Το (4ο) κεφάλαιο στο μάθημα Συστήματα Ψηφιακών Ηλεκτρονικών Θεωρία του τομέα Ηλεκτρονικής και ειδικότητας Ηλεκτρονικών Υπολογιστικών Συστημάτων και Δικτύων, Γ’ τάξη ΕΠΑΛ. Η παρουσίαση αυτή (PPT in PDF) είναι ενεργή, συνοδεύεται από κάποια αρχεία τα οποία συνδέονται με υπερσυνδέσεις. Περισσότερες πληροφορίες στην σελίδα http://www.ilektronikoi.gr/index.php?act=viewCat&catId=19

1. ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4
ΔΟΜΗ & ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ
ΜΙΚΡΟΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ
ΣΥΝΔΕΣΗ ΜΙΚΡΟΕΠΕΞΕΡΓΑΣΤΩΝ
ΚΑΙ ΜΙΚΡΟΕΛΕΓΚΤΩΝ

2. o 4.1 Ακροδέκτες και συνδέσεις μ/Ε & μ/ΕΛ.
n 4.1.1 Πολυπλεξία διαδρόμων.
o 4.2 Προσπέλαση συσκευών εισόδου – εξόδου.
n 4.2.1 Θύρες εισόδου – εξόδου.
n 4.2.2 Διευθυνσιοδότηση συσκευών εισόδου – εξόδου.
n 4.2.3 Τρόποι προσπέλασης συσκευών εισόδου –
εξόδου.
o 4.3 Διακοπές.
n 4.3.1 Πλεονεκτήματα της μεθόδου των διακοπών.
o 4.4 Λειτουργία απευθείας προσπέλασης μνήμης.
o 4.5 Είσοδος και έξοδος ψηφιακών δεδομένων σε
μ/Ε.
n 4.5.1 Είσοδος δεδομένων.
n 4.5.2 Έξοδος δεδομένων.

3. 4.1 Ακροδέκτες & συνδέσεις μ/Ε & μ/ΕΛ
o Ο μ/Ε είναι ένα Ο.Κ το οποίο συνδέεται μέσω
ακροδεκτών (pins) σε μία πλακέτα με Ο.Κ
(integrated circuit board).
o Οι ακροδέκτες χρησιμοποιούνται για :
o Την επικοινωνία με τα υπόλοιπα Ο.Κ του
υπολογιστικού συστήματος.
o Την παροχή τροφοδοσίας και γείωσης.
12/2/2012 ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ ΠΕ 3
1708

5. 4.1 Ακροδέκτες & συνδέσεις μ/Ε & μ/ΕΛ
o Εκτός από αυτούς τους ακροδέκτες μπορεί να
υπάρχει και ένα σήμα εξόδου με το όνομα IO/M
(Input – Output / Memory).
o Το σήμα αυτό δείχνει αν θα εκτελεστεί
λειτουργία ανάγνωση ή εγγραφή σε μνήμη ή σε
συσκευή εισόδου – εξόδου.
o Χρησιμοποιείται μόνο όταν ο μ/Ε χρησιμοποιεί
ξεχωριστό χώρο διευθύνσεων εισόδου – εξόδου
από εκείνο της μνήμης.
12/2/2012 ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ ΠΕ 5
1708

6. 4.1.1 Πολυπλεξία διαδρόμων
o Το πλήθος των ακροδεκτών του μ/Ε καθορίζει το
κόστος κατασκευής του Ο.Κ και ολόκληρου του
συστήματος.
o Για να μειώσουμε το κόστος θα πρέπει να μειώσουμε
τον αριθμό των ακροδεκτών.
o Η πλειοψηφία των ακροδεκτών είναι διευθύνσεις και
δεδομένα.
o Για να μειώσουμε τους ακροδέκτες θα πρέπει κάποιοι ή
και όλοι οι ακροδέκτες των διευθύνσεων να
χρησιμοποιούνται και για τα δεδομένα.
12/2/2012 ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ ΠΕ 6
1708

7. 4.1.1 Πολυπλεξία διαδρόμων
o Για να γίνει αυτό θα πρέπει να μην υπάρχουν
ταυτόχρονα στους ακροδέκτες αυτούς και
διευθύνσεις και δεδομένα.
o Η τεχνική που μας βοηθάει για να
χρησιμοποιούνται οι ίδιες γραμμές σε
διαφορετικές χρονικές στιγμές για διαφορετικό
σκοπό ονομάζεται πολυπλεξία (multiplexing).
12/2/2012 ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ ΠΕ 7
1708

8. Οι γραμμές διευθύνσεων Α0-Α3 πολυπλέκονται με τις γραμμές
δεδομένων D0-D3 με την χρησιμοποίηση ενός απομονωτή.
Οι γραμμές αυτές ονομάζονται AD0-AD3.
Όταν υπάρχουν σήματα διευθύνσεων τότε με το σήμα
ενεργοποίηση περνάνε στον διάδρομο διευθύνσεων.
Όταν υπάρχουν σήματα δεδομένων τότε ο απομονωτής
απομονώνει τον διάδρομο διευθύνσεων και τα σήματα πάνε
στον διάδρομο δεδομένων.

