Особливисті паралельного арбітражу

Особливисті паралельного арбітражу можна пояснити наступним рисунком:

Пристрої, які беруть участь у паралельному арбітражі обов’язково мають мати пріорітет на обслуговування. Запити на обслуговування BPRN передаються в схему арбітра. Схема арбітра є програмованим пристроєм, який може функціонувати як за попередньо встановленою програмою, так і за програмою заданою процесором. Схема арбітражу постійно аналізує стан магістралі (BUSY) і як тільки магістраль звільниться, на виході схеми арбіртажу формується один із сигналів дозволу зайняти магістраль. Відповідний пристрій, отримавши цей сигнал організовує обмін інформацією на магістралі. При використанні постійної програми в схемі арбітражу, запити обслуговуються за т.з. дисципліною обслуговування з відносним пріорітетом. Якщо ж схема арбітражупрацює за програмою від центрального процесора, дисципліни обслуговування можуть змінюватися, перепрограмовуватися, в тому числі часто використовувати циклічне обслуговування, суть якого в наступному: пристрій, якому налана магістраль ставить в кінець черги, тобто йому присвоюється найнижчий пріорітет, а пріорітети всіх інших пристроїв збільшаться на 1. В цьому інтерфейсі широко застсовується програмний арбітраж, який реалізує схема прворвтетних переривань. Ця схема може працювати за векторним і безвекторним способами. При векторному способі переривань, пристрій разом із запитом на переривання формує свій вектор переривань за яким починає функціонувати програма. При безвекторному способі переривань пристрій формує тільки запит на преривання, а за тим запитом схема прфорітетних переривань знаходить вектор переривань своєму пристрої і реалізує переривання роботи системи. Отже, використання в даному інтерфейсі послідовного .паралельного та програмного арбітаржів, забезпечує широкі можливості по організації обчислювального процесу і кроком вперед в розвитку інтерфейсу типу загальна магістраль.

Інтерфейс eisa.

Це магістральний, паральний, напівдуплексний, асинхронний інтерфейс. Він став подальшим розвитком інтерфейсу ISA. Він реалізовує всі можливості інтерфейсу ISA, однак забезпечає більші можливості, щодо обіну даними, збільшений адресний простір, забезпечує можливості, щодо мультипроцесовної та мультирежимної організації роботи процесора. Шина даних забезпечує обмін даними 4, 2, 1 байт. Адресна шина була збільшена до 32-х ліній, чим забезпечує більший адресний простір. Цей інтерфейс спочатку використовувався як системний інтерфейс ПК, зараз так як інтерфейс ISA використовується, як інтерфейс периферійних пристроїв і з ядром комп’ютера взаємодіє з використанням спеціальних інтерфейсних мостів.

Інтерфейс rs-232c (Стик „с2”). Радіальний інтерфейс.

Розроблений для ПК і спочатку основним призначенням цього інтерфейса було забезпечення обміну іформації між ПК і системами передачі інформації. Раніше був розроблений інтерфейс системної передачі інформації Стик „С2”, який був досить складний, використовував біля сотні ліній зв’язку, передбачав багато режимів функціонуваня і для ПК був занадто складний. Тому при участі фірми IBM був розроблений строщений інтерфейс, який отримав назву RS-232C або com-порт ПК.

Це радіальний, послідовний, дуплексний, асинхронний інтерфейс. Інтерфейс радіальний і передбачає взаємодію тільки між 2 пристроями. Це може бути копм’ютер-периферійний пристрій, комп’ютер-модем, копм’ютер-комп’ютер. Для обміну даними в кожному напрямку викристовується по одній лінії зв’язку даних. Інтерфейс дуплексний і використовує можливість обміну даними в різних напрямках через незалежні лінії зв’язку. Основний режим асинхронний, хоча за стандартом передбачає і синхронний режим обміну. За стандартом можуть використоіуватись потенціальні електричні сигнали і струмові електричні сигнали (струмова петля). Однак в ПК втрумова петля практично не використовується.

