Раздел 6. Интерфейс устройств ввода-вывода

РАЗДЕЛ 6. ИНТЕРФЕЙС УСТРОЙСТВ ВВОДА-ВЫВОДА

Тема 6.1. Структура и логическая организация подсистемы ввода-вывода

Структура и логическая организация подсистемы ввода-вывода.

Порты ввода-вывода.

1.Одной из важнейших задач проектирования МПС является организация взаимодействия с устройствами ввода/вывода (УВВ) — источниками и приемниками данных. К устройствам ввода относятся переключатели, клавиатура, аналого-цифровые преобразователи (АЦП), датчики двоичной информации, а к устройствам вывода — индикаторы, светодиоды, дисплеи, печатающие устройства, цифроаналоговые преобразователи (ЦАП), транзисторные ключи, реле, коммутаторы. Примерами устройств одновременно и ввода и вывода являются накопители на гибких и жестких магнитных дисках. В дальнейшем под устройством ввода/вывода или внешним устройством будем понимать одно из перечисленных выше устройств, т. е. устройство
ввода, вывода или ввода/вывода. УВВ различаются: разрядностью данных, быстродействием, управляющими сигналами, типом протокола обмена, т. е. определенным порядком обмена. Данные в УВВ изменяются в произвольный или определенный момент времени. Соединение УВВ с системной шиной МПС осуществляется с помощью интерфейса ввода/вывода, который
согласовывает сигналы УВВ с системной шиной МПС. Как правило, интерфейс состоит из одного или нескольких портов ввода/вывода и схем управления ими.

При проектировании интерфейса ввода/вывода необходимо обеспечить:

□ хранение информации, поступающей от УВВ;

□ доступ к информации со стороны МП;

□ управление обменом;

□ преобразование форматов данных.

Хранение информации и доступ к ней со стороны МП. Ввод и вывод информации выполняется с помощью портов ввода/вывода, которые представляют собой 8- или 16-разрядные регистры со схемами выборки и управления чтением/записью.

Ввод или вывод данных можно осуществлять двумя способами:

□ с использованием отдельного адресного пространства УВВ;

□ с использованием общего с памятью адресного пространства, т. е. с отображением на память.

В 1-ом случае ввод-вывод данных выполняются по командам in и out.

Управление обменом. Существуют три способа управления обменом:

□ программный обмен;

□ обмен по прерыванию;

□ обмен в режиме прямого доступа к памяти.

Программный обмен инициируется МП и осуществляется под его управлением. Различают простой и стробированный программный обмен. При простом программном обмене считается, что УВВ в любой момент готово к обмену по командамINили OUT. При стробированном обмене УВВ извещает о своей готовности к обмену стробом. Например, выдача 8-разрядных
данных сопровождается девятым битом — стробом. При таком обмене схема интерфейса содержит триггер или порт управления для сохранения информации о готовности внешнего устройства к обмену. Процессор опрашивает соответствующий разряд порта управления для определения состояния внешнего устройства — его готовности к обмену.

Если УВВ имеет встроенное аппаратное средство для определения готовности к обмену, о состоянии устройства свидетельствует флаг готовностиREADYили флаг готовности/занятости READY/BUSY. Информация о готовности устройств принадлежит к статусной информации и входит в состав слова состояния устройства. Иногда состояние готовности и занятости
идентифицируется отдельными флагами: READYи BUSY. Флаг READYзаменяет бит порта управления.

Недостатками программного стробированного обмена является то, что данный способ
обмена информацией не разрешает внешним устройствам инициировать обмен. Преимущество программного обмена состоит в простоте реализации, а также в том, что нет необходимости в дополнительных аппаратных средствах.

Программный обмен используется для обмена с УВВ, производительность которых меньше производительности МП.

Обмен по прерыванию инициируется УВВ и осуществляется под управлением МП. В этом случае сигнал готовности УВВ к обмену используется как запрос прерывания и поступает в программируемый контроллер прерываний (ПКП). Ввод или вывод осуществляется в подпрограмме обработки запроса прерывания.

Обмен по прерыванию более производительный, чем программный обмен, поскольку не требует времени для опроса готовности УВВ к обмену.

