Искусство схемотехники. Том 2 [Изд.4-е] - Пауль Хоровиц

Стандартная PC обладает довольно скромными возможностями режима ПДП-около 2 мкс на передаваемый байт. По сравнению с количеством прерываний количество каналов ПДП в IBM PC меньше. Для шины ввода-вывода доступны три канала DRQ1-DRQ3 (DRQ0 уже задействован на внутренние нужды — для регенерации динамической памяти): DRQ1 используется жестким диском, а DRQ2 — гибким. На все остальное остается DRQ3.

На рассмотренных нами примерах-программируемого ввода-вывода, прерываний, ПДП-мы познакомились с большинством сигналов магистрали, поступающими на плату внешнего устройства IBM PC В табл. 10.1 (и на рис. 10.14) приведен полный перечень сигналов магистрали с цоколевкой разъема. Для полноты изложения ниже описан каждый из этих сигналов, начиная с тех, с которыми мы уже встретились.

Рис. 10.14. Магистраль IBM PC.

А0-А19. Шина адреса. Два состояния, работает только на запись, действующий уровень сигнала-высокий. Все 20 разрядов используются для адресации памяти (совместно с сигналами MEMR' и MEMW', которые играют роль строб-сигналов, по аналогии с сигналами IOR' и IOW'), но только 16 младших разрядов используются при адресации ввода-вывода, (64 К адресов портов); устройства ввода-вывода должны осуществлять выборку адреса только при низком уровне сигнала AEN.

Важное замечание: ввод-вывод в пределах системной платы предусматривает адресацию только десятью младшими разрядами, используя при этом лишь адреса 000H-1FFH, поэтому адреса устройств ввода-вывода должны иметь в своих младших разрядах коды в диапазоне 200H-3FFH. Вы можете поступить умнее, используя наряду со свободными 10-разрядными адресами еще и 6 старших бит, расширив таким образом адресное пространство портов ввода-вывода до 64К.

D0-D7. Шина данных. Три состояния, двунаправленная, действующий уровень сигнала-высокий. Данные выставляются ЦП при записи в память или в порт ввода-вывода: выставляются памятью при чтении из памяти, в том числе и при ПДП; выставляются портом ввода-вывода при чтении из порта, в том числе и в память при ПДП.

IOR', IOW', MEMR', MEMW'. Строб-сигналы данных. Два состояния являются выходными (по отношению к ЦП), действующий уровень сигнала — низкий. Формируются ЦП при чтении или записи. При записи данные должны быть зафиксированы по спаду (положительному) и при надлежащем адресе; при чтении должны быть выставлены одновременно со строб-сигналом при заданном адресе.

AEN. Разрешение адреса. Два состояния, является выходным (по отношению к ЦП), действующий уровень сигнала — высокий. Вырабатывается ЦП во время циклов ПДП. Порты ввода-вывода не должны дешифровать адрес при наличии сигналов IOR', IOW', за исключением тех случаев, когда порты ввода-вывода принимают сигнал DACK и используют сигналы IOR' и IOW' для стробирования байтов данных ПДПН.

IRQ2-IRQ7. Запрос прерывания. Два состояния, является входным (по отношению к ЦП), действующим является нарастающий фронт. Вырабатывается устройством, запрашивающим прерывания. Приоритеты установлены таким образом, что IRQ2 имеет наивысший, a IRQ7 — наинизший приоритет. Контроллер прерываний 8259 допускает их маскирование, устанавливаемое ЦП посредством записи в порт по адресу 21Н. Каждый уровень IRQ может быть использован одновременно только одним устройством.

RESET DRV. Предустановка драйвера. Два состояния, является выходным (по отношению к ЦП), действующий уровень — высокий. Вырабатывается ЦП при включении электропитания. Используется для предустановки устройства ввода-вывода в заданное начальное состояние.

DRQ1-DRQ3. Запрос ПДП. Два состояния, является входным (по отношению к ЦП), действующий уровень — высокий. Вырабатывается устройством ввода-вывода, которое запрашивает канал ПДП. Приоритеты установлены таким образом, что DRQ1 имеет наивысший, a DRQ3 — наинизший приоритеты. Подтверждается сигналами DACK1'-DACK3'.

DACK0'-DACK3'. Подтверждение ПДП. Два состояния, является выходным (по отношению к ЦП), действующий уровень — низкий. Вырабатывается ЦП (или контроллером ПДП) для того, чтобы обозначить подтверждение соответствующего запроса ПДП.

ALE. Разрешение фиксации адреса. Два состояния, является выходным (по отношению к ЦП), действующий уровень — высокий. Микропроцессор Intel 8088 использует мультиплексируемую шину данные/адрес, и этот сигнал соответствует строб-сигналу МП, используемому регистрами-фиксаторами на системной плате для фиксации адреса. Может быть использован в качестве сигнала начала цикла ЦП; обычно при проектировании ввода-вывода игнорируется.

