К. Хамахер, З. Вранешич, С. Заки - Организация ЭВМ - 5-е издание (2003) (1114649), страница 62
Текст из файла (страница 62)
Кроме того, она предоставляет контроллеру информацию, которая позволит идентифицировать данные в будушем, когда их потребуется прочитать с диска. После этого контроллер ПДП уже независимо от процессора выполняет указанную операцию. Когда она завершается, в регистре состояния и управления канала ПДП устанавливается разряд ПОХЕ. Если в это время разряд 1Е равен 1, контроллер направляет процессору запрос прерывания и устанавливает разряд 1КЯ. Регистр состояния может использоваться и для хранения другой информации, например значения индикатора, указывающего, успешно ли выполнена пересылка и не произошло ли при этом каких-либо ошибок. Процессор и контроллеры ПДП обращаются к памяти поочередно. Запросы устройств ПДП на использование шины всегда имеют более высокий приоритет, чем запросы процессора. Среди устройств ПДП наивысшим приоритетом обладают высокоскоростные внешние устройства, в том числе диски, скоростной сетевой интерфейс, графический дисплей.
Поскольку большая часть циклов доступа к памяти инициируется процессором, можно сказать, что контроллер ПДП «крадет» их у процессора. Применяемая при этом технология чередования называется захватом циклов. В качестве альтернативы контролеру ПДП для пересылки блока данных без прерываний может быть предоставлен монопольный доступ к основной памяти, Такой режим называется блочным.(Ь)оск аког)е) или лгоноггольным (Ьпгзг шог)е). Большинство контроллеров ПДП содержат буфер для хранения данных. Например, в случае сетевого интерфейса (рис.
4.19) контролер ПДП считывает из основной памяти блок данных и сохраняет его в своем входном буфере. Пересылка выполняется в монопольном режиме при максимальной скорости, с которой могут работать память и шина компьютера. После этого данные пересылаются из буфера по сети со скоростью, определяемой пропускной способностью сетевого соединения. Если процессор и контроллер ПДП или же два контроллера ПДП попытаются одновременно использовать шину для доступа к основной памяти, возникнет конфликт. Для разрешения конфликтных ситуаций применяется специальная процедура выбора, реализуемая схемами управления шиной и координирующая действия всех устройств, запрашивающих операции с памятью.
4.4.1. Разрешение конфликтов на шине Устройство, которому в данный момент разрешается инициировать пересылку данных по шине, называется хозяином шины (Ьнз шазгег). Когда текущий хозяин шины перестает быть владельцем шины, зта роль может быть передана другому устройству.
Выбор очередного устройства, которое станет хозяином шины, осуществляется посредством специальной процедуры, получившей название а)гбилграж. При этом учитываются потребности различных устройств, для чего опять- таки используется система приоритетов. 4.4. Прямой доступ к памяти 265 Существует два подхода к разрешению конфликтов на шине: централизованный арбитраж и распределенный арбитраж. При централизованном подходе разрешение конфликтов выполняется арбитром глины, а при распределенном подходе выбор следующего хозяина шины производится с участием всех устройств. Централизованный арбитраж Арбитром шины может служить как процессор, так и какое-либо отдельное устройство, подключенное к шине.
На рис. 4.20 показана архитектура компьютера, в котором арбитражная схема входит в состав процессора. При такой архитектуре хозяином шины обычно является процессор, если только он не предоставит эту роль одному из контроллеров ПДП. Когда контроллеру ПДП требуется шина, он активизирует линию запроса шины Вк (Впз-Вецпезг). Эта линия подобна линии запроса прерывания (рис. 4.6). Сигнал на линии запроса шины является логической суммой (ИЛИ) сигналов от всех подсоединенных к данной линии устройств. Когда линия запроса шины активизируется, процессор передает сигнал предоставления шины ВС1 (Впз-Сгапт), указывающий контроллерам ПДП, что как только шина освободится, они смогут ее использовать.
Линия, по которой передается этот сигнал, соединяется со всеми контроллерами ПДП по принципу гярляндной цепи. Таким образом, если контроллер ПДП 1 запросит управление шиной, он заблокирует передачу сигнала ее предоставления остальным устройствам. Если же шина ему не нужна, он передаст этот сигнал дальше, то есть на его выход будет подан сигнал ВС2. Текущий хозяин шины указывает прочим устройствам, что шина занята, с помощью сигнала ВВБ1'. Получив сигнал предоставления шины, контроллер ПДП ждет, когда будет снят сигнал ВВБУ, и только после этого назначает хозяином шины новое устройство.
Он тут же активизирует сигнал о том, что шина занята, чтобы никакие другие устройства не могли использовать таковую одновременно с ее новым хозяином. Рис. 4.20. Простая архитектура управления, построенная по принципу гирляндной цепи Временная диаграмма, приведенная на рис. 4.21, отражает последовательность событий в описанной выше сетевой архитектуре, происходящую с того момента, кзк контроллер ПДП 2 запрашивает управление шиной, которую он впоследствии должен освободить. Пока контроллер является хозяином шины, он может выполнить одну или более операций пересылки данных в зависимости от того, 266 Глава 4.
