Протоколы шины.
Метод, выбираемый проектировщиками шин для информирования о достоверности адреса, данных, управляющей информации и информации состояния, называется протоколом шины. Используются два основных класса протоколов — синхронный и асинхронный. В синхронном протоколе все сигналы «привязаны» к импульсам единого генератора тактовых импульсов (ГТИ). В асинхронном протоколе для каждой группы линий шины формируется свой сигнал подтверждения достоверности. Хотя в каждом из протоколов можно найти как синхронные, так и асинхронные аспекты, различия все же весьма существенны.
Синхронный протокол
В синхронных шинах имеется центральный генератор тактовых импульсов (ГТИ), к импульсам которого «привязаны» все события на шине. Тактовые импульсы (ТИ) распространяются по специальной сигнальной линии и представляют собой регулярную последовательность чередующихся единиц и нулей. Один период такой последовательности называется тактовым периодом шины. Именно он определяет минимальный квант времени на шине (временной слот).
Асинхронный протокол
Синхронная передача быстра, но в ряде ситуаций не подходит для использования.В частности, в синхронном протоколе ведущий не знает, корректно ли ответил ведомый, — возможно, он был не в состоянии удовлетворить запрос на нужные данные. Более того, ведущий должен работать со скоростью самого медленного из участвующих в пересылке данных ведомых. Обе проблемы успешно решаются в асинхронном протоколе шины. В асинхронном протоколе начало очередного события на шине определяется не тактовым импульсом, а предшествующим событием и следует непосредственно за этим событием.
Стандартизация и отказоустойчивость
Надежность и отказоустойчивость - важнейшие аспекты проектирования шин. Основные надежды здесь обычно возлагают на корректирующие коды, которые позволяют обнаружить отказ одиночного элемента или шумовой выброс и автоматически парировать ошибку. Подобный подход, широко практикуемый в системах памяти, применительно к шинам порождает специфические проблемы.
В шинах отдельные функциональные группы сигналов (сигналы адреса, данных, управления, состояния и арбитража) предполагают независимые контроль и коррекцию. При наличии множества небольших групп сигналов метод корректирующих кодов становится малоэффективным из-за необходимости включения в шину большого числа контрольных линий. Кроме того, в шинах весьма вероятно одновременное возникновение ошибок сразу в нескольких сигналах. Для учета такой ситуации необходимо увеличивать разрядность корректирующего кода, то есть вводить в шину дополнительные сигнальные линии. Достаточно неясным остается вопрос защиты одиночных сигналов, в частности сигналов тактирования синхронизации.
Вычисление корректирующих кодов и коррекция ошибок требуют дополни-. тельного времени, что замедляет шину.
Достаточно хорошие результаты дают так называемые «высокоуровневые» подходы. Здесь вместо отслеживания каждого цикла шины производятся контроль и коррекция более крупных единиц, например целых блоков данных или законченной программной операции.
При разработке аппаратуры необходимо обязательно учитывать определенные требования, связанные с обеспечением отказоустойчивости. Так, если обнаружена ошибка, то для ее коррекции должна быть предусмотрена возможность повторной передачи данных. Это предполагает, что оригинальная передача не должна приводить к необратимым побочным эффектам. Например, если операция чтения с периферийного устройства вызывает стирание исходных данных или сбрасывает флаги состояния, успешное повторное чтение становится невозможным. Другой пример: работа с буферной памятью типа FIFO, где ошибочные данные внутри очереди недоступны и поэтому не могут быть откорректированы. Память типа FIFO может быть снабжена адресуемыми буферами, предназначенными для хранения данных вплоть до завершения передачи.
Стандартизация шин
Стандартизация шин позволяет разработчикам различных устройств вычислительных машин работать независимо, а пользователям - самостоятельно сформировать нужную конфигурацию ВМ. Появление стандартов зависит от разных обстоятельств. Часто стандарты разрабатываются специализированными организациями. Так, общепризнанными авторитетами в области стандартизации являются IEEE - Институт инженеров по электротехнике и электронике и ANSI - Национальный институт стандартизации США. Многие стандарты становятся итогом кооперации усилий производителей оборудования для вычислительных машин.