12. 3.3.2. Способы обмена данными между ядром малой эвм и периферийными устройствами.

Обмен данными в малых ЭВМ имеет две основные разновидности:

1. программно управляемая передача данных;

2. передача данных с пропуском циклов (может быть командных, может быть машинных).

В первом случае обменом со скоростью не более чем одно слово за один командный цикл управляет специальная программа, реализуемая процессором.

Во втором случае, при прямом доступе к памяти, обмен осуществляется под управлением УУ внешнего устройства.

Рис. 3.3.2.1. Обобщенная структурная схема программно управляемой передачи данных.

Кратко опишем принцип работы.

Ввод данных от какого-либо ПерУ.

Макрокоманда ввода приводит к тому, что УУ посылает соответствующий приказ на Дш ВнУ, который переключает мультиплексор. Далее УУ вводит в процессор и обрабатывает (оценивает) информацию о готовности ПерУ передать очередное слово данных. В случае готовности сама передача сопровождается сигналом стробирования ввода. Данные вводятся в память, либо в регистр АЛУ и др.

Вывод данных аналогичен. Единственный нюанс: все же ПерУ работают медленнее процессора и чтобы не ждать сигнала подтверждения приема от ПерУ используются фиксаторы.

<141>

Логические схемы, входящие в состав мультиплексора, позволяют осуществлять обмен данными с разными ПерУ посредством единственной шины данных (обмен по групповой шине).

Вообще говоря, это обобщенно изложен один из типов программно управляемой передачи данных – асинхронная. Всего таких типов три: синхронная передача, асинхронная и с прерыванием программы. Мы к ним еще вернемся.

Рис. 3.3.2.2. Обобщенная структурная схема ПДП.

Принцип работы легко уяснить из схемы.

<142>

14. 3.3.3. Программно управляемые способы передачи данных.

3.3.3.1. Простые типы передачи.

Как уже отмечалось, таких типов два: синхронный и асинхронный.

При синхронном принципе передачи передающее устройство устанавливает на своих выходах шины данных информационной слово и поддерживает его в течение определенного заранее обусловленного времени, по истечении которого это слово может быть изменено.

Поскольку отсутствуют сигналы, подтверждающие прием информации, то период синхронной передачи должен удовлетворять условию:

,

где Т – априорная оценка максимального времени передачи, состоящего из времени распространения сигнала по ЛС, времени распознавания и фиксации сигнала в приемном устройстве.

Рис.3.3.3.1.

Способ имеет одно достоинство: простота, и массу недостатков: низкие быстродействие и эффективность использования системы передачи, низкая достоверность факта передачи и др.

Главная опасность здесь – рассинхронизация вследствие разбросов параметров источника и приемника и линий шины передачи. Защита заключается в стробировании: информация по ШД должна восприниматься при наличии в ШУ на линии строба ( определенного уровня сигнала).

Рис. 3.3.3.2.

Генерирует строб обычно передающая сторона. Широкое использование такого синхронного подхода применяется для передачи информации внутри устройств: между регистрами и т.п.

Основу асинхронного принципа передачи составляет передача нового слова в ответ на прием по ШД сигнала по какой-либо ШУ на передающую строку о завершении приёма предыдущего. Передающее устройство, получив этот сигнал, снимает передаваемое слово (сменяет!). Принцип обмена получил ещё название «принцип рукопожатия».

Приемное устройство может «отвлекаться», т.е. быть не всегда готовым к приему информации.

Период передачи является переменным, т.к. зависит от конкретной линии связи и характеристики устройств-участников передачи.

Рис. 3.3.3.3. Схематичное изображение и временная диаграмма асинхронного обмена (с квитированием).

,

где t – время передачи очередного нового состояния данных (величина переменная для разных систем).

Асинхронная передача идеальна в смысле согласования временных различий между внешними (периферийными) устройствами и процессором.

<143>

Такой, и, видимо, только такой, способ передачи информации эффективен при обмене между процессорными устройствами в мультипроцессорной вычислительной системе. Но ведь периферийные устройства работают обычно намного медленнее процессоров. И дело отнюдь не только в их «техническом» несовершенстве». Дело в том, что они зачастую работают в реальном масштабе времени, т.е. со скоростью генерации или усвоения информации технологическим процессом, человеком и т.д.

Если процессор будет ждать, пока ПерУ будет готово к обмену, то это приведет к потере производительности. Единственный выход – совместить процессы вычислений и ожидания.

Окончание ожидания должно приводить к приостановке, прерыванию на некоторое время вычислительного процесса.

<144>