file1

91

Контрольні запитання:

1Які типи ЗП входять до складу підсистеми пам’яті МПС?

2В чому полягає адресний принцип звернення до підсистеми пам’яті

МПС?

3Скільки комірок пам’яті і скільки бітів інформації зберігається у цій комірці, якщо інформаційна організація модуля пам’яті становить 16К × 8?

4Чим відрізняється стекова пам’ять, що організована програмно, від ОЗП

МПС?

5Побудуйте схему модуля ПЗП з організацією 512 × 8 з мікросхем, умовне позначення яких подано на рис. 5.9 б.

92

6 ІНТЕРФЕЙС

6.1 Організація інтерфейсів

Вхідний контроль:

1Які вузли ПК слугують забезпеченню взаємодії між мікропроцесором, пам’яттю та периферійними пристроями?

2Що таке АЦП?

3Що таке ЦАП?

Інтерфейсом називається система шин, допоміжної апаратури і алгоритмів, реалізованих апаратно, призначених для організації обміну між мікропроцесором, пам’яттю та пристроями введення-виведення. У функції інтерфейсу входить дешифрування адреси пристрою пам’яті або введеннявиведення, а також зовнішнього пристрою, синхронізації обміну інформацією, узгодження форматів слів, електричне узгодження сигналів різних підсистем та вузлів МПС.

Складність задач, вирішуваних інтерфейсом, часто недостатня потужність буферних схем, які входять до складу самої ВІС МП, призводять до розподілення засобів інтерфейсу між різними пристроями:

1Пристроями керування пам’яттю та введення-виведення.

2Безпосередньо інтерфейсним пристроєм, який є проміжним ланцюгом між МП та пам’яттю та пристроями введення-виведення (системний інтерфейс).

3Спеціалізованими пристроями керування (контролерами) введеннямвиведенням, призначеними для реалізації алгоритмів керування, специфічних для різних пристроїв (клавіатури, магнітних дисків, моніторів тощо).

4Контролерами для спряження за допомогою шин з периферійними пристроями (датчиками, виконавчими механізмами, комутаторами, АЦП, ЦАП).

Організація обміну між МП та пам’яттю або введенням-виведенням у простих випадках можлива на основі засобів, які є у самому МП. Ті функції, які не підтримуються апаратно мікропроцесором, реалізуються програмно.

Більш складні запам’ятовувальні пристрої та пристрої введеннявиведення підмикаються до МП через додаткові інтерфейсні пристрої, контролери, які виконуються у вигляді спеціальних ВІС, які входять до мікропроцесорного комплекту.

Керувальні сигнали МП повинні забезпечувати функціональну та часову взаємодію між МП, пам’яттю та введенням-виведенням у процесі обміну інформацією у основних режимах:

— для організації обміну з пам’яттю, крім адресних сигналів та сигналів даних повинні видаватись сигнали запису, читання, іноді сприйматися сигнал готовності ЗП;

— для програмного обміну даними, крім адресної інформації та самих даних, необхідні код вибирання пристрою введення-виведення, сигнали

93

керування записом та читанням, повинні сприйматися сигнали готовності введення-виведення тощо;

—для організації прямого доступу до пам’яті (ПДП) повинні бути підімкнені шина адреси для передавання адреси пам’яті у контролер ПДП та керувальні сигнали: код вибирання пристрою введення-виведення, запити від цього пристрою, дозвіл на обмін даними;

—у процесі роботи МП виробляє сигнали стану (останов, чекання роботи

уПДП тощо) та синхронізуючі сигнали для інших пристроїв;

—для обміну даними у режимі переривань необхідно видавати з мікропроцесора керувальні сигнали дозволу переривань, підтвердження переривань та отримувати при готовності пристрою введення-виведення сигнали запиту на переривання.

Область використання зумовлює кількість та склад потрібних пристроїв введення-виведення і каналів зв’язку у МПС. Відповідно до цього у підсистемі введення-виведення можна виділити два рівні спряження підсистеми з процесором та пам’яттю. На першому рівні пристрої введення-виведення самі або через контролери сполучаються з процесором і пам’яттю за допомогою системного інтерфейсу МПС, який об’єднує окремі підсистеми у єдину систему. На другому рівні спряження контролери через канали зв’язку сполучаються з відповідними зовнішніми, або периферійними, пристроями (ПП) мікропроцесорної системи.

Незважаючи на широке застосування системних інтерфейсів, можна виділити два способи звернення до пристроїв введення-виведення:

—з застосуванням спеціальних команд введення-виведення;

—по аналогії зі зверненням до комірок пам’яті за адресою.

