Режимы работ последовательного интерфейса МК-51

Предназначены для организации ввода/вывода данных в последовательном коде и системы прерывания.

Состав блока:

· Регистр управления SCON

· Буфер приемника SBUF

· Буфер передатчика SBUF

· Сдвиговые регистры приемника и передатчика

· Регистры приоритетов и разрешения прерываний

Регистр SCON:

SM0, SM1 – определяет один из четырех возможных режимов работы последовательного порта

SM2 – бит разрешения многопроцессорной работы Бит управления режимом UART. Устанавливается программно для запрета приема сообщения, в котором девятый бит имеет значение 0

REN – бит разрешения приема данных

TB8, RB8 – в режимах 2 и 3 9й передаваемый и 9й принимаемый биты данных

TI, RI – флаг переполнения по окончании передачи/приема

Буфер передатчика предназначен для приема с внутренней шины МК информации в параллельном коде и ее выдаче в последовательном с помощью сдвигового регистра через вывод TxD.

Буфер приемника предназначен для приема данных в последовательном коде со входа RxD, хранения и выдачи в параллельном коде на внутреннюю шину.

Наличие буферного регистра приемника позволяет совмещать операцию чтения ранее принятого байта с приемом очередного байта. Прием и передача данных начинается с младшего бита, передача данных инициируется командой записи в регистр SBUF. Прием и передача могут осуществляться параллельно. Очередной байт будет приниматься даже если полученные перед этим данные не были считаны из буфера приемника. По окончании приема старый байт будет потерян.

Режимы работы:

Режим 0: В этом режиме последовательный порт работает как 8ми разрядный сдвиговый регистр. Данные передаются и принимаются через RxD, через TxD передаются синхроимпульсы. Скорость передачи/приема одна и та же (не меняется).

f_T/R = f_BQ / 12 (бод) – частота следования машинных циклов (f_BQ – частота кварцевого резонатора).

Временные диаграммы:

Передача данных:

TxD принимает синхроимпульсы.

Когда данные не передаются RxD = TxD = 1.

Синхронизация осуществляется по спаду сигнала.

По умолчанию RxD и TxD принимают единичное состояние, передача данных через RxD стробируется спадом сигнала на выходе TxD. RxD и TxD работают на выдачу информации.

Прием данных:

В режиме приема данных TxD и RxD работают на ввод, т.е. один принимает синхроимпульсы, другой данные. По окончании приема данных устанавливается флаг RI.

В этом режиме прием выполняется при: RI = 0; REN = 1 – бит разрешения приема.

Этот режим является синхронным, остальные являются асинхронными.

Режим1: В этом режиме последовательный порт работает как 8ми разрядный универсальный асинхронный приемо-передатчик (УАПП или UART). (СОМ порты у персональных ЭВМ работают в этом режиме)

Через RxD принимаются, а через TxD передаются 10ти разрядные посылки, включающие нулевой старт-бит, 8 бит данных и единичный стоп-бит.

При приеме стоп-бит заносится в разряд RB8 регистра SCON.

Скорость обмена задается частотой переполнения T/C1 – f_OV1.

На скорость передачи данных также влияет состояние бита SMOD регистра PCON.

f_T/R = f_OV1 / (16*2^SMOD)

В режиме можно изменять скорость и частоту переполнения Т/С. Скорость приема/передачи — величина переменная и зад таймером.

Формирование сигналов синхронизации передачи и управления:

Временные диаграммы:

Передача данных:

Прием данных начинается при обнаружении спада сигнала на входе RxD, для этого RxD опрашивается аппаратно с частотой f_T/R. Если обнаружен спад сигнала, то происходит сброс счетчика-делителя на 16 в цепи сигнала синхронизации RxD (Д2).

В моменты когда содержимое Д2 равно 7, 8 или 9 производится считывание состояния RxD, результат выбирается по мажоритарному принципу. Считанные 8 бит данных и стоп-бит из сдвигового регистра записываются в буфер приемника SBUF и бит RB8 соответственно.

