Кіріс және шығыс интерфейстері. МПЖ-де мәліметтер алмасу. Кіріс-шығыс әдістері және олардың жіктелуі. Мәліметтерді сериялы беру.

Тақырып: Кіріс және шығыс интерфейстері. Микропроцессорлық жүйелерде (МПЖ) мәліметтер алмасу. Кіріс-шығыс әдістері және олардың жіктелуі. Мәліметтерді сериялы беру

 

---

 

 Кіріспе

 

Кіріс және шығыс интерфейстері – бұл микропроцессорлық жүйенің (МПЖ) сыртқы құрылғылармен байланысуы үшін қолданылатын байланыс каналдары. Кіріс интерфейстері арқылы сыртқы құрылғылардан мәліметтер қабылданса, шығыс интерфейстері арқылы сыртқы құрылғыларға мәліметтер жіберіледі. Бұл интерфейстер МПЖ-ның басқа құрылғылармен байланысын және ақпарат алмасуын қамтамасыз етеді.

 

---

 

 МПЖ-де мәліметтер алмасу

 

Микропроцессорлық жүйелерде мәліметтер алмасу үш негізгі шина арқылы жүзеге асады:

1. Адрес шинасы: Микропроцессор мен құрылғы арасындағы нақты ұяшықты немесе адресті көрсету үшін қолданылады.

2. Мәліметтер шинасы: Мәліметтерді процессордан құрылғыларға немесе құрылғылардан процессорға жіберу үшін қолданылады.

3. Басқару шинасы: Микропроцессордың жадпен немесе кіріс-шығыс құрылғыларымен қандай операцияны (жазу немесе оқу) орындайтынын хабарлайды.

 

Мәліметтер алмасу кіріс-шығыс интерфейстері арқылы жүзеге асады және мәліметтер тасымалдау тәсілі ретінде бірнеше әдіс қолданылады.

 

---

 

 Кіріс-шығыс әдістері және олардың жіктелуі

 

Микропроцессорлық жүйелерде кіріс-шығыс операцияларын орындау үшін әртүрлі әдістер қолданылады. Бұл әдістердің әрқайсысы деректерді тасымалдау жылдамдығына, процессордың қатысуына және құрылғының жұмысына қарай ерекшеленеді.

 

# 1. Программалық басқарылатын кіріс-шығыс

 

Программалық басқарылатын кіріс-шығыс әдісінде процессор кіріс немесе шығыс операцияларын бағдарламалық командалар арқылы басқарады. Яғни, мәліметтерді қабылдау және жіберу үшін процессор әрбір операцияны жеке орындайды. Бұл әдісте процессордың қатысуы үнемі қажет болғандықтан, оның жылдамдығы төмендеу болуы мүмкін.

 

- Артықшылығы: Жүзеге асыру оңай және қосымша құрылғылар қажет емес.

- Кемшілігі: Мәліметтер тасымалдау жылдамдығы төмен, себебі процессор әрбір операцияға қатысады.

 

# 2. Үзу арқылы басқарылатын кіріс-шығыс

 

Үзу арқылы басқарылатын кіріс-шығыс әдісінде процессор кіріс немесе шығыс құрылғысынан келген үзу сигналына жауап беріп, тиісті мәліметтерді оқу немесе жазу операциясын орындайды. Бұл әдісте процессор үзу сұрауын алған кезде ғана кіріс-шығыс операциясын орындайды, яғни ол бос емес уақытта басқа есептерді орындауға мүмкіндік алады.

 

- Артықшылығы: Процессордың бос уақыты тиімді пайдаланылады.

- Кемшілігі: Үзу сұрауларын өңдеу процесі біраз уақытты қажет етеді.

 

# 3. Жадқа тікелей қол жеткізу (DMA) арқылы кіріс-шығыс

 

Жадқа тікелей қол жеткізу (DMA) арқылы кіріс-шығыс әдісінде мәліметтерді тасымалдау процесі микропроцессордың қатысуынсыз жүзеге асады. Бұл әдісте арнайы DMA контроллері құрылғы мен жад арасында тікелей байланыс орнатып, мәліметтерді жылдам тасымалдауға мүмкіндік береді.

 

- Артықшылығы: Мәліметтер тасымалдау жылдамдығы жоғары және процессордың қатысуы қажет емес.

- Кемшілігі: DMA контроллерін орнату қажет, бұл жүйенің күрделілігін арттырады.

 

# 4. Параллель және сериялы кіріс-шығыс

 

Параллель кіріс-шығыс және сериялы кіріс-шығыс мәліметтер тасымалдау тәсіліне байланысты жіктеледі:

- Параллель кіріс-шығыс әдісінде бірнеше бит мәлімет бір уақытта тасымалданады, бұл тәсіл жоғары жылдамдықты қамтамасыз етеді.

- Сериялы кіріс-шығыс әдісінде мәліметтер битпен тасымалданады, яғни бір бит бір жолмен беріледі. Бұл әдіс әсіресе ұзақ қашықтықтағы тасымалдау кезінде тиімді болып табылады.

 

---

 

 Мәліметтерді сериялы беру

 

Сериялы мәліметтер беру әдісі мәліметтерді бір биттен, яғни бір-бірден тасымалдау принципіне негізделеді. Бұл әдіс әдетте ұзақ қашықтықта мәліметтерді тасымалдау үшін және сымдар санын азайту үшін қолданылады.

 

# Сериялы мәліметтер беру әдістері

 

Сериялы мәліметтер беру әдісі асинхронды және синхронды түрде жүзеге асырылуы мүмкін:

 

1. Асинхронды мәліметтер беру:

   - Бұл әдісте әрбір мәліметтер битінің арасында арнайы синхрондау сигналы болмайды. Мәліметтер бастаушы бит (start bit) және аяқтаушы бит (stop bit) арқылы беріледі.

   - Асинхронды мәліметтер беру әдісі қарапайым және арзан, бірақ деректердің тұтастығы үшін жылдамдығы біршама төмен.

 

2. Синхронды мәліметтер беру:

   - Бұл әдісте мәліметтерді синхрондау үшін арнайы сағат сигналы қолданылады. Мәліметтерді тасымалдау процесі үзіліссіз және тұрақты жылдамдықпен жүреді.

   - Синхронды беру әдісі жоғары жылдамдықты қамтамасыз етеді, бірақ қосымша синхрондау схемаларын қажет етеді.

 

# Сериялы мәліметтер беру интерфейстері

 

1. RS-232: Қарапайым сериялы байланыс стандарты, ол төмен жылдамдықпен мәліметтерді жақын қашықтықта тасымалдауға қолданылады.

2. I2C (Inter-Integrated Circuit): Мәліметтерді қысқа қашықтықта, мысалы, бір тақтадағы компоненттер арасында тасымалдауға арналған.

3. SPI (Serial Peripheral Interface): Мәліметтерді жылдам тасымалдауға арналған, ол көбінесе сенсорлар мен басқа перифериялық құрылғылармен байланыс жасау үшін қолданылады.

4. UART (Universal Asynchronous Receiver-Transmitter): Асинхронды мәліметтер беру үшін кең тараған интерфейс, көбінесе компьютерлік байланыстарда қолданылады.

5. USB (Universal Serial Bus): Жоғары жылдамдықты, ұзақ қашықтықта мәліметтерді тасымалдауға арналған, перифериялық құрылғыларды қосуға арналған стандартты интерфейс.

 

---

 

 Қорытынды

 

Микропроцессорлық жүйелерде кіріс және шығыс интерфейстері сыртқы құрылғылармен байланысу үшін маңызды рөл атқарады. Мәліметтерді алмасу процесі әртүрлі әдістер арқылы жүзеге асады, оның ішінде программалық басқарылатын, үзу арқылы, DMA арқылы басқарылатын және параллель немесе сериялы мәліметтер беру әдістері кеңінен қолданылады. Сериялы мәліметтер беру әдісі ұзақ қашықтықта және аз сым қолдануды талап ететін жүйелерде тиімді болып табылады. Осы әдістердің барлығы МПЖ-ның тиімді жұмыс істеуін және сыртқы құрылғылармен үйлесімділігін қамтамасыз етеді.