Организация информационного обмена в ВС

Обмен данными между ВС и внешними устройствами происходит через интерфейс ввода/вывода. Интерфейсом мы назвали устройство сопряжения. Это упрощенное определение. В вычислительной технике этот термин имеет более широкое определение.

Под интерфейсом понимают совокупность электрических, механических и программных средств, позволяющих соединять модули системы между собой и с периферийными устройствами. Его составными частями служат аппаратные средства для обмена данными между узлами и программные средства – протокол, описывающий процедуру взаимодействия модулей при обмене данными.

В ВС применяют специальные интерфейсные схемы для сопряжения периферийных устройств с системой (они показаны в виде модулей интерфейса ввода и интерфейса вывода). Основой этих схем являются порты ввода/вывода – схемы, спроектированные для обмена данными с конкретными периферийными устройствами. Порт – это адресуемый многорежимный буферный регистр ввода/вывода с выходными трехстабильными схемами, логикой управления и разъемом для подключения устройств ввода-вывода. Так же как и ячейки памяти порты пронумерованы, то есть имеют свой уникальный адрес.

Для многих ВС характерно несоответствие между относительно высокой скоростью обработки информации внутри микропроцессора и низкой скоростью обмена данными между модулями через интерфейс. Характеристики последнего в значительной степени определяют эффективность и производительность системы в целом.

Отдельные части ВС объединены между собой шинами.

Шиной называют группу физических проводников (линий передачи), используемых для передачи информации в виде электрических сигналов, предназначенных для выполнения определенной функции (по одной линии на каждый передаваемый бит).

Особенность структуры ВС заключается в магистральной организации связей между входящими в ее состав модулями. Связь осуществляется с помощью трех шин. По ним передается вся информация и сигналы, необходимые для работы системы. Эти шины соединяют процессор с памятью и интерфейсами ввода/вывода, в результате чего создается возможность обмена данными между процессором и другими модулями системы, а также передачи управляющих сигналов. Рассмотрим назначение и функции каждой из трех шин.

Шина данных (ШД) – это двунаправленная шина: по ней данные могут направляться либо в процессор, либо из него. При этом необходимо подчеркнуть, что невозможна одновременная передача; данных в обоих направлениях. Эти процедуры разнесены во времени в результате применения временного мультиплексирования.

Шина адреса (ША) это шина, по которой информация передается только в одном направлении – от микропроцессора к модулям памяти или ввода/вывода. По шине передаются многоразрядные двоичные числа. Каждый из них соответствует адресу определенной ячейки памяти или устройства ввода/вывода.

Шина управления (ШУ) служит для передачи сигналов, обусловливающих взаимодействие, синхронизацию работы всех модулей системы и внутренних узлов процессора. Одна часть линий шины управления служит для передачи сигналов, выходящих из процессора, а по другой части линий передаются сигналы к микропроцессору.

Достоинством шинной структуры является возможность лёгкого подключения к ВС новых модулей, например, нескольких блоков ОЗУ и ПЗУ для получения требуемой емкости памяти.