Обмен в режиме ПДП инициируется УВВ и осуществляется под управлением контроллера прямого доступа к памяти (КПДП) без участия МП. При обмене данными между УВВ и памятью нет необходимости в пересылке данных через МП. Данные с помощью КПДП пересылаются непосредственно из УВВ в память или наоборот. Прямой доступ к памяти при выполнении
операций ввода/вывода позволяет значительно увеличить скорость передачи данных и повысить эффективность использования средств МП.

Информацию об области памяти, используемой при обмене в виде начального адреса и длины массива, загружают в КПДП при его программировании. Производительность обмена в режиме ПДП наиболее высокая из рассмотренных способов обмена.

Преобразование форматов данных. Если разрядность данных, с которыми оперирует МП, меньше разрядности данных, с которыми оперирует УВВ, то для согласования разрядности увеличивают число портов ввода/вывода. Если разрядность данных, с которыми оперирует МП, больше разрядности данных, с которыми оперирует УВВ, то для согласования разрядности выполняют упаковку данных, полученных из нескольких источников, в одно слово нужной разрядности или используют дополнение нулями. Для преобразования последовательного кода в параллельный и наоборот используют контроллер последовательного обмена.

Параллельный порт.

Стандартный параллельный порт LPT (LinePrinTer) предназначен, в основном, для подключения принтеров. Подключение к LPT порту выполняется с помощью 25-контактного разъема. Порт LPT имеет малую скорость передачи данных - от 50 до 150 Кб/с, в зависимости от модификации, что обуславливает его ограниченное применение в современных ПК.
В связи, с этим появилось несколько модификаций параллельного интерфейса. Усовершенствованный параллельный порт EPP (EnhancedParallelPort) позволяет обмениваться данными на скорости до 2 Мб/с, порт с расширенными возможностями ЕСР (EnhancedCapabilitiesPort) имеет быстродействие до 4 Мб/с. Стандарты ЕСР и ЕРР поддерживают двустороннюю передачу данных и позволяют подключать к порту накопитель на CD-ROM и винчестер. Причем возможно подключение к одному порту нескольких устройств (до 64). Порт имеет восемь линий для параллельной передачи данных, линию стробирования и восемь линий для обмена служебными сигналами между компьютером и устройством.

Последовательный порт.

Имеющий долгую историю использования стандартный последовательный порт COM (Communications), используется для подключения таких низкоскоростных устройств, как мышь, плоттер, внешний модем, программатор, и позволяет вести обмен на предельной скорости до 920 Кбит/с. В компьютере может использоваться до четырех таких портов, имеющих логические имена СОМ 1, COM2, COM3, COM4. Для работы с устройствами, подключаемыми к СОМ-порту, используется интерфейс RS-232. Простота и широкие возможности обеспечили широкое применение этого стандарта. Разработано большое количество устройств и приборов, взаимодействующих с компьютером по интерфейсу RS-232. Из 25 сигналов, предусмотренных стандартом RS-232, в IBM PC используется только девять. В самом простейшем случае для передачи через последовательный порт используются три линии, по которым передаются сигналы TxD (TransmitData - Передача данных), RxD (ReceiveData - Прием данных) и GND (Ground - Земля). Стандарт предусматривает использование в линиях высоких уровней сигналов ±12 В, уровень логической единицы соответствует напряжению -12 В, а логического нуля - +12 В. Обеспечивается возможность пересылки данных на расстояния не менее 30 м.

Игровой порт.

Игровой (game) порт, как правило, расположен на звуковой карте. Порт позволяет подключать игровые манипуляторы типа джойстика, а также электромузыкальные инструменты с MIDI-интерфейсом (MIDI-клавиатуры и синтезаторы). Основным элементом игрового порта является 4-канальный аналого-цифровой преобразователь, позволяющий подключать определенные аналоговые схемы и контролировать их состояние по уровню напряжения. Четыре цифровых входа могут контролировать состояние «включено/выключено» четырех подключаемых кнопок. Одна из линий порта используется для приема потока данных от MIDI-инструмента, другая - для передачи данных к инструменту.

