Шинная подсистема ввода-вывода данных в КС

Особенность данной организации ввода-вывода заключается в использовании общей информационной магистрали для передачи данных между процессором, памятью и контроллерами (устройствами) ввода-вывода (УВВ), подключенными к шине (см рис).

 

 

С целью снижения стоимости некоторые КС имеют единственную шину для памяти и устройств ввода-вывода. Такая шина называется системной. При­мерами системных шин являются шины стандартов ISA, EISA или MCA персо­нальных компьютеров недалекого прошлого. Необходимость сохранения баланса производительности по мере роста быстродействия процессоров привела к двух­уровневой организации шин в персональных компьютерах на основе локальной шины. Локальной называется шина, электрически выходящая непосредственно на контакты процессора. Она обычно объединяет процессор, память, схемы буфе­ризации для системной шины и ее контроллер, а также некоторые вспомогатель­ные схемы. Типичной локальной шиной является PCI.

Передача элемента данных по шине осуществля­ется в виде неделимой последовательности операций, называемой транзакцией. Шинная транзакция включает в себя два этапа: посылку адреса и прием {или по­сылку) данных. Во время интервала между посылкой адреса и получением данных процессор или MBB, инициировавший обмен, могут простаивать.

Подключенное к общей шине устройство, которое может инициировать тран­закции чтения или записи, называется главным устройством шины. ЦП, напри­мер, всегда является главным устройством шины. Шина может иметь несколько главных устройств, например, если имеется несколько ЦП или когда MBB могут инициировать транзакции на шине. Если имеется несколько таких устройств, то требуется схема арбитража, чтобы решить, кто следующий «захватит» шину.

По способу коммутации различают два типа шин: шины с коммутацией цепей {circuit-switched bus) и шины с коммутацией пакетов {packet-switched bus), полу­чившие свои названия по аналогии со способами коммутации в сетях передачи данных. Шина с коммутацией пакетов обеспечивает большую пропускную способность за счет расщепления пакетов.

По типу синхронизации шины делятся на синхронные и асинхронные.

 

Син­хронная шина позволяет получать производительные решения с невысокой стоимостью. Однако в синхронных шинах возникает проблема перекоса синхро­сигналов, ограничивающая физическую длину шины. Обычно синхронные шины используются для организации обмена между ЦП и памятью.

Шинная организация ввода-вывода имеет два основных преимущества: низ­кую стоимость и универсальность. К общей шине легко могут быть подсоеди­нены новые УВВ. Стоимость такой организации получается достаточно низкой, поскольку для реализации множества путей передачи информации используется единственный набор линий шины, раз­деляемый множеством устройств.

Главным недостатком организации с общей шиной является то, что шина соз­дает узкое место, ограничивая как максимальную пропускную способность систе­мы ввода-вывода, так и ее масштабируемость. Количество внешних устройств, ко­торые одновременно могут быть подключены к общей шине весьма ограниченно.

Организация передача данных в КС

Для организации передачи данных в КС используются интерфейсы.

 

Интерфейс – совокупность линий и шин сигналов, электрических схем, а также алгоритмов (протоколов), осуществляющих обмен данными между устройствами КС.

Он унифицирует состав и на­значение линий связи, определяет последовательность сигналов при выполнении операций, временные соотношения и переходные процессы в линиях.

Линии, сгруппированные по функциональному признаку или назначению, называют шинами интерфейса. Совокупность всех линий образует магистраль интерфейса.

Надежность и производительность КС во многом зависят от характеристик интерфейсов.

В настоящее время объединение отдельных подсистем (устройств, модулей) КС в единую систему основывается на многоуровневом принципе с унифицированной передачей данных между всеми уровнями — стандартным интерфейсом.

Под стандартными интерфейсами понимают такие интерфейсы, которые приняты и рекомендованы в качестве обязательных отраслевыми или государственными стандартами, различными международными комиссиями, а также крупными зарубежными фирмами

Интерфейсы КС

Интерфейсы КС характеризуются следующими параметрами:

1) пропускной способностью интерфейса — количеством информации, которая может быть передана через интерфейс в единицу времени;

2) максимальной частотой передачи информационных сигналов;

3) информационной шириной интерфейса — числом бит или байт данных, передаваемых параллельно через интерфейс;

4) максимально допустимым расстоянием между соединяемыми устройствами;

5) динамическими параметрами интерфейса — временем передачи отдельного слова или блока данных с учетом продолжительности процедур подготовки и завершения передачи;

6) общим числом проводов (линий) в интерфейсе.

В настоящее время не существует единой классификации интерфейсов. Можно выделить следующие четыре классификационных признака интерфейсов:

¨ способ соединения компонентов системы (радиальный, магистральный, смешанный);

¨ способ передачи информации (параллельный, последовательный, параллельно-последовательный);

¨ принцип обмена информацией (асинхронный, синхронный);

¨ режим передачи информации (двусторонняя поочередная передача, односторонняя передача).

На рис. представлены радиальный (а) и магистральный (б) интерфейсы, соединяющие центральный модуль (ЦМ) и другие модули системы (М₁,..., М_п).

Радиальный интерфейс позволяет всем модулям (М₁,..., M_n) работать независимо, но имеет максимальное количество шин.

Магистральный интерфейс (общая шина) использует принцип разделения времени для связи между ЦМ и другими модулями. Он прост в реализации, но лимитирует скорость обмена.

Параллельные интерфейсы позволяют передавать одновременно определенное количество бит или байт информации по многопроводной линии.

Последовательные интерфейсы служат для последовательной передачи по двухпроводной линии.

В случае синхронного интерфейса моменты выдачи информации передающим устройством и приема ее в другом устройстве должны синхронизироваться, для этого используют специальную линию синхронизации.

При асинхронном интерфейсе передача осуществляется по принципу "запрос-ответ". Каждый цикл передачи сопровождается последовательностью управляющих сигналов, которые вырабатываются передающим и приемным устройствами. Передающее устройство может осуществлять передачу данных (байта или нескольких байтов) только после подтверждения приемником готовности к приему данных.