Вводом/выводом (ВВ) называется передача данных между ядром ЭВМ, включающим в себя микропроцессор и основную память, и внешними устройствами (ВУ). Это единственное средство взаимодействия ЭВМ с «внешним миром», и архитектура ВВ (режимы работы, форматы команд, особенности прерываний, скорость обмена и др.) непосредственно влияет на эффективность всей системы. За время эволюции ЭВМ подсистема ВВ претерпела наибольшие изменения благодаря расширению сферы применения ЭВМ и появлению новых внешних устройств. Особенно важную роль средства ВВ играют в управляющих ЭВМ. Разработка аппаратных средств и программного обеспечения ВВ является наиболее сложным этапом проектирования новых систем на базе ЭВМ, а возможности ВВ серийных машин представляют собой один из важных параметров, определяющих выбор машины для конкретного применения.
Программная модель внешнего устройства
Подключение внешних устройств к системной шине осуществляется посредством электронных схем, называемых контроллерами ВВ (интерфейсами ВВ). Они согласуют уровни электрических сигналов, а также преобразуют машинные данные в формат, необходимый устройству, и наоборот. Обычно контроллеры ВВ конструктивно оформляются вместе с процессором в виде интерфейсных плат.
В процессе ввода/вывода передается информация двух видов: управляющие данные (слова) и собственно данные, или данные-сообщения. Управляющие данные от процессора, называемые также командными словами или приказами, инициируют действия, не связанные непосредственно с передачей данных, например запуск устройства, запрещение прерываний и т.п. Управляющие данные от внешних устройств называются словами состояния; они содержат информацию об определенных признаках, например о готовности устройства к передаче данных, о наличии ошибок при обмене и т.п. Состояние обычно представляется в декодированной форме — один бит для каждого признака.
Регистр, содержащий группу бит, к которой процессор обращается в операциях ВВ, образует порт ВВ. Таким образом, наиболее общая программная модель внешнего устройства, которое может выполнять ввод и вывод, содержит четыре регистра ВВ: регистр выходных данных (выходной порт), регистр входных данных (входной порт), регистр управления и регистр состояния (рис. 3.1). Каждый из этих регистров должен иметь однозначный адрес, который идентифицируется дешифратором адреса. В зависимости от особенностей устройства общая модель конкретизируется, например, отдельные регистры состояния и управления объединяются в один регистр, в устройстве ввода (вывода) имеется только регистр входных (выходных) данных, для ввода и вывода используется двунаправленный порт.
Рис. 3.1. Программная модель внешнего устройства
Непосредственные действия, связанные с вводом/выводом, реализуются одним из двух способов, различающихся адресацией регистров ВВ.
Интерфейс с изолированными шинами характеризуется раздельной адресацией памяти и внешних устройств при обмене информацией. Изолированный ВВ предполагает наличие специальных команд ввода/вывода, общий формат которых показан на рис. 3.2. При выполнении команды ввода IN содержимое адресуемого входного регистра PORT передается во внутренний регистр REG процессора, а при выполнении команды OUT содержимое регистра REG передается в выходной порт PORT. В процессоре могут быть и другие команды, относящиеся к ВВ и связанные с проверкой и модификацией содержимого регистра управления и состояния.
Рис. 3.2. Команды ввода/вывода (общий формат)
Нетрудно заметить, что в этом способе адресное пространство портов ввода и вывода изолировано от адресного пространства памяти, т.е. в ЭВМ один и тот же адрес могут иметь порт ВВ и ячейка памяти. Разделение адресных пространств осуществляется с помощью управляющих сигналов, относящихся к системам ВВ и памяти (MEMRD# — считывание данных из памяти, MEMWR# — запись данных в память, IORD# — чтение порта ВВ, IOWR# — запись в порт ВВ) (# — активный низкий уровень сигналов).
Читайте также: Рекомендованное давление в шинах лада веста св кросс
В ЭВМ, рассчитанной на изолированный ВВ, нетрудно перейти к ВВ, отображенному на память. Если, например, адресное пространство памяти составляет 64 Кбайт, а для программного обеспечения достаточно 32 Кбайт, то область адресов от 0 до 32 К-1 используется для памяти, от 32 К до 64 К-1 — для ввода/вывода. При этом признаком, дифференцирующим обращения к памяти и портам ВВ, может быть старший бит адреса.
Таким образом, интерфейс с общими шинами (ввод/вывод с отображением на память) имеет организацию, при которой часть общего адресного пространства отводится для внешних устройств, регистры которых адресуются так же, как и ячейки памяти. В этом случае для адресации портов ВВ используются полные адресные сигналы: READ — чтение, WRITE — запись.
В операционных системах ЭВМ имеется набор подпрограмм (драйверов ВВ), управляющих операциями ВВ стандартных внешних устройств. Благодаря им пользователь может не знать многих особенностей ВУ и интерфейсов ВВ, а применять четкие программные протоколы.