9. Μέσα στο Ο.Κ η πολυπλεξία γίνεται με πολυπλέκτες 2 σε 1.

10. 4.2 Προσπέλαση συσκευών εισόδου -
εξόδου
o Λειτουργία εισόδου – εξόδου ονομάζεται η μεταφορά
δεδομένων μεταξύ μ/Ε, μνήμης και μονάδων εισόδου –
εξόδου.
o Η λειτουργία αυτή διαφέρει από την επικοινωνία του
μ/Ε με την μνήμη στα ακόλουθα σημεία :
o Η μνήμη δεν ζητάει από το μ/Ε εξυπηρέτηση. (ο μ/Ε
διαβάζει και γράφει δεδομένα χωρίς να το ζητήσει η
μνήμη). Αντίθετα οι μονάδες Ι/Ο ζητάνε εξυπηρέτηση.
o Η μνήμη είναι ενιαία. (για να την προσπελάσει ο μ/Ε
χρησιμοποιεί την διεύθυνση). Για μία συσκευή Ι/Ο ο μ/Ε
θα πρέπει να γνωρίζει ποια συσκευή είναι για να την
εξυπηρετήσει.
12/2/2012 ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ ΠΕ 10
1708

11. 4.2.1 Θύρες εισόδου – εξόδου.
o Η επικοινωνία μεταξύ του μ/Ε και των συσκευών
εισόδου – εξόδου (Ι/Ο) πραγματοποιείται με την
βοήθεια θυρών εισόδου – εξόδου.
o Οι θύρες είναι καταχωρητές, ή στην απλούστερη
μορφή η θύρα εισόδου είναι ένας απομονωτής (buffer)
τριών καταστάσεων για κάθε δυαδικό ψηφίο.
o Ενώ η θύρα εξόδου ένας μανδαλωτής ή flip – flop, για
κάθε δυαδικό ψηφίο.
o Υπάρχουν πολλά Ο.Κ εισόδου – εξόδου για απλές και
σύνθετες εργασίες, συνήθως είναι προγραμματιζόμενα
για να διαμορφώνονται οι θύρες ως είσοδο ή έξοδο ή
διπλής κατεύθυνσης.
12/2/2012 ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ ΠΕ 11
1708

12. 4.2.1 Θύρες εισόδου – εξόδου.

13. 4.2.2 Διευθυνσιοδότηση συσκευών
εισόδου - εξόδου
o Οι θύρες εισόδου – εξόδου μπορούν να
προσπελαστούν με δύο τρόπους :
o Ως κοινές θέσεις μνήμης. Δηλαδή με απεικόνιση
μνήμης (memory mapped).
o Με ειδικές εντολές. Εντολές εισόδου εξόδου
(isolated I/O).
12/2/2012 ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ ΠΕ 13
1708

14. 4.2.2 Διευθυνσιοδότηση συσκευών
εισόδου - εξόδου
o Είσοδος έξοδος με ειδικές εντολές.
o Η μεταφορά των δεδομένων γίνεται χρησιμοποιώντας
δύο ειδικές εντολές, οι οποίες στην συμβολική γλώσσα
ονομάζονται συνήθως IN και OUT. Η διακίνηση των
δεδομένων γίνεται μέσω του συσσωρευτή.
o Με την εντολή εισόδου το περιεχόμενο του καταχωρητή
της θύρας μεταφέρεται στο συσσωρευτή, ενώ με την
εντολή εξόδου συμβαίνει το αντίθετο.
o Κατά την μεταφορά, η διεύθυνση της θύρας μπαίνει στο
διάδρομο διευθύνσεων.
12/2/2012 ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ ΠΕ 14
1708

15. 4.2.2 Διευθυνσιοδότηση συσκευών
εισόδου - εξόδου
o Οι εντολές IN – OUT απομονώνουν τη μνήμη
από τις θύρες εισόδου – εξόδου και δεν
επηρεάζει το ένα το άλλο.
o Δηλαδή οι διευθύνσεις των θυρών δεν
αποτελούν τμήματα των διευθύνσεων της
μνήμης.
o Για αυτό το λόγο στον διάδρομο ελέγχου έχουμε
και σήματα που μας πληροφορούν αν η
προσπέλαση γίνεται στην μνήμη ή σε
περιφερειακή συσκευή.
12/2/2012 ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ ΠΕ 15
1708

