Ташқи қурилмалар билан маълумот алмашиш, интерфейсларни ташкил этилиши

Тизим интерфейси-бу унинг қурилмаларининг ўзаро таъсири ва улар ўртасида маълумот алмашиш учун мўлжалланган компютернинг конструктив қисми. Катта, ўрта ва суперкомпютерларда тизим интерфейси сифатида каналлар деб аталадиган (встроенные) ўрнатилган К/Ч процессорларига ега мураккаб қурилмалар қўлланилади.
Қурилма интерфейси турли хил қурилмаларни улаш учун мўлжалланган, шу жумладан, компьютердан автоном ишлайдиган қурилмалар учун ҳам.
Ўзаро уланадиган қурилмалар турига қараб интерфесларнинг қуйидагилари мавжуд:

• компьютернинг ички интерфейси (масалан, тизим шинаси интерфейси), шахсий компьютер тизим блоки ичидаги элементларни ўзаро боғлаш учун мўлжалланган;
• кириш-чиқариш интерфейси - тизим блоки билан турли хил (клавиатура, принтер, сканер, сичқонча, дисплей ва бошқаларни) қурилмаларни ўрнатиш учун;
• машиналар ўзаро ахборот алмашиш интерфейслари (турли хил машиналар ўртасида ахборт алмашиш учун) - турли хил компьютерларни ўзаро боғлаш учун (масалан, компьютер тармоқларини шакллантиришда);
• "одам - машина" интерфейслари - инсон ва компьютер ўртасида маълумот алмашиш учун.

Манзиллар ва маълумотларни узатиш усулига кўра интерфесларнинг қуйидагилар мавжуд:

• манзиллар ва маълумотлар шиналари бирлаштирилган интерфейс
• манзиллар ва маълумотлар шиналари ажратилган интерфейс

Ахборотни узатиш усулига кўра қуйидаги интерфейслар мавжуд:

• кетма-кет ва параллел интерфейс
• синхрон ва асинхрон интерфейс

Кетма - кет интерфейснинг камчилиги паст (?) унумдорлигидир.
Параллел интерфейснинг камчилигиги параллел физик линиялар орқали турли хил узатиш вақтлари туфайли маълумотларнинг “перекос" билан боғлиқ.
Синхрон интерфейс - физик линиялардаги сигнал олдиндан белгиланган вақт давомида сақланади.
Белгиланган вақтнинг ҳисоблаш нуқтаси синхронизация сигналини қўллаш орқали амалга оширилади.
Синхронизация интерфейсга уланган энг секин қурилма тезлиги асосида ишлаши керак.
Асинхрон усулда ҳар бир алмашиш қўшимча равишда ёки узатишнинг бошида ва охирида махсус сигналлар ёки махсус линиялар орқали хабар қилиниши керак.
Кейинги маълумотларни қабул қилиш фақат олдинги маълумотларнинг қабул қилинганлиги тўғрисидаги тасдиқни олгандан сўнг амалга оширилади.
Асинхрон интерфейс учун маълумот узатиш вақти сўров ва жавоб линиялари бўйлаб бошқариш сигнални узатиш вақтининг йиғиндиси плюс маълумотнинг ўзини узатиш вақти тенг.
Марказий процессорнинг маълумотлар алмашинувидаги иштироки даражасига қараб, интерфейсларда алмашинувни бошқаришнинг учта усули қўлланилиши мумкин:

• сканерлаш режими (синхрон алмашинув) ёки дастур томонидан бошқариладиган узатиш (дастурий таъминот усули);
• асинхрон алмашиш ёки узилишлардан фойдаланиш;
• тўғридан-тўғри хотирага кириш.

Дастурий таъминот усули (сканерлаш режими)
Сканерлаш режими алмашинувга тайёргарликни соддалаштиради, бироқ бир қатор камчиликларга эга:

• процессор доимо банд ва бошқа ишларни бажара олмайди;
• юқори тезликли периферик қурилма қўлланилганда процессор маълумотлар алмашинувини ташкил қилишга улгурмайди.

