Лекция Внешние устройства. 1Описание Внешних устройств 2 2Контроллер клавиатуры. 3

• Название: 1Описание Внешних устройств 2 2Контроллер клавиатуры. 3
• Дата: 27.04.2023
• Размер: 205.95 Kb.
• Имя файла: Лекция Внешние устройства.docx
• Тип: Документы; #1094224

Внешние устройства

Оглавление

1Описание Внешних устройств 2

2Контроллер клавиатуры. 3

3Дисплей. 7

4Блок таймеров. 9

5Тоногенератор. 12

1. Описание Внешних устройств

Внешние устройства (ВУ), используемые в описываемой системе, реа­лизованы по единому принципу.

С точки зрения процессора они представляют собой ряд программно-доступных регистров, лежащих в адресном простран­стве ввода/вывода. Размер регистров ВУ совпадает с размером ячеек памяти и регистров данных процессора — шесть десятичных разрядов.

Доступ к регистрам ВУ осуществляется по командам IN аа, OUT аа, где аа — двухразрядный десятичный адрес регистра ВУ.

Таким образом, общий объем адресного пространства ввода/вывода составляет 100 адресов.

Важно: Адресные пространства памяти и ввода/вывода в этой модели разде­лены.

Разные ВУ содержат различное число программно-доступных регистров, каждому из которых соответствует свой адрес, причем нумерация адресов всех ВУ начинается с 0.

При создании ВУ ему ставится в соответствие базо­вый адрес в пространстве ввода/вывода, и все адреса его регистров становятся смещениями относительно этого базового адреса.

Если в системе создаются несколько ВУ, то их базовые адреса следует выби­рать с учетом величины адресного пространства, занимаемого этими устрой­ствами, исключая наложение адресов.

Если ВУ способно формировать запрос на прерывание, то при создании ему ставится в соответствие вектор прерывания— десятичное число. Разным ВУ должны назначаться различные векторы прерываний.

Программная модель содержит следующий набор внешних уст­ройств:

• 
  контроллер клавиатуры;
  
• 
  дисплей;
  
• 
  блок таймеров;
  
• 
  тоногенератор,
  

которым по умолчанию присвоены параметры, перечисленные в табл. 1.
Таблица 1. Параметры внешних устройств

Внешнее устройство	Базовый адрес	Адреса регистров	Вектор прерывания
Контроллер клавиатуры	0	0,1,2	0
Дисплей	10	0, 1, 2, 3	Нет
Блок таймеров	20	0, 1, 2, 3, 4, 5, 6	2
Тоногенератор	30	0,1	Нет

При создании устройств можно изменять назначенные по умол­чанию базовый адрес и вектор прерывания.

В описываемой системе не предусмотрена возможность подключения в систему нескольких одинаковых устройств.

Большинство внешних устройств содержит

• 
  регистры управления CR, содержит флаги и поля, определяющие режимы работы ВУ
  
• 
  регистры со­стояния SR, , содержит флаги, отражающие текущее состояние ВУ
  
• 
  обычно регистры CR доступны только на запись, а SR — на чтение.
  
• 
  Флаги SR устанавливаются аппаратно, но сбрасываются программно (или по внешнему сигналу).
  
• 
  Поля и флаги CR устанавливаются и сбрасываются программно при записи кода данных в регистр CR или специальными командами.
  

Контроллер ВУ

• 
  интерпретирует код, записываемый по адресу CR как коман­ду, если третий разряд этого кода равен 1, или как записываемые в CR дан­ные, если третий разряд равен 0.
  
• 
  в случае получения командного слова запись в регистр CR не производится, а пятый разряд слова рассматривается как код операции.
  

2. Контроллер клавиатуры.

Контроллер клавиатуры (рис. 1) представляет собой модель внешнего уст­ройства, принимающего ASCII¹-коды от клавиатуры ПЭВМ (Сокр. от American Standard Code for Information Interchange — американский стандартный код обмена информацией.).

Символы помещаются последовательно в буфер символов, размер которого установлен равным 50 символам, и отображаются в окне обозревателя (рис. 10).

В состав контроллера клавиатуры входят три программно-доступных регист­ра:

1. 
   DR (адрес 0) — регистр данных;
   
2. 
   CR (адрес 1) — регистр управления, определяет режимы работы контрол­лера и содержит следующие флаги:
   

• 
  Е — флаг разрешения приема кодов в буфер;
  
• 
  I — флаг разрешения прерывания;
  
• 
  S — флаг режима посимвольного ввода.
  

3. 
   SR (адрес 2) — регистр состояния, содержит два флага:
   

• 
  Err — флаг ошибки;
  
• 
  Rd — флаг готовности.
  

