Интерфейсы магистрально-модульных мультипроцессорных систем
Современные магистрально-модульные мультипроцессорные системы (ММС) базируются на интерфейсах, которые по архитектуре и функциональным возможностям значительно отличаются от системы интерфейсов ЭВМ типа «Общая шина» (первое поколение) и поэтому часто называются интерфейсами второго поколения или интерфейсными системами.
Интерфейс в системах рассматривается как способ организации средств передачи информации между отдельными подсистемами, регламентирующий дисциплину работы и эффективность функционирования системы в целом. Интерфейсы содержат несколько магистралей, часть которых обеспечивает высокое быстродействие при взаимодействии модулей внутри блоков, а другая часть – обмен информацией между блоками.
Структура ММС
Общая архитектура (рис. 2.4) магистрально-модульной мультипроцессорной системы содержит несколько сегментов, каждый из которых включает одну или несколько машин, имеющих в своем составе одноплатную микро-ЭВМ и платы, расширяющие ее возможности и подсоединяемые посредством локальной магистрали (ЛМ). Несколько машин, входящих в состав одного сегмента, связываются между собой по системной магистрали (СМ), выполненной в виде объединительной печатной платы. Отдельные сегменты соединяются друг с другом последовательной магистралью (ПМ) или через сегментатор (СГМ).
Рис. 2.4. Общая архитектура ММС: Пр – процессор;
ЗУ – запоминающее устройство; ВВ – устройство ввода-вывода
Основной магистралью ММС, реализующей мультипроцессорную работу и объединяющей большинство модулей сегмента, является СМ. Самой быстродействующей магистралью, используемой обычно для расширения памяти процессоров, является ЛМ. Локальная магистраль имеет уменьшенное адресное пространство, меньшую нагрузочную способность по сравнению с СМ и может обслуживать один или два задатчика.
Работа магистралей основывается на принципе «задатчик-исполни-тель». Несколько задатчиков используют магистрали с разделением времени в соответствии с заданным алгоритмом арбитража. Максимальная длина СМ 50 см (число объединяемых модулей до 20), длина ЛМ – 8...12 см (число модулей до 6), длина ПМ (кабельная линия) – до 10 м.
3. Интерфейсы периферийного оборудования
Использование различных функциональных классов периферийных устройств (ПУ), отличающихся физическими принципами работы, быстродействием, уровнями сигналов, обусловило унификацию их интерфейсов. Интерфейсы ПУ разделяются на две большие категории:
1) радиального подключения;
2) магистрального подключения.
В свою очередь, интерфейсы радиального и магистрального вида могут быть локального и удаленного, последовательного и параллельного подключения.
Интерфейс ирпр
Для подключения к ЭВМ стандартного периферийного оборудования (алфавитно-цифровых терминалов, устройств печати, перфоленточных устройств ввода-вывода и др.) используется радиальный параллельный интерфейс (ИРПР).
В зависимости от типа подключаемого оборудования конкретная реализация интерфейса может иметь те или иные отличия. Этот интерфейс можно также использовать и для сопряжения с ЭВМ нестандартного измерительного или управляющего оборудования, а также для связи ЭВМ при организации двух- и многомашинных комплексов. Функциональные характеристики ИРПР основаны на следующих принципах: метод передачи данных между источником (И) и приемником (П) не зависит от типа устройства; на передаваемые данные ограничения не накладываются.
Передача данных осуществляется между одним источником и одним приемником. Для дуплексного режима обмена требуется два сопряжения. Набор линий сопряжения приведен в таблице 3.1.
Линия Э служит для защиты от помех сигналов управления и передаваемых данных. Линия соединяется с металлическим корпусом устройства, подключенным к общей земле.
Линия ОВ подсоединяется к точке, принятой в данном устройстве за нулевую и изолированной от металлического корпуса.
Линия ГИ (готовность источника). Логическая «1» на линии ГИ означает, что источник работоспособен и готов к передаче информации под управлением сигналов СТР и ЗП.
Логический «0» на линии ГИ означает, что источник не работоспособен и состояние других линий должно игнорироваться приемником. Сигнал ГИ не зависит от состояния сигнала ГП.
