Организация интерфейса

МикроЭВМ осуществляет взаимодействие с внешним миром с помощью различных устройств ввода/вывода (УВВ). Все УВВ делятся на стандартные и нестандартные.

Стандартными УВВ являются типовые периферийные устройства ЭВМ: дисплеи, принтеры, плоттеры, перфораторы, перфосчитыватели, накопители на магнитных лентах и магнитных дисках и т.п. Применение стандартных УВВ нехарактерно для МПС, выполняющей управляющие функции.

Для таких МПС характерно применение нестандартных УВВ. К ним относятся различные переключатели, клавиатуры, индикаторы, датчики разнообразных физических величин, а также приводы различной физической природы.

В общем случае УВВ весьма разнообразны по своей природе и не могут непосредственно подключаться к процессору микроЭВМ. Поэтому они подключаются к нему не непосредственно, а через устройство сопряжения, называемое интерфейсом (ИФ).

Под ИФ понимается совокупность аппаратных и программных средств, обеспечивающих совместимость процессора и УВВ. Сложность ИФ в значительной степени определяется степенью их совместимости, то есть сложностью необходимого преобразования. Как правило, ИФ обеспечивает совместимость по следующим факторам:

1) по времени;

2) по форме представления сигналов;

3) по уровням электрических сигналов;

4) по протоколам управления.

Необходимость сопряжения по времени существует абсолютно всегда. Это обусловлено тем, что процессор микроЭВМ обрабатывает информацию путем последовательного выполнения команд программы и не может постоянно опрашивать устройства ввода или выдавать информацию в устройства вывода. В связи с этим возникает необходимость во временном хранении входных и выходных данных. Для выполнения этой функции в состав ИФ входят специальные буферные регистры, называемые портами. В портах ввода время хранения начинается с момента записи данных от устройств ввода, а заканчивается в момент их считывания в процессор. В портах вывода время хранения начинается с момента записи данных из процессора, а заканчивается в момент их потребления устройством вывода.

Поскольку часть ИФ, осуществляющая сопряжение по времени является неотъемлемой частью любой микроЭВМ. Типовая структура стандартного ИФ приведена на рис.4.1. Она содержит группу портов ввода и группу портов вывода. Каждый порт снабжен буфером данных BD с трехстабильным выходом. Эти буферы обеспечивают развязку портов ввода со стороны ШД и достаточную нагрузочную способность портов вывода со стороны внешних устройств. Кроме того, для выбора конкретного порта стандартный ИФ содержит адресный дешифратор DC. При n-разрядном коде адреса возможно обращение к 2ⁿ портам ввода/вывода (ПВВ).

Тип обращения к стандартному ИФ – на ввод или вывод данных – определяется управляющими сигналами IOR или IOW соответственно. При этом сигнал IOR поступает на входы выборки всех портов ввода. Однако, активируется лишь тот буфер BD, на втором входе выборки которого присутствует активный сигнал с выхода дешифратора DC. В результате данные из выбранного порта ввода поступают на ШД и через нее в процессор микроЭВМ. Сигнал IOW поступает на входы записи всех портов вывода. Однако, данные запишутся лишь в тот порт вывода, на входе выборки которого присутствует активный сигнал с выхода дешифратора DC. В результате информация с ШД записывается в выбранный порт и через постоянно активированный буфер BD поступает на соответствующее устройство вывода. Поскольку обращение к портам ввода и портам вывода осуществляется с помощью различных управляющих сигналов, то они могут иметь одинаковые адреса.

Если количество ПВВ не превышает количества адресных линий, используемых для их адресации, то дешифратор DC не требуется. В этом случае для выборки портов используются отдельные адресные линии, а адреса портов назначаются в соответствии с унитарным кодированием “1 из n”. Необходимое для выборки порта активное значение должно находиться в единственном бите, соответствующем адресной линии, используемой для выборки этого порта.

Сопряжение по форме представления сигналов необходимо в тех случаях, когда информация от устройств ввода поступает или потребляется устройствами вывода не в параллельном цифровом коде, а в какой-либо другой форме. Чаще всего используется аналоговая форма представления входных и выходных сигналов. В этом случае для преобразования информации в необходимую форму в состав ИФ должны входить аналого-цифровые преобразователи (АЦП) на входе и цифро-аналоговые преобразователи (ЦАП) на выходе. Выходы АЦП подключаются к входам портов ввода, а входы ЦАП – к выходам портов вывода стандартного ИФ.

Сопряжение по уровням электрических сигналов необходимо тогда, когда входные сигналы, поступающие с устройств ввода, или выходные сигналы, формируемые системой, имеют электрические параметры, непригодные для непосредственной обработки или использования. Как правило, входные сигналы имеют очень малые значения, а выходные сигналы должны иметь существенно большую мощность. В этом случае с помощью соответствующих усилителей осуществляется усиление этих сигналов до требуемого уровня. Входные и выходные усилители также входят в состав ИФ.

Для реализации сложных протоколов в состав ИФ входят специальные узлы, называемые контроллерами ВУ, например, контроллер ЭЛТ, контроллер клавиатуры и дисплея, контроллер магнитного диска и т.д. При построении контроллеров в виде БИС в их состав входят и ПВВ стандартного ИФ. Кроме того, они могут выполнять сопряжение соответствующего ВУ с процессором и по всем остальным факторам, характерным для ИФ. Контроллеры ВУ весьма сложны и требуют отдельного изучения.

Обмен данными между микроЭВМ и УВВ может быть организован различным образом.

Дата добавления: 2015-08-09