Σελίδα 1 από 11 Απαντήσεις στο φυλλάδιο 57 Ερώτηση: 1 η : Οι ακροδέκτες αυτοί χρησιµοποιούνται για: την επικοινωνία, µε τα υπόλοιπα ολοκληρωµένα κυκλώµατα του υπολογιστικού συστήµατος. την παροχή τροφοδοσίας και γείωσης. 2 η : Οι ακροδέκτες που χρησιµοποιούµε στην πλειοψηφία των µικροεπεξεργαστών καθώς και η χρησιµότητά τους φαίνεται στον πιο κάτω πίνακα. Υπάρχει επίσης: το σήµα εξόδου ΙΟ/Μ, όπου δείχνει αν θα εκτελεστεί η λειτουργία (εγγραφή ή ανάγνωση) στη µνήµη ή σε συσκευή εισόδου-εξόδου. Επίσης χρησιµοποιείται, µόνο στην περίπτωση όπου ο µικροεπεξεργαστής χρησιµοποιεί ξεχωριστό χώρο διευθύνσεων εισόδου εξόδου από εκείνο της µνήµης. 3 η : Το πλήθος των ακροδεκτών καθορίζει το κόστος κατασκευής του ολοκληρωµένου κυκλώµατος, καθώς και όλης της κατασκευής. Για να µειωθεί το κόστος κατασκευής, πρέπει να µειωθεί ο αριθµός των ακροδεκτών που στην πλειοψηφία τους οι γραµµές εισόδου-εξόδου είναι γραµµές διαδρόµων δεδοµένων και διευθύνσεων. Ένα τρόπος είναι κάποιοι ακροδέκτες που χρησιµοποιούνται για το διάδροµο διευθύνσεων να χρησιµοποιούνται και για το διάδροµο δεδοµένων. Για να
Σελίδα 2 από 11 πραγµατοποιηθεί αυτό σχεδιάζεται µε τέτοιο τρόπο ο επεξεργαστής ώστε να µην υπάρχουν δεδοµένα και διευθύνσεις ταυτόχρονα στο διάδροµο. Πολυπλεξία ονοµάζουµε την τεχνική κατά την οποία οι ίδιες γραµµές να χρησιµοποιούνται σε διαφορετικές χρονικές στιγµές για διαφορετικό σκοπό. 4 η : Σ αυτόν τον µικροεπεξεργαστή, οι γραµµές διευθύνσεων Α0-Α3 πολυπλέκονται µε τις γραµµές δεδοµένων D0-D3. Για την σύνδεσή τους στο διάδροµο δεδοµένων χρησιµοποιείται ένας αποµονωτής. Όταν στις γραµµές του µικροεπεξεργαστή AD3-AD0 περιέχεται πληροφορία σχετικά µε τη διεύθυνση, ενεργοποιείται το σήµα «ενεργοποίηση» και η πληροφορία µεταφέρεται στο διάδροµο διευθύνσεων. Όταν στις γραµµές του µικροεπεξεργαστή AD3-AD0 περιέχεται πληροφορία σχετικά µε τα δεδοµένα, τότε το σήµα «ενεργοποίηση», απενεργοποιείται και η πληροφορία δε µεταφέρεται στο διάδροµο διευθύνσεων. 5 η : Μέσα στο ολοκληρωµένο του µικροεπεξεργαστή η πολυπλεξία υλοποιείται µε πολυπλέκτες 2Χ1. Παρατηρούµε ότι δεν µπορούν να εισέλθουν τα δεδοµένα στον µικροεπεξεργαστή παρά µόνο να εξέρχονται απ αυτόν.