У першому випадку адреса пристрою передається по тій самій шині адреси, що і адреси комірок пам’яті і трактується як його номер тільки при формуванні спеціальних керувальних сигналів “Введення” або “Виведення” з пристроїв введення-виведення, які ініціюються відповідними командами МП. Для синхронізації роботи процесора та контролерів. тобто для указання моментів часу, які визначають готовність даних у пристрої введення для передачі їх у МП або підтверджуючих їх приймання при передаванні з МП у пристрій виведення слугує сигнал “Готовність”, який поступає з пристроїв введення-виведення.

Для організації програмно-керованого обміну даними з пристроями введення-виведення (ПВВ-ПВИВ) на першому рівні (МП — контролер ПВВПВИВ) достатньо простого набору сигналів (рис. 6.1).

На рис. 6.1 а) показано використання керувальних сигналів при виконанні команд Введення та Виведення. Виконання операції Введення починається з того, що МП виставляє на ША адресу ПВВ і сигналом Введення вказує на тип виконуваної операції. За сигналом Введення контролер ПВВ, який адресується, зчитує байт або слово даних з ПП, виставляє на лініях шини даних значення розрядів зчитаного слова та сигналом “Готовність” сповіщає про це МП. Прийнявши дане через контролер по ШД процесор знімає сигнали з ША та Введення. При виконанні операції Виведення МП виставляє на ША адресу

95

молодшими розрядами уперед. При прийманні дані з лінії вводяться у регістр зсуву праворуч також молодшими бітами уперед і, після заповнення регістра, дані з нього у паралельному поданні передаються у МПС.

Порт послідовного передавання RS-232-C, який називається асинхронним адаптером, або послідовним інтерфейсом, має багатоцільове призначення:

–підімкнення миші;

–підімкнення графобудувачів, сканерів, принтерів, диджитайзерів;

–реалізація зв’язку між двома комп’ютерами з використанням спеціального кабелю та оболонки NORTON COMMANDER;

–підімкнення модемів для передавання даних телефонними лініями;

–підімкнення до мережі персональних комп’ютерів.

У складі кожного комп’ютера є хоча б один послідовний порт для обміну даними.

Протокол обміну складається з опису передаваного сигналу та призначення його складових частин.

Послідовне передавання даних означає, що дані передаються з використанням однієї лінії. На рис. 6.2 наведено форму електричних сигналів та формат даних при передаванні ASCII коду літери А (41Н):

Рисунок 6.2 – Часові діаграми електричних сигналів та формату даних для даного 41Н

Рівень логічного нуля становить +15 В, логічної одиниці –15 В. Початковий стан лінії – одиничний. Стартовий біт сигналізує про початок передавання даних; далі передаються біти даних у такому порядку: D0–D1–D2– D3–D4–D5…. Якщо використовується біт парності Р, то передається й він. Біт парності має таке значення, щоб у пакеті бітів загальна кількість одиниць була парною або непарною залежно від перевірки на парність або непарність. У кінці передаються один чи два стопових біти, які завершують передавання, після чого рівень лінії знов встановлюється одиничним до з’яви наступного стартового біта. Використання парності, стартових та стопових бітів визначає протокол обміну даними.

96

Іншою важливою характеристикою є швидкість передавання даних. Вона повинна бути однаковою для передавача та приймача. Швидкість передавання даних вимірюється у бодах (бод – це кількість бітів, котрі передаються за секунду). При цьому враховуються і стартстопні біти і біт парності. Іноді використовується інший термін – біти за секунду (bps). Він означає ефективну швидкість передавання даних без урахування службових бітів.

Комп’ютер має від одного до восьми портів послідовного передавання даних, які зреалізовуються на мікросхемі Intel 8250. Це універсальний асинхронний приймач/передавач (UART – Universal Asynchronous Receiver Transmitter). Мікросхема вміщує кілька внутрішніх регістрів, доступних через команди введення/виведення. При передаванні байт записується у буферний регістр передавача, звідки потім переписується у зсувовий регістр передавача. Байт „висувається” з регістра по бітах, молодшими бітами уперед. Аналогічно, приймач теж має зсувовий та буферний регістри. Зовнішні пристрої підмикаються до порту введення/виведення через з’єднувач типу DB25P або DB9P, які мають відповідно 25 та 9 виводів. У табл. 6.1 подається призначення контактів з’єднувача.

На етапі ініціалізації комп‘ютера модуль POST BIOS тестує наявні асинхронні адаптери та ініціалізує перші два з них. Їхні базові адреси розташовано в області даних BIOS, починаючи з адреси 0000:0400Н. Перший адаптер, СОМ1, має базову адресу 3F8H і займає діапазон адрес з 3F8H до 3FFH. Другий адаптер, СОМ2, має базову адресу 2F8H і займає адреси 2F8H…2FFH. Асинхронні адаптери можуть викликати переривання: COM1 – IRQ4 (INT 0CH), COM2 – IRQ3 (INT 0BH).

