ASENKRON (Eş Zamanlı Olmayan) HABERLEŞME ARA YÜZEYİ

Transkript

1 ASENKRON (Eş Zamanlı Olmayan) HABERLEŞME ARA YÜZEYİ Arayüzey hem gönderici hem alıcı durumunda çalışır. Arayüzey kontrol register ına aktarılan bir kontrol byte ı ile başlangıç durumuna getirilir. Kontrol byte ında bulunan parametreler şunlardır: Bound oranı Bir karakterdeki bit sayısı Parity kontrolü yapılıp yapılmadığı / yapılmayacağı Kaç tane stop biti kullanıldığı Gönderici (transmitter) CPU dan data bus ı üzerinden 1 byte alır ve bunu kaydırma register ına aktararak seri aktarımı başlatır. Alıcı (receiver) harici birimden gelen datayı bit bit alarak kaydırma register ına aktarır. Byte ın tamamı kaydırma register ında biriktiğinde alıcı register ına aktarılır. Durum register ındaki bitler I / O flagları olarak kullanılabilir. Aktarımda bir hata tespit edilirse durum register ındaki uygun bit red edilir. 1

2 GÖNDERİCİ (Transmitter) Gönderici kısmının çalışmasında CPU durum register ındaki uygun flağı kontrol ederek gönderici register ının boş olup olmadığına bakar. Eğer boş ise 1 byte lık bilgiyi gönderici register ına aktarır. Arayüzey uygun flağı sıfırlayarak gönderici register ının dolu olduğunu belirtir. Kaydırma register ının ilk biti 0 (sıfır) yapıldıktan sonra gönderici register ının içindeki bilgi paralel olarak kaydırma register ına aktarılır. Daha sonra kaydırma register ına uygun sayıda stop biti eklenir. Arayüzey durum register ının uygun flağını set ederek CPU ya gönderici register ının boş olduğunu belirtir. Kaydırma register ı her saat vuruşunda 1 bit aktarılacak şekilde seri aktarımı yapar. ALICI (Receiver) Alıcının çalışması göndericiye benzer. Seri aktarımda veri gönderilmediği zaman tel 1 durumundadır. Alıcı kontrolü telin 1 den 0 a geçişinden gönderilen bir bilgi olduğunu anlar. Gelen bilgiyi her saat vuruşunda 1 bit olarak kaydırma register ına aktarır. Aktarım tamamlandığında arayüzey parity ve stop bitlerini kontrol ederek hata yoksa sadece gelen byte ı alıcı register ına paralel olarak aktararak durum register ındaki gelen data flağını set eder. CPU belli sürelerde bu flağı kontrol ederek set edildiğini fark ettiğinde alıcı register ındaki bilgiyi okur. Arayüzey, aktarma sırasında oluşabilecek hataları, durum register ındaki uygun bitleri set ederek (1 yaparak) belirler. CPu, durum yazacına herhangi bir anda bakarak bir hata olup olmadığını görebilir. Arayüzey aktarma sırasında 3 tür hataya bakar. Bunlar; Parity (eşlik) Hatası Çerçeve Hatası Overrun (fazla çalışma) Hatası Parity (eşlik) Hatası: Gelen 1 lerin sayısı doğru eşlikte değilse gerçekleşir. Çerçeve Hatası: Alınan karakterin sonunda gerekli sayıda stop (bitiş) biti bulunmazsa gerçekleşir. Overrun (fazla çalışma) Hatası: CPU alıcı register ındaki bilgiyi okumadan kaydırma register ından alıcı register ına aktarılacak bir sonraki bilgi (karakter) hazır olmuşsa gerçekleşir. Bu hata karakterlerin kaybolmasına neden olur. 2

