ПРОМЕЖУТОЧНЫЙ ИНТЕРФЕЙС - Конспект Лекций, раздел Компьютеры, ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЕ МАШИНЫ ОДНОПРОЦЕССОРНЫЕ ЭВМ К Процессору Микроэвм Обычно Подключается Достаточно Много Пу. Это Клавиатура...
К процессору микроЭВМ обычно подключается достаточно много ПУ. Это клавиатура, индикаторы, печатающие устройства, накопители, различные датчики и исполнительные устройства систем управления и т.д. ПУ свойственны различное быстродействие, различный набор управляющих сигналов, различные электрические параметры, т.е. их внутренний интерфейс (интерфейс ПУ), как правило, не совместим с системным интерфейсом микроЭВМ. Для сопряжения микроЭВМ с ПУ приходится использовать промежуточный интерфейс, поддерживаемый с обеих сторон специальными адаптерами (ППУ), т.е. между системным интерфейсом микроЭВМ и внутренним интерфейсом ПУ вводится промежуточный интерфейс последовательной или параллельной передачи данных (рис. 7.3). В принципе, каждое ПУ может иметь свой промежуточный интерфейс. Однако для упрощения и унифицирования аппаратуры сопряжения целесообразно использовать единый стандартный промежуточный интерфейс. Используя один и тот же стандартный промежуточный интерфейс последовательной или параллельной передачи данных к микроЭВМ, можно подключать различные ПУ.
Разнообразие ПУ и, прежде всего, их различное быстродействие (например, клавиатура и НМД) не позволяют в реальных микроЭВМ использовать только один тип промежуточного стандартного интерфейса. Между тем каждый из используемых в реальных микроЭВМ стандартных промежуточных интерфейсов позволяет подключать достаточно большие группы ПУ.
| |
| |  |
При дальнейшем изложении материала под стандартными промежуточными интерфейсами будут пониматься только два типа интерфейсов, которые можно назвать классическими – это последовательный интерфейс RS-232C и параллельный интерфейс CENTRONICS. Адаптеры указанных интерфейсов серийно выпускаются в виде БИС программируемых ППУ и могут использоваться с различными микропроцессорными комплектами. Так, в первом отечественном микропроцессорном комплекте КР580 (прототипом является микропроцессорный комплект фирмы Intel I8080) присутствуют два типа программируемых ППУ – КР580ВВ51 (прототип I8251) и КР580ВВ55 (прототип I8255), являющиеся соответственно адаптерами последовательного и параллельного интерфейсов. (Более подробно принципы последовательной и параллельной передачи данных, а также указанные ППУ рассматриваются в п. 8). Аналогичные ППУ присутствуют и в современных микропроцессорных комплектах. Например, ППУ UPD71051C и UPD71055 фирмы NEC или микросхемы серий 8211 и 8250/1645/16550 и их модификации фирмы Intel.
Наличие стандартного промежуточного интерфейса создает удобство в подключении различных ПУ к микроЭВМ. Однако этого недостаточно для ведения операций обмена с конкретным ПУ. Для каждого ПУ необходима специальная программа, которая, используя стандартный промежуточный интерфейс, будет вести обмен с конкретным ПУ. Такие программы называют драйверами устройств. Обычно они входят в состав операционной системы.
Таким образом, в системах ввода/вывода современных микроЭВМ можно выделить, как минимум два уровня сопряжения ПУ с процессором и памятью. На первом уровне ППУ сопрягаются с процессором и памятью через системный интерфейс микроЭВМ, который комплексирует отдельные устройства микроЭВМ в единую вычислительную систему. На втором уровне сопряжения ППУ микроЭВМ посредством шин связи соединяются с аналогичными ППУ соответствующих ПУ, т.е. реализуется стандартный последовательный или параллельный промежуточный интерфейс.
Современные ПУ являются, как правило, сложными функциональными устройствами, для управления которыми одних драйверов устройств оказывается недостаточно. Драйверы могут оказаться недопустимо громоздкими и требовать больших вычислительных затрат со стороны центрального процессора. Кроме того, оперативность управления только через драйвер для быстродействующих ПУ может оказаться недостаточной. В связи с этим в состав сложных ПУ всегда входят специальные устройства управления, называемые контроллеры ПУ.
