Обмен данными в микропроцессорной системе

Для передачи данных в МПС используются электрические линии связи. Так как вся информация в МПС представлена в двоичном виде, по линиям связи она также передается в двоичном виде. То есть передается либо "0" (логический 0) либо "1" (логическая 1). Передаче нуля или единицы соответствуют различные уровни напряжения, устанавливаемые на линии связи. На рис. 1 и рис. 2 представлены два различных варианта кодировки значений "0" и "1" уровнями напряжения.

Рис. 1.

Рис. 2.

Существуют два основных способа передачи данных: параллельный и последовательный.

При параллельном способе двоичное число передается одновременно по нескольким параллельно идущим линиям связи (проводникам). Количество линий связи равно количеству разрядов в передаваемом двоичном числе.

При последовательном способе биты, составляющие двоичное число, передаются последовательно, один за одним, по одной линии связи (одному проводнику).

К достоинствам параллельного способа передачи данных следует отнести высокую скорость (так как все биты передаются одновременно). Однако в параллельно идущих проводниках возникают перекрестные помехи, и при большой длине линии связи эти помехи становятся весьма ощутимыми. То есть, при передаче данных параллельным способом на большие расстояния высока вероятность искажения передаваемых данных. Поэтому этот способ применяется при передаче данных на небольшие расстояния (до нескольких метров).

При последовательной передаче данных возможна передача на большие расстояния, так как проводник один и взаимовлияние отсутствует. Одну линию связи легче (и дешевле) продублировать — это тоже достоинство последовательного способа. Недостаток — меньшая, чем в параллельном способе, скорость передачи данных и более сложная конструкция аппаратных средств.

 

Управление обменом на примере параллельного способа обмена

Управление обменом заключается в решении следующих задач:

1. Определение устройства, управляющего обменом;

2. Определение устройств, участвующих в обмене;

3. Определение направления обмена;

4. Определения момента начала и окончания обмена;

5. Контроль правильности передачи данных.

В МПС обмен всегда происходит между двумя устройствами: ведущим(активным) и ведомым (пассивным), рис. 1.

Рис. 1.

Обменом всегда управляет ведущее устройство. Ведущим устройством в микропроцессорной системе всегда является микропроцессор (за исключением обмена по методу прямого доступа в память).

Таким образом, одним из устройств, участвующих в обмене, является МП. Другим устройством может быть ЗУ илиУВВ.

Запоминающее устройство может быть представлено в виде набора регистров (ячеек), в которых хранится информация (рис. 2)

Рис. 2.

Обмен происходит между МП и одной из ячеек ЗУ. Следовательно, МП должен иметь возможность указания, с какой именно ячейкой ЗУ он будет выполнять обмен. Для этого каждая ячейка ЗУ имеет уникальный номер, который называется адресом. Перед началом обмена МП указывает адрес ячейки ЗУ, с которой он будет обмениваться, определяя таким образом второго участника обмена

Устройство ввода-вывода также может быть представлено в виде набора регистров, в которых может храниться информация. Каждый такой регистр называется портом и может быть соединен с каким-либо внешним устройством — таким образом осуществляется передача данных между МПС и внешними по отношению к ней устройствами (датчиками, исполнительными элементами).

Рис. 3.

Каждый порт ввода-вывода также имеет уникальный номер, называемый адресом. При обмене с устройством ввода-вывода МП указывает адрес порта, с которым он будет производить обмен данными.

Так как обмен информацией всегда осуществляется между двумя устройствами — ведущим и ведомым, информация может передаваться либо от ведомого к ведущему, либо наоборот. Передача данных от ведущего устройства к ведомому называется записью информации. Передача данных от ведомого к ведущему — чтением (рис. 4, рис. 5).

Рис. 4.

Рис. 5.

Для указания направления передачи данных (запись или чтение) используются специальные управляющие сигналы (передаваемые по специальным управляющим линиям связи): "разрешение чтения" (RD)и "разрешение записи" (WR) (рис. 6).

Рис. 6.

Горизонтальная черта над обозначением сигналов означает, что активным уровнем для данного сигнала является логический "0". То есть, если сигнал WR находится в состоянии логического нуля выполняется запись данных (передача от ведущего к ведомому). Если сигнал RD находится в состоянии логического нуля выполняется чтение данных (передача от ведомого к ведущему). Естественно, одновременно эти сигналы находится в состоянии логического "0" не могут.

Таким образом, перед началом обмена, ведущее устройство, которое управляет обменом, переводит соответствующий сигнал в состояние логического "0", определяя таким образом направление обмена.

Иногда вместо двух сигналов используется один (RD/WR). Значение логического "0", принимаемое этим сигналом, соответствует записи информации, логической "1" — чтению (рис. 7).

Рис. 7.

Начало и окончание обмена могут определяться двумя способами.

Способ 1. Для определения момента начала и окончания обмена используются сигналы, задающие направление обмена (RD и WR). Передний фронт сигнала соответствует моменту начала обмена, задний — моменту окончания обмена (рис. 8).

Рис. 8.

Способ 2. Использование специального управляющего сигнала (рис. 9).

Рис. 9.

 

Методы обмена

С точки зрения организации обмена между ведущим и ведомым устройствами существуют несколько методов обмена.

Синхронный обмен. При синхронном обмене ведущее устройство не анализирует готовность ведомого устройства, предполагая, что ведомое устройство всегда готово к обмену. Такой метод обмена применим в случае, если ведомое и ведущее устройства обладают примерно одинаковым быстродействием.

Асинхронный обмен. Если ведомое устройство имеет меньшее быстродействие, или оно бывает готово к обмену лишь в определенные моменты времени, необходимо перед началом обмена убедится в его готовности к обмену информацией с ведущим устройством. Принцип асинхронного обмена иллюстрируется рис. 1.

Рис. 1.

Для проверки готовности используется специальная управляющая линия READY. Сигнал логической "1" на ней свидетельствует о готовности ведомого устройства. Ведущее устройство анализирует состояние линии перед началом обмена.

Обмен по прерываниям. Недостаток асинхронного метода заключается в том, что если ведомое устройство в течение длительного времени не готово, ведущее "простаивает", теряя время в цикле проверки готовности. От такого недостатка можно было бы избавиться, если бы ведомое устройство имело возможность сообщать ведущему о своей готовности в произвольный момент времени и тем самым вынуждать его к началу обмена. По такому принципу работает обмен по прерываниям (рис. 2).

Рис. 2.

В момент, когда ведомое устройство готово к обмену, оно посылает ведущему специальный сигнал — "запрос на прерывание". Ведущее (микропроцессор) прерывает выполнение основной программы и начинает выполнение специальной подпрограммы обработки прерывания. Подпрограмма обработки прерывания и выполняет собственно обмен. По окончании выполнения подпрограммы, ведущее устройство возвращается к выполнению основной программы.

Использование обмена по прерываниям позволяет ведомому устройству самому выступать инициатором обмена. При этом пока ведомое не готово, ведущее устройство может заниматься своими делами, не тратя время на периодическую проверку сигнала готовности. Таким образом, применение обмена по прерываниям целесообразно в тех случаях, когда быстродействие ведущего и ведомого устройств сильно различаются или если обмен с ведомым устройством может происходить в случайные моменты времени.

 

⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒

Поделиться: