Интерф периф устр лекции (775983), страница 4

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 4)

Функциональные возможности ШК во многом определяют аппаратные затраты модулей системы, так как обеспечивают адаптацию устройств, отличающихся разрядностью шин адреса и данных, с системной магистралью.

Шина состояний используется для передачи сообщений, отражающих результат операции интерфейса или состояния модуля. Код состояния формируется в ответ на действия команд или является отображением состояния функционирования устройств: занято, наличие ошибки, готовность к приему или передачи и т.д.

Магистраль информационного канала, как уже говорилось, может быть выполнена с раздельными шинами или мультиплексированными.

Наиболее часто используются мультиплексированные шины адреса/данных [3,4].

1.3 Магистраль управления информационным каналом.

В состав магистрали управления входят следующие шины: управления обменом (ШУО), передачи управления (ШПУ), прерывания (ШП), специальных управляющих сигналов (ШСУС).

Шина управления обменом включает в себя линии синхронизации передачи информации. Как уже говорилось, при синхронном обмене передача информации от передатчика (ПЕР) к приемнику (П) реализуется в фиксированные моменты времени, которые задаются единым централизованным генератором синхросигналов (рис5а). Синхронный обмен имеет наивысшую пропускную способность при обслуживании устройств с одинаковым быстродействием и повышенную помехозащищенность. Проверка управляющих сигналов производится по фронту (или срезу) синхроимпульса, т.е. во "временном окне", которое обычно составляет около 8% общего времени работы. В остальное время возможные помехи не оказывают влияния на работу системы [3]. К недостаткам СО следует отнести: отсутствие контроля правильности обмена данными; значительные потери времени при обслуживании устройств существенно отличающихся по быстродействию, так как длительность импульса синхронизации должна быть рассчитана на самое медленное устройство; необходимость перестройки параметров генератора синхросигнала при изменении линий связи и состава УВВ.

Достоинством асинхронного обмена (АО) является повышение достоверности обмена данными, отсутствие общей синхронизации устройств, возможность работы с устройствами различного быстродействия без перестройки параметров системы, адаптация к характеристикам линии связи. При работе с группой устройств, быстродействие которых существенно отличается, пропускная способность магистрали в режиме асинхронного обмена может быть выше, чем при синхронном обмене.

При использовании смешанного обмена данными используется временное разделение подтверждений. Источник информации синхронно передает данные в приемник и подсчитывает число сигналов подтверждения приема информации. В конце обмена он сравнивает эту величину с числом циклов переданных данных. В этом случае значительно уменьшаются задержки, характерные для АО [4].

В зависимости от используемого принципа обмена число линий ШУО может меняться от 1 до 4.

Шина передачи управления (ШПУ) выполняет операции приоритетного занятия магистрали информационного канала. В большинстве интерфейсов взаимодействие между

П₁

ПЕР.

П₁

ПЕР

П₂

П₂

П_I

П_i

а) b)

Рис.5 Способы управления обменом информацией.

устройствами, подключенными к магистрали, организуется по принципу "ведущий-ведомый". В конкретный момент времени магистраль предоставляется очередному ведущему устройству, которое распоряжается ресурсами магистрали. Ведомое устройство выполняет команды ведущего. В общем случае отношение "ведущий-ведомый" динамическое, т.е. в одной передаче устройство может быть ведомым, а в другой - ведущим. Хотя есть устройства "всегда ведомые" - например, память системы. Число ведущих устройств, как правило, ограничено, т.к. для их реализации необходимы значительные програмно-аппаратные средства. ШПУ необходима в интерфейсах при наличии нескольких устройств, способных выполнять функции ведущего. При этом возникает проблема приоритетного распределения ресурсов информационной магистрали (арбитража). Наличие конфликтов при доступе к магистрали является следствием взаимодействия параллельных процессов, протекающих в системе обработки информации.

Устройство арбитража (или арбитр) описывается следующими параметрами: числом сигнальных линий, числом обрабатываемых запросов, алгоритмами выбора приоритета, типом синхронизации, временем реакции на запрос, способом реализации (централизованный или децентрализованный арбитраж).

Интерфейсы с централизованным арбитражем (ЦА) имеют пониженную надежность, требуют отдельных линий запроса и разрешения для каждого модуля системы, но их реализация не требует больших аппаратных затрат. Основными признаками ЦА являются наличие разомкнутых линий ШПУ и автономного арбитра.

