+:

1. Аппаратура практически не зависит от архитектуры процессора

2. Можно проектировать оборудование машины и разрабатывать устройство управления параллельно

3. Можно использовать перезаписываемую память в УУ – можно задавать свои быстрые команды

4. Эмуляция на микропрограммном уровне набора команд устаревшей архитектуры

–:

1. ПО разрабатывается под определенный набор команд, а при определении своего набора команд необходимо переделывать ПО

2. Низкая скорость по сравнению с жесткой логикой

3. Чем больше набор команд, тем больше слов микрокоманд и тем больше размер используемой памяти

Компактное представление микрокоманд

Общий формат микрокоманды: испонительная часть, адресная часть.

Экономия на исполнительной части заключается в том, что многие управляющие сигналы являются взаимоисключающими. Все множество сигналов управления разбивается на подмножества взаимоисключающих сигналов. Вместо k полей получается log₂k. Каждому полю присоединяется дешифратор.

Для экономии на адресной части:

• регистр микрокоманд заменяется счетчиком микрокоманд

• в некоторых случаях поле для кода операции используется под адрес

Устройства ввода-вывода

Классификация устройств ввода/вывода

Устройства ввода/вывода – функциональные части ЭВМ для выполнения операция ввода/вывода.

Классификация по функциональному назначению:

1. Устройства ввода

   • устройства ручного ввода – клавиатура, манипуляторы (мышь, джойстик), пульты

   • устройства непосредственного ввода – устройство распознавания речи, органы искусственного зрения, АЦП, устройства дискретного ввода (ввод состояний датчиков)

   • устройства ввода с носителя – перфоленты, перфокарты, магнитная лента, диск

   • устройства сопряжения с каналами связи – модемы, сетевые адаптеры

2. Устройства вывода

• устройства вывода, рассчитанные на восприятие человека – печатающие устройства, графопостроители

• непосредственный вывод – мониторы, панели, ЦАП, дискретные ключи, синтезаторы звуковых сигналов

• устройства вывода на промежуточный носитель – перфоратор, ленты, диски

• устройства вывода из канала связи – модемы, сетевые адаптеры

Все устройства могут быть встроенными и внешними.

Важный параметр – скорость обмена данными с устройством. Скорость зависит от:

физического принципа, заложенного в действие устройства

• от архитектуры устройства

• от интерфейса – какой вид сигналов и какой протокол обмена данными используется

Интерфейсы ввода/вывода

Общая схема подключения внешних устройств:

ВУ – внешнее устройство

УВУ – управление внешнем устройством, согласует ядро вычислительной машины и ВУ

Разделение ВУ и УВУ функциональное. Конструктивно УВУ находится в корпусе вычислительной машины.

Интерфейс ~ сопряжение. Различают 3 класса интерфейсов:

1. специальные (ориентированы на 1 тип устройства) – интерфейс монитора

2. широкого применения – ориентированы на определенный класс устройств (IDE, SCSI)

3. универсальные – возможно подключение любого типа устройств (USB)

Всякий интерфейс жестко специфицирован правилами:

1. Конструктивные требования (тип разъема, количество контактов, кабель)

2. Физические требования (тип сигналов, значение, форма, амплитуда импульсов)

3. Логические требования (порядок обмена сигналов в интерфейсе, порядок обмена сообщениями – протокол обмена)

По способу подключения ВУ к ЭВМ интерфейсы делят на :

• двухточечные (point-to-point, радиальные) – RS232, Centronics

• многоточечные (multipoint, магистральные) – SCSI, USB

Двухточечный интерфейс проще в реализации (всегда ясно с каким устройством работает машина), требования к электрическим сигналам меньше.

Магистральные интерфейсы хороши тем, что через одну карту можно подключать много различных устройств. С протокольной точки зрения множество интерфейсов должно быть индивидуализировано. Каждому из устройств присваевается идентификатор. Для работы с устройством сначала необходимо установить с ним связь, а затем передавать данные.

