3_Принципы организации интерфейса

Составными элементами связи интерфейса являются отдельные электрические цепи или провода, называемые линиями интерфейса. Часть линий организованная по функциональному назначению называется шиной, а совокупность шин – магистралью. В общем в интерфейсе выделяют 2 основных магистрали:

1. Информационная

2. управления информационным каналом

По информационной магистрали передаются коды данных, адресов команд, состоянии устройств по соответствующим шинам. Иногда они передаются физчиески по одинм и тем же линиям в режиме разделения времени. Магистраль управления по назначению делится на ряд шин:

1. шина управления обмена в режиме чтения или записи

2. шина передачи управления

3. шина прерывания

4. шина специальных управляющих сигналов

Шина управления обменом включает в себя линии синхзронизации передачи информции и в зависимости от принятого принципа обмена – синхронный или асинхронный – число линий составляет от 1 до 3. Асинхронная передача происходит при условии подтверждения приемником готовности и завершается сигналом подтверждения приемника о приеме данных.

Шина передачи управления – приоритетный захват магистрали при наличии нескольких устройств и производит обмен. Наличие этой шины определяется тем что большинство интерфейсов выполняется по принципу ведущий ведомый при котором ведущее устроство может брать управление шиной на себя в определенные моменты времени. При наличии в системе нескольких устройств способных выполнять функцию ведущего возникает проблема приоритетного распределения шины называемая арбитражем. Обычно используется от 3 до 5 линий. Шина прерываний – основная ее функция это идентификация устройства запрашивающего сеанс обмена информацией с ЦП или с устройством запрашивающим обмен. При этом ЦП определяет какое устройство запрашивает обмен и выполняет соответствующую программу обмена. В качестве информации об устооустве является вектор прерывания ии алрес о=проги от прерывания этого устройства

Шина специального управления сигналов включает линии предназначенные для обеспечения работоспособности системы и повышения надёжности обмена информацией к ним относятся

1)Линии питания

2) Линии контроля источника питания

3) Линии синхронизации

4) Сигналы общего и селекторного сброса

5)Кронтроль

6) Заземления

Для подключения периферийных устройств к центр ЭВМ и организация информацииы между ними используются интерфейсные схемы эффективность и производительность ЭВМ в значит степени зависит от возможностей схем в ЭВМ они выполняют

1 буферизация данных адресов и команд для синхронизации обмена информации

2 дешифрация адресов выбор внешнего устройства при работе в ЭВМ с несколькими периферийными устройствами.

3 дешифрацию команд при работе с периферийными устройствами кроме передачи информации выполняет другие действия например печать на принтере

4 синхронизацию для управления каналов необходимых для реализации основных функций. Обмен информацией между основными устройствами ЭВМ реализуется через интерфейсные схемы с помощью:

1. программно управляемого обмена по инициативе микропроцессора при котором задача интерфейсной схемы состоит в организации обмена информации между микропроцессором и внешним периферийным устройством

2. обмен в режим прерывания по инициативе периферийного устройства при котором интерфейсная схема осуществляет организацию запроса и выдачу начального адреса программы начала прерывания

3. обмена в режиме прямого доступа к памяти при котором интерфейсная схема осуществляет организацию запроса на прямой доступ к памяти и передачу данных минуя микропроцессор.

4. Программно управляемый обмен называется PIO , режим прямого доступа DMI

Программно управляемый – в этом виде обмена микропроцессор программным путем должен определить готово ли периферийное устройство к вводу выводу. До того, как начнется программная передача данных. Внешнее устройство должно иметь аппаратные средства для выработки информации о внутреннем состоянии устройства. Микропроцессор считывает эту информацию, передает ее во внутренний регистр аккумулятор, анализирует и на основе результата анализа принимает решения о готовности устройства. Обмен в режиме прерывания – при обмене данными по сигналам прерывания внешнее периферийное устройство является инициаторами обмена. Микропроцессор работает параллельно с ними над выполнением основной программы и не занимается анализом составления внешних устройств. Для организации сигнала по прерыванию микропроцессором средства для состояния внешнего устройства которые сигнализируют блоку процессора о поступлении сигналов готовности к обмену, какого либо периферийного устройства. При поступлении сигнала прерывания микропроцессор завершает текущую операцию, передает на хранение в память информацию о внутреннем состоянии и осуществляет переход в программе обслуживания прерывания. После осуществления процедуры обмена информации по обмену происходит состояние микропроцессора которое существовало до начала прерывания.

Обмен в режиме ПДП – для осуществления обмена информации между периферийным устройством ПУ и оперативной памятью. Имеется возможность пересылать данные минуя микропроцессор. Обычно обмен данными между ОЗУ заключается в массивах информации. Если проводить обмен массивов информации через микропроцессор то затраты времени микропроцессора будут очень большими поэтому в составе микропроцессора применяется контроллер прямого доступа в память который берет на себя управления передачей освободив от этих функций основной микропроцессор, прямой доступ в память при выполнении операций ввода вывода значительно увеличивает доступ данных и повышает эффективность использования средств микропроцессора. Наличие канала прямого доступа к памяти является альтернативой к программно управляемому обмену и иллюстрирует принцип дуализма в вычислительной технике. Процедуры обмена оборудования упрощают программное обеспечение, сокращает затраты времени на выполнение функций по сравнении. С их программной реализацией но требует затрат на увеличение стоимости снижением надежности увеличением энергопотребления. Существует несколько способов реализации прямого доступа к памяти. Наиболее распространенным является методостановки микропроцессора и захват цикла микропроцессора. Метод остановок основан на том что в состоянии остановки микропроцессор отключается от магистрали данных на время передачи всего массива данных. Метод захвата цикла основан на обмене данными по словам. Если быстродействующее периферийное устройство должны обмениваться данными по одному слову то их запрос на обслуживание может быть удовлетворен путем задержки текущей команды на один машинный цикл в то время когда микропроцессор находится в процессе перехода от одного машинного цикла к другому.

