К. Хамахер, З. Вранешич, С. Заки - Организация ЭВМ - 5-е издание (2003) (1114649), страница 65
Текст из файла (страница 65)
4.26 и 4.27: каждое изменение сигнала на линии Мазгег-геабу происходит только после изменения сигнала на линии 51аче-геайу и наоборот. В случае синхронной шины тактовый период должен включать задержку ва распространение сигнала только в одном направлении. Благодаря этому пересылка выполняется быстрее. Для более медленных устройств, как уже было сказано, используются дополнительные тахты. Поэтому высокоскоростные шины большинства современных компьютеров имеют синхронную архитектуру. 4.6. Интерфейсные схемы Интерфейс устройства ввода-вывода представляет собой схему, соединяющую устройство с шиной компьютера. По одну сторону этой схемы расположены сигналы шины для адреса и данных, а также управляющие сигналы, по другую сторону, называемую портном, — линии для передачи данных и управляющих сигналов между интерфейсом и устройством ввода-вывода.
Порт может быть параллельным или последовательным. Параллельный порт одновременно пересылает от устройства нли к устройству группу битов данных, обычно 8 или 16. Последовательный порт пересылает данные по одному биту за раз. Взаимодействие с шиной в обоих случаях осуществляется по одному принципу, а взаимопреобразование последовательного и параллельного форматов выполняется внутри интерфейсной схемы. В случае параллельного порта для соединения между устройством и компьютером используется многоконтактный разъем и кабель с соответствующим количеством проводов, как правило, плоский. Схемы на обоих концах относительно просты, поскольку им не нужно выполнять взаимопреобразование последовательного и параллельного форматов данных.
Это удобно для устройств, которые физически располагаются близко от компьютера. Если же расстояние от компьютера до устройства достаточно велико, скорость передачи данных резко снижается из-за сдвига сигнала, о котором упоминалось в предыдущем разделе. Поэтому, если требуется длинный кабель, гораздо удобнее и дешевле использовать последовательный формат. О последовательных форматах передачи данных мы подробно поговорим в главе 10. Прежде чем перейти к обсуждению примера интерфейсной схемы, давайте еше раз перечислим функции интерфейса ввода-вывода. Согласно разделу 4.1, интерфейс ввода-вывода выполняет следующие функции. + предоставляет буфер для хранения как минимум одного слова данных (или одного байта, как в случае байт-ориентированных устройств); + содержит доступные процессору флаги состояния, по которым тот может определить, заполнен буфер (в случае ввода данных) или он пуст (в случае вывода); + содержит схему декодирования адреса, позволяющую устройству определить, когда оно адресуется процессором; 278 Глава 4.
Ввод-вывод + генерирует тактовые сигналы, необходимые для функционирования схе- мы управления шиной; + выполняет преобразование формата, если таковое требуется для пересылки данных между шиной и устройством ввода-вывода (например, преобразование из параллельного формата в последовательный, необходимое для отправки данных через последовательный порт). 4.6.1.
Параллельный порт В данном разделе важнейшие аспекты архитектуры интерфейсных схем будут рассмотрены на конкретных примерах. Сначала мы обсудим схемы для 8-разрядных входного и выходного портов, затем, объединив эти две схемы, покажем, какой должна быть структура интерфейса 8-разрядного параллельного порта общего назначения. При этом будет сделано предположение, что интерфейсная схема соединена с 32-разрядным процессором, использующим ввод-вывод с отображением в памяти и асинхронный шинный протокол, принцип действия которого показан на рис.
4.26 и 4.27. Кроме того, мы покажем, как модифицировать полученную схему для синхронного шинного протокола, представленного на рис. 4.25. О том, какие аппаратные компоненты необходимы для соединения клавиатуры с процессором, можно судить по рис. 4,28. Типичная клавиатура содержит механические ключи, которые в нормальном состоянии открыты. Когда нажимается одна из клавиш, ее ключ замыкается, создавая соединение для прохождения электрического сигнала.
Этот сигнал обнаруживается кодирующей схемой, которая генерирует АБСП-код соответствующего символа. Недостатком кнопочных ключей является то, что при нажатии кнопки контакт дребезжит. И хотя такое дребезжзние обычно длится 1-2 мс, этого достаточно, чтобы компьютер воспринял одно нажатие клавиши как несколько последовательных электрических событий. Другими словами, одно нажатие клавиши может быть ошибочно интерпретировано компьютером как несколько быстрых нажатий и отпусканий. Эффект дребезжания можно устранить одним из двух способов: с помощью простой специальной схемы вли программным путем. Когда применяется второй способ, программа ввода-вывода считывающая символ с клавиатуры, просто ждет, пока контакт не прекратит дребезжать. Аппаратное решение — входящая в состав блока кодирования схема, способная устранить данное явление, — показано на рис.
4.28. Рис. 4.2В. Схема соединения клавиатуры с пРоцессором 4.6. Интерфейсные схемы 278 Выходной сигнал схемы кодирования состоит из набора битов, представляющего закодированный символ, и одного управляющего сигнала, называемого Ъ'а?Ы и указывающего, что клавиша нажата. Эта информация направляется интерфейсной схеме, которая содержит регистр данных ?ЗАТА?Х и флаг состояния 5?Х. При нажатии клавиши сигнал тта1?г? изменяется с О на 1, в результате чего А5С?1-код символа загружается в регистр ??АТА?Х, а флаг 5?Х устанавливается в 1. После того как процессор прочитает содержимое регистра РАТА?Х, этот флаг будет очищен.
