Интерф периф устр лекции (Ответы на все вопросы по теме электроника или типа того), страница 2

Для передачи информации в интерфейсах применяют различные способы синхронизации. Существуют синхронные и асинхронные интерфейсы, при этом преобладающее преимущество одного типа над другим пока не установлено. На сегодняшний день одинаково широко используются синхронные (Multibus II, Fastbus, Nubus) и асинхронные интерфейсы (VMEbus, Futurebus). При синхронном принципе передачи информации (рис.1) передающее устройство устанавливает на своих выходах одно из двух возможных состояний дискретного сигнала (0 или 1) и поддерживает его в течение определённого заранее выбранного периода времени после окончания, которого состояние сигнала на передающей стороне может быть изменено.

Передатчик

Приёмник

1 1

0 0

  

Рис.1 Синхронный метод передачи.

Время передачи сигнала зависит от параметров линии связи и характеристик приёмного и передающего устройств. Если обозначить через Т максимальное время передачи сигнала (с учётом всех наихудших условий), то период синхронной передачи информации должен быть не менее Т, т.е.

  .

Если предположить, что шина Ш₀ предназначена для передачи параллельного кода, то сигналы в приёмное устройство из-за разброса параметров цепей и шин придут в различное время. В этом случае максимальный разброс времени передачи будет:

  max t_i – t_j 

В синхронных интерфейсах применяются, как правило, два вида синхронизации: принудительная и централизованная синхронизация. При принудительной синхронизации тактирующие сигналы выдаются устройством, организующим обмен информацией, а при централизованной - некоторым синхронизирующим блоком. Такой синхронизирующий блок, как правило, делается общим для системы обмена и на него возлагаются многие центральные функции. Так, например, в системе Multibus II центральный сервисный модуль занимается выработкой тактирующих сигналов, сигналов ограничения длительности тайм-аута, сигналов системных часов, контроля питания и инициализации. Такой модуль располагается в середине крейта (конструктивного блока). При синхронном обмене процесс передачи информации и управляющих воздействий осуществляется с привязкой к тактирующим сигналам, следовательно, устройство, к которому обращаются для чтения или записи информации всегда должно быть готово выполнить операцию со скоростью, определяемой тактирующими сигналами. Если устройство не готово выполнить предлагаемую операцию, то оно должно некоторым способом сообщить об этом (например, с использованием аппарата прерываний). Отсюда видно, что наибольшая пропускная способность интерфейса достигается для устройств, всегда готовых к выполнению предлагаемой операции. Использованием буферных запоминающих устройств и соответствующей организацией алгоритма обмена можно добиться, чтобы практически любое устройство удовлетворяло постоянному требованию. Достигнутая пропускная способность для синхронных и асинхронных интерфейсов без ограничений по подключенным к ним типам устройств одинакова, следовательно, выбор того или иного из них определяется другими их достоинствами и недостатками. Использование тактирующих сигналов облегчает построение управляющих схем, схем микропрограммного управления, формирование цифровых задержек и т.п. Синхронизация магистрали, стробирование информационных и управляющих сигналов, передача тактирующих сигналов по отдельным специальным линиям, особое расположение тактирующих схем в блоке (в центре блока, на минимально возможном расстоянии от других модулей) способствует четкому разделению моментов появления различных групп сигналов на магистрали, снижению наводок и повышению помехоустойчивости. В то же время синхронизация может снижать быстродействие, поскольку все процессы должны быть кратны периоду синхронизации. Кроме того, накладывается ограничение на быстродействие используемых элементов, снижаются возможности взаимозаменяемости, поскольку заменяемые элементы, блоки должны работать в задаваемом синхронном темпе. Ниже и надежность, так как выход из строя общего синхронизирующего модуля приводит к выходу из строя всей системы.

При асинхронном принципе передачи информации приёмное устройство, фиксируя приём нового состояния по одной шине интерфейса, информирует передающее устройство об этом изменении по другой шине. Передающее устройство, получив сигнал о приёме информации, снимает передаваемый сигнал. Таким образом, период времени , в течение которого передающее устройство должно поддерживать новое состояние сигнала, является переменным и зависит от характеристик конкретной линии связи и устройств, участвующих в передаче. Если обозначить через t время передачи нового состояния сигнала в один конец линии связи, то при асинхронной передаче период должен удовлетворять условию

  t.

На рис.2 приведена временная диаграмма для асинхронного метода передачи информации от передатчика к приёмнику по шине Ш₀.

Ш₀

Передатчик

Приёмник

Ш₁

  t   t

Рис.2 Асинхронный метод передачи.

Передатчик устанавливает код на шине Ш₀, а приёмник после приёма нового состояния информирует передатчик изменением состояния на шине Ш₁. Передавать новую порцию информации передатчик сможет только после получения уведомления о приёме предыдущей информации. Обычно время 2t (минимальное время, необходимое для передачи нового состояния при асинхронном методе) значительно меньше времени Т, которое приходится выбирать, исходя из максимально возможных расстояний между устройствами.

