Grundlagen der Computerarchitektur: Ein- und Ausgabeeinheiten

Ein- und Ausgabeeinheiten

Das Gerät verbindet das System mit der Außenwelt und ermöglicht die Ein- und Ausgabe von Daten. Diese Einheiten bestehen im Allgemeinen aus Registern, die Kontrollbusse steuern und Adressinformationen aus dem Datenbus speichern. Die Ergebnisse dieser Register sind von außen zugänglich, um den Anschluss an externe Geräte zu ermöglichen:

• Eingaberegister
• Ausgaberegister

Eine weitere Aufgabe ist die Anpassung der Signale zwischen der Außenwelt und dem Systeminneren, insbesondere bei:

• Arbeitsgeschwindigkeiten
• Spannungspegeln
• Binärcodes

Systembusse

Alle Elemente eines programmierbaren Mikrosystems sind durch Informationskanäle, sogenannte Busse, verbunden. Diese sind unterschiedlich zusammengesetzt, um Informationen zu übertragen. Die Anzahl der Leitungen bestimmt die Busbreite. Ein 16-Bit-Datenbus kann beispielsweise 16 Bit parallel gleichzeitig übertragen.

Datenbus

Dieser Bus überträgt die Bits, aus denen sich die binären Informationen, Anweisungen oder Daten zusammensetzen. Die Anzahl der Leitungen entspricht der Wortbreite des Systems (z. B. 8 Adern bei einem 8-Bit-Mikroprozessor). Dieser Bus ist bidirektional, da Geräte Informationen sowohl empfangen (schreiben) als auch senden (lesen) können, abhängig vom Zustand der Steuerleitungen. Die Datenbusleitungen werden meist mit D (Data) gekennzeichnet.

Adressbus

Über diesen Bus werden die Bits übertragen, die den Speicherplatz oder das Ein-/Ausgabegerät auswählen, auf das zugegriffen werden soll. Die Anzahl der Leitungen entspricht der Anzahl der Adressbits des Systems. Die Anzahl der Bits bestimmt die maximale Speichergröße: Anzahl der Adressen = 2^n. Dieser Bus ist unidirektional (in eine Richtung), da nur das Steuergerät die Adressen vorgibt. Die Adressbusleitungen werden mit A (Address) gekennzeichnet.

Steuerbus

Er besteht aus einer Reihe von Steuerleitungen, die alle notwendigen Signale zur Koordination der Systemelemente übertragen, wie z. B. Lese- oder Schreibbefehle, Gerätefreigaben oder Interrupts.

Peripheriegeräte

Peripheriegeräte umfassen eine Vielzahl von Maschinen und Schaltungen, die vom System gesteuert werden, um Aufgaben außerhalb des Prozessors auszuführen. Sie lassen sich nach ihrer Funktion klassifizieren:

• Kommunikationsperipherie: Sie dienen dem Datenaustausch zwischen dem System und der Außenwelt (Eingabe oder Ausgabe).
• Massenspeicher: Sie dienen der dauerhaften und sicheren Speicherung großer Datenmengen, auch ohne anliegende Spannung.