Структурная схема процессора микро-ЭВМ на базе процессора Pentium2

.

С точки зрения использования ЭВМ шина делится на шины, обеспечивающие связь с памятью и шины ввода-вывода. Шины ввода-вывода могут иметь большую протяженность, поддерживать подсоединение многих типов устройств и обычно следуют одному из шинных стандартов. Шины процессор-память с другой стороны сравнительно короткие, высокоскоростные и соответствуют организации системы памяти. На этапе разработки вычислительной системы для шины процессор-память заранее известны все типы и параметры устройств, которые будут подсоединяться к шине. А у шины ввода-вывода не известны параметры устройств.

Общие характеристики шины.

1. Разрядность адреса и данных.

2. Механические и электрические параметры.

3. Ориентирована ли шина на орпеделенный тип процессора или является процессорно-независимой.

4. Скорость передачи данных (стандартная и максимальная).

5. Синхронный или асинхронный режим передачи данных.

6. Тактовая частота (для синхронных шин)

7. Количество линий прерываний и порядок обработки прерываний

8. Механизм назначения ведущего (активного) модуля, т.е. устройства, координирующего работу шин.

9. Дополнительные характеристики (например, автоконфигурация).

Нельзя сравнивать шины только на основе приведенных параметров. Выбор шины является системным решением и его анализ имеет смысл, только если все параметры рассматриваются в совокупности. Наиболее важными параметрами системной магистрали являются разрядность шины адреса и разрядность шины данных, а также скорость передачи данных. Последняя измеряется в Мб/сек и определяет максимальную скорость, т.е. физический предел работы шины в специальных условиях. Это так называемая техническая скорость передачи данных. Реальная скорость передачи или пропускная способность может быть намного ниже, поскольку зависит от многих факторов.

Необходимо учитывать, при каких допущениях приводимые производителем цифры являются достоверными. Высокая пропускная способность, приводимая производителем, может соответствовать так называемому пакетному режиму, который достигается с помощью так называемых тестовых программ. А в штатных режимах передача данных выполняется медленнее.

Механические характеристики.

Тенденция к стандартизации в архитектуре шин оказала влияние на параметры оборудования (на размеры шин и типы разъема). Для присоединения платы к шинам используется 2 типа разъемов: торцевой и штыревой. Торцевой разъем применялся в ранних стандартах шин и сегодня распространен в основном в микро-ЭВМ благодаря простоте и низкой стоимости. Однако торцевые разъемы могут давать плохой электрический контакт. Лучшими характеристиками обладает штыревой разъем, который гарантирует более высокую механическую надежность.

Принципы работы шин.

Рассмотрим типичную транзакцию на шине. Она включает в себя 2 части:

- посылка адреса активному модулю

- прием (чтение) или запись данных активным модулем

Транзакция типа чтение:

По шине сначала посылается адрес вместе с соответствующими сигналами управления. Пассивный модуль отвечает, возвращает на шину данные с соответствующими сигналами управления.

Транзакция типа запись:

Требует, чтобы ведущее устройство (активный модуль) послало данные и адрес и не ожидало ответа завершения операции записи в пассивный модуль. При выполнении чтения ведущее устройство вынуждено простаивать некоторое время между посылкой адреса и получением данных.

Арбитраж шины.

Ведущее устройство шины – устройство, которое может инициировать транзакцию чтения или записи

Bus master.

Устройство, к которому обращается ведущее и которое должно реагировать на его команды. В современных системах права ведущего устройства могут передаваться от одного к другому.

Если ведущее устройство не выбрано однозначно, несколько устройств могут пытаться одновременно получить доступ к шине и тогда сочетание конфликтующих запросов может запереть шину.

В ситуации, когда несколько устройств претендуют на роль ведущего, применяется некоторая процедура выбора, которая называется арбитражем шин.

Арбитраж проверяет относительный приоритет текущего ведущего устройства шины (свой собственный или другого ведущего) и запрашивающего устройства и решает, кому должно быть передано управление шиной. При другом подходе арбитр отсутствует.

Устройство, которое претендует на право ведущего, делает запрос через линию, которая является общей для всех ведущих устройств. Текущее ведущее устройство определяет запрашивающее устройство и сравнивает его приоритет со своим. Если приоритет запрашивающего устройства выше – права ведущего передаются.

Все устройства, способные выполнить функции ведущего – имеют логику сравнения приоритетов ведущего. При выборе ведущего устройства могут применяться 2 алгоритма: циклический и распределение приоритета.

При циклическом алгоритме управления шины в определенном порядке передается каждому из устройств.

При распределении приоритетов управление передается устройству с наивысшим приоритетом.

Приоритеты могут изменяться во времени, чтобы предотвратить постоянный контроль над шиной ведущих устройств с высоким приоритетом и большой активностью.

Если арбитраж – запрос происходит интенсивно, то способ выбора ведущего устройства влияет на общую эффективность работы вычислительной системы.

Синхронные шины работают в соответствии со спец сигналами синхронизации. Все действия вып за точное кол-во тактов, не треб доп лог эл для определения, что делать дальше (дешево и просто). Но эти шины короткие из-за синхроимпульсов, имеют сравнительно не большие возможнсти для усовершенствования. Обычные шины: процессор–память – синхронные. Асинхронные шины те тактируются. На асинхронной шине могут работать устр с разной скоростью. Шины в/в обычно асинхронные.

Синхронная передача данных: ведущее устр устанавливает адрес и активирует одну или более линий управления для того, чтобы подтвердить правильность адреса и указать тип операции (чтение или запись).