Децентрализованный (или распределенный) арбитраж (ДЦА) обеспечивает высокую живучесть системы, простое изменение конфигурации её при повреждениях или отказах отдельных модулей, имеет гибкую систему изменения приоритетов, реализует высокую скорость обслуживания запросов. Однако аппаратные затраты растут пропорционально числу абонентов системы, имеются сложности и в организации системной синхронизации при арбитраже [3, 4].

Основными признаками ДЦА являются отсутствие центрального арбитра, наличие замкнутых однонаправленных линий запроса и подтверждения либо наличие разомкнутых двунаправленных линий. Функции арбитра в этом случае распределяются между модулями интерфейса. Решение о занятии магистрали принимается коллективно всеми источниками запросов на основании определенных приоритетов [3,5]. ДЦА применяется в многопроцессорных интерфейсах повышенной производительности и в данной работе не рассматривается.

Наибольшее распространение получил ЦА. Основные схемы селекции ЦА представлены на рис. 6.

запрос занято

А

А

М₁

М_n

занято запрос n

М₁

М_n

ПЗ

а) в)

А

Запрос

М₁

М_nn

Занято

ПЗ

б)

Рис.6 Схемы селекции централизованного арбитража.

Пространственная селекция на основе последовательного адресного сканирования источников запроса иллюстрируется рис. 6.а. Запросы модулей объединяются по схеме "ИЛИ" на линии "Запрос". При появлении сигнала на этой линии арбитр (А) выполняет последовательное сканирование кодов адреса всех подключенных модулей М_п по ША в соответствии с принятой дисциплиной обслуживания. При обнаружении источника запроса устанавливается сигнал "Занято" и дальнейшая генерация адресов прекращается. После обслуживания данного запроса возобновляется поиск следующего. Основным достоинством этого способа селекции является гибкость в реализации дисциплин обслуживания, а недостатком является низкое быстродействие.

Широкое распространение получила схема последовательной селекции (дейзи-цепочка) (рис. 6,6). Поиск источника начинается по сигналу "Запрос" аналогично предыдущему. Арбитр формирует сигнал "Подтверждение запроса" (ПЗ), который последовательно проходит через все модули М_n. Максимальным приоритетом обладает модуль, наиболее близко расположенный к арбитру. При поступлении сигнала ПЗ в модуль, выставивший запрос, дальнейшее его прохождение блокируется, и модуль формирует сигнал "Занято". Основное преимущество этого способа - простота реализации и высокое быстродействие по сравнению с адресным сканированием. Недостаток - пониженная надежность и быстродействие при увеличении длины линий связи, относительная сложность программного управления приоритетами запросов. Этот способ используется, главным образом, во внутри блочных интерфейсах.

Максимальное быстродействие обеспечивает параллельная селекция (рис.6.в). Каждый модуль имеет индивидуальные линии запроса и подтверждения, что позволяет реализовать параллельную обработку. Этот способ отличает гибкость управления приоритетами запросов, т.к. с помощью масок можно установить требуемую дисциплину обслуживания. Однако эти преимущества достигаются за счет существенного увеличения числа линий и усложнения аппаратных средств.

Часто используется и параллельно-последовательная селекция, при которой модули разделяются на определенные группы. Внутри группы используется последовательная селекция, а между группами - параллельная. Возможны и другие варианты совместного использования трех описанных способов селекции.

В состав ШПУ входят от 2 до 12 линий запроса магистрали, позволяющих реализовывать параллельно-последовательную селекцию, линия "Занято" и (1-3) дополнительных линии, обеспечивающих эффективное управление процедурой передачи ресурсов магистрали.

В однопроцессорных структурах интерфейса ШПУ служат для организации режима прямого доступа к памяти (ПДП), который обеспечивает максимальную скорость обмена информацией между оперативной памятью и УВВ.

Шина прерываний (ШП) применяется в интерфейсах для идентификации устройств, запрашивающих ресурсы ведущего модуля (например, процессора). Прерывание - это реакция системы на программно непредсказуемое событие. Ввод/вывод по прерыванию используется в том случае, если "простои" процессора в циклах ожидания готовности устройства являются недопустимыми. Это характерно для взаимодействия быстродействующих ведущих модулей с ведомыми, быстродействие которых существенно меньше. Ввод/вывод по прерыванию повышает производительность системы, но для его реализации требуются дополнительные программно-аппаратные ресурсы. При оценке целесообразности применения этого способа необходимо учесть, что скорость ввода/вывода определяется временем реакции на прерывание и временем работы подпрограммы обработки прерываний. Это снижает скорость по сравнению с программным вводом/выводом под управлением процессора.