3 FIFO (First In First Out) BUFFER FIFO buffer bir bellek birimidir. Bilgiyi ilk giren ilk çıkacak şekilde tutar. Bu bufferın en önemli özelliği giren veriyi ve çıkan veriyi farklı oranlarda alabilmesi ve aktarabilmesidir. Buffer iki birim arasına konduğunda, veriyi bir birimden istenen hızda alır ve diğer birime istenen hızda aktarır. Asenkron data aktarımında kullanımı uygundur. 4 x 4 FIFO buffer ın mantıksal şeması şekilde verilmiştir. 4 tane 4 bit register (yazaç), bir denetim yazacı vardır. Burada her register için bir flip-flop (yaz-boz) Fi i = 1,2,3,4 mevcuttur. FIFO 4 bitlik 4 kelimeyi (word) tutabilir. Her bir register içindeki bitlerin sayısı arttırılarak kelime sayısı arttırılabilir. Denetim yazacında bir flip-flop örneğin F1 = 1 olması, bu flip-flop un yazacında verinin yüklendiğini gösterir. F1 in sıfır olması, ilgili yazaçtaki verinin geçerli olmadığını gösterir. Denetim yazacı verinin yazaçlardaki hareketini kontrol eder. Denetim yazacının Fi biti 1 yapıldığında (Fi = 1) Fi+1 biti 0 durumundadır (Fi+1 = 1). Bir saat vuruşu üretilerek R(I + 1) yazacının veriyi RI yazacından alması sağlanır. Aynı CP (Clock Pulse) Fi+1 yaz-bozunu 1 yapar ve Fi yi de 0 yapar. Bu denetim bayrağının (flag) veri ile beraber bir pozisyon sağa kaymasına neden olur. 3

4 Önünde boş yazaçlar bulunduğu sürece veri FIFO nun çıkışına doğru hareket eder. İşlem bitene kadar bu kayma durumu devam eder. Son veri R4 ten çıkınca bir ana silme ile bütün flip-floplar sıfırlanır. Buffer a veri, giriş hazır sinyali izinlendirildikten sonra gönderilir. Giriş hazır hattı F1 denetim yazbozu 0 durumunda olunca izinlendirilir. F1 yaz-bozu 0 olunca R1 yazacının boş olduğu (geçersiz veri bulunduğu) belli olur. Yeni veri giriş hatlarından gelir. Bunun için araya ekleme hattı yardımıyla R1 in saati izinlendirilir. Aynı saat F1 i 1 yapar. Böylece hazır denetimi izni iptal olur. Buda FIFO nun o anda meşgul olduğunu gösterir, yeni veri olamaz. Sağa doğru kayan verilerden dolayı R2 boşalınca, R1 deki veri R2 ye aktarılır, F1 silinir. Bununla giriş hazır durumu tekrar oluşur. Böylece yeni bir kelime alınabilecek hale gelir. FİFO dolu ise F1 1 durumunda kalır, hazır 0 dadır. Giriş hazır ve araya ekleme hatları onay çifti oluştururlar. Başlatma hedef tarafındandır. Yazaçlardan geçen veri, FIFO nun sonunda birikim yapar. Bu durumda çıkış hazır denetim hattı izinlendirilir. Son denetim yaz-bozu F4 doldurulur. Geçerli verinin R4 yazacında bulunduğu bildirilir. Buradaki veri bir hedef birimi tarafından kabul edilecektir. Kabul sonunda bu birim silme denetimini gönderir. Bununla F4 0 yapılır ve çıkış hazır izni iptal olur. Bu çıkış verisinin (yeniden 1 yapılıncaya kadar) artık geçersiz olduğunu gösterir. Silme sinyalinin 0 olmasından sonra R3 teki veri R4 e hareket eder. Eğer FIFO boş ise R3 te veri bulunmaz ve F4 0 durumunda kalır. Çıkış hazır ve silme hatları kaynak başlatmalı bir onaylama çifti oluşturur. TRANSFER AKTARIM MODLARI Dış bir birimden gelen binary bilgiler daha sonra kullanılmak üzere çoğunlukla bellekte tutulur. Harici (dış) bir birime aktarılan bilgilerde genellikle bellekten okunur. CPU sadece G/Ç instruction larını icra eder ve bazı verileri geçici olarak tutabilir. Fakat verilerin en son gideceği veya ilk çıkacağı yer daima bellektir. Bellek ile G/Ç aletleri arasındaki veri aktarımı birçok yoldan ele alınabilir ve gerçekleştirilebilir. Bazı yöntemler CPU yu aracı olarak kullanır. Bazıları ise bellekten çevre birime ya da çevre birimden belleğe doğrudan aktarım yapabilir. Çevre aletlerinden ve çevre aletlerine veri aktarımı 3 yolla olabilir. 1. Programlanmış Input/Output (G/Ç) 2. Interrupt yoluyla başlatılan I/O 3. Doğrudan bellek aktarımı (DMA) Programlanmış Input/Output; Yazılmış olan bilgisayar programındaki I/O instructionlarının sonucunda oluşur. Her bir veri parçasının aktarımı, program içindeki instruction tarafından başlatılır. Bu yöntemde CPU bir döngüye girerek çevre birim data aktarımına hazır olduğunu bildirene kadar bu döngüde kalır. Bu yöntem işlemciye gereksiz yere meşgul ettiğinden zamanı boşa harcatır ve pek kullanılmaz. Interrupt yoluyla başlatılan I/O yönteminde CPU bir programı icra ederken ara yüzey çevre aletini denetler. Ara yüzey aletin veri göndermeye hazır olduğunu anlayınca bilgisayara bir interrupt (kesme) isteği gönderir. CPU dışardan gelen bir kesme isteği alınca icra etmekte olduğu programı 4

