Функциональные характеристики конструкции шин
Несмотря на то, что существует множество вариантов реализации информационных магистралей, все они обладают одним и тем же набором базовых функциональных характеристик.
Линий магистрали можно разделить по характеру возлагаемых на них функций на две группы — выделенные (специализированные) и мультиплексируемые (переключаемые). Выделенная линия служит для распространения сигнала, имеющего определенное назначение в любых ситуациях либо предназначенного для определенного типа устройств.
Примером функциональной специализации является обычное для боль-шинства магистралей разделение линий на адресные и линии данных.
Но можно ту же информацию (коды адресов и коды данных) передать и другим способом — по одним и тем же информационным линиям. Для этого потребуется включить в состав управляющих линий еще одну — Adress Valid (передача адреса). В начале цикла передачи данных на информационные линии выставляется код адреса, а на линию Adress Valid — сигнал "лог. 1". В этот момент времени каждый модуль может скопировать в свой внутренний буфер переданный код адреса и проанализировать, не является ли именно он тем модулем, которому будет адресована информация. Затем на линию Adress Valid выставляется сигнал "лог. 0", а на информационные линии — код данных, причем он формируется либо устройством, желающим передать данные по указанному адресу, либо устройством, адрес которого был передан ранее и от которого затребованы данные. Такой метод передачи разнородной информации по одним и тем же линиям называется временным переключением (time multiplexing), а сами линии — переключаемыми (мультиплексируемыми).
Мультиплексированная линия представляет собой линию, где линии адреса и данных объединены в одну и функционирование осуществляется в режиме разделения времени.
Преимущество использования временного переключения — уменьшение количества линий магистрали и соответственное уменьшение размеров и стоимости аппаратного обрамления (по крайней мере количества приемников и передатчиков). Недостаток, — во-первых, усложнение алгоритма обмена, а следовательно, и соответствующих схем в каждом модуле, имеющем выход на такую магистраль, а во-вторых, снижение производительности при тех же динамических характеристиках электронных компонентов, поскольку коды адреса и данных передаются последовательно, а не параллельно, как в первом случае.
Под термином физическая специализация понимается такая конструкция магистрали, которая позволяет работать только с определенными типами моду-лей (а иногда и с модулями только одного типа). Примером может служить использование отдельной магистрали для связи с модулями ввода-вывода. Эта магистраль связана с системной специальным модулем-согласователем (адаптером). Потенциальное преимущество специализированных магистралей — их более высокая пропускная способность, а недостаток — усложнение системы в целом и увеличение ее стоимости.
Цель процесса арбитража шины состоит в том, чтобы выбрать одно из подключенных устройств — процессор или модуль ввода-вывода,— которое будет инициировать сеанс передачи данных по шине т.е. чтения или записи с каким-либо из модулей. Последний в таком случае будет играть роль исполнителя в данном сеансе обмена (но в следующем сеансе роли могут поменяться). Альтернативное название – активное и пассивное устройство. В большинстве существующих на сегодняшний день вариантов структуры магистрали роль задатчика не может играть модуль оперативной памяти.
Устройство, которое может инициировать транзакции чтения или записи называется главным устройством шины (bus master ЦП, например, всегда главное) или ведущим, или активным. Шина имеет несколько главных устройств, если имеется несколько ЦП или когда устройства ввода/вывода могут инициировать транзакции на шине.
При централизованном арбитраже в системе имеется только одно специальное устройство - центральный арбитр (центральный контроллер шины), которое предоставляет доступ к шине только одному из запросивших главных устройств.
При децентрализованном (распределенном) арбитраже единый арбитр отсутствует. Вместо этого каждое главное устройство содержит блок управления доступом к шине
Все события, происходящие с сигналами на линиях магистрали, должны быть каким-то образом скоординированы во времени — синхронизированы. Существует два подхода к координации процессов во временной области — синхронный и асинхронный.
Синхронный метод координации предполагает, что любое событие сlock (чаще всего их называют тактовыми импульсами). В составе магистрали имеется отдельная линия Clock, по которой распространяются тактовые импульсы. Последние представляют собой перемежающиеся сигналы «лог. 1» и «лог. 0» равной длительности. Частота их следования задается конструктором исходя из динамических характеристик элементов обрамления магистрали. Все события в магистрали могут происходить синхронно с передним фронтом тактового импульса на линии Clock.
При асинхронном методе координации каждое очередное событие происходит после завершения предыдущего. Таким образом, одно событие влечет за собой следующее, причем новое наступает только после завершения предыдущего. В результате координируются события произвольной длительности.
Синхронную магистраль легче реализовать и протестировать, но она хуже работает с модулями разной производительности, поскольку все они должны быть "привязаны" к тактовым импульсам. При использовании асинхронной магистрали в систему можно без особых опасений включать модули разного быстродействия, в которых применяются как самые современные технологии, так и устаревшие.
Вопросы для самоконтроля
1. Какие задачи выполняет подсистема ввода-вывода?
2. Перечислите достоинства и недостатки ввода-вывод по прерыванию и программно-управляемого.
3. Зачем нужен прямой доступ к памяти?
4. Перечислите последовательные и параллельные интерфейсы.
5. В каких случаях применение ПДП наиболее целесообразно?
6. Поясните различие понятий порт и интерфейс.
7. В чем преимущества интерфейса USB по сравнению с другими известными Вам стандартными интерфейсами
Вопросы для самостоятельной работы
1. Современные стандартные интерфейсы: SCSI и PCI-E, USB и FiWi; SATA и PATA.
Рекомендуемая литература: Гук М. Аппаратные средства IBM PC: Энциклопедия
Литература
1. Цилькер Б.Я. Орлов С.А. Организация ЭВМ и систем: Учебник для вузов.- СПб.:Питер, 2006.
Тема 7. Периферийные устройства
Лекция № 3 (2 ч)
Цель лекции: рассмотреть основные виды периферийных устройств, их назначение и технические характеристики.
Изучаемые вопросы:
1. Понятие периферийного устройства.
2. Системы счисления и числа в дополнительном коде.
3. Представление чисел в формате с плавающей и фиксированной запятой.
4. Представление символов, графической, звуковой и другой нечисловой информации.