[发明专利]设备接口控制器

说明书

本发明涉及一种设备接口控制器，更具体地说，涉及一种为多个外部设备提供通讯和控制信息的设备接口控制器。

自出现数据通讯以来，所涉及的主要工作一直是对外部设备的有效控制。在历史上这项工作一直是比较困难的，其原因不仅由于可用外设的种类繁多，例如，工作站、打印机等等，而且还由于各种不同的操作数据速率及其不同制造厂商的规范条件。名目繁多的微处理机又使这项工作进一步复杂化。大多数的微处理机不能直接与外设交换信息，因此需要一种允许外设与控制数据流动的微处理机之间进行通讯的设备接口控制器。

解决这个困难的一种常规方案包括一个设备接口控制器，它含有一组为控制指定的外部设备而设计的指令，即一个专用程序。另外，在微处理机与设备接口控制器之间引入一个数据存储器，例如随机存储器（RAM）。系统运行时，微处理机通过其局部总线将少量信息传送给存储器。然后，微处理机将这条信息传送给设备接口控制器。按照存储好的程序，外部设备将受控接受这条信息。在完成了位传送的同时，设备接口控制器将询问存储器以获取下条被传送的信息，或简单地进入闲置状态。存储器中含有一组指令，一旦信息被传送给外部接口控制器，则不管正在进行的作业，中断微处理机以请求下一条信息。

显而易见，这个传输过程的进度极慢，并且是低效率的，因此，本系统通常含有扩充的寄存器，微处理机将较多的信息输入给这些寄存器，然后，这些信息经设备接口控制器再从寄存器传送给外部设备。这项技术带来的优点是延长了从存储器到微处理机中断之间的时间间隔。

然而，多数常规系统常需通过微处理机的局部总线，在微处理机与存储器之间传送信息。而相同一组微处理机局部总线又被用来传送存储器与设备接口控制器之间的信息。因此，除了为取以后的指令而中断微处理机。在存储器与设备接口控制器之间进行数据传送期间，微处理机也被中断，即失掉对其局部总线的访问。所以，为使微处理机在任何给定时间内控制多于一个的外设，微处理机对于其局部总线的访问常常是失效的。

对于这种低效的安排的一种常规解决方案是为设备接口控制器提供一组辅加的指令，这组指令是与微处理机相分离的。这种方法卸下了一些通常由微处理机完成的功能，因此提高了微处理机的整个操作速度。然而，到目前为止，固定指令的程序一直被存在存储器当中，因此降低了可用于整个系统的内存使用能力，并且增加了通信量，限制了对微处理机总线的访问。这个技术实质上是在增加由存贮器引起的各次微处理机中断之间的时间与减少可用存储空间之间的一个折衷方案。然而，如果没有这样一个程序，设备接口控制器通常只局限于访问存储器中的连续数据块，数据块的首址是由微处理机提供的。因此，一旦在这个数据块被传送后，微处理机必须重新填入一个数据块，并告许设备接口控制器这个信息的地址是什么，它在哪里。

常规设备接口控制器的另一个主要方面是对于每一个它所控制的特殊的外部设备需要特定的控制指令。因此，把这个程序装入存储器，用于被控外设的特殊控制指令能存储在里面，这样又从微处理器中除去了一部分工作。不幸的是，附加这些特定的控制指令实际上要求附加存储器，而这部分存储器通常是用于存储微处理器与外部设备之间所交换的信息。因此，由于四种基本不利状态中的任一状态（或多个）的影响，在很大程度上限制了目前的设备接口控制器和与其相联的微处理机能够管理的外部设备的数量。这些不利状态通常被认为是总线等待时间、总线占用时间、中断等待时间和中断服务时间。

总线等待状态的出现是由于一些设备具有严格的响应要求。也就是说，在严格要求的时间周期未能对一个请求作出响应。常导致数据的丢失，造成数据丢失是由于新输入的数据覆盖了已被传送的数据，另外，它还导致了无意义的数据传送，这是由于设备的传送一方试图索取还没有被提供的数据。这些情况是同一件事情的不同的表现，通常分别称为数据超限和数据欠载。在输入/输出量很大的情况下，这种状态经常出现，其原因是由于在严格要求的时间周期里，微处理机局部总线的通信量简直不允许响应局部总线的请求。解决总线等待状态的一种常见方案是提供双向缓冲，并在传送机构前使用先进先出（FIFO）系统，以缓和任何需访问该寄存器的设备的瞬时要求。因此，总线仅需要响应平均时间较短的负荷。然而，这个方案使成本提高，并且需要大量的组件，也增加了整机的功率需求。

总线占用状态的出现是由于当数据传递的通信量增加时需要占用相当一部分带宽，其结果使微处理机的运算能力降低。这种状态也影响了系统的整个吞吐量，对这个问题的传统的解决办法是将数据传递负荷量分配给更多的微处理机，或使用高速的微处理机，这两种方案都使成本提高。