Методы обмена

Рис. 9.

Рис. 8.

Рис. 7.

Рис. 6.

Рис. 5.

Рис. 4.

Рис. 3.

Рис. 2.

Рис. 1.

Управление обменом на примере параллельного способа обмена

Рис. 2.

Рис. 1.

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 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.

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)

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).

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).

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).

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).

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).

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

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.