Модуль ввода—вывода

Существует большое количество типов устройств ввода— вы вода данных, применяемых в микроЭВМ. Все они заимствованы из комплекта технических средств больших ЭВМ. Своих устройств, присущих только микроЭВМ, пока нет.

Использование того или иного типа устройств ввода—вывода зависит от задач, поставленных перед микроЭВМ. Эти устройства в технической литературе часто называют периферийными или внешними устройствами.

В простейших случаях работы микроЭВМ устройства ввода-вывода подключаются к шинам через порты, а в более сложных — с помощью специальных устройств, называемых интерфейсом. В узком смысле слова под интерфейсом понимают устройство сопряжения (согласования) модулей микроЭВМ, а в более широком толковании — совокупность электрических, механических и программных средств, предназначенных для организации обмена данными между модулями микроЭВМ.

.Поясним сказанное об интерфейсе на таком примере. Приобретая бытовой электрический прибор (электробритву, магнитофон, электроутюг)., мы прежде всего интересуемся его электрическим согласованием с питающей сетью. .Если в сети напряжение 127В , а прибор рассчитан на питание от сети 220 В, то при его включении в сеть он работать не будет. Еще хуже, если рабочее напряжение прибора окажется меньше напряжениям сети (прибор может выйти из строя). Для нормальной работы требуется электрическое согласование бытового прибора и питающей сети. Если такого согласования не будет, то его можно достигнуть, установив повышающий (понижающий) трансформатор, который будет выполнять роль интерфейса между прибором и питающей сетью. Кроме электрического согласования, должна выполняться и механическая совместимость. Например, штепсельная вилка прибора и розетка питающей сети должны соответствовать друг другу конструктивно.

При использовании сложных периферийных устройств, имеющих свою программу работы, свой язык программирования и т. д , интерфейс выполняет роль переводчика с одного языка программирования на другой, согласовывает форматы: данных, осуществляет синхронизацию обмена данными и выполняет целый ряд других программных согласований работы периферийного устройства с модулями микроЭВМ. Помимо этого, интерфейс выполняет функции портов— производит дешифрацию адреса, обеспечивает двунаправленность работы шины данных и др.

Если периферийное устройство выполняет многочисленные разнообразные и очень сложные операций, то с модулями-микроЭВМ его согласовывают с помощью усложненного интерфейса, называемого программируемом; интерфейсом.- Промышленность серийно выпускает такой интерфейс, типа. К580ИК55, - допускающий совмещенную работу с микроЭВМ, собранной на МП—-R580. Этот интерфейс (рис. 41.) имеет три канала (А, В и С) для подключения внешних периферийных устройств, и один канал D для подключения шины данных микроЭВМ:. Подавая на управляющий. вход Р двоичный код, можно по-разному запрограммировать работу К580ИК55,- а именно: в- зависимости от кода: каналы А, В и С могут работать каждый -порознь или все вместе на ввод или вывод данных. Допускается также работа двух каналов ; (А и В.)5 на ввод или вывод, а третьего (С) для включения управляющих: сигналов.

К580ИК55- считается универсальны интерфейсом широкого; применения, поскольку его можно сочетать, почти со всеми имеющимися периферийными устройствами, получая при этом программным путем около ста различных схем на комбинаций обмена данными между устройствами ввода—вывода и микроЭВМ.

Рассмотрим некоторые устройства ввода-— вывода данных.

1. Устройства; ввода. В. простейших случаях, для; ввода данных; используют, известные на м- переключатели в- виде тумблеров клавиш, кнопок или движковых выключателей, обеспечивающих ввод единицы: или нуля двоичного: числа, в зависимости- от положения ручки тумблера, клавиши, кнопки; или движка. Достоинством такого устройства ввода, является простота; конструкции и то обстоятельство, что ввод осуществляется непосредственно в двоичном, машинном коде.

Если программа написана в шестнадцатеричном виде, то для удобства ее ввода в. микроЭВМ пользуются шестиадцатеричной клавиатурой (рис.42) содержащей 16 клавиш, позволяющих вводить шеетнадцатеричные цифры от 0 до F. При нажатии любой клавиши; на выходе: формирователя двоичного, код а- появляется, четырехразрядный двоичный код, соответствующий цифре, указанной на клавише. Этот код поступает в регистр порта ввода и далее по шине данных в микроЭВМ. Часто шестнадцатеричную клавиатуру снабжают рядом дополнительных клавиш, позволяющих управлять режимом работы микроЭВМ (клавиши ЗХВ, СВР, АДР + 1, АДР — L и. др. на рис. 42;).

Как и в шестнадцатеричной клавиатуре, нажатие каждой клавиши преобразуется (с помощью сложной электронной схемы или специально составленной программы) в двоичный код, соответствующий символу, обозначенному на клавише. Этот код поступает в микроЭВМ для исполнения и одновременно отображается на экране телевизора для контроля. Серийно выпускаемый промышленностью клавиатурный пульт типа МС7004 имеет 96 клавиш.