16. 4.2.2 Διευθυνσιοδότηση συσκευών
εισόδου - εξόδου
o Είσοδος – έξοδος με απεικόνιση μνήμης.
o Δεν είναι πάντα απαραίτητο να έχουμε ξεχωριστές
εντολές εισόδου – εξόδου, σε πολλούς μ/Ε οι εντολές
που χρησιμοποιούνται για την ανταλλαγή
πληροφοριών μεταξύ μ/Ε και μνήμης μπορούν να
χρησιμοποιηθούν και για είσοδο – έξοδο.
o Στην περίπτωση αυτή, οι θύρες σχεδιάζονται έτσι ώστε
να συμπεριφέρνονται ως διευθύνσεις μνήμης.
o Οι καταχωρητές που χρησιμοποιούνται για είσοδο –
έξοδο αντιστοιχούν σε θέσεις μνήμης.
12/2/2012 ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ ΠΕ 16
1708

17. 4.2.2 Διευθυνσιοδότηση συσκευών
εισόδου - εξόδου
o Πλεονεκτήματα :
o Οι εντολές αναφοράς στην μνήμη μπορούν να
χρησιμοποιηθούν και για είσοδο – έξοδο.
(μπορούν να γίνουν πράξεις με τα περιεχόμενα
μιας θύρας Ι/Ο χωρίς να χρησιμοποιηθούν
προσωρινοί καταχωρητές).
o Οι περισσότεροι καταχωρητές το μ/Ε μπορούν
να ανταλλάξουν πληροφορίες με συσκευές Ι/Ο.
(σε αντίθεση με την άλλη μέθοδο πού μόνο ο
συσσωρευτής μπορούσε).
12/2/2012 ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ ΠΕ 17
1708

18. 4.2.2 Διευθυνσιοδότηση συσκευών
εισόδου - εξόδου
o Μειονεκτήματα :
o Μειώνεται το πλήθος των θέσεων μνήμης που
μπορεί να χρησιμοποιήσει ο μ/Ε.
o Οι εντολές προσπέλασης στην μνήμη είναι
συνήθως μεγαλύτερες (σε μήκος bytes) από τις
εντολές Ι/Ο. Έτσι το μήκος του προγράμματος
αυξάνει.
12/2/2012 ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ ΠΕ 18
1708

19. 4.2.3 Τρόποι προσπέλασης
συσκευών Ι/Ο
o Οι τρόποι με τους οποίους μπορεί να
επικοινωνήσει ο μ/Ε και η μνήμη με τις
συσκευές εισόδου – εξόδου (Ι/Ο) είναι :
o Ελεγχόμενη από το πρόγραμμα.
o Με χρήση διακοπών.
o Χρησιμοποιώντας ειδικό επεξεργαστή.
12/2/2012 ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ ΠΕ 19
1708

20. 4.2.3 Τρόποι προσπέλασης
συσκευών Ι/Ο
o Είσοδος – έξοδος ελεγχόμενη από πρόγραμμα.
o Η μεταφορά των δεδομένων βρίσκεται κάτω από
συνεχή παρακολούθηση και τον έλεγχο του μ/Ε.
o Μια λειτουργία Ι/Ο γίνεται μόνο όταν κατά την εκτέλεση
ενός προγράμματος υπάρχει μια εντολή Ι/Ο.
o Πριν γίνει η μεταφορά των δεδομένων ελέγχεται αν η
περιφερειακή συσκευή είναι σε θέση να επικοινωνήσει
με τον μ/Ε.
o Αυτό γίνεται ελέγχοντας τα bits του καταχωρητή
κατάστασης (σημαίες).
12/2/2012 ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ ΠΕ 20
1708

21. 4.2.3 Τρόποι προσπέλασης
συσκευών Ι/Ο
o Η εξέταση των bits ονομάζεται περιόδευση
(polling), ενώ το πρόγραμμα που
χρησιμοποιείται ονομάζεται βρόγχος
περιόδευσης (polling loop).
o Το πρόγραμμα ελέγχει διαδοχικά όλες τις
συσκευές πού είναι συνδεδεμένες στο διάδρομο
δεδομένων και εξετάζει αν κάποιες από αυτές
ζητούν εξυπηρέτηση.
12/2/2012 ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ ΠΕ 21
1708

22. 4.2.3 Τρόποι προσπέλασης συσκευών Ι/Ο

23. 4.2.3 Τρόποι προσπέλασης
συσκευών Ι/Ο
o Πλεονεκτήματα :
o Απαιτείται ελάχιστο υλικό και καμία
εξειδικευμένη γραμμή.
o Είναι σύγχρονη με την εκτέλεση του
προγράμματος. Δηλαδή ο προγραμματιστής
γνωρίζει πότε θα ερωτηθεί μια συσκευή.
12/2/2012 ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ ΠΕ 23
1708

