книги из ГПНТБ / Каган Б.М. Цифровые вычислительные машины и системы учеб. пособие

10-2. М ЕТ О Д Ы П Е Р Е Д А Ч И И Н Ф О Р М А Ц И И М Е Ж Д У У С Т Р О Й С Т В А М И В Ы Ч И С Л И Т Е Л Ь Н О Й С И С Т Е М Ы

Известны два основных принципа передачи дискрет­ ных сигналов: синхронный и асинхронный.

При синхронном принципе передачи информации пе­ редающее устройство устанавливает на своих выходах одно из двух возможных состояний дискретного сигнала

сации сигнала в триггерах приемного устройства, зави­ сит от параметров линии связи и характеристик прием­ ного и передающего устройств. Если обозначить через Т максимальное время передачи сигнала (с учетом всех возможных наихудших условий), то период синхронной передачи информации должен быть не меньше Т, т. е.

ству У2.

При асинхронном принципе передачи приемное устройство, фиксируя прием нового состояния по одной шине интерфейса, информирует передающее устройство об этом изменении состояния по другой шине интерфей­ са. Передающее устройство, получив сигнал о приеме ин­ формации, снимает передаваемый сигнал.

Таким образом, период т, в течение которого пере­ дающее устройство должно поддерживать новое состоя­ ние сигнала, является переменным и зависит от характе­ ристик конкретной линии связи и устройств, участвую­ щих в передаче.

530

Если обозначить через t время передачи нового со­ стояния сигнала в один конец линии связи, то при асин­ хронной передаче период должен удовлетворять ус­ ловию

На рис. 10-3 приведена временная диаграмма для асинхронного метода передачи информации от передаю­ щего устройства Уі к приемному У2 по шине Ш0. Устрой-

формации.

ство У1 устанавливает соответствующее передаваемому коду состояние на шине Ш0, а устройство У2 после при­ ема нового состояния информирует об этом устройство У1 изменением состояния на шине Ш\. Устройство Уі мо­ жет передавать новую информацию только после полу­ чения уведомления о приеме предыдущей информации. Обычно время 2t (минимальное время, необходимое для передачи нового состояния при асинхронном мето­ де) значительно меньше времени Т, которое приходится выбирать, исходя из максимально возможных расстоя­ ний между устройствами.

При передаче параллельного кода по параллельным шинам сигналы поступят в приемное устройство в раз­ ное время из-за разброса параметров цепей, формирую­ щих сигналы, и шин интерфейса. Максимальный разброс времени передачи

Рассмотрим два метода передачи параллельного ко­ да по нескольким шинам интерфейса: передача со стро­

бированием, использующая синхронный принцип, и пе­ редача с квитированием, в которой используется асин­ хронный принцип передачи.

На рис. 10-4 приводится временная диаграмма для передачи информации со стробированием. Информация передается по шинам Ши...,Шп в интервале времени, когда сигнал на шине Ш0 соответствует 1. При нулевом

Рис. 10-4. Передача информации со стробиро­ ванием

сигнале на шине Ш0 сигналы на шинах Ши..., Шп не имеют смысла.

Для гарантированной передачи данных по шинам Шп передаваемый код на этих шинах устанавли­ вается как минимум на время ДГ раньше, чем появляет­ ся единичный сигнал на шине Ш0. Снятие передаваемого кода с шин Ш1,..., Шп может закончиться на время АТ позже времени установления нулевого состояния на ши­ не Ш0. На рисунке приведены необходимые временные

соотношения между сигналами.

Передача параллельного кода по нескольким шинам с квитированием представлена на рис. 10-5. Отличие этого метода передачи информации от предыдущего со­ стоит в том, что минимальная продолжительность сиг­ налов единичного и нулевого состояния на шине Ш0 определяется временем поступления ответных сигналов от У2 к Уі через дополнительную шину Шп+\.

532

При передаче информации с квитированием перед­ ний фронт сигнала (установка единичного состояния) на шине Ш0 сигнализирует устройству У2, что устройст­ во У1 подготовило передаваемую информацию на ши­

Рис. 10-5. Передача информации с квитированием.

