Λύσεις — Κεφάλαιο 6 · Μετρήσεις ΚΑΙ Μικροϋπολογιστές (Ερωτήσεις, σελ. 212-214) – ΣΥΛΛΟΓΗ ΜΕΤΑΦΟΡΑ ΚΑΙ ΕΛΕΓΧΟΣ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ ΜΕΡΟΣ Α΄ Β-Γ ΕΠΑΛ

ΣΥΛΛΟΓΗ ΜΕΤΑΦΟΡΑ ΚΑΙ ΕΛΕΓΧΟΣ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ (ΜΕΡΟΣ Α΄) Β’-Γ’ ΕΠΑΛ ΣΥΛΛΟΓΗ ΜΕΤΑΦΟΡΑ ΚΑΙ ΕΛΕΓΧΟΣ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ ΜΕΡΟΣ Α΄ Β-Γ ΕΠΑΛ – ΛΥΣΕΙΣ – ΑΠΑΝΤΗΣΕΙΣ Ασκήσεων Σχολικού Βιβλίου Λύσεις — Κεφάλαιο 6 · Μετρήσεις ΚΑΙ Μικροϋπολογιστές (Ερωτήσεις, σελ. 212-214) – ΣΥΛΛΟΓΗ ΜΕΤΑΦΟΡΑ ΚΑΙ ΕΛΕΓΧΟΣ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ ΜΕΡΟΣ Α΄ Β-Γ ΕΠΑΛ

Λύσεις — Κεφάλαιο 6 · Μετρήσεις ΚΑΙ Μικροϋπολογιστές (Ερωτήσεις, σελ. 212-214)

Λύσεις των ερωτήσεων και ασκήσεων αξιολόγησης του 6ου κεφαλαίου: συστήματα μετρήσεων και μικροϋπολογιστές.

Ερωτήσεις πολλαπλής επιλογής

Ερώτηση: Ερωτήσεις πολλαπλής επιλογής

1. Η προγραμματισμένη μεταφορά δεδομένων διακρίνεται σε:

α) σύγχρονο τρόπο, ασύγχρονο τρόπο και DMA
β) σύγχρονο τρόπο, ασύγχρονο τρόπο και τρόπο οδηγούμενο από διακοπή
γ) τρόπο οδηγούμενο από διακοπή και DMA
δ) τίποτα από τα παραπάνω

2. Εσωτερικοί δίαυλοι διακίνησης πληροφοριών είναι οι:

α) τοπικός δίαυλος, δίαυλος PCI και δίαυλος ISA
β) τοπικός δίαυλος, δίαυλος ISA και SCSI
γ) δίαυλος PCI, SCSI και RS-232C
δ) δίαυλος ISA, RS-232C και ΙΕΕΕ488

3. Κατά τη μετάδοση με ρυθμό 1200baud κάθε bit διαρκεί:

α) 0.42msec
β) 0.21msec
γ) 0.83msec
δ) 0.63msec

Λύση:

1 → β) Η προγραμματισμένη μεταφορά περιλαμβάνει σύγχρονο, ασύγχρονο και οδηγούμενο από διακοπή τρόπο· το DMA είναι ξεχωριστή τεχνική, όπου η CPU απομακρύνεται από τη μεταφορά.
2 → α) Εσωτερικοί δίαυλοι: τοπικός, PCI και ISA. Τα SCSI, RS-232C και IEEE488 είναι πρότυπα εξωτερικών διαύλων.
3 → γ) \( t = \frac{1}{1200} \,s \approx 0{,}83\,ms \).

Απάντηση: 1 → β, 2 → α, 3 → γ

Πρόσεξε:

Ο χρόνος ενός bit είναι το αντίστροφο του ρυθμού σε baud.

Ερωτήσεις του τύπου Σωστό/Λάθος

Ερώτηση: Ερωτήσεις του τύπου Σωστό/Λάθος

1. Η μεταφορά δεδομένων με άμεση προσπέλαση στη μνήμη απασχολεί τη CPU.

2. Στην παράλληλη μετάδοση τα bit μεταδίδονται το ένα μετά το άλλο.