Инфракрасный порт.

Для связи компьютеров друг с другом, а также для подключения внешних устройств можно использовать беспроводной интерфейс, работающий в инфракрасном (ИК) диапазоне волн.
Устройства подключаются, как говорят, по инфракрасному порту. Передача и прием сигналов осуществляется посредством передающего и принимающего ИК-светодиодов. Обмен данными - двунаправленный, следовательно, каждое устройство должно иметь и светодиод, и фотодиод. Основные преимущества инфракрасной связи - низкая потребляемая мощность и практически полное отсутствие чувствительности к электромагнитным помехам. Инфракрасный порт, как правило, интегрирован в материнскую плату. Для возможности работы с портом необходимо лишь установить плату инфракрасного модуля и подключить его к соответствующему разъему материнской платы.

Созданием стандартов для работы устройств с использованием инфракрасного порта занимается ассоциация IrDA (InfraredDataAssociation). Последние расширения этого стандарта обеспечивают скорость передачи данных внутри помещения до 155 Мбит/с. Небольшие сети позволяют объединить два устройства или подключить компьютер к сети. Расстояние между источником и приемником сигнала обычно составляет 5-15 м, скорость передачи - 10 Мбит/с.

Шина USB.

Консорциум компаний (включая Intel и Microsoft) разработал спецификацию универсальной последовательной шины - USB (UniversalSerialBus). Шина является дешевой и простой в использовании, поддерживает технологию HotPlug, позволяя подключать и отключать устройства без выключения компьютера и электропитания внешних устройств («горячее» подключение). При подсоединении разъема периферийного оборудования к шине USB происходит его автоматическая настройка без перезагрузки системы. Универсальная последовательная шина USB предназначена для подключения к компьютеру большого количества разнотипных периферийных устройств, имеющих разное быстродействие. Она может быть использована для подключения среднескоростных устройств цифрового видео, компьютерной телефонии, мультимедиа-игр. В настоящее время используется шина USB 1.1 и более высокоскоростная USB 2.O. Быстродействие шины USB 1.1 составляет 1,5 Мб/с, а шины версии USB 2.0 - 60 Мб/с. В USB 1.1 высокоскоростные устройства передают данные с максимальной скоростью 12 Мб/с, низкоскоростные устройства используют более медленную скорость передачи - 1,5 Мб/с. USB 2.0 позволяет передать данные на скорости до 480 Мб/с. Подключаемые устройства могут быть удалены от ПК на расстояние до 5 м. Использование USB-концентраторов позволяет увеличить это расстояние. Цепочкой можно соединить до пяти концентраторов, что увеличит возможное расстояние подключения почти 30 м. Шина USB - четырех проводная, данные передаются последовательно по двум проводам. При необходимости подключаемые устройства могут получать питание по шине через провод питания и общий провод.

Технология Bluetooth.

Технология Bluetooth задумывалась как решение для создания домашних и офисных сетей: организация связи между компьютерами, принтерами, сканерами и т.д. Однако, разработчики пошли дальше задуманного, и технология Bluetooth стала использоваться в цифровых камерах, сотовых телефонах и другой бытовой технике. Bluetooth-устройства работают на частоте 2,4 ГГц, дальность связи - до 10 м, 100 м (в зависимости от класса устройства). Скорость передачи - до 3 Мбит/с (в зависимости от поддерживаемой устройством версии стандарта). Любое Bluetooth-устройство может поддерживать связь с другим Bluetooth-устройством посредством мобильного телефона с Bluetooth-адаптерами, позволяя объединять в беспроводные сети как компьютеры и другие устройства, имеющие встроенный модуль Bluetooth.

Технология WiFi.

Возможности беспроводного соединения компьютеров, ноутбуков и периферийных устройств реализованы в технологии WiFi Адаптер WiFi устанавливается в свободный слот материнской платы. Устройства WiFi работают в диапазоне частот 2,4-2,483 ГГц, его пропускная способность - 11 Мбит/с, дальность связи - до 100 м. Технология широко применяется для создания беспроводных локальных сетей или WLAN (WirelessLocalAreaNetwork).