ло передаваемую информацию. Восприняв передний фронт сигнала по шине Шп+\, устройство Уі снимает информацию с шин Ш\, ..., Шп и гасит сигнал на ши­ не Ш0, задний фронт которого сигнализирует устройст­ ву У2 об окончании передачи данных. После снятия сиг­ нала на шине Ш0 устройство У2 гасит сигнал на шине Шп+1, задний фронт которого сигнализирует устройству У1 о готовности устройства У2 к приему следующей пор­ ции данных.

Передача с квитированием обычно используется, когда приемное устройство У2 не всегда готово к при­ ему информации (занято выполнением других опера­ ций). Этот способ передачи применяется в интерфейсе периферийных устройств в вычислительных системах IBM 360, ЕС ЭВМ и др.

Передача со стробированием используется главным образом для пересылок информации внутри устройства,

533

например между триггерными регистрами. В этом слу­ чае еще в процессе проектирования устройства можно для передачи информации выбрать такие моменты вре­ мени, когда участвующие в передаче элементы свобод­ ны и готовы к этой операции.

10-3. О Р Г А Н И З А Ц И Я С И С Т Е М Ы Ш И Н И Н Т Е Р Ф Е Й С А

В предыдущем параграфе были рассмотрены мето­ ды передачи информации между двумя устройствами. Однако при проектировании вычислительных систем приходится решать более сложную задачу — организа­ цию передачи информации в группе взаимосвязанных устройств. Наиболее характерным является случай цент­ рализованной связи, когда в группе устройств У0, Уи • ■•

..., У„ передача информации производится только меж­ ду устройством Уо и одним из устройств Уи ..., Уп, при­ чем одновременно в сеансе связи участвует только одно из устройств У1, ..., Уп- Примером является передача информации между каналом и периферийными устрой­ ствами.

При организации связи группы устройств возникает необходимость в обеспечении адресации и идентифика­ ции устройств У1, ..., Уп- Адресация в данном случае есть способ, посредством которого центральное устрой­ ство У0 может выбрать для сеанса связи любое из устройств У\, ..., Уп. Адресация является, например, со­ ставной частью процедуры начальной выборки, которая выполняется каналом при обращении к периферийному устройству. Идентификация состоит в определении цент­ ральным устройством того периферийного устройства, которое запрашивает сеанс связи. Идентификация вхо­ дит в состав процедуры обслуживания каналом пери­ ферийных устройств.

Адресация и идентификация устройства осуществля­ ется путем передачи соответствующей информации по шинам интерфейсов.

Различные способы выполнения шин интерфейса можно классифицировать следующим образом:

система индивидуальных шин; система коллективных шин;

комбинированная система индивидуальных и кол­ лективных шин.

534

Наиболее надежной является система индивидуаль­ ных шин, поскольку выход из строя одной группы шин не влияет на работу других устройств. В случае инди­ видуальных шин упрощаются адресация и идентифика­ ция, но велики затраты оборудования. Система инди­ видуальных шин используется в основном для связи вычислительной системы с устройствами технологиче­ ской автоматики.

Система коллективных шин имеет меньшую надеж­ ность, но при необходимости организации связи с боль­ шим числом устройств такое выполнение шин значи­ тельно экономит оборудование.

При коллективных шинах к одному интерфейсу мо­ гут быть подсоединены передающее устройство и не­ сколько приемных устройств или несколько передаю­ щих устройств и только одно приемное устройство. Кол­ лективные шины интерфейса возможны в том случае, если передача между различными устройствами систе­ мы происходит по единым установленным правилам. В интерфейсе периферийных устройств современных вы­ числительных систем используется система коллектив­ ных шин. В некоторых случаях используется комбини­ рованная система индивидуальных и коллективных шин. Это позволяет использовать достоинства обоих способов выполнения шин.

Ниже в данном параграфе описываются системы с ин­ дивидуальными и коллективными шинами и рассматри­ вается, как производится адресация и идентификация пе­ риферийного устройства Уі центральным устройством Уо.

На рис. 10-6 представлена система с индивидуальны­ ми шинами. Жирными линиями изображены шины, по которым передается информация.

Центральное устройство Уо с любым устройством Уі связывается с помощью индивидуальных шин А { и ß*.