Следует отметить, что понятие "контроллер ПУ" охватывает очень широкий круг устройств. Контроллеры современных ПУ, таких как видеосистемы, жесткие диски и т.п., представляют собой сложнейшие устройства, имеющие собственные процессоры и память, т.е. являются специализированными микроЭВМ с соответствующим программным обеспечением. В то же время контроллером ПУ может быть и достаточно простое устройство, состоящее из нескольких логических схем. В ряде случаев контроллер ПУ может вообще отсутствовать. Тогда работой ПУ полностью управляет драйвер устройства, а сигналы, поступающие через промежуточный интерфейс, непосредственно воздействуют на узлы ПУ. Необходимо иметь в виду, что в функции контроллеров современных сложных ПУ входит не только организация операций обмена с ядром ЭВМ, но и управление функционированием ПУ в целом, например все действия, связанные с организацией системы физических записей на жестком диске.
При наличии контроллера, что характерно для большинства современных ПУ, управляющие сигналы и данные, переданные по промежуточному интерфейсу от микроЭВМ, первоначально поступают в контроллер ПУ и подвергаются соответствующей обработке. Это обстоятельство отражено на схеме включения промежуточного интерфейса (см. рис. 7.3), где адаптер промежуточного интерфейса является как бы частью контроллера ПУ. Передача данных и сигналов состояния от ПУ к микроЭВМ также происходит под управлением контроллера ПУ.
Подсистемы ввода/вывода больших ЭВМ имеют гораздо более сложную, многоуровневую иерархическую структуру интерфейсов, управляемую специализированными канальными процессорами. Подобные подсистемы обеспечивают обмен данными с множеством сложных устройств, таких как дисковые массивы, графические станции, серверы баз данных, другие ЭВМ, удаленные терминалы и т.п. Их описание выходит далеко за рамки настоящего раздела.
При дальнейшем изложении материала предполагается простейший случай двухуровневой системы сопряжения ПУ и ядра микроЭВМ с использованием одного стандартного промежуточного интерфейса.
Все темы данного раздела:
ЧАСТЬ 2
Настоящий конспект лекций продолжает материал, изложенный в первой части. Конспект посвящен изучению основ организации и функционирования ЭВМ в целом и ее отдельных узлов, взаимодей
ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ УСТРОЙСТВ ВНУТРЕННЕЙ ПАМЯТИ
Памятью ЭВМ называют совокупность устройств, служащих для запоминания, хранения и выдачи информации. Отдельные устройства, входящие в эту совокупность, называются запоминающими устройствами или пам
СТРУКТУРА ПАМЯТИ ЭВМ
Классическая пятиблочная структура Неймана, рассмотренная ранее, предполагала наличие только одного устройства памяти – ОП. Однако современные ЭВМ имеют иерархическую структуру памяти, каждый урове
АДРЕСНАЯ ПАМЯТЬ
В памяти с адресной организацией размещение и поиск информации в ЗМ основаны на использовании адреса хранения единицы информации, которую в дальнейшем для краткости будем называть словом. Ад
АССОЦИАТИВНАЯ ПАМЯТЬ
В памяти этого типа поиск информации происходит не по адресу, а по ее содержанию. Под содержанием информации в данном случае понимается не смысловая нагрузка лежащего на хранении в ячейке памяти сл
СТЕКОВАЯ ПАМЯТЬ (МАГАЗИННАЯ)
Стековая память, так же как и ассоциативная, является безадресной. Стековая память может быть организована как аппаратно, так и на обычном массиве адресной памяти.