-----

Основными направлениями разработки и применения интерфейсов периферийных устройств в ЭВМ является их стандартизация и унификация. Реализация стандартизированного интерфейса определяется документом, его описывающим, то есть стандартом. Собюдение стандарта обеспечивает совместимость изделий разных производителей и гарантирует получение заявленной пропускной способности. Стандарты реализуют типовые и проверенные решения, каждые из которых имеют свои достоинства и недостатки. Примененные типовые решения образуют модули, из которых создается стандарт. Умея распознавать примененные модули можно судить о свойствах интерфейса, его достоинства и недостатки, предвидеть сложности реализации, а так же применять опыт работы с аналогичными модулями, приобретенный ранее. Перечисление примененных типовых решений обычно выносится в заголовок стандарта и его преамбулу. Основными составляющими стандарта описывающего интерфейс являются:

1. Назначение области применения и краткое описание

2. Временные диаграммы и временные соотношения

3. Таблицы сигналов

4. Протоколы обмена данными

5. Таблица адресов

6. Схемная реализация

------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

2 лекция ПАРАЛЛЕЛЬНЫЕ ИНТЕРФЕЙСЫ

1_особенности параллельных интерфейсов

2_параллельный интерфейс LPT порт

1_особенности параллельных интерфейсов

Критерий параллельной последовательности передачи данных является важнейшим параметром интерфейса при разработке ЭВМ. От него зависит стоимость. Каждый сигнал по линии. Линии делятся на группы.

• Шина адреса

• Шина данных

• Шина правления

Общее количество линий стараются сделать меньше количество полезных передаваемых сигналов, для этого используют временное разделение передачи информации. Оно применяется на уровне смены адресов и переключении направлений передачи данных. Шина данных представляет собой несколько линий по числу разрядов интерфейса. Схемно в любом интерфейсе для организации сигнала по проводным линиям связи применяется приемопередающие элементы. Передатчики являются мощными ключами защищающими от влияния реактивного сопротивления линии.

Реактивное сопротивление это электрическое сопротивление обусловленное передачей энергии переменным током электрическому или магнитному полю. Передатчики могут быть переключены, то есть переведены в состояние высокого импеданса, что позволяет работать передатчикам на той же шине (Импеданс или эл импеданс это комплексное или полное сопротивление двухполюсника дл я гармонического сигнала). При включении они обычно выдают на шину данных инфу и из парал регистра передачи. Приемники – логические элементы со скорректированными логическими уровнями. Они транслируют данные на парал регистр приема, данные записываются в регистр при наличии соотв сигналов на шинах адреса и управления. Шина адреса в случае если контроллерами интерфейса могут становиться несколько портов – строятся аналогично шине данных. Если контроллером является всегда один порт то конструкция упрощается так как контроллер имеет только передатчики без высокого импеданса а остальные – только приемники. При передаче данных контроллером шина адреса и шины данных работают одинаково. На обоих составляется соответствующая информация, эта информация воспринимается другими портами след образом – адрес дешифрируется и из него формируется сигнал разрешения или запрета приема данных в каждом порту. Данные подготавливаются в запись регистра приема но запись происходит только при наличии сигнала разрешения, сформированного из адреса в момент прихода по шине управления соответствующего стробирующего сигнала. При передаче данных в контроллер процесс отличается. На шине адреса выставляется адрес, он дешифрируется всеми портами и одним из них опознается как свой. В остальных формируется сигнал запрета передачи данных шины данных. Опознавший адрес порт подготавливает данные в регистре передачи и восстанавливает их на шине данных. После этого контроллер может записать данные в свой регистр приемник. Шина управления строится по тем же принципам что и шина адреса. Она может быть упрощена заменой передачи данных на схему с открытым коллектором, так как значащими сигналами на шине управления часто являются только уровни логического нуля. Главное ограничение, действующее при интерфейсах – это длина линий связи. Большое количество линий определяет высокую стоимость погонного метра магистрали. Кабели параллельных интерфейсов чаще всего имеют параллельную конструкцию. Использование коаксиальных и других видов кабелей невозможно из за их стоимости, реализация длин линий, превосходящих единицы длин линий метров невозможно по техническим и экономическим причинам. Печатные конструкции магистрали параллельных интерфейсов не превышают одного метра. Параллельные интерфейсы имеют широкое распространение как системные магистрали модульных систем. Многослойные печатные платы и соединители высокой плотности позволяют разводить большое число линий связи на небольших площадях печатных плат. При размещении интерфейса в пределах одной платы обычно имеется возможность упростить реализацию приемо-передетчиков что снижает стоимость и габариты энергопотребления оборудования. Широкое распространение параллельных интерфейсов связано с состоянием развития элементной базы в последней трети 20го века. Более простая реализация прал интерфейса посравнению с последовательным приводила к улучшению технических и экономчиеских характеристик изделия. Кабельное хозявйо имело меньшую стоимость. В наст время получило развитие спец жлементная база. Порт интерфейса реализуется на одной из специальных микросхем. Поэтому относительная стоимость кабельного зозва возросла. Применение последовательных интерфейсов стало более целесообр на магистралях любой а особенно большой длины. Массовое внедрение локальных сетей сделало более доступной высококачественную кабельную продукцию ля послед передачи данных. Несмотря на врожденные недостатки применение последовательных интерф будут продолжаться