1.5.3. Прямой доступ к памяти (пдп).

Способ базируется на повышении скорости ввода-вывода при непосредственной передаче данных между элементами (например, ВУ и памятью) без участия МП. Блок сопряжения одного из ВУ осуществляет самостоятельное управление приемом-передачей информации, поэтому он носит название контроллера ПДП.

Суть способа заключается в том, что на время обмена контроллер ПДП приостанавливает работу МП и захватывает магистраль в монопольное использование (максимальная "демократизация" взаимодействия между элементами МПС). Для организации такого обмена требуется еще две управляющие шины: "Захват магистрали" (ЗХВ) и "Подтверждение захвата" (ПЗХ). В этом случае структура МПС выглядит так, как показано на рисунке 24.

При необходимости обмена контроллер ПДП посылает сигнал "Захват магистрали". Получив его, МП приостанавливает свою работу (а не завершает команду) и выдает сигнал "Подтверждение захвата", после чего контроллер ПДП приступает к обмену. По завершении обмена он снимает сигнал "Захват магистрали", МП снимает сигнал "Подтверждение захвата" и продолжает приостановленную работу.

Рис.24

Возможно два режима работы контроллера ПДП, имеющие свои достоинства и недостатки.

1. Монопольный – магистраль захватывается на все время передачи массива информации.

2. Мультиплексный – магистраль захватывается только на время передачи одной посылки информации.

Способ ПДП требует минимальных временных затрат на его активизацию и не требует программных действий со стороны МП. Однако, контроллер ПДП должен быть предварительно настроен в основной программе на выполнение задач обмена. Для этого ему могут потребоваться информация о режимах своей работы, начальных и конечных адресах передаваемых массивов и др. Алгоритм инициализации контроллера ПДП приведен на рисунке 25.

Рис.25

Выводы. Каждый из рассмотренных трех способов организации связи с ВУ являются расширением предыдущего, в порядке их рассмотрения, может применяться совместно с другими и предоставляет разработчику широкие возможности при проектировании МПС различного назначения.

1.6. Типы магистралей.

Количество шин в магистрали МПС может колебаться от двух (прямой сигнальный и возвратный проводники) до нескольких десятков, на которых могут быть реализованы самые разнообразные протоколы обмена. В целях унификации выпускаемых модулей разработан ряд стандартов, регламентирующих требования к составу магистрали и протоколу обмена, временным и электрическим параметрам сигналов, конструкции разъемов и др. Выбор той или иной магистрали для разрабатываемой МПС зависит от наличия готовых модулей, работающих с ней, и возможности их приобретения, области применения этих модулей и многого другого.

Рассмотрим типы магистралей, которые можно разделить на две большие группы по способу передачи битов информации одной посылки: последовательные (биты передаются друг за другом по двум или четырем шинам) и параллельные (биты передаются одновременно).

В качестве примеров стандартов последовательных магистралей можно назвать: стык С2 (ГОСТ 18145-81) и ИРПС (ОСТ 11.305.916-84) - ин­терфейс радиальный последовательный. Стыку С2 соответствует международный стандарт ISO 2110 (RS-232), а ИРПС - "20 мА токовая пет­ля". Для компьютеров РС – PS/2 (подключение "мышки", клавиатуры), USB (Universal Serial Bus), Serial-ATA и др.

Все многообразие последовательных магистралей определяется методом подключения и протоколом обмена. Так международный стандарт MODBUS, которого придерживаются многие производители контроллеров технологического оборудования, по-прежнему на физическом уровне предполагает использование стандартов RS-232 (RS-422, RS-485).

Магистрали в этих стандартах рассчитаны на передачу данных с небольшой скоростью на большие расстояния (удаленный терминал) или для связи с устройствами последовательного действия (например, стримером, винчестером), для которых на первый план выступают не быстродействие, а помехоустойчивость и стоимость линии передачи. Скорость передачи измеряется в бодах - бит в секунду.

	Рис.27а
Рис.26	Рис.27б

В общем виде сопряжение удаленного ВУ с системной магистралью МПС выглядит так, как показано на рисунке 26, где КО – коммутирующее оборудование, встречающееся на линии (автоматические телефонные станции, распределительные щиты, маршрутизаторы и т.д.).