Σελίδα 3 από 11 6 η : Λειτουργία εισόδου-εξόδου ονοµάζουµε την µεταφορά δεδοµένων µεταξύ του µικροεπεξεργαστή ή της µνήµης και των µονάδων εισόδου-εξόδου. 7 η : Η λειτουργία εισόδου-εξόδου διαφέρει µε την επικοινωνία του επεξεργαστή µε την µνήµη στα ακόλουθα σηµεία: Η µνήµη δε ζητά από τον επεξεργαστή εξυπηρέτηση, επειδή αυτός προσπελαύνει τη µνήµη για να εγγράψει ή να διαβάσει δεδοµένα, ενώ η λειτουργία εισόδου-εξόδου ζητά από τον επεξεργαστή εξυπηρέτηση. (π.χ. το πάτηµα ενός πλήκτρου του πληκτρολογίου απαιτεί από τον επεξεργαστή την αναγνώρισή του). Η µνήµη αποτελεί µια ενιαία οντότητα, αφού ο µικροεπεξεργαστής για να προσπελάσει µια µνήµη χρησιµοποιεί τη διεύθυνσή της, ενώ όταν µια περιφερειακή συσκευή ζητάει εξυπηρέτηση, ο µικροεπεξεργαστής θα πρέπει να γνωρίζει ποια συσκευή είναι για να την εξυπηρετήσει. 8 η : Οι θύρες εισόδου-εξόδου, µπορούν να θεωρηθούν ως εξωτερικοί καταχωρητές. Μια θύρα εισόδου µπορεί να θεωρηθεί ότι αποτελείται απ ένα από- µονωτή (buffer) τριών καταστάσεων ενός δυαδικού ψηφίου, ενώ µια θύρα εξόδου απ ένα µανταλωτή (latch) ή flip-flop για κάθε ψηφίο της θύρας. Τα σήµατα E in και E out, παράγονται από τον µικροεπεξεργαστή και µεταφέρονται µέσω του διαδρόµου ελέγχου. Π.χ.: κύκλωµα εισόδου-εξόδου µε ιδιαίτερη λειτουργία είναι το κύκλωµα µετατροπής της παράλληλης επικοινωνίας σε σειριακή και αντίστροφα. Αυτά τα κυκλώµατα προγραµµατίζουν την λειτουργία τους και µπορούν να λειτουργήσουν ως µονάδες εισόδου ή εξόδου ή διπλής κατεύθυνσης.
Σελίδα 4 από 11 9 η : Οι τρόποι µε τους οποίους µπορούν να προσπελαστούν οι θύρες εισόδου-εξόδου είναι δύο: 1. ως κοινές θέσεις µνήµης, 2. µε ειδικές εντολές. Οι δύο τεχνικές που χρησιµοποιούνται για το χειρισµό των µνηµών είναι: µέσω ειδικών εντολών εισόδου-εξόδου (isolated I/O) µε απεικόνιση µνήµης (memory mapped)] 10 η : Τεχνική µέσω ειδικών εντολών εισόδου εξόδου: Σ αυτήν, η ξεχωριστή ή αποµονωµένη είσοδο-έξοδο, για την µεταφορά των δεδοµένων, χρησιµοποιεί δύο ειδικές εντολές µε συµβολική ονοµασία IN και OUT. Η διακίνηση των δεδοµένων γίνεται µέσω του συσσωρευτή. Έτσι µε την εντολή εισόδου το περιεχόµενο του αποµονωτή της θύρας µεταφέρεται στο συσσωρευτή, ενώ στην εντολή εξόδου συµβαίνει το αντίστροφο. Κατά τη διάρκεια της µεταφοράς, η διεύθυνση της θύρας µπαίνει στο διάδροµο διευθύνσεων. Μ αυτόν τον τρόπο, αποµονώνονται η µνήµη από τις θύρες εισόδου-εξόδου, δεν εµπλέκονται οι διακριτοί τους χώροι, ούτε οι διευθύνσεις των θυρών εισόδουεξόδου αποτελούν µέρος του τµήµατος της µνήµης. Επιπροσθέτως, στο διάδροµο ελέγχου εκτός από τα σήµατα που αφορούν την εγγραφή ή την ανάγνωση, έχουµε και σήµατα που µας πληροφορούν αν η προσπέλαση γίνεται στην µνήµη ή στην περιφερειακή συσκευή. Τέλος ο µικροεπεξεργαστής µπορεί να διαθέσει όλες τις διευθύνσεις του για τη µνήµη, λόγω της αποµονωµένης εισόδου-εξόδου. 11 η : Τεχνική µε απεικόνιση µνήµης: Σ αυτήν την τεχνική δεν είναι απαραίτητο, να έχουµε ξεχωριστές εντολές εισόδουεξόδου. Οι ίδιες εντολές που χρησιµοποιούνται για την επικοινωνία του µικροεπεξεργαστή µε την µνήµη, µπορούν να χρησιµοποιηθούν και για την είσοδοέξοδο. Στην περίπτωση αυτή, οι θύρες εισόδου-εξόδου, σχεδιάζονται µε τέτοιο τρόπο ώστε να συµπεριφέρονται ως διευθύνσεις µνήµης. Οι καταχωρητές που σχετίζονται µε τις θύρες εισόδου-εξόδου αντιστοιχούν σε θέσεις µνήµης.
