Густав Олссон, Джангуидо Пиани - Цифровые системы автоматизации и управления (1087169), страница 70
Текст из файла (страница 70)
ность,, могут перекрывать весь мир. Эта глава посвящена описанию работы шин, а н „„ слеллн щей рассмотрены сети последовательной передачи данных. Основные идеи * сннннн ные с программированием для многопроцессорных и распределенных систем пл, и еле даются в главе 10, На развитие архитектуры системных шин влияли не только технические „, е, не| экономические причины. Основным техническилл фактором является продолхн лжш щийся прогресс в миниатюризации электронных схем — и те функции, которые н„, ра выполнялись несколькими интегральными схемами, смонтированными на плн, сегодня реализуются одним или несколькими кристаллами.
Экономические фнни ры в основном были связаны с рынком, созданным появлением персональных кпннь ютеров и соответствующих интерфейсных устройств, который решающим образ повлиял на развитие системных шин. Доступность очень большой вычислнтельнн мощности по приемлемой цене оказала положительное влияние и на рост прилепе. ний для промышленной автоматики. Требования, предъявляемые типичной промышленной многопроцессорной сне темой, значительно отличаются от требований домашнего или офисного ПК. Вп пичной системе, используемой для управления процессом, имеется несколько плел каждая из которых связана с какой-либо частью технического процесса, прв пенн объем вырабатываемой информации приблизительно одинаков для всех устройеен Наоборот, шины ПК, предназначенных для дома и офиса, в первую очередь нане"н пы на управление развитой графикой мультимедийных приложений н интеракп н ных видеоигр с высококачественной графикой и звуком — в типичных режимах Рн ' ты ПК только некоторые платы генерируют очень большие объемы информация.
п ш' Развитие системных шин для рынка ПК проходило скорее под влиянием пР жений последнего рода, чем определялось требованиями управления пронес ессанн о втсп "Чистый" принцип главного арбитра или эффективный и управляемый пррр ч доман' ми механизм прерываний не считались существенными для типичных задач д ст с не"' него или офисного ПК. На практике это означает, что технология ПК может заметннн хом применяться и для задач промышленного управления, часто с зз ологннн экономическим выигрышем, однако необходимо иметь в виду, что эти техно. сегоднян предназначены и не оптимизированы для таких задач. Как это ни странно, се с ынкоя ний рынок промьппленных приложений вряд ли может конкурировать с рь ше моя для Лома и офиса — на видеоиграх н мультимедийных приложениях пока еш ° заработать больше, чем на промышленном управлении.
ер Первые шины строились для определенных процессоров, н их линии б б ~ляле . стР' ществу продолжениями контактов процессора, снабженными буферными У прдз ствами лля увеличения выходной мощности. Процессор непосредственно у Р ннФ" обменом данными и синхронизацией. Более современные конструкции шин тнв, проектировались как незаниснмые от процессора — форматы данных я ндре нсял протоколы, т. е. наборы правил, регулирующих обмен информацией, нс завн.
„ной архитектуры процессора. Для модификации системы нет необходимости „янке „Ровать ее заново, достаточно изменить или добавить элементы с требуемой ленни нг н„нальностью при условии, что они работают по тому же протоколу, что и ос,„кдно Ф' и части системы, Интерфейс новой подсистемы не нужно согласовывать с су,',ьннее ' неелпун ,ошнми подсистемами, достаточно того, чтобы оп удовлетворял механичес~лектрическим параметрам, а также протоколу шины. Эта идеология „ется в этой н следующих главах. ьняда 3 н Разработке нового стандарта шины необходим компромисс в части физичесзмеров плат. Размер платы определяет количество размещаемых на ней логиннн Рз' „к цепей. Благодаря тому что интегральные схемы позволяют реализовать все еннн „ренее количество функций при меньшем числе компонентов, размеры фупкцио,ных плат для промышленного применения последовательно уменыпачись до „щнх типовыми 15 ре 30 см.
