Обзор процессоров и шин ПВМ начиная с 386 машин
моменту
появления
импульса
строба в модуле
- отправителе
данные подготовлены
к
передаче,
а модуль - получатель
готов принять
данные. Такая
передача
данных носит
название синхронной
(синхронизирован-
ной).
Что
произойдет,
если модули
участвующие
в обмене (один
или
оба),
могут передавать
или принимать
данные только
при опреде-
ленных
условиях ? Процессы
на магистралях
могут носить
асинх-
ронный
(несинхронизированный)
характер. Передачу
данных от
отправителя
получателю
можно координировать
с помощью линий
состояния,
сигналы на
которых отражают
условия работы
обоих
модулей.
Как только
модуль назначается
отправителем,
он прини-
мает
контроль над
линией готовности
отправителя,
сигнализируя
с
ее помощью о
своей готовности
принимать
данные. Модуль,
наз-
наченный
получателем,
контролирует
линию готовности
получате-
ля,
сигнализируя
с ее помощью
о готовности
принимать
данные.
При
передаче данных
должны соблюдаться
два условия.
Во-пер-
-
12 -
вых,
передача
осуществляется
лишь в том случае,
если получа-
тель
и отправитель
сигнализируют
о своей готовности.
Во-вто-
рых,
каждое слово
должно передаваться
один раз. Для
обеспече-
ния
этих условий
предусматривается
определенная
последователь-
ность
действий при
передачи данных.
Эта последовательность
но-
сит
название протокола.
В
соответствии
с протоколом
отправитель,
подготовив
новое
слово,
информирует
об этом получателя.
Получатель,
приняв оче-
редное
слово, информирует
об этом отправителя.
Состояние линий
готовности
в любой момент
времени определяет
действия, которые
должны
выполнять оба
модуля.
Каждый
шаг в передаче
данных от одной
части системы
к дру-
гой
называется
циклом магистрали
(или часто машинным
циклом).
Частота
этих циклов
определяется
тактовыми
сигналами ЦП.
Дли-
тельность
цикла магистрали
связана с частотой
тактовых сигна-
лов.
Типичными
являются тактовые
частоты 5, 8, 10 и
16 МГц.
Наиболее
современные
схемы работают
на частоте до
24 МГц.
3.4
Порты ввода-вывода
Адресное
пространство
ввода-вывода
организовано
в виде пор-
тов.
Порт представляет
собой группу
линий ввода-вывода,
по ко-
торым
происходит
параллельная
передача информации
между ЦП и
устройством
ввода-вывода,
обычно по одному
биту на линию.
Чис-
ло
линий в порте
чаще всего
совпадает с
размером слова,
харак-
терным
для данного
процессора.
Входной порт
чаще всего
органи-
зуется
в виде совокупности
логических
вентилей, через
которые
входные
сигналы поступают
на линии системной
шины данных.
Вы-
ходной
порт реализуется
в виде совокупности
триггеров, в
кото-
-
13 -
рых
хранятся сигналы,
снятые с шины
данных.
Если
в передаче
информации
участвует
процессор, то
направ-
ление
потока входной
и выходной
информации
принято рассматри-
вать
относительно
самого процессора.
Входной порт
- это любой
источник
данных (например,
регистр), который
избирательным
об-
разом
подключается
к шине данных
процессора
и посылает
слово
данных
в процессор.
Наоборот, выходной
порт представляет
собой
приемник
данных ( например,
регистр), который
избирательным
образом
подключается
к шине данных
процессора.
Будучи выбран,
выходной
порт принимает
слово данных
из микропроцессора.
Процессор
должен иметь
возможность
координировать
скорость
своей
работы со скоростью
работы внешнего
устройства,
с кото-
рым
он обменивается
информацией.
В противном
случае может
по-
лучиться,
что входной
порт начнет
пересылать
данные еще до
то-
го
как, процессор
их затребует,
и процесс пересылки
данных на-
ложится
на какой-то
другой процесс
в ЦП. Как уже
отмечалось,
эта
координация
работы двух
устройств носит
название "рукопо-
жатия",
или квитирования.
Теперь
подробнее
остановимся
на режимах
работы портов
вво-
да-вывода.
Существуют
три вида взаимодействия
процессора
с
портами
ввода-вывода:
программное
управление,
режим прерываний
и
прямой доступ
к памяти (ПДП).
Программно-управляемый
ввод-вывод
инициируется
процессором,
который
выполняет
программу,
управляющую
работой внешнего
уст-
ройства.