В центральном устройстве Уо имеется ряд переклю­ чателей Si, которые используются для подключения шин Ві к устройству Уо. На рисунках этого параграфа пере­ ключатели изображены в виде электромеханических контактов, однако, как правило, такие переключатели реализуются в виде электронных устройств, осущест­ вляющих необходимые коммутации шин.

Для адресации Уі устройство Уо должно включить соответствующий переключатель Sj.

535

Идентификация устройства У; осуществляется сле­ дующим образом: сначала устройство У» возбуждает сигнал требования на шине Л,, затем соответствующий узел уQi устройства Уо определяет, от какого устройства пришел сигнал требования. Как только устройство У0 будет готово к обмену информацией, замыкается пере­ ключатель Si и начинается передача данных. Передача

информации производится одним из методов, рассмот­ ренных в § 10-2.

Система с индивидуальными и коллективными ши­ нами представлена на рис. 10-7. В этом случае передача

который используется для подключения У, к коллектив­ ным шинам В. Этими переключателями Si управляет центральное устройство Уо с помощью сигналов, пере­ даваемых по индивидуальным шинам С,. Выдача управ­ ляющих сигналов на шины Сі производится при вклю­ чении соответствующих переключателей 7\ устройства

Для адресации Угустройство Уо замыкает соответ­ ствующий переключатель Ті и через индивидуальную

536

управления у і0 после приема по шине команды про­ изводит включение переключателя 5г. В результате устройство У0 и соответствующее устройство У, подго­ товлены к передаче информации по коллективным ши­ нам В.

Рис. 10-7. Система с индивидуальными и коллективными шинами. Вариант 1.

Рис. 10-8. Система с индивидуальными и коллективными шинами. Вариант 2.

537

Идентификация устройства Уі, запросившего сеанс связи сигналом на шине А і, производится узлом управ­ ления уоі, входящим в состав устройства У0.

Другой вариант системы с индивидуальными и кол­ лективными шинами представлен на рис. 10-8. В этом варианте коллективные шины В последовательно про­ ходят через все устройства У*. В каждом устройстве У* шины В проходят через переключатели 5 И и S 2i, которые находятся в таком положении, что У, не может ни пере­ давать, ни принимать информацию через шины В. На­ значение индивидуальных шин А і, Сі, переключателей

Рис. 10-9. Система с коллективными шинами. Вариант 1.

Ті, узлов управления у0і и уіо такое же, как и в предыду­ щем варианте комбинированной системы шин. Адресация

Система с коллективными шинами представлена на рис. 10-9. В каждом устройстве Уі имеется переключа­ тель Si, который используется для подключения Уі к коллективным шинам В. Переключение Si произво­ дится узлом управления і/;о- Коллективная шина А ис­ пользуется для передачи сигналов требования связи от устройств Уі в центральное устройство У0.

Для адресации Уі устройство У0 вместе с сигналом начала работы передает код номера устройства У,-. Эти

538

сигналы по шинам В поступают в каждое устройство У*. Соответствующее устройство У,- с помощью узла уіо де­ шифрирует, что сигнал начала работы относится к не­ му, и замыкает переключатель Si. Затем устройство Уі через шины В сообщает устройству У0 о готовности к пе­ редаче данных.

вС А (=)/?

Л ?

Рассмотрим, как происходит идентификация Уі уст­ ройством У0. Процедура начинается с того, что устрой­ ство Уі выдает на шину А сигнал требования. Устрой­ ство У о, получив сигнал требования, опрашивает после­ довательно все устройства У, путем выставления на шинах кода номера У*. Каждое устройство Уі в течение определенного времени должно дать положительный или отрицательный ответ через шины В.

Недостатком данной системы с коллективными ши­ нами является большая потеря времени на идентифика­ цию устройства Уі. На рис. 10-10 представлена система с коллективными шинами, которая лишена этого недо­ статка. В этом варианте система имеет специальную коллективную шину D, которая последовательно прохо­ дит через каждое устройство Уі и возвращается в уст­ ройство У0. При адресации У,- устройство Уо устанавли­ вает на шинах В код номера устройства Уі и посылает

539