3. Η σύγχρονη μετάδοση χρησιμοποιεί bit αρχής και τέλους.

4. To bit αρχής είναι πάντα ’1’.

5. Στο RS-232C τα ’1’ς μεταδίδονται με αρνητικές τάσεις.

Λύση:

1. Λάθος. Στο DMA η CPU απομακρύνεται από τη διαδικασία (θέτει τους διαύλους σε τρίτη κατάσταση) και τη μεταφορά ελέγχει ο ελεγκτής DMA.
2. Λάθος. Στην παράλληλη μετάδοση τα bit μεταδίδονται ταυτόχρονα, σε ξεχωριστά καλώδια· το ένα μετά το άλλο μεταδίδονται στη σειριακή.
3. Λάθος. Bit αρχής και τέλους χρησιμοποιεί η ασύγχρονη μετάδοση· η σύγχρονη χρησιμοποιεί χαρακτήρες συγχρονισμού ή σήματα ρολογιού.
4. Λάθος. Το bit αρχής είναι πάντα '0'· το bit τέλους είναι πάντα '1'.
5. Σωστό. Το '1' (mark) μεταδίδεται με τάση μεταξύ −3V και −15V.

Απάντηση: 1 Λ, 2 Λ, 3 Λ, 4 Λ, 5 Σ

Πρόσεξε:

Στο RS-232C η λογική είναι «αντεστραμμένη»: αρνητική τάση = 1, θετική τάση = 0.

Ερώτηση αντιστοίχισης

Ερώτηση: Να αντιστοιχίσετε τα:

Πρώτη στήλη: ISA, USB, DMA, IEEE488, Baud
Δεύτερη στήλη: Δίαυλος διασύνδεσης παράλληλων συσκευών, Εσωτερικός δίαυλος διακίνησης πληροφοριών, Μεταφορά δεδομένων με άμεση προσπέλαση στη μνήμη, Ρυθμός μετάδοσης, Δίαυλος διασύνδεσης σειριακών συσκευών

Λύση:

ISA → Εσωτερικός δίαυλος διακίνησης πληροφοριών
USB → Δίαυλος διασύνδεσης σειριακών συσκευών
DMA → Μεταφορά δεδομένων με άμεση προσπέλαση στη μνήμη
IEEE488 → Δίαυλος διασύνδεσης παράλληλων συσκευών (GPIB)
Baud → Ρυθμός μετάδοσης (bits/sec)

Απάντηση: ISA → εσωτερικός δίαυλος, USB → σειριακές συσκευές, DMA → άμεση προσπέλαση μνήμης, IEEE488 → παράλληλες συσκευές, Baud → ρυθμός μετάδοσης

Πρόσεξε:

Σειριακά πρότυπα: RS-232C, RS-422, RS-423, IEEE1394, USB· παράλληλα: IEEE488 (GPIB), SCSI.

Ερωτήσεις συμπλήρωσης κενού

Ερώτηση: Ερωτήσεις συμπλήρωσης κενού

1. Όταν η συσκευή είναι έτοιμη να δεχθεί ή να δώσει ____, πληροφορεί τον ____ διαμέσου ειδικής γραμμής ____, η οποία ονομάζεται γραμμή ____ (interrupt line).

2. Η αποστολή του ’1’ είναι γνωστή ως ____ και ορίζεται ως ηλεκτρικό σήμα μεταξύ ____ V και ____ V. Η αποστολή του ’0’ είναι γνωστή ως ____ και ορίζεται ως ηλεκτρικό σήμα μεταξύ ____ V και ____ V.

Λύση:

1. Όταν η συσκευή είναι έτοιμη να δεχθεί ή να δώσει δεδομένα, πληροφορεί τον επεξεργαστή διαμέσου ειδικής γραμμής ελέγχου, η οποία ονομάζεται γραμμή αίτησης διακοπής (interrupt line).
2. Η αποστολή του '1' είναι γνωστή ως mark και ορίζεται ως ηλεκτρικό σήμα μεταξύ −3 V και −15 V. Η αποστολή του '0' είναι γνωστή ως space και ορίζεται ως ηλεκτρικό σήμα μεταξύ +3 V και +15 V.