Загрузка SBUF, загрузка RB8 и установка RI происходит только в случае если к моменту последнего опроса выполнялось следующее: RI = 0 и SM = 0 или RI = 0 и стоп-бит = 1. Если хотя бы одно из этих условий не выполняется, то принятые данные теряются, а флаг RI не устанавливается.

Режим 2 и 3: В этих режимах приемо-передатчик работает как 9ти разрядный УАПП. В режиме 2 скорость обмена постоянна, в режиме 3 может меняется задается таймером.

Здесь посылка состоит из 11 бит, из них один нулевой старт-бит и единичный стоп-бит. Значение 9го бита данных берется из разряда TB8 регистра SCON. Принятый 9й бит записывается в RB8.

В режиме 2 скорость обмена данными:

f_T/R = f_BQ / 64 * 2^SMOD f_BQ – частота тактового генератора

В режиме 3: f_T/R = f_OV1 / (32*2^SMOD) f_OV1 – частота переполнения 1го таймера-счетчика

По приему и передачи режимы 2 и 3 аналогичны первому.

2й и 3й режимы отличаются между собой только скоростью обмена. Передача данных происходит аналогично 1му режиму, при приеме данных запись в SBUF, RB8 и установка флага RI производится при условии, что к моменту последнего опроса RI = 0 и SM = 0, либо RI = 0 и D8 = 0 (9й бит данных).

Обязательное условие: принятый стоп-бит равен 1.

Для использования Т/С1 в качестве задатчика скорости обмена необходимо запретить прерывания от Т/С1; установить Т/С1 в режим 0, 1 или 2; запустить Т/С1 на счет.

SM2 - бит разрешения многопроцессорной работы.

Режим 2 и 3 могут быть использованы для организации многопроцессорной системы, если SM2 = 1, то флаг RI будет устанавливаться только в том случае, когда принятый 9й бит = 1.

Регистр PCON:

Микросхемы изготовлены по n-МОП технологии, имеют только один разряд SMOD, остальные не используются.

SMOD - бит удвоения скорости передачи

GF0, GF1 - флаги общего назначения

PD - Power Down - бит включения режима микропотребления

IDL - Idle - бит включения режима "холостого хода"

PD. При переходе в этот режим отключаются все узлы микро ЭВМ, в том числе задающий генератор, сохраняется содержимое ОЗУ, напряжение питания может быть снижено до 2В. Выход из этого режима возможен только подачей сигнала сброса. Перед сбросом должно быть установлено напряжение питания.

IDL. Также предназначен для умменьшения энергопотребления. В этом режиме продолжает работать тактовый генератор и система прерываний. Выход возможен как подачей сигнала сброса, так и формированием запроса внешнего прерывания.

После установки PD или IDL выполнение программы прекращается.

14.Базы данных (БД). Системы управления базами данных (СУБД). Состав СУБД и назначение компонентов. Сравнительные характеристики существующих СУБД. Основные этапы проектирования информационной системы.
На сегодняшний день не существует единого понятия БД. Иногда под БД подразумевают хранилище информации, иногда совокупность данных, а иногда систему, обеспечивающую функционирование информационного комплекса.

Будем понимать под БД:

1) совокупность данных, организованных с определённой целью.

2) совокупность предназначенных для машинной обработки данных, которая служит для удовлетворения нужд многих пользователей в рамках одной или нескольких сфер деятельности (организаций).

Совокупность данных должна быть определённым образом организована, т.е:

- Данные сохраняются;

- Имеют определённый формат;

- Доступны к использованию;

- Могут быть представлены в приемлемом виде (репрезентативны).

Наиболее широко БД используются в управленческой деятельности благодаря следующим свойствам:

- С помощью средств вычислительной техники можно обеспечить оперативный доступ к информации;

- Полнота доступа – вся информация в БД доступна к использованию (если это не противоречит установленной политике безопасности);

- Гибкость – современные БД позволяют не только легко изменять данные, но и саму структуру БД;

- Целостность - уменьшение кол-ва дублированных данных, появилась возможность автоматизировать многие операции.