Платы большего размера могут выполнять большее ;нннчество функций, но они, соответственно, дороже. Из небольших плат проще со;пель конфигурацию, соответствующую задаче и, как правило, по более низкой цене, ннпбщее число плат при этом возрастает и они быстрее заполнят имеющиеся разъенн; н дополнение к этому они могут загрузить шину более частыми запросами на пехлнчу данных. Поскольку вычислительные возможности постоянно возрастают, жономнчески целесообразно строить "интеллектуальные" платы, кажлую со своим енепналнзнрованным процессором и локальной памятью. Таким образом, шинная нрлнтектура представляет собой рациональную модульную основу для совместной работы различных процессоров и периферийных устройств.
Шины полдерживают модульный принцип построения, который, в свою очередь, ннеспечнвает необходимую гибкость при появлении новых задач. Это является реннглпим фактором, особенно если учесть, как часто требуется вносить частичные из""'ення при выполнении новой разработки. Шины допускают разделение ресуреен — несколько независимых процессоров могут использовать одну и ту же память, н также "же другие устройства, например диски или принтеры. Таким образом, система непольз льзуется более эффективно, а ее работа становится более экономичной. В тео ории шин, передаче данных, операционных и распределенных систем есть не'ннльно об о общих основных идей. Особенно важной является защита ресурсов — при жпн Рес „Р Урсом может быть шина, время процессора, канал связи, область оперативннйпамяти и тн и т.
д. Методы решения проблемы защиты ресурсов во всех этих случаях лрннтнчески о ски одинаковы. С фундаментальной точки зрения они будут детально рас'нптрены в аз разделе 10.3.1, а в этой главе приведены только соображения, непосредненно касаю ающиеся технологии и работы системных шин параллельного типа. 4 Ст ~ 2.1, РУктура и принципы работы шин Обнцие характеристики Сне а есть и физическое, н логическое понятие. С физической точки стемная шин "щнца представляет собой набор от 50 до 100 параллельных проводников, од'земенна п "ными ередающих электрические сигналы между Различными пла латами с элек'Рост 'мн устройствами.
Проводники могут быть пРипаяны к платам, л б . атам, но нан олпе чннт, стра е»нй способ — егрисоедннять пла"! к шн е с помощ. щью разъемов (сотелей), которые смонтированы на шине. Глава 8. Системные гя нгяг ггг з ян" ' употребляется также и калька с английского — ширина !Вины, т е вместо разр гн лзияых говорят о ширине шины данных, а вместо разрядности адреса — о !Вириве ш нны Га. — Пргг,ггач. !!яд.
318 Логическая сущность шины — это ее протокол, который определяет правя ла 0~,. мена и форматы данных, синхронизацию, квитирование и тактирование. Любу„, юя,! ту, физически и логически совместимую с шиной, можно подключить к шив е,г,з плата будет работать вместе с другими платами.
Информация передается по шине во всех направлениях, т. е. все платы по луч!г одни и те же данные одновременно и должны самостоятельно определять, ка „ кяе, иих адресованы именно им. Типичная скорость обмена данными имеет порядо . док ! скольких десятков Мбайтггс. Из-за запаздывания, обусловленного конечной с скоро! тью распространения электрических сигналов по проводникам, иротяжеввэ ВВОСГ шипы ограничена несколькими дециметрами.
Шина и присоединенные к иеи пли пяи г обычно монтируются в металлической стойке, содержащей набор разъемов, уста„,! ленных на объединительной плате, а также источник питания и охлаждаюшии Вг„ тилятор. Ниже перечислены наиболее важные параметры, определяющие архитектзг шины. Механические и электрические параметры (размеры плат, тип разъема, потреб! ние мощности, требования к охлаждению).
° Ориентирована ли шина на определенный тип процессора или является неззв. симой. ' Разрядность адреса — объем адресуемой памяти. Разрядность данных. Скорость передачи данных, стандартная и максимальная. ' Синхронный или асинхронный режим передачи данных. Тактовая частота (для синхронных шин).