При використанні потенціальних сингналів дані кодуються інверсною логікою, при чому логічний „0” кодується напругою +5В або +15В, а логічна „1”: -5В або -15В. Можуть використовуватись не стабілізуючі джерела живлення для формування сигналу по лініях зв’юзку і тоді логічний „0” може бути від +3 до +25В, а логічна „1” від -3 до -25В. При асинхронному обміні за один цикл передаються по 8 біт даних, структура одного циклу подана на рисунку:

Структура одного повідомлення включає: стартовий сигнал, який триває один такт, стоповий сигнал, який триває 1, 1.5, 2 такти. Тривалість одного такту Т визначається швидкістю обміну данимим, яка для даного інтерфейсу може змінюватись в досить широких межах від 50біт/с до 110 Кбіт/с. Період Т визначається як обенена величина швидкості обміну даних V (T=1/V). Є стандартні та нестандартні швидкості обміну. Номінальна швидкість обміну для даного інтерфейсу є 9600 біт/с. Швидкість обміну збільшена в 2^N або зменшена в 2^N раз вважається стандартною. Інші не стандартні. При швидкості обміну 9600 біт/с Т приблизно дорівнює 100 мкс. Стандарт передбачає використання програмованих конролерів вводу виводу, які передбачені обміном даними програмою на конкретній швикості обміну даними, на конкретну кількість біт. Контрольний біт може бути, а може бути відсутній. При наявності контрольного розряду може виконуватись контроль на парність або непарність.

Асинхронний режим обміну передбачає самосинхронізацію при прийманні даних. Приймач включається в роботу при переході напруги від +12 до -12 В. Включається схема синхронізації приймача, яка через Т/2 аналізує стан шини даних чи є –U і якщо це підтверджується приймає одне повідомлення в полі даних, потім контрольний розряд і сигнал стоп. Після закінчення повідомлення шина даних переходить в +U і через один такт може початись нове повідомлення. Кожен біт даних, контрольний розряд і стопові біти приймаються посередині такту. Така особливість прийому бітів дозволяє надійно приймати дані і за час одного повідомлення схема синхронізації приймача не дозволить вихід за межі одного біту.

Крім сигналів сигналів даних, інтерфейс передбачає використання і сигналів керування. Перелік сигналів інтерфейсу з привязкю до стандартних з’єднувачів типу DP-25P, DP-25C:

1 – під’єднаний екран (PG);

2 – дані на передавання (-TxD)

3 – дані на приймання (-RxD)

4 - запит передавача (RTS)

5 – скидання передавача (CTS)

6 – готовність приймача (DSR)

7 – сигнальна земля (SG)

8 – виявлення несучої частоти сигналу (DCD)

20 – готовність терміналу (PTR)

22 – покажчик викликів (RI)

З’єднання між комп’ютером і модемом. З’єднуються одноіменні контакти. При з’єднанні двох комп’ютерів схема наступна:

Під’єднання до комп’ютера принтера подібне. Передбачається обмін даними без використання сигналів керування. Тоді схема підключення буде наступною:

Для контролю інтерфейсу передбачається режим обміну сам на себе:

Стандарт передбачає використання 9 – контактних з’єднань. Ідея використання сигналів такаж.

Для реалізації контролерів використовується спеціальні великі інтегральні схеми, які працюють з рівнями сигналів ТТЛ (+0 +5 В).

CL (ІРПС)

Максимальна відстань до 1.2 км. За стандартом може використовуватись 2-х провідний або 4-х провідний інтерфейс.

К ЕОМ ПП

D /ПРД D/ПРМ

D /ПРМ D/ПРД

Г ОТ К ГОТ К

Г ОТ ПП ГОТ ПП

Кожна змінна інтерфейсу використовується як окрема струмова петля із використанням 2-х провідників, один з яких для передавання струму в одному напрямку, 2-й провідник для приймання зворотнього струму. В інтерфейсі використовуються струмові сигнали. Може використовуватись 20 або 40 мА струмова петля. При 20 мА логічна одиниця відповідає струму 15-25 мА, логічний нуль відповідає силі струму 0-3 мА. При 40 мА струм петлі лог „1” відповідає 30-50 мА, лог „0” – 5-10мА.

