Файл: Каган Б.М. Цифровые вычислительные машины и системы учеб. пособие.pdf

рые могут сравнительно просто в нужных количествах и номенклатуре объединяться, образуя вычислительную систему. При таком конструктивном подходе пользова­ тель всегда может ввести дополнительные устройства и произвести замену отдельных агрегатов. Присоединение нового устройства не вызывает в существующей части системы никаких других изменений, кроме изменения ка­ бельных соединений и программы. Все это достигается

Л внешним одъектам

Рис. 10-1. Интерфейсы вычислительной системы.

надлежащим выполнением сопряжений между устрой­ ствами.

Вычислительная система, как это видно из рис. 10-1, содержит следующие основные устройства: процессоры,

В вычислительной технике под периферийным устрой­ ством понимают совокупность собственно периферийного аппарата и электронного устройства управления этим аппаратом. Периферийный аппарат — это механизм или электронное устройство, непосредственно выполняющее основные функции периферийного устройства: ввод или

526

вывод информации с помощью различных носителей ин­ формации, преобразование физических сигналов или действий в цифровой код и обратно (лентопротяжный ме­ ханизм, печатающий механизм, клавиатура пишущей машинки, аналого-цифровой преобразователь и т. д.). Под устройством управления периферийным аппаратом понимается электронно-логическое устройство, выполня­ ющее специфические для данного типа периферийных устройств функции преобразования информации и управ­ ления механизмами аппарата. Вообще говоря, для каж­ дого типа периферийных устройств имеется свое управ­ ляющее устройство в виде конструктивно отдельного узла или узла, представляющего конструктивно и логи­ чески единое целое с периферийным аппаратом.

Устройство управления может предназначаться для обслуживания только одного или поочередно нескольких однотипных аппаратов.

Устройства вычислительной системы соединяются друг с другом с помощью унифицированных систем связей. В современной литературе по вычислительной технике для такого рода связей имеется специальный термин — интерфейс. От характеристик интерфейса во многом за­ висит быстродействие и надежность вычислительной си­ стемы.

При проектировании вычислительных систем интер­ фейс подлежит стандартизации. Стандартизация рас­ пространяется на форматы передаваемых через интер­ фейс информации и команд, схемы шин интерфейса, ал­ горитмы функционирования интерфейса и управляющие сигналы, которыми устройства обмениваются между со­ бой во время сеанса связи. Стандартный интерфейс пред­ полагает наличие общих информационных магистралей (шин) для всех устройств данного интерфейса.

Стандартизация интерфейса обеспечивает совмести­ мость разрабатываемых и изготовляемых на разных за­ водах устройств вычислительной системы. Кроме того, стандартизация интерфейса обеспечивает простую воз­ можность расширения вычислительной системы, замену устаревших устройств вновь разработанными.

Интерфейс представляет собой совокупность унифи­ цированных шин для передачи информации, унифициро­ ванных электронных схем, управляющих прохождением сигналов по шинам, а также алгоритмов управления об­ меном информацией, сигналов и требований к ним.

527

Схемы интерфейсов обычно размещаются непосред­ ственно в самих связываемых устройствах.

Характеристиками интерфейса следует считать: вре­ мя, затрачиваемое на передачу единицы информации, достоверность передаваемых данных, помехоустойчи­ вость, степень «жесткости» требований к управляющим сигналам интерфейса.

Требования к интерфейсу и его построение сущест­ венно зависят от степени стандартизации процедуры и схем обмена информацией между агрегатами вычис­ лительной системы.

В современных вычислительных системах можно вы­ делить четыре типа интерфейсов: интерфейс оператив­ ных запоминающих устройств, интерфейс процессор — канал, интерфейс периферийных устройств (интерфейс ввода-вывода), интерфейс периферийных аппаратов. На рис. 10-1 эти интерфейсы соответственно обозначены буквами А, В, С и D.

Через интерфейс оперативных запоминающих устройств производится обмен информацией между оперативной памятью, с одной стороны, и процессорами и каналами — с другой. Ведущими устройствами, т. е. устройствами, начинающими операцию обмена, являют­ ся процессоры и каналы; исполнительными устройствами в данном интерфейсе являются модули оперативного за­ поминающего устройства.

Интерфейс процессор — канал предназначается для передач информации между процессорами и каналами. Ведущими устройствами являются процессоры, каналы являются исполнительными.

Интерфейс периферийных устройств (ввода-вывода)

ми. Ведущими устройствами являются каналы, исполни­ тельными — устройства управления периферийными ап­ паратами.

Через интерфейс периферийных аппаратов происхо­ дит обмен информацией между устройствами управ­ ления периферийными аппаратами и самими аппара­ тами.