ШП обычно содержит от 4 до 8 линий запроса прерываний и линию подтверждения прерывания. Это позволяет на их основе строить подсистему прерываний на большое количество источников запроса, которые могут быть объединены в схемы селекции аналогичные рис.6. Каждый интерфейс имеет свою специфику в организации подсистемы прерываний, которая связана, главным образом, с используемыми контроллерами прерываний.

В интерфейсах используют, в основном, векторные прерывания, при которых каждый источник запроса идентифицируется адресом подпрограммы обслуживания прерываний, формируемым при программировании контроллера.

Шина специальных управляющих сигналов (ШСУС) предназначена для обеспечения работоспособности и повышения надежности системы на основе данного интерфейса. К ней относятся линии питания, внутрисистемной диагностики и резервные линии.

Число и состав линий питания определяется функциональным назначением интерфейса. Наиболее типовые значения +5В, + 12В, -12В (+15В, -15В) [3,4].

Особое значение имеют линии внутрисистемной диагностики, входящие в состав комплекса программно-аппаратных средств, обеспечивающего автоматический поиск неисправностей в системе. В различных интерфейсах контроль охватывает: четность данных, адреса и команд; постоянное напряжение вторичных источников питания и переменного напряжения сети; время выполнения операции на шинах; готовность данных и устройств к связи; контроль операций на шине; проверку конфигурации системы, отказа модулей. Конкретное количество линий определяется назначением интерфейса и требуемыми техническими характеристиками.

Для поиска и устранения неисправностей в системе предусматриваются: сервисный процессор и регистры для поиска неисправностей и реконфигурации системы в случае устойчивого отказа модулей; средства защиты информации при отказах сетевого напряжения питания; средства для коррекции ошибок при
передаче информации; тестовые программы для проверки работоспособности системы; линии готовности данных и состояния ожидания [4].

Резервные линии разделяются на две группы:

• системные линии, предназначенные для дальнейшего расширения интерфейса и запрещенные для пользователя;

• линии пользователя, разрешенные к использованию, позволяющие адаптировать интерфейс для решения конкретной задачи.

1.4. Многоуровневая организация интерфейса.

Деление интерфейсов на уровни условно и определяется с одной стороны их функциональным назначением и, с другой стороны, конструктивами, на базе которых реализуется данный интерфейс. По функциональному назначению для интерфейсов первого поколения (одноуровневые интерфейсы), к которым принято относить Q-bus, Unibus и другие подобные интерфейсы, может быть предложена следующая иерархия:

• интерфейс межмодульного обмена, служащий для объединения элементов микропроцессорной вычислительной системы; принципиально к этому интерфейсу может непосредственно подключаться контроллер ввода-вывода и ВнУ; содержит большое число линий, используется при малых длинах связи (от долей до единиц метра), высокоскоростной;

• интерфейс ввода-вывода предназначен для связи мультиплексора ввода-вывода (канала) с контроллерами ввода-вывода или ВнУ; содержит среднее число линий, используется при длинах связи от единиц до десятков метров, среднескоростной;

• интерфейс ВнУ используется для связи ВнУ, как правило, через контроллер ввода-вывода, с собственно микро-ЭВМ; содержит минимально необходимое для реализации возлагаемых на него функций, число линий (как правило, это последовательные интерфейсы), используется при длинах связи от десятков до сотен и даже тысячи метров, среднескоростной (пропускная способность не превышает 40 Кбайт/с). В частном случае число используемых уровней интерфейсов может быть минимальным, то есть вся система строится с использованием лишь одного уровня (типа) интерфейса. Обобщенная структурная схема вычислительной системы, построенной с использованием интерфейсов первого поколения, приведена на рис.7. Здесь использованы сокращения: КВВ - контроллер ввода-вывода; МВВ – мультиплексор ввода-вывода; ИМО - интерфейс межмодульного обмена; ИВВ - интерфейс ввода-вывода; ИВнУ - интерфейс внешних устройств; К-контроллер; АМО – адаптер межмашинного обмена; Пр – процессор; П-память.

Увеличение пропускной способности магистралей в рамках одноуровневого интерфейса возможно за счет применения более быстродействующей элементной базы, использования структурных методов (опережающая выборка команд, конвейерный принцип обработки, увеличение объема сверхоперативной памяти, Кэш-память).

Пр

П

ИМО

КВВ

Характеристики

Список файлов ответов (шпаргалок)