В случае аппаратной реал
СТРУКТУРЫ АДРЕСНЫХ ЗУ
Адресные ЗУ наиболее широко используются в современных ЭВМ для построения самых разнообразных устройств памяти. В процессе эволюции ЭВМ принципы построения и аппаратная реализация данных ЗУ прошли
ЗУ ТИПА 2D
Организация ЗУ типа 2D обеспечивает двухкоординатную выборку каждого ЗЭ ячейки памяти. Основу ЗУ составляет плоская матрица из ЗЭ, сгруппированных в 2k ячеек по n разрядов. Обращение к я
ЗУ ТИПА 3D
Для построения ЗУ больших объемов используют другую схему и другие типы ЗЭ, которые имеют не один, а два конъюнктивно связанных входа выборки. В этом случае адресная выборка осуществляется только п
ЗУ ТИПА 2D-М
В ЗУ типа 2D-M ЗМ для записи n-разрядных двоичных чисел состоит из n плоских матриц для одноименных разрядов всех чисел, что имеет место в ЗУ типа 3D. Однако процесс записи и считывания информации
ЗЭ НА ФЕРРИТОВЫХ КОЛЬЦАХ
Памяти на магнитных (ферритовых) сердечниках с прямоугольной петлей гистерезиса появились в начале 50-х годов и сыграли большую роль в увеличении объемов ОП и производительности ЭВМ. Однако появивш
ЗЭ НА ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ЭЛЕМЕНТАХ
Абсолютное большинство ЗУ внутренней памяти современных ЭВМ (а в универсальных ЭВМ общего назначения – 100%) построено на полупроводниковых ЗЭ. По сравнению с другими типами ЗЭ полупроводниковые ЗЭ
ПОСТОЯННЫЕ ЗУ (ПЗУ, ППЗУ)
Постоянные ЗУ в рабочем режиме ЭВМ допускают только считывание хранимой информации. В зависимости от типа ПЗУ занесение в него информации производится или в процессе изготовления, или в эксплуатаци
ФЛЭШ-ПАМЯТЬ
Флэш-память (flash-memory) по типу запоминающих элементов и основным принципам работы подобна памяти типа EEPROM (ППЗУ) с электрическим перепрограммированием. Однако ряд архитектурных и структурных
КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ
1. На листах ответа должны быть указаны номер группы, фамилия студента и номер его варианта.
2. Номера вопросов выбираются студентом в соответствии с двумя последними цифрами в его зачетно
ОБЩИЕ ЗАМЕЧАНИЯ
При рассмотрении работы процессора подчеркивалось, что информация о том, какую машинную операцию надо выполнить в данный момент, над какими операндами и куда поместить результат, задается машинн
ВОЗМОЖНЫЕ СТРУКТУРЫ МАШИННЫХ КОМАНД
Процесс эволюции ЭВМ и расширение сферы их целевого использования, совершенствование аппаратного и программного обеспечения ЭВМ привели к созданию машинных команд очень сложной структуры. Однако, е
СПОСОБЫ АДРЕСАЦИИ
Определимся с терминами, которые будут использоваться ниже.
Адресный код (АК) – это информация об адресе операнда, содержащаяся в команде.
Исполнительный адрес (АИ)
КОМАНДЫ ПЕРЕДАЧИ УПРАВЛЕНИЯ
Ранее уже отмечалось, что порядок выполнения команд может быть естественным и принудительным. При естественном порядке после выполнения очередной команды выбирается команда, расположенная в следующ
КОМАНДЫ БЕЗУСЛОВНОГО ПЕРЕХОДА (БП)
Общая структура команды безусловного перехода изображена на рис. 5.11. При исполнении этой команды переход осуществляется всегда независимо от каких-либо условий.
КОМАНДЫ УСЛОВНОГО ПЕРЕХОДА (УП)
В этом случае адрес следующей команды зависит от выполнения некоторого условия. Обычно если условие выполняется, то происходит передача управления. Если условие не выполняется, то берется следующая
КОМАНДЫ ПЕРЕХОДА НА ПОДПРОГРАММУ
Подпрограмма представляет собой фрагмент программы, обращение к которому может иметь место в любой точке главной программы. Для перехода к подпрограмме в ЭВМ существуют команды безусловного
ИНДЕКСАЦИЯ
Характерным моментом в процессе переработки информации в ЭВМ является цикличность вычислительных процессов, при которых одни и те же операции могут выполняться над различными операндами, расположен
КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ
1. На листах ответа должны быть указаны номер группы, фамилия студента и номер его варианта.
