Память с расслоением обращений

Когда хотят прочитать «к» слов из оперативной памяти, то это значит что требуется переписать «к» слов из одного модуля памяти.

При этом можно использовать два возможных механизма ускорения любого процесса:

• конвейер;

• распараллеливание в пространстве;

Рассмотрим типичную модульную организацию памяти:

Где № блока – адрес внутри модуля памяти; № сл. В бл. – адрес (смещение) в блоке;

Буф.Рг. – буферный регистр

За одно обращение читается весь блок из «к» слов в некоторый буфер

Расслоенная память позволяет делать конвейерную выборку.

Чтение из памяти происходит во много раз чаще, чем запись в память, следовательно, необходимо ускорить именно процесс чтения, а запись можно совместить с чтением следующей команды или операндов.

Организация обмена

Интерфейс - совокупность программных или микропрограммных, аппаратных и конструктивных средств, предназначенных для организации взаимодействия между устройствами.

Интерфейс имеет три основные составляющие:

1. Логическая составляющая. Состав и порядок обмена сигналами. Протоколы.

2. Электрическая составляющая. Аппаратная часть, которая включает характеристики сигналов и линий передач, требования к источникам и приемникам сигналов.

3. Конструктивная составляющая. Типы разъемов, характеристики плат.

Интерфейсов очень много, но по логическим параметрам все укладываются в несколько типовых схем.

Синхронизация процессов обмена

Т - тактовый генератор.

Любой обмен данными можно рассматривать как передачу из регистра источника (Рг. Ист.) в регистр приемник (Рг. Пр).

При этом процессе существуют две проблемы:

1.Определение факта передачи

2.Достоверность данных на входе приемника

2. Достоверность данных определяет синхросигнал

t₁

t₂

Данные

Такт

Запись данных происходит по переднему фронту.

t₁- время опережения данных относительно синхросигнала

t₂ – время удержания данных, определяется задержками в цепи синхросигнала до синхровхода регистра приемника

t₁ и t₂ меняются в зависимости от среды и интерфейса

Задержки и помехи могу возникать из-за несогласования линий

Для исправления таких искажений используется триггер Шмидта

На выходе линии интерфейсный передатчик. На входе линии интерфейсный приемник. Все линии имеют задержку.

Для открытых (системных) интерфейсов:

Собственная задержка передатчика – 30 нс

Собственная задержка приемника – 30 нс

Задержка в линии передачи – 20 нс.

Суммарная задержка – 80 нс, а значит передача двух разных слов с интервалом 80-100 нс. Частота передачи 10МГц.

Причем если разрядность шины 1Б пропускная способность 10Мб в секунду, а если разрядность шины 4Б пропускная способность 32Мб в секунду.

Пропускная способность открытого интерфейса при 32 разрядных данных – 40Мб в секунду.

Для закрытых интерфейсов:

Передача происходит на короткие расстояния, все согласовано, нет задержек источника и приемника, суммарные задержки – 10 нс. Частота передачи может быть увеличена на порядок 100-150 МГц.

1 .Для определения факта передачи появляется сигнал управления

Прямоугольный синхросигнал со скважностью 0.5 называется меандром.

З апись происходит по переднему фронту, следовательно, данные и управление привязываются к заднему фронту.

Т ак как у каждого устройства свой тактовый генератор, то не может быть правильного меандра. Следовательно нужно объединить управление и синхросигнал в один сигнал – стробирование.

Рг. Источник формирует сигнал достоверности – стробирование.

Сигнал квитирования – сигнал ответа

Так как источники все одинаковые то можем исключить задержку источника.

80-30=50 нс.

T- время ожидания ответа (квитирования). Сигнал квитирования должен иметь конечное значение иначе возникает ошибка, следовательно, идет прерывание и принудительный выход из обмена. Таким образом, по ошибке обращения к устройству можно определять его наличие. T= 10 мкс. – 10 мс.

Интерфейс между двумя устройствами – алгоритм со стробированием и квитированием. ИРПР.

Асинхронный обмен по готовности происходит быстрее, но на шины асинхронного интерфейса накладываются большие ограничения на помехоустойчивость.

У синхронных интерфейсов важно, что бы сигнал был достоверен в момент временной метки.

Синхронный интерфейс со стробированием и квитированием.

Чтение как «сложная квитанция».

Синхронный вариант:

Синхронизация данных в группе последовательных интерфейсов.

ИРПС.

Если устройства находятся на большом расстоянии, то источник питания не может быть общим. Следовательно, возникает проблема гальванической развязки.

1. Факт передачи

2. Достоверность данных

О начале передачи будет сообщать переход из 0 в 1.

Если устройства далеко друг от друга, ставим на каждое тактовый генератор и заранее оговариваем частоту передачи.

В такой ситуации возникают две проблемы:

1. Согласование фаз синхрогенераторов (с помощью стартового бита)

2. Неидеальность частот

• ограничение времени передачи данных, длительность передачи должна быть такой, что бы фазовый сдвиг не достиг половины периода, ограничивают передачу одного байта

• длительность передачи может быть очень большой, значит нужно сделать так, чтобы сигнал в линии изменялся всегда. Для этого используют фазоманипулированный код

Переход из 1 в 0 кодирует 0; переход из 0 в 1 кодирует 1.

В итоге данные можно передавать без ограничения времени и фазы.