Синхронный обмен
Синхронная передача характерна для периферийных устройств, для которых известны временные соотношения. Устройство должно быть готово к приему/передаче данных за время выполнения определенных команд процессора. Синхронная передача реализуется с минимальными затратами программных и аппаратных средств при высокой скорости обмена.
Упрощённая схема синхронного обмена приведена на рис. 2.2. При выполнении процессором команды ввода выдаётся адрес (ADR) первого устройства (RG1). Сигналом с выхода дешифратора DC открывается схема &1. На линию RD выдается активный фронт строба ввода, отпирается буфер (BF1) и данные из регистра периферийного устройства (RG1) поступают на шину данных (DAT) процессора, откуда записываются в его внутренние регистры.
При выводе данных во второе устройство, сигналом RG2, полученным из адреса, выставленного процессором, открывается схема &2. Стробом вывода WR информация с шины данных фиксируется в выходном регистре (RG2) второго устройства и выдаётся на шину DAT2.
Синхронный метод обмена используется в магистрали ISA.
Рис. 0.2. Синхронный параллельный обмен
Из рассмотрения данного примера к недостаткам данного метода можно отнести следующее:
- при вводе данных, если первое устройство не готово, т.е. данные в RG1 не записаны, либо не обновлены, процессор считает “пустой” регистр, либо предыдущие данные;
- при выводе данных, если второе устройство не готово, т.е. данные, записанные процессором в предыдущем цикле вывода, не считаны из регистра RG2, то они будут потеряны.
Современные микроЭВМ располагают очень широкой номенклатурой периферийных устройств, имеющих значительный разброс по быстродействию, поэтому реализация синхронного способа обмена требует либо введения для каждого устройства своих команд ввода/вывода, либо реализации команд ввода/вывода, ориентированных на самое медленное внешнее устройство. Кроме того, при выполнении синхронной передачи нужно быть уверенным, что устройство всегда готово к работе. Все это ведет к аппаратной или временной избыточности, которые перекрывают достоинства синхронного способа обмена. Поэтому в настоящее время шире распространен асинхронный способ обмена.
2.4.3. Асинхронный обмен
При этом типе передачи данных процессор перед выполнением операции ввода/вывода проверяет состояние внешнего устройства, активизирует его (если устройство готово), передает или принимает данные, получая от устройства сообщения об исполнении, и снова устанавливает устройство в пассивное состояние. Пример схемы реализации асинхронного ввода данных приведён на рис. 2.3.
Рис. 0.3. Асинхронный параллельный обмен
Вод данных осуществляется за два цикла обмена процессора с устройством. В первом цикле проверяется состояние триггера готовности (TS) устройства, а во втором, если триггер установлен, вводятся данные.
Устройство, записав данные в регистр (RG) сигналом RDY1 устанавливает триггер TS. Процессор, обращаясь по адресу триггера TS, читает по шине данных DAT его состояние. Если устройство готово (триггер TS установлен), то процессор обращается к регистру данных (RG) и при появлении сигнала на линии RDY читает данные с шины DAT1 во внутренний регистр.
Если триггер TS не установлен, процессор выполняет иные действия предусмотренные управляющей программой.
При асинхронной передаче очень хорошо согласуются различия в скорости работы периферийных устройств и процессора. Недостатком такой передачи является вынужденное ожидание процессором готовности устройства к работе. В процессах управления в этом случае возникает задача сохранения уровня сигналов управления на время ожидания передачи.
Программно-управляемый обмен является простейшим, но во многих случаях не самым эффективным в силу присущих ему недостатков.
Большинство внешних электромеханических устройств имеют значительно меньшее быстродействие, чем процессор, поэтому время ожидания готовности внешнего устройства может оказаться большим.
Программно-управляемая передача данных не может быть произведена по инициативе внешнего устройства.
Для обмена информацией между внешними устройствами и процессором часто используется обмен в режиме прерывания программы.