Канал ввода-вывода

Канал ввода-вывода

…

Интерфейс ввода-вывода

Интерфейс ввода-вывода

…

…

К

К

К

К

Интерфейсы периферийных устройств

ПУ

ПУ

…

Однако в отличие от контроллера ПДП на каналы ввода-вывода возлагаются дополнительные функции для минимизации участия МП в операциях ввода-вывода. Этими функциями являются:

1. Организация цепочки данных.

Возможны случаи, когда массив данных состоит из нескольких подмассивов, размещённых в произвольных участках ОП. Тогда для ввода-вывода каждого подмассива необходимо включать в программу микропроцессора отдельные команды ввода-вывода.

Чтобы передача всех подмассивов инициировалась только одной командой микропроцессора, канал должен допускать задание в канальной программе цепочки данных для передачи такого составного массива.

2. Организация пропуска информации. При операциях ввода может возникнуть необходимость переносить в память с носителя информации только отдельные части массива, пропуская ненужные данные. Для этого должна иметься возможность задания в канальной программе пропуска информации в цепочке данных и реализация пропуска без привлечения микропроцессора для выполнения этой процедуры.

3. Организация цепочки операций. Обмен информацией между ОП и некоторыми ПУ состоит в определённой последовательности операций ввода-вывода. Например, при работе с ЗУ на магнитных дисках может потребоваться следующая последовательность операций: а) установить головки на i-й цилиндр; б) прочитать информацию с j-й поверхности дисков; в) прочитать информацию с (j+1)-й поверхности; г) установить головки на k-й цилиндр и т.д. Чтобы при подобных последовательностях операций ввода-вывода каждая новая операция не требовала новой команды ввода-вывода, должна иметься возможность задания в канальной программе цепочек операций.4. Формирование запросов прерывания от ввода-вывода. Аппаратура канала автоматически прерыванием извещает микропроцессор об окончании каждой операции ввода-вывода. Вместе с тем должна иметься возможность задания в программе канала прерывания на любом этапе операции ввода-вывода, т.е. программно-управ-ляемого прерывания. Оно не нарушает нормальное выполнение текущей операции ввода-вывода. Появление запроса программно-управляемого прерывания означает, что выполнены все операции ввода-вывода, предшествующие в канальной программе этому запросу. В результате микропроцессор может следить за выполнением канальной программы ввода-вывода и начинать обработку данных сразу после выполнения очередного этапа операции ввода-вывода.

Каналы ввода-вывода полностью разгружают МП от управления операциями ввода-вывода, но порождают неоднородность в структуре потоков (последовательностей байт, слов) и форматах передаваемых данных.

Эта неоднородность, в свою очередь, приводит к необходимости использования нескольких специализированных интерфейсов, среди которых можно выделить 4 типа.

Интерфейс основной (оперативной) памяти предназначается для передачи информации между ОП и каналами ввода-вывода, а также между ОП и процессором. Ведущим устройством здесь является процессор либо канал ввода-вывода, а ведомыми – блоки ОП.

Интерфейс процессор-каналы применяется для обмена информацией между микропроцессором и каналами ввода-вывода. Ведущим в этом интерфейсе является микропроцессор, а ведомым – каналы ввода-вывода.

Указанные интерфейсы являются наиболее быстродействующими. Информация через них передаётся параллельно словами.

Интерфейс ввода-вывода обеспечивает обмен информацией между каналами ввода-вывода и контроллерами периферийных устройств. Здесь ведущими устройствами являются каналы ввода-вывода, а ведомыми – контроллеры.

Информация через интерфейс ввода-вывода передаётся параллельно байтами или парами байт.

Интерфейсы периферийных устройств (имеются и в структуре с общей шиной) служат для передачи информации между контроллерами и ПУ. В этом интерфейсе ведущими являются контроллеры, а ведомыми – ПУ. Через этот интерфейс информация передаётся группами разрядов, число которых определяется типами ПУ.

Функции, выполняемые первыми тремя типами интерфейсов, не зависят от типов ПУ.

Поэтому соответствующие интерфейсы являются унифицированными, т.е. имеют унифицированный по составу и назначению набор линий и шин, унифицированные схемы подключения, сигналы и алгоритмы (протоколы) управления обменом информацией между ПУ и ядром системы.

