Горнец Н.Н., Рощин А.Г. Организация ЭВМ и систем (2006) (1186251), страница 34
Текст из файла (страница 34)
В момент времени ~о активное устройство начинает выдачу на линии адресной шины АОО...А15 напряжений низкого уровня (т.е. кода 111 ... 1), поскольку в магистрали «общая шина» напряже ние низкого уровня (порядка 0,5 В) соответствует логической «1», С учетом разброса параметров передающих усилителей и других помех сигналы на всех линиях адресной шины примут истинные значения логической «1» только к моменту времени гь В момент вРемени (т (не менее чем чеРез 75 нс после момента О для магистрали ТТЛ-типа длиной 15 м, согласованной на концах; д( = Π— ~о < 75 нс) активное устройство формирует напряжение низкого уровня на линии управления МБ1Х, подтверждая по отрицательному фронту сигнала передачу адреса. В этот момент времени существует гарантия того, что переходные процессы на всех линиях адресной шины закончились как минимум на 75 нс раньше.
Эти 75 нс могут использоваться для дешифрации адреса всеми пассивными устройствами. С учетом этого отрицательный фронт сигнала МБ1Х может использоваться в качестве строба (синхроимпульса) для опроса дешифраторов адресов. При получении ответного сигнала от единственного пассивного устройства, которое восприняло выданный адрес как «свой», активное устройство снимает сигнал МБ1Х, а затем в промежутке времени гз... г« освобождает адресную шину.
В пассивном состоянии на всех линиях адресной шины устанавливается напряжение высокого уровня (приблизительно 3,5 В). Адресация и идентификация. Одним из характерных способов группового обмена по общей шине является централизованный, когда по общей шине устройство Ао обменивается данными с одним из устройств В;(1 = 1, л), подключенным к магистрали.
В этом Устойчивое состояние ОШ Рис. 7.4. Передача адреса по параллельной магистрали со сгробированиеи случае возникает необходимость в решении задач адресации и идентификации. Адресация — это выбор центральным устройством А, одного из устройств В; для связи. Идентификация состоит в определении центральным устройством Ао, какое из устройств В; запрашивает связь. Решение этих двух задач требует передачи по линиям управления интерфейса дополнительной информации, количество которой зависит от организации и структуры интерфейса.
Возможен интерфейс радиального типа с индивидуальными линиями, в котором центральное устройство соединено с периферийными по отдельным линиям. При использовании такой системы существенно упрощается решение задач адресации и идентификации, но при этом увеличивается количество оборудования, следовательно, повышаются стоимость, энергопотребление и снижается надежность. При использовании схем с коллективными линиями значительно уменьшается их число, но существенно усложняются процессы адресации и идентификации. В этом варианте ПУ В; принимают все предаваемые центральным устройством А, сообщения, но селектируют их в зависимости от собственного адреса.
Идентификация активных ПУ центральным устройством реализуется путем селекции соответствующего идентификационного номера. В этом случае шина управления служит для определения момента, когда возможна передача данных, нужно передать адрес, выполнить процедуру арбитража (т.е. определить, какое из подключенных к шине устройств имеет право выставлять свои данные на шину) и т.п. К системной шине всегда подключается более двух устройств, а одновременно передача данных может производиться только между двумя из них. Это означает, что в один и тот же момент возможно появление нескольких запросов, которые могут быть удовлетворены только последовательно один за другим, поэтому каждое из устройств должно получить в свое распоряжение шину и только после этого передавать по ней данные.
Следовательно, любая шина должна обладать средствами арбитража, позволяющими выстраивать очередь запросов, разрешая одновременную передачу данных только между двумя устройствами. Арбитраж можно реализовать разными способами: чаще всего его организуют в виде последовательного распределенного или параллельного арбитража. При последовательном распределенном арбитраже все устройства подключаются последовательно к линии, по которой передается арбитражный сигнал АРФ (рис. 7.5). Этот сигнал подается на выход устройства, которому присвоен наивысший приоритет и подключается к точке с потенциалом земли, а выходной сигнал АРВО подается на вход следующего устройства с более низким 175 БО Рис.
7.5. Схема последовательного распределенного арбитража приоритетом. Таким образом, образуется цепочка последовательно подключаемых устройств. Сигнал АРБл подается в эту цепочку и достигает устройства, которое должно стать задатчиком, т.е. устройством, занимающим интерфейс для передачи или приема данных. На все устройства подается синхронизирующий сигнал ВСЬК; устройство имеет право выставлять запрос на занятие шины, т.е. размыкать ключ в цепи арбитражного сигнала по положительному фронту сигнала ВСЬК. По отрицательному фронту этого сигнала устройство формирует сигнал на линии В\)БУ, захватывая магистраль, т.е. теперь магистраль отдается в распоряжение исключительно этого устройства. Таким образом, чтобы устройство стало задатчиком ЗДТ, должны быть выполнены следующие условия: отсутствие сигнала АРБ, (т.е.
