Основные устройства цифровой техники

 

Магистральная (шинная) система обмена информацией.

 

Операционные элементы служат основой для создания более крупных единиц цифровой техники — так называемых устройств. К основным устройствам относятся процессор, устройства памяти и устройства ввода и вывода информации. В техники каждое устройство выполняется в виде конструктивно законченного модуля (агрегата). Объединяя необходимое количество различных типов модулей, можно собрать цифровую систему практически любого назначения и производительности.

Модульный принцип позволяет потребителю самому выбирать состав оборудования и производить модернизацию системы, постепенно дополняя ее новыми устройствами. Модульная организация системы опирается на магистральную (шинную) структуру обмена сигналами. В соответствии с рисунком 106 изображена обобщенная структурная схема цифровой системы обработки информации, в которую входят процессор (П), оперативное (ОЗУ), постоянное (ПЗУ) и внешнее (ВЗУ) запоминающие устройства, дисплей (Д), устройство печати (УП) и цифровой измерительный прибор (ЦИП).

Рисунок 106

Обмен информацией между отдельными устройствами происходит по трем многоразрядным шинам (многопроводным линиям связи), соединяющим все модули. Шины данных (ШД), адресов (ША) и управления (ШУ) осуществляют все необходимые связи внутри системы, обеспечивая обмен данными, адресами и управляющими сигналами. Разрядность шин определяется количеством одновременно передаваемой информации.

 Обмен информацией между любыми устройствами по общим шинам возможен благодаря временному распределению линий связи. В каждый момент времени они предоставляются для связи только двух абонентов. Выбор абонента производится при помощи адресной шины, на которой процессор выставляет код адреса того устройства, с которым необходимо обменяться информацией. Некоторую особенность имеет только обращение к ОЗУ и ПЗУ, где отдельным абонентом является не все запоминающее устройство, а каждая ячейка памяти. По шине управления передаются сигналы, определяющие характер обмена (ввод или вывод), и сигналы, синхронизирующие взаимодействие устройств, участвующих в обмене информацией.

Практическая реализация принципа модульности возможна только в том случае, когда присоединение нового устройства или замена устаревшего не потребуют сколько-нибудь серьезного изменения в остальной части системы. В идеальном случае все изменения должны сводиться к подсоединению дополнительного кабеля и корректировке программного обеспечения. Поэтому связь отдельных устройств друг с другом должна производиться при помощи унифицированных (т. е. не зависящих от типа модуля) средств сопряжения, которые в вычислительной технике называются интерфейсами.

 

Интерфейсы

 

Интерфейспредставляет собой совокупность технических средств (шины, электронные узлы) и алгоритмов, предназначенных для организации обмена (ввода — вывода) информацией между отдельными устройствами. Унифицированный интерфейс значительно упрощает работу пользователя, так как в нем стандартизированы сигналы обмена и программирование операций ввода — вывода независимо от особенностей того или иного модуля (дисплея, принтера, магнитофона, ВЗУ и т. п.).

Наиболее важными характеристиками интерфейса являются:

- пропускная способность, т. е. количество информации, которую можно передать через интерфейс в единицу времени. Пропускная способность может быть оценена или в бит/с, или через максимальную частоту передачи информационных сигналов;

- информационная ширина интерфейса, т. е. число бит данных, параллельно передаваемых через интерфейс;

- максимально допустимое расстояние между соединяемыми устройствами.

По принципу действия все интерфейсы делятся на два вида: параллельные и последовательные.

Последовательные интерфейсы — обычно при большом удалении объединяемых устройств.

Параллельный интерфейсприменяют только при небольшом удалении соединяемых модулей и предназначен для ввода — вывода информации байтами или более длинными словами (2...8 байт). Для осуществления обмена интерфейс должен осуществить следующие операции:

- произвести дешифрацию своего адреса, т. е. обнаружить, что процессор или другое устройство обратились именно к данному модулю;

- произвести дешифрацию кода команды, т.  е. настроиться на ввод или вывод информации;

- произвести обмен данными и управляющими сигналами, подтверждающими обмен, между соответствующими шинами и устройством, которое обслуживает данный интерфейс.

Первая задача решается блоком дешифрации адреса. Этот блок вырабатывает сигнал, разрешающий работу устройства, адрес которого появился на шине А.

Вторая задача — настройка интерфейса на ввод или вывод информации — решается при помощи двунаправленных формирователей данных — так называемых шинных формирователей (ШФ). Управление ШФ осуществляется двумя сигналами:

BМ — выбор микросхемы, т. е. разрешение работы при низком уровне, поступающем от дешифратора адреса;

З/Ч — запись (ввод — высоким уровнем) или чтение (вывод —низким уровнем).