Интерф периф устр лекции (Ответы на все вопросы по теме электроника или типа того), страница 5

Максимальное быстродействие обеспечивает параллельная селекция (рис.6.в). Каждый модуль имеет индивидуальные линии запроса и подтверждения, что позволяет реализовать параллельную обработку. Этот способ отличает гибкость управления приоритетами запросов, т.к. с помощью масок можно установить требуемую дисциплину обслуживания. Однако эти преимущества достигаются за счет существенного увеличения числа линий и усложнения аппаратных средств.

Часто используется и параллельно-последовательная селекция, при которой модули разделяются на определенные группы. Внутри группы используется последовательная селекция, а между группами - параллельная. Возможны и другие варианты совместного использования трех описанных способов селекции.

В состав ШПУ входят от 2 до 12 линий запроса магистрали, позволяющих реализовывать параллельно-последовательную селекцию, линия "Занято" и (1-3) дополнительных линии, обеспечивающих эффективное управление процедурой передачи ресурсов магистрали.

В однопроцессорных структурах интерфейса ШПУ служат для организации режима прямого доступа к памяти (ПДП), который обеспечивает максимальную скорость обмена информацией между оперативной памятью и УВВ.

Шина прерываний (ШП) применяется в интерфейсах для идентификации устройств, запрашивающих ресурсы ведущего модуля (например, процессора). Прерывание - это реакция системы на программно непредсказуемое событие. Ввод/вывод по прерыванию используется в том случае, если "простои" процессора в циклах ожидания готовности устройства являются недопустимыми. Это характерно для взаимодействия быстродействующих ведущих модулей с ведомыми, быстродействие которых существенно меньше. Ввод/вывод по прерыванию повышает производительность системы, но для его реализации требуются дополнительные программно-аппаратные ресурсы. При оценке целесообразности применения этого способа необходимо учесть, что скорость ввода/вывода определяется временем реакции на прерывание и временем работы подпрограммы обработки прерываний. Это снижает скорость по сравнению с программным вводом/выводом под управлением процессора.

ШП обычно содержит от 4 до 8 линий запроса прерываний и линию подтверждения прерывания. Это позволяет на их основе строить подсистему прерываний на большое количество источников запроса, которые могут быть объединены в схемы селекции аналогичные рис.6. Каждый интерфейс имеет свою специфику в организации подсистемы прерываний, которая связана, главным образом, с используемыми контроллерами прерываний.

В интерфейсах используют, в основном, векторные прерывания, при которых каждый источник запроса идентифицируется адресом подпрограммы обслуживания прерываний, формируемым при программировании контроллера.

Шина специальных управляющих сигналов (ШСУС) предназначена для обеспечения работоспособности и повышения надежности системы на основе данного интерфейса. К ней относятся линии питания, внутрисистемной диагностики и резервные линии.

Число и состав линий питания определяется функциональным назначением интерфейса. Наиболее типовые значения +5В, + 12В, -12В (+15В, -15В) [3,4].

Особое значение имеют линии внутрисистемной диагностики, входящие в состав комплекса программно-аппаратных средств, обеспечивающего автоматический поиск неисправностей в системе. В различных интерфейсах контроль охватывает: четность данных, адреса и команд; постоянное напряжение вторичных источников питания и переменного напряжения сети; время выполнения операции на шинах; готовность данных и устройств к связи; контроль операций на шине; проверку конфигурации системы, отказа модулей. Конкретное количество линий определяется назначением интерфейса и требуемыми техническими характеристиками.

Для поиска и устранения неисправностей в системе предусматриваются: сервисный процессор и регистры для поиска неисправностей и реконфигурации системы в случае устойчивого отказа модулей; средства защиты информации при отказах сетевого напряжения питания; средства для коррекции ошибок при
передаче информации; тестовые программы для проверки работоспособности системы; линии готовности данных и состояния ожидания [4].

Резервные линии разделяются на две группы:

• системные линии, предназначенные для дальнейшего расширения интерфейса и запрещенные для пользователя;

• линии пользователя, разрешенные к использованию, позволяющие адаптировать интерфейс для решения конкретной задачи.

  1.4. Многоуровневая организация интерфейса.

