Синхронизация)

Согласование микроЭВМ и внешних устройств по быстродействию

В качестве следующей проблемы связи между микроЭВМ и внешними

устройствами следует назвать согласование их рабочих скоростей. Поскольку

микроЭВМ выполняет команды программы последовательно одну за другой, она не в

состоянии непрерывно выдавать или принимать информацию. Иными словами, время

прохождения программ ВВ и выполнения между ними необходимых операций по

обработке данных требует дискретного принципа работы и от микроЭВМ, и от

внешних устройств. В зависимости от конкретных условий интервалы времени между

операциями ВВ могут колебаться в широких пределах. Это приводит к тому, что при

непрерывных сигналах микроЭВМ может вводить только их дискретные отсчёты, а на

стороне вывода может формировать только ступенчатые сигналы. В каждом

конкретном случае нужно оценивать, достаточна ли скорость реакции микроЭВМ в

сравнении с динамикой (скоростью изменения) внешнего процесса.

В случае непрерывных сигналов интервал дискретизации между отсчётами

должен соответствовать известной теореме Котельникова. В случае двоичных или

дискретных сигналов интерес представляют только те моменты времени, при которых

происходит изменение состояния. МикроЭВМ должна быть об этом соответственно

информирована.

Чтобы узнать об изменениях состояния входного сигнала предлагаются два

следующих метода.

¨ Метод опроса. МикроЭВМ циклически вводит текущее значение входного

сигнала и непосредственно анализирует его (см. рис. 2а). Недостатком этого метода

является то, что микроЭВМ постоянно загружена наблюдениями за состоянием

входного процесса (программа В запускается даже при отсутствии каких либо

изменений состояния) и период опроса для конкретного случая может быть слишком

большим (время задержки Т - время реакции на изменение состояния входного

сигнала).

¨ Метод прерываний. Простая электронная схема гарантирует, что всякое

изменение состояния входного сигнала вырабатывает запрос прерывания МП.

МикроЭВМ прерывает выполнение текущей программы и запускает подпрограмму

обслуживания прерывания, которая осуществляется ввод, анализ и обработку

переменного состояния. В этом случае обеспечивается загрузка микроЭВМ только при

возникновении изменения состояния, а реакция на это может быть быстрой.

Предпосылкой для обоих методов (а также предпосылкой для использование

микроЭВМ вообще) является то, что изменения сигналов по сравнению с

быстродействием микроЭВМ происходят относительно редко (можно считать, что

временные интервалы между изменениями состояний должны быть 10-100 раз больше,

чем время выполнения команды).

До сих пор мы обсуждали только ввод информации. При выводе информации

следует отличать устройства, которые подчиняются любому временному режиму

микроЭВМ, т.е. могут принимать данные в любой момент времени и с любой

скоростью, и устройства, которые сами определяют момент времени для приёма

данных и скорость их вывода. В последнем случае с процессом вывода всегда связан

процесс ввода, в котором микроЭВМ должна быть информирована о готовности ВУ к

приёму данных. Относительно реализации такого ввода снова возникают обе

рассмотренные выше возможности: сигнал готовности ВУ может контролироваться

микроЭВМ программно путём опроса, либо вызывать прерывание.

10__

Справа на рис. 3 показаны те модули, которые предназначены для реализации

собственных рабочих задач МПС. Главным из них является АЛУ. По сигналу

управления, посылаемому дешифратором команд (ДШК), в этом модуле выполняется

арифметическая или логическая операция с одним или двумя операндами, результатом

которых является новое двоичное слово. Этот процесс происходит очень быстро,

обычно за один период тактовых импульсов. Таким образом, объем реализуемых этим

модулем функций в решающей мере определяет производительность МПС. Часто

экономят на АЛУ для снижения аппаратных затрат и предусматривают минимальный

объем операций, особенно арифметических. Это приводит к повышению затрат на

программирование и снижению быстродействия МПС.

Данные (операнды) для обработки в АЛУ поступают из определенных ячеек

памяти данных (ПД), где сохраняется и результат. Так как для обмена информацией

между АЛУ и ПД нужно несколько периодов тактовых импульсов, часто некоторая,

очень небольшая часть ПД помещается вблизи АЛУ и называется в этом случае

регистрами общего назначения (РОН). Доступ к ним осуществляется очень быстро, что

приводит в конечном счете к уменьшению времени выполнения команд. Между ПД,

РОН и АЛУ нужно, следовательно, установить магистраль для передачи данных,

ведущую ко всем портам ввода-вывода, через которые осуществляется связь МПС с

внешними устройствами (ВУ). Для адресации как ячеек ПД, так и портов ввода-вывода

используется адресная информация, передаваемая ДШК.

Рис. 3

Приведенная на рис. 3 схема поясняет расчленение МПС на две основные части:

управляющую (входящие в нее модули имеют штриховую окантовку), которая

запускается тактовыми импульсами и выполняет командные циклы в синхронном

режиме, и управляемую (относящиеся к ней модули имеют сплошную окантовку),

которая в соответствии с заданной программой побуждается к выполнению

определенных операций обработки и передачи информации между АЛУ, ПД и портами

ввода-вывода. Связь между этими частями МПС осуществляется, главным образом, по

сигналам системы управления, кроме двух случаев. Для выполнения условных

переходов необходима обратная связь правой части с модулем, определяющим адрес

следующей команды, чтобы передать ему признаки последнего результата (выставить

флажки). А кроме того, управляющая часть должна иметь возможность вернуться к

содержимому регистров.

Приведённая на рис. 3 схема отражает, прежде всего, возможные

функциональные связи между модулями МПС. Практическая их реализация может

быть совсем иной. Так, в частности, различные типы памяти могут объединяться в

единый блок памяти и соответственно этому совместно подсоединяться на общую

магистраль системы.

Дата добавления: 2015-05-09