1.6. Микросхемы шинных формирователей

В вычислительной технике достаточно часто к системной шине необходимо подключать несколько устройств, что создает проблему - возникновение конфликтов на шине. Для ее решения необходимо соблюдать следующее условие: в любой промежуток времени по ней обмениваться информацией могут только два устройства (приемник и источник информации). Вторая проблема, которая возникает в устройствах с общей шиной, заключается в том, что к шине подключается несколько приемников, что требует от источника повышенной нагрузочной способности.

Эти затруднения можно решить с помощью микросхем, называемых шинными формирователями, которые строятся на элементах с тремя состояниями выхода.

1.6.1. Элементы с тремя состояниями

Элементы с тремя состояниями, кроме выходов 0 и 1, имеют третье состояние выхода - Z-состояние - состояние высокого импеданса, состояние низкой проводимости, в котором выходной ток пренебрежительно мал.

Выходной каскад с третьим состоянием может быть построен на ТТЛШ- или КМОП-элементах. На рис. 6.1 показан выходной каскад на КМОП-элементах.

Рис. 6.1 быть только один из них.

Для перевода элемента в третье состояние используется специальный управляющий вход OE (Output Enable) (см. рис. 6.3). При высоком уровне входного сигнала OE разрешает работу, он открывает транзисторы T3 и T4, позволяя нормально работать инвертору на транзисторах T1 и T2, через который данные передаются на выход. При низком уровне сигнала OE выход находится в состоянии «Отключено». В цифровой технике применяются следующие разновидности выходных каскадов с третьим состоянием: с инверсией входных данных или без нее, с высоким или низким активным состоянием управляющего сигнала.

На принципиальных схемах элементы с тремя состояниями выхода обозначаются знаком треугольника или буквой Z (рис. 6.2).

Рис. 6.2

Выходы типа третье состояние можно соединять параллельно при условии, что в любой момент времени активным может

В этом случае остальные выходы не мешают активному формированию сигнала в точке соединения выходов. Эта возможность позволяет применять такие элементы для формирования систем с распределенной шиной, в которых несколько источников информации подключаются к одной линии связи.

К положительным качествам выходов с третьим состояниям относятся быстродействие и высокая нагрузочная способность. Но условие подключения только одного выхода при параллельном соединении нескольких выходов должно соблюдаться обязательно, в противном случае возможен выход элемента из строя или некорректная работа системы. Помимо этого на элементах с тремя состояниями невозможно реализовать операции монтажной логики.

1.6.2. Шинные формирователи

На элементах с тремя состояниями строятся шинные формирователи (ШФ). В англоязычной литературе ШФ обозначаются BD (Bus Driver). Условное обозначение таких элементов показано на рис. 6.3.

Рис. 6.3

Шинные формирователи различаются: по разрядности, по направлению передачи (одно- или двунаправленные), по типу передачи сигнала (в прямом или инвертированном виде), по типу разрешающего передачу данных сигнала (прямой или инверсный), а также по электрическим параметрам.

Пример обозначения двунаправленных ШФ показан на рис. 6.4.

Д вунаправленный шинный формирователь работает в соответствии с таблицей истинности (табл. 6.1).

К ак видно из таблицы истинности, вход OE (Output Enable) разрешает или запрещает работу ШФ, вход T (Transmit) служит для выбора направления передачи данных. Структура двунаправленного шинного формирователя представлена на рис. 6.5. Двунаправленный шинный формирователь состоит из набора двунаправленных трехстабильных схем (в данном случае 8 схем), управляемых синхронно. Двунаправленная схема представляет собой две включенные встречно-параллельно однонаправленные трехстабильные схемы. Одновременно может быть включена только одна схема.

Так как шина A подключена к микропроцессору, а шина B к магистрали, то нагрузочная способность у них разная: выходные токи шины B больше выходных токов шины A.