Σελίδα 5 από 11 12 η : Τα πλεονεκτήµατα της τεχνικής χειρισµού των θυρών εισόδου-εξόδου µε απεικόνιση µνήµης είναι: ότι εντολές αναφοράς στη µνήµη µπορούν να χρησιµοποιηθούν και για είσοδοέξοδο. ( π.χ. µπορούν να γίνουν αριθµητικές πράξεις µε τα περιεχόµενα µιας θύρας εισόδου ή εξόδου χωρίς να τοποθετηθούν τα δεδοµένα της σε προσωρινούς καταχωρητές). οι περισσότεροι καταχωρητές του µικροεπεξεργαστή µπορούν να ανταλλάξουν πληροφορίες µε συσκευές εισόδου-εξόδου. Τα µειονεκτήµατα της τεχνικής χειρισµού των θυρών εισόδου-εξόδου µε απεικόνιση µνήµης είναι ότι: µειώνεται το πλήθος των θέσεων µνήµης που µπορεί να προσπελάσει ο µικροεπεξεργαστής. οι εντολές προσπέλασης µνήµης είναι συνήθως µεγαλύτερες από τις εντολές τύπου εισόδου-εξόδου. (π.χ. όπως στην περίπτωση του 8085 όπου οι εντολές προσπέλασης µνήµης είναι συνήθως τριών bytes, ενώ οι ειδικές εντολές εισόδου-εξόδου είναι µόνο δύο bytes). Έτσι το µήκος του προγράµµατος αυξάνει. 13 η : Οι τρόποι µε τους οποίους µπορεί ο µικροεπεξεργαστής και η µνήµη να επικοινωνήσουν µε τις συσκευές εισόδου εξόδου είναι: ελεγχόµενη από το πρόγραµµα µε χρήση διακοπών χρησιµοποιώντας ειδικό επεξεργαστή Αυτοί οι τρόποι διαφέρουν στον τρόπο που αρχικοποιεί ο µικροεπεξεργαστής τη λειτουργία του και στο πως ελέγχει τη µεταφορά των δεδοµένων. Στην περίπτωση όπου η είσοδος έξοδος ελέγχεται από πρόγραµµα, η µεταφορά των δεδοµένων βρίσκεται κάτω από συνεχή παρακολούθηση και τον έλεγχο του µικροεπεξεργαστή. Η λειτουργία της εισόδου-εξόδου γίνεται µόνο όταν κατά την εκτέλεση των εντολών, υπάρχει εντολή για είσοδο-έξοδο. Πριν την µεταφορά δεδοµένων, απαιτείται να προσδιοριστεί αν η περιφερειακή συσκευή είναι σε θέση να επικοινωνήσει µε τον µικροεπεξεργαστή. Σ αυτήν την περίπτωση ελέγχονται κάποια δυαδικά ψηφία ή σηµαίες που σχετίζονται µε τις περιφερειακές συσκευές. Το πρόγραµµα καθορίζει ποια συσκευή πρόκειται να εξυπηρετηθεί εξετάζοντας τα bit ενός καταχωρητή κατάστασης. Η εξέταση αυτή των
Σελίδα 6 από 11 bits ονοµάζεται περιόδευση (polling), ενώ το πρόγραµµα που χρησιµοποιείται λέγεται βρόχος περιόδευσης (polling loop). Το πρόγραµµα εκτελεί το βρόγχο περιόδευσης ελέγχοντας διαδοχικά όλες τις συσκευές που είναι συνδεδεµένες στο διάδροµο δεδοµένων και εξετάζοντας αν κάποιες από αυτές ζητούν εξυπηρέτηση. 