' Количество линий прерывания и процедура обработки прерываний. ° Механизм назначения ведущего устройства, т. е. устройства, координируюшггн работу шины закреплены ли эти функции за одним устройством или могут Вере даваться. ваенае ° дополнительные характеристики, например автоконфигурация (так назыяз' свойство "р!пй апг1 р!ау" — "вставь и работай" ). Выбяг Нельзя сравнивать шины только на основе приведенных параметров ли все фзк' шипы является системным решением, и его анализ имеет смысл, только если ВС ф ' торы рассматриваются в совокупности. Наиболее важными параметрами шины являются разрядность адреса ( еса (а шгаггЬ) и разрядность данных (гупта олс(гЬ) г, а также скорость передачи двинь'" ксимальную гкап!Уег гаге).
Последняя обычно измеряется в Мбайт/с и определяет макс~ . Это так нзз~ скорость, т. е. физический предел работы шины в специальных условиях. Эт ваемая техническая скорость передачиданных, В отличие от эффективной, й которзн нхз и опус"н ответствует режиму штатной загрузки. Реальная скорость передачи или Р способность (ТЬгоияЬрит гаге) системы может быть намного ниже, поскол У ' и. льк завн одиыыеп от многих факторов. Необходимо учитывать, при каких допущениях привод . со ответс изводителем цифры являются достоверными. Высокая скорость может со а СтрУктУРа и пРинципы работы шин 317 „тзк Наз!и е- 'Ому пакетному Режиму (Ьпгэт г т ) гненнзль ' Р грамм при определенных условиях, аз штат ю ьныхтестовыхп о аммп наззз Од'!ой 'юрц и данных может ВЬ1 Олняться гораздо медленнее.
е В тех слУчаях, когда скорость передачи д Указывается в словах, необходи о н! !гегь н виду что для Разных шин длина слова не од акова, а равна шири е шин, .!нных, т. е. количеству бит, одновременно передана аемыхпо шине. Скорость переда- ания( ап пг! В ) шицыданных. „нных иногда также называют полосой пропускан (6 г! гг,Ь) „„еделепие не соответствует смыслу термина "по "полоса пропускания", применяе- В изь!ерительной технике и сВязи (разделы 4.1.3 и 9.3.1).
В и .'. ). дальнейшем будет юпользоват! ся термин "скорость передачи данных" 8 2 2. Механические характеристики Тенденция к стандартизации в архитектуре шин ин оказала влияние на параметры нгновпого оборудования, напр имер на размеры плат ы плати типы разъемов. Наиболее раснространенным форматом являются 19-дюймовые ( .2. -дюймовые стойки (раздел 12.2.2), в которых южно параллельно разместить ло 21 платы (рис. 8.3).
ряш З.З. Шина Ъ'МЕ Мг ' ' ' ' МЕГгнз с 21 разъемом, смонтированная Р апиая в 19-дюймовой стойке (с раз- е !го, Германия) , "аиб й более поп ля ' цяап УЯЯРный Разя СР плать1 изве"ш как "Е - Ьоаг ественно в ервоначально применялись о в Европе). ЭтОт размер плат на сегодняшний ден 1О1 В С(~Ы В 1ЕС 292 3 В Евро~с и В ~Ц й)1!)„' я плата "Епгосаг!1" одинарной высоты имеет ест размеры гвыеот~ К Пги 60 мм. Высота платы может увеличиваться с С В!аг я с шагом ! 33.35 мм, а щи гом бО мм. Например, плата "Епгосаго" двойной иной высоты имеет размеры Глава 8. Системные 'анан 319 318 вг.
структура и пРинципы работы шии Рис. 8тй Торцевой разъем тса а 233.35 х 160 мм. Стойки стандарта 19 дюймов и формат Ецгосага! исполъзуют различных шин, например ЧМЕЬцз и Сошрасс РС!. Электрические проводники шины выполнены печатным способом на объ, елн тельной плате (басяр1але), на которой также смонтированы разъемы для уст „ анн плат с электронными схемами (рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