Рис. 2. Контроллер клавиатуры




Рис. 2. Окно обозревателя контроллера клавиатуры

Регистр данных DRдоступен только для чтения, через него считываются ASCII-коды из буфера, причем порядок чтения кодов из буфера соответствует порядку их записи в буфер — каждое чтение по адресу 0 автоматически перемещает указатель чтения буфера. В каждый момент времени DR содержит код символа по адресу указателя чтения буфера.

Флаги регистра управления CRустанавливаются и сбрасываются программно;

• 
  Флаг Е, будучи установленным, разрешает прием кодов в буфер. При Е = 0 контроллер игнорирует нажатие на клавиатуре, прием кодов в буфер не про­изводится. На считывание кодов из буфера флаг Е влияния не оказывает.
  
• 
  Флаг I, будучи установленным, разрешает при определенных условиях формирование контроллером запроса на прерывание. При 1 = 0 запрос на прерывание не формируется.
  
• 
  Флаг S = 1 устанавливает т. н. режим посимвольного ввода, иначе контроллер работает в обычном режиме. Флаг S устанавливается и сбрасывается программно, кроме того, S сбрасывается при нажатии кнопки Очистить буфер в окне Контроллер клавиатуры.
  

Условия формирования запроса на прерывание определяются:

• 
  с одной сторо­ны, значением флага разрешения прерывания I,
  
• 
  с другой — режимом работы контроллера.
  

В режиме посимвольного ввода запрос на прерывание форми­руется после ввода каждого символа (разумеется, при I = 1), в обычном режиме запрос будет сформирован по окончании набора строки.

Завершить набор строки можно, щелкнув по кнопке Завершить ввод в окне Контроллер клавиатуры (см. рис. 2). При этом:

• 
  устанавливается флаг го­товности Rd (ready) в регистре состояния SR.
  

Флаг ошибки Err (error) в том же регистре устанавливается при попытке ввода в буфер 51-го символа. Ввод 51-го и всех последующих символов блокируется.

Сброс флага Rd осуществляется автоматически при чтении из регистра DR, флаг Err сбрасывается программно.

Кроме того, оба эти флага сбрасываются при нажатии кнопки Очистить буфер в окне Контроллер клавиатуры; од­новременно со сбросом флагов производится очистка буфера — весь буфер, заполняется кодами 00h, а указатели записи и чтения устанавливаются на нача­ло буфера.

Для программного управления контроллером предусмотрен ряд командных слов:

• 
  все команды выполняются при записи по адресу регистра управления CR кодов с 1 в третьем разряде.
  

Контроллер клавиатуры интерпретирует следующие командные слова:

• 
  xxx 102 — очистить буфер (действие команды эквивалентно нажатию кноп­ки Очистить буфер);
  
• 
  ххх 102 — сбросить флаг Err в регистре SR;
  
• 
  ххх 103 — установить флаг S в регистре CR;
  
• 
  ххх 104 — сбросить флаг S в регистре CR.
  

Если по адресу 1 произвести запись числа ххх0nn, то произойдет изменение, 4-го и 5-го разрядов регистра CR по следующему правилу:

3. Дисплей.

Дисплей (рис. 3) представляет собой модель внешнего устройства, реали­зующую функции символьного дисплея. Дисплей может отображать симво­лы, задаваемые ASCII-кодами, поступающими на его регистр данных. Дис­плей включает:

• 
  видеопамять объемом 128 слов (ОЗУ дисплея);
  
• 
  символьный экран размером 8 строк по 16 символов в строке;
  
• 
  четыре программно-доступных регистра:
  
• 
  DR (адрес 0) — регистр данных;
  
• 
  CR (адрес 1) — регистр управления;
  
• 
  SR (адрес 2) — регистр состояния;
  
• 
  AR (адрес 3) — регистр адреса.
  

Рис. 3. Контроллер дисплея

Через регистры адреса AR и данных DR по записи и чтению осуществляется доступ к ячейкам видеопамяти.

При обращении к регистру DR по записи содержимое аккумулятора записывается в DR и в ячейку видеопамяти, адрес которой установлен в регистре AR.

Регистр управления CR доступен только для записи и содержит в 4-м и 5-м разрядах соответственно два флага:

• 
  Е — флаг разрешения работы дисплея; при Е=0 запись в регистры AR и DR блокируется;
  
• 
  А — флаг автоинкремента адреса; при А=1 содержимое AR автоматически увеличивается на 1 после любого обращения к регистру DR — по записи или чтению.
  

Изменить значения этих флагов можно, если записать по адресу CR (по умолчанию — 11) код ххх0nn, при этом изменение 4-го и 5-го разрядов регистра CR произойдет согласно условию (1).