2. Номера вопросов выбираются студентом в соответствии с двумя последними цифрами в его зачетно
ПРИНЦИПЫ ОРГАНИЗАЦИИ СИСТЕМ ПРЕРЫВАНИЯ ПРОГРАММ
В процессе выполнения программ внутри ЭВМ или во внешней среде могут возникнуть события, требующие немедленной реакции со стороны процессора. Реакция состоит в том, что процессор прерывает обработк
ХАРАКТЕРИСТИКИ СИСТЕМ ПРЕРЫВАНИЯ
Эффективность систем прерывания ЭВМ может оцениваться по весьма многочисленным характеристикам, которые отражают особенности их технической реализации. Однако для изучения общих принципов построени
ВОЗМОЖНЫЕ СТРУКТУРЫ СИСТЕМ ПРЕРЫВАНИЯ
Конкретные технические реализации систем прерывания имеют множество вариантов и зависят от типа используемого процессора, структуры системного интерфейса, целевого назначения ЭВМ. В то же время все
ОРГАНИЗАЦИЯ ПЕРЕХОДА К ПРЕРЫВАЮЩЕЙ ПРОГРАММЕ
Конкретные реализации процедур перехода к прерывающей программе во многом зависят от структуры системы прерывания и типа используемого процессора. Между тем можно сформулировать некоторые общие при
РЕАЛИЗАЦИЯ ФИКСИРОВАННЫХ ПРИОРИТЕТОВ
Рассмотрим только простейший случай установки приоритетных соотношений, состоящий в том, что уровень приоритета определяется порядком присоединения ЛЗП к входам системы прерывания, т.е. разрядам Рг
РЕАЛИЗАЦИЯ ПРОГРАММНО-УПРАВЛЯЕМЫХ ПРИОРИТЕТОВ
Существуют три основных метода реализации в ЭВМ систем программно-управляемых приоритетов – порог прерывания, маска прерывания и смена приоритетов. Первый используется, в основ
КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ
1. На листах ответа должны быть указаны номер группы, фамилия студента и номер его варианта.
2. Номера вопросов выбираются студентом в соответствии с двумя последними цифрами в его зачетно
ПРОСТЕЙШАЯ МИКРОЭВМ
В зависимости от целевого назначения и используемого процессора ЭВМ существенно различаются по своим вычислительным возможностям, размерам, стоимости конструкции. Несмотря на то что принципы функци
СИСТЕМНЫЙ ИНТЕРФЕЙС МИКРОЭВМ. ЦИКЛ ШИНЫ
Современные процессоры конструктивно выполняются либо в виде одной БИС (СБИС), либо в виде нескольких БИС, установленных на плате модуля процессора в непосредственной близости друг от друга. Кроме
МП С ФИКСИРОВАННОЙ СИСТЕМОЙ КОМАНД
В п. 3 уже рассматривались принципы функционирования элементарного гипотетического микропроцессора (термин "микропроцессор" и "процессор" далее используются как синонимы). Между
РЕГИСТРЫ ДАННЫХ
Для хранения участвующих в операции данных предусмотрены семь 8-разрядных регистров. РгА, называемый аккумулятором, предназначен для обмена информацией с памятью и ПУ, т.е. его содержимое может бы
РЕГИСТР ПРИЗНАКОВ
Ранее отмечалось, что РгП называют еще регистром флажков и обозначают часто буквами Ф или F. Это 8-разрядный регистр, в котором используются только 5 разрядов. Он предназначен для хранения ряда при
МП С ТОЧКИ ЗРЕНИЯ ПРОГРАММИСТА
С точки зрения пользователя, реализация физических процессов, протекающих в микросхеме, не представляет особого интереса, как и физическая реализация отдельных узлов МП. В распоряжение пользователя
МП-УСТРОЙСТВО НА ОСНОВЕ МП КР580ВМ80А
Упрощенная структурная схема вычислительного устройства на базе МП I8080 (КР580ВМ80А) представлена на рис. 7.9. Это простейшая микроЭВМ минимальной конфигурации, структура которой является частным
ФОРМАТЫ ДАННЫХ МП КР580
Основной формат данных изображен на рис. 7.11.
В микроЭВМ байт данных может интерпретиров
ФОРМАТЫ КОМАНД МП 580ВМ80
Для команд используются одно-, двух-, трехбайтовые форматы, причем код операции (КОП) занимает всегда 1 байт. Кроме того, следует помнить, что ША имеет 16 разрядов, т.е. позволяет адресоваться к па
СПОСОБЫ АДРЕСАЦИИ
Способы адресации рассмотрим очень коротко, поскольку все типы адресации в общем виде разобраны ранее.
Прямая адресация
В этом случае источником или приемни
СИСТЕМА КОМАНД МП 580
Для программирования микроЭВМ на базе МП комплекта КР580 используется 244 команды. Ниже очень коротко будет рассмотрена только часть команд, необходимая для программирования простых задач. Таблицы
КОМАНДЫ УПРАВЛЕНИЯ
Команды этой группы не изменяют содержимого РгП (F).
Команды безусловного перехода
По прямому адресу
JMP @, где @ – двухбайтовый адре
КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ
1. На листах ответа должны быть указаны номер группы, фамилия студента и номер его варианта.
2. Номера вопросов выбираются студентом в соответствии с двумя последними цифрами в его зачетно
Новости и инфо для студентов