1.5.1 Принципы организации внутрисистемного интерфейса

Периферийное оборудование имеет широкую номенклатуру и является переменной составляющей в составе ВС. Для свя­зи ядра ВС с этим оборудованием, как правило, используются модули-посредники. Разнообразные интерфейсные модули, включаемые в состав ВС фирмой-изготовителем, обеспечи­вают широкие возможности пользователя компоновать свою систему периферийным оборудованием различных фирм. Связь между элементами ядра (процессор, память) и интер­фейсными модулями регламентируется интерфейсом первого-уровня (машинным интерфейсом), устанавливаемым фирмой- изготовителем данной ВС

В качестве интерфейсных модулей используются устройст­ва различной сложности, которые условно (по возрастанию сложности) можно разделить на порты ввода/вывода, периферийные адаптеры, контроллеры. Порт ввода/вывода может быть выполнен в виде микросхемы средней степени интеграции и содержит буферный регистр памяти, управляемый по специальным входам. Кроме состояния «записи» кода с информационных линий входа или «считывания» (выдачи) кода на выходные информационные линии, порт обладает третьим, так называемым высокоимпендансным состоянием своих выходных информационных линий, когда он оказыва­ется отключенным от последующих устройств.

Периферийный адаптер (ПА) содержит в своем составе несколько портов ввода/вывода и кроме функции буфериза­ции информации производит некоторое ее преобразование. Так, микросхема БИС модуля последовательного интерфейса с периферийным оборудованием кроме порта вывода, фикси­рующего информационный код от ядра ВС, имеет, порт ввода для фиксации кода, направляемого от ПУ к ядру, порт вы­вода, управляющий режимами работы всей микросхемы, и порт ввода, содержащий код текущего состояния периферий­ного адаптера. Перечисленные порты поддерживают стандарт интерфейса первого уровня. Вторая часть рассматриваемого модуля поддерживает интерфейс второго уровня и со­держит схемы преобразования параллельного двоичного кода в последовательность импульсов и обратно, а также приемопередатчик последовательных кодов.

Контроллером часто называют периферийный адаптер, обеспечивающий управление одним или сразу несколькими периферийными устройствами. Контроллер обеспечивает прямой доступ к памяти (ПДП), до­статочно сложное преобразование информации и может иметь в своем составе микропроцессор с постоянной памятью про­грамм и буферную оперативную память.

1.5.2 Два типа межмодульных связей

Для первого уровня интерфейса характерно применение радиального или магистрального типа связи между процес­сором, модулями памяти и адаптерами периферийных уст­ройств. Радиальный тип характерен для больших ЭВМ. Так, в серии ЕС ЭВМ (IBM 360/370) центральный процессор отдает свои функ­ции управления передачей данных сопроцессорам ввода/вы­вода так называемым каналам (рис.1.5.2). От каналов на­чинаются радиальные, т. е. индивидуальные шины, связываю­щие ядро ВС с периферийными адаптерами.

Мультиплексорные каналы позволяют обслуживать несколько параллельно работающих ПУ. Сеансы связи с под­ключенными ПУ заключаются в передаче порции информации (байта или блока байтов). С мультиплексорным каналом ра­ботают преимущественно медленно действующие ПУ (тер­миналы, печатающие устройства и т.п.).

Селекторный канал предназначен для монопольного обслуживания одного ПУ, что позволяет вести обмен (например, с накопителем на дисках) с очень высокой скоростью. Для функционирования ЭВМ типа ЕС достаточно в минимальной конфигурации иметь хотя бы один мультиплексорный канал. Наличие других каналов просто увеличивает эффективность работы машины.

Достоинством радиального соединения ядра с периферий­ными адаптерами является повышенная надежность всей ВС, лишь снижающей свою эффективность при выходе из строя одной из радиальных магистралей. К достоинствам можно от­нести и возможность одновременной работы нескольких ПУ с ядром ВС. Однако аппаратные затраты и расход кабельной продукции в ВС с радиальной структурой связей очень вы­соки.

Магистральный принцип организации межмодульных связей предоставляет всем модулям ВС общие шинные ресурсы (рис.1.5.3, а), В каждый момент времени обмен данными осуществляется между двумя абонентами, которые занимает общую шину (магистраль) на определенное время. В составе магистрали можно выделить шину адреса (address bus), шину данных (data bus) и шину управления (control bus) В результате временного мультиплексирования шины адресу и данных могут быть реализованы в виде единого набора линий магистрали. Магистральный тип связей характерен для большинства мини- и микроЭВМ. Экономия кабельной продукции, вносит определенный «вклад» в низкую стоимость машин этого клас­са и уменьшение габаритов. Снижение «живучести» ВС с ма­гистральной организацией может быть несколько компенси­ровано использованием дублирующей общей шины, что су­щественно для управляющих комплексов.

Из-за ограниченности нагрузочной способности одной магистрали и различных требований к скорости передачи данных к конкретным типам ПУ на практике применяются каскадно-магистральная (см. рис.1.5.3,б) и магистрально-радиальная (см. рис.1.5.3,в) схемы, которые дополняют друг друга и сочетаются в реальных схемах.

Поскольку модули ядра ВС и модули периферийных адап­теров, как правило, располагаются в одном конструктиве или на одной печатной плате, передача информации между ними осу­ществляется многоразрядными двоичными кодами. Такой способ передачи называется параллельным и характерен для всех видов интерфейса первого уровня.