За стандартом підсилювачі–передавачі, підсилювачі-приймачі повинні бути реалізовані із гальванічною розвязкою.

Гальванічна розвязка застосовується для того, щоб захистити електронну частину ЕОМ і периферійні пристрої від лінійних пошкоджень. Для реалізації підсилювача–передавача та підсилювача-приймача рекомендовано використовувати оптоелектронні пари-оптрони.

BS – 4421

(ІРПР)

Радіальний паралельний симплексний асинхронний інтерфейс.

Передбачає взаємодію тільки двох пристроїв, один з яких контролер ЕОМ, а другий периферійний пристрій. Обмін інформації в одному напрямку. Шина даних включає 18 ліній зв’язку. Інтерфейс надзвичайно простий в управлінні, використовуються всього 4 сигнали управління. Передбачено обмін інформацій про стан передавача і приймача для чого використовують спеціальні 8 сигналів стану передавача та 8 сигналів стану приймача. Обмін інформації відбувається з ініціативи передавача, який формує сигнал готовності передаючих даних. Приймач на цей сигнал формує сигнал 20т прийм даних, після чого відбувається обмін 2 байтами даних, макс швидкість 250 Кбайт/с, Макс відстань 15м. Конструкт сумісність не передбачена. Стандарт рекомендує використовувати сигнали типу ТТЛ для шинних передавачів рекомендовано струм 40 мА.

Centronics (ІРПР - М)

Інтерфейс радіальний, паралельний, модифікований. Має багато спільного з BS – 4421. Це радіальний, симплексний, асинхронний інтерфейс. Інтерфейс паралельний і за 1 такт передбачає обмін даними в 1 байт. Для взаємодії між комп’ютером і друкарським пристроєм в інтерфейсі реалізовано складніше управління у порівнянні з BS – 4421 приблизно 20 сигналів управління. Сигнали стану перед від ПП до контр. Використовується коротший цикл обміну даними і загальна швидкість обміну до 1 Мбайта/с. Інтерфейс використовує сигнали типу ТТЛ. Передбачена ел та програмна сумісність, макс відстань до 5м.

ІЕЕЕ – 488 (GPIB) (ПІ)

Магістраль паралельний, напівдуплексний асинхронний інтерфейс. Інтерфейс паралельний за 1 такт обмін даними 1 байт. До 8 пристроїв. Орієнтований на реалізацію простих периферійних систем. Інтерфейс передбачає і використовує контролери магістралі і периферійних пристроїв, які взаємодіють з використанням магістралі із 16 ліній зв’язку. Причому в лінії зв’язку утворюють інформаційну шину, яка використовується як шина даних, адресна шина, шина для обміну командами та інформація про стан пристрою. Інші 8 ліній зв’язку використовуються для безпосереднього обміну інформації через інформаційну шину, а також для загального керування магістраллю, для органів логічної взаємодії, для контролю за правилами формування магістралі. Ініціатором обміну як правило є контролер магістралі, який є складовою частиною ЕОМ. Однак стандарт передбачає взаємодію між двома периферійними пристроями магістралі. В такому випадку контролер ЕОМ тимчасово передає функції контролю магістралі одному із периферійних пристроїв і цей периферійний пристрій, як ініціатор обміну, встановлює логічний зв’язок з другим периферійним пристроєм. Відбувається обмін даними, після чого управління магістралі знову бере на себе контролер ЕОМ. Для програмної сумісності пристрою, стандартом передбачена досить потужна система команд, яка включає 5 груп команд: адресна, універсальна, приймання даних, передавання даних, вторинна група команд.

Команди мають одно і чотирьох байтові формати, обмін даними може відбуватися побайтно або в груповому режимі, коли за один логічний зв’язок може передаватись ціле повідомлення. Кожен із пристроїв, який підєднаний до магістралі має свій постійний номер, який використовується для організації логічної взаємодії між пристроями. В системі команд для основного контролю магістралі передбачено ряд групових команд, які єзагальними для всіх периферійних пристроїв магістралі.