По количеству линий данных интерфейсы делят на:

последовательные – 1 линия, по которой передаются биты последовательно

параллельные – передаются байты по 8, 16 и т.д. бит; обеспечивают большую скорость

По режиму передачи данных интерфейсы делят на:

симплексные (однонаправленные) – возможна передача в одну сторону

• дуплексные (двусторонние) – передача в обе стороны

• полудуплексные – предусматривается возможность передачи в обе стороны, но поочередно (в один момент времени только в одном направлении)

По темпу передачи данных интерфейсы делят на:

синхронные – информация передается с постоянным временным интервалом

• асинхронные – темп может быть не постоянным

• комбинированные – например бит синхронно, байт асинхронно

RS232

Интерфейс RS232 широко применяется для подключения к компьютеру алфавитно-цифровых терминалов, низкоскоростных печатающих устройств, позиционных устройств ввода (мышь, планшет), низкоскоростного телекоммуникационного оборудования и т.д., а иногда и для соединения компьютеров между собой.

Интерфейс предусматривает использование 9- и 25-контактных разъемов.

RS232 – радиальный, последовательный, дуплексный, асинхронный интерфейс.

Поскольку интерфейс применяется для пердачи данных за пределы корпуса компьютера, то кроме линии передачи данных предусмотрен провод, передающий опорное напряжение.

В качестве логической 1 используется напряжение в диапазоне от –25 до –3 В, а в качестве 0 – в диапазоне от +3 до +25 В.

В интерфейсе используются 9 линий:

1. CD – carrier detect (признак несущей)

2. RxD – receive data (линия приема данных)

3. TxD – transmit data (линия передачи данных)

4. DTR – data terminal ready (разрешение передачи данных)

5. GND – ground (заземление)

6. DSR – data set ready (разрешение приема данных)

7. RTS – request to send (запрос на передачу)

8. CTS – clear to send (готов к передаче)

9. RI – ring indicator (индикатор вызова)

Обмен данными осуществляется кадрами, состоящими из стартового бита, нескольких битов данных (младший бит передается первым), возможно – контрольного бита четности, и 1 или 2 стоповых битов.

Минимальная скорость передачи – 300 бит/с, последующие допустимые скорости получаются удвоением предыдущей – 600 бит/с, 1200 и т.д.

Centronics

Применяется для подключения печатающих устройств.

Интерфейс специализированный, радиальный, параллельный, симплексный.

Особенности:

• длина соединительных кабелей до 2 м

• темп передачи определяется типом строба

• печатающее устройство регулирует темп обмена

• регулирование потока данных на сигнальном уровне (ACK/BUSY)

• сопрягаемое устройство должно использовать внешний источник питания

Имеет 36 линий:

• D0D7 – 8-разрядная шина данных

• STROBE – сигнал стробирования данных (синхронный обмен)

• ACK – сигнал подтверждения принятия данных и готовности приемника принять следующие данные (асинхронный обмен)

• BUSY – сигнал занятости устройства обработкой полученных данных и неготовности принять следующие данные

• AUTOFEED – сигнал автоматического перевода строки

• PE – сигнал конца бумаги

• SELECT – сигнал готовности приемника (с его помощью устройство говорит о том. Что оно готово к работе)

• SELECTIN – сигнал устройству о том, что оно выборано и последует передача данных

• ERROR – сигнал ошибки принтера

• INIT – сигнал инициализации принтера

• GND0GND19

Перед началом цикла передачи данных компьютер должен убедиться, что сняты сигналы BUSY и ACK. После этого выставляются данные, формируется строб, и снимаются данные. Принтер должен успеть принять данные с выбранным темпом. При получении строба принтер формирует сигнал BUSY, а после окончания обработки данных выставляет сигнал ACK, снимает BUSY и снимает ACK. Затем может начинаться новый цикл.

SCSI

SCSI – Small Computer System Interface

Рассчитан на подключение к компьютеру высокоскоростных устройств (печатающее устройство, CD-ROM, сканер, накопитель).

Интерфейс магистральный, параллельный, полудуплексный, асинхронный. Количество линий: 8, 16 (wide SCSI), 32 (ultra wide SCSI).

