Взаимодействие центральных и периферийных устройств ПЭВМ

Все периферийные устройства должны коммутироваться с центральной частью компьютера таким образом, чтобы вводимые данные могли корректно поступать в МПр, а информация, поступающая на устройства вывода, должна быть предварительно обработана, чтобы соответствовать спецификации этих устройств. Иначе говоря, обмен данными между устройствами возможен только в случае совместимости их интерфейсов.

Под интерфейсом понимают совокупность различных характеристик какого-либо устройства, определяющих организацию обмена информацией между ним и МПр. Это электрические и временные параметры, набор управляющих сигналов, протокол обмена данными и конструктивные особенности подключения.

В случае несовместимости интерфейсов используют контроллеры, в состав которых входят схемы сопряжения и регистры, используемые для временного хранения передаваемой информации (порты ввода-вывода).

С середины 2000 годов для подключения периферийных устройств широко используется интерфейс USB (универсальная последовательная шина).

Периферийные устройства, с поддержкой USB при подключении к компьютеру автоматически распознаются системой, и готовы к работе без вмешательства пользователя.

USB устраняет проблему ограничения числа подключаемых устройств. При использовании USB с компьютером может одновременно работать до 127 устройств.

USB позволяет выполнять "горячее" (оперативное) подключение. При этом не требуется предварительное выключение компьютера, затем подключение устройства, перезагрузка компьютера и настройка установленных периферийных устройств.

Проще говоря, USB позволяет фактически реализовать все преимущества современной технологии "plug and play" ("включай и работай").

При подключении периферийного устройства вырабатывается аппаратное прерывание и управление получает драйвер контроллера USB, который на сегодняшний день интегрирован во все выпускаемые чипсеты материнских плат. Он опрашивает устройство и получает от него идентификационную информацию, исходя из которой, управление передается драйверу, обслуживающему данный тип устройств.

При взаимодействии МПр и периферийных устройств важную роль играют прерывания. ПУ вырабатывает специальный сигнал (запроса прерывания) в момент его готовности для обмена данных с МПр. Так как прерывания могут возникать одновременно от различных устройств, то каждое из них имеет свой приоритет. Для управления очередностью и анализа возможностей выполнения прерываний в компьютере предусмотрено специальное устройство - контроллер прерываний.

При получении запроса от ПУ по одной из линий управляющей шины контроллер прерываний выдает в МПр сигнал прерывания (если оно должно быть обработано). Последний приостанвливает выполнение текущего задания и запрашивает, на каком устройстве произошло прерывание. Получив по шине данных из контроллера прерываний номер прерывания, МПр использует его как индекс для выборки из таблицы адреса программы - обработчика данного прерывания, под управлением которой осуществляется операция ввода-вывода. После того, как прерывание будет обработано МПр, выполнение текущих операций будет продолжено.

Основная Внешние

программа запросы

из шины управления

Программа МПр

обработки Номер Контроллер

прерывания прерывания прерываний

Основная

программа

Таким образом, компьютер можно представить как набор элементов, связанных межде собой каналами связи. Обмен информацией между отдельными элементами выполняется в виде электрических сигналов. Все сигналы можно разделитьна управляющие и информационные. Управляющие сигналы предназначены для организации обмена информацией между отдельными элементами компьютера, а информационные содержат собственно пересылаемую информацию.

Рассмотрим такое взаимодействие на примере ввода символа с клавиатуры.

При нажатии клавиши утройство клавиатуры вырабатывает управляющий сигнал «Нажатие на клавишу» и информационный сигнал, представляющий собой номер нажатой клавиши. При отпускании клавиши клавиатура вырабатывает управляющий сигнал «Отпускание клавиша» и информационный сигнал «Номер клавиши».

Код символа записывается в специальное место памяти, которое называется буфером ввода с клавиатуры. Если в буфере закончилось место, то вместо записи кода символа в буфер программа генерирует звуковой сигнал.