7.1 Состав линий системной шины

Среди внутренних интерфейсом «узким местом» всегда являлась системная шина, поскольку практически все устройства конкурируют за возможность передачи по ней своих данных. Системная шина (иногда ее называют магистралью) – это среда передачи данных между ОП и устройствами ввода-вывода. К ней параллельно могут подключаться несколько устройств. В персональных компьютерах системная шина выполняется в виде печатных проводников на общей материнской плате, и ее иногда называют объединительной. Она может содержать десятки и сотни линий. Физически она состоит из трех подшин, иногда называемых, как указывалось выше, также просто шинами: информационной, адресной и управления. Информационную и адресную шины часто выполняют совмещенными, т.е. по одним и тем же проводам (или линиям) в разные моменты времени передаются и адреса, и данные. Особенно часто совмещение шин реализуют в тех случаях, когда шина строится в виде параллельных печатных проводников на плате и предназначена не только для обращения к периферийным устройствам, но и к ОП. Это вызвано сложностью и сравнительно высокой ценой размещения на плате большого числа информационных и адресных линий, необходимых при обращениях к памяти.

Передача данных по проводным линиям связи По линиям связи современных интерфейсов преимущественно передаются низкочастотные дискретные одно - и биполярные сигналы (рисунок 7.Х).

u(t) u(t)

1 0 1 1 0 t 1 0 1 1 0 t

а) б)

Рисунок 7.х Временное представление униполярных (а) и биполярных (б) сигналов

Одиночный импульс можно характеризовать длительностью -, величиной – U, а также шириной спектра - F_c и динамическим диапазоном -Dc. Для повышения скорости обмена необходимо уменьшать длительность импульса , так как скорость передачи данных в линии связи определяется выражением V_П = 1 . Однако вероятность определения приемником наличия импульса в данном дискретном временном интервале является функцией энергии принятого импульса, которая тем больше, чем больше площадь отображения передаваемого импульсаЕ = U .А это требует увеличения его длительности , так как увеличение амплитуды сигнала U ведет к росту энергопотребления и возрастанию помех.

Используются два метода передачи данных через интерфейс: синхронный (изохронный) и асинхронный.

При синхронном методе (рисунок 7.х) передающее устройство (ПРД - А) устанавливает одно из двух возможных состояний сигнала, например «0» - представляется паузой, а «1» - импульсом положительной полярности,и удерживает его в течение определенного, заранее оговоренного для передатчика и приемника (ПРМ-В) времени , только по истечении которого состояние сигнала на передающей стороне может быть изменено.

0 1 0 1 1 U

t

Рисунок 7.х. Синхронный метод передачи сигналов

При использовании синхронного метода время передачи сигнала складывается из времени распространения сигнала по линии связи t_лс и времени распознавания и фиксации в регистре приемного устройства t_р, зависящие от параметров сигнала, линии связи и характеристик приемного устройства. Следовательно, интервал должен быть выбран из условияT_max = t_лс + t_{р ,} где T_{max –} максимальное время передачи сигналов (с учетом возможных наихудших условий).

При асинхронной передаче (рисунок 7.х) ПРД-А устанавливает соответствующее передаваемому символу состояние сигнала на линии, а приемное устройство ПРМ-В после приема состояния сигнала информирует об этом ПРД-А изменением сигнала на линии (В А). Это позволяет ПРД-А, не дожидаясь истечения установленного времени, перейти к изменению сигнала в соответствии с очередным символом сообщения (таким образом система передачи адаптируется к качеству канала связи). Поэтому асинхронный метод, несмотря на требования передачи сигналов в обоих направлениях, является более быстродействующим, но приводит к усложнению устройств обмена.

Рисунок 7.х. Асинхронный метод передачи

Еще одной проблемой является передача сигналов параллельного кода по нескольким линиям интерфейса. Передаваемые по разным линиям сигналы неизбежно, вследствие разброса параметров линий, поступают в приемное устройство в разное время, неодинаковым будет и время фиксации сигналов в регистрах приемного устройства, при этом максимальный разброс времени передачи t = max {|t_i – t_j|},

где t_i , t_j – времена передачи по линиям i и j, (i,j = ; ij).

Уменьшение при увеличении тактовой частоты может привести к тому, что линейно-тактовая синхронизация ПРД и ПРМ нарушается и передача сообщений будет существенно затруднена или нарушена вообще. Это одна из самых главных проблем параллельных интерфейсов.

Синхронный и асинхронный способы передачи выполняются с использованием методов стробирования (синхронная передача) и квитирования (асинхронная передача).

Рассмотрим метод стробирования на примере передачи адреса от активного устройства к пассивному по магистрали «общая шина», состоящей из 16 параллельных линий связи А00...A15. Временная диаграмма, отображающая описанный процесс обмена представлена на рисунке 7.х.

В момент времени t₀ активное устройство начинает выдачу на линии адресной шины А00...А15 напряжений низкого уровня (111...1) поскольку в магистрали «общая шина» напряжение низкого уровня (порядка 0,5В) соответствует логической 1. С учетом разброса параметров передающих усилителей и других помех сигналы на всех линиях адресной шины примут истинные значения логической 1 только к моменту времениt₁.

В момент времени t₂(не менее чем через 75 нс после моментаt₁для магистрали ТТЛ-типа длиной 15 м, согласованной на концахT=Т₁ –T₀£75 нс) активное устройство формирует напряжение низкого уровня на линии управленияMSIN, подтверждая по отрицательному фронту сигнала передачу адреса. В этот момент времени существует гарантия того, что переходные процессы на всех линиях адресной шины закончились как минимум на 75 нс раньше. Эти 75 нс могут использоваться для дешифрации адреса всеми пассивными устройствами. С учетом этого отрицательный фронт сигналаMSINможет использоваться в качестве строба (синхроимпульса) для опроса дешифраторов адресов.

При получении ответного сигнала от единственного пассивного устройства, которое восприняло выданный адрес как «свой», активное устройство снимает сигнал MSIN, а затем в промежутке времениt₃...t₄освобождает адресную шину. В пассивном состоянии на всех линиях адресной шины устанавливается напряжение высокого уровня (приблизительно 3,5 В).