CLK. Тактовый сигнал. Два состояния, является выходным (по отношению к ЦП). Это-тактовый сигнал ЦП; он асимметричен, 1/3 периода поддерживается высокий уровень, а 2/3 — низкий. Исходные PC работали на частоте 4,77 МГц, сейчас используются более высокие частоты. Сигнал CLK применяется для синхронизации состояний ожидания при запросах (с использованием сигнала I/O CHRDY) для того, чтобы удлинить цикл ввода-вывода для медленных устройств.

OSC. Тактовый сигнал. Два состояния, является выходным (по отношению к ЦП). Этот сигнал представляет собой меандр с частотой 14,31818 МГц, который может использоваться (будучи поделенным на 4) для синхронизации работы цветного дисплея.

Т/С. Завершение передачи. Два состояния, является выходным (по отношению к ЦП), действующим является высокий уровень. Этот сигнал сообщает порту ввода-вывода, что передача блока данных в режиме ПДП завершена. Устройство, выполняющее ПДП, должно обрабатывать этот сигнал по совпадению с сигналом DACK' для используемого канала, поскольку сигнал Т/С вырабатывается независимо от того, по какому из каналов ПДП завершилась передача блока.

I/O СН СК'. Проверка канала ввода-вывода. Открытый коллекторный выход, является входным (по отношению к ЦП), действующий уровень-низкий. Инициирует прерывание с наивысшим приоритетом (немаскируемое прерывание); используется для того, чтобы сигнализировать о состоянии ошибки в каком-то из внешних устройств. Центральный процессор определяет «возмутителя спокойствия» опросом внешних устройств (см. разд. 10.11); следовательно, каждое устройство, которое вырабатывает сигнал I/O СН СК', должно иметь бит состояния, который может быть прочитан ЦП.

I/O СН RDY. Готовность канала ввода-вывода. Открытый коллекторный выход, является входным (по отношению к ЦП), действующий уровень — высокий. Формирует состояние ожидания, если перед вторым фронтом сигнала CLK цикла процессора (в цикле обычно 4 такта сигнала CLK) уровень сигнала I/O СН RDY установлен низким. Используется для удлинения цикла магистрали для медленных устройств ввода-вывода или при обращении к памяти.

GND,+5VDC, —5VDC, +12VDC, -12VDC. «Земля» и уровни постоянных напряжений питания. Регулируемые уровни постоянного напряжения, передаваемые по магистрали для питания внешних устройств, размещенных на вставных платах. Изучите описание вашего компьютера для того, чтобы выяснить ограничения на суммарную потребляемую электрическую мощность, которая зависит от модификации компьютера. Вообще говоря, мощности должно хватить для питания всего того, что вы подключите с помощью разъемов расширения магистрали.

Протокол ввода-вывода, описанный нами ранее, является примером синхронного обмена данными; данные выставляются на шину или принимаются с нее синхронно со стробирующими сигналами, которые генерируются ЦП (или контроллером ПДП). Этот метод отличается простотой, однако он чреват неприятностями в случае использования протяженных длинных шин, поскольку большое время распространения сигнала может привести к тому, что данные в операции ввода будут устанавливаться недостаточно быстро, чтобы обеспечить надежную передачу. Собственно говоря, при синхронном протоколе устройство, посылающее данные, так никогда и не узнает, получены ли эти данные! Это может показаться серьезным недостатком, но в действительности компьютерные системы с синхронными магистралями превосходно работают.

Альтернативой является асинхронная магистраль, на которой операция, например, ввода осуществляется следующим образом. ЦП устанавливает адрес порта, а на стробирующей линии (назовем ее, как и раньше, IOR') уровень (не импульс), который показывает адресному устройству, что идет операция ввода. Адресуемое устройство устанавливает данные на линиях DATA, а также уровень, сигнализирующий о наличии достоверных данных (назовем его DTACK', data transfer acknowledged, подтверждение передачи данных). ЦП, обнаружив DTACK', фиксирует («защелкивает») данные и затем снимает уровень IOR'. Как только интерфейс замечает, что линия IOR' переходит в высокое состояние, он снимает сигналы с линий DTACK' и DATA. Другими словами, ЦП заявляет: «Дай мне данные». Периферийное устройство отвечает: «Вот они, бери». Тогда ЦП говорит: «Готово, взял». И, наконец, периферийное устройство завершает диалог: «Отлично! Пойду снова спать». Описанную процедуру иногда называют «рукопожатием», или квитированием. Асинхронный протокол допускает использование длинных шин и позволяет взаимодействующим устройствам убедиться, что данные действительно передаются. Если удаленное устройство будет выключено, ЦП узнает об этом. Собственно говоря, эта информация доступна (через регистры состояния) на магистралях любого вида, и основное достоинство асинхронного протокола заключается в возможности использовать линии связи любой длины за счет незначительного усложнения аппаратуры.