Для программного управления дисплеем предусмотрены две команды, коды которых должны записываться по адресу регистра CR, причем в третьем раз­ряде командных слов обязательно должна быть 1:

• 
  xxx101 — очистить дисплей (действие команды эквивалентно нажатию кнопки Очистить в окне Дисплей), при этом очищается видеопамять (в каждую ячейку записывается код пробела — 032), устанавливается в 000 регистр адреса AR и сбрасываются флаги ошибки Err и автоинкремента А;
  
• 
  ххх102 — сбросить флаг ошибки Err.
  

Рис. 4. Окно обозревателя контроллера дисплея

Регистр состояния SR доступен только по чтению и содержит единственный флаг (в пятом разряде) ошибки Err. Этот флаг устанавливается аппаратно при попытке записать в регистр адреса число, большее 127, причем как в режиме прямой записи в AR, так и в режиме автоинкремента после обращения по ад­ресу 127.

Сбрасывается флаг Err программно или при нажатии кнопки Очи­стить в окне Дисплей (рис. 4).

4. Блок таймеров.

Блок таймеров (рис. 13) включает в себя три однотипных канала, каждый из которых содержит:

• 
  пятиразрядный десятичный реверсивный счетчик Т, на вход которого по­ ступают метки времени (таймер);
  
• 
  программируемый предделитель D;
  
• 
  регистр управления таймером CTR;
  
• 
  флаг переполнения таймера FT.
  

Регистры таймеров Т доступны по записи и чтению (адреса 1, 3, 5 соответст­венно для T1, T2, ТЗ).

Программа в любой момент может считать текущее содержимое таймера или записать в него новое значение.

На входы предделителей поступают общие для всех каналов метки времени CLK с периодом 1 мс.

Предделители в каждом канале программируются не­зависимо, поэтому таймеры могут работать с различной частотой.


Рис. 5. Блок таймеров.

Регистры управления CTR доступны для записи и чтения (адреса 2, 4, 6) и содержат следующие поля:

• 
  Т (разряд 5) — флаг включения таймера;
  
• 
  EI (разряд 4)— флаг разрешения формирования запроса на прерывание при переполнении таймера;
  
• 
  I/D (разряд 3) — направление счета (инкремент/декремент), при I/D = 0 таймер работает на сложение, при I/D = 1 — на вычитание;
  
• 
  k(разряды [1:2]) — коэффициент деления предделителя (от 1 до 99).
  

Флаги переполнения таймеров собраны в один регистр — доступный только на чтение регистр состояния SR, имеющий адрес 0. Разряды регистра (5, 4 и 3 для Tl, T2, ТЗ соответственно) устанавливаются в 1 при переполнении со­ответствующего таймера.

Для таймера, работающего на сложение, перепол­нение наступает при переходе его состояния из 99 999 в 0, для вычитающего таймера — переход из 0 в 99 999.

В окне обозревателя (рис. 6) предусмотрена кнопка Сброс, нажатие кото­рой сбрасывает в 0 все регистры блока таймеров, кроме CTR, которые уста­навливаются в состояние 001000. Таким образом,:

• 
  все три таймера обнуляют­ся, переключаются в режим инкремента,
  
• 
  прекращается счет,
  
• 
  запрещаются прерывания,
  
• 
  сбрасываются флаги переполнения
  
• 
  и устанавливаются коэффи­циенты деления предделителей равными 01.
  

Рис. 6. Окно обозревателя блока таймеров

Программное управление режимами блока таймеров осуществляется путем записи в регистры CTR соответствующих кодов.

Запись по адресу SR числа с 1 в третьем разряде интерпретируется блоком таймеров как команда, при­чем младшие разряды этого числа определяют код команды:

• 
  ххх100 — общий сброс (эквивалентна нажатию кнопки Сброс в окне обо­зревателя);
  
• 
  xxx101 — сброс флага переполнения таймера FT1;
  
• 
  ххх102 — сброс флага переполнения таймера FT2;
  
• 
  ххх103 — сброс флага переполнения таймера FT3.
  

5. Тоногенератор.

Модель этого простого внешнего устройства не имеет собственного обозре­вателя, содержит всего два регистра, доступных только для записи:

• 
  FR (адрес 0) — регистр частоты звучания (Гц);
  
• 
  LR (адрес 1) — регистр длительности звучания (мс).
  

По умолчанию базовый адрес тоногенератора — 30.

Сначала следует запи­сать в FR требуемую частоту тона в герцах, затем в LR — длительность зву­чания в миллисекундах.

Запись числа по адресу регистра LR одновременно является командой на начало звучания.