22

22.Взаимодействие центральных и внешних устройств ЭВМ. Типы интерфейса.

Взаимодействие центральных и внешних устройств

Все периферийные устройства должны коммутироваться с центральной частью компьюте-

ра таким образом , чтобы вводимые данные могли корректно поступать в МПр, а инфор-

мация, поступающая на устройства вы вода, 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 МПр. Это электрические и временные параметры, набор управляющих сигналов, протокол обмена данными и конструктивные особенности подключения. В случае несовместимости интерфейсов используют контроле-

ры, в состав которых входят схемы сопряжения и регистры, используемые для временного хранения передаваемой информации (порты ввода-вывода). В контроллерах ПУ реализо-

ваны 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 пере-

дачи данных и линии для передачи сигналов управления. Данные между контроллером и

ПУ могут передаваться в параллельном коде (параллельный интерфейс) и последовате-

льном (последовательный интерфейс ПУ).

Термин “последовательный” означает, что связь осуществляется по одиночному проводнику (он может быть электрическим, оптическим, радиочастотным), а биты передаются последова-

тельно, 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 предшество-

вать 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 сто-

повых бита, сигнализирующие об окончании его передачи. В принимающем устройстве да-

нные разделяются по появлению стартовых и стоповых сигналов, а не по моменту их пере-

дачи.

В параллельных портах для одновременной передачи байта данных используются 8 сигна-

льных линий.

При взаимодействии МПр и периферийных устройств важную роль играют прерывания. ПУ вырабатывает специальный сигнал (запроса прерывания) в момент его готовности для об-

мена данных с МПр. Так как прерывания могут возникать одновременно от различных уст-

ройств, то каждое из них имеет свой приоритет. Для управления очередностью и анализа

возможностей выполнения прерываний в компьютере предусмотрено специальное уст-

ройство - контроллер прерываний.

При получении запроса от ПУ по одной из линий управляющей шины контроллер прерыва-

ний выдает в МПр сигнал прерывания (если оно должно быть обработано). Последний приостанвливает выполнение текущего задания и запрашивает, на каком устройстве прои-

зошло прерывание. Получив по шине данных из контроллера прерываний номер преры-

вания, МПр использует его как индекс для выборки из таблицы адреса программы – обра-

ботчика данного прерывания, под управлением которой осуществляется операция ввода-вывода. После того, как прерывание будет обработано МПр, выполнение текущих операций будет продолжено.

С середины 2000 годов для подключения периферийных устройств широко используется интерфейс USB (универсальная последовательная шина).

  Периферийные устройства, с поддержкой USB при подключении к компьютеру автоматически распознаются системой, и готовы к работе без вмешательства пользователя. Устройства с небольшим энергопотреблением (до 500мА) могут не иметь своего блока питания и запитываться непосредственно от шины USB. USB устраняет проблему ограничения числа подключаемых устройств. При использовании USB с компьютером может одновременно работать до 127 устройств. USB позволяет выполнять "горячее" (оперативное) подключение. При этом не требуется предварительное выключение компьютера, затем подключение устройства, перезагрузка компьютера и настройка установленных периферийных устройств. Для отключения периферийного устройства не требуется выполнять процедуру, обратную описанной. Проще говоря, USB позволяет фактически реализовать все преимущества современной технологии "plug and play" ("включай и работай").

При подключении периферийного устройства вырабатывается аппаратное прерывание и управление получает драйвер контроллера USB , который на сегодняшний день интегрирован во все выпускаемые чипсеты материнских плат. Он опрашивает устройство и получает от него идентификационную информацию, исходя из которой управление передается драйверу, обслуживающему данный тип устройств.

Интерфейс — совокупность средств, методов и правил взаимодействия между элементами системы. Передача информации от источника к потребителю в вычислительных системах осуществляется в соответствии с некоторыми наборами правил. Для разных пар источников и потребителей информации существует свой набор таких правил. Совокупность средств, методов и правил взаимодействия между элементами системы называют интерфейсом. Чаще всего производители стремятся к тому, чтобы реализовать элементы системы с взаимодействием по какому-то из стандартных интерфейсов, чтобы при подключении элемента не возникало проблем обмена информацией в существующей системе. Такими стандарными интерфейсами являются, например, интерфейс общей шины, интерфейс последовательного или параллельного порта, USB-интерфейс и т.д. Помимо интерфейса между техническими средствами компьютера существует также интерфейс взаимодействия пользователя компьютера с работающими на нем программами. Принципиально различаются два вида пользовательского интерфейса – консольный и графический. Консольный интерфейс предусматривает такой способ взаимодействия пользователя с компьютером, при котором пользователь вводит информацию как бы с печатной машинки. Графический интерфейс более богат на способы взаимодействия. Он включает в себя не только ввод команд и данных, но и выбор варианта из возможных, предложенных программой, графический ввод информации, наглядное отображение результатов своего воздействия на работу программы и т.д. Сами результаты работы программы могут быть представлены не только в форме чисел и сообщений, но и форме графиков, диаграмм, показаний графических приборов и т.п. Особым видом интерфейса является сетевой интерфейс, позволяющий организовать взаимодействие подсоединенных к сети компьютеров.

Типы Интерфейсов

Интерфейс имеет два типа, которые они:

Параллельный Интерфейс

Параллельный интерфейс передает данные в форме одного или более байтов параллельно к или от устройства.Примите 16-битовый, адресуемый байту компьютер, где ввод - вывод программы, которым управляют, используется с асинхронным из автобуса, и синхронизация автобусных передач - некоторые. Интерфейс содержит отдельные буфера данных для ввода и вывода и есть один регистр состояния, связанный с каждым буфером. Для входной операции, и слово данных передано от устройства вывода до регистров и установлено в 1. Когда, как только готовый сигнал получен, это допускает выводу Гейтс, соответствующий байту, к которому обращаются, или слову и помещающий его содержание в линии данных. Кроме того, ввод сигнала вывода также собирается 1. Это составляет ответ интерфейса к запросу чтения, выпущенному центральным процессором. Как только готовые спады сигнала 0, сигнал ввода удален, и весь автобус очищен. Отметьте, что, когда к буферу обращаются, входной флажок состояния сброшен к 0. Это является основным, чтобы гарантировать, что каждый элемент входных данных читается компьютером только однажды. Операция вывода переходит таким же образом, когда допускающийся сигнал собирается 1. Ввод часов на буфер вывода установлен. Это приводит к загрузке буфера с данными относительно линий данных. В то же самое время, собирается 1, чтобы указать, что интерфейс готов принять новую передачу вывода.

Последовательный Интерфейс

Последовательный интерфейс передает и получает данные один бит одновременно.

Последовательный интерфейс содержит ту же самую адресацию и схему управления, поскольку параллельный интерфейс, но с дополнением управляет для того, чтобы передать данные последовательно между регистрами и устройством ввода - вывода. Здесь, чип используется, который является судном интегральной схемы, которое содержит всю логическую схему для необходимого параллельно-последовательного преобразования. Два регистра и флажки состояния включены в чип.