24. 4.2.3 Τρόποι προσπέλασης
συσκευών Ι/Ο
o Μειονεκτήματα :
o Πρακτικά οι περισσότερες συσκευές δεν θα
χρειάζονται εξυπηρέτηση. Ελέγχονται όλες –
καθυστέρηση.
o Το χρονικό διάστημα μεταξύ της στιγμής που
μία συσκευή Ι/Ο είναι έτοιμη και της στιγμής
κατά την οποία θα εξυπηρετηθεί δεν είναι
συγκεκριμένο.
12/2/2012 ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ ΠΕ 24
1708

25. 4.3 Διακοπές INTERNET
o Σε πολλές περιπτώσεις ένα σημαντικό μέρος ή και
ολόκληρος ο χρόνος του μ/Ε καταναλώνεται στην
εξυπηρέτηση περιφερειακών συσκευών.
o Αυτή η συνεχής παρακολούθηση της προηγούμενης
μεθόδου μέσω προγράμματος έχει μια χρονική
επιβάρυνση, η οποία είναι τόσο μεγαλύτερη όσο
μεγαλύτερη είναι η συχνότητα με την οποία ζητούν να
εξυπηρετηθούν οι περιφερειακές συσκευές.
o Οι διακοπές επιτρέπουν στον μ/Ε να ασχοληθεί με την
εκτέλεση του κυρίως προγράμματος.
o Ασχολείται με την εξυπηρέτηση μιας περιφερειακής
συσκευής μόνο όταν αυτή το ζητήσει.

26. 4.3.1 Πλεονεκτήματα της μεθόδου
των διακοπών
o Όταν μια περιφερειακή συσκευή χρειασθεί
εξυπηρέτηση, έχει τη δυνατότητα να ειδοποιήσει το μ/Ε
ενεργοποιώντας κάποιο ακροδέκτη του (int, interrupt,
είσοδος διακοπής).
o Ο μ/Ε απαντώντας στην αίτηση για εξυπηρέτηση,
διακόπτει το πρόγραμμα που εκτελείται εκείνη τη
στιγμή και εκτελεί μία υπορουτίνα, που έχει γραφεί για
την εξυπηρέτηση της συσκευής αυτής. (υπορουτίνα
εξυπηρέτησης διακοπής).
o Όταν ολοκληρωθεί η εκτέλεση της υπορουτίνας, το
πρόγραμμα συνεχίζεται από εκεί που διακόπηκε.
12/2/2012 ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ ΠΕ 26
1708

27. 4.3.1 Πλεονεκτήματα της μεθόδου
των διακοπών
o Προτεραιότητα διακοπών.
o Συνήθως ένας μ/Ε έχει περισσότερες από μια
περιφερειακές συσκευές γι’ αυτό και διαθέτει
περισσότερες από μια εισόδους διακοπής. Επίσης,
πολλές συσκευές μπορούν να είναι συνδεδεμένες σε
μία κοινή γραμμή διακοπής.
o ΑΡΑ θα πρέπει να καθοριστεί μια σειρά
προτεραιότητας για την περίπτωση που περισσότερες
από μία συσκευές ζητήσουν ταυτόχρονα εξυπηρέτηση.
o Η προτεραιότητα καθορίζεται από το σχεδιαστή του μ/Ε
και συνήθως δεν μπορεί να μεταβληθεί.
12/2/2012 ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ ΠΕ 27
1708

28. 4.3.1 Πλεονεκτήματα της μεθόδου
των διακοπών
o Ενεργοποίηση και απενεργοποίηση
μηχανισμού διακοπών.
o Ορισμένες φορές, σε ένα πρόγραμμα που
εκτελείται στο μ/Ε υπάρχουν κάποια κρίσιμα
τμήματα τα οποία θα πρέπει να εκτελεστούν
χωρίς διακοπές. Π.Χ. όταν υπάρχουν χρονικοί
περιορισμοί για την ολοκλήρωση της εκτέλεσης
ενός προγράμματος.
o Στην περίπτωση αυτή θα πρέπει να
απενεργοποιηθούν οι διακοπές.
12/2/2012 ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ ΠΕ 28
1708

29. 4.3.1 Πλεονεκτήματα της μεθόδου
των διακοπών
o Όταν συμβεί αυτό ο μ/Ε αγνοεί
οποιαδήποτε αίτηση διακοπής μέχρι ο
μηχανισμός των διακοπών να
ενεργοποιηθεί και πάλι.
o Η ενεργοποίηση και απενεργοποίηση
γίνεται με ειδικές εντολές που πρέπει να
ενσωματωθούν στα κατάλληλα σημεία
ενός προγράμματος.
12/2/2012 ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ ΠΕ 29
1708