5 keserek o interrupt ile ilgili servis programını icra eder ve sonra çalıştırmakta olduğu programa geri döner. Doğrudan Bellek Aktarımı (DMA); Programlanmış G/Ç işleminde veri aktarımı çevre aleti ile MİB arasında olurken doğrudan belleğe erişiminde, veriyi belleğe bellek veri yolu ile alır ve bellekten de bellek veri yolu ile gönderir. CPU veri aktarımını, ara yüze verinin başlangıç adresini ve aktarılarak kelimelerin sayısını vererek başlatır. Sonra tekrar eski işine devam eder. Aktarım başlayınca DMA bellek veri yolu üzerinden istekte bulunur. Eğer bellek denetimleri bu isteği olumlu bulursa DMA veriyi doğrudan belleğe aktarır. CPU bellek erişimlerini geciktirir. Böylece belleğe G/Ç işleminin tamamlanmasına imkan tanır. Çevre aletinin hızı işlemci hızından yavaş olduğundan belleğe yapılan G/Ç aktarımları CPU nun belleğe erişmesine göre daha seyrektir. Input/Output Processor IOP (G/Ç İşlemcisi - GÇİ); Birçok bilgisayar ara yüzey mantığı ile DMA olanaklarını birleştirir. Böyle bir birime Input/Output Processor IOP (G/Ç İşlemcisi - GÇİ) denir. IOP; birçok çevre aletini DMA ve interrupt olanakları ile idare eder. Böyle bir sistemde bilgisayar 3 modüle ayrılır. Bellek Birimi CPU (MİB) Input/Output Processor - IOP Programlanmış I/O (G/Ç) Örneği Programlanmış G/Ç yönteminde G/Ç yapan alet belleğe doğrudan erişemez. G/Ç aletinden belleğe yapılacak aktarımlar birçok instruction ın (buyruğun) CPU (MİB) tarafından icrasını gerektirir. Bunların içinde verinin çevre aletinden MİB ne aktarımını sağlayacak buyruk ile verinin MİB den belleğe aktarımını sağlayarak instruction lar bulunur. Diğer buyruklar verinin çevre aletinde hazır olduğunu anlamak için kullanılır veya aktarılacak word (kelime)lerin sayısını saymak için kullanılırlar. Şekil. G/Ç aletinden CPU ya veri aktarımı 5

6 Şekil. Giriş verisi için MİB programının akış şeması Bu aktarım sırasında belleğin boş yerlerinin bulunduğu ve çevre birimden gelen her word ün belleğe aktarılabildiği kabul edilir. Bir byte ın aktarımı 3 buyruğu (instruction) gerektirir. 1. Status (Durum) yazacının okunması. 2. Status (Durum) yazacındaki flag (bayrak) bitinin kontrolü ve eğer set edilmemiş ise (0 yapılmışsa) birinci adıma, set edilmiş (1 yapılmışsa) ise 3.adıma gidilmesi. 3. Data (Veri) yazacının okunması. 6