Интерфейсная схема соединена с асинхронной шиной, по которой данные пересылаются в процессор с использованием сигналов Маз~ег-геаг?у и Б?ауе-геаг?у ?рис. 4.26). Третья управляющая линия, К/В, предназначена для различения операций чтения и записи. Рассмотрим интерфейсную схему (рис. 4.29). РАТА?Ь? Р7 ые натуры РО Яатегеаду Кггттг Маегег геа ?у А1 АО Рис. 4.29. Интерфейсная схема ввода 280 Глава 4. Ввод-вывод Выходные линии регистра ВАТА1Х соединяются с линиями шины данных прн помощи повторителей с тремя состояниями, которые включаются, когда процессор генерирует команду чтения с адресом этого регистра. Сигнал 31Х генерируется схемой флага состояния.
Данный сигнал тоже подается на шину через повторитель с тремя состояниями. Он соединяется с битом РО и выглядит как нулевой разряд регистра состояния. Другие разряды этого регистра не содержат полезной информации. Декодер адреса предназначен для выбора интерфейса устройства ввода. Адрес используется в том случае, если один из назначенных интерфейсу адресов совпадает со старшими 31 разрядами адреса на шине. Адресный разряд АО определяет, какой из регистров следует прочитать в ответ на активизацию сигнала Мазгег-геабу; регистр данных или регистр состояния. Аналогичным образом активизируются сигналы Кеат1-т1ата и Кеат1-зтагцз. Квитирование выполняется путем активизация сигнала 31ате-геаду, когда значение йеад-т1ага или Кеаб-згагнз равно 1.
На рис. 4.30 представлен один из возможных вариантов реализации схемы флага состояния. Управляемый фронтом сигнала П-триггер устанавливается в 1 передним фронтом сигнала на линии Ча11Й. Это событие изменяет состояние защелки ИЛИ-НЕ таким образом, что значение флага 31Х становится равным 1. Пока флаг 31Х считывается процессором, состояние этой защелки не изменяется. Флаг 31Х может быть установлен только в том случае, если сигнал Мазгег-геабу равен О. Когда сигнал Кеаг1-г1ата активизируется для чтения регистра ПАТА1Х, значения триггера и защелки сбрасываются в О. неай-г1ага Мазгег-геабу рис. 4.30. Схема блока формирования флага состояния, показанного на рис. 4.29 Теперь давайте рассмотрим интерфейс выходного устройства, который может использоваться для подключения, скажем, принтера (рис.
4.31). Принтер работает 4.6. Интерфейсные схемы 281 под управлением сигналов квитирования Ча11Й и 161е, роль которых подобна роли сигналов Мазсег-геат(у и 51аче-геас1у. Когда принтер готов принять символ, он помешает на шину сигнал 161е. После этого интерфейсная схема может поместить на линии данных новый символ и активизировать сигнал Ча1!т1. В ответ принтер начинает печатать новый символ и удаляет сигнал 161е, что, в свою очередь, вызывает удаление интерфейсом сигнала Ча1п1.
Рис. 4.31. Схема соединения процессора и принтера Интерфейс имеет регистр данных РАТАО(7Т и флаг состояния 50(7Т. Флаг устанавливается в 1, если принтер готов принять очередной символ, и очищается, когда новый символ загружается процессором в регистр РАТАО(7Т. Реализация этого интерфейса показана на рис. 4.32. Принцип действия данной схемы аналогичен принципу действия схемы, приведенной на рис. 4.29. Единственным важным рззличием между ними является схема интерфейса, разработку которой мы оставляем за читателем в качестве полезного упражнения. Рассмотренные нами интерфейсы ввода и вывода можно объединить в один (рис. 4.33). Этот общий интерфейс задается 30 старшими разрядами адреса. Для выбора одного из трех адресуемых регистров интерфейса (двух регистров данных н регистра состояния) предназначены адресные линии А1 и АО.
В регистре состояния содержатся флаги 31Х и БОРТ, которым соответствуют разряды 0 и 1. Входы А1 и АО мы обозначаем как КВО и К51 (от Кей1зтег Ве1есь — выбор регистра), показывая таким образом, для чего они используются. Предлагаемая схема имеет раздельные входные и выходные линии данных для соединения с устройством ввода-вывода. Если линии данных, ведущие к устройству ввода-вывода, являются двунаправленными, параллельный порт получается более гибким.
На рис. 4.34 представлена универсальная схема параллельного интерфейса, которую можно конфигурировать множеством способов. Линии от Р7 до РО могут использоваться как для ввода, так и для вывода данных. С целью обеспечения большей гибкости схема даже позволяет использовать часть линий только для ввода„а остальные линии — только для вывода. Выбор линий осуществляется программным путем. Регистр РАТАОПТ соединяется с указанными линиями через повторители с тремя состояниями, которые управляются регистром, определяющим направление передачи данных РРК (Рата Р(гесгюп Кей1зтег).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