Таблица 3.1
Линии интерфейса ИРПР
|
Наименование |
Обозначение |
Направление | |
|
Русское |
Междунар. | ||
|
Линии заземления | |||
|
Экран Нуль |
Э ОВ |
S Z |
Пассивная линия |
|
Линии управления | |||
|
Готовность источника Готовность приемника Строб источника Запрос приемника |
ГИ ГП СТР ЗП |
SO AO SC AC |
от И к П от П к И от И к П от П к И |
|
Линии сигнальные | |||
|
Данные (20..27) * Контрольный разряд (КР) младшего байта * Данные (28..215) * КР старшего байта * Состояние приемника * Состояние источника |
Д0..Д7
КР0 Д8..Д15 КР1 СП1..СП8 СИ1..СИ8 |
D0..D7
DP0 D8..D15 DP1 A1..A8 S1..S8 |
от И к П
от И к П от И к П от И к П от П к И от И к П |
|
Примечание. * Эти линии необязательны и могут отсутствовать | |||
Линия ГП (готовность приемника). Логическая «1» на линии ГП означает, что приемник работоспособен и готов к приему информации под управлением сигналов СТР и ЗП. Логический «0» на линии ГП означает, что приемник не работоспособен и состояние других линий должно игнорироваться источником. Сигнал ГП не зависит от состояния сигнала ГИ.
Линия СТР (строб источника). Логическая «1» на линии СТР означает, что на линиях данных комбинация сигналов действительная при логической «1» на линии ЗП. Логический «0» на линии СТР означает, что на линиях данных комбинация сигналов может быть недействительной.
Сигнал СТР может перейти из логического «0» в логическую «1» лишь после того, как сигнал ЗП перешел в логическую «1». Сигнал СТР может перейти из логической «1» в логический «0» лишь после того, как сигнал ЗП перешел в логический «0».
Линия ЗП (запрос приемника). Логическая «1» на линии ЗП означает, что приемник запрашивает новую информацию от источника. Логический «0» на линии ЗП означает, что приемник не готов к приему нового сигнала, но принял предыдущий символ, если он был.
Приемник не должен принимать данные, если сигнал СТР не перешел в логическую «1». Когда приемник принял символ, он может установить сигнал ЗП в логический «0» в любой момент времени. Приемник должен держать линию ЗП в логическом «0» до тех пор, пока не появится логический «0» на линии СТР.
Сигнальные линии
Линии данных используются для передачи до 16 разрядов данных от источника. Контрольные разряды КР0 и КР1 устанавливаются такими, чтобы сумма единиц в соответствующем байте данных была нечетной.
Обмен данными
Обмен данными происходит в жестко обусловленном режиме «запрос-ответ». Источник может изменить значение сигнала СТР только тогда, когда приемник изменил значение сигнала ЗП. Приемник может изменить значение сигнала ЗП только тогда, когда источник изменил значение сигнала СТР. Временная диаграмма обмена в ИРПР приведена на рис. 3.1. Устройство, принимающее сигналы, должно компенсировать разницу в задержке принимаемых сигналов.
Рис. 3.1. Временная диаграмма обмена в ИРПР: Тк – время задержки кабеля;
Ти – время восприятия сигнала источником, Тп – приемником;
Т1, Т3 – время выполнения операции источником, Т2, Т4 – приемником
Техническая реализация
Тип, требования к физической реализации, назначение контактов разъема для выхода на ИРПР не регламентируются. Интерфейсный кабель должен иметь волновое сопротивление 110 ± 20 Ом.
Уровни сигналов должны соответствовать уровням для микросхем типа ТТЛ. Используемая логика – отрицательная. В качестве передатчиков должны применяться микросхемы с открытым коллекторным выходом с допустимым током нагрузки не менее 40 мА. Входной ток приемника не более 1,6 мА.
Передатчик не должен выходить из строя при:
1) коротком замыкании между сигнальной линией и линией ОВ, а также между двумя сигнальными линиями;
2) работе на кабель, отсоединенный на другом конце, или при отсоединенном кабеле;
3) работе на включенный или отключенный приемник непосредственно или через кабель.
Приемник должен:
1) воспринимать обрыв или отсутствие кабеля, а также отключенное питание передатчика как логический «0»;
2) не выходить из строя при соединении с включенным или отключенным передатчиком при любом его логическом состоянии.
Интерфейс должен быть работоспособным при использовании кабеля длиной до 15 м.