30. 4.3.1 Πλεονεκτήματα της μεθόδου
των διακοπών
o Άλλες φορές, δε χρειάζεται να
απενεργοποιηθούν όλες οι διακοπές αλλά
να παρεμποδιστούν επιλεκτικά κάποιες
από αυτές.
o Τότε θέτουμε όπως λέμε μάσκα διακοπών
σε όλες ή σε κάποιες εισόδους διακοπών.
o Η τοποθέτηση ή αφαίρεση της μάσκας
γίνεται με ειδικές εντολές, έτσι την
ευθύνη για το ποιες θα παρεμποδιστούν
και το πότε την έχει το πρόγραμμα.
12/2/2012 ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ ΠΕ 30
1708

31. 4.3.1 Πλεονεκτήματα της μεθόδου
των διακοπών
o Διαδικασία εξυπηρέτησης διακοπής.
1. Ολοκληρώνεται η εντολή την οποία εκτελούσε ο μ/Ε.
2. Απενεργοποιούνται όλες οι διακοπές.
3. Σώζεται στην στοίβα η κατάσταση του μ/Ε (ο
απαριθμητής προγράμματος και ο καταχωρητής
κατάστασης).
4. Εκτελείται η υπορουτίνα εξυπηρέτησης διακοπής.
5. Ανακτάται ή κατάσταση του μ/Ε από τη στοίβα και
επιστρέφεται ο έλεγχος στο πρόγραμμα στην επόμενη
εντολή από εκείνη που είχε τελευταία εκτελεστεί.
12/2/2012 ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ ΠΕ 31
1708

32. 4.3.1 Πλεονεκτήματα της μεθόδου
των διακοπών
o Ένας μ/Ε είναι δυνατόν να εκτελεί
ταυτόχρονα περισσότερα από ένα
προγράμματα.
o Με τον όρο ταυτόχρονα δεν εννοούμε την
ίδια χρονική στιγμή, αλλά τα
προγράμματα βρίσκονται στην μνήμη και
ο μ/Ε επιλέγει και εκτελεί πότε το ένα και
πότε το άλλο.
12/2/2012 ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ ΠΕ 32
1708

33. 4.3.1 Πλεονεκτήματα της μεθόδου
των διακοπών
o Π.Χ ένα μικρουπολογιστικό σύστημα έχει δύο
προγράμματα στην μνήμη Α και Β.
o Ξεκινά η εκτέλεση του προγράμματος Α.
o Σε κάποια στιγμή είναι απαραίτητο να εκτελεστεί το
πρόγραμμα Β.
o Η μεταφορά του ελέγχου στο πρόγραμμα Β απαιτεί ο
μετρητής του προγράμματος PC να φορτωθεί με τη
διεύθυνση έναρξης του προγράμματος Β.
o Αν μετά την ολοκλήρωση του Β το Α είναι αναγκασμένο
να ξαναρχίσει από την αρχή, τότε τα αποτελέσματα
που είχαν υπολογισθεί θα χαθούν.
12/2/2012 ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ ΠΕ 33
1708

34. 4.3.1 Πλεονεκτήματα της μεθόδου
των διακοπών
o Άρα η κατάσταση του μ/Ε θα πρέπει να
αποθηκευτεί πριν την διακοπή για να μπορέσει
η επεξεργασία να προχωρήσει χωρίς να χαθούν
τα αποτελέσματα.
o Μερικές από τις πληροφορίες που περιλαμβάνει
η κατάσταση του μ/Ε είναι :
o Τα περιεχόμενα του μετρητή προγράμματος,
του συσσωρευτή, του καταχωρητή κατάστασης,
και των καταχωρητών γενικού σκοπού.
12/2/2012 ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ ΠΕ 34
1708

35. 4.3.1 Πλεονεκτήματα της μεθόδου
των διακοπών
o Η αποθήκευση της κατάστασης του μ/Ε
πραγματοποιείται με την βοήθεια της στοίβας (stack).
o Η στοίβα αποτελείται από ένα σύνολο θέσεων στην
μνήμη RAM.
o Για να κρατάμε τη διεύθυνση μιας θέσης μέσα στην
στοίβα είναι απαραίτητος ένας δείκτης στοίβας (stack
pointer).
o Είναι κατασκευασμένος με τέτοιο τρόπο ώστε δεδομένα
να διαβάζονται με την αντίστροφή σειρά από εκείνη με
την οποία γράφτηκαν.
12/2/2012 ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ ΠΕ 35
1708

36. 4.4 Λειτουργία απευθείας
προσπέλασης μνήμης
o Αν ο ρυθμός μεταφοράς δεδομένων από και προς μια
περιφερειακή συσκευή είναι σχετικά χαμηλός, τότε η
επικοινωνία μπορεί να εκτελεστεί με είσοδο – έξοδο
ελεγχόμενη με πρόγραμμα ή χρήση διακοπών.
o Ορισμένες συσκευές απαιτούν υψηλούς ρυθμούς
μεταφοράς δεδομένων.
o Συχνά, ο ρυθμός καθορίζεται από τις ίδιες τις συσκευές
και ΌΧΙ από το μ/Ε.
o Έτσι, το υπολογιστικό σύστημα θα πρέπει να εκτελεί
την είσοδο – έξοδο σύμφωνα με τη μέγιστη ταχύτητα
της συσκευής.
12/2/2012 ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ ΠΕ 36
1708