  Деление интерфейсов на уровни условно и определяется с одной стороны их функциональным назначением и, с другой стороны, конструктивами, на базе которых реализуется данный интерфейс. По функциональному назначению для интерфейсов первого поколения (одноуровневые интерфейсы), к которым принято относить Q-bus, Unibus и другие подобные интерфейсы, может быть предложена следующая иерархия:

• интерфейс межмодульного обмена, служащий для объединения элементов микропроцессорной вычислительной системы; принципиально к этому интерфейсу может непосредственно подключаться контроллер ввода-вывода и ВнУ; содержит большое число линий, используется при малых длинах связи (от долей до единиц метра), высокоскоростной;

• интерфейс ввода-вывода предназначен для связи мультиплексора ввода-вывода (канала) с контроллерами ввода-вывода или ВнУ; содержит среднее число линий, используется при длинах связи от единиц до десятков метров, среднескоростной;

• интерфейс ВнУ используется для связи ВнУ, как правило, через контроллер ввода-вывода, с собственно микро-ЭВМ; содержит минимально необходимое для реализации возлагаемых на него функций, число линий (как правило, это последовательные интерфейсы), используется при длинах связи от десятков до сотен и даже тысячи метров, среднескоростной (пропускная способность не превышает 40 Кбайт/с). В частном случае число используемых уровней интерфейсов может быть минимальным, то есть вся система строится с использованием лишь одного уровня (типа) интерфейса. Обобщенная структурная схема вычислительной системы, построенной с использованием интерфейсов первого поколения, приведена на рис.7. Здесь использованы сокращения: КВВ - контроллер ввода-вывода; МВВ – мультиплексор ввода-вывода; ИМО - интерфейс межмодульного обмена; ИВВ - интерфейс ввода-вывода; ИВнУ - интерфейс внешних устройств; К-контроллер; АМО – адаптер межмашинного обмена; Пр – процессор; П-память.

  Увеличение пропускной способности магистралей в рамках одноуровневого интерфейса возможно за счет применения более быстродействующей элементной базы, использования структурных методов (опережающая выборка команд, конвейерный принцип обработки, увеличение объема сверхоперативной памяти, Кэш-память).

  ИМО

  ИВВ

  И ВнУ ИВнУ

  Рис.7 Структура ВС на базе интерфейса 1-го поколения.

  Это является причиной конфликтов при распределении ресурсов магистрали, т.к. диапазон быстродействия модулей системы может отличаться в тысячи раз, а процедура обмена информацией, реализуемая по принципу "ведущий-ведомый", для всех приблизительно одинакова.

  Наиболее эффективным способом повышения пропускной способности интерфейса является многоуровневая его организация, при которой кроме основной параллельной магистрали ИМО вводится несколько дополнительных, ориентированных на работу с определенными классами устройств (рис.8). Подобные многоуровневые интерфейсы лежат в основе интерфейсных систем 2-го поколения, суммарная пропускная способность которых существенно выше.

  По функциональному назначению интерфейсы второго поколения, к которым в первую очередь относятся Multibus II, VMEbus, Fastbus, а также другие интерфейсы этого и последующих периодов разработок, разделяются на следующие уровни:

• системный интерфейс СИ служит только для межмодульного (межпроцессорного) обмена. Он обладает высокой степенью однородности, возможностью наращивания, потенциально высоким быстродействием, т.к. в этом случае отсутствуют конфликты при одновременном обращении одного микропроцессора МП в зону памяти другого; длина линий интерфейса не превышает, как правило, 1 м.

• интерфейс памяти или локальный интерфейс (такого уровня в интерфейсах первого поколения нет, он совмещен с первым уровнем - интерфейсом межмодульного обмена), предназначен для связи микропроцессора с памятью, в том числе расположенной на других платах, для извлечения программ.

• интерфейс расширения ресурсов процессора, аналогичен интерфейсу ввода-вывода первого поколения по выполняемым функциям и характеристикам, предназначен для подключения других процессоров, контроллеров ввода-вывода и т.д.

• интерфейс прямого доступа в память, аналогичен интерфейсу ввода-вывода, предназначен вместе с соответствующим контроллером для обмена информацией между быстрыми ВнУ и памятью без замедления работы процессора

• интерфейс ВнУ, аналогичен соответствующему интерфейсу первого поколения.

  Ресурсы модулей интерфейса второго поколения формируются таким образом, чтобы минимизировать число конфликтов на системной магистрали СИ. С этой целью вводятся дополнительные магистрали для работы с локальной памятью, УВВ, специальными процессорами, расположенными во вспомогательных модулях ВМ. Организация магистралей учитывает специфику работы с теми устройствами, для которых они предназначены. Например, пропускная способность интерфейса локальной памяти, как правило, выше, чем СИ. Это связано с меньшим количеством модулей, более простой и быстродействующей схемой арбитража, короткой линией связи.

  Системная параллельная магистраль применяется для организации межмодульных связей на расстоянии до 0.5 метров. Для обмена информации в параллельном коде на расстоянии от 1,5 до 2 метров необходимо использовать специальные программно-аппаратные средства (драйверы). Связь на большие расстояния или с медленнодействующими устройствами реализуется через магистрали, информация по которым передается в последовательном коде.

  Чем больше уровней интерфейса, тем больше его производительность, т.к. увеличивается число одновременно реализуемых процессов обработки и управления. Однако при выборе числа уровней необходимо учитывать фактор стоимости. Определяющим является допустимая цена производительности.