 

Переферийные устройства

Человек взаимодействует с информационными системами главным образом через устройства ввода-вывода (input-output devices). Прогресс в области информационных технологий достигается не только благодаря возрастающей скорости процессоров и емкости запоминающих устройств, но также за счет совершенствования устройств ввода и вывода данных. Устройства ввода-вывода называются также периферийными устройствами (peripheral devices).

Среди периферийных устройств, подключаемых к персональному компьютеру, можно выделить в качестве первостепенных для ввода данных клавиатуру и мышь, для отображения результатов выполнения программ и просмотра мультимедийных приложений - видеомонитор. Необходимым устройством для вывода информации является принтер. Значительно расширяет возможности ввода текстовой и графической информации использование в составе системы сканера.

Клавиатура.

Клавиатура (keyboard) – традиционное устройство ввода данных в компьютер. Клавиатура предназначена для ввода информации и является одним из исторически первых и до настоящего времени основных устройств связи с компьютером. С помощью клавиатуры вводятся данные и команды для выполнения, производится управление работой компьютера во время выполнения программы. Клавиатура состоит из алфавитных, цифровых, управляющих, функциональных и мультимедийных клавиш. Кроме клавиш на всех клавиатурах имеются индикаторы текущего состояния для клавиш NumLock, CapsLock и ScrollLock.

В настоящее время, в основном, используются клавиатуры мембранного типа, в которых при нажатии клавиши происходит замыкание с помощью верхней мембраны токопроводящих площадок на нижней мембране, соответствующих данной клавише. Содержащийся в корпусе клавиатуры микропроцессор отслеживает замыкания, соответствующие алфавитным, цифровым и другим клавишам. Далее информация о состоянии клавиш посылается в компьютер, а управляющая программа ее обрабатывает.

Связь между клавиатурой и клавиатурным портом компьютера осуществляется посредством 4-проводного кабеля и разъема со стороны компьютера. Большая часть производимых клавиатур использует для подключения клавиатурный порт стандарта PS/2. Производятся также клавиатуры для подключения через USB-порт. Определенную популярность имеют беспроводные клавиатуры, имеющие радиус действия порядка 2 м и работающие либо в диапазоне инфракрасных волн (оптические), либо в диапазоне радиоволн.

Привлекательность той или клавиатуры, в основном, зависит от ее дизайна, расположения клавиш, усилия, требуемого для нажатия клавиш и тактильного ощущения, а также наличия дополнительных удобств типа подставок для запястий рук. Некоторые производители предлагают клавиатуры с укороченным ходом клавиш, а также дополнительными клавишами для управления мультимедиа- и интернет-приложениями, питанием компьютера.

Компьютерная мышь.

Мышь (mouse) была разработана довольно давно (в 60-х годах), но стала широко использоваться только с приходом в мир персональных компьютеров графического пользовательского интерфейса. Обычно мышь, как и клавиатура, подключается к компьютеру с помощью кабеля.

Развитие микроэлектроники и технологий буквально преобразило внешний вид, внутреннее устройство и функциональные характеристики мыши. Устройство стало полностью оптико-электронным. Светоизлучающий диод освещает поверхность, по которой перемещается мышь, отраженный свет формирует изображение на сенсоре. По сути, оптическая мышь - крошечная высокоскоростная видеокамера и процессор, обрабатывающий изображение. Оптическая мышь имеет массу преимуществ. В ней нет движущегося резинового шарика, который надо регулярно чистить для обеспечения точности отображения. Вдобавок оптическая технология позволяет работать практически на любой поверхности, что затруднительно для механической мыши. Производятся мыши с регулируемой точностью и дополнительными встроенными кнопками спецфункций. Назначение кнопок в процессе работы можно перепрограммировать. Удобным дополнением к основным функциям мыши является скроллинг (колесо прокрутки). В некоторых случаях удобно использование беспроводных мышей. Существуют беспроводные манипуляторы работающие в радио- или инфракрасном диапазоне волн, а также Bluetooth-мыши. При проводном подключении мышей к компьютеру в основном используется либо «мышиный» порт в стандарте PS/2, либо USB-интерфейс.

