Способы обмена информацией в микропроцессорной системе

Программно-управляемый ввод-вывод.

Организация прерываний в микро-ЭВМ.

Организация прямого доступа к памяти.

Шинные формирователи.

Заключение.

 

Учебная литература: [1] – [5].

Программно-управляемый ввод-вывод

 

Организация прерываний в микро-ЭВМ

 

Организация системы прерываний с программным опросом готовности

 

(слайд 24) Организация прерываний с программным опросом готовности предполагает наличие в памяти микро-ЭВМ единой подпрограммы обслуживания прерываний от всех ВУ. Структура такой подпрограммы приведена на рисунок 14.7.

Обслуживание ВУ с помощью единой подпрограммы обработки прерываний производится следующим образом. В конце последнего машинного циклавыполнения очередной команды основной программы процессор проверяет наличие требования прерывания от ВУ. Если сигнал прерывания есть и в процессоре прерывание разрешено, то процессор переключается на выполнение подпрограммы обработки прерываний.

(слайд 23)

 

Рисунок 14.6 – Фрагмент блок-схемы контроллера ВУ с разрядом

"Разрешение прерывания" в регистре состояния и управления

(слайд 25)

 

Рисунок 14.7 – Структура единой программы обработки прерываний

И ее связь с основной программой

После сохранения содержимого регистров процессора, используемых в подпрограмме, начинается последовательный опрос регистров состояния контроллеров всех ВУ, работающих в режиме прерывания. Как только подпрограмма обнаружит готовое к обмену ВУ, сразу выполняются действия по его обслуживанию. Завершается подпрограмма обработки прерывания после опроса готовности всех ВУ и восстановления содержимого регистров процессора.

Приоритет ВУ в микро-ЭВМ с программным опросом готовности ВУ однозначно определяется порядком их опроса в подпрограмме обработки прерываний. Чем раньше в подпрограмме опрашивается готовность ВУ, тем меньше время реакции на его запрос и выше приоритет. Необходимость проверки готовности всех ВУ существенно увеличивает время обслуживания тех ВУ, которые опрашиваются последними. Это является основным недостатком рассматриваемого способа организации прерываний. Поэтому обслуживание прерываний с опросом готовности ВУ используется только в тех случаях, когда отсутствуют жесткие требования на время обработки сигналов прерывания ВУ.

 

Памяти и устройств ввода/вывода с использованием ШФ

 

Программно-управляемый ввод-вывод.

Организация прерываний в микро-ЭВМ.

Организация прямого доступа к памяти.

Шинные формирователи.

Заключение.

 

Учебная литература: [1] – [5].

Программно-управляемый ввод-вывод

 

Способы обмена информацией в микропроцессорной системе

 

(слайд 3) В зависимости от того, кто является инициатором информационного обмена и как осуществляется передача информации, различают три основных способа информационного обмена ЦВМ и ВУ:

- программно-управляемый ввод-вывод (ВВ) (называемый также программным или нефорсированным ВВ)

- обмен по прерываниям;

- обмен по каналу прямого доступа.

Инициатором программного обмена является процессор БЦВМ. Причиной обмена является специальная команда ввода или вывода данных, которую процессор прочитал из памяти. Как в любой другой команде в команде обмена указан адрес источника и приемника информации. Для уменьшения длины формата команды один из адресов может быть подразумеваемым.

Таким образом инициирование и управление ВВ осуществляется программой, выполняемой процессором, а ВУ играют сравнительно пассивную роль и сигнализируют только о своем состоянии, в частности, о готовности к операциям ВВ.

(слайд 4) Система прерываний обеспечивает не только организацию обмена информацией ЦВМ и ВУ, когда длина передаваемых сообщений требует прерывания выполняемой программы, но и реализует своевременную реакцию процессора на возникновение различных ситуаций, как в процессоре, так и во внешней среде. Важность системы прерывания определяет необходимость рассмотрения принципов её построения и функционирования более детально.

Обмен по прерываниям осуществляется по инициативе ВУ, генерирующим специальный сигнал прерывания при готовности к информационному обмену. Реагируя на этот сигнал готовности устройства к передаче данных, процессор анализирует уровень приоритета запроса прерывания и, в случае более важного приоритета запроса, дает разрешение на прерывание. Процессор передает управление подпрограмме обслуживания устройства, вызвавшего прерывание. Действия, выполняемые этой подпрограммой, определяются пользователем, а непосредственными операциями ВВ управляет процессор.

Текущая программа останавливается, все атрибуты её сохраняются в стеке. Загружается программа информационного обмена с устройством, формировавшим запрос. По завершении обмена восстанавливается прерванная программа. Обмен осуществляется обычно небольшими по размеру данными.

(слайд 5) Обмен большими объемами данных осуществляется по каналу прямого доступа. Режим прямого доступа к памяти (ПДП), который используется, когда пропускной способности процессора недостаточно. Инициатором является ВУ. Оно формирует запрос ШД и, получив разрешение от процессора, напрямую записывает или считывает данные в оперативную память. Действия процессора приостанавливаются, он отключается от системной шины и не участвует в передачах данных между основной памятью и быстродействующим ВУ.

(слайд 6) Во всех вышеуказанных способах обмена основные действия, выполняемые на системной магистрали ЭВМ, подчиняются двум основным принципам:

1. В процессе взаимодействия любых двух устройств ЭВМ одно из них обязательно выполняет активную, управляющую роль, второе оказывается управляемым, исполнителем. Чаще всего управляющая роль принадлежит процессору.

2. В структуре интерфейса реализуется принцип квитирования (запроса – ответа), т. е. каждый управляющий сигнал, посланный задатчиком, подтверждается сигналом исполнителя. При отсутствии ответного сигнала исполнителя в течение заданного интервала времени формируется так называемый тайм-аут, задатчик фиксирует ошибку обмена и прекращает данную операцию.

 

1.2. Программно-управляемый ввод/вывод

 

(слайд 7) Данный режим характеризуется тем, что все действия по вводу/выводу реализуются командами прикладной программы. Наиболее простыми эти действия оказываются для "всегда готовых" ВУ, например, индикатора на светодиодах. При необходимости ВВ в соответствующем месте программы используются команды IN или OUT. Такая передача данных называется синхронным или безусловным ВВ.

Однако для большинства ВУ до выполнения операций ВВ надо убедиться в их готовности к обмену, т. е. ВВ является асинхронным. Общее состояние устройства характеризуется флагом готовности READY, называемым также флагом готовности/занятости (READY/BUSY). Иногда состояния готовности и занятости идентифицируются отдельными флагами READY и BUSY, входящими в слово состояния устройства.

Процессор проверяет флаг готовности с помощью одной или нескольких команд. Если флаг установлен, то инициируются собственно ввод или вывод одного или нескольких слов данных. Когда же флаг сброшен, процессор выполняет цикл из 2-3 команд с повторной проверкой флага READY до тех пор, пока устройство не будет готово к операциям ВВ (рисунок 14.1). Данный цикл называется циклом ожидания готовности ВУ и реализуется в различных процессорах по-разному.

(слайд 8)

 

Рисунок 14.1 – Цикл программного ожидания готовности внешнего устройства

Основной недостаток программного ВВ связан с непроизводительными потерями времени процессора в циклах ожидания.

К достоинствам следует отнести простоту его реализации, не требующей дополнительных аппаратных средств.