4. Система магістралі

Основной цикл обработки машинной команды включает фазу выборки коман­ды, фазы выборки операндов (количество этих фаз для разных команд разное, причем при выполнении некоторых команд выборка операндов вообще не про­изводится), фазу сохранения значения результата, за которой, если разрешен режим работы с прерываниями, следует фаза анализа прерывания.

Основные компоненты компьютерной системы (центральный процессор, оперативная память, модули ввода-вывода) должны быть каким-то образом связаны между собой, чтобы иметь возможность обмениваться данными и управляющими сигналами. Наиболее распространенным в настоящее время методом организации подсистемы связи является шинная структура — ма­гистраль, совместно используемая всеми подключенными к ней компонен­тами. Как правило, в современных системах для обеспечения высокой про­изводительности организуется несколько магистралей, которые образуют иерархическую структуру.

Ключевыми вопросами структурной организации магистрали являются ме­тоды арбитража (централизованный арбитраж или распределенный), син­хронизации (синхронизируются ли передаваемые по шине сигналы внеш­ними тактовыми импульсами или сигналы распространяются асинхронно) и разрядность шины (количество адресных линий и линий данных).

Можно считать, что в самом общем виде компьютер состоит из компонентов трех типов — ЦП, оперативной памяти и модулей ввода-вывода, причем, компонентов некоторых типов в системе может быть несколько. Для того чтобы компоненты в процессе работы могли обмениваться данными и управ­ляющими сигналами, должна существовать некая подсистема, обеспечивающая связь между ними. Таким образом, описывая в самом общем виде компьютерную систему, мы должны специфицировать:

1) функции каждого компонента по отношению к другим, т.е. данные и управляющие сигналы, которыми он обменивается с другими компонентами;

2)структуру, обеспечивающую передачу этих сигналов по назначению. Очень важно выработать общий взгляд на структуру и функции компонен­тов, поскольку он позволит понять суть того, что же происходит в процессе ра­боты компьютера. Рассматривая компьютер с этой точки зрения, можно виявить недостатки в конструкции системы и отыскать способы их устранения, проана­лизировать пути обеспечения работоспособности системы при отказе какого-либо из компонентов. Во многих случаях требование обеспечить максимальную про­изводительность и надежность системы в целом можно удовлетворить не сталько за счет наращивания параметров отдельных компонентов, сколько правильным выбором метода их структурной организации.

В этой главе мы сосредоточим внимание на базовых принципах построения подсистемы связи компонентов в компьютерной системе. Сначала будут кратко проанализированы требования, которые выдвигают базовые компоненты к под­системе связи, а затем будет описано, как эти требования реализуются совре­менными шинными структурами.