Απάντηση: 1: δεδομένα, επεξεργαστή, ελέγχου, αίτησης διακοπής. 2: mark, −3, −15, space, +3, +15.

Πρόσεξε:

Σήματα έξω από αυτές τις ζώνες θεωρούνται απροσδιόριστα και αγνοούνται από τον λήπτη.

Ερώτηση ανοικτού τύπου 1

Ερώτηση: Τι είναι η μέθοδος χειραψίας;

Απάντηση:

Είναι ο ασύγχρονος τρόπος προγραμματισμένης μεταφοράς δεδομένων, για συσκευές I/O των οποίων τα χαρακτηριστικά χρονισμού δεν μπορούν να προβλεφθούν.
Η CPU ζητά από τη συσκευή να τεθεί σε ετοιμότητα (σήμα «αίτησης ετοιμότητας») και ελέγχει συνεχώς την κατάστασή της· η συσκευή απαντά με σήμα επιβεβαίωσης (acknowledge) και μόνο τότε εκτελείται η εντολή I/O.
Ονομάζεται χειραψία (handshaking) γιατί μοιάζει με την κίνηση των χεριών μπρος-πίσω σε μια χειραψία. Διευθετεί ιδανικά τις διαφορές χρονισμού CPU–συσκευής, αλλά η CPU καταναλώνει πολύ χρόνο στον έλεγχο της κατάστασης.

Σύνοψη: (ενδεικτική) Ασύγχρονη μεταφορά με ανταλλαγή σημάτων αίτησης ετοιμότητας και επιβεβαίωσης πριν από κάθε μεταφορά.

Κριτήρια αξιολόγησης:

Σήματα αίτησης και επιβεβαίωσης.
Πλεονέκτημα και μειονέκτημα.

Ερώτηση ανοικτού τύπου 2

Ερώτηση: Περιγράψτε τον τρόπο block DMA και τον τρόπο DMA «κλοπής» κύκλου.

Απάντηση:

Block DMA: από τη στιγμή που ξεκινά η μεταφορά δεδομένων, δεν σταματά παρά μόνο μετά τη μεταφορά ολόκληρου του συνόλου (block) των δεδομένων· τότε ο ελεγκτής DMA αποσύρει την αίτηση.
DMA «κλοπής» κύκλου (cycle stealing): χρησιμοποιείται όταν η CPU δεν μπορεί να μείνει αδρανής για μεγάλο διάστημα ή όταν υπάρχει καθυστέρηση ανάμεσα στη δημιουργία των διαδοχικών δεδομένων. Μεταφέρονται ένα ή δύο bytes μόλις η CPU επιτρέψει το DMA και μετά ο ελεγκτής αποσύρει την αίτηση· μετά από καθορισμένο διάστημα ο ελεγκτής DMA διακόπτει την CPU υποδεικνύοντας το τέλος της μεταφοράς.

Σύνοψη: (ενδεικτική) Block: όλο το σύνολο δεδομένων σε μία μεταφορά· κλοπή κύκλου: ένα-δύο bytes κάθε φορά, ώστε η CPU να μη μένει αδρανής.

Κριτήρια αξιολόγησης:

Σωστή περιγραφή και των δύο τρόπων.
Πότε προτιμάται η κλοπή κύκλου.

Ερώτηση ανοικτού τύπου 3

Ερώτηση: Τι είναι οι προγραμματιζόμενες και τι οι μη προγραμματιζόμενες θύρες;

Απάντηση:

Οι θύρες I/O είναι κυκλώματα με τα οποία διασυνδέονται οι συσκευές I/O στους διαύλους του συστήματος.
Μη προγραμματιζόμενες: οι απλούστερες· διαμορφώνονται για περιορισμένο αριθμό τρόπων με αλλαγή των καλωδιώσεων. Μειονεκτήματα: απαιτούν τροποποίηση των συνδέσεων για διαφορετικές απαιτήσεις και δεν υλοποιούν όλους τους τρόπους μεταφοράς.
Προγραμματιζόμενες: διαμορφώνονται για ποικιλία τρόπων με εγγραφή κωδικών ελέγχου σε καταχωρητές μέσα στο chip. Διαθέτουν άμεση διασύνδεση με τους διαύλους της CPU, απομονωτές τριών καταστάσεων, λογική επιλογής διάταξης, γραμμές ελέγχου για χειραψία και διακοπές, καταχωρητές απομόνωσης και καταχωρητές εντολών ελέγχου (π.χ. το 8255).