При использовании микроЭВМ в качестве контроллера, управляющего токарным станком, стиральной машиной или светофором, устройство ввода выполняется в виде преобразователя, называемого датчиком, который превращает данные соответственно о положении резца, температуре воды или количестве автомашин в цифровой двоичный код. Этот код поступает в микроЭВМ. Часто между датчиком и микроЭВМ устанавливают интерфейс.

2. Устройства вывода. Наиболее простыми и часто применяемыми устройствами вывода являются знакомые нам светодиоды, по свечению которых можно определить логический уровень (1 или 0) на каждом проводе шины данных и адреса. Светодиоды бывают красного, зеленого и желтого свечения. Для индикации обычно используют светодиоды красного цвета, так как другие цвета трудно различимы при дневном ярком свете.

Если микроЭВМ имеет шестнадцатеричную клавиатуру ввода, то вывод осуществляется при помощи семисегментных индикаторов. Все сегменты могут включаться каждый отдельно или несколько в нужном сочетании. Комбинацией сегментов могут быть отображены все цифры от 0 до 9, а также некоторые буквы. На рис. 35 показано, как с помощью семисегментного индикатора отобразить цифры шестнадцатеричной системы счисления.

Обычно в микроЭВМ устанавливают шесть семисегментных индикаторов (рис. 36): четыре из них подключают к адресной шине и два — к шине данных. Подключение выполняют через специальные дешифраторы, преобразующие двоичный код тетрады (4 разряда) шины в семисегментный код засветки индикатора.

Из всех устройств вывода микроЭВМ самым распространенным и совершенным является телевизионный экран, на котором отображается текст, состоящий из слов и цифр, а также графики и рисунки в черно-белом или цветном изображении. Такое устройство вывода (отображения) называют дисплеем. Помимо электроннолучевой трубки, применяемой в телевизионном дисплее, его выполняют также на специальных газоразрядных панелях, жидкокристаллических индикаторах, электрохромных и других элементах.

Для вывода алфавитно-цифровых данных на печать применяют устройство, называемое принтер. Иногда принтер именуют алфавитно-цифровым печатающим устройством (сокращенно АЦПУ).

Принтер выполняет построчную печать на бумаге от 32 до 128 символов в строке. Скорость печатания составляет десятки символов в секунду.

При использовании микроЭВМ для автоматизации проектных работ в качестве выводного устройства применяют прибор, называемый графопостроителем. Он представляет собой автоматическую чертежную доску, управляемую двоичным кодом микроЭВМ.

Под воздействием кодовых сигналов включаются управляющие двигатели, передвигающие рапидограф — чертежный инструмент, вычерчивающий на бумаге линии чертежа, графики или схемы.

При работе микроЭВМ в качестве контроллера для управления станками или бытовыми приборами выводное устройство выполняется в виде исполнительного механизма, преобразующего выходной двоичный код микроЭВМ в электрическое напряжение, включающее реле, двигатель или иное электромеханическое устройство, обеспечивающее нужное положение управляющего органа (резца, водяного вентиля, регулятора громкости, выключателя питания и др.).

3. Устройства ввода—вывода. К универсальным устройствам, позволяющим во время работы микроЭВМ вводить и выводить данные, относится сочетание клавишного пульта и телевизионного дисплея. С помощью клавиш данные вводятся в микроЭВМ, а на экране телевизора осуществляется контроль данных. Такое устройство в литературе иногда называют дисплеем, хотя, строго говоря, дисплей служит только для отображения данных. Поэтому комплект, состоящий из клавишного пульта и дисплея, правильнее называть экранным пультом или видеотерминалом.

К универсальным устройствам ввода — вывода относится также телетайп, который был первоначально разработан для телеграфных сообщений. Он имеет буквенно-цифровую клавиатуру и устройство, печатающее текст на бумажной ленте. В комплекте с микроЭВМ телетайп применяется редко. Чаще используется обыкновенная электрическая пишущая машинка типа Консул. При нажатии клавиши такой машинки образуется двоичный код, который через преобразователь поступает в микроЭВМ для исполнения. И наоборот, двоичный код микроЭВМ с помощью преобразователя превращается в код, управляющий механизмом печатания пишущей машинки, и на бумаге воспроизводится текст, выдаваемый микроЭВМ.

В последние годы во многих странах уделяется большое внимание разработке устрой ств вв ода — вывода данных на человеческом языке (в речевой форме), а также путем обмена графическими данными — чертежами, схемами и рисунками. Общение с микроЭВМ, наделенной таким устройством, становится очень простым и естественным. Уже сейчас имеются разнообразные говорящие устройства в виде микрокалькуляторов, бытовых и измерительных приборов, игрушек, электронных игр, читающих машин и рече-распознающих автоматов. Правда, успехи в этих разработках пока весьма скромные. Эти устройства еще очень громоздкие и дорогие.

Они не выпускаются промышленностью серийно. Однако микропроцессорная техника развивается так стремительно и. многолико, что нельзя определенно предсказать ее дальнейший ход. Возможно в самом ближайшем будущем появятся, простые, дешевые синтезаторы речи и понимающие человеческий голос компьютеры.