Асинхрон режимда марказий процессор алмашинувни ташкил қилишда асосий ролни бажаради, лекин сканерлаш режимидан фарқли ўлароқ, у қурилма тайёр бўлишини кутмайди, балки бошқа ишларни бажаради.

Алмашишни К/Ч қурилмаси бошлайди.
Процессорда даврий равишда сўровни амалга оширувчи махсус кириш бўлиши керак.
Ушбу киришда сигнал мавжудлиги процессорни жорий дастурнинг бажарилишини кечиктиришга ва узилишлар хизмати режимига ўтишга олиб келади (устуворлик ва узилишни тақиқлаш).
Узилишларни ташкил этиш қуйидагиларни талаб қилади:

• узилишни талаб қилган қурилмани аниқлаш (идентификация).
• процессорнинг ҳолатини, яъни, қайтиш учун унинг фаол регистрлари ҳолатини сақлаш,
• қабул қилинган узилишга қараб махсус дастурлани бажарилишига ўтиш, кейин эса қайтиш.
• узилишдан олдинги процессорнинг ҳолатини тиклаш, яъни, фаол регистрлар таркибини тиклаш, шу жумладан, бошқарувни, дастур ҳисоблагичи ва бошқаларни тиклаш.

Узилишлар аппарат ва дастурий таъминот ёрдамида ҳам амалга оширилиши мумкин.

Тўғридан-тўғри хотирага кириш (DMA — Direct Memory Access) - маълумотларни узатиш усули, яъни, процессордан автоном тарзда асосий хотира ва ташқи қурилма ўртасида алоқа ўрнатиш ва маълумот алмашиш.
Алмаштириш процессор томонидан эмас, балки DMA контроллери томонидан амалга оширилади.
Алмашиш бошланишидан олдин тўғридан-тўғри хотирага кириш контроллёри марказий процессор ёрдамида бошқарилади: унга асосий хотирадаги манзиллар ва узатиладиган маълумотлар миқдори унга узатилади.
Алмашинув тугаганидан сўнг DMA контроллери бу хақида процессорга хабар беради. Бундай ҳолда марказий процессорнинг иштироки билвосита бўлади.
Тўғридан-тўғри хотирага кириш:

• процессорни киритиш-чиқариш операцияларини бошқаришдан озод қилади;
• ташқи қурилма ва асосий хотира ўртасида маълумотлар алмашинуви вақтида процессор томонидан ўз дастурини параллел равишда бажаришга имкон беради;
• фақат асосий хотира ва ташқи қурилманинг ўтказиш имконяти билан чекланган тезликда маълумотларни алмашади.

Тўғридан-тўғри хотирага кириш режимида ишлаганда DMA контроллёри қуйидаги функцияларни бажаради:

• ташқи қурилмадан DMA сўровини олади;
• микропроцессорга тизим магистрал шиналарини эгаллаш тўғрисида сўров юборади;
• микропроцессордан тизим магистрал шиналарини эгаллаш ҳолатига киришини тасдиқловчи сигнални олади;

• DMA контролёри циклларини бажариш бошланиши ҳақида ташқи қурилмага хабар берувчи сигнал ҳосил қилади;
• тизим магистралининг манзил шинасига алмашиш учун мўлжалланган тезкор хотира ячейкачаси манзилини беради;
• маълумотлар алмашинувини бошқаришни таъминловчи сигналларни ҳосил қилади;
• DMA контроллёри охирида DMA циклининг такрорланишини ташкил қилади ёки DMA режимини тўхтатиб, сўровларни ўзидан олиб ташлайди.

DMA цикллари кетма-кет жойлашган хотира катакчалари билан бажарилади, шунинг учун DMA контроллери узатилган байтлар сонини ҳисоблагичига эга.

Узилиш - бу процессорга аппарат ёки дастурий таъминот томонидан юбориладиган сигнал бўлиб, дарҳол эътибор талаб қиладиган ҳодисани кўрсатади. Узилиш процессорни процессор бажараётган жорий кодни узилишни талаб қиладиган юқори устувор ҳолат ҳақида огоҳлантиради.