37. 4.4 Λειτουργία απευθείας INTERNET
προσπέλασης μνήμης
o Σε περιπτώσεις στις οποίες απαιτούνται υψηλοί ρυθμοί
μεταφοράς δεδομένων, χρησιμοποιείται απευθείας
προσπέλαση της μνήμης DMA (Direct Memory
Access).
o Η μεταφορά ενός byte (λέξης) μέσω των διαδρόμων
στου συστήματος ονομάζεται κύκλος μηχανής.
o Σε ένα κύκλο μηχανής κάποια από τις μονάδες του
συστήματος που συνδέεται στο διάδρομο του
συστήματος ελέγχει το διάδρομο.
o Η μονάδα αυτή ονομάζεται διαχειριστής (master) του
διαδρόμου, κατά την διάρκεια αυτού του κύκλου και η
μονάδα με την οποία επικοινωνεί μαζί ονομάζεται
υποτελής (slave).
12/2/2012 ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ ΠΕ 37
1708

38. 4.4 Λειτουργία απευθείας
προσπέλασης μνήμης
o Κανονικά διαχειριστής είναι ο μ/Ε, αλλά μπορεί
να γίνει και μία μονάδα αφού στείλει στον μ/Ε
μια αίτηση απόκτησης του διαδρόμου (bus
request), όταν απαντήσει ο μ/Ε η μονάδα
γίνεται διαχειριστής.
o Η μονάδα τοποθετεί διευθύνσεις στο διάδρομο
και συντονίζει την δραστηριότητα του κατά την
διάρκεια ενός κύκλου μηχανής, (όπως ο μ/Ε).
o Μια μονάδα που μπορεί να γίνει διαχειριστής
είναι ο ελεγκτής DMA.
12/2/2012 ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ ΠΕ 38
1708

39. 4.4 Λειτουργία απευθείας προσπέλασης μνήμης

40. 4.4 Λειτουργία απευθείας
προσπέλασης μνήμης
o Ο ελεγκτής περιλαμβάνει (εκτός από τους καταχωρητές
κατάστασης και ελέγχου) άλλους δύο.
o Έναν για να κρατά την διεύθυνση της επόμενης θέσης
μνήμης.
o Και έναν στον οποίο αποθηκεύεται ο αριθμός των
δεδομένων που πρέπει ακόμη να μεταφερθούν .
o Οι καταχωρητές αυτοί είναι θύρες Ι/Ο.
o Αμέσως μετά την μεταφορά ενός δεδομένου ο
καταχωρητής διεύθυνσης αυξάνεται ενώ των
δεδομένων μειώνεται.
12/2/2012 ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ ΠΕ 40
1708

41. 4.4 Λειτουργία απευθείας
προσπέλασης μνήμης
1. Η διασύνδεση της περιφερειακής συσκευής στέλνει
στον ελεγκτή DMA μια αίτηση για εξυπηρέτηση.
2. Ο ελεγκτής ενεργοποιεί το σήμα για την απόκτηση του
διαδρόμου (HOLD), ο μ/Ε ανταποκρίνεται με ένα σήμα
αποδοχής (HLDA) και ελευθερώνει τον διάδρομο
διευθύνσεων και ελέγχου όπου τον αποκτά ο ελεγκτής
DMA.
3. Ο ελεγκτής στέλνει στην διασύνδεση ένα σήμα
αποδοχής εξυπηρέτησης με το οποίο ζητά από αυτή
να τοποθετήσει ή να πάρει τα δεδομένα στον ή από τον
διάδρομο δεδομένων.
12/2/2012 ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ ΠΕ 41
1708

42. 4.4 Λειτουργία απευθείας προσπέλασης μνήμης
12/2/2012 ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ ΠΕ 42
1708

43. 4.4 Λειτουργία απευθείας
προσπέλασης μνήμης
4. Το προς μεταφορά δεδομένο μεταφέρεται από ή προς
τη θέση μνήμης που δηλώνεται στον διάδρομο
διευθύνσεων.
5. Στην συνέχεια αυξάνεται ο καταχωρητής διευθύνσεων
και μειώνεται ο καταχωρητής των δεδομένων κατά ένα
μέχρι να μεταφερθούν όλα τα δεδομένα.
o Αν ζητήσουν ταυτόχρονη εξυπηρέτηση δύο η
περισσότερες συσκευές εξυπηρετούνται κατά
προτεραιότητα που έχει καθοριστεί σύστημα (υλικό ή
λογισμικό ή σε συνδυασμό).
12/2/2012 ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ ΠΕ 43
1708

