17.12.2012 — Лекция №22

1. Программно-управляемая передача данных

Это наиболее распространенный режим передачи данных, при этом обмен данными осуществляется по командам ввода-вывода., указанных в программе.

IN ALL PORT

OUT PORT, ALL

PORT обычно имеет номер 0-255? При этом процесс обмена реализуется с помощью специальных интерфейсных БИС, называемых «Порт ввода-вывода». Порты подключаются к системной шине ЭВМ параллельно, таким образом, позволяют наращивать число портов ввода-вывода.

Таким образом, порты ввода-вывода подключаются аналогично ячейкам памяти ЗУ и обращение к ним происходит так же, как и к обычным ячейкам памяти — чтение для ввода данных из внешнего устройства, запись для вывода данных, при этом для устройств ввода-вывода обычно выделяется отдельное адресное пространство.

Структура порта Ввода-Вывода

По шине адреса передается адрес порта ввода-вывода. Дешифратор адреса определяет, что он относится к данному порту и активизирует буферный регистр вывода данных или мультиплексор ввода данных в зависимости от сигналов, передаваемых по шине управления. Благодаря программированию каждый канал может быть запрограммирован на ввод или вывод, при этом в различных режимах работы:

• без сигналов стробирования — работа с устройствами, которые всегда готовы к работе и нет необходимости опрашивать их готовность.

• Со сигналом стробирования — для передачи сигналов обычно выделяется один специальный канал, по которому передается/принимается управляющие сигналы, свидетельствующие о том, что информация присутствует на шине данных.

Параллельные адаптеры (порты ввода-вывода) применяются для передачи данных, которые находятся непосредственно рядом с ЭВМ, требуют большого числа KC между устройствами. Недостатки: большое число KC? Аппаратные затраты, небольшие расстояния, низкая скорость передачи данных

Если устройство находится на расстоянии 1 метр и более, применяются последовательные порты ввода-вывода, т.к. параллельные порты в высокоскоростных процессах имеют существенные недостатки. В отличие от параллельных линий, последовательные линии передачи данных позволяют существенно повысить скорость передачи данных в общем, при этом задержки KC не влияют на скорость передачи данных, т.к задержки всех импульсов у ЛC одинаковые. Скорость передачи данных можно повышать до очень больших величин.

Для реализации последовательных интерфейсов к параллельному адаптеру добавляется регистр сдвига. Передаваемые данные записываются в регистр сдвига и частота тактовых синхроимпульсов соответствует скорости передачи данных. Т.о параллельный код преобразуется в последовательный. Последовательный код поступает на вход сдвигового регистра и преобразуется в параллельный код.

Последовательные команды связи могут быть реализованы по синхронному и асинхронному принципу. Синхронный принцип передачи предполагает дополнительной линии связи для передачи сигнала синхронизации. Такой принцип имеет те же недостатки, что и параллельный, поэтому синхронные последовательные интерфейсы используются только для передачи информации на небольшие расстояния (1-10 метров).

Наибольшее распространение получил асинхронный принцип передачи. Для этого каждый передаваемый байт дополняется в начале стартовым, а в конце стоповым битом. Кроме того обычно для выявления возможных ошибок добавляется бит контроля по четности.

«1»

Старт бит

...

Старш. бит

Контроль чётности

Стоп бит

Старт бит

...

«0»

Благодаря стартовому и стоповому биту осуществляется синхронизация процесса передачи, при этом частота приемника и передатчика не должны отличаться друг от друга больше, чем на 5%.

После поступления старт-бита приемник определяет длительность старт-бита и благодаря этому определяется скорость передачи данных, потом с этой частотой дискретизации начинает считывать данные из линии данных, сравнивает результат контрольной суммы с принятым контрольным битом. Если контрольная сумма с битом не совпадает, то формируется сигнал «Признак — ошибка данных».

Если контрольная сумма не совпала, то проверяется 1 на месте стоп-бита, идет запрос повтора передачи. Иногда для надежности применяется 2 стоп-бита подряд, если KC имеет высокий уровень помех. Основной недостаток асинхронного принципа передачи с таким способом асинхронизации — сигналы не имеют баланса 0 и 1. Это затрудняет передачу сигнала ч/з частотно- зависимые цепи.

Для самосинхронизации используется специальная система кодирования — Манчестер-2 со средним нулевым уровнем. Каждый последующий бит складывается с предыдущим по модулю 2 и результат передается. Такой принцип используется для записи на жестких дисках. Такой же принцип кодирования осуществляется во всех устройствах, включая Ethernet.

Для передачи информации на небольшие расстояния используются синхронные интерфейсы типа SPI — разработка фирмы Motorolla. Этот интерфейс применяется для высокоскоростной передачи данных между устройствами, находящимися на одной плате.

Принцип работы заключается в том, что на стороне передатчика и приемника находятся сдвиговые регистры, которые разделяются на ведущего и ведомого. Кроме того, имеется дополнительная линия синхронизации, по которой передаются синхроимпульсы, тактирующие работу сдвиговых регистров. На передающей стороне формируется сигнал MOSI. Одновременно формируется ответный сигнал MISO/ Эти два сдвиговых регистра закольцованы, т.е реализован полный дуплексный режим — одновременные прием и передача. Такой режим называется точка-точка.

Для обеспечения связи одного устройства с многими реализуется дополнительная линия выбора устройства, по которой можно передавать данные и выбирать устройства. SPI достигает скорости до 1 Мбит/с. Интерфейс IIC (I^2C — патент Philips) — двухпроводной интерфейс. По этому интерфейсу обычно подключаются различные fladh-порты. Он рассчитаны на подключение 2МП устройств на одной плате для уменьшения KC между устройствами. Устройства должны иметь общую землю и общее питание. Этот интерфейс не рассчитан на гальваническую изоляцию. Основное достоинство — возможность реализовать сеть МП устройств.

CAN-интерфейс (Bosch). Изначально разработан для автомобилей. Основная особенность — малое потребление мощности (малые токи, дифференциальный сигнал, именуемый высоким H и низким L уровнем)