Це команди для встановлення периферійних пристроїв у початковий стан, які використовуються на початку роботи. Інтерфейс має більше функціональних можливостей і тривалий час використовується в комп’ютерах. Струм близько 40 мА,максимальна відстань не більша 20 м. Стандарт передбачає тільки ел та програмні сумісні конструкції.

MIL-1553B

Це магістральний послідовний ,напівдуплексний асинхроний інтерфейс. Інтерфейс реалізується на побудову стійких завадо систем, які функціонують при дії завад високої інтенсивності. Інтерфейс магістральний передбачає взаємодію на магістралі одного контролера і 31 переферійного пристрою, які в даному інтерфейсі називаються кінцевими пристроями. Послідовно за один такт передається 1 байт. Інтерфейс використовує спеціальну магістраль, яка працює в папівдуплексному режимі під управлінням контролера, який є складовою частиною компютера . за стандартом магістраль повинна бути скручена із 2 провідників, яка є погоджена з обох боків резисторами R_n величиною 75 Ом.

рис.1

Скрутка знаходиться в середині екрану, який заземлюється і до якого підєднується погоджувальні резистори. Інтерфейс передбачає підключення всіх пристроїв через гальванічну розвязку. Підключення реалізовується якомого коротшими провідниками і через погоджувальні резистори R₀ зєднується з імпульсними трансформаторами T_i вторинна обмотка якого ..........................................................

Схема з’єднана за цим інтерфейсом може мати структуру за рис.1. Величина опору 86 Ом ±15. Магістраль покривається зверху захисною оболочкою, яка захищає її від механічного пошкодження. Імпульсний трансформатор T_i виготовляється за спеціальною технологією, яка передбачає передачу імпульсних сигналів в мегагерцевому діапазоні без спотворень. Інтерфейс використовує імпульсні сигнали, які передбачають використаня маніпольваного кодую який називається „ Манчестер 2”. Особливості цього коду пояснюються рис.2.

рис.2

Особливість кодування логічної одиниці(рис.2а) і логічного нуля(рис.2б) є взаємно протилежними, з різницею фаз на 180⁰ , переключення сигналу з верхнього сигналу до нижнього.

Значення напруги U може лежати в межах від 3 до 10В до режиму передавання від 1 до 10В на приймальній стороні. Номінальне значення періоду Т 1мкс, =0.5мкс. пристрої обмінюються так званим словом,структура якого подається на рис.3:

3T 16T 1T

Поле синхронізації

інформація

контроль

рис.3

За один обмін інформацією передається 8 біт або 16. інтерфейс передбачає 3 типи слів:

-командне слово(КС);

-інформаційне слово(ІС);

-слово відповідь(СВ);

інтерфейс передбачає використання системи команд, яка включає стандартні інтерфейсні команди, а також можливість розширення синтезу команд користувачем або проектувальником конкретної периферійної системи. В структурі команд є команди організації між пристроями і вцих командах виділене інформаційне поле із 5 розрядів, яке передбачає кодування 301 кінцевого пристрою. В свою чергу кожному кінцевому пристрою присвоюється свій фіксований код, номер, якій постійно запрограмований в схемах кінцевих пристроїв. Пристрої взаємодіють між собою із використанням повідомлень певного формату, причому є 4 типи форматів: контролер →КП(кінцевий пристрій);кінцевий пристрій→ КП;

КП→К,К→КП(в режимі управління).

Кожен з цих форматів включає фіксовану кількість КС і ВС, між якими передбачені паузи тривлістю від 2 до 10 мкс. В одному повідомлені може бути до 32 інформаційних символів. В інтерфейсі розлоблені рекомендації щодо реалізації взаємодії інтерфейсної частини і безпосередньо електронною схемою кінцевих пристроїв. Вважається номінальною швидкість передачі даних 1Мбіт/сек..

ATA(Atachment for disk drives)

IDE(Integrated Drive (Disk ) Electronics)

АТА передбачає можливість взаємодії дискових накопичувачів із системною магістралю РС.