7 Interrupt (Kesme) Başlatmalı G/Ç: CPU (MİB) nun sürekli olarak bayrağı denetlemesine alternatif bir yöntem ara yüzeyin veriyi aktarmaya hazır olduğu anda bilgisayarı bundan haberdar etmesidir. CPU interrupt sinyaline bakmak için PC deki dönüş adresini stağa yazarak intterupt servis rutinine dallanır.cpu nun dallanacağı adres çevre birime göre farklılık gösterir. Genelde 2 yöntem kullanılır: 1. Vektörlü Interrupt (Kesme): Kesmeyi oluşturan çevre alet dallanma bilgisini bilgisayara verir. Bu bilgiye interrupt (kesme) vektörü denir. Bazı bilgisayarlarda kesme vektörü G/Ç servis yordamının ilk adresidir. Diğerlerinde ise kesme vektörü dolaylı adres olup servis yordamının başlama adresinin adresidir. 2. Vektörsüz Interrupt (Kesme): Vektörsüz kesmede dallanma adresi bellekte sabit bir yeri gösterir. ÖNCELİK INTERRUPT I Öncelik kesmesi birçok aletin aynı anda istekte bulunmaları halinde hangisinin önce hizmet göreceğini belirten bir sistemdir. Bu sistem ayrıca kesmenin birine hizmet verilirken, hangi koşullarda bilgisayarın kesileceğini de belirlemelidir. İsteklere karşılık devreye giren yüksek seviyeli kesme hizmetlerinin kesilmesi çok ciddi sonuçlar doğurabilir. Yüksek hızlı aktarımlar (örneğin sabit disk gibi) yüksek önceliğe sahiptir. Klavye ise düşük öncelik alır. Aynı anda iki alet istekte bulunursa bilgisayar seviyesi yüksek olana öncelik verir. Aynı anda gelen kesme isteklerinin önceliği yazılım veya donanım tarafından belirlenebilir. Yazılım öncelikli yöntemde bütün kesmeler için tek bir ortak dallanma adresi vardır. Kesmelerle uğraşan program ise dallanma adresinden başlar ve sırayla kesme kaynaklarına bakar. Kaynakların test sırası her bir kesmenin öncelik sırasıdır. En yüksek öncelikli kaynak en önce test edilir. Eğer kesme sinyali çalışıyorsa denetim bu kaynağa hizmet etmek üzere dallanır. Yüksek öncelikli kaynaktan başlayarak kesme sinyali çalışmıyorsa bir düşük öncelikli kaynağa bakar ve bu işlem sırayla devam eder. Dolayısıyla başlangıç servis yordamı bütün kesmeleri önem sırasıyla test eden bir programa sahiptir. Test sonucuna göre birçok mümkün servis rutininden birine dallanır. Erişilen servis rutini bilgisayara kesme gönderen aletler içinde önceliği en yüksek olandır. Yazılım yönteminin kötü tarafı çok sayıda kesme olması halinde test süresinin, alete ayrılan G/Ç süresini taşabilmesi olasılığının olmasıdır. Böyle bir durumda donanım öncelikli bir kesme ile işlem hızlandırılabilir. Donanım öncelikli kesme birimi, kesme istemlerini kabul eder, gelen isteklerin hangisinin en yüksek öncelikli olduğunu bulur ve buna bağlı olarak bilgisayara kesme isteği gönderir. İşlemin hızlı olması için her aletin kendi kesme vektörü vardır. Böylece kendi özel servis yordamına doğrudan dallanır. Donanım öncelik fonksiyonu kesme hatlarının paralel veya seri bağlantısıyla sağlanır. Seri bağlama daisy-chaining yöntemi olarak bilinir. 7

8 SERİ BAĞLAMA YÖNTEMİ (Daisy-Chaining Priority) Bu yöntemde en yüksek öncelikli alet 1. sıraya yerleştirilir. Bunu önceliği daha düşük aletler takip eder. Zincirdeki en son alet önceliği en az olandır. Herhangi bir aletin CPU dan bir kesme istemesi durumunda interrupt isteği telini 0 yapar. CPU buna cevap olarak interrrupt algılandı telini 1 yapar. Bu 1 değeri en yüksek öncelikli aletin PI girişine gelir. Eğer bu alet interrupt istememiş ise PO çıkışını 1 yaparak interrupt kontrolünün bir sonraki alete geçmesini sağlar. Eğer interrupt istemiş ise PO çıkışını 0 yaparak CPU ya vektör adres değerini işlemci data bus ı üzerinden gönderir. INT=0 ise kesme isteği var CPU INTACK=1 PI1=1 PI1=1 ve PO1=1 ise birinci alet kesme istememiş PO1=1 PI2=1 Kesme isteğini 2.alet göndermiş ise; PI2=1 PO2=0 2.alet VAD (vektör adresi) işlemci data bus ına göndererek CPU ya interrupt servis rutininin başlangıç adresini belirt. 8