устройство запрашивает шину); присутствие сигнала АРБл (т.е. ни одно из более приоритетных устройств не запрашивает шину); отсутствие сигнала В1)ЯУ (т.е. шина свободна). Для организации параллеаьного арбитража используется специальная схема приоритетного шифратора-дешифратора (рис. 7.6, а). На входы шифратора СР подаются запросы от множества устройств на право занять шину ВКЕО, а на выходах дешифраторв РС может присутствовать только один сигнал ВРКХ, направляемый к одному из подключенных к нему устройств и разрешающий использовать шину в данный момент для передачи данных (рис.
7.6, б). Устройство, получившее этот сигнал, захватывает магистраль (т.е. выставляет сигнал ВЫБУ), становясь задатчиком. Этот сигнал удерживается до завершения работы устройства, предотвращая занятие шины другими устройствами. Схема параллельного арбитража ограничивает число устройств количеством входных и выходных сигналов. Однако она обладает высоким быстродействием и обычно служит для арбитража контроллеров прямого доступа в память. Помимо параллельного арбитража известна схема циклического арбитража. Ее работа подобна работе схемы параллельного арбитража за исключением того, что после завершения цикла работы, т.е.
когда какому-нибудь устройству разрешено передавать данные по магистрали, ему присваивается самый низкий приоритет, а приоритет всех остальных устройств увеличивается. Число уст- 176 ройств при параллельном и циклическом арбитраже ограничено числом входов и выходов приоритетного шифратора. Непосредственно к шине подключается не устройство, а его контроллер (или адаптер); само же устройство подключают к этому контроллеру через точку доступа, которую называют физическим портом. Физический порлг — это место подключения устройства, т.е. практически это разъем для подсоединения устройства к линиям интерфейса. Порт, или малый интерфейс, позволяет подключать устройство к контроллеру стандартным образом.
В персональных компьютерах ПУ подключают к параллельному или последовательному интерфейсу. Как правило, малые интерфейсы строят по радиальному принципу, т.е. устройство подключается по отдельным принадлежащим только ему проводам, а поэтому необходимость в адресации отпадает (к каждому интерфейсу может подключаться только одно устройство). ьк вськ ВРК)Ч (А) Запрос внутри В ВКЕО (В) ВРК)Ч (В) здт (щ ЗДТ (А) ВУЗУ Рнс.
7.6. Параллельный арбитраж: а — схема работы; б — временная диаграмма 177 7.2. Подключение устройств В зависимости от степени участия ЦП в обмене данными меж ду памятью и ПУ может быть реализовано три способа управле ния обменом: асинхронный, синхронный и режим прямого до ступа в память (ПДП). При асинхронном режиме производится по следовательный опрос, или сканирование, всех ПУ процессором с целью узнать готовность его к обмену. Если ПУ готово к обмену данными, то ЦП организует процедуру программного обмена, т. е, загружает соответствующую программу-драйвер, производит пересылку данных между ПУ и ОП, вносит необходимые изменения в программу и выгружает ее в память. Если же ПУ не готово к обмену данными, то ЦП продолжает опрос других ПУ. Такой режим сканирования существенно упрощает организацию обмена, но ведет к значительной занятости ЦП.
При синхронном обмене ЦП также выполняет все функции по управлению обменом, но, в отличие от режима сканирования, реализация этих функций начинается с приходом сигнала прерывания от ПУ. Центральный процессор выполняет какую-либо программу и регулярно проверяет специальный регистр на наличие сигнала прерывания. Как только ПУ сообщает о своей готовности к обмену сигналом прерывания, ЦП производит переключение программ, переходит на обработку прерывания, осуществляет управление обменом и возвращается к выполнению прерванной программы.
Такой обмен называют обменом по прерыванию. Для ввода-вывода данных от быстродействующих устройств (например, внешней памяти) используют режим щямого досеула е память. Для реализации прямого доступа необходим специальный контроллер ПДП, в который перед началом обмена ЦП передает адрес ОП и количество передаваемых данных. После этого ЦП отключается от контроллера ПДП, передав ему процесс управления обменом, а сам продолжает выполнение своей программы. После окончания обмена контроллер ПДП сообщает об этом ЦП, для чего вновь прерывает его работу. Возможно несколько способов организации интерфейсов: индивидуальные интерфейсы для каждого из ПУ; общий интерфейс; несколько интерфейсов на разных уровнях иерархии. Индивидуальные интерфейсы для каждого ПУ ведут к значительному увеличению загрузки ЦП и наличию очень большого числа линий. Они практически не используются не только в персональных компьютерах, но и вообще в вычислительной технике. Общий интерфейс предполагает наличие единой шины, к которой подключаются все устройства, при этом подключение ПУ осуществляется через контроллеры.
Эта единая шина служит также для соединения между собой ЦП и ОП (рис. 7.7, а). На этом 178 Внутренняя шина Рис. 7.7. Персональный компьютер: а — с единой шиной; о — с локальной шиной рисунке условно не показаны контроллеры ПУ (подразумевается, что каждое устройство имеет собственный контроллер, обеспечивающий подключение к шине). Выводы ЦП должны подключаться непосредственно к контактам шины, к которым подключены и все другие устройства. Эта структура устраняет недостатки первой, но в каждый момент через общую единую шину могут обмениваться только два устройства, т.е. она становится общим ресурсом, что ведет к снижению производительности компьютера.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