Скорость передачи данных до 160 Мбит/с.

Возможно подключение до 8 устройств. Для каждого устройства определяется индивидуальный номер.

Обмен данными производится кадрами, которые могут содержать команды, данные, информацию о состоянии устройства. Каждый кадр содержит адрес отправителя и получателя. Данные и управляющая информация об устройствах передается по тем же линиям.

Порядок передачи данных: выбор устройства, передача данных, анализ состояния.

Большая часть протокола обмена реализуется в интерфейсной карте.

USB

USB – Universal Serial Bus

Интерфейс магистральный, последовательный, полудуплексный.

Скорость обмена до 480 Мбит/с. Возможно подсоединение до 127 устройств.

У каждого устройства есть идентификационный код: тип устройства + заводской номер. При подключении к интерфейсу контроллер USB каждому устройству присваивает определенный номер.

Для подключения используется 4-проводной кабель: питание +5В, сигнальные провода D+ (передача данных по шине) и D– (прием данных по шине), общий провод.

Данные передаются в виде пакетов. Последовательность передачи: передача пакета-признака, передача пакета данных, передача пакета согласования.

Интерфейс USB соединяет между собой хост и устройства. Хост находится внутри компьютера и управляет работой всего интерфейса. Для того, чтобы к одному порту USB можно было подключать более одного устройства, применяются хабы. Корневой хаб находится внутри компьютера и подключен непосредственно к хосту. Интерфейс может содержать 7 уровней: на первом уровне находится хост и корневой хаб, а на последнем – только устройства.

Интерфейс ввода/вывода ЕС ЭВМ

Обмен данными между процессором и ВУ осуществляется через каналы и систему стандартного сопряжения с внешними устройствами.

Используются 2 типа каналов – селекторный (обмен осуществляется поочередно только с одним из подключенных к нему ВУ) и мультиплексный (одновременный обмен с несколькими ВУ).

В большинстве случаев применяется система коллективных шин (см.рис.10-7 стр.353).

Физически интерфейс – совокупность шин и схем формирования сигналов, проходящих по шинам.

Каждому ВУ присваивается свой номер – 8-разрядное число. Приоритет задается порядком присоединения ВУ к интерфейсу.

В каждый момент времени только одно ВУ может быть логически связано с интерфейсом. Если 2 или более ВУ требуют обслуживания, то из них выбирается одно с большим приоритетом.

ВУ подсоединяются к интерфейсу через УВУ. УВУ могут быть групповыми и индивидуальными. Несколько ВУ могут подсоединяться к нескольким УВУ через коммутатор. При этом ВУ может работать с любым свободным на данный момент УВУ.

Информация, передаваемая через интерфейс: информация передается побайтно параллельным кодом. От канала через интерфейс передаются выводимые байты данных, управляющие сигналы, № ВУ. От УВУ в канал идут вводимые байты данных, № ВУ, коды состояния.

Организация сеанса связи: сеанс связи может быть начат как по инициативе канала, так и по инициативе ВУ. В 1-м случае канал передает на шину интерфейса № ВУ, все ВУ сравнивают этот № и ВУ с таким № логически подсоединяется к интерфейсу. Во 2-м случае ВУ посылает в канал сигнал требования на обслуживание и после подтверждения приема передает на шину свой №..

Системы обмена

Различают 2 способа организации обмена данными между памятью и ВУ:

• процессорный ввод/вывод – данные между памятью и ВУ пересылаются через процессор (обмен по опросу, обмен по прерыванию)

• внепроцессорный ввод/вывод – осуществляется непосредственный обмен данными между памятью и ВУ, без участия процессора (контроллерный обмен, обмен с использованием процессора ввода/вывода)

В первом случае обмен осуществляется при непосредственном участии и под управлением процессора. Обмен данными с ВУ производится с использованием команд процессора. Передача данных осуществляется через регистры процессора.

Операция ввода/вывода инициируется командой программы или запросом на прерывание от ВУ.

Обмен по опросу

~ программируемый обмен, polling. Например: