Устройство для ввода-вывода информации Советский патент 1990 года по МПК G06F13/00 

Изобретение относится к вычислительной тех1шке, а именно к управляющим микропроцессорным системам, и может быть использовано при построении систем преимущественно с большим количеством подключаемых вводно-выводных устройств, в частности при тестовом диагностировании логических блоков.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей за счет обеспечения различных режимов работы; синхронного, асинхронного и самодиагностики .

На фиг. 1 приведена структурная схема устройства ввода-вывода; на фиг. 2 и 3 - фунйдиональные схемы регистра ввода-вывода и регистра управляющего слова, соответственно; на

фиг. 4 - 8 - примеры выполнения селектора адреса, дешифратора управля- юощх сигналов, мультиплексора управляющих сигналов, формирователя запроса магистрали и делителя частоты соответственно; на фиг. 9 - временная диаграмма работы формирователя запро- .са магистрали с некоторыми сигналами регистра управляющего слова и делителя частоты.

Устройство ввода-вывода (фиг. 1) содержит приемопередатчик 1, селектор 2 адреса, дешифратор 3 управляющих сигналов, блок регистров 4(1)-4(п), ввода-вывода, регистр 5 управлякяцего слова, мультиплексор 6 управляющих сигналов, формирователь 7 запроса магистрали и делитель 8 частоты.

01

00

ел

INO

Блок регистров 4 ввода-вывода (фиг. 2) содержит п регистровых узлов каждый из которых содержит первый 9 и второй 10 регистры, мультиплексор 11, злемент НЕ 12, элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 13 и элемент И-НЕ 14. Регистр 5 управляющего слова (фиг. 3) содержит первый 15, второй 16 и третий 17 регистры, элемент НЕ 18 и элемент И 19.

Селектора адреса (фиг. 4) содержит регистр 20, элемент НЕ 21, элементы И 22 и 23, дешифратор 24 и элементы НЕ 25-33. Дешифратор управляющих сигналов (фиг. 5) содержит элементы И 34-40. Мультиплексор управляющих сигналов (фиг. 6) содержит элементы И 41 и 42 и резисторы 43-46.

Формирователь запроса магистрали (фиг. 7) содержит элементы И 47 и 48, элементы НЕ 49 и 50, триггеры 51 и 52 элемент И 53 и резистор 54.

При пocтyплe tии сигнала с (п+2)-го выхода регистра 5 управляющего слова устанавливается триггер 52, и через элемент И 53 на D-вход триггера 51 поступает сигнал Лог. 1. Когда ма- гистраль свободна, сигналы BUSY BPRN не активны, т.е. находятся в состоянии высокого логического уровня, и элемент И 48 пропускает импульсы на С-вход триггера 51. По переднему фронту сигнала ВСК триггер устанавливается в состояние высокого логического уровня на прямом выходе, что приводит к возврату в исходное состояние триггера 52 и к установке на D-входе первого триггера, регистра 55 сдвига и делителя 8 потенциала Лог. 1.

Делитель частоты (фиг. 8) реализо- ван на регистрах 55 и 56 сдвига, элементах И 57 и 58, триггерах 59 и 60 и элементе НЕ 61. Используя перемычки, можно изменять длительности управляющих сигналов, при зтом триггер 59, формируниций сигнал BUSY, вьпспючается на один такт сигнала BCLK раньше триггера 60, задающего длительность сигналов по выходам (п+3) , (п+4) ,- (п+5), (п+б-) регистра 5 управляющего слова.

Выходы первого регистра 15 являют- |ся 1,...,п, (п-И), (п+2) выходами ре- тистра 5 управляющего слова.

При включении питания сигнал Сброс с магистрали ЭВМ устанавливает делитель 8 и регистр 5 управляющего слова в исходное состояние, при котором на выходах регистра 5 - сигналы

низкого уровня,за исключением выхо-i ДОН (п+2), (п+3), (п+4), (п+5), (п+6) находящихся в вЫсокоимпедансном состоянии. Регистры 4(1)-4(п) ввода-вывода переключены на прием информации с периферийного устройства и до поступления сигнала чтения из регистра 4 ввода-вывода оба регистра 9 и 10 (фиг. 2) находятся в высокоимпедансно состоянии, так как на входах управления третьим состоянием регистров 9 и 10 - сигналы высокого уровня.

Устройство ввода-вывода имеет два рабочих режима (т.е. режим асинхронного обмена и режим синхронного обмена), а также режим самодиагностики.

В исходном состоянии после начальной установки по сигналу Сброс устройство готово для работы в реткиме. асинхронного обмена. В. этом режиме каждый, из регистров 4(1)-4(п) может быть запрограммирован на ввод или вывод информации из ЭВМ. Программирование осуществляется установкой в О или 1, соответственно, выходов 1-п регистра 5 управляющего слова. Причем значение 1 соответствует переключению соответствующего регистра 4(1)-4(п) на вывод информации на периферийное устройство. Изменение выходной информации, а также переключение регистров 4(1)-4(п) на ввод или вывод осуществляется под управлением ЭВМ.

При обмене информацией через определенный регистр 4(1)-4(п) ЭВМ выставляет на шине адреса данных адрес определенного регистра 4(1)-4(п), сопровождая его сигналом стробирования. Адрес фиксируется в регистре 20 селектора 2 адреса (фиг. 4). Затем ЭВМ выставляет на шину адреса данных сигнал Ввод или Вьшод. Эти сигналы поступают на второй и третий входы первого дешифратора 3 управляю- Dflix сигналов 3 (фиг.5), на первую группу входов которого .поступает сигнал выбора одного из регистров 4(1)- 4(п). Дешифратор 3 коммутирует сигналы Ввод или Вывод на первый или второй управляющие входы выбранного регистра ввода-вывода 4(1)-4(п). При наличии сигнала Ввод по (п+2)-му выходу дешифратора 3 происходит переключение приемопередатчика 1 на ввод информации в ЭВМ, Аналогично осуществляется обмен информацией н с регистром 5 управляющего слова.

51587520

В режиме асинхронного обмена инфор- сигналов,

20

нацией формирователь 7, делитель 8 частоты и мультиплексор 6 не принимают участия в работе устройства.

В режиме синхронного обмена подключение устройства ввода-вывода к магистрали периферийного устройства осуществляется с помощью формирователя 7, причем при выводе информации на ма-.л гистраль .периферийного устройства, предварительно подготавливается информация в регистрах 4(1)-4(п). Формирователь 7 выполняет роль арбитра магистрали периферийного устройства. Для этого он управляется сигналами последовательного приоритета BPRN, занятости магистрали BUSY и синхронизации BCLK. Устройство вступает в работу по сигналу с (п+2)-го выхода регистра 5. По фронту сигнала BCLK выставляется сигнал запроса магистрали BPRO, которьй запрещает распространение сигнала к следующим устройствам, подключенным к магистрали. Если магистраль свободна, т.е. сигналы BUSY и BPRN находятся в неактивном состоянии (потенциал Лог. 1), то по следующему переднему фронту сигнала BCLK делитель 8 частоты устанавливает свой сигнал BUSY, запрещая работу всех других-устройств, подключенных к магистрали периферийных устройств (фиг. 9). По первому выходу делитель 8 одновременно с установкой сигнала BUSY выводит из третьего состояния регистр 16 регистра 5 управляющего слова, который формирует сигналы управления записью, чтением подключенных к устройству портов и элементов памяти по (п+3), (п+4), (п+5), (п+6)- му выходам. Эти же сигналы поступают на вход мультиплексора 6, формирующего сигналы записи, чтения регистров

составляющие различное кол чество периодов тактовой частоты BCLK.

Режим самодиагностики задается ус тановкой сигнала высокого логическог уровня на (п+1)-м-выходе регистра 5 управляющего слова. Этот сигнал поступает на четвертые входы регистров 4(1)-4(п) ввода-вывода. В этом режим информация, последовательно записыва-г ется в регистры 4(1)-4(п), затем счи тьшается последовательно из этих регистров. Причем перед чтением каждог ) из регистров 4Cl)-4(n) предварительн необходимо установить потенциал логи ческой единицы на соответствующем вы ходе 1,...,п регистра 5 управляющего слова. Устройство исправно, если переданные и считанные коды по каждому из регистров 4(1)-4(п) совпали. В режиме самодиагностики пр веряется также и регистр 5 управляющего слова

30

25 Формула изобретения

1. Устройство для ввода-вывода информации, .содержащее дещифратор управ ляющих сигналов, приемопередатчик, делитель частоты, регистр управляющег слова, блок регистров ввода-вывода, мультиплексор управляющих сигналов, селектор адреса, причем первый информационный вход-выход приемопередатчика является входом-выходом устройства для подключения к адресно-информационной щине ЭВМ, второй информационный вход-выход приемопередатчика соединен с информационными входами селек тора адреса, регистра управляющего слова и с первым информационным входо блока регистров ввода-вывода, выход селектора адреса соединен с первым входом дешифратора управляющих сигяа35

40

4(1)-4(п). После окончания цикла обме-дз лов, второй и третий входы которого

сигналов,

0

л

составляющие различное количество периодов тактовой частоты BCLK.

Режим самодиагностики задается установкой сигнала высокого логического уровня на (п+1)-м-выходе регистра 5 управляющего слова. Этот сигнал поступает на четвертые входы регистров 4(1)-4(п) ввода-вывода. В этом режиме информация, последовательно записыва-г . ется в регистры 4(1)-4(п), затем счи- тьшается последовательно из этих регистров. Причем перед чтением каждого из регистров 4Cl)-4(n) предварительно необходимо установить потенциал логической единицы на соответствующем выходе 1,...,п регистра 5 управляющего слова. Устройство исправно, если переданные и считанные коды по каждому из регистров 4(1)-4(п) совпали. В режиме самодиагностики пр веряется также и регистр 5 управляющего слова.

.л

25 Формула изобретения

.л

30

1. Устройство для ввода-вывода информации, .содержащее дещифратор управляющих сигналов, приемопередатчик, делитель частоты, регистр управляющего слова, блок регистров ввода-вывода, мультиплексор управляющих сигналов, селектор адреса, причем первый информационный вход-выход приемопередатчика является входом-выходом устройства для подключения к адресно-информационной щине ЭВМ, второй информационный вход-выход приемопередатчика соединен с информационными входами селектора адреса, регистра управляющего слова и с первым информационным входом блока регистров ввода-вывода, выход селектора адреса соединен с первым входом дешифратора управляющих сигяа35

40

дз лов, второй и третий входы которого

Изобретение относится к вычислительной технике, а именно к управляющим микропроцессорным системам, и может быть использовано при построении систем преимущественно с большим количеством подключенных вводно-выводных устройств, в частности при тестовом диагностировании логических блоков. Устройство работает в режимах асинхронного обмена, синхронного обмена, а также в режиме самодиагностики, что позволяет расширить функциональные возможности и повысить достоверность работы устройства. Устройство содержит приемопередатчик, селектор адреса, дешифратор управляющих сигналов, блок регистров ввода-вывода, регистр управляющего слова, формирователь запроса магистрали, делитель частоты, мультиплексор управляющих сигналов. 9 ил.

на управляющие сигналы и выходы регистров 4(1)-4(п) переходят в третье состояние, чем устраняется влияние на работу магистрали.

Таким образом, в режиме синхронного обмена устройство ввода-вывода позволяет подключаться к быстродейст- вуюсщм синхронным магистралям, не нарушая процессов обмена информацией между другими устройствами, подключенными к этой же магистрали, причем i наличие делителя 8 частоты позволяет адаптировать устройство для магистралей, имеющих длительности управлякнцих

соединены с входами устройства для подключения к шинам направления обмена ЭВМ, стробирующий вход селектора адреса соединен с входом устройства

50 для подключения к выходу синхронизации адреса ЭВМ, вход сброса регистра управляющего слова является входом устройства для подключения к выходу сброса ЭВМ, информационные входы и

JJ выходы блока регистров ввода-вывода являются входами-выходами устройства для подключения к информационным щи- нам магистрали внешних устройств, первый и второй выходы дешифратора уп-

равляющих сигналов соединены соответственно с первым синхровходом регистра управляющего слова и управляющим входом приемопередатчика, первая груп-.

па информационных выходов регистра управляющего слова является группой выходов устройства для подключения к гаинам записи-чтения магистрали внешних устройств, о т л и ч а ю щ е е - р с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет обеспечения различных режимов работы: синхронного, асинхронного и самодиаг15875208

дов мультиплексора управляющих сигналов, выход которого соединен с входом записи-чтения блока регистров ввода-вывода.

