2.2.2 Параллельные шины

Рисунок 2.2 – Интерфейсные устройства параллельных шин

В состав интерфейсного устройства взаимодействия с общей шиной в каждом УУ (процессоре) входят

• определитель (опознаватель) адреса, подключенный к шине адреса.

Адресная шина используется для выбора модуля – отправителя или модуля – получателя. Опознавание “своего” идентифицирующего кода (своего адреса) входит в функции каждого модуля.

Число цепей в адресной шине:

,

где m – число адресуемых модулей.

Опознавание собственного адреса производится при помощи схем И, входы которых подключаются к адресным линиям либо непосредственно, либо через инверторы в зависимости от значений бит адреса модуля (идентифицирующего кода).

• буферный регистр для взаимодействия с шиной данных. Шина данных из n линий используется в режиме разделения времени для передачи информации между модулями. Режим работы буферного регистра {«запись (прием)» или «чтение (выдача)} определяется управляющим сигналом, который формируется определителем адреса.

Рисунок 2.3 – Подключение буферных регистров к шине данных

Рисунок 2.4 – Пример формирования сигнала «разрешение приема»

Управляющий (или передающий) модуль выставляет на шину данных n – разрядное сообщение, а на адресную шину – идентифицирующий код УУ, для которого сообщение предназначено. Все модули, подключенные к шине, «сравнивают» код, выставленный на нее, с собственным адресом. По сигналу стробирования в модуле, который «обнаружит» совпадение кода и собственного адреса, формируется сигнал разрешения приема в виде логической “1” на выходе определителя адреса, который в качестве сигнала «разрешения записи (приема)» подается на управляющий вход буферного регистра. Вследствие этого состояние шины данных записывается в буферный регистр.

2.3 Протоколы системного интерфейса

2.3.1 Модель протоколов системного интерфейса

[1], с.29…31

Системный интерфейс обеспечивает связь между УУ в иерархических и децентрализованных ЭУС и представляет собой, в общем случае, внутреннюю сеть передачи данных. Уровни и протоколы системного интерфейса интерпретируются в терминах семиуровневой модели взаимодействия открытых систем. Предусматриваемые в системном интерфейсе возможности установления связи и передачи сообщений между УУ реализуется с помощью технических и программных средств, образующих три нижних уровня в семиуровневой модели (рисунок 2.5).

Физический уровень реализует управление физическим каналом. Протокол управления физическим каналом устанавливает стандартные для всех УУ форму и порядок передачи данных через физический канал.

Канальный уровень разделен на два подуровня: управление доступом к каналу и управление информационным каналом.

Протокол управления доступом: устанавливает порядок доступа каждого УУ к совместно используемому каналу; выполняет селекцию данных при приеме.

Протокол управления информационным каналом: определяет форматы сообщений; обеспечивает защиту данных.

Сетевой уровень обеспечивает передачу данных по внутренней сети. Протокол сетевого уровня устанавливает процедуру выбора маршрута передачи сообщения между УУ.

Рисунок 2.5 – Сеть передачи данных между УУ

2.3.2 Виды доступа к физическому каналу

Различают три основных вида доступа к физическому каналу:

• случайный, при котором каждое УУ захватывает канал передачи в произвольный момент;

• детерминированный (контролируемый) основан на поочередном предоставлении УУ разрешения на передачу данных по каналу;

• комбинированный заключается в использовании случайного и детерминированного доступа к каналу на разных фазах процесса передачи данных.

В ЭУС с общей шиной применяются, как правило, протоколы детерминированного доступа. Электронные управляющие устройства, подключенные к ОШ, содержат специальное устройство сопряжения – сетевой адаптер (СА), который реализует протоколы управления физическим каналом, доступом к каналу и управление информационным каналом.

2.3.3 Протокол синхронного доступа с временным разделением (синхронная шина)

Цикл работы ОШ делится на N равных временных интервала по числу УУ, подключенных к шине. Каждому УУ шина предоставляется в цикле в течение определенного временного интервала Т, длительность которого определяется временем передачи (с учетом времени распространения сигнала по шине) сообщения максимальной длины или фиксированной длины.

Недостатком протокола является простой шины, если в очередном УУ отсутствует сообщение. Применение такого протокола эффективно только при высокой нагрузке, создаваемой на ОШ каждым УУ.

Рисунок 2.6 – Синхронный доступ с временным разделением

2.3.4 Протокол эстафетного доступа (асинхронная шина)

Сетевые адаптеры (СА) управляющих устройств, подключенных к ОШ, связаны кольцевой цепью, по которой между адаптерами передается эстафета – сигнал, разрешающий доступ к ОШ.

Рисунок 2.7 – Эстафетный доступ

Если в СА нет сообщения, то этот адаптер передает эстафету следующему адаптеру. Если СА хранит сообщение для передачи, то после получения эстафеты он начинает передачу и после окончания передачи выдает эстафету следующему СА.

При эстафетном доступе максимально используется пропускная способность ОШ.

2.3.5 Протокол синхронного эстафетного доступа с неявной передачей эстафеты (рисунок 2.8).

Цикл работы ОШ разделяется на N интервалов, каждый из которых закрепляется за определенным УУ. Длительность интервала, в течение которого УУ получает доступ к ОШ, зависит от наличия сообщения и его длины. Минимальная длительность интервала (Т) соответствует отсутствию сообщения в УУ и равна времени передачи эстафеты следующему по порядку УУ. ОШ в этом случае состоит из общей шины данных (ОШД) и общей шины управления (ОШУ). УУ получают доступ к ОШД в циклическом порядке, определяемом их номерами, поэтому СА каждого УУ имеет счетчик очередного интервала и при совпадении его с номером УУ вырабатывает сигнал доступа для подключения своего УУ к ОШД. Если УУ, получившее доступ к ОШД, не имеет сообщения, то через время Т содержимое счетчиков интервалов во всех СА автоматически увеличивается на 1 и тем самым эстафета передается следующему УУ. Если в УУ есть сообщение, то формируется сигнал занятия ОШД, который по шине ОШУ передается в остальные УУ и останавливает в них счетчики интервалов. После окончания передачи формируется сигнал освобождения ОШД, по которому счетчики интервалов увеличиваются на 1, и к ОШД получает возможность доступа следующее УУ.

Рисунок 2.8 – Синхронный эстафетный доступ с неявной передачей эстафеты

Цикл работы ОШ разделяется на N интервалов, каждый из которых закрепляется за определенным УУ. Длительность интервала, в течение которого УУ получает доступ к ОШ, зависит от наличия сообщения и его длины. Минимальная длительность интервала (Т) соответствует отсутствию сообщения в УУ и равна времени передачи эстафеты следующему по порядку УУ. ОШ в этом случае состоит из общей шины данных (ОШД) и общей шины управления (ОШУ). УУ получают доступ к ОШД в циклическом порядке, определяемом их номерами, поэтому СА каждого УУ имеет счетчик очередного интервала и при совпадении его с номером УУ вырабатывает сигнал доступа для подключения своего УУ к ОШД. Если УУ, получившее доступ к ОШД, не имеет сообщения, то через время Т содержимое счетчиков интервалов во всех СА автоматически увеличивается на 1 и тем самым эстафета передается следующему УУ. Если в УУ есть сообщение, то формируется сигнал занятия ОШД, который по шине ОШУ передается в остальные УУ и останавливает в них счетчики интервалов. После окончания передачи формируется сигнал освобождения ОШД, по которому счетчики интервалов увеличиваются на 1, и к ОШД получает возможность доступа следующее УУ.