Контроллеры внешних устройств

Подключение любого внешнего устройства к микроЭВМ осуществляется через контроллер ВУ. Способы структурной и функциональной организации контроллеров ВУ определяются двумя основными факторами:

форматами данных и режимами работы конкретных ВУ;

типом системного интерфейса микроЭВМ.

Влияние первого из этих факторов на организацию контроллеров ВУ достаточно очевидно. В самом деле, нерационально было бы создавать единый универсальный контроллер, обеспечивающий, например, подключение к микроЭВМ простых устройств типа цифровых индикаторов и сложных устройств типа накопителей на магнитных дисках. Именно поэтому на практике применяют самые разнообразные контроллеры ВУ: от простейших для подключения к микроЭВМ датчиков одиночных сигналов до очень сложных, сравнимых по сложности с процессорами микроЭВМ, например, для сопряжения микроЭВМ с аппаратурой для автоматизации научных исследований.

Второй фактор — тип интерфейса — определяет способ организации электронных схем контроллеров ВУ, обеспечивающих связь с шинами интерфейса, в первую очередь — схем распознавания адресов ВУ. Наиболее просто дешифрация адреса ВУ реализуется в контроллерах ВУ для микроЭВМ с отдельным интерфейсом ввода-вывода. Более сложны схемы распознавания адресов и разделения адресов и данных, передаваемых по единым шинам

Однако такое положение дел, когда для каждого типа ВУ требуется уникальный контроллер, конечно, не устраивало ни разработчиков средств вычислительной техники (микроЭВМ и ВУ), ни ее пользователей. Наиболее перспективным оказался путь стандартизации набора информационных и управляющих сигналов, которыми обмениваются контроллер и ВУ. Для разных типов микроЭВМ были разработаны контроллеры, обеспечивающие:

связь с ВУ по стандартному параллельному (ИРПР) каналу передачи данных;

связь с ВУ по стандартному последовательному (ИРПС) каналу передачи данных;

преобразование информации из аналоговой формы в цифровую с заданной точностью;

преобразование информации из дискретной формы представления в аналоговую в заданных диапазонах изменения аналоговых величин.

Рассмотрим типичные структуры контроллеров ВУ, применяемых в микроЭВМ с различными системными интерфейсами. На рис. 2.3, а приведена блок-схема типичного контроллера ВУ, обеспечивающего программно-управляемый обмен информацией с ВУ (операции ВВОД и ВЫВОД, см. рис. 2.2) в микроЭВМ, имеющей системный интерфейс с изолированными шинами адреса и данных.

Основу контроллера ВУ составляют несколько регистров, которые служат для временного хранения передаваемой информации. Каждый регистр имеет свой адрес, и зачастую такие регистры называют портами ввода-вывода. Регистры входных и выходных данных работают соответственно только в режиме чтения и только в режиме записи. Регистр состояния работает только в режиме чтения и содержит информацию о текущем состоянии ВУ (включено/выключено, готово/не готово к обмену данными и т. п.). Регистр управления работает только в режиме записи и служит для приема из микроЭВМ приказов для ВУ. В контроллерах, используемых для подключения достаточно простых ВУ (клавиатура, перфоратор и т. п.), удается совместить в один регистры состояния и управления, что позволяет сократить количество используемых в контроллере портов ввода-вывода, а следовательно, и адресов, выделенных для данного ВУ.

Логика управления контроллера ВУ выполняет селекцию адресов регистров контроллера, прием, обработку и формирование управляющих сигналов системного интерфейса, обеспечивая тем самым обмен информацией между регистрами контроллера и шиной данных системного интерфейса микроЭВМ.

Приемопередатчики шин адреса и данных служат для физического подключения электронных схем контроллера к соответствующим шинам системного интерфейса.

На рис. 8.4, б приведена блок-схема типичного контроллера ВУ для системного интерфейса с мультиплексируемой шиной «адрес/данные». Сравнение двух контроллеров на рис. 2.3, а и б показывает, что между ними нет принципиальных различий в порядке использования регистров. Различия в структурах контроллеров, вызванные различной организацией системных интерфейсов, проявляются только в построении логики управления (по-разному организованы прием и селекция адресов) и способе подключения к шинам системного интерфейса.

В настоящее время в практику широко внедряются программируемые контроллеры режимы работы которых устанавливаются специальными командами микроЭВМ или определяются программами обмена с ВУ, хранимыми, как правило, в сменных БИС ПЗУ.

Рис. 2.3. Блок-схема типичного контроллера ВУ для системного

интерфейса:

а — с раздельными шинами адреса и данных; б — с мультиплексированной шиной «Адрес/Данные»

Программируемые контроллеры необходимо настраивать на конкретный режим обмена данными, присущий ВУ: синхронный или асинхронный, с использованием сигналов прерывания или без их использования, на заданную скорость обмена и т. д. Настройка таких контроллеров на требуемый режим обмена производится программным путем с помощью специальных команд (управляющих слов), передаваемых из процессора в контроллер ВУ перед началом обмена. Управляющее слово записывается в специальный регистр и инициирует заданный режим обмена с ВУ.

Развитие интегральной микросхемотехники позволило создавать программируемые контроллеры в виде одной БИС.

Для подключения к микроЭВМ ВУ со сложными алгоритмами управления (например, накопителей на магнитных дисках) используются программируемые контроллеры с хранимыми в ПЗУ или ППЗУ программами управления и обмена с ВУ. Такого рода контроллеры являются, по сути дела, специализированными микроЭВМ, а их настройка на взаимодействие с конкретным ВУ осуществляется сменой программы, т. е. заменой БИС ПЗУ.

Рис. 2.4. Различные варианты реализации контроллеров ВУ:

а — на плате процессора; б — в виде отдельного устройства;
в — непосредственно в ВУ

Стандартизация интерфейсов ввода-вывода и использование БИС для реализации логических схем интерфейсов и контроллеров ВУ позволяет конструктивно реализовать контроллер (интерфейс ввода-вывода) на плате процессора либо непосредственно в ВУ (рис. 2.4). Такая реализация интерфейсов и контроллеров создает у пользователя иллюзию их отсутствия и некоторую несогласованность в структурных и функциональных схемах микроЭВМ. Тем не менее, в любой микроЭВМ всегда можно достаточно четко выделить компоненты системы ввода-вывода, что крайне необходимо при изучении как микроЭВМ, так и способов их использования в различных системах.

Дата добавления: 2014-01-06