
Рис. 12. Переключаемый двунаправленный порт с комплементарным выходным каскадом
Кроме исполнения функции порта ввода-вывода внешние выводы микросхемы могут быть задействованы для связи с внутренними периферийными модулями микропроцессора, а также с подсистемами процессорного ядра, схем памяти и управления (с контроллером прерываний, блоком интерфейса внешней памяти и т.п.). Данные функции называются альтернативными. Обычно, когда вывод порта используется для выполнения альтернативной функции, основные схемы переводятся в состояние ввода или вообще отключаются.
21. Синхронизация в аппаратных интерфейсах ЭВМ.
Важнейшим моментом в работе аппаратных интерфейсов является
синхронизация передачи информации.
Синхронизация – это согласование процессов взаимодействия между устройствами, заключающееся в передаче информации источником и ее приема приемником (одним или несколькими).
Существуют два основных режима синхронизации: синхронный и асинхронный.
В синхронном режиме для синхронизации используют специальную линию для передачи тактовых импульсов. Информация в канале данных считывается приемником только в те моменты, когда на линии синхронизации сигнал активный. Таким образом, смена состояний источника и приемника взаимонезависимы и выполняются через одинаковые фиксированные интервалы времени. В этом случае приемник должен успеть принять данные до момента времени, когда источник выставит новые данные. Величина фиксированного интервала времени синхронизации (τ) определяется суммой времен (Т): распространения сигнала в линии связи, распознавания его приемником и временем фиксации данных в приемнике. Если источник взаимодействует с разными приемниками, то его частота работы определяется частотой работы самого медленного устройства, включая сам источник, что естественно замедляет общий процесс передачи данных. Для надежной передачи данных необходимо выполнение условия τ > Тmax, где τ – это период следования импульсов синхронизации, задающих моменты переключения сигналов в приемнике и источнике. Реализация контроллеров синхронного аппаратного интерфейса упрощается по сравнению с другими. Второе преимущество состоит в том, что удаѐтся максимально использовать скорость передачи аппаратуры. Повышение производительности происходит из-за
отсутствия необходимости обратной связи (подтверждения). Недостаток –
отсутствие гибкости, необходимость использования дополнительных сигналов.