Σύνοψη: (ενδεικτική) Μη προγραμματιζόμενες: διαμόρφωση με αλλαγή καλωδιώσεων· προγραμματιζόμενες: διαμόρφωση με κωδικούς ελέγχου σε εσωτερικούς καταχωρητές.

Κριτήρια αξιολόγησης:

Διάκριση των δύο τύπων.
Δυνατότητες των προγραμματιζόμενων.

Ερώτηση ανοικτού τύπου 4

Ερώτηση: Συγκρίνετε τη σύγχρονη και ασύγχρονη μετάδοση δεδομένων.

Απάντηση:

Ασύγχρονη: ορίζεται σε κάθε συσκευή ο ρυθμός μετάδοσης· κάθε byte ξεκινά με bit αρχής ('0') και τελειώνει με ένα ή δύο bit τέλους ('1'), δηλαδή πακέτα 10 ή 11 bit (μετάδοση έναρξης-διακοπής). Το bit αρχής ενεργοποιεί το ρολόι του δέκτη και το bit τέλους το σταματά. Πομπός και δέκτης πρέπει να έχουν την ίδια ταχύτητα.
Σύγχρονη: δεν χρησιμοποιεί bit αρχής και τέλους· ο χρονισμός γίνεται με χαρακτήρες συγχρονισμού στην αρχή μεγάλων πακέτων ή με σήματα ρολογιού σε ξεχωριστά καλώδια/κανάλια.
Η σύγχρονη πλεονεκτεί στη μετάδοση μεγάλων πακέτων, αφού δεν σπαταλάται χρόνος για bit αρχής και τέλους σε κάθε χαρακτήρα.

Σύνοψη: (ενδεικτική) Ασύγχρονη: bit αρχής/τέλους ανά byte· σύγχρονη: χαρακτήρες συγχρονισμού ή ρολόι, πιο αποδοτική για μεγάλα πακέτα.

Κριτήρια αξιολόγησης:

Τρόπος χρονισμού καθεμιάς.
Πλεονέκτημα της σύγχρονης.

Ερώτηση ανοικτού τύπου 5

Ερώτηση: Τι είναι η μονόδρομη, ημι-αμφίδρομη και αμφίδρομη επικοινωνία;

Απάντηση:

Μονόδρομη (simplex): η μία συσκευή μόνο μεταδίδει και η άλλη μόνο λαμβάνει (π.χ. ο υπολογιστής στέλνει στο τερματικό, αλλά όχι το αντίστροφο).
Ημι-αμφίδρομη (half-duplex): υπάρχουν δύο κατευθύνσεις, αλλά μόνο μία κάθε φορά· μόνο μία συσκευή μεταδίδει κάθε χρονική στιγμή.
Αμφίδρομη (full-duplex): υπολογιστής και τερματικό μεταδίδουν και λαμβάνουν ταυτόχρονα, χωρίς να περιμένει ο ένας τον άλλο.

Σύνοψη: (ενδεικτική) Μονόδρομη: μία κατεύθυνση· ημι-αμφίδρομη: δύο κατευθύνσεις εναλλάξ· αμφίδρομη: δύο κατευθύνσεις ταυτόχρονα.

Κριτήρια αξιολόγησης:

Σωστός ορισμός και των τριών.