14 η : Τα πλεονεκτήµατα της τεχνικής περιόδευσης είναι τα ακόλουθα: απαιτείται ελάχιστο υλικό και καµιά εξειδικευµένη γραµµή. είναι σύγχρονη µε την εκτέλεση του προγράµµατος. Αυτό σηµαίνει ότι ο προγραµµατιστής γνωρίζει πότε θα ερωτηθεί µια συσκευή. Τα µειονεκτήµατα της τεχνικής περιόδευσης είναι τα ακόλουθα: το γεγονός ότι ελέγχονται όλες οι συσκευές κάθε φορά που ξεκινάει ένας βρόγχος περιόδευσης, ενώ πρακτικά οι περισσότερες δε θα χρειάζονται εξυπηρέτηση. το χρονικό διάστηµα µεταξύ της χρονική στιγµής που µια συσκευή εισόδουεξόδου είναι έτοιµη και της χρονικής στιγµής κατά την οποία θα εξυπηρετηθούν δεν είναι συγκεκριµένο.
Σελίδα 7 από 11 Απαντήσεις στο φυλλάδιο 58 Ερώτηση: 1 η : Οι διακοπές είναι ένας άλλος τρόπος εξυπηρέτησης των περιφερειακών συσκευών, ο οποίος αφήνει το µικροεπεξεργαστή αφιερωµένο στην εκτέλεση του κύριου προγράµµατος. Έτσι ο µικροεπεξεργαστής ασχολείται µε τη µονάδα εισόδουεξόδου, µόνο όταν αυτή ζητήσει εξυπηρέτηση. 2 η : Σύµφωνα µε τη µέθοδο των διακοπών, όταν µια περιφερειακή συσκευή χρειασθεί εξυπηρέτηση, έχει τη δυνατότητα να ειδοποιήσει το µικροεπεξεργαστή µέσω ενός ακροδέκτη του. Ο µικροεπεξεργαστής απαντά στην αίτηση διακοπής, διακόπτει το πρόγραµµα που εκτελεί και εκτελεί µια υπορουτίνα, που έχει γραφτεί γι αυτή ειδικά τη συσκευή. Μετά το τέλος της εξυπηρέτησης της περιφερειακής συσκευής, ο µικροεπεξεργαστής γυρνά στο σηµείο του προγράµµατος που εκτελούταν πριν ενεργοποιηθεί η διακοπή. Υπορουτίνα εξυπηρέτησης διακοπής ονοµάζουµε το πρόγραµµα που γράφτηκε ειδικά για την συγκεκριµένη περιφερειακή συσκευή, η οποία εκτελείται όταν η συσκευή υποβάλει αίτηση διακοπής και ο µικροεπεξεργαστής αναγνωρίσει την διακοπή και την εξυπηρετήση. 3 η : Τα πλεονεκτήµατα της χρήσης των διακοπών είναι: 1 ον ότι δεν χρειάζεται ο µικροεπεξεργαστής να παρακολουθεί αδιαλείπτως τις περιφερειακές συσκευές και 2 ον ότι ο µικροεπεξεργαστής γλυτώνει χρόνο, µ αποτέλεσµα να ασχολείται µε την εκτέλεση του κυρίως προγράµµατός του. 4 η : Η προτεραιότητα των διακοπών καθορίζεται από την αρχιτεκτονική του µικροεπεξεργαστή, όπου δε µπορεί στη συνέχεια να τροποποιηθεί. 5 η : Πολλές όταν εκτελείται ένα πρόγραµµα στον µικροεπεξεργαστή, είναι αναγκαίο να µη διακόπτεται η εκτέλεση του προγράµµατος. Έτσι απενεργοποιείται ή ενεργοποιείται ο µηχανισµός των διακοπών εισάγοντας κατάλληλες εντολές στο πρόγραµµα. Πολλές φορές παρεµποδίζονται οι διακοπές µε τη χρήση «µάσκας». Κατά συνέπεια η ενεργοποίηση ή όχι των διακοπών κατά την εκτέλεση ενός