Наиболее быстродействующими являются интерфей­ сы А и В, через них информация передается параллель­ но словами или полусловами. Через интерфейс С инфор­ мация чаще всего передается байтами.

528

Интерфейс периферийных аппаратов (интерфейс D) не может быть стандартизован, так как сами периферий­ ные аппараты весьма разнообразны по принципу дейст­ вия, по выполняемым командам и операциям и по ис­ пользуемым форматам информации и сигналам.

Остальные интерфейсы стандартизируются, причем особое значение имеет стандартизация интерфейса пе­ риферийных устройств, так как вычислительные системы содержат в большом количестве широкую номенклатуру периферийных устройств, разрабатываемых и изготавли­ ваемых на многочисленных предприятиях.

Интерфейсы могут выполняться односвязными и мно­ госвязными. В односвязном интерфейсе общие для всех устройств шины используются всеми подключенными к данному интерфейсу устройствами на основе разделе­ ния времени.

В случае многосвязного интерфейса устройства мо­ гут связываться с другими устройствами вычислительной системы по нескольким независимым системам шин (ма­ гистралям) .

Один из возможных вариантов построения много­ связного интерфейса состоит в. том, что каждое устрой­ ство снабжается одной выходной магистралью для вы­ дачи информации и несколькими входными магистраля­ ми для приема информации из других устройств. При неисправности какого-либо из устройств и при отключе­ нии его от системы окажутся неработоспособными только те входные магистрали, к которым подсоединена выход­ ная магистраль неисправного устройства. Работа систе­ мы может быть продолжена благодаря наличию связи между исправными устройствами через другие магист­ рали.

В случае многосвязных интерфейсов аппаратура может автоматически выбирать из исправных и незаня­ тых в настоящий момент путей последовательность ма­ гистралей, связывающих два участвующих в передаче информации устройства.

Многосвязность интерфейсов требует дополнитель­ ной аппаратуры, но повышает надежность и живучесть вычислительной системы, обеспечивает возможность ре­ конфигурации вычислительного комплекса при выходе из строя отдельных агрегатов.

10-2. М ЕТ О Д Ы П Е Р Е Д А Ч И И Н Ф О Р М А Ц И И М Е Ж Д У У С Т Р О Й С Т В А М И В Ы Ч И С Л И Т Е Л Ь Н О Й С И С Т Е М Ы

Известны два основных принципа передачи дискрет­ ных сигналов: синхронный и асинхронный.

При синхронном принципе передачи информации пе­ редающее устройство устанавливает на своих выходах одно из двух возможных состояний дискретного сигнала

сации сигнала в триггерах приемного устройства, зави­ сит от параметров линии связи и характеристик прием­ ного и передающего устройств. Если обозначить через Т максимальное время передачи сигнала (с учетом всех возможных наихудших условий), то период синхронной передачи информации должен быть не меньше Т, т. е.

ству У2.

При асинхронном принципе передачи приемное устройство, фиксируя прием нового состояния по одной шине интерфейса, информирует передающее устройство об этом изменении состояния по другой шине интерфей­ са. Передающее устройство, получив сигнал о приеме ин­ формации, снимает передаваемый сигнал.

Таким образом, период т, в течение которого пере­ дающее устройство должно поддерживать новое состоя­ ние сигнала, является переменным и зависит от характе­ ристик конкретной линии связи и устройств, участвую­ щих в передаче.

530

Если обозначить через t время передачи нового со­ стояния сигнала в один конец линии связи, то при асин­ хронной передаче период должен удовлетворять ус­ ловию

На рис. 10-3 приведена временная диаграмма для асинхронного метода передачи информации от передаю­ щего устройства Уі к приемному У2 по шине Ш0. Устрой-

формации.

ство У1 устанавливает соответствующее передаваемому коду состояние на шине Ш0, а устройство У2 после при­ ема нового состояния информирует об этом устройство У1 изменением состояния на шине Ш\. Устройство Уі мо­ жет передавать новую информацию только после полу­ чения уведомления о приеме предыдущей информации. Обычно время 2t (минимальное время, необходимое для передачи нового состояния при асинхронном мето­ де) значительно меньше времени Т, которое приходится выбирать, исходя из максимально возможных расстоя­ ний между устройствами.

При передаче параллельного кода по параллельным шинам сигналы поступят в приемное устройство в раз­ ное время из-за разброса параметров цепей, формирую­ щих сигналы, и шин интерфейса. Максимальный разброс времени передачи

Рассмотрим два метода передачи параллельного ко­ да по нескольким шинам интерфейса: передача со стро­