12.2. ПОРТЫ ВВОДА-ВЫВОДА

Порты ввода-вывода (ПВВ) — это блоки (модули), задачей которых является осуществление взаимодействия между МПС и внешней средой (внешними коммуникациями).

Более четкое представление о функциональном назначении портов ввода-вывода дает схема, представленная на рис. 12.2, из рассмотрения которой видно, что, с одной стороны, ПВВ — это места (точки) непосредственного контакта МПС с ВУ, с другой стороны — это средство подключения внешних устройств к МПС, т. е. это элемент интерфейса.

Рис. 12.2

Порт ввода — это любой источник данных, например (но не обязательно) адресуемый регистр, подключенный к шинам МПС. Он выдает слово в МП, когда к нему осуществляется обращение.

Порт вывода — это любой приемник данных, например адресуемый регистр, подключенный к шинам МПС. Он получает слово от МП, когда последний обращается, к нему.

Таким образом, ПВВ — это адресуемые одно- или двунаправленные буферные регистры, предназначенные для построения программируемого интерфейса. ПВВ имеют свои адреса, поэтому к МПС может быть подключено несколько ВУ.

Каждый порт является составной частью интерфейса между МП и каким-либо ВУ, например контроллером технологических процессов, датчиком, ЦАП, АЦП, терминалом, внешней памятью и т.д.

В большинстве МП для адресации портов (т.е. для выборки нужного порта) используется адресная шина или ее часть. Очень часто адреса ПВВ отличаются от адресов и от адресов памяти не значениями, а сигналами на соответствующих управляющих линиях

Типичная схема включения (для рассматриваемого МП) приведена на рис. 12.3. Двум портам присвоен 8-битовый код (адрес устройства), по которому МП может отличать их от других портов.

В данном случае можно считать, что они имеют одинаковый код, это вполне допустимо, так как между собой они будут отличаться сигналами в управляющих линиях «ввод» и «вывод».

Данные, поступающие с внешних устройств ВУ. передаются на шину данных -разрядного параллельного (или последовательного) кода через порт ввода. Дешифратор адреса определяет конкретный ПЕВ. который передает данные на шину данных в некоторый момент времени.

Порты сводя и дешифратор адреса составляют модуль ввода. Результаты операций (данные) могут быть выведены по команде через один из ПВЫЕ на внешние устройства, подсоединенные к этому порту.

Рис. 12.3

Требуемый выбирается через дешифратор адреса и оба они составляют модуль вывода.

Таким образом, ПВВ являются одними из основных элементов, которые обеспечивают сопряжение различного рода внешних устройств с МПС.

Сложность задач, возлагаемых на интерфейс, а также недостаточная мощность буферных схем, входящих в состав БИС МП, при вели к распределению средств интерфейса между различными устройствами: устройством управления памятью и вводом-выводом, входящим в состав МП; непосредственно интерфейсным устройством, являющимся промежуточным звеном между МП. с одной стороны, и памятью и внешними устройствами (ВУ), с другой; специализированными устройствами управления (контроллерами), предназначенными для реализации алгоритмов управления, специфических для различных ВУ.

Организация обмена в простейших случаях возможна на основе средств, содержащихся только в МП. Недостающие функции в таких случаях реализуются программно. Более сложные запоминающие и внешние устройства (ЗУ и ВУ) соединяются с МП обязательно через дополнительные интерфейсные устройства, выполненные на основе СИС и МИС или (в некоторых МПК) в виде специальных БИС. Разработка БИС обусловливается значительной сложностью функций интерфейсных устройств: при отсутствии БИС в некоторых случаях может потребоваться до нескольких сотен корпусов СИС и МИС.

Наконец, существуют ЗУ и ВУ со специфическими алгоритмами управления, реализация которых возможна лишь специальными контроллерами.

Каждое ВУ характеризуется своим особым набором действий, совершаемых при вводе-выводе, поэтому средства интерфейса в каждом случае также должны быть различными, Это означает, что схемная реализация (или программа), в соответстии с которой происходит обмен данными, строится специальным образом для каждого типа ВУ.

Реализация процедур обмена данными требует синхронизации работы МП и ВУ, т. е. скорости их работы должны согласовываться — при запаздывании во время выполнения операций «медленным» устройством более «быстрое» переходит в состояние ожидания.