Ввод-вывод работает он в блочном режиме или в режиме захвата шины. Как только контроллер освобождает шину, ее хозяином снова становится процессор. На рис. 4.21 показана причинно-следстве1птая связь между сигналами, участвующими в арбитражном процессе. Особенности тактирования, зависящие от модели конкретного компьютера, на атом рисунке не отражены. — е Время В01 ВС2 ВВВУ ! Хозяин шины Процессор Контроллер ПДП 2 Процессор Рие. 4.21.
Последовательность сигналов при передаче управления шиной от одного устройства к другому для архитектуры, представленной на рис. 4.20 На рис. 4.20 показаны одна линия запроса и одна линия предоставления шины. Но вообще-то в компьютере таких пар линий может быть несколько, равно как и линий запроса прерываний (рис. 4.8, б). Подобная архитектура отличается значительно большей гибкостью с точки зрения определения порядка обслуживания устройств.
Арбитражная схема гарантирует поочередное обслуживание запросов в соответствии с приоритетами устройств. Например, если имеется четыре линии запроса шины, от ВК1 до ВК4, то может применяться фиксированная схема приоритетов, согласно которой линия ВВ1 имеет самый высокий приоритет, а линия ВК4 — самый низкий. В качестве альтернативы может быть использована схема с циклическим чередованием приоритетов, при которой все устройства имеют равные шансы на обслуживание. Циклическое чередование приоритетов означает, что после обслуживания запроса по линии ВВ1 их порядок становится следующим: 2, 3, 4, 1. Распределенный арбитраж При распределенном арбитраже все устройства, ожидающие своей очереди на использование шины, на равных правах участвуют в арбитражном процессе, так как централизованного арбитра в такой схеме не существует. Простейший способ распределенного арбитража показан на рис.
4.22. Каждому соединенному с шиной устройству назначается 4-разрядный идентификационный номер. Когда одно или несколько устройств запрашивают шину, они активизируют сигнал начала 4.4. Прямой доступ к памяти 267 рб 1 Б~-Азс ~' 4.р р ф «ц номера на линии с открытым коллектором от АКВО до АКВЗ. Победитель определяется в результате обработки сигналов, переданных по линиям всеми претендентами. Выходом этой сети является код на четырех линиях, представляющий запрос с наивысшим идентификационным номером.
1оп Рис. 4.22. Схема распределенного ароитрюка В описанной схеме используются повторители с открытым коллектором. Поэтому, если значением на входе одного повторителя является 1, а значением на входе другого повторителя, соединенного с той же линией шины, — О, то на линии будет низкое напряжение. Иными словами, такое соединение выполняет функцию ИЛИ, в которой выигрывает логическое значение 1. Предположим, что устройства А и В, которые имеют идентификационные номера 5 и 6, одновременно запрашивают шину.
Устройство А передает значение 0101, а устройство  — значение 0110. Оба они получают код 0111. После этого каждое из устройств сравнивает код со своим идентификационным номером, начиная с самого старшего разряда, и, если обнаруживает различие хотя бы в одном разряде, отключает свой повторитель в этом разряде и все повторители младших разрядов. Для этого оно просто помещает на входы соответствующих повторителей значение О. В нашем примере устройство А обнаруживает различие на линии АКВ1, поэтому отключает повторители на линиях АКВ1 и АКВО. В результате код 268 Глава 4.
Ввод-вывод на линиях арбитража меняется на 0110, и это означает, что победило устройство В. Обратите внимание, что поскольку код на линиях приоритета в течение короткого промежутка времени был равен 0111, устройство В смогло временно отключить свой повторитель на линии АКВО. Однако оно снова включит этот повторитель, как только увидит на линии АКВ1 значение О, появившееся в результате действий устройства А. Децентрализованный арбитраж считается более надежным, поскольку функционирование шины не зависит от одного-единственного устройства. Он реализован во многих схемах, и в частности в архитектуре шины ЯСЯ, о которой рассказывается в разделе 4.7.2.
4.5. Шины Процессор, основная память и устройства ввода-вывода могут соединяться между собой посредством общей шины, основным назначением которой является предоставление канала связи для пересылки данных. Шина содержит линии для поддержки прерываний и арбитража.
В этом разделе мы обсудим основные особенности шинных протоколов, исгюльзуемых для пересылки данных. Шинный протокол — это набор правил, управляющих поведением соединенных с шиной устройств, а также последовательностью помещения информации на шину, выдачи управляющих сигналов и т. п.
После обсуждения шинных протоколов мы рассмотрим примеры интерфейсных схем, в которых они используются. Линии шины, используемые для пересылки данных, бывают трех типов: линии данных, линии адреса и управляющие линии. Управляющие сигналы определяют, какую операцию, чтения или записи, следует выполнить.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