Системы управления базами данных (СУБД) используются для упорядоченного хранения и обработки больших объемов информации. В процессе упорядочения информации СУБД генерируют базы данных, а в процессе обработки сортируют информацию и осуществляют ее поиск.

- СУБД представляет собой специальные пакеты программ, с помощью которых реализуется централизованное управление БД и обеспечивается доступ к данным

- Информация в базах данных структурирована на отдельные записи, которыми называют группу связанных между собой элементов данных. Характер связи между записями определяет тип использованной модели данных

- СУБД предоставляют вам возможность контролировать задание структуры и описание своих данных, работу с данными и организацию коллективного пользования этой информацией.

Основные функции СУБД:

1. Непосредственное управление данными во внешней памяти.

Эта функция включает обеспечение необходимых структур внешней памяти как для хранения данных, непосредственно входящих в БД, так и для служебных целей, например, для убыстрения доступа к данным в некоторых случаях (обычно для этого используются индексы). В некоторых реализациях СУБД активно используются возможности существующих файловых систем, в других работа производится вплоть до уровня устройств внешней памяти. Но в развитых СУБД пользователи в любом случае не обязаны знать, использует ли СУБД файловую систему, и если использует, то как организованы файлы. В частности, СУБД поддерживает собственную систему именования объектов БД.

2. Управление буферами оперативной памяти.

СУБД обычно работают с БД значительного размера; по крайней мере этот размер обычно существенно больше доступного объема оперативной памяти. Понятно, что если при обращении к любому элементу данных будет производиться обмен с внешней памятью, то вся система будет работать со скоростью устройства внешней памяти. Практически единственным способом реального увеличения этой скорости является буферизация данных в оперативной памяти.

3. Управление транзакциями.

Транзакция - это последовательность операций над БД, рассматриваемых СУБД как единое целое. Либо транзакция успешно выполняется, и СУБД фиксирует изменения БД, произведенные этой транзакцией, во внешней памяти, либо ни одно из этих изменений никак не отражается на состоянии БД. Понятие транзакции необходимо для поддержания логической целостности БД.

4. Журнализация.

Одним из основных требований к СУБД является надежность хранения данных во внешней памяти. Под надежностью хранения понимается то, что СУБД должна быть в состоянии восстановить последнее согласованное состояние БД после любого аппаратного или программного сбоя.

Обычно рассматриваются два возможных вида аппаратных сбоев: так называемые мягкие сбои, которые можно трактовать как внезапную остановку работы компьютера (например, аварийное выключение питания), и жесткие сбои, характеризуемые потерей информации на носителях внешней памяти. Примерами программных сбоев могут быть: аварийное завершение работы СУБД (по причине ошибки в программе или в результате некоторого аппаратного сбоя) или аварийное завершение пользовательской программы, в результате чего некоторая транзакция остается незавершенной.

Понятно, что в любом случае для восстановления БД нужно располагать некоторой дополнительной информацией. Другими словами, поддержание надежности хранения данных в БД требует избыточности хранения данных, причем та часть данных, которая используется для восстановления, должна храниться особо надежно. Наиболее распространенным методом поддержания такой избыточной информации является ведение журнала изменений БД.

Журнал - это особая часть БД, недоступная пользователям СУБД и поддерживаемая с особой тщательностью (иногда поддерживаются две копии журнала, располагаемые на разных физических дисках), в которую поступают записи обо всех изменениях основной части БД.

5. Поддержка языков БД

Для работы с базами данных используются специальные языки, в целом называемые языками баз данных. В современных СУБД обычно поддерживается единый интегрированный язык, содержащий все необходимые средства для работы с БД, начиная от ее создания, и обеспечивающий базовый пользовательский интерфейс с базами данных. Стандартным языком наиболее распространенных в настоящее время реляционных СУБД является язык SQL (Structured Query Language).