Direccionamiento de puerto E/S mapeado en memoria

Direccionamiento de puerto E/S mapeado en memoria Debido a que el diseño de la PC soporta sólo 512 direcciones de puertos en el bus del sistema y porque se usan un gran número de estas direcciones, interfazar diseños con requerimientos de una gran cantidad de puertos E/S son difíciles de implementar. A continuación describimos una técnica para aumentar el número máximo de direcciones de puerto disponibles en la PC.   La PC normalmente usa direccionamiento mapeado de E/S, pero nada en el diseño prohibe el uso de direccionamiento de puerto E/S mapeado en memoria. Este esquema simplemente usa direcciones de memoria como direcciones de puerto E/S. Comúnmente se usa para expandir el direccionamiento de puerto E/S y, en muchos microprocesadores, el único medio de direccionar puertos de E/S.

Registros de salida y entrada en puerto E/S mapeado en memoria

Puertos de E/S en la tarjeta madre de la PC En la IBM PC AT, la decodificación de dirección para los dispositivos de la tarjeta madre se hace usando la circuitería mostrada en la figura siguiente La primera etapa de la decodificación de dirección se realiza por medio del decodificador de 3 a 8 líneas 74LS138 cuando sus tres patas de habilitación tienen los valores correctos, este circuito pone en bajo una de sus ocho salidas. Siete de las líneas de salida del 74138 se conectan directamente a las líneas de “chip select” del dispositivo E/S apropiado. Observando el circuito de la figura 3.4 pareciera que la decodificación de la dirección esta incompleta. La CPU envía una dirección de puerto de 16 bits para las instrucciones de E/S, pero sólo las líneas A9 – A5 se decodifican. El hecho de que las direcciones A4 – A0 no se decodifiquen es razonable, ya que esto permite que los bits de orden bajo se conecten a los dispositivos periféricos y se usen para seleccionar uno de sus puertos internos. Esta elección de dejar cinco bits sin decodificar permite que cada dispositivo tenga hasta 32 puertos E/S internos.

Lógica de decodificación de dispositivo E/S en la tarjeta madre de PC

4. Técnicas de interface El método más común para interfazar un microprocesador tal como la PC es a través del uso de registros de entrada y salida digital programables. El micro puede escribir hacia un registro de salida digital, tratándolo como un puerto E/S o localidad de memoria. La salida del registro puede estar alambrada con un dispositivo, tal como un relevador; escribiendo al registro de salida se puede activar o desactivar el relevador. Los registros de entrada digital son similares pero se usan para muestrear el estado de señales conectadas a sus entradas. Por ejemplo, se puede conectar un interruptor a la entrada digital y leer el estado para determinar si fue abierto o cerrado. En general, los registros de entrada y salida digital permiten al microprocesador sensar la información del mundo exterior y emitir señales de control que originan acciones que ocurren fuera de la computadora.

Diagrama a bloques del diseño de una interface La figura ilustra los componentes típicos del diseño de una interface y las funciones del microprocesador disponibles para implementar este diseño. Diagrama a bloques del diseño de una interface

Las tres funciones básicas en una interface con un microprocesador son: 1.  Interrupciones para señales y sincronización de eventos externos 2.  DMA para transferir datos a alta velocidad hacia o desde memoria 3. Registros de entrada y salida digital para sensar y controlar circuitería de interface o la interface conectada Con frecuencia, las funciones no pueden ser hechas fácilmente por el programa del sistema usando los registros de E/S digital directamente porque los programas no son lo bastante rápidos o requieren mucho software para realizarlo eficientemente. En el diagrama, esta función recibe el nombre de los circuitos de interface única. Una meta en cualquier diseño es reducir o eliminar la necesidad de circuitería de interface única y personalizada. El último elemento del diseño de interface es la conexión del diseño al mundo real. Desafortunadamente, el mundo real no es digital, y las señales hacia y desde tales interfaces rqeuieren una conversión a otras formas, tales como manejadores de relevadores, sensores de interruptores, manejadores de indicadores y niveles de voltaje no digitales. Esto se refiere como la sección de acondicionamiento de la señal.

4.1 Registros DI/DO Los registros de entrada digital (DI) y salida digital (DO) de propósito general se pueden usar para implementar una función de interface específica.   Diseño de registro DO La figura siguiente es un diagrama de la forma más simple de un registro DO de 8 bits. El seguro (latch) tipo D octal (SN74LS273) captura el dato enviado por la instrucción OUT. La entrada para cada bit del seguro es el bus de datos de la figura 3.1. Los datos del bus se escriben en el flanco de bajada de la señal de control WRT REG0'. La señal se activa cuando se ejecuta una instrucción OUT y se decodifica la dirección del puerto E/S.

Registro DO de corrimiento Registro DO asegurado

Diseño de registro DI Usualmente un registro DI sensa información desde una interface. La forma más simple de este tipo de registro se ilustra en la figura siguiente. En este diseño, los datos de la interface simplemente se ponen sobre el bus de datos cuando se decodifica la dirección y ocurre la señal IOR. Estas condiciones se generan al ejecutarse la instrucción IN, esta instrucción toma los datos de la entrada del puerto DI direccionado y los coloca en el registro AL del 8088. el siguiente programa en ensamblador lee un registro DI, decodificado en la dirección 0301h.

Registro DI

Registros DO/DI Bidireccionales Se pueden diseñar registros que puedan cambiar por programa para actuar ya sea como DI o DO. Además, se puede programar cada bit tal que pueda ser un bit DI o un bit DO. Esta capacidad es de interés cuando el diseño soportará una variedad de funciones de interface, cada una requiriendo diferentes números de bits de DI y DO. La figura siguiente ilustra un puerto que tiene bits DI o DO programables individualmente. La porción de salida es similar a un DO de salida asegurada estándar. Cada bit de salida del DO se usa para manejar un dispositivo de colector abierto, el cual es un SN74LS05 en este diseño. La salida de cada dispositivo de colector abierto se jala a alto a través de una resistencia de 4.7 K conectada a +5 volts, la cual proporciona una carga para el 7405.

Combinación de registro DI / DO