Интерфейсы ПУ не могут быть унифицированы в силу большого разнообразия ПУ по принципу действия, выполняемым операциям и используемым форматам данных.

Интерфейсы ПУ выпускаются в виде БИС и входят в состав МПК, поэтому далее рассмотрим принципы построения и структуры таких интерфейсов.

9.4. Интерфейсы периферийных устройств.

В зависимости от способа передачи данных различают последовательные и параллельные интерфейсы, а в зависимости от метода управления обменом – синхронные, асинхронные и синхронно-асинхронные.

Асинхронный параллельный интерфейс имеет следующую структуру: (рис. на следующей странице). Регистры данных служат для временного хранения данных, передаваемых как от системной (общей шины), так и со стороны ПУ.

Регистр управления работает только на запись и воспринимает команды,

Шина данных

Приёмники и формирователи шинных данных.

Разрешение выхода.

Устройство формирования сигналов квитирования.

В/в чтения

В/в записи

Подтверждение

Запись в регистр данных передатчика

Шина данных

Шина управ-ления

Запрос прерывания

Предоставление прерывания

Приёмники и дешифраторы адреса.

Шина адреса

Запись в регистр управления

Чтение регистра данных приёмника

Чтение регистра состояния

Команда или выходные данные

Состояние или входные данные

Регистр управления

Регистр состояния

Регистр данных приёмника

Регистр данных передатчика

Блок регистров

а также другую управляющую информацию для ПУ.

Связанные с этими регистрами логические устройства управляют передачей данных между системной шиной и ПУ.

Регистр состояния работает только на считывание и хранит текущее состояние ПУ (готовность вводимых данных, ошибка устройства, регистр данных передатчика очищен и т.д.).

Иногда регистры управления и состояния объединяют в один.

Работа интерфейса при выполнении операций ввода-вывода состоит в следующем.

В операции ввода информационное слово (двухбайтовое или байтовое слово, группа битов) принимается от ПУ и запоминается в регистре управления.

Затем фиксируется готовность данных в регистре состояния, который проверяется процессором, и информация считывается в процессор.

В интерфейс может быть введено логическое устройство прерывания по готовности данных, если такой режим подготовлен в регистре управления – установлен разряд требования прерывания по готовности данных.

Вывод выполняется в обратной последовательности. МП ожидает освобождения регистра данных передатчика, что определяется контролем по прерыванию регистра состояния.

Затем выводится информационное слово и запоминается в регистре данных передатчика.

Управляющая логика передаёт символ в ПУ, когда оно готово его принять.

Так как к общей шине подключается много интерфейсных модулей ПУ, а каждый регистр из блока регистров модуля имеет свой адрес, то для определения адресуемого в текущей операции ввода-вывода регистра необходим дешифратор.

В операции передачи данных между МП и интерфейсным модулем участвуют сигналы "В/в чтения", "В/в записи", подтверждения.

Логическое устройство управления шиной выдаёт запрос ввода-вывода (чтения – "В/в чтения", или записи – "В/в записи"), а интерфейс должен реагировать подтверждением, что данные помещены на шину данных или приняты с неё.

При генерировании сигнала "В/в чтения" дешифратор адреса выбирает регистр состояния или регистр данных приёмника.

Сигнал "В/в записи" означает вывод данных, а также окончание установки адреса (окончание переходных процессов на шине).

Логическое устройство управления разрешает работу шинных формирователей, стробирует запись данных в регистр управления или регистр данных передатчика и вырабатывает сигнал подтверждения.

Микропроцессор, приняв сигнал подтверждения, снимает (сбрасывает) сигналы "В/в чтения" или "В/в записи", а также сигналы адреса и/или данных.

В ответ схема интерфейсной логики снимает сигнал подтверждения и при необходимости запрещает работу формирователей шины данных.

Интерфейсный модуль должен работать и в режиме прерывания, инициируя сигнал прерывания микропроцессору.

Данный тип обмена особенно удобен при работе с низкоскоростными ПУ, а также в ситуациях, когда момент готовности к передаче данных в микропроцессор периферийным устройством непредсказуем.

Асинхронный последовательный интерфейс используется для медленно работающих ПУ.

Обычно скорость передачи достигает 9600 Бод (Бод – число временных интервалов в секунду при последовательной передаче; для двоичных сигналов Бод соответствует биту в секунду).

В данном интерфейсе применяется старт-стопный способ обмена.