Способы взаимодействия микропроцессора с устройствами ввода-вывода

Устройства ввода-вывода

Программно-управляемый ввод-вывод (сканирование) характеризуется тем, что все действия по вводу-выводу реализуются в те моменты времени, когда выполняется соответствующий фрагмент прикладной программы. Наиболее простыми эти действия оказываются для "всегда готовых" внешних устройств, например для коммутационного поля АТС.

Однако для многих объектов управления до выполнения операций ввода-вывода надо убедиться в их готовности к обмену. Процессор проверяет флаг готовности с помощью одной или нескольких команд. Если флаг установлен, то инициируются собственно ввод или вывод одного или нескольких слов данных. Когда же флаг сброшен, процессор выполняет цикл ожидания с повторной проверкой флага до тех пор, пока устройство не будет готово к операциям (рис. 3.1).

Рис. 3.10

Основной недостаток программного ввода-вывода связан с непроизводительными потерями времени процессора в циклах ожидания. К достоинствам следует отнести простоту его реализации, не требующей дополнительных аппаратных средств.

Ввод-вывод по прерыванию, отличается от программно-управляемого тем, что переход к выполнению команд, физически реализующих обмен данными, осуществляется с помощью специальных аппаратных средств. Команды обмена данными в этом случае выделяют в отдельный программный модуль - программу обработки прерывания. Задачей аппаратных средств обработки прерывания в микропроцессоре является приостановка выполнения одной программы (ее еще называют основной программой) и передача управления программе обработки прерывания. Действия, выполняемые при этом процессором, как правило, те же, что и при обращении к подпрограмме. Только при обращении к подпрограмме они инициируются командой, а при обработке прерывания - управляющим сигналом от ВУ, который называют "Запрос прерывания".

Эта важная особенность обмена по прерыванию позволяет организовать обмен данными с ВУ в произвольные моменты времени, не зависящие от программы, выполняемой в микроЭВМ. Таким образом, появляется возможность обмена данными в реальном масштабе времени, определяемом внешней по отношению к микропроцессору средой. Обмен по прерыванию существенным образом экономит время процессора, затрачиваемое на обмен. Это происходит за счет того, что исчезает необходимость в организации программных циклов ожидания готовности, на выполнение которых тратится значительное время.

Прерывание программы не должно оказывать на прерванную программу никакого влияния кроме увеличения времени ее выполнения за счет приостановки на время выполнения программы обработки прерывания. Поскольку для выполнения программы обработки прерывания используются различные регистры процессора (счетчик команд, регистр состояния и т.д.), то информацию, содержащуюся в них в момент прерывания, необходимо сохранить для последующего возврата в прерванную программу.

Третьим способом ввода-вывода является обмен в режиме прямого доступа к памяти (ПДП). В этом режиме обмен данными между УВВ и ЗУ происходит без участия процессора. Обменом в режиме ПДП управляет не программа, выполняемая процессором, а электронные схемы, внешние по отношению к процессору. Обычно схемы, управляющие обменом в режиме ПДП, размещаются в специальном контроллере, который называется контроллером прямого доступа к памяти.

Для реализации режима прямого доступа к памяти необходимо обеспечить непосредственную связь контроллера ПДП и ЗУ. Для этой цели можно Такое решение используется достаточно редко, поскольку оно приводит к значительному усложнению микропроцессорной системы в целом. В целях сокращения количества наборов шин адресов, данных и управления контроллер ПДП подключается к ЗУ посредством шин адреса и данных основного системного интерфейса, связывающего микропроцессор с запоминающими устройствами. При этом возникает проблема совместного использования шин системного интерфейса процессором и контроллером ПДП. При возникновении необходимости обмена контроллер ПДП отправляет запрос в микропроцессор. Последний освобождает системный интерфейс, после чего данные пересылаются из УВВ в ЗУ. При наличии у микропроцессора кэш-памяти он может продолжать работу и во время ПДП.

Дата добавления: 2014-11-20