Классификация методов ввода/вывода по организации обмена

Различают три основных метода. Ввод/вывод может осуществляться или под управлением CPU в одном из двух вариантов:: программно-управляемый обмен, то есть обмен по опросу; обмен по прерыванию.

Ввод/вывод может осуществляться под управлением внешних устройств в режиме прямого доступа к памяти.

Метод по опросу подразумевает регулярную проверку процессором готовности к ответу. Его недостатком является то, что, процессор занимается постоянным опросом и как следствие система имеет очень низкое быстродействие. Достоинство: метода в том, что не требуется дополнительной аппаратуры и цикле можно опрашивать несколько источников данных. Этот способ оправдан, если процессор и устройства согласованны по скорости, но если информация поступает редко. то эффективность его низка.

При опросе между CPU и ВУ передается информация двух видов: управляющие данные (слова): CW и SW, а также собственно данные-сообщения. (DW). Управляющие слова от процессора, называемые также командными словами (CW) инициируют действия, не связанные непосредственно с передачей данных, например запуск устройства, запрещение прерываний и т.п. Слова состояния (SW) от внешних устройств информируют CPU о текущем состоянии ПУ. 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. Правила обмена информацией между CPU и ВУ называются протоколом. Набор подпрограмм, реализующих протокол, образует драйвер ВУ.

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. 5.6. Программная модель внешнего устройства.

 

.

Существуют три типа простейших процедур ввода-вывода, которые являются составными элементами более сложных процедур: прямой ВВ, условный ВВ с занятием цикла и совмещенный ВВ.

При прямом ВВ ввод или вывод информации из порта выполняется независимо от состояния ВУ по сигналам шины управления IOR, IOW. Быстродействие регистров и формирователей портов позволяет поддерживать обмен в синхронном режиме с максимальной для МП скоростью. Рис.5.1.

В отличие от ячеек памяти порт ввода и порт вывода, имеющие один и тот же адрес могут быть физически различными регистрами.

Для организации достоверного обмена данными с ВУ в асинхронном режиме необходимо проверять готовность ВУ как для ввода, так и для вывода данных. Для этого операции условного ВВ должны сопровождаться специальным сигналом готовности (RDY). Рассмотрим операцию ввода, при вводе этот сигнал генерируется ВУ и передается в МП в составе слова состояния SW. После завершения ВВ сигнал готовности должен быть снят и выставлен заново только при новой готовности к обмену. Поэтому CPU должен сообщить ВУ об успешном окончании операции, для чего используется включенный в управляющее слово (CW) сигнал подтверждения АСК. Протокол обмена такого типа, обеспечивающий надежную асинхронную передачу данных, называется квитированием. Пример процедуры условного ВВ с занятием цикла и квитированием на Рис.5.3.