Синхронный обмен данными

Синхронная передача предполагает, что при каждом выполнении встречающихся в программе команд обмена (IN, OUT), устройство готово к выдаче на шину данных запрашиваемого процессором байта данных.

Синхронный режим используется редко и только для процессов, строго фиксированных во времени и полностью определенных.

Асинхронный обмен данными.

При асинхронной передаче, прежде чем производить обмен данными, МП (программа, которую он выполняет) выясняет готовность ПУ к такому обмену. Следующая блок-схема алгоритма показывает этот процесс.

Блок начальных

установок (инициализация)

Ввод состояния ПУ (ВУ)

нет

да

Готовы к обмену?

Процесс обмена данными

Установка в начальное состояние

Недостаток: МП тратит время на опрос, следовательно, низкая производительность системы.

Обмен по прерываниям

Прерывание- это процесс, который временно останавливает работающую программу, выполняет подпрограмму, которая называется процедурой обработки прерывания, а затем запускает остановленную программу с прерванного места. Обмен по прерыванию осуществляется по инициативе ВУ, сигнал его готовности для обмена информации используется для формирования запроса прерывания МП. Запрос прерывания обрабатывается специальной схемой обработки прерываний (программируемый контроллер прерываний) и, если прерывания разрешены (их можно программно запретить), осуществляется прерывание программы, выполняемой МП и происходит переход к подпрограмме ввода-вывода, которая выполняется под управлением МП.

Обмен по прерыванию позволяет исключить потери времени МП, затрачиваемые на программный опрос состояния ПУ и, т.о. повысить производительность МПС.

Обмен в режиме прямого доступа к памяти.

Он осуществляется без вмешательства МП. Поэтому для управления системной шиной необходимы специализированные средства: контроллеры ПДП (прямого доступа к памяти), которые вместе со средствами интерфейса ВУ образуют каналы ПДП. Контроллер принимает по каналу ПДП запросы от ВУ и на основании их формирует сигнал запроса шины у МП. Получив подтверждение на запрос освобождения шины от МП, берет на себя управление системной шиной. Он формирует адреса и управляющие сигналы чтения/записи памяти, а также сигнал отключения интерфейса МП от системной шины. Информацию об области памяти, используемую при обмене, в форме начального адреса и размера массива передачи данных, загружается в контроллер на этапе его программирования.

5.2.2. Организация параллельного порта ввода и порта вывода.

Информация между МПС и внешними устройствами передается по линиям шины данных. Подключение ВУ к ШД осуществляется через порты ввода и порты вывода, которые становятся неотъемлемой частью интерфейса ВУ. Между портами ввода-ввода и ВУ могут включаться буферные согласующие схемы, характеристики которых определяются особенностями конкретного ВУ.

Для программиста порт ввода (вывода) - это регистр определенной разрядности, который имеет свой адрес в адресном пространстве ввода/вывода. Т.е. это то же самое, что и ячейка памяти, но с точки зрения аппаратных средств, имеет другую организацию. Под портом ввода (вывода) понимаются средства подключения выбранного регистра к источнику (приемнику) информации. Каждый порт включает аппаратные средства для создания канала, направленной передачи информации, требуемой разрядности для ввода в регистр, вывода из регистра или двунаправленного ввода-вывода, а также средства управления этой передачей.

В общем случае порт ввода и порт вывода могут быть полностью независимыми, при этом каждый из портов должен иметь свой адрес. Сценарий ввода-вывода через порты (протокол обмена) существенно зависит от специфики того ВУ, с которым ведется обмен.

Для организации обмена со сложными ВУ (например, принтер) МП обычно связан двумя портами: через один передаются данные - это порт данных, а через другой пересылается управляющая информация- это порт управления (может быть еще и третий порт - порт состояния).

Когда МПС (программа, которую он выполняет) предполагает начать вывод данных на принтер, то она записывает в порт управления принтера определенную комбинацию битов, которая трактуется как приказ к установке связи.

Если принтер исправен и готов к обмену, то в ответ он записывает другую комбинацию битов в тот же порт. Эта комбинация сообщает микропроцессору, что принтер готов к обмену. После этого через порт данных выводятся данные для печати на принтере.

Широкое распространение получили микросхемы универсальных портов ввода-вывода, (например, К589ИР12) которые в зависимости от значения управляющих сигналов задания режима могут работать или как порт ввода, или как порт вывода.

Для построения портов могут быть использованы различные микросхемы буферных регистров и шинных формирователей.