Основные методы программно управляемой передачи данных

Известны три метода программно-управляемой передачи данных:

• 1) безусловный обмен;
• 2) обмен данными по готовности ВУ;
• 3) обмен с прерыванием текущей программы ЦП.

В различных ситуациях, возникающих при работе АС, применяется тот или иной метод. Рассмотрим все методы программно-управляемого обмена в следующей последовательности:

• 1) алгоритм обмена;
• 2) функциональная схема интерфейса;
• 3) техническая реализация интерфейса (на конкретном примере);
• 4) программная реализация алгоритма обмена;
• 5) пример программирования.

Безусловный обмен данными между электронно-вычислительной машиной и внешними устройствами

Безусловный обмен может использоваться только для таких ВУ, быстродействие которых выше, чем быстродействия ЦП, либо данные передаются через такие интервалы времени, но истечении которых ВУ будет готово к обмену. Основное требование: ВУ должно быть готово к приему или передаче слова данных за время, равное времени выполнения команды вводавывода ЦП.

Блок-схема алгоритма безусловной передачи слова данных на рис. 5.6 наиболее проста.

Рис. 5.6. Блок-схема алгоритма безусловной передачи слова данных

Команды передачи данных (ввода-вывода) вставляются в программу в указанном месте. Преимущества: безусловный обмен реализуется при минимальных затратах программных и аппаратных средств. Не требуется проверки состояния ВУ и согласования временных различий в работе ЦП и ВУ, так как ВУ всегда готово принять или передать слово данных. В задачу интерфейса входит лишь буферное хранение данных и, возможно, передача приказов от ЦП на инициализацию обмена. Недостаток: устройство должно быть постоянно готово к обмену данными.

Функциональная схема интерфейса безусловного обмена данными включает два интерфейса.

1. Интерфейс безусловного вывода данных из ЦП во ВУ (рис. 5.7).

Рис. 5.7. Функциональная схема интерфейса безусловного вывода данных

Внешнее устройство через свой интерфейс непосредственно подключено к магистрали ЭВМ.

Назначение компонентов интерфейса:

• • буферный регистр данных (РД) служит для временного хранения я-разрядного слова данных, подготовленного в ОЗУ для вывода во ВУ;
• • информационные вентили 2И*п (п двухвходовых схем «2И»), пропускают данные с ШД ЭВМ в РД в момент приема внутренней команды интерфейса «Запись в РД»;
• • дешифратор внутренних команд (ДВК), включающий «дешифратор адреса» и схему вентиля «2И», формирует внутреннюю команду интерфейса «Запись в РД» на выходе, когда на ША установлен адрес РД, анаШУсигнал «Вывод».

Данные записываются в РД, если ЦП одновременно устанавливает сигналы:

• 1) данные на ШД;
• 2) адрес РД В У на ША;
• 3) управляющий сигнал «Вывод» («Запись») на ШУ.

Внутренняя команда интерфейса «Запись в РД» появляется на выходе дешифратора внутренних команд, открываются информационные вентили, и данные с ШД передаются в РД.

Регистр данных состоит из п элементов памяти (по числу линий ШД). Обычно это триггеры. Триггер — одноразрядный элемент памяти, предназначенный для хранения 1 бита данных. Если на входах триггеров РД появляется информация в виде «1» или «О», то она запоминается в РД. На входах РД установлены п двухвходовых схем «И» (2И), называемых информационными вентилями.

Один из входов каждого вентиля соединен с соответствующим разрядом ШД D_j (т.е. Z)₀, D_v D_n). Вторые входы вентилей соединяются с выходом дешифратора внутренних команд (ДВК), на котором формируется команда «Запись в РД». Информационные вентили пропускают данные с ШД ЭВМ в РД интерфейса, если на выходе дешифратора внутренних команд появляется внутренняя команда интерфейса «Запись в РД».

Если ВУ использует слова разрядности меньше п, то РД может содержать меньшее число элементов памяти. Если разрядность слова превышает п, то используют два или более РД, при этом данные передаются процессором несколькими последовательными командами вывода.

Рис. 5.8. Схема передачи данных из внутреннего регистра процессора

к внешнему устройству

Дешифратор внутренних команд (ДВК) включает дешифратор адреса и ряд двухвходовых схем «И». Дешифратор адреса представляет собой комбинационную логическую схему, имеющую т входов (по числу линий ША) и от 1 до 2^т выходов (здесь используется только один выход, так как только один адрес используется в интерфейсе). При любой комбинации «О» и «1» на входах дешифратора только один из его выходов будет в активном состоянии (логическая «1»), следовательно, в каждый момент времени с ЦП будет связано только одно устройство. Выход дешифратора адреса В У установится в активное состояние «1», если на ША будет установлен адрес регистра данных этого ВУ. Внутренняя команда интерфейса («Запись в РД») появляется на выходе ДВК, если ЦП одновременно установит сигналы:

• • «Вывод» — на ШУ;
• • «Адрес РД интерфейса ВУ» — на ША.

Эта команда открывает информационные вентили, и данные с ШД поступают на входы РД и фиксируются в нем. ВУ в такой ситуации должно своими аппаратными средствами считывать данные из РД.

2. Интерфейс безусловного ввода строится аналогично интерфейсу безусловного вывода данных и включает те же компоненты. Изменяется лишь порядок их соединения (рис. 5.9).

Рис. 5.9. Функциональная схема интерфейса безусловного ввода данных.

Один из входов каждого вентиля соединен с соответствующим разрядом РД. Вторые входы вентилей соединяются с выходом ДВК — «Чтение РД». Информационные вентили пропускают данные из РД на ШД ЭВМ, если на выходе дешифратора внутренних команд появляется внутренняя команда «Чтение РД». Команда «Чтение РД» появляется, если ЦП одновременно установит на ШУ сигнал «Ввод», на ША — адрес РД интерфейса ВУ. Внутренняя команда «Чтение РД» открывает информационные вентили, данные из РД поступают на ШД и считываются процессором.

Аналогичные схемы для ввода данных в ЭВМ из ВУ или вывода данных во В У используются практически во всех интерфейсах, использующих любой из методов обмена данными. Число и назначение регистров при этом может изменяться, например, интерфейс безусловного обмена может содержать регистры управления, с помощью которых передаются не данные, а приказы от ЭВМ к ВУ.

Установка различных комбинаций «О» и «1» в РУ позволяет изменять режим работы ВУ или инициировать операции обмена данными между ВУ и РД интерфейса.

Для программного управления подобными ВУ необходимо располагать информацией о программной модели интерфейса, а именно:

• • числом регистров интерфейса и их назначением;
• • адресами регистров интерфейса;
• • числом бит и назначением отдельных битов регистров;
• • способом доступа ЦП к каждому из регистров.