Альтернатива мыши — это манипуляторы StickPointerи TouchPad, которые не имеют движущихся механических частей. Сначала они применялись только в ноутбуках, но затем их стати размешать и на клавиатурах обычных настольных компьютеров. StickPointerпредставляет собой небольшой рычажок, расположенный между клавишами. Давление на него в разные стороны вызывает перемещение курсора на экране. При этом сам рычажок остается неподвижным.
TouchRidпредставляет собой небольшую площадку, расположенную рядом с клавишами, по которой необходимо двигать пальцем или ручкой, причем движение пальца вызывает такое же перемещение курсора на экране. С точки зрения компьютера эти манипуляторы ничем не отличаются от мыши, онииспользуют тот же интерфейс.

Джойстик.

Джойстик - слово английского происхождения -joy (радость), stick (палка). Манипуляторы типа джойстик имеют широкое применение как средство управления в компьютерных играх. Традиционные джойстики имели рукоятку-рычаг, связанную с двумя переменными резисторами, изменявшими значение при движении рукоятки. Эти резисторы позволяли отслеживать передвижение в двух координатах, информация о положении которых поступает на соответствующие аналоговые входы игрового порта компьютера. Адаптер, встроенный
в порт, преобразовывал аналоговый сигнал в цифровой и передает на шину компьютера. Кроме рукоятки традиционный джойстик имел четыре кнопки, передающие через порт сигналы включено/выключено.

Для полноценного управления в современных играх этих возможностей явно недостаточно. Расширяют функциональные возможности манипуляторов типа джойстик устройства, подключаемые через USB-порт. Они гораздо более интеллектуальны и имеют встроенный контроллер, позволяющий увеличить количество функций манипулятора, а также необходимое количество кнопок, как правило, программируемых на определенные действия, управление с помощью высокоточных регуляторов в трех и более координатах. Информация о всех манипуляциях кодируется непосредственно контроллером джойстика и через USB-интерфейс передается в шину компьютера, откуда поступает для обработки в центральный процессор

Сенсорные экраны.

Сенсорные экраны (touch screens) предназначены для тех, кто не может пользоваться обычной клавиатурой. Пользователь может ввести символ или команду прикосновением пальца к определенной области экрана.

Мониторы.

Мониторы (monitors) – наиболее популярные устройства отображения информацииДо недавнего времени основным типом используемого видеомонитора был монитор на базе электронно-лучевой трубки, аналогичной используемой в телевизорах. В устройстве видеомонитора и телевизора имеется много общего, и в некоторых моделях первых компьютеров в качестве монитора использовался обычный телевизор. Бурное развитие технологий производства жидкокристаллических экранов позволило создать вначале удовлетворяющие по качеству, а затем и доступные по цене LCD-дисплеи. В настоящее время LCD-мониторы почти полностью вытеснили, по крайней мере, в продаже, мониторы на электронно-лучевых трубках, или как их еще называют CRT-мониторы. Мониторы на электронно-лучевых трубках предпочитают использовать только в тех областях, где требуется исключительно высокая фотореалистичность изображения.

По принципу работы ЭЛТ напоминают кинескопы, используемые в обычных телевизорах – электронная пушка испускает пучок электронов, высвечивающих на экране картинку, состоящую из точек (pixels). Чем больше точек может вместить экран, тем выше разрешение (resolution) монитора.

Параметры мониторов:

-разрешение

-размер по диагонали

-частота развертки (частота смены кадров).

Принцип действия ЖК-мониторов основан на явлении взаимодействия световых электромагнитных колебаний с длинными молекулами вещества, находящегося в промежуточном (между жидкостью и кристаллом) состоянии.

Для подключения мониторов используются DVI, HDMI,VGA.

Принтеры.

Принтеры (printers) выполняют печать информации на бумаге или пленке (результат, получаемый при печати, называют твердой копией [hard copy] ). Принтеры бывают матричные (dot matrix), струйные (inkjet), лазерные (laser) и термографические (thermal transfer). К последним относятся сублимационные и твердочернильные. Большинство принтеров печатают от 2 до 8 страниц в минуту. Линейно-матричные принтеры могут печатать до 20000 строк в минуту.

