Устройство ввода-вывода

стройство ввода-вывода осуществляет передачу данных, а также сигналов состояния и управляющих сигналов между ЭВМ и внешним или периферийными устройствами. Процесс передачи включает в себя обмен сигналами состояния и управления и вслед за тем собственно пересылку данных. Устройство ввода-вывода должно регулировать временные различия между ЭВМ и периферийными устройствами, формировать должным образом формат данных, управлять сигналами состояния и управления и обеспечивать требуемый уровень тока и напряжения. Нерегулярные передачи могут управляться сигналами прерывания, которые сразу привлекают внимание ЦП и вызывают приостановку его нормальной работы.

Сама передача данных между ЭВМ и периферийными устройствами происходит быстро, но обеспечение правильной передачи занимает намного больше времени. Типичная операция ввода происходит следующим образом (рис. 2.6):

1) периферийное устройство сигнализирует ЦП о том, что имеются новые данные. Устройство ввода-вывода должно соответствующим об разом сформировать сигнал и держать его до тех пор, пока ЦП его не примет;

2) периферийное устройство посылает данные в ЦП. Устройство ввода-вывода должно хранить их до тех пор, пока ЦП не будет готов их считать;

3) центральный процессор считывает данные. Устройство ввода-вы вода должно иметь блок дешифрирования, который выбирает определенную часть УВВ (или порт). Считывание данных должно снять сигнал, свидетельствующий о том, что данные имеются: результатом этого может быть также подтверждение, посланное периферийному устройству, о том что оно может посылать новые данные.



Операции вывода во многом похожи на операции ввода. Периферийное устройство оповещает ЦП, что оно готово принять данные. После этого ЦП направляет данные вместе с сигналом (стробом), который укаывает периферийному устройству, что данные имеются. Устройство ввода-вывода формирует соответствующим образом данные и сигналы управления и сохраняет данные в течение времени, необходимого для их использования периферийным устройством. Данные вывода должны храниться намного дольше, чем данные ввода, так как механические устройства, отображающие их, реагируют намного медленнее, чем ЭВМ.

Устройство ввода-вывода должно выполнять множество задач простого интерфейса. Оно должно придать сигналам подходящий формат как для управляющего, так и для периферийного устройства. Центральному процессору требуются сигналы с определнными уровнями напряжения. Периферийные устройства могут использовать много различных типов сигналов, включая непрерывные (аналоговые) сигналы различного тока и напряжения. Для сигналов, идущих на большие расстояния или работающих на большие нагрузки, требуются усилители.

Устройство ввода-вывода может также выполнять некоторые функции, которые выполняет ЦП. Эти функции включают в себя преобразование данных из последовательного кода в параллельный, включение или исключение специальных символов, отмечающих начало или конец передачи данных, а также преобразование кодов обнаружения ошибок таких как проверка на четность
 

Устройство ввода-вывода может выполнить эти задачи аппаратными средствами быстрее, чем ЦГ1 может выполнить их программными методами. Устройство ввода-вывода ЭВМ может быть программируемым и даже содержать процессор для реализации его некоторых задач.

На рис. 2.7 показаны связи между ЦП и УВВ. Адресная шина передает адрес порта ввода или вывода, который нужен для использования ЦП. Сигнал ввода-вывода определяет направление передачи. По шине данных осуществляется передача информации между устройствами. Шина управления передает сигналы, указывающие, что данные готовы и что передача завершена. Что касается шин между ЦП и ЗУ, то некоторые из них могут быть одними и теми же, но разделенными во времени для выполнения различных операций.

Более того, шины могут соединять ЦП как с памятью, так и с УВВ. Одна линия управления может определять назначение блоков. Действительно, некоторые ЭВМ (например, Motorola 6800) полностью совмещают по адресному полю память и УВВ; они обращаются к устройствам ввода или вывода так же, как к ячейкам памяти.



Современные ЭВМ имеют прямую связь между памятью и УВВ, что позволяет осуществлять передачу данных к периферийным устройствам и обратно без участия ЦП. Этот метод передачи данных называется прямым доступом к памяти (ПДП). Преимуществом ПДП является то, что скорость передачи ограничивается только временем доступа к памяти (обычно менее 1 мкс). Для передачи данных через ЦП требуется несколько команд, и на это уходит в 10—20 раз больше времени. Прямой доступ к памяти применяется с быстродействующими периферийными устройствами, такими как магнитные диски, быстродействующие линии связи или дисплеи.

Связи, требующиеся для организации ПДП, показаны на рис. 2.8. Контроллер ПДП, являющийся частью УВВ, управляет передачей данных так же, как ЦП. Сигнал управления ЗАПРОС ПДП исключает возможность управляющему устройству пользоваться памятью в одно и то же время с контроллером ПДП.



http://russ-dom.ru/ отдых в ноябре 2017 куда.