Видео:Лекция 308. Шина I2CСкачать
Интерфейс с изолированными шинами характеризуется
униполярной и биполярной технологии
Каждое изображение на микросхеме называют:
| 6 | Данная шина является процессорно – независимой: | |
| ISA | ||
| PCI | ||
| USB | ||
| 7 | В такте Т1 содержимое счетчика команд выдается на: | |
| шину адреса | ||
| шину данных | ||
| шину управления | ||
| 8 | Для увеличения нагрузочной способности микропроцессора в шины данных и адреса включаются: | |
| регистры | ||
| буферы | ||
| дешифраторы | ||
| 9 | Интерфейс с изолированными шинами характеризуется: | |
| прямой адресацией памяти | ||
| косвенной адресацией памяти | ||
| раздельной адресацией памяти | ||
| 10 | Субъективные неисправности делят на: | |
| проектные и интерактивные | ||
| интерактивные и физические | ||
| проектные, физические и интерактивные | ||
Способ адресации операндов называют способом трактовки кодов в:
Видео:Интерфейсы на практикеСкачать
СИСТЕМНЫЕ ИНТЕРФЕЙСЫ С ИЗОЛИРОВАННОЙ И ОБЩЕЙ СИСТЕМОЙ ШИН
В предыдущих разделах при описании обобщенного алгоритма работы центрального процессора мы намеренно опустили из рассмотрения вопрос о том, как процессор “отличает” порты внешних устройств от ячеек памяти и наоборот, как память и порты внешних устройств “понимают”, чей адрес процессор выставил на шину — ячейки памяти или порта? Рассмотрим эту проблему.
Несмотря на многообразие типов ЭВМ по способу организации взаимодействия между процессором, памятью и периферийными устройствами в машинах с шинной организацией можно выделить два основных способа организации шин.
1. Двухшинная организация, или интерфейс с изолированной системой шин. Такую организацию имеют, например, персональные ЭВМ фирмы IBM. Название “двухшинная” отражает тот факт, что с функциональной точки зрения есть два тракта передачи данных, процессор – память и процессор –периферийные устройства, обращение к которым осуществляется отдельными группами команд. Можно утверждать, что при таком способе организации используются четыре логических шины: две шины данных, различные для портов внешних устройств и для памяти, и две шины адреса. Эти четыре логические шины могут соответствовать всего двум или даже одной физической шине, просто для разных целей могут использоваться разные группы линий. Неоднозначность проистекает из того, что разработчики по-своему описывают уже известные организации, делая акцент на отличиях в непринципиальных моментах.
Данный тип организации интерфейса иллюстрируется на рис. 6. Характерной его особенностью является раздельная адресация памяти и периферийных устройств при обмене информацией. В ПЭВМ с процессором 8086 физически используется одна адресная шина. Для адресации памяти используются все 20 линий адресной шины, для адресации внешних устройств только 16 линий адресной шины. Данные передаются по одной и той же 16-разрядной шине. При работе с памятью используются управляющие сигналыMRDC (Memory ReaD Command — чтение памяти) и MWTC (Memory WriTe Command — запись в память), при работе с портами внешних устройств сигналы IORDC (Input Output ReaD Command — чтение порта ввода — вывода) и IOWTC(Input Output WriTe Command — запись в порт ввода — вывода). Для организации доступа к портам внешних устройств процессор использует команды типа IN (ввести) и OUT (вывести).
2. Одношинная организация интерфейса, или интерфейс с общей шиной. Использован в миниЭВМ семейства PDP-11, LSI-11, VAX-11 фирмы Digital Equipment. В последствии многие разработчики микроЭВМ стали широко использовать данный способ построения интерфейса.
При данной организации интерфейса часть общего адресного пространства отводится для периферийных устройств, порты которых адресуются так же, как и ячейки памяти. На рис. 7 показана упрощенная схема организации и программная модель мини-ЭВМ PDP-11/75 (отечественный аналог СМ-1420). Обращение к портам внешних устройств осуществляется теми же командами, что и работа с памятью, с использованием того же набора режимов адресации. При этом команды ввода — вывода не используются или вовсе отсутствуют. В ЭВМ СМ-1420, например, общий размер адресного пространства составляет 16 Мбайт, часть, размером в 16Mбайт – 8 Кбайт отведена для адресации памяти, и 8К – для адресации портов внешних устройств. Такая организация интерфейса сокращает объем памяти, доступный программе, но существенно упрощает разработку схем управления и дешифрирования адреса. Шина в такой системе является “общей”, в том смысле, что процессор считает и память, и порты внешних устройств равноправными по отношению к шине и использует для доступа к ним один набор команд и управляющих сигналов. При такой схеме обмен данными реализуется с использованием всего двух управляющих сигналов — RD (ReaD — чтение) и WR (WRite — запись).
Видео:C# — Абстрактный класс vs ИнтерфейсСкачать
СИСТЕМНЫЕ ИНТЕРФЕЙСЫ С ИЗОЛИРОВАННОЙ И ОБЩЕЙ СИСТЕМОЙ ШИН
В предыдущих разделах при описании обобщенного алгоритма работы центрального процессора мы намеренно опустили из рассмотрения вопрос о том, как процессор “отличает” порты внешних устройств от ячеек памяти и наоборот, как память и порты внешних устройств “понимают”, чей адрес процессор выставил на шину — ячейки памяти или порта? Рассмотрим эту проблему.
Несмотря на многообразие типов ЭВМ по способу организации взаимодействия между процессором, памятью и периферийными устройствами в машинах с шинной организацией можно выделить два основных способа организации шин.
1. Двухшинная организация, или интерфейс с изолированной системой шин. Такую организацию имеют, например, персональные ЭВМ фирмы IBM. Название “двухшинная” отражает тот факт, что с функциональной точки зрения есть два тракта передачи данных, процессор – память и процессор –периферийные устройства, обращение к которым осуществляется отдельными группами команд. Можно утверждать, что при таком способе организации используются четыре логических шины: две шины данных, различные для портов внешних устройств и для памяти, и две шины адреса. Эти четыре логические шины могут соответствовать всего двум или даже одной физической шине, просто для разных целей могут использоваться разные группы линий. Неоднозначность проистекает из того, что разработчики по-своему описывают уже известные организации, делая акцент на отличиях в непринципиальных моментах.
Данный тип организации интерфейса иллюстрируется на рис. 6. Характерной его особенностью является раздельная адресация памяти и периферийных устройств при обмене информацией. В ПЭВМ с процессором 8086 физически используется одна адресная шина. Для адресации памяти используются все 20 линий адресной шины, для адресации внешних устройств только 16 линий адресной шины. Данные передаются по одной и той же 16-разрядной шине. При работе с памятью используются управляющие сигналыMRDC (Memory ReaD Command — чтение памяти) и MWTC (Memory WriTe Command — запись в память), при работе с портами внешних устройств сигналы IORDC (Input Output ReaD Command — чтение порта ввода — вывода) и IOWTC(Input Output WriTe Command — запись в порт ввода — вывода). Для организации доступа к портам внешних устройств процессор использует команды типа IN (ввести) и OUT (вывести).
2. Одношинная организация интерфейса, или интерфейс с общей шиной. Использован в миниЭВМ семейства PDP-11, LSI-11, VAX-11 фирмы Digital Equipment. В последствии многие разработчики микроЭВМ стали широко использовать данный способ построения интерфейса.
При данной организации интерфейса часть общего адресного пространства отводится для периферийных устройств, порты которых адресуются так же, как и ячейки памяти. На рис. 7 показана упрощенная схема организации и программная модель мини-ЭВМ PDP-11/75 (отечественный аналог СМ-1420). Обращение к портам внешних устройств осуществляется теми же командами, что и работа с памятью, с использованием того же набора режимов адресации. При этом команды ввода — вывода не используются или вовсе отсутствуют. В ЭВМ СМ-1420, например, общий размер адресного пространства составляет 16 Мбайт, часть, размером в 16Mбайт – 8 Кбайт отведена для адресации памяти, и 8К – для адресации портов внешних устройств. Такая организация интерфейса сокращает объем памяти, доступный программе, но существенно упрощает разработку схем управления и дешифрирования адреса. Шина в такой системе является “общей”, в том смысле, что процессор считает и память, и порты внешних устройств равноправными по отношению к шине и использует для доступа к ним один набор команд и управляющих сигналов. При такой схеме обмен данными реализуется с использованием всего двух управляющих сигналов — RD (ReaD — чтение) и WR (WRite — запись).
- Свежие записи
- Нужно ли менять пружины при замене амортизаторов
- Скрипят амортизаторы на машине что делать
- Из чего состоит стойка амортизатора передняя
- Чем стянуть пружину амортизатора без стяжек
- Для чего нужны амортизаторы в автомобиле
🔍 Видео
Лекция 5. ИнтерфейсСкачать
КАК РАБОТАЮТ ЧИСЛА С ПЛАВАЮЩЕЙ ТОЧКОЙ | ОСНОВЫ ПРОГРАММИРОВАНИЯСкачать
Значение слова интерфейс. Что такое интерфейс.Скачать
Системная шина процессораСкачать
лекция 417 Чтение и запись данных на общую шинуСкачать
Чем отличается МИКРОКОНТРОЛЛЕР и МИКРОПРОЦЕССОРСкачать
5.Микропроцессорные системы. Виды и классификация микроконтроллеровСкачать
ИНТЕРФЕЙС МОЗГ-КОМПЬЮТЕР I Киборгизация (1 часть)Скачать
📳Интерфейс и классификация сайтов📳Скачать
Что такое интерфейс мозг-компьютер? | Почему это горячая тема в нейробиологии?Скачать
Курс «Микропроцессорные устройства и интерфейсы». Лекция 9Скачать
Что такое ХЭШ функция? | Хеширование | Хранение паролейСкачать
Архитектура микропроцессора 8085Скачать
Что такое микроконтроллеры. Объяснение для начинающих.Скачать
#19. Директивы макропроцессора #define и #undef | Язык C для начинающихСкачать
Микропроцессорные системыСкачать
