Навигация
3. Шины
Прежде всего дадим определение шины. Шина - это канал пересылки данных,
используемый совместно различными блоками системы. Шина может представлять собой
набор проводящих линий, вытравленных в печатной плате, провода припаянные к
выводам разьемов, в которые вставляются печатные платы, либо плоский кабель.
Компоненты компьютерной системы физически расположены на одной или нескольких
печатных платах, причем их число и функции зависят от конфигурации системы, ее
изготовителя, а часто и от поколения микропроцессора.
Информация передается по шине в виде групп битов. В состав шины для каждого бита
слова может быть предусмотрена отдельная линия (параллельная шина), или все биты
слова могут последовательно во времени использовать одну линию (последовательная
шина).
3.1 Шина с тремя состояниями
Шина с тремя состояниями напоминает телефонную линию общего пользования, к
которой подключено много абонентов. Три состояние на шине - это состояния
высокого уровня, низкого уровня и высокого импеданса. Состояние высокого
импеданса позволяет устройству или процессору отключиться от шины и не влиять на
уровни, устанавливаемые на шине другими устройствами или процессорами. Таким
образом, только одно устройство является ведущим на шине. Управляющая логика
активизирует в каждый конкретный момент только одно устройство, которое
становиться ведущим. Когда устройство активизировано, оно помещает свои данные
на шину, все же остальные потенциальные ведущие переводятся в пассивное
состояние.
К шине может быть подключено много приемных устройств получателей. Обычно данные
на шине предназначаются только для одного из них. Сочетание управляющих и
адресных сигналов, определяет для кого именно. Управляющая логика возбуждает
специальные стробирующие сигналы, чтобы указать получателю когда ему следует
принимать данные. Получатели и отправители могут быть однонаправленными (т.е.
осуществлять только либо передачу, либо прием) и двунаправленными (осуществлять
и то и другое). Шинная (магистральная) организация получила широкое
распространение, поскольку в этом случае все устройства используют единый
протокол сопряжения модулей центральных процессоров и устройств ввода-вывода с
помощью трех шин.
3.2 Типы шин
Сопряжение с центральным процессором осуществляется посредством трех шин: шины
данных, шины адресов и шины управления. Шина данных служит для пересылки данных
между ЦП и памятью или ЦП и устройствами ввода-вывода. Эти данные могут
представлять собой как команды ЦП, так и информацию, которую ЦП посылает в порты
ввода-вывода или принимает оттуда. В МП 8088 шина данных имеет ширину 8
разрядов. В МП 8086, 80186, 80286 ширина шины данных 16 разрядов; в МП 80386 -
32 разряда.
Шина адресов используется ЦП для выбора требуемой ячейки памяти или устройства
ввода-вывода путем установки ан шине конкретного адреса, соответствующего одной
из ячеек памяти или одного из элементов ввода-вывода, входящих в систему.
Наконец по шине управления передаются управляющие сигналы, предназначенные
памяти и устройствам ввода-вывода. Эти сигналы указывают направление передачи
данных (в ЦП или из ЦП), а также моменты передачи.
Магистральная организация предпологает,как правило, наличие управляющего модуля,
который выступает в роли директора распорядителя при обмене данными. Основное
назначение этого модуля - организация передачи слова между двумя другими
модулями.
3.3 Операции на магистрали
Операция на системной магистрали начинается с того, что управляющий модуль
устанавливает на шине кодовое слово модуля отправителя и активизирует линию
строба отправителя. Это позволяет модулю, кодовое слово которого установлено на
шине, понять, что он является отправителем. Затем управляющий модуль
устанавливает на кодовое слово модуля - получателя и активизирует линию строба
получателя. Это позволяет модулю, кодовое слово которого установлено на шине,
понять, что он является получателем.
После этого управляющий модуль возбуждает линию строба данных, в результате чего
содержимое регистра отправителя пересылается в регистр получателя. Этот шаг
может быть повторен любое число раз, если требуется передать много слов.
Данные пересылаются от отправителя получателю в ответ на импульс, возбуждаемый
управляющим модулем на соответствующей линии строба. При этом предполагается,
что к моменту появления импульса строба в модуле - отправителе данные
подготовлены к передаче, а модуль - получатель готов принять данные. Такая
передача данных носит название синхронной (синхронизированной).
Что произойдет, если модули участвующие в обмене (один или оба), могут
передавать или принимать данные только при определенных условиях ? Процессы на
магистралях могут носить асинхронный (несинхронизированный) характер. Передачу
данных от отправителя получателю можно координировать с помощью линий состояния,
сигналы на которых отражают условия работы обоих модулей. Как только модуль
назначается отправителем, он принимает контроль над линией готовности
отправителя, сигнализируя с ее помощью о своей готовности принимать данные.
Модуль, назначенный получателем, контролирует линию готовности получателя,
сигнализируя с ее помощью о готовности принимать данные.
При передаче данных должны соблюдаться два условия. Во-первых, передача
осуществляется лишь в том случае, если получатель и отправитель сигнализируют о
своей готовности. Во-вторых, каждое слово должно передаваться один раз. Для
обеспечения этих условий предусматривается определенная последовательность
действий при передачи данных. Эта последовательность носит название протокола.
В соответствии с протоколом отправитель, подготовив новое слово, информирует об
этом получателя. Получатель, приняв очередное слово, информирует об этом
отправителя. Состояние линий готовности в любой момент времени определяет
действия, которые должны выполнять оба модуля.
Каждый шаг в передаче данных от одной части системы к другой называется циклом
магистрали (или часто машинным циклом). Частота этих циклов определяется
тактовыми сигналами ЦП. Длительность цикла магистрали связана с частотой
тактовых сигналов. Типичными являются тактовые частоты 5, 8, 10 и 16 МГц.
Наиболее современные схемы работают на частоте до 24 МГц.
Похожие работы
... современные микропроцессоры используют напряжение питания 3,3-4В, а на плату подается 5В, на системных платах монтируют преобразователи напряжение. Микропроцессоры Архитектура материнской платы напрямую зависит от внешней архитектуры микропроцессора. В 1976 году фирма Intel начала усиленно работать над микропроцессором 8086. Размер его регистров по сравнению с 8080 был увеличен в два раза, что ...
0 комментариев