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

АМО

ИВВ

МВВ

МВВ

К

ИВнУ ИВнУ

ВУ

ВУ

ВУ

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.

МП

МП

П

КВВ

КВВ

МВВ

МП

П

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.

ИПД М

М

ВнУ

СИ

ИРРП ЛИ

ВМ ВМ

Рис.8. Структура ВС на базе интерфейса 2-го поколения.

Важной особенностью интерфейсов второго поколения является объединение всех названных уровней одним стандартом в единую интерфейсную систему. На приведенном рисунке использованы следующие сокращения: М - модуль; ВМ - вспомогательный модуль; ЛИ – локальный интерфейс (памяти); СИ - системный интерфейс; ИПД - интерфейс прямого доступа в память; ИРРП - интерфейс расширения ресурсов процессора.

1.5 Выбор микрокомпьютерных интерфейсов.

В ходе разработки любой микрокомпьютерной системы (в том числе и интерфейса) разработчик имеет возможность выбрать одно из трёх решений: строить ли её на основе заказных элементов, доработать ли стандартный компьютер (интерфейс) или использовать микрокомпьютерные платы. На этот выбор влияют спрос, цена, объем выпуска, технология, совместимость и иногда философия "мы не делаем аппаратуру".

Полностью заказные системы с учетом затрат времени и денег на разработку являются наиболее дорогостоящими. Их основным преимуществом является точное ориентирование под конкретную задачу. При этом они могут быть достаточно дешевыми при производстве в большом объеме. В то же время заказные системы могут быть единственным выбором, если другого решения не существует. Полностью заказное проектирование себя не оправдывает, если простая система должна быть разработана за короткое время, но оно может быть правильным выбором, если необходимо разработать большую партию устройств при достаточно большом резерве времени.

При умеренных объемах производства наиболее эффективным с точки зрения цены является адаптация стандартной микрокомпьютерной системы для решения нового класса задач, но при этом могут быть утеряны полезные свойства разработанного ранее изделия. Основными недостатками этого подхода являются негибкость и высокая цена блока. Если же необходимо обеспечить некоторые специальные функции, дополнительные возможности ввода-вывода или специальную механическую компоновку стандартные системы могут не подойти. Например, персональный компьютер может быть адаптирован для выполнения первичного сбора данных, но может не иметь возможности управлять сложным технологическим процессом.

Компромиссом между заказными и адаптированными стандартными системами является интеграция стандартных микрокомпьютерных плат. Они доступны, дешевы и легко могут быть соединены вместе согласно реализуемого алгоритма. В основном, они используются при реализации малых и средних объёмов производства изготавливаемых блоков. Во многих случаях подобная система может быть построена людьми, имеющими минимальные знания в области электроники или не имеющими их вовсе. Другим преимуществом использования микрокомпьютерных плат является гибкость. Обычно, в начале разработки изделия хорошо известны только общие требования к компьютерной системе. При развитии проекта проясняется большая часть его сторон, и соответственно, подбирается архитектура системы. Это особенно верно для изделий первого поколения. По мере того как совершенствуется изделие, может также совершенствоваться и её архитектура. Во многих случаях наиболее гибкой является интерфейс микрокомпьютерной системы, поскольку в ней достаточно легко могут быть заменены стандартные платы.

1.6. Сравнительные характеристики интерфейсов.

Сравнительные характеристики наиболее часто используемых интерфейсов магистрально-модульных систем (ММС) приведены в табл. 1, где Р - раздельные ША и ШД, М - мультиплексируемые ША и ШД, Н - нет, Д - да, Ц - централизованный арбитраж, ДЦ - децентрализованный арбитраж. А, С - соответственно асинхронный и синхронный принцип обмена, П - печатный разъем, НК - накладной разъем, ОУ - одноуровневый интерфейс, МУ - многоуровневый интерфейс. Скорость передачи по системному интерфейсу характеризуется двумя параметрами: в числителе - для одиночных сообщений, в знаменателе - для групповых или блочных. Для VMEbus скорость передачи при 64-разрядной мультиплексированной шине адреса и данных составляет 80 Мбайт/с. Возможности мультипроцессорной обработки характеризует число, записанное в скобках, которое указывает максимально допустимое количество процессоров.

Выбор интерфейса определяется требуемыми техническими характеристиками, функциональной полнотой выпускаемых модулей, наличием развитого программного обеспечения и средств отладки, ограничениями на время разработки и стоимость проекта.

При выборе интерфейса необходимо учитывать общую стратегию развития систем: программируемость структур; децентрализацию средств обработки и управления; открытость и наращиваемость всех видов обеспечения системы; максимальную унификацию, типизацию и стандартизацию всех функциональных подсистем и видов их обеспечения; эффективность реализации режимов реального времени [6].

Технические характеристики интерфейсов, приведенных в табл. 1, постоянно улучшаются. Поэтому их можно рассматривать как ориентировочные или сравнительные. Машинно-ориентированные интерфейсы типа ISA/EISA, Q-bus, Unibus целесообразно использовать при проектировании проблемно-ориентированных систем с ограниченными функциональными возможностями либо совместно с приборными интерфейсами типа CAMAC, HP-IB (IEEE-488). Как правило, стоимость разработки систем на их основе относительно невелика.

Для систем реального времени наиболее перспективны машинно-независимые интерфейсы Multibus-II, Futurebus, VMEbus. В идеологическом плане многие новые решения появились при разработке FASTbus, но этот интерфейс ориентирован на применение эммитерно - связной логики [4,5

Таблица 1.Технические характеристики интерфейсов.

Интерфейс параметр	ISA EISA	Multi bus 	Multi bus 	Q -bus	Unibus	Future bus	VMEbus	Fastbus
Шина адреса и данных	Р	Р	М	М	Р	М	Р(М)	М
Разрядность ШД	16,32	8,16	8,16 20,24	6,16	16	8,16,32	8,16,32, 64	32
Разрядность ША	20,24 32	8,16, 20,24	32	16,18,22	16,18	32	16,24. 32,64	32
Управление разряд адреса	Н	Н	Н	Н	Н	Н	Д	Н
Управление разряд данных	Н	Д	Д	Н	Н	Д	Д	Н
Линии модификации	Н	Н	10	Н	Н	3	6	3
Тип адресации:
радиальная								
магистральная								
блочный обмен								
Протокол	А	А	С	А	А	С	А	А, С
Скорость СИ Мбайтс	16 (32)	10	2040	2	5	2048	3257	3570
Наличие периферийных БИС								
Число сигнальн линий	74	65	64	36	56	71	52	83
Число контактов разъёма	80	86	96	72	48	96	96	130
Тип разъёма	П	П	НК	П	П	НК	НК