Порт 3F8H відповідає регістру даних, котрі передаються чи приймаються. Для передавання дані треба записати у цей порт. Після прийняття даних від зовнішнього пристрою вони можуть зчитуватись з цього порту.

Залежно від стану старшого біта керувального слова, яке виводиться в керувальний регістр з адресою 3FВH, призначення порту 3F8H може змінюватись. Якщо цей біт дорівнює 0, порт 3F8H використовується для запису

97

передаваних даних. Якщо ж він дорівнює 1, то порт 3F8H використовується для виведення молодшого байта подільника частоти тактового генератора. Змінюючи значення подільника, можна змінювати швидкість передавання даних. Старший байт подільника записується у порт 3F9H. Залежність швидкості передавання даних від значення подільника частоти подано нижче:

Подільник Швидкість (Бод)

Порт використовується як регістр керування перериваннями від асинхронного адаптера або (після виведення в порт 3F9H байта з встановленим у 1 старшим бітом) для виведення значення старшого байта подільника частоти. В режимі керування перериваннями порт має такий формат:

7 6 5 4 3 2 1 0

1 – дозвіл переривання за готовності прийманих даних

1 – дозвіл переривання після передавання байта (вихідний буфер є порожній)

1 – дозвіл переривання за наявності помилки чи стану BREAK

1 – дозвіл переривання за зміни стану вхідних ліній

Завжди дорівнюють 0

Регістр призначено для ідентифікації переривань. Його вміст визначає причину переривань. Регістр має такий формат:

98

7 6 5 4 3 2 1 0

1 – немає переривань, котрі чекають на обслуговування

00 – переривання, котрі виникають при переповненні приймача, помилках парності, формату даних, при стані BREAK; встановлюються після зчитування стану лінії з порту 3FDH

01 – дані прийняті й готові для зчитування

10 – буфер передавача є порожній; скидається при занесенні нових даних у порт 3F8H

11 – стан модема. Біти встановлюються при зміні стану вхідних ліній CTC, RI, DCD, DSR. Скидаються після зчитування стану модема з порту 3FEH

Завжди дорівнюють 0

Керувальний регістр, доступний для запису та зчитування.

7 6 5 4 3 2 1 0

Довжина надсилання у бітах: 00 – 5 біт 01 – 6 біт 10 – 7 біт 11 – 8 біт

Кількість стопових бітів: 0 – 1 біт

1 – 2 біти

Парність:

Х0 – контроль на парність не використовується 01 – контроль на непарність 11 – контроль на парність Фіксація парності

Встановлення перерви. Викликає виведення нулів у надсиланні до зовнішнього пристрою

1 – порти 3F8H та 3F9H використовуються для передавання значення дільника частоти;

0 – порти використовуються за основним призначенням

99

Регістр керування модемом. Керує станом вихідних ліній DTR, RTS, ліній, специфічних для модемів OUT1 та OUT2, для запускання діагностики при вході асинхронного адаптера, замкненого на його виході. Формат порту:

Лінія DTR

Лінія RTS

Лінія OUT1 (запасна)

Лінія OUT1 (запасна)

Запускання діагностики при замкнених виходітавході Дорівнюють 0

Регістр стану лінії.

7 6 5 4 3 2 1 0

Дані отримані й готові для читання; скидається при читанні даних

Помилка переповнення. Попередній байт ще не зчитано програмою, а новий вже прийнято

Помилка парності. Скидається після зчитування стану лінії

Помилка синхронізації

Виявлено запит на переривання передавання – довгий рядок нулів

Регістр зберігання передавача є порожній, в нього можна записувати новий байт для передавання

Регістр зсуву передавача є порожній. Цей регістр отримує дані з регістра зберігання й перетворює їх на послідовний код для передавання

Тайм-аут

100

Регістр стану модема. 7 6 5 4 3 2 1 0

Лінія CTS змінила стан Лінія DSR змінила стан

Лінія RI змінила стан Лінія DCD змінила стан Стан лінії CTS

Стан лінії DSR

Стан лінії RI Стан лінії DCD

Контрольні запитання:

1Які функції виконує асинхронний послідовний адаптер?

2Які пристрої, що входять до складу комп’ютера, підмикаються за допомогою адаптера RS-232-C?

3Який пріоритет мають порти комп’ютера COM1 та COM2?

4Який режим роботи адаптера задається при завантаженні операційної системи?

5Як задається швидкість обміну даними в адаптері?

6Які порти вміщує адаптер?

7Що таке протокол обміну?

8Яку інформацію вміщує керувальне слово, котре задає режим роботи адаптера?

9З якою метою зчитується слово стану лінії при прийманні та слово стану буфера при передаванні?