ватель запроса магистрали, причем jbpynna выходов и группа входов дешифратора управлякщих сигналов соединены соответственно с группой адресных

входов блока регистров ввода-вывода и 20 образует вторые информационные вход

25

группой адресных выходов селектора адреса, вторая группа информационных выходов регистра управляющего слова соединена с группой режимных входов блока регистров ввода-вывода,третья группа информационных выходов регистра управляющего слова соединена с группой входов управления переводом в третье состояние блока регистров ввода-вывода и первым синхровходом 30 формирователя запроса магистрали, первый информационный вход которого соединен с первым выходом делителя часто- . ты и является входом устройства для подключения к шине занятости магистра-зз ли внешних устройств, шина синхронизации которой соединена с входом устройства, подключенным к второму син- хровходу формирователя запроса магистрали и синхровходу делителя частоты, Ю информационный вход которого соединен с инверсным выходом формирователя запроса магистрали, прямой выход и второй информационный вход которого являются выходом и входом устройства для 45 .подключения к соответственно шинам приоритета магистрали внешних устройств, иина последнего приоритета которой соединена с входом устройства для подключения к второму информаци- 50 онному входу формирователя запроса магистрали, рход сброса и второй выход делителя частоты соединены соответственно с входом устройства для подключе-.

и выход регистрового узла, шения первого регистра сое вым информационным входом сора, через элемент НЕ - с равления третьим состояние регистра, первым входном эл КЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ и является входом регистрового узла в тий информационные входы м сора образуют вход записигистрового узла, четвертьш онный вход мультиплексора выходом элемента И-НЕ, пер которого соединен с выходо ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, второй вх и управлякячий вход мультип разуют вход управления тр нием регистрового узла, в.т элемента И-НЕ является вхо регистрового узла, при это вторые информационные вход с первого по п-й регистров образуют соответственно п рую группы входов и выход управляюрще входы с первог регистровых узлов образуют ресных входов блока, входы равления третьим состояни чтения с первого по п-й р узлов образуют одноименны ка, .

ния к выходу сброса ЭВМ и входу управ-55 Р элемент НЕ, элемент И

формационные входы первог регистров образуют группу онных входов регистра упр слова, группы выходов пер

ления третьим состоянием регистра управляющего слова, первая группа информационных выходов регистра управляющего слова соединена с группой вховые информационные вход, и выход регистрового узла, группа выходов первого регистра соединена с группой информационных входов второго регистра

5

0 . з Ю50.

и выход регистрового узла, вход оазтэе- шения первого регистра соединен с пер- вым информационным входом мультиплексора, через элемент НЕ - с входом управления третьим состоянием второго . регистра, первым входном элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ и является управляющим входом регистрового узла второй и третий информационные входы мультиплексора образуют вход записичтения регистрового узла, четвертьш информационный вход мультиплексора соединен с выходом элемента И-НЕ, первый вход которого соединен с выходом элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, второй вход которого и управлякячий вход мультиплексора образуют вход управления третьим состоянием регистрового узла, в.торой вход элемента И-НЕ является входом режима регистрового узла, при этом первые и вторые информационные входы и выходы с первого по п-й регистровых узлов образуют соответственно первую и вторую группы входов и выходов блока, управляюрще входы с первого по п-й регистровых узлов образуют группу адресных входов блока, входы режима, управления третьим состоянием и записи- чтения с первого по п-й регистровых узлов образуют одноименные входы блока, .

5 Р элемент НЕ, элемент И

о т л и - регистр уп- три регист- причем информационные входы первого и второго регистров образуют группу информационных входов регистра управляющего слова, группы выходов первого и второго регистров соединены с группами информаг ионных входов третьего регистра и являются соответственно второй и первой группами выходов регистра управляющего слова, группа выходов третьего регистра соединена с группой информационных входов первого регистра, входы сброса первого и второго регистров являются входом сброса регистра управляющего слова, синхро- вход которого соединен с входами раз()

k

BPRH BCLK

BPRO BPRO

решения первого, второго и третьего регистров и через элемент НЕ - с дом управления третьим состоянием третьего регистра, соединенным с первым входом элемента И, выход и второй вход которого соединены соответ ствен- но с входом управления третьим состоянием второго регистра и входом управления третьим состоянием регистра управлякщего слова.

и

FP

«

h

т

b

ч

( ()

n

±0

ff(n}

6

(),(),(),()

Фаг.1

6/11

Om 9лЗ

Z

wR

At 37 AZ 82

I

77

0m 5л. 5

Фиг. 2

Й7;й:17

75

18

fZ

/

75

Сфос

ОтбА.Ъ От5/1.8

U2.5

Ю

О

3

От 6л. 5

ffSfl. (1...n)

КбА.7

К OA.ff(1...n)

(),(), Кбл.6

().()

KM

fn

rrU

Отбл.2

Кбл.(1}

QJUi

) Кбл.1

)Л2

N9

I

) Фиг5

От fff Mwrc М ( We

т

Фигб

ki

n.

5k

кШ..7

От М} мкм

кл