Σελίδα 8 από 11 προγράµµατος καθορίζεται από τον προγραµµατιστή των προγραµµάτων που θα εκτελέσει ο µικροεπεξεργαστής. 6 η : Τα βήµατα που ακολουθούνται κατά την εξυπηρέτηση µιας διακοπής είναι; 1. Ολοκληρώνεται η εντολή που εκτελούσε ο µικροεπεξεργαστής. 2. Απενεργοποιούνται όλες οι διακοπές. 3. Σώζεται στη στοίβα η κατάσταση του επεξεργαστή: το περιεχόµενο του µετρητή προγράµµατος το περιεχόµενο του συσσωρευτή το περιεχόµενο του καταχωρητή κατάστασης το περιεχόµενο των καταχωρητών γενικού σκοπού. 4. Εκτελείται η υπορουτίνα εξυπηρέτησης διακοπής. 5. Ανακτάται η κατάσταση του µικροεπεξεργαστή από τη στοίβα και επιστρέφεται ο έλεγχος στο πρόγραµµα στην επόµενη εντολή από εκείνη που είχε τελευταία εκτελεστεί. 7 η : Ο ρυθµός µεταφοράς δεδοµένων χαρακτηρίζεται από την περιφερειακή συσκευή και όχι από τον µικροεπεξεργαστή. Συνήθως για να µεταφερθούν δεδοµένα ο µικροεπεξεργαστής, παραδίδει τη διαχείριση του διαδρό- µου του συστήµατος στην ειδική µονάδα του συστήµατος, η οποία αποκτά τον έλεγχο του διαδρόµου µε µια απλή αίτηση στον µικροεπεξεργαστή. Αφού απαντήσει ο µικροεπεξεργαστής στην αίτηση, η µονάδα που ονοµάζεται διαχειριστής. Αυτός τοποθετεί διευθύνσεις στο διάδροµο διευθύνσεων και συντονίζει τη δραστηριότητα του διαδρόµου κατά τη διάρκεια ενός κύκλου µηχανής. Μια τέτοια µονάδα είναι η DMA. Η µονάδα αυτή περιλαµβάνει τους καταχωρητές κατάστασης και ελέγχου, δύο επιπλέον καταχωρητές, ένα για να κρατά τη διεύθυνση της επόµενης θέσης µνήµης και ένα στον οποίο θα αποθηκεύεται ο αριθµός δεδοµένων που πρέπει να µεταφερθούν. Αµέσως µετά τη µεταφορά ο καταχωρητής διεύθυνσης αυξάνεται, ενώ ο απαριθµητής δεδοµένων µειώνεται.
Σελίδα 9 από 11 8 η : Για τη µεταφορά δεδοµένων από ένα περιφερειακό προς τη µνήµη µέσω DMA, εκτελούνται τα παρακάτω βήµατα: 1. η διασύνδεση της περιφερειακής συσκευής στέλνει στον ελεγκτή µια αίτηση για εξυπηρέτηση DMA 2. ο ελεγκτής ενεργοποιεί το σήµα αίτησης για απόκτηση του διαδρόµου (HOLD). Ο µικροεπεξεργαστής αποκρίνεται µε ένα σήµα αποδοχής αίτησης απόκτησης (HLDA) και ελευθερώνει το διάδροµο δεδοµένων, το διάδροµο διευθύνσεων και το διάδροµο ελέγχου. Ο ελεγκτής DMA αποκτά τον έλεγχο των διαδρόµων. 3. ο ελεγκτής στέλνει στη διασύνδεση ένα σήµα αποδοχής DMA µε το οποίο ζητά από αυτή να τοποθετήσει τα δεδοµένα στο διάδροµο δεδοµένων (για λειτουργία εισόδου), ή να πάρει τα επόµενα δεδοµένα που είναι τοποθετηµένα πάνω στο διάδροµο (για λειτουργία εξόδου). 