44. 4.4 Λειτουργία απευθείας προσπέλασης μνήμης
12/2/2012 ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ ΠΕ 44
1708

45. 4.4 Λειτουργία απευθείας
προσπέλασης μνήμης
o Τρόποι μεταφοράς DMA.
o Στην περίπτωση που πρέπει να μεταφερθεί μεγάλη
ποσότητα δεδομένων σε μικρό χρονικό διάστημα τότε ο
μ/Ε αδρανοποιείται κατά την διάρκεια της μεταφοράς
για να επιτευχθεί ο μέγιστος ρυθμός μεταφοράς.
o Στις περιπτώσεις που δεν απαιτείτε μέγιστος ρυθμός
μεταφοράς ο ελεγκτής DMA και ο μ/Ε δουλεύουν
παράλληλα.
o Ο ελεγκτής κλέβει κύκλους μηχανής από τον μ/Ε για να
μεταφέρει δεδομένα σύμφωνα με τον τρόπο που
περιγράψαμε. Τότε λέμε ότι έχουμε την μέθοδο κλοπής
κύκλου (cycle stealing).
12/2/2012 ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ ΠΕ 45
1708

46. 4.5 Είσοδος και έξοδος ψηφιακών
δεδομένων σε μικροεπεξεργαστή
o Μια από τις κυριότερες λειτουργίες ενός
μικροεπεξεργαστή είναι η επικοινωνία με
το περιβάλλον.
o Θα αναφερθούμε σε απλές συσκευές με
τις οποίες ο μικροεπεξεργαστής μπορεί να
ανταλλάξει (εισάγει και εξάγει) ψηφιακά
δεδομένα με το περιβάλλον.
12/2/2012 ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ ΠΕ 46
1708

47. 4.5.1 Είσοδος δεδομένων
o Οι πιο γνωστές συσκευές με τις οποίες
εισάγουμε ψηφιακά δεδομένα στο μ/Ε, είναι οι
μηχανικοί διακόπτες και πληκτρολόγια.
o Οι μηχανικοί διακόπτες χρησιμοποιούνται για
χειρωνακτική εισαγωγή δεδομένων, στην αγορά
υπάρχει ποικιλία διακοπτών.
12/2/2012 ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ ΠΕ 47
1708

48. 4.5.1 Είσοδος δεδομένων

49. 4.5.1 Είσοδος δεδομένων
o Για να εισαχθούν
δεδομένα σε ένα
μικρουπολογιστικό
σύστημα θα
πρέπει η
κατάσταση του
διακόπτη να
μετατραπεί σε
ηλεκτρικό σήμα
συμβατό με τα
λογικά κυκλώματα
του συστήματος
12/2/2012 ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ ΠΕ 49
1708

50. INTERNET
4.5.1 Είσοδος δεδομένων
o Χρησιμοποιώντας μία
αντίσταση (pull up
resistor) μετατρέπουμε
την τιμή ενός διακόπτη
σε σήμα συμβατό με τα
κυκλώματα TTL.
o Όταν ο διακόπτης είναι
κλειστός, (on) η τάση
στην έξοδο είναι 0
volts.
12/2/2012 ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ ΠΕ 50
1708

51. 4.5.1 Είσοδος δεδομένων

52. 4.5.1 Είσοδος δεδομένων

53. 4.5.1 Είσοδος δεδομένων
o Όταν είναι ανοικτός (off), η
τάση στην έξοδό του είναι
Vout=5V-I*R (όπου I το ρεύμα
που απαιτείται από το φορτίο
που συνδέεται στην έξοδο
του διακόπτη).
o Η αντίσταση R περιορίζει το
ρεύμα που σπαταλάται όταν
ο διακόπτης είναι κλειστός και
δίνει τάση πάνω από 2,7 V
όταν είναι ανοικτός.
o Για να τους συνδέσουμε στον
διάδρομο δεδομένων θα
πρέπει να βάλουμε και έναν
απομονωτή τριών
καταστάσεων (3-state buffer)

54. 4.5.1 Είσοδος δεδομένων
o Όταν απαιτείται η εισαγωγή μεγάλου πλήθους
συμβόλων, χρησιμοποιούνται συνήθως πληκτρολόγια.
(keyboards, keypads)
o Σε κάθε πλήκτρο σχετίζεται με ένα συγκεκριμένο
σύμβολο ή δυαδική τιμή.
o Όταν πατάμε ένα πλήκτρο, παράγεται ένας δυαδικός
αριθμός που αντιστοιχεί στο πλήκτρο αυτό.
o Επίσης τα πλήκτρα μπορούν να κωδικοποιηθούν
χρησιμοποιώντας κωδικοποιητές.
o Ο κωδικοποιητής έχει και μία έξοδο που ενεργοποιείται
όταν κάποια από τις εισόδους του είναι
ενεργοποιημένη. Αυτή μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως
σήμα διακοπής για τον μ/Ε
12/2/2012 ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ ΠΕ 54
1708

