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ELEKTRONIK

Programmierter E/A-Transfer

Einfache E/A-Schnittstellen für programmierten E/A-Transfer bestehen wesentlich aus (siehe Umdruck):
  • E/A-Datenregister (EADR)
  • E/A-Steuer- und Statusregister (EASR)
  • Adreß- und Steuerlogik
Sie ist normalerweise an den Systembus der CPU angeschlossen. Das EADR dient zur Zwischenspeicherung des zu übertragenden Datenwerts (zeitliche Anpassung). Neben den zu übertragenden Daten braucht die Schnittstelle Signale zur richtigen Abwicklung des Datentransfers:
  • Statussignale von der Peripherie
    z. B. Anzeige, dass das Peripheriegerät einen neuen Wert ins EADR geliefert hat oder bereit ist, den nächsten Wert zu übernehmen.
  • Steuersignale zur Peripherie
    z. B. Anzeige, dass der vorhergehende Datenwert gelesen wurde und die Peripherie einen neuen Wert ins EADR einschreiben kann.
  • Steuersignale zur Schnittstelle selbst
    z. B. Signale zum Einstellen bestimmter Betriebsmodi bei programmierbaren Schnittstellen.

Diese Signale werden - soweit sie für längere Zeit zur Verfügung stehen müssen - im EASR gespeichert. Das EASR kann auch aus separaten Registern für Status- und Steuersignale bestehen. Normalerweise verfügt ein Computer über mehr als eine E/A-Schnittstellen Adressierung erforderlich. Für die Adressierung der E/A-Schnittstellen gibt es zwei Möglichkeiten:
  • Getrennte Adressierung(Isolated I/O, I/O-Mapped I/O)
    Der Rechner verfügt über spezielle E/A-Befehle und einen eigenen E/A-Adreßraum. Die E/A-Adresse wird oft auch Port genannt. Sie wird entweder auf separaten Adressleitungen zu den Schnittstellen geführt oder über den normalen Adreßbus geleitet. In diesem Fall gibt es (eine) zusätzliche Steuerleitung(en) zur Unterscheidung zwischen E/A- und Speicheradressen. Da i.a. der E/A-Adreßraum kleiner als der Speicheradreßraum ist, wird nur ein Teil der A-Bus-Leitungen verwendet (z.B. 8080/8085: 8 Bit, 80386: 10 Bit).
  • Speicheradressierung(Memory Mapped I/O)
    Der E/A-Adreßraum wird in den Speicher-Adreßraum abgebildet, d.h. bestimmte Adressen stellen keine Speicheradressen, sondern E/A-Adressen dar geringfügige Einschränkung des Speicheradreßraums. Die E/A-Adressen werden von der CPU genauso behandelt und angesprochen, wie Speicheradressen. E/A-Operationen werden mit den normalen Transportbefehlen durchgeführt (z. B. Load, Store) Einsparung zusätzlichen Aufwandes für Adreß-/Steuerleitungen und für spezielle E/A-Befehle.
Im allgemeinen erhalten EADR und EASR eine eigene, separate Adresse. Beide sind am Datenbus angeschlossen. Steuersignale werden wie Datenwerte ins EASR geschrieben, Statussignale werden wie Datenworte aus dem EASR gelesen - die Verarbeitung muss in der CPU durch geeignete Befehle erfolgen (z.B. log. Verknüpfung).

Programmgesteuerter programmierter Transfer

Die E/A-Befehlsfolge steht innerhalb eines Programms und wird im Rahmen der normalen Programmausführung abgearbeitet. Die gesamte Initiative zur E/A geht vom Programm aus. Zeigt der Inhalt des EASR an, dass keine neuen Daten im EADR stehen, muss das Programm erneut das EASR abfragen Warteschleife, "Polling". Dabei können zwei "Randbereiche" Probleme verursachen:
  • Die Zeit, die das Programm braucht, um einen Eingabewert zu bearbeiten ist manchmal (oder sogar immer) länger als die Zeitspanne innerhalb der sich das Eingangssignal ändern kann es werden Ereignisse "übersehen".
  • Bei "langsamen" Peripheriegeräten ist der Computer während der Übertragung eines Datenblocks die meiste Zeit mit Abfragen bschäftigt, die in den meisten Fällen negativ ausfallen.

Unterbrechungsgesteuerter programmierter Transfer

Die E/A-Befehlsfolge wird durch einen von der E/A-Schnittstelle ausgelösten Interrupt gestartet. Der Interrupt wird von der Schnittstelle abgesetzt, wenn ein Datenwort empfangen wurde und im EADR steht (bzw. wenn ein Datenwort aus dem EADR abgeholt wurde). Die CPU braucht nicht in einer Programmschleife zu warten, sondern kann in der Zwischenzeit ein anderes Programm bearbeiten, das durch den Interrupt kurzzeitig unterbrochen wird. Der interruptgesteuerte Transfer gestattet zudem die quasi-simultane Bedienung mehrerer langsamer Schnittstellen. Zur Realisierung muß eine Interrupt-Leitung von der E/A-Schnittstelle (EASR) zum Unterbrechungswerk der CPU vorhanden sein.

Vorteil des programmierten Transfers: Sehr einfache Schnittstellen, die übersichtlich und leicht zu verwenden sind.

Nachteil des programmierten Transfers: Für den Transfer jedes einzelnen Datenworts wird die CPU benötigt. Diese muss dabei relativ viel Verwaltungsaufwand leisten (Laden/lesen EASR, Interrupt-Behandlung) die maximale Datenrate ist sehr begrenzt.

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