Устройства ввода-вывода базовой эвм

 

Модель базовой ЭВМ с устройствами ввода-вывода представлена на рис 2.1. В базовой ЭВМ используются простейшие внешние устройства (ВУ): одно устройство вывода (ВУ-1) и два устройства ввода (ВУ-2 и ВУ-3). В модели устройства ввода-вывода представлены 8-разрядными регистрами данных (РД ВУ). Через регистры данных ВУ-2 и ВУ-3 информация может быть введена в базовую ЭВМ, а в регистр данных ВУ-1 принята из базовой ЭВМ.

 

Рис. 2.1. Модель базовой ЭВМ с устройствами ввода-вывода

 

Между ВУ и процессором включены простейшие контроллеры, каждый из которых содержит: дешифратор адреса, позволяющий выделить обращение к данному ВУ среди всех обращений к устройствам ввода-вывода, подключенных к процессору; дешифратор приказов, декодирующий приказы от процессора на выполнение тех или иных операций; регистр состояния, в котором хранится информация о готовности ВУ к обмену данными с процессором. В контроллерах простейших ВУ обычно используются однобитовые регистры готовности, которые часто называют флагом или флажком. Это название используется и в контроллерах базовой ЭВМ. Контроллеры ВУ связаны с процессором шинами ввода и вывода информации, шиной адреса и шиной управления, по которым передаются приказы от процессора и сведения о состояния ВУ.

 

Программно-управляемая передача данных.

При использовании программно-управляемого обмена должна быть составлена программа, обеспечивающая пересылку данных из памяти ЭВМ в аккумулятор и далее в регистр памяти контроллера ВУ (вывод данных) или из регистра данных контроллера ВУ в аккумулятор и затем в память ЭВМ (ввод данных). В такое программе можно реализовать один из трех типов обмена: синхронный, асинхронный и по прерыванию. Синхронный обмен очень редко используется в ЭВМ и не будет рассматриваться в данном пособии, остальные виды обмена рассматриваются в п.п. 2.4 и 2.5.

Формат команд ввода-вывода приведен на рис. 1.2.в. Код операции (1110)₂ служит для отличия этих команд от других команд ЭВМ. Между собой они отличаются кодом приказа: пересылка данных (IN В - ввод и OUT В - вывод), проверка готовности ВУ (TSF B) и сброс состояния готовности (CLF B), где В - адрес ВУ. Адрес позволяет связать процессор с одним из подключенных к нему ВУ (их может быть до 2⁸=256).

Флажок - однобитовый регистр готовности ВУ, устанавливаемый в единичное состояние, когда ВУ готово к обмену информацией. Если флажок сброшен (установлен в ноль), ВУ занято: устройство вывода еще обрабатывает предыдущую команду, а устройство ввода готовит данные для передачи в процессор.

Команда CLF B (E0xx, где хх - две последние 16-ричные цифры адреса ВУ) служит для установки в нуль флажка ВУ с адресом В.

Команда TSF B (E1xx) служит для проверки готовности к обмену ВУ с адресом В. Если флажок этого ВУ сброшен (ВУ не готово к обмену), то выполняется команда, расположенная вслед за TSF В. В противном случае эта команда пропускается и выполняется команда, расположенная через одну за TSF В.

Команда IN B (E2хх) служит для пересылки содержимого регистра данных контроллера ВУ с адресом B в восемь младших разрядов аккумулятора.

Команда OUT B (E3хх) служит для пересылки содержимого восьми младших разрядов аккумулятора в регистр данных контроллера ВУ с адресов В.

Для организации обмена с ВУ в состав устройства управления базовой ЭВМ включены два устройства: регистр состояний внешних устройств (Ф) и контроллер прерываний. Связь контроллеров ВУ с этими устройствами осуществляется по линиям "Состояние флага" и "Запрос прерывания". Данные передаются по шинам ввода и вывода.

 

Асинхронный обмен.

Программа такого обмена строится так: сначала проверяется готовность ВУ к обмену и если оно готово, то дается команда на обмен. ВУ сообщает о готовности установкой флага.

Пример 2.1 С помощью ВУ-2 записать в ячейку 006 коды символов слова "ДА".

Программа для выполнения этого задания имеет вид:

	Содержимое
Адрес	Код	Мнемоника	Комментарии
05	FFF8		Константа -8, используемая для сдвига
06	0000		Ячейка для записи слова "ДА"
........	........
20	E102	TSF 2	Опрос флага контроллера ВУ-2 и повторение этой операции: если ВУ-1 не готовок обмену (флаг=0)
21	C020	BR 20
22	E202	IN 2	Это действие выполняется лишь после готовности ВУ-2, т.е. когда при выполнении TSF 2 выяснятся, что флаг=1 и пропускается BR 20, По команде IN 2 содержимое регистра данных контроллера ВУ-2 пересылается в восемь младших разрядов аккумуляторов.
23	E002	CLF 2	Сброс готовности ВУ-2 (очистка флага ВУ-2)
24	F600	ROL	Код первого введенного символа сдвигается на восемь разрядов влево и освобождается место для ввода следующего символа.
25	0005	ISZ 5
26	C024	BR 24
27	E102	TSF 2	Опрос флага контроллера ВУ-2..... (см. Комментарии к командам 20 и 21)
28	C027	BR 27
29	E202	IN 2	Ввод кода символа (если подан сигнал готовности ВУ-2)
2А	E002	CLF 2	Сброс готовности ВУ-2
2В	3006	MOV 6	Пересылка кода слова "ДА" в ячейку 006
2С	F000	HLT	Останов ЭВМ

 

Две первые команды этой программы "заставляют" ЭВМ ожидать его готовности ВУ-2 к выдаче данных. Поэтому необходимо ввести код символа "Д" в регистр данных ВУ-2. После сброса готовности ВУ-2 (команда CLF 2), которая подтверждает, что данные из регистра данных контроллера ВУ-2 переписаны в аккумулятор можно приступить к набору кода символа "А". В процессе набора этого кода ЭВМ занята сдвигом кода символа "Д" в старшие разряды аккумулятора, чтобы подготовиться к приему символа "А", и ожиданием поступления нового сигнала готовности ВУ-2 к выдаче информации. Так как ЭВМ выполняет эти операции значительно быстрее, чем человек, набирающий код нового символа. Теперь в аккумулятор перепишется все слово "ДА", затем оно перепишется в ячейку 006 и выполнение программы прекратиться.

Легко заметить, что при асинхронном обмене ЭВМ должна тратить время на ожидание момента готовности, а так как готовность проверяется командным путем (команда TSF), то в это время ЭВМ не может выполнять никакой другой работы по преобразованию данных.