55. 4.5.1 Είσοδος δεδομένων
oΟ
κωδικοποιητής
κωδικοποιεί 8
εισόδους σε 3 -
ψήφιο κωδικό
12/2/2012 ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ ΠΕ 55
1708

56. 4.5.1 Είσοδος δεδομένων
o Τα πλήκτρα μπορούν να
διαταχθούν σε μία μήτρα
πίνακα (matrix) που
σχηματίζεται από την
τομή των καλωδίων.
(4*4=16 πλήκτρα).
o Ένα πλήκτρο αντιστοιχεί
στην τομή ενός κάθετου
με οριζόντιο σύρμα.
12/2/2012 ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ ΠΕ 56
1708

57. 4.5.1 Είσοδος δεδομένων
o Η ορθογώνια διάταξη χρησιμοποιείται όταν το
πλήθος των πλήκτρων είναι μεγαλύτερο, για
μείωση του κόστους κωδικοποίησης.
o Για να αποφασιστεί αν έχει πατηθεί κάποιο
πλήκτρο και να αναγνωριστεί το πλήκτρο αυτό
ακολουθείται η ακόλουθη διαδικασία.
12/2/2012 ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ ΠΕ 57
1708

58. 4.5.1 Είσοδος δεδομένων
1. Κάνουμε όλες τις
γραμμές του πίνακα
λογικό ‘0’ και
ανιχνεύουμε τις λογικές
τιμές στις στήλες.
o Αν μία ή περισσότερες
είναι ΄0΄ τότε έχει
πατηθεί ένα ή
περισσότερα πλήκτρα.
0 1 1 1
12/2/2012 ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ ΠΕ 58
1708

59. 4.5.1 Είσοδος δεδομένων
2. Προκειμένου να αναγνωρίσουμε ποιο πλήκτρο
έχει πατηθεί, κάθε γραμμή (οριζόντιο σύρμα)
γίνεται διαδοχικά ‘0’ ενώ όλα τα υπόλοιπα
έχουν ‘1’.

60. 4.5.1 Είσοδος δεδομένων
3. Εξετάζεται κάθε ένα από τις στήλες (κάθετα
σύρματα) για να δούμε αν είναι λογικό ΄0΄. Αν
είναι ΄0΄τότε ο δυαδικός αριθμός της γραμμής
και της στήλης προσδιορίζουν το πλήκτρο που
έχει πατηθεί.

61. 4.5.1 Είσοδος δεδομένων. Κύκλωμα
ανίχνευσης

62. 4.5.1 Είσοδος δεδομένων. keypads

63. 4.5.2 Έξοδος δεδομένων
o Οι τρόποι με τους οποίους ένα
μικρουπολογιστικό σύστημα μπορεί να
παρουσιάσει δεδομένα με οπτικό τρόπο
ποικίλουν και είναι πάρα πολλοί.
o Από απλές λάμπες, LED (Light Emitter Diodes)
έως 7 segment displays, οθόνες LCD κ.λ.π.
o Τα LED λειτουργούν σε χαμηλή τάση αλλά
χρειάζονται αρκετό ρεύμα (10 mA) για να
αποδώσουν ικανοποιητικό φωτισμό.
12/2/2012 ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ ΠΕ 63
1708

64. 4.5.2 Έξοδος δεδομένων
o Δεν μπορούμε
να τα
συνδέσουμε
κατευθείαν στην
έξοδο ενός Ο.Κ
γιατί μερικά Ο.Κ
δεν έχουν
αρκετό ρεύμα για
να τα
οδηγήσουν.
o Συνήθως
συνδέουμε
απομωνωτές
που μπορούν να
δώσουν μέχρι
και 24 mA.

65. 4.5.2 Έξοδος δεδομένων
o Τα δεκαδικά
ψηφία και κάποια
γράμματα του
αλφαβήτου
μπορούν να
απεικονιστούν
χρησιμοποιώντας
Seven Segment
Displays.
o Χρησιμοποιούν
ένα LED για κάθε
ένα από τα
τμήματα (a-g).

66. 4.5.2 Έξοδος δεδομένων

67. 4.5.2 Έξοδος δεδομένων
o Ένα seven segment
display μπορεί να
οδηγηθεί με
διάφορους τρόπους.
o Εδώ έχουμε έναν
αποκωδικοποιητή
BCD σε 7.
o Η άνοδος όλων των
διόδων είναι
συνδεμένη από
κοινού στην
τροφοδοσία των 5V.