В перших моделях ПК були спеціальні інтерфейси(STA), які передбачали виконання контролю, який який формував більше сигналів управління дискового накопичувача в тому числі струми запису читання. Даний інтерфеий реалізував ідею максимального обєднання електронної та дискової апаратури з особливостями магістральної організації РС.

Вперше цей інтерфейс був орієнтований на системну магістраль ISA. Був реалізований інтерфейс АТА, який передбачає взаємодію системної магістралі з двома дисковими накопичувачами. З боку системної магістралі в інтерфейсі повністю використано шину даних ISA, 3 молодших розряди шини адреси використовуються безпосередньо, а старші розряди проходять через дешифратор, в результаті чого формуються 2 сигнали вибору пристою СhipSelect₁,СhipSelect₂ і сигнал із шини управління використовує сигнал запису читання в порти , сигнали переривань, прямого доступу до памяті. З боку дискових накопичувачів в інтерфейсі використані 2 способи управління:

-3 адресація – з використанням кодів циліндра головки та сектора.

-логічна адресація , логічна блокова адресація.

Коли застосовуэться 28бітовий код блоку, а безпосереднє перетворення цих бітіив в кеуючі сигнали реалізується в контролері дискового накопичувача.

Із 2-х накопичувачів один із них має бути провідним пристроєм(master) і вторинний пристрій(slave) з вибіркою 1. Інтерфейс передбачає програмну електричну та конструктивну сумісність, тому

інтерфейс є рекомендований зєднанням як для електричних сигналів так і для сигналів зєднання. Програмна сумісність реалізовується на основі спеціальної системи команд, яка реалізовує режим логічного підєдання пристрою, протоколи та режими передачі даних, службові функції. Із розвитком РС виникали модифікації інтерфейсу АТА, в тому числі інтерфейсу АТА2, можливість підключення 4 –х дискових накопичувачів.

Інтерфейс АТА3 –покращений інтерфейс АТА2 з покращеними засобами захисту, діагностики з реалізованими можливостямипопередження очікування помилки в дискових накопичувачах. Модіфікація АТА РІ4, в якому реалізованиі потоковий режим обчислювання іннформації до 33 мбайт/с і інтерфейс Е-IDE орієнтований на РС із системними магістралями типу РСІ. Інтерфейс характеризується простотою, відповідно дешеві контролери.

SCSI (Small Computer System Interface)

Це паралельний, магістральний, напівдуплексний, асинхронний інтерфейс, спеціалізований на роботу із зовнішніми запам’ятовуючими пристроями. Інтерфейс передбачає наявність одного або двох контролерів, які можуть управляти до 8 периферійних пристроїв.

Перша версія інтерфейсу „сказі” використовувала паралельну інформаційну шину, яка працювала на основній тактовій частоті 5 МГц. Відповідно у установленому режимі швидкість передачі даних становила 5 Мбайт/сек.

З розвитком пристроїв зовнішньої пам’яті були створені версії SCSI-2 та Ultra-SCSI. SCSI-2 передбачає роботу на частоті 10 МГц, Ultra SCSI – 20 МГц. SCSI-2 і Ultra SCSI передбачає можливість функціонування в двох режимах: вузькому, коли використовується 8-бітовий обмін даними, і широкий, коли використовується 16-бітовий обмін. Змінюється і номінальна швидкість обміну: SCSI-2 – 10 і 20 Мбайт/сек., Ultra SCSI – 20 і 40 Мбайт/сек..

Інтерфейс передбачає можливість збільшення тактової частоти до 40 і 80 МГц, а також збільшення розрядності інформаційної шини до 32 біт. Однак такі контролери практично не використовуються.

Стандарт передбачає використання досить потужної системи команд, протоколи обміну інформацією, що забезпечує високу продуктивність при використанні даного інтерфейсу. У порівнянні з інтерфейсом АТА даний інтерфейс має значно більші функціональні можливості, більшу продуктивність; даний інтерфейс програє інтерфейсу АТА по вартості контролерів, так як вони значно складніші, як при виготовленні, так і при використанні.