Принцип действия матричного принтера: изображение на бумаге получается в результате выброса из печатающей головки ряда игл и удара ими через красящую ленту по листу бумаги. При прохождении печатающей головки вдоль строки из комбинаций оттисков игл формируются буквы и знаки.

Суть технологии струйной печати заключается в формировании изображения на бумаге путем направленного выброса капель красителя (чернил). На сегодняшний день в струйных принтерах используются две основные технологии формирования капель при выбросе из печатающей головки - пьезоэлектрическая и пузырьковая (электротермическая).Пьезоэлектрическая технология используется в струйных принтерах Epson, Brother.Пузырьковая технология применяется в принтерах фирм HewlettPackard, Lexmark, Canon, Xerox.

Основные характеристики принтеров:

-разрешение – количество точек на один квадратный дюйм. Чем выше разрешение, тем качественнее печать. Матричные принтеры обеспечивают сравнительно низкое разрешение (от 80 до 200 точек на кв.дюйм), струйные – до 720, лазерные – до 1200, термографические – от 1200 до 5000 точек на кВ.дюйм.

-скорость печати (стр. в минуту). Мощные лазерные и термографические принтеры способные выводить на печать до 100 стр. в минуту.

-поддержка цветной печати.

Системные устройства

Помимо микропроцессора и системной памяти на системной (материнской) плате располагаются и другие важные модули, обеспечивающие работоспособность компьютера: контроллеры прерываний и прямого доступа, тактовый генератор, системный таймер, буферные микросхемы, контроллер шины и тд. В первых компьютерах семейства все эти функции выполняли отдельные специализированные микросхемы сравнительно низкой степени интеграции. В современных компьютерах применяются сверхбольшие интегральные схемы, которые, тем не менее, обеспечивают полную программную и аппаратную совместимость с предыдущими моделями. Эти микросхемы называются набором микросхем или chipset(чипсет). Преимущества такого подхода — chipsetзанимает меньше места на плате, меньшая потребляемая мощность, значительно большая надежность. Компьютеры, выполненные на системных платах с chipsetизвестных фирм, имеют лучшую репутацию. В большинство наборов микросхем входит так называемый периферийный контроллер, включающий два контроллера прерываний, два контроллера прямого доступа к памяти, таймер, часы реального времени, а также CMOS-память.

Тактовый генератор.

Системный тактовый генератор генерирует сигналы синхронизации для работы микропроцессора, всех контроллеров и системной шины. Для обеспечения высокой стабильности тактовых частот и их независимости от температуры применяются кварцевые резонаторы, то есть кристаллы кварца, имеющие высокостабильную частоту собственных колебаний. Как
правило, в состав системной платы входит несколько кварцевых резонаторов, каждый из которых обеспечивает свой тактовый сигнал. Тактовую частоту процессора можно выбирать путем установки перемычек на системной плате. Это позволяет пользователю модернизировать компьютер путем замены процессора на другой, рассчитанный на более высокую тактовую частоту.Иногда удается заставить процессор работать на более высокой тактовой частоте, чем та, на которую он рассчитан, но здесь нужно соблюдать осторожность, так как повышение частоты ведет не только к увеличению потребляемой мощности и перегреву микросхемы, но и к ошибкам и сбоям в работе, причем проявляющихся только в отдельных режимах, например, в многозадачном.

В общем случае в компьютере существуют следующие тактовые частоты:

• HostBusClock (CLK2IN) — это опорная частота (внешняя частота шины процессора). Именно из нее могут получаться другие частотыи именно она задается перемычками (джамперами);

• CPUClock (CoreSpeed) — это внутренняя частота процессора, на которой работает его вычислительное ядро. Может совпадать с HostBusClockили получаться из нее умножением на 1,5, 2, 2,5, 3,4. Умножение должно быть предусмотрено в конструкции процессора.