Основным преимуществом асинхронного обмена является именно наличие режима диалога (Handshake), когда каждая из обменивающихся сторон на любой запрос или порцию информации отвечает по мере готовности подтверждающими сигналами (квитанциями). Это обеспечивает возможность работы аппаратуры различного быстродействия. Следовательно, имеют место хорошая взаимозаменяемость аппаратуры, высокая надежность, так как при выходе из строя одного из модулей система продолжает работать, снижая лишь некоторые свои характеристики. В то же время использование АО снижает скорость ввода/вывода при передаче данных на большие расстояния, требует дополнительных линий для передачи управляющих сигналов, понижает помехозащищенность, так как обмен происходит в произвольные моменты времени.

При работе с группой устройств, быстродействие которых существенно отличается, пропускная способность магистрали в режиме асинхронного обмена может быть выше, чем при синхронном обмене. В то же время цикл ожидания готовности медленнодействующего модуля не может быть бесконечным, во всех современных интерфейсах есть механизм контроля времени цикла. Стробирование информации осуществляется сигналами идентификации, или сопровождающими управляющими сигналами. К линиям передачи таких сигналов предъявляются практически такие же требования, как и к линиям передачи синхросигналов. В синхронном интерфейсе, как уже говорилось, если какой-либо модуль не может выполнить операцию за время цикла, определяемого периодом синхросерий, то используется аппарат прерываний, что ведет к значительному снижению не только пропускной способности ввода-вывода, но и производительности системы в целом. Этого недостатка лишен асинхронный принцип организации интерфейса. Здесь, как видно из сказанного выше, время ответа запрашиваемого модуля не ограничивается синхросерией и может меняться фактически от нуля до максимального контрольного времени цикла. Так, например, в интерфейсе VMTbus сигнал подтверждения должен вырабатываться не ранее, чем через 10 нс. после установления данных.

Рассмотрим два метода передачи параллельного кода по нескольким шинам интерфейса: передача со стробированием, использующая синхронный принцип, и передача с квитированием, в которой используется асинхронный принцип передачи.

На рис.3 приведена временная диаграмма для передачи информации со стробированием. Информация передается по параллельным линиям Ш₁,….Ш_n в интервале времени, когда сигнал на шине Ш₀ равен 1. При нулевом сигнале на Ш₀ информация на шинах Ш₁,…Ш_n не имеет смысла. Для гарантированной передачи данных по шинам Ш₁,…Ш_n сигналы на них устанавливаются несколько раньше, а снимаются несколько позже, чем на шине строба Ш₀.

ПЕР

ПРИЁМ

Ш₀

Ш1,…Шn

Ш₀

Рис.3 Передача со стробированием.

На рис.4 показана передача параллельного кода с квитированием.

ПЕР

ПРИЁМ

Ш₀

Ш_к

Ш₁,…Ш_n

Ш₀

Шк

Рис.4 Передача информации с квитированием

Встречаются интерфейсы, где используется синхронный принцип обмена с частичным диалогом. В этом случае отдельные шаги операции обмена привязаны к синхросигналам, а каждая следующая операция не синхронизирована с предыдущей и может отстоять от нее на неопределенное число синхротактов. Это время определяется асинхронным моментом поступления сигнала ожидания. Примером такого интерфейса является интерфейс BUS PACKET фирмы Interphase Corp. Здесь сочетаются лучшие качества асинхронного интерфейса VMEbus с возможностью передачи информации в режимах, предусмотренных в синхронном интерфейсе Multibus II.

Пропускная способность интерфейса, несомненно, основная характеристика, зависящая от многих факторов, в том числе и практически от всех других характеристик интерфейса. Поэтому усилия разработчиков новых интерфейсов направлены на достижение максимально требуемой пропускной способности при сохранении требуемого уровня других характеристик интерфейса.

Важной характеристикой интерфейсов является вместимость, которая определяется максимально возможным числом модулей, блоков, устройств, подключаемых к интерфейсу. Вместимость зависит от характеристик используемой системы адресации и нагрузочной способности усилителей-передатчиков. В ряде случаев говорится о логической вместимости, под этим понимается максимально возможное число устройств, в том числе и регистров, доступное через данный интерфейс или систему интерфейсов. Логическая вместимость достигает очень больших размеров и практически не ограничена, поскольку, во-первых, к интерфейсу могут быть подключены расширители и, во-вторых, адреса внутренних регистров могут передаваться в информационном массиве.

Увеличение вместимости снижает пропускную способность и надежность интерфейса. Увеличение числа подключенных к интерфейсу устройств приводит к увеличению суммарной длины линий интерфейса и к большему времени ожидания обслуживания. Передача адреса в информационном массиве также приводит к задержке передачи информации. Увеличение числа участвующих в обмене устройств, усложнение алгоритма их взаимодействия естественно снижает надежность системы.

Используемые виды адресации, разрядность адресных шин являются важнейшими характеристиками, во многом определяющими возможности интерфейсных систем. Выбор разрядности определяется объемами запоминающих устройств, числом подключаемых к магистрали или адресуемых абонентов, внешних устройств (ВнУ) и регистров. Максимальная разрядность адреса - 32, практически у всех современных интерфейсов микропроцессорных систем.

Используется в основном два вида адресации - географическая и логическая, что объясняется наличием всего двух структур интерфейсов - радиальной и магистральной.