Организация системы синхронизации

Большинство ЦВМ относится к синхронному типу, в которых все действия соотносятся с внутренним датчиком машинного времени (генератором тактовых импульсов (ГТИ), генератором синхроимпульсов). Временное ведение операций в синхронных машинах рассчитывается в единицах машинного времени (в тактах ГТИ).

Имеются также машины асинхронного типа, в которых датчик машинного времени отсутствует и временное ведение операций рассчитывается с учетом внутренних задержек на элементах ЦВМ. Обычно в этих машинах определенные действия сочетаются с формированием оповестительного сигнала (сигнал сопровождения - квитирования). Например, сигналом оповещения о завершении арифметической операции суммирования может быть признак, вырабатываемый схемой, реагирующей на отсутствие сигналов переноса, а признаком выдачи данных по шинам - сигнал “сопровождение данных”.

Синхронные машины обеспечивают более простую организацию ЦВМ, но имеют более низкое быстродействие из-за стандартных временных задержек на ведение операций, рассчитанных на максимальное время задержки при подобных операциях.

ГТИ является подсистемой общей системы (рис. 35) синхронизации, в которую входят также распределитель тактовых сигналов (РТИ), блок формирования синхроимпульсов (БФСИ), блок контроля синхронизации (БКС).

Г ТИ формирует тактовые импульсы с постоянной частотой fм. В простейших устройствах ГТИ может быть выполнен на обычных мультивибраторах с R-C и L-C времязадающими цепями. В сложных и быстродействующих ЦВМ для стабилизации fм применяют кварцевые и керамические резонаторы, возможно и с термостатированием при особо высоких требованиях к стабилизации.

Длительность машинного цикла Тмц рассчитывается на основе периода тактовых импульсов. В периодах Тмц отсчитывается длительность командных циклов.

Обычно машинный цикл – величина постоянная, а командный цикл имеет различную длительность в зависимости от типа выполняемой команды. Требуемая длительность машинного формируется в распределителе тактовых импульсов (РТИ). В его функции входит подсчет заданного числа тактовых импульсов, сумма которых составит длительность Тмц, и формирование унитарных импульсов, временное положение каждого из которых в периоде Тмц соответствует определенному такту машинного цикла. Например (рис.36), пусть машинный цикл содержит четыре такта. Тогда Тмц будет состоять из четырёх унитарных импульсов Тi (i = 1…4), каждый из которых формируется на i-том выходе РТИ. На основе унитарных импульсов Тi в БФСИ в соответствии с требуемой временной диаграммой в течение Тмц формируются импульсы синхронизации СИj (j = 1…3).

Пусть необходимо сформировать синхроимпульсы в соответствии с системой логических уравнений СИ1 = Т1; СИ2 = Т2 v Т3; CИ3 = !Т4 согласно требуемой временной диаграмме синхронизации операционных устройств (рис. 37 а). Возможным вариантом БФСИ может быть схема, представленная на рис. 37 б. Временная диаграмма распределения СИj в рамках Тмц в общем случае является исходной при проектировании блока синхронизации. По диаграмме распределения синхроимпульсов определяют максимальное общее кратное, которым можно измерить длительность каждого синхроимпульса и смещение между фронтами синхроимпульсов. Эта величина должна равняться периоду либо полупериоду (если скважность равна 0,5) тактовых импульсов, формируемых ГТИ.

П ри построении БФСИ на реальных логических элементах возникают дополнительные временные задержки, вызывающие искажение картины временного распределения СИj. Для компенсации этих искажений в состав БФСИ вводят параметрические линии задержки, обеспечивающие требуемый сдвиг фронтов в пределах периода ГТИ.

Назначение блока БКС состоит в выявлении нарушений в логике работы РТИ и БФСИ и формировании соответствующего сигнала ошибки синхронизации (ОШ). В устройствах, к которым не предъявляется требований к бессбойной работе, данный блок может отсутствовать.