• ISABusClock (ATCLK, BBUSCLK) — это тактовая частота системной шины ISA(сигнал SYSCLK). По стандарту она должна быть близка к 8 МГц, но в BIOSSetupимеется возможность выбрать се через коэффициент деления частоты HostBusClock. Иногда компьютер остается работоспособным и при частоте шины ISAоколо 20 МГц,
но обычно платы расширения ISAразрабатываются из расчета на 8 МГц, и при больших частотах они перестают работать. Не следует рассчитывать, что компьютер станет вдвое быстрее при удвоении этой частоты. Для каналов прямого доступа к памяти на системной
плате используется еще один тактовый сигнал SCLK, частота которого, как правило, составляет половину от ISABusClock.

• PCIBusClock— это тактовая частота системной шины PCI, которая по стандарту должна быть 25 — 33,3 МГц. Ее обычно получают делением частоты HostBusClockна нужный коэффициент. В компьютерах предусматривается возможность ее увеличения до 75 или даже 83 МГц, но из соображений надежности работы рекомендуется придерживаться стандартных значений.

• VLBBusClock— это частота локальной шины VLB, определяемая аналогично PCIBusClock.

Контроллер прерываний.

Контроллеры радиальных прерываний в первых компьютерах выполнялись на микросхемах i8259,каждая из которых имела 8 входов запроса прерываний. В IBMPCATприменялось две таких микросхемы, в результате чего количество входов запросов прерываний увеличилось до 15. Режимы работы контроллеров прерываний определяются процессором путем записи соответствующих управляющих кодов по адресам в пространстве устройств ввода/вывода.

При поступлении запроса прерывания на один из входов IRQи удовлетворении
этого запроса контроллер прерываний вырабатывает выходной сигнал запроса прерывания, поступающий на процессор. В ответ на это процессор запрашивает контроллер о том, прерывание с каким адресом вектора необходимо обслужить. Всего прерываний может быть 256 (от 00 до FF). Номер прерывания, полученный от контроллера, процессор умножает на 4 и получает,
таким образом, адрес памяти, где хранится адрес начала программы обработки прерываний (вектор прерывания). Присваивание каждому из каналов IRQсвоего номера процессор осуществляет на этапе инициализации контроллера.

Контроллер прерываний может выполнять следующий набор операций:

• маскирование запросов на прерывание, то есть временное запрещение реакции на них;

• установка приоритетов запросов по различным входам, то есть разрешение конфликтов при одновременном приходе нескольких запросов на прерывание;

• работа в качестве основного контролера (Master) или подчиненного
(Slave).

Для маскирования прерываний используется внутренний регистр контроллера, программно доступный процессору как по записи, так и по чтению. Замаскирован может быть каждый запрос (по каждой из линий IRQ), путем установки соответствующего бита маскирования в записываемом в контроллер управляющем байте.

Схема приоритетов прерываний может быть задана процессором программным путем. В базовом варианте все приоритеты фиксированы (то есть IRQ0 имеет высший приоритет, aIRQ7 - низший). Но в принципе высший уровень приоритета задастся для любого из входов запросов, можно также установить циклическое переключение приоритетов (последний
обслуженный запрос получает низший приоритет), обеспечивая тем самым всем запросам равные приоритеты. Если во время обработки прерывания с меньшим уровнем приоритета приходит более приоритетный запрос, то процессор переходит на программу обработки более приоритетного запроса, а после ее выполнения возвращается к программе обработки менее приоритетного запроса. Отмстим, что немаскируемое прерывание N Mlимеет приоритет выше любого другого аппаратного прерывания.

Завершив выполнение программы обработки прерывания, процессору необходимо с помощью специальной команды сообщить об этом контроллеру прерываний, чтобы разрешить ему дальнейшую работу, в частности, вновь обрабатывать тот же самый запрос.

При каскадировании контроллеров основному контроллеру надо указать, к какому из его входов подключен подчиненный контроллер, а подчиненному контроллеру необходимо указать, к какому входу основного контроллера подключен его выходной сигнал запроса.

Все операции начальной настройки контроллеров прерываний выполняет BIOS, и пользователю нужно прибегать к программированию этих контроллеров только при необходимости смены режимов обслуживания прерываний или при написании собственной программы обработки аппаратных прерываний.

РАЗДЕЛ 6. ИНТЕРФЕЙС УСТРОЙСТВ ВВОДА-ВЫВОДА