HW: Metodiky a techniky pripojovania I/O zariadeni a Signaling

Slovicko signaling sa preklada ako obovodve riesenie a jedna sa o problematiku, ktora riesi, ako posielat a prijimat signaly zariadeniami. Predstavme si, ze mame k zbernici pripojene dva vstupy a vystupy, ktore menia signal podla toho, ako sa im zachce. Teda zvysuju a znizuju napatovu uroven signalu. Ak by dva vystupy chceli citat naraz zo zbernice, tak vznikne skrat a preto jednotky k zbernici pripajame trojstavovym vstupom alebo otvorenym kolektorom.



Otvoreny kolektor

Wiki vravi, ze otvoreny kolektor je typ vystupu na mnozstve integrovanych obvodov. Namiesto vystupu vo forme signalu so specifickym napatim a prudom, je vystupny signal aplikovany na bazu interneho NPN tranzistora, ktoreho kolektor je pripojeny (open) na pin integrovaneho obvodu. Emiter tranzistoru je uzemneny. Ak zariadenie je typu MOSFET, tak vystup nazyvame open drain a funguje podobne, ako sme prave popisali.

Priklad pripojenia. Niekolko jednotiek moze sucasne vysielat "agresivnu nulu" na ten isty vodic zbernice. Ak niekto vysiela, tak na vystupe u sa prejavi 0.

Vsimnite si, ze tam mame NAND hradlo. NAND je rovne 0 iba ak vsetky vstupy su 1. Myslim, ze stoji za to napisat par slov o kolektoroch a tech. MOSFET a tranzistoroch.

PNP tranzistor

NPN tranzistor

Tranzistory MOSFET su polom riadene tranzistory. MOSFET je skratka od Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor. Vodivost medzi elektrodami je Source a Drain je ovladana elektrickym polom vytvaranym v strukture Metal - Oxid - Semiconductor napatim prilozenym medzi hradlo Gate a Source. Tieto tranzistory vytlacili bipolarne tranzistory. Pre tych, co si uz ani nepamataju, ako vyzera tranzistor, tak tranzistor je polovodicova suciastka, ktoru tvori dvojica prechodov PN. Zakladnou vlastnostou tranzistoru je schopnost zosilovat. Male zmeny napatia alebo prudu na vstupe mozu vyvolat velke zmeny na vystupe. Polovodicove prechody tranzistoru tvoria strukturu, ktora je skoro rovnaka ako spojenie dvoch polovodicovych diod. kazdy tranzistor ma tri elektrody, ktore sa nazyvaju kolektor, baza, emitor. Podla usporiadania pouzitych polovodicov typu P a N sa rozlisuju dva typy bipolarnych tranzistorov. PNP a NPN v poradi kolektor, baza, emitor.

Bipolarny tranzistor je vlastne trojvrstvova suciastka, zlozena z rozne dotovanych oblasti. Ak v tranzistore NPN zvysujem kladne napatie medzi bazou a emitorom, tak sa stencuje oblast bez volnych nosicov na rozhrani bazi a emitora, az dosiahnem uroven, ked nastane PN prechod a prechod baza-emitor zacne viest prud. Privedenim kladneho napatia medzi kolektor a emitor, zacnu byt prebytocne elektrony odsavane z baze ku kolektoru a prechod je polarizovany v zavernom smere. Viac o PN prechode na wiki.

Aby sme sa vratili k otvorenemu kolektoru, tak takyto sposob pripojenia sa hodi pre neadresne signaly typu REQ, ACK alebo jednotky pripojujuce signalu rovnakeho typu.






Trojstavovy vstup

3-stavova logika umoznuje zdielat zbernicu viacerimi zariadeniami. Umoznuje nastavit referencne napatie na log. 0-u, popripade hodnotu na vodici nechat bez zmeny - vtedy sa uvedie do tretieho stavu, vysokej impedancie, kedy posobi, ako by k zbernici nikdy pripojene nebolo. Troj stavovy vystup je casto vyuzivany v registroch, driveroch zbernic a v klopnych obvodoch a roznych integrovanych obvodoch. Typickym prikladom su I/O zariadenia. 3-stavove zariadenia su kontrolovane signalom OE(negovane), ktory diktuje, ci by vystup mal byt v stave vysokej impedancie, alebo 0/1 (to uz zavisi na zariadeni). Takyto pristup je vhodny pre adresovanie a datove signaly. 

Priklad komunikacie za pouzitia 3S signalu.

Myslim, ze sme uz niekde spominali, ako synchronizujeme zariadenia s CPU, ale nezaskodi si zopakovat par zakladnych principov. 

• I/O s prerusenim - pri preruseni je stav CPU ulozeny do pamate, cinnost sa prerusi, zpracuju sa prichadzajuce data. Takyto pristup je vhodny pre nepravidelny znakovy prenos. 
• I/O s pomocou DMA - prenos medzi zariadenim a pamatou, riadeny nezavisle na CPU. Je vhodny pre pravidelne blokove prenosy.
• I/O s pomocou specializovaneho procesoru, ktory ma potom vyhradny pristup k radicu zariadenia.

Zostava nam este spomenut, ako zariadenia adresujeme. V zasade rozlisujeme dva sposoby adresacie I/O zariadeni

• logicka adresacia 
• adresa zariadenia je nastavena hardwarovo priamo v zariadeni (pripadne v radici zariadenia)
• v kazdej jednotke je unikatny dekoder adresy
  
  
  
  
• geograficka adresacia

• adresa je dana miestom, do ktoreho je zariadenie umiestnene
• do konektorov je pridana informacia o pozicii 
• miesto dekoderu ma zariadenie komparator adries