Организация ввода вывода в микропроцессорной системе
 Скачать 343 Kb.
|
|
Г лава 5. Организация ввода/вывода в МП системах Глава 5Организация ввода – вывода в микропроцессорной системеКаждое внешнее устройство должно быть связано с помощью интерфейса с шиной данных микропроцессорной системы так, чтобы данные могли быть переданы командами программы между этим устройством и микропроцессором. Каждый интерфейс устройства ввода/вывода должен быть адресуемым и отвечать на сигналы шины управления микропроцессора. Наиболее общий подход состоит в том, чтобы использовать один или большее количество регистров в интерфейсе устройства как буферы между устройством и процессором. Мы знаем эти буферные регистры как порты. Данные, посланные внешнему устройству, записываются сначала в регистр в интерфейсе устройства, откуда они уже передаются внешнему устройству. Аналогично процессор обращается к данным, пересылаемым от внешнего устройства, читая регистр в интерфейсе устройства. Мы будем делить интерфейсы на пользовательские и стандартные. Интерфейсы делятся также по способу передачи данных на параллельные и последовательные. Чтобы облегчить и ускорить процесс обмена данными между микропроцессорной системой и внешними устройствами, часто используются специальные режимы обмена данными. Это режимы прерывания и прямого доступа к памяти. 5.1. Схемотехника и программирование пользовательских интерфейсовУстройство, которое дополнительно подключено к микропроцессорной системе для поддержки ввода/вывода данных, а также временного и архивного хранения данных, называется периферийным (или внешним) устройством. Микропроцессорные системы без внешних устройств (клавиатура, дисплей, накопители информации на магнитных носителях, принтер) оказываются бесполезными. Поэтому разработчики вычислительных систем уделяют большое внимание организации взаимодействия системы с внешними устройствами. Основное требование при этом – надежная, без потерь передача информации. Аппаратные средства и программное обеспечение, необходимые для связи периферийных устройств с микропроцессорной системой называются интерфейсом. Аппаратные средства интерфейса включают сигналы обмена данными а также оборудование, обеспечивающее этот обмен. Порядок следования сигналов во времени называется протоколом обмена. Интерфейсы принято делить на магистральные и радиальные. Магистральным называется такой интерфейс, к которому подключаются одновременно несколько устройств. Такой интерфейс обычно используется для связи блоков самой вычислительной системы. Для связи микропроцессорной системы и внешнего устройства используется обычно радиальный интерфейс (для каждого внешнего устройства используется свой канал связи). По протоколу обмена интерфейсы делят на параллельные и последовательные. Стандартные интерфейсы общего применения обычно ориентированы на байтовый (восьмибитовый) обмен информацией. В параллельном интерфейсе байт данных передается по восьми линиям одновременно, а в последовательном по одной линии бит за битом последовательно. Естественно, под линией здесь понимается два провода (информационный и общий). Интерфейс ввода-вывода данных должен иметь специальные регистры для промежуточного хранения данных. Данные сначала записываются процессором в этот регистр, а затем периферийное устройство получает их. Микропроцессорная система может иметь много таких регистров, и процессор должен иметь возможность их адресовать. Имеются два способа отображения этих регистров в адресном пространстве микропроцессорной системы. Во-первых, регистры могут составлять часть пространства адресов памяти системы. В этом случае регистры доступны как обычные ячейки оперативного запоминающего устройства. Все микропроцессорные команды, которые работают с памятью, могут работать и с регистрами ввода/вывода. Чтение и запись в регистры стробируются сигналами управления микропроцессора, предназначенными для управления памятью. Недостаток этого пути – уменьшение объема памяти, доступного для хранения данных. Второй способ адресации регистров состоит в использовании отдельного адресного пространства для отображения регистров ввода/вывода. В этом случае регистры называются портами ввода/вывода. Для записи и чтения информации из портов ввода/вывода используются специальные команды микропроцессора. Для микропроцессора 8086, например, имеются команды IN и OUT. Кроме того, микропроцессор использует для управления портами ввода/вывода иные сигналы, чем для управления ячейками памяти. Пример схемы пользовательского интерфейса показан на рис.5.1. На рисунке показано подключение светодиода (VD1) к шинам микропроцессорной системы. Светодиод в данной схеме рассматривается как периферийное устройство. В качестве порта вывода используется D-триггер. Логическая схема определяет адрес этого порта. Информация, которая записывается в порт, стробируется сигналом IOWC. В данном примере использован второй способ адресации портов ввода/вывода.  |