Конспект лекций Часть 2 Челябинск 2015
ВНУТРИМАШИННЫЙ СИСТЕМНЫЙ ИНТЕРФЕЙС
Download 1.59 Mb. Pdf ko'rish
|
ftd
- Bu sahifa navigatsiya:
- Внутримашинный интерфейс
- Многосвязный интерфейс
- Односвязный интерфейс
- Системной шиной (общей магистралью)
ВНУТРИМАШИННЫЙ СИСТЕМНЫЙ ИНТЕРФЕЙС
Интерфейс – совокупность средств сопряжения и связи, обеспечивающая эффективное взаимодействие систем или их частей. Внутримашинный интерфейс – система связи и сопряжения узлов и блоков вычислительной машины между собой – представляет собой совокупность линий связи (проводов), схем сопряжения с компонентами вычислительной машины, протоколов (алгоритмов) передачи и преобразования сигналов. Существуют два варианта организации внутримашинного интерфейса. 1. Многосвязный интерфейс: каждый блок вычислительной машины связан с прочими блоками своими локальными проводами; многосвязный интерфейс применяется, как правило, только в простейших бытовых устройствах. 2. Односвязный интерфейс: все блоки вычислительной машины связаны друг с другом через общую или системную шину. Шина – совокупность линий связи, по которым информация передается одновременно. Системной шиной (общей магистралью) называется шина между процессором, подсистемой памяти и устройствами ввода-вывода. Важнейшими функциональными характеристиками системной шины являются: • количество обслуживаемых устройств; • пропускная способность: максимально возможная скорость передачи информации; • разрядность – количество проводников (металлизированных дорожек на печатной плате), используемых для передачи данных (есть шины 8-, 16-, 32- и 64-разрядные); • тактовая частота; • протокол обмена данными – стандарт, определяющий поведение функциональных блоков при передаче данных; протокол задаётся набором правил взаимодействия функциональных блоков, расположенных на одном уровне и описывает синтаксис сообщения, имена элементов данных, операции управления и состояния. При взаимодействии модуля процессора с модулями памяти осуществляются операции считывания или записи информации, а при взаимодействии с периферийными устройствами – операции ввода-вывода информации. При этом кроме собственно данных и адресов ячеек памяти или регистров периферийных устройств по магистрали необходимо передавать и служебные управляющие сигналы. Ввиду этого общую магистраль разделяют на три (в общем случае) самостоятельные шины: • шину адреса (ША); • шину данных (ШД); • шину управления (ШУ). Технически проще использовать однонаправленные шины, но тогда их число должно увеличиться, т.е. отдельные шины для операции «чтение» (ввод) и «запись» (вывод). Это приводит к существенному увеличению числа контактов 58 разъема модуля процессора и числа проводников общей шины. Поэтому производится объединение однонаправленных шин в одну двунаправленную, управляемую соответствующими сигналами – запись/чтение (READ/WRITE) для модулей памяти или ввод/вывод (INPUT/OUTPUT) для модулей периферийных устройств. Возможны 5 вариантов структур системной шины только с двунаправленными шинами. 1. Раздельные шины (рис. 31). ПРО- ЦЕС- СОР Шина адреса Шина данных Шина управл. Шина данных ввода/вывода Шина управления К УВВ Шина адреса ввода/вывода К па мяти Рис. 31. Раздельные шины Использование отдельных двунаправленных шин упрощает обмен процессора с модулями памяти и устройств ввода-вывода и дает принципиальную возможность вести его в перекрывающиеся интервалы времени. При этом адресные пространства ячеек памяти и регистров устройств ввода-вывода могут перекрываться. Основным недостатком такой структуры является большое число проводников общей магистрали и контактов модуля МП. 2. Изолированные шины (рис. 32). Шина данных Шина управления К памяти К УВВ ПРО- ЦЕС- СОР Шина адреса I/O R/W Рис. 32. Изолированные шины Сходство процессов обмена процессор – память и процессор – регистры устройств ввода-вывода позволяет использовать в обоих случаях одни и те же проводники шин адреса и данных. Адресные пространства ячеек памяти и регистров устройств ввода-вывода могут перекрываться, т. е. они изолированы. Для того чтобы занять шины для обмена с памятью, процессор выдает сигналы READ/WRITE, а для обмена с ПУ – INPUT/OUTPUT. По сравнению с предыдущей структурой число проводников общей магистрали (как и модуля процессора) уменьшилось, но исчезла принципиальная возможность вести параллельный обмен с памятью и периферийными устройствами. 59 3. Изолированные шины и мультиплексирование шин адреса и данных (рис. 33) Шина адреса/данных К памяти К УВВ ПРО- ЦЕС- СОР Шина управления I/O R/W Рис. 33. Изолированные шины и мультиплексирование шин адреса и данных Шины адреса и данных для такой структуры совмещены. В результате передача адресов и данных идет в разные моменты времени. Адресные пространства ячеек памяти и регистров устройств ввода-вывода изолированы. По сравнению с предыдущими структурами требуется меньшее число проводников общей магистрали и выводов модуля процессора, но адреса и данные могут передаваться только в неперекрывающиеся моменты времени. Это затрудняет возможность конвейеризации процесса выполнения команд и удлиняет цикл обмена данными процессор – память. 4. Общие шины (рис. 34). ПРО- ЦЕС- СОР Шина управления К памяти К УВВ Шина адреса Шина данных Рис. 34. Общие шины В такой структуре команды ввода-вывода (INPUT/OUTPUT) вообще исключены, что упрощает структуру модуля процессора и общей магистрали, хотя количество проводников примерно соответствует структуре с изолированными шинами. Ячейки памяти и регистры устройств ввода-вывода лежат в общем адресном пространстве, и для обращения к ним используются одни и те же команды. В ряде случаев это является преимуществом, однако при возникновении определенных сбоев в работе периферийных устройств и их некорректной обработки со стороны операционной системы возможны «зависания» вычислительного процесса. 5. Общие шины и мультиплексирование шин адреса и данных (рис. 35). 60 Шина адреса/данных Шина управления К памяти К УВВ ПРОЦЕС- СОР Рис. 35. Общие шины и мультиплексирование шин адреса и данных Современные микропроцессоры имеют команды ввода-вывода, т.е. дают возможность организовать структуру с изолированными шинами. При этом все они допускают обращение к регистрам устройств ввода-вывода как к ячейкам памяти, т.е. позволяют реализовать структуру с общими шинами. В вычислительной машине магистрально-модульной архитектуры наличие единого ресурса (магистрали) позволяет вести обмен между устройствами только в неперекрывающиеся моменты времени: в каждый момент времени существует только один канал связи между двумя устройствами – «передатчиком» и «приемником». Поскольку в вычислительном процессе участвуют устройства, имеющие различную производительность, интенсивность информационных потоков для различных устройств различна. С целью повышения эффективности использования аппаратных средств, информационное взаимодействие между устройствами осуществляется не через одну магистраль, а через систему шин (магистралей) с различной пропускной способностью. Управление информационным обменом между блоками вычислительной машины осуществляют две микросхемы – системный контроллер и контроллер шин. Между собой эти микросхемы взаимодействуют через шину PCI (рис. 36). Download 1.59 Mb. Do'stlaringiz bilan baham: |
Ma'lumotlar bazasi mualliflik huquqi bilan himoyalangan ©fayllar.org 2024
ma'muriyatiga murojaat qiling
ma'muriyatiga murojaat qiling