Режим прерываний
отличается
тем, что инициатором
вво-
да-вывода
является внешнее
устройство.
Устройство,
подключен-
ное
к выводу прерываний
процессора,
повышает уровень
сигнала
на
этом выводе
(или в зависимости
от типа процессора
понижает
-
14 -
его).
В ответ процессор,
закончив выполнение
текущей команды,
сохраняет
содержимое
программного
счетчика в
соответствующем
стеке
и переходит
на выполнение
программы,
называемой
програм-
мой
обработки
прерываний,
чтобы завершить
передачу данных.
ПДП
тоже инициируется
устройством.
Передача данных
между
памятью
и устройством
ввода-вывода
осуществляется
без вмеша-
тельства
процессора.
Как правило,
для организации
ПДП исполь-
зуются
контроллеры
ПДП, выполненные
в виде интегральных
схем.
3.5
Униварсальный
синхронно-асинхронный
приемопередатчик
Микропроцессор
взаимодействует
с перифирийными
устройства-
ми,
принимающими
и передающими
данные в последовательной
фор-
ме.
В процессе
этого взаимодействия
процессор
должен выполнять
преобразование
параллельного
кода в последовательный,
а также
последовательного
в параллельный.
Чаще
всего пересылка
данных между
процессором
и периферий-
ными
устройствами
выполняются
асинхронно.
Другими словами,
устройство
может передавать
данные в любой
момент времени.
Ес-
ли
данные не передаются,
устройство
посылает просто
биты мар-
кера,
обычно высокий
уровень сигнала,
что дает возможность
не-
медленно
обнаружить
любой разрыв
цепи передачи.
Если устройс-
тво
готово передавать
данные, передатчик
посылает нулевой
бит,
обозначающий
начало посылки.
За этим нулевым
битом следуют
данные,
затем бит четности
и , наконец, один
или два стоп-би-
та.
Закончив передачу,
отправитель
продолжает
посылать высокий
уровень
сигнала в знак
того, что данные
отсутствуют.
Для
удобства
проектирования
интерфейса
процессора
с уст-
-
15 -
ройствами
последовательного
ввода-вывода
(как синхронными,
так
и
асинхронными)
разработаны
микросхемы
универсальных
синхрон-
но-асинхронных
приемопередатчиков
(УСАПП). В состав
УСАПП вхо-
дят
функционирующие
независимо
секции приемника-передатчика.
Типичный
УСАПП изображен
на рис. 4
Рисунок
4 расположен
на следующей
странице.
-
16 -
Разреше-
От
триггера
ние
по- 8 7 6 5 4 3 2 1 "
Буфер
лучения
Данные
передатчика
данных
свободен"
──┬───
├─┴─┴─┴─┴─┴─┴─┤
ж
е а б в г д ─────┬─────
└─────┤
Вентили
И │ │ │
│
├─┬─┬─┬─┬─┬─┬─┤
│ │ ┌┴──┴──┴──┴──┴┐
│
├─┴─┴─┴─┴─┴─┴─┤
┌──────┐
└──│ Вентили
И │ │
│ Буферный
ре-│ │ R ├─────│
│─────┘
│ гистр
прием-│─┬│Триггер│
└─┬───┬────┬──┘
│ ника
│ │ │"Данные│
│ │ │
└─────────────┘
│ │готовы"│
┌─┴───┴────┴──┐
│
│S │
│ Регистр
сос-│──────┐
└────────┐
│ └┬──────┘
│ тояния
│ │
Биты
управления
│ │ └────────────└─────────────┘
│
от
регистра состояния│
└────────────────────────┐
│
└─────────────┐
┌──────┴────┐
│
├──────────────────────┐
└──────┤
Сдвиговый
├────────┘
┌────┴────┐
┌────┴─────┐
│ регистр
│
│ Логика
├───────────│
Логика ├─────│
приемника │
│проверки
│ │ проверки
│ │СР │
│паритета
│ │ границы
│ └───────────┘
│ │ │
кадра
│
└─── ─────┘
└──────────┘
│
┌───┴─────┐
┌──────────┐
│
│Проверка
│ │Синхрони-
│ │
│стартово-│
│зирующий
│ │
│го
бита │───────────┤генератор
├───────┘
-
17 -
Последовательный
вход Частота
16хТ Рис. 4
Буквами
обозначено:
а - Данные готовы;
б - Наложение;
в - Ошибка
кадра;
г