5.Обмен информацией между ядром эвм и ву (увв)

Рисунок 29. Структурная схема обмена

При обменных операциях очень важно, какое расстояние разделяет ядро ЭВМ и ВУ. От этого зависит формат обмена между ними. Если расстояние маленькое, то обмен осуществляется в параллельном формате, иначе – в последовательном.

Самым распространенным триггером в ЭВМ является триггер задержки.

Рисунок 30. Триггер задержки

На одном триггере запоминаем 1 бит информации. На этом триггере есть синхровход, его работа тактируется СИ, также имеется информационный вход Д.

Пусть на Д подается слово а.

Q^t+1=Д^t – это основное характеристическое уравнение, описывающее работу Д-триггера.

Если а^t=1, то при подаче СИ Q^t+1=а=1: информация повторяется, только с задержкой на один такт.

В параллельном формате из таких триггеров составляются регистры.

Пусть имеем 4-х разрядную ШД:

4

ШД

Рисунок 31. Параллельный регистр

В момент t на всех входах триггеров появится разряды нашего слова. Запись производится в момент времени t+1, после того, как приходит СИ. В РОН записывается все слово сразу в параллельном формате.

Перерисуем последнюю схему:

Рисунок 32. Функциональное обозначение регистра

В этот регистр параллельно записывается и параллельно считывается информационное слово.

Рисунок 33. Параллельный ИФ

Контроллер располагается в системном блоке, а ВУ вынесено из него. Однако контроллер и ВУ образуют модуль ВУ.

Пусть идет операция записи во внешнее устройство.

Если n_я =n₂ , тогда

1. у₁: РгД_к:=РгД_п

2. у₂:РгД_ВУ:=РгД_к.

Если n_я >n₂ (например, 32 на 8), то чтение из РгД_к происходит четвертями, это осуществляется мультиплексором.

Если расстояние между ядром ЭВМ и ВУ большое, тогда обменные операции идут в последовательном формате. В последовательном формате обмен идет битами.

Введем понятие «регистр сдвига».

Операция сдвига – это сдвиг информационного слова относительно разрядной сетки.

Д-триггеры могут образовывать параллельные и последовательные регистры.

Последовательный регистр имеет вид:

Рисунок 34. Последовательный регистр

Используется Д-триггер с внутренней задержкой. Запись производится по заднему фронту СИ.

Рисунок 35. Временная диаграмма обмена

Регистр сдвига задает информацию о том, сколько в нем разрядов, на счетчик тактов.

Обозначение регистра сдвига:

Рисунок 36. Функциональное обозначение последовательного регистра

Информация идет по логической линии бит за битом (последовательный формат).

В обменных операциях участвуют универсальные регистры (последовательно-параллельные).

Рисунок 37. Функциональное обозначение универсального регистра-1

Запись осуществляется шиной – в параллельном формате, т.е. через шину записывается информационное слово в РгД, а после этого с приходом каждого СИ записанное слово появляется на выходе бит за битом.

Еще один вид универсального регистра:

Рисунок 38. Функциональное обозначение универсального регистра-2

Здесь процессы проходят в обратном порядке: информационное слово записывается последовательно, а считывается через шину.

Обмен данными процессор – ВУ в последовательном формате

Рисунок 39. Обмен в последовательном формате

Здесь контроллер включает две части (к1 – контроллер передающей части, расположенный на процессорной плате; к2 – контроллер приемной части, располагается на плате ВУ). К1 и к2 соединяются логической линией. – физическим каналом связи (ФКС).

Последовательность работ при выводе информации во ВУ:

Байт информации из РгД_п записывается в универсальный регистр РгД_к1 в параллельном формате. После этого с подачей СИ информационное слово выходит из РгД_к1 бит за битом, затем эти данные проходят по последовательному входу в РгД_к2. Для правильной работы схемы необходим таймер, который должен посчитать передачу 8-ми разрядов. По его указанию информационное слово в параллельном формате считывается в РгД_ВУ.

Если осуществляется чтение данных ВУ, то эта схема переворачивается.

Таким образом, информация передается последовательно.

При передаче требуется знать, где начало и конец информационного слова.

Рассмотрим, как передается 8-ми разрядное информационное слово.

Рисунок 40. Старт-стопная посылка

В начале посылки располагается стартовый импульс, имеющий длительность, отличную от тактовой, например, 1.5 такта. Еще одна отличительная характеристика этого импульса - амплитуда. Передается стартовый импульс и начинается прием информационного слова. Когда прошло 8 бит, передается стоповый импульс, который отличается от обычного импульса: и длительностью, и амплитудой. Такая посылка называется старт-стопной. Байт информации передается старт-стопной посылкой, если требуется передать еще один байт информации, возникает следующая старт-стопная посылка и т.д.

Такая схема предполагает расстояния не больше 5 м. если оно больше, то в ФКС включается модем, который согласует физические и электрические информационного слова с физическими и электрическими параметрами ФКС. Главная цель согласования – надежная передача каждого бита информации.

Передача любого байта информации осуществляется по протоколу: перед передачей данных идет обмен служебной информацией.

1. УВВ выставляет в регистр состояния слово состояния, в котором на определенном разряде указывается сигнал запроса (ВУ выставляет флаг). – необходимость обмена данными с процессором. Если флаг выставлен, процессор реагирует на него.

2. Запросов много, поэтому следующий шаг процессора – найти устройство – источник запроса: найти адрес.

3. После этого на источник посылается слово управления, в котором указывается: предстоящий режим работы ВУ (чтение или запись); готовность процессора к обмену. После принятия и анализа ВУ-м слова управления, начинается обмен данными, поэтому получается, что на 1 информационное слово расходуется 3-4 служебных слова.

Такие операции повторяются при передаче каждого байта информации.

Когда идет обмен информацией, устанавливается классификационные признаки обмена:

1. Кто инициирует обмен;

2. Кто управляет обменом.

В соответствии с этими признаками выделяются 3 формата обмена:

- программно-управляемый обмен;

- обмен по прерыванию;

- обмен внешнего устройства с основной памятью, минуя процессор (обмен с прямым доступом к памяти).

В случае программно-управляемого обмена обмен инициирует процессор, управляет обменом процессор. В случае обмена по прерыванию обмен инициируется ВУ, управляется процессором. В случае обмена с прямым доступом к памяти обмен инициируется ВУ. Процессор исключается из обмена, управляет обменом специальное устройство ПКПДП (программируемый контроллер прямого доступа к памяти).