Ερώτηση ανοικτού τύπου 6

Ερώτηση: Ποιες είναι οι γενιές λογισμικών συστημάτων μετρήσεων;

Απάντηση:

Πρώτη γενιά: προγράμματα οδηγών διατάξεων (device drivers), που βοηθούν τον χρήστη να ελέγχει τις συσκευές χωρίς να γνωρίζει το hardware ή το λειτουργικό σύστημα.
Δεύτερη γενιά: πυρήνας υψηλού επιπέδου για ανάπτυξη προγραμμάτων εφαρμογών, με συναρτήσεις οδηγών και μετρήσεων που καλούνται από γλώσσα υψηλού επιπέδου (π.χ. LOTUS 1-2-3). Άλλες τάσεις: εμπλουτισμός γλωσσών (Visual Basic, C++) με συναρτήσεις μετρήσεων, πρόσθεση «εντολών» μετρήσεων σε γλώσσες (ASYST σε FORTH), ρουτίνες μετρήσεων σε φύλλα εργασίας (Measure).
Τρίτη γενιά: σχεδίαση του συστήματος μετρήσεων και προγραμματισμός με γραφικό τρόπο, π.χ. το LabVIEW με τη γραφική γλώσσα G.

Σύνοψη: (ενδεικτική) Οδηγοί συσκευών → πυρήνας υψηλού επιπέδου για εφαρμογές → γραφικός προγραμματισμός (LabVIEW).

Κριτήρια αξιολόγησης:

Οι τρεις γενιές με παράδειγμα.

Ερώτηση ανοικτού τύπου 7

Ερώτηση: Περιγράψτε τη διασύνδεση πληκτρολογίου μέσω του 8279 με μικροεπεξεργαστή.

Απάντηση:

Το πληκτρολόγιο έχει τα πλήκτρα σε πίνακα 8 στηλών και 4 γραμμών και συνδέεται με το προγραμματιζόμενο ολοκληρωμένο 8279 της Intel.
Το 8279 σαρώνει τις 4 γραμμές του πίνακα με τις γραμμές εξόδου σάρωσης SL3-SL0, ενώ οι γραμμές εισόδου επιστροφής RL7-RL0 συνδέονται στις 8 στήλες. Όταν πατηθεί πλήκτρο, βραχυκυκλώνει η αντίστοιχη γραμμή σάρωσης με τη γραμμή επιστροφής και το 8279 αναγνωρίζει ποιο πλήκτρο πατήθηκε.
Οι αναπηδήσεις και τα πολλαπλά πατήματα αντιμετωπίζονται με αμοιβαίο αποκλεισμό δύο πλήκτρων ή με επικάλυψη πολλαπλών πλήκτρων (καταγραφή με τη σειρά που πατιούνται).
Ο μικροεπεξεργαστής (8085) εξυπηρετεί το 8279 με τη μέθοδο της διακοπής: αίτηση διακοπής IRQ από το 8279 στην είσοδο RST5.5 του 8085· τα δεδομένα μεταφέρονται μέσω του διαύλου δεδομένων με τα σήματα RD και WR.

Σύνοψη: (ενδεικτική) Σάρωση γραμμών (SL3-SL0) και ανάγνωση στηλών (RL7-RL0) από το 8279· εξυπηρέτηση με διακοπή (RST5.5 του 8085).

Κριτήρια αξιολόγησης:

Σάρωση και αναγνώριση πλήκτρου.
Εξυπηρέτηση με διακοπή.

Άσκηση 1

Ερώτηση: Δεδομένα μεταδίδονται με ρυθμό 4800baud. Πόσο χρόνο διαρκεί κάθε bit;

Λύση:

\( t = \frac{1}{\text{baud}} = \frac{1}{4800}\,s \approx 0{,}000208\,s \approx 0{,}21\,ms \).

Απάντηση: t ≈ 0,21ms

Πρόσεξε:

Διπλασιασμός του ρυθμού (από 2400 σε 4800baud) υποδιπλασιάζει τη διάρκεια του bit.

Άσκηση 2

Ερώτηση: Ο χρόνος, που διαρκεί κάθε bit σε μετάδοση δεδομένων, είναι 0.42msec. Με τι ρυθμό (baud) μεταδίδονται;

Λύση:

\( \text{baud} = \frac{1}{t} = \frac{1}{0{,}42 \cdot 10^{-3}\,s} \approx 2381 \) bits/sec.
Η πλησιέστερη τυπική τιμή ρυθμού είναι τα 2400baud (τα 0,42ms είναι στρογγυλοποίηση του 1/2400 s = 0,417ms).

Απάντηση: 2400baud

Πρόσεξε: