Структура системы ввода-вывода
СВВ представляет собой комплекс технических и программных средств, обеспечивающие связь с центральной частью компьютера с внешней средой. Технические средства СВВ осуществляют преобразование формы представления данных, передачу данных в подсистему памяти и функции совмещения работы многих ПУ. Программные средства позволяют обеспечить процесс ввода-вывода информации при помощи специальных программ – драйверов.
Компонентами СВВ кроме ПУ являются их устройства управления (контроллеры и адаптеры) и линии сопряжения с системной шиной процессора. Совокупность контроллеров, шин и драйверов образуют интерфейс.
СВВ микроЭВМ характеризуются большим разнообразием архитектурных решений, которые можно разделить на 2 класса:
1. СВВ построена на базе системного интерфейса МП и микроконтроллеров
2. Система использует помимо МП специальное оборудование, управляющие вводом-выводом.
По способу передачи информации различают параллельные и последовательные, синхронные и асинхронные.
Параллельные интерфейсы позволяют передавать всю или часть информации по многопроводной линии.
Последовательные интерфейсы служат для последовательной передачи информации по двухпроводной линии.
Параллельные интерфейсы позволяют значительно повысить быстродействие, но вызывает существенные аппаратные затраты. Кроме того, при передаче сигналов по параллельным линиям возникают перекосы информации, те не одновременное поступление сигналов в приемное устройство, обусловленное разбросом параметров, линии передачи и формирующих схем. Наиболее простой и надежный способ избавиться от влияний перекосов заключается в страбировании.
В случае с синхронным интерфейсом, передающее устройство выдает сигнал на своей линии и поддерживает сигнал на них в течении заранее установленного постоянного интервала. За это время приемное устройство должно подготовиться к приему следующего информационного элемента. При асинхронном интерфейсе передатчика и приемником осуществляется только на один цикл приема передачи. Асинхронный интерфейс обеспечивает большую надежность передачи, что особенно важно при установлении связи. Кроме того, он представляет возможность сравнительно простого получение информации о состоянии устройства, это дает возможность организовать автономную работу устройства.
По способу подключения устройств друг к другу различают:
1. Радиальные
2. Магистральные
3. Цепочные
4. Комбинированные
В радиальных интерфейсах используется индивидуальные для каждого ПУ линии по которым производится передача только между этим ПУ и центральным устройством (ЦУ). Все операции по управлению и коммутации возлагаются на АЦУ, в состав которого обычно входит специальные интерфейсные блоки по одному для каждого ПУ. Структура радиального интерфейса позволяет сравнительно просто приспосабливать различные ПУ к требованиям интерфейса, то особенно важно при наличии большого числа разнообразных и сравнительно простых устройств.
В магистральных интерфейсах используются коллективные линии для всех ПУ (на основе разделения времени). Сигнал на любой линии становиться доступным сразу всем устройствам. Некоторые комбинированные интерфейсы объединяют в себе магистральный принцип для передачи данных и радиальный для управления и коммутации ПУ. Интерфейсной особенностью является то, что они разрабатываются для определенной категории ПУ, но существует ряд унифицированных интерфейсов, которые позволяют подключать различные шины ПУ в структуру компьютера.
Контроллеры ПУ являются специальными управляющими устройствами, разрабатываемыми как правило, для конкретного ПУ. Контроллер осуществляет управление обменом информацией для группы ПУ одного типа и выполняет следующие функции:
1. Преобразует стандартные сигналы интерфейса последовательности сигналов обеспечивающую работу конкретного ПУ.
2. Синхронизирует работу ПУ с другими устройствами, в первую очередь с процессором.
3. Обеспечивает буферизацию информации, те запоминание в своей внутренней памяти обмениваемых данных на время необходимых для реализации цикла обмена.
| ОП |
| ЦП |
| Системный интерфейс |
| Интерфейс ПУ |
| КПУ |
| ПУ |
| КПУ |
| ПУ |
| КПУ |
| ПУ |
Каждое внешнее устройство, подключаемое к компьютеру характеризуется наличием по крайней мере двух программно-доступных регистров:
1. Регистр состояния управления
2. Регистр данных
Регистр состояния управления предназначен для записи команд и управляющих слов контроллера, а также чтения байта состояния указанного устройства. Регистр данных играет роль буфера для временного хранения данных приобщении с НП. Интерфейс представляет собой магистраль, разделенную на отдельные шины по которым обеспечивается передача информации в обоих направлениях. Шины разделены на линии для передачи отдельных сигналов. По линиям интерфейса в общем случае передается адресные, информационные команды, а также команды идентификации, управления, извещения и дополнительные. Данные по линиям интерфейса могут быть переданы в параллельным или последовательным ходе, соответственно различают параллельные и последовательные интерфейсы.
Основные характеристики интерфейса ввода/вывода:
1. Вместимость, определяющее максимально возможное количество абонентов, которые можно одновременно подключить к контроллеру интерфейса.
2. Пропускная способность (скорость передачи), определяемое максимально допустимой скоростью передачи данных длительностью выполнения операции управления и разъединения связи и степенью синхронности прохода процессов передачи информации (синхронный и асинхронный способ передачи).
3. Максимальная длинна связи, определяющая максимальную отдаленность источников и приемников информации, для большинства интерфейсов ввода/вывода длинна линии находится в диапазоне от 15 – 65 метров.
4. Разрядность (ширина) – максимальный размер информационного элемента (битах), который может быть через него передан.