Режимы последовательного обмена.

На рисунке 27 приведены протоколы обмена по последовательной магистрали для двух режимов программно-управляемого обмена: синхронного и асинхронного (соответственно, рис.27а и рис.27б). Оба режима характеризуются:

• некоторым несущим параметром U (амплитуда, частота, фаза и др.), модуляцией которого обеспечивается перенос информации;

• временем t передачи одного бита информации, который носит название битовый интервал, и методом кодирования информации в нем;

• паузой – временем, в течение которого несущий параметр U сохраняет некоторое постоянное значение (не обязательно 0, чтобы иметь возможность идентифицировать, например, разрыв линии связи).

В синхронном режиме структура одной посылки – процесса между двумя паузами – строго фиксирована, функциональное значение битовых интервалов распределено между различными информационными группами (адрес, код операции, операнды и прочее). В асинхронном режиме посылка имеет переменную длину. Управление передачей обеспечивается введением служебных битовых интервалов: стартовые биты (обычно 1 или 2), бит паритета (контроля сохранения информации, например, суммированием по модулю 2), стоповые биты (1, 1.5 или 2). Значение 1.5 относится к длительности битового интервала.

Методы кодирования информации.

Кодирование информации в битовых интервалах осуществляется с помощью линейных кодов, наиболее показательные из которых (с точки зрения самосинхронизации и уровневого кодирования) приведены на рис.28: униполярный код NRZ; код "Манчестер-II"; код AMI.

Рис.28

Униполярный код NRZ заключается в том, что кодирование логического "0" осуществляется одним значением несущего параметра U, а логическая "1" – другим. Униполярный код требует для синхронизации передаваемой информации дополнительно двухпроводную линию синхросигнала.

Код "Манчестер-II" самосинхронизирующийся и обладает избыточностью. Для данного кода логическая "1" кодируется отрицательным перепадом сигнала в середине битового интервала, а логический "0" - положительным.

В коде AMI логический "0" кодируется отсутствием сигнала на уровне 0, а логическая "1" - по­переменно положительными и отрицательными импульсами. Является частично самосинхронизирующимся.

Рис.29

Обычно последовательная магистраль реализуется телефонным проводом, однако для повыше­ния помехозащищенности длинных линий она может выполняться витой парой (или коаксиальным проводом) и, как правило, с оптической развязкой на концах в виде токовой петли, пример которой (для однонаправленного варианта) показан на рис.29.

Когда между модема не прямое соединение, а через коммутируемое оборудование (см. рис.26), на программное обеспечение МПС возлагаются дополнительные задачи по организации "постоянного" соединения.

1. Установить физический контакт с другим модемом (для коммутируемых линий – "набрать номер").

2. Выбрать единый протокол обмена для двух устройств.

3. Выполнить собственно обмен информацией.

4. Завершить взаимодействие ("положить трубку").

Из широко распространенных (или ранее применявшихся) стандартов параллельных магистралей можно назвать:

1) MULTIBUS (И41) - применен в учебном микропроцессорном комплекте на лабораторных работах;

2) Q-BUS (МПИ по ГОСТ 26.765.51-86) - использовался в микроЭВМ "Электроника-60", МПС на базе серии 588 и др.;

3) UNIBUS ("Общая шина" мини-ЭВМ СМ-4) - применялся в ЭВМ СМ-3, СМ-4, СМ-1420, "Электроника 100/25" и т.д.;

4) ИРПР (интерфейс радиальный параллельный) - не имеет адрес­ных шин и используется для связи двух объектов (в компьютерах РС – LPT-порт для связи с принтером или простейшим технологическим оборудованием);

5) FASTBUS - ориентирован на высокопроизводительные системы на основе эмиттерно-связанной логики (ЭСЛ).

Мультипроцессорные МПС, межсистемные и предназначенные для управления сложным экспериментом строятся на базе магистралей САМАС, VME и ADA-32 с арбитражем ведущего и ведомых модулей в каждый момент времени.