4. το προς µεταφορά δεδοµένο µεταφέρεται από ή προς τη θέση µνήµης που δηλώνεται µέσω του διαδρόµου διευθύνσεων που ελέγχεται από τον καταχωρητή διεύθυνσης DMA. 5. στη συνέχεια αυξάνει ο καταχωρητής διευθύνσεων και ο απαριθµητής δεδοµένων µειώνεται κατά 1 µέχρι να µεταφερθούν όλα τα δεδοµένα. Στην περίπτωση που ζητηθεί ταυτόχρονη εξυπηρέτηση δύο ή περισσοτέρων περιφερειακών από τον µικροεπεξεργαστή, υπάρχει καθορισµένη προτεραιότητα. Τεχνικές απόδοσης προτεραιότητας µπορεί να βασίζονται: Στο λογισµικό. Στο υλικό. Στο λογισµικό και στο υλικό µαζί. 9 η : Επειδή κατά τη διάρκεια της µεταφοράς DMA, ο µικροεπεξεργαστής αδρανοποιείται µέχρι να γίνει η µεταφορά των δεδοµένων, µ αποτέλεσµα την επίτευξη µέγιστου ρυθµού µεταφοράς. Στις περιπτώσεις όπου πρώτο µέληµα δεν είναι ο µέγιστος ρυθµός µεταφοράς, τότε ο ελεγκτής DMA κλέβει κύκλους µηχανής από τον επεξεργαστή, επειδή όταν αποστέλλεται ένα byte ο DMA δίνει τον έλεγχο στον µικροεπεξεργαστή και κατόπιν υποβάλλει νέα αίτηση. 10 η : Οι συσκευές που χρησιµοποιούµε για την είσοδο των δεδοµένων είναι: οι µηχανικοί διακόπτες και τα πληκτρολόγια. Όταν ο διακόπτης είναι κλειστός η έξοδος παίρνει την τιµή
Σελίδα 10 από 11 0V. Όταν ο διακόπτης είναι ανοικτός η τάση στην έξοδο είναι 5V. Υπάρχουν δύο είδη πληκτρολογίων: Ένα µε γραµµική αποκωδικοποίηση των πλήκτρων και ένα µε ορθογώνια διάταξη. Η γραµµική κωδικοποίηση χρησιµοποιείται µόνο αν το πλήθος των πλήκτρων είναι µικρότερο του 16. Ενώ αν αριθµός αυτός είναι µεγαλύτερος χρησιµοποιούµε την ορθογώνια διάταξη και πλεονεκτεί λόγω µείωσης του κόστους από την µη ύπαρξη του κωδικοποιητή. Για να αποφασίσουµε αν έχει πατηθεί κάποιο πλήκτρο και να αναγνωριστεί το πλήκτρο αυτό ακολουθούµε την ακόλουθη διαδικασία: 1. Κάνουµε όλες τις γραµµές του πίνακα 0 και ανιχνεύουµε τις λογικές τιµές στις στήλες. Αν µια ή περισσότερες στήλες είναι λογικό 0, έχει πατηθεί ένα πλήκτρο ( ή και περισσότερα ) 2. Προκειµένου να αναγνωρίσουµε ποιο πλήκτρο έχει πατηθεί, κάθε οριζόντιο σύρµα γίνεται διαδοχικά 0, ενώ όλα τα υπόλοιπα οριζόντια σύρµατα έχουν τη λογική τιµή 1. 3. Εξετάζεται κάθε ένα από τα κάθετα σύρµατα για να δούµε αν είναι λογικό 0. Αν µια κάθετη γραµµή είναι λογικό 0, το νούµερο αυτής της γραµµής, µαζί µε το νούµερο της γραµµής µε λογικό 0, προσδιορίζουν το πλήκτρο που έχει πατηθεί.
Σελίδα 11 από 11 Ο έλεγχος του πληκτρολογίου γίνεται µε το παρακάτω σχήµα: 11 η : Οι µονάδες εξόδου δεδοµένων µπορεί να είναι: 1. LEDς 2. 7 segment displays