Лекции по "Технические средства САПР"

Технические средства САПР   Лекция 13              Доцент, к.т.н., Алексеев Анатолий Васильевич

Параллельный системный интерфейс UNIBUS

Системный интерфейс UNIBUS (отечественный аналог «общая шина» - ОШ) долгое время являлся основным системным интерфейсов. Он использовался и используется в таких семействах ЭВМ, как PDP, VAX, отечественных СМ ЭВМ и других. Идеи, заложенные в его организацию, положены в основу позже созданных и создаваемых системных интерфейсов.

В интерфейсе UNIBUS реализована единая система адресации ячеек оперативной памяти и регистров команд и состоянии (РКС) контроллеров периферийных устройств (ПУ). Это позволяет расширить возможности вычислительной системы (ВС) по числу подключаемых ПУ.

Теоретически под РКС отводится до 8КБ адресов оперативной памяти. Одновременно над содержимым этих регистров можно выполнять те же операции, что и над содержимым ячеек ОЗУ, в связи с чем, в ряде случаев исключаются пересылки информации и значительно упрощается система команд, поскольку исключаются команды ввода / вывода.

                                                        

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Асинхронный обмен информацией  и активная адресация ПУ, т.е. когда  устройства, выставляющие запрос на прерывание, сообщают свой адрес, обеспечивают следующие возможности интерфейса UNIBUS:

1. Объединение в ВС устройств с различным быстродействием с минимальными потерями;

2. Совмещение режима обмена информацией между ОЗУ и ПУ по каналам прямого доступа с обработкой информации в процессоре;

3. Обмен информацией между ПУ, минуя ОЗУ. Например, перезапись файлов на внешних носителях;

4. Ускорение обмена информацией за счёт аппаратной реализации системы приоритетов, параллельной передачи адресов и данных и возможности частичного совмещения обработки запросов на прерывание в арбитре.

Работа  ПУ

Управление ПУ организованно следующим образом. Контроллеры ПУ используют регистры команд и состояний (РКС), которые являются ячейками ОЗУ. Функции управления переданы этим РКС, при этом отдельные разряды этих регистров могут осуществлять требуемые операции управления. Например, установка логической «1» в нулевом разряде РКС контроллера принтера говорит о готовности принтера принять очередной байт данных, а установка логической «1» в 13-м разряде РКС говорит о том, что произошла ошибка в работе принтера по причине отключения сетевого питания.

В зависимости  от назначения разряды РКС устанавливаются  соответствующим образом процессором или ПУ. По результатам анализа состояний разрядов РКС принимаются соответствующие действия.

Существует 2 случая обмена информацией:

1. Внепроцессорная передача данных

В этом случае осуществляется передача данных в (из) память или ПУ непосредственно помимо процессора;

2. Программная передача данных

В этом случае, происходит прерывание процессором выполняемой программы и переход через вектор прерывания ПУ к программе обслуживания данного устройства. Вектор прерывания ПУ – закрепленный за данным устройством адрес ячейки памяти, в котором записан начальный адрес программы обслуживания данного прерывания.

 

Обработка запросов

 

Процедура обработки запросов и  выдачи разрешения на право быть задатчиком (устройство, управляющее интерфейсом) осуществляется параллельно с информационным обменом по шине. Таким образом, когда ПУ управляет интерфейсом, следующий запрос от ПУ проверяется на приоритет и определяется следующий задатчик. Из-за такого временного перекрытия операций, последовательные обмены с участием различных задатчиков могут выполняться на максимальной скорости, которую может обеспечить интерфейс UNIBUS.

Любое ПУ, кроме  процессора, может быть подключено к одному из 5-ти возможных в интерфейсе UNIBUS уровней приоритета. На каждый такой уровень отведена 1 линия интерфейса, называемая ЗАПРС ПЕРЕДАЧИ (ЗП) - ЗП4, ЗП5, ЗП6, ЗП7, ЗАПРОС ПРЯМОГО ДОСТУПА (ЗПД). Каждая из линий ЗАПРОСОВ может активизироваться всеми устройствами, подключёнными на этот уровень.

В соответствии с линиями запросов в интерфейсе имеются линии РАЗРЕШЕНИЕ ПЕРЕДАЧИ (РП) - РП4, РП5, РП6, РП7, РАЗРЕШЕНИЕ ПРЯМОГО ДОСТУПА (РПД).

Процедура определения  приоритета устройств и выдача сигнала РАЗРЕШЕНИЕ ПЕРЕДАЧИ соответствующего уровня на выполнение процедур обмена по шине называется арбитражём.

Устройство, которому требуется информационная часть  интерфейса, выставляет запрос на соответствующую линию ЗАПРОСА ПЕРЕДАЧИ. Этот запрос принимается арбитром. Арбитр также следит за уровнем приоритета процессора, который может программно изменяться. Если арбитр не получает запросов с уровнем приоритета  выше чем текущий приоритет процессора, то информационная часть интерфейса доступна процессору. Если на линиях ЗАПРОСА ПЕРЕДАЧИ имеются запросы с приоритетом выше текущего приоритета процессора, то арбитр выдает разрешение на управление интерфейсом периферийному устройству на уровне самого высокого приоритета среди прочих имеющихся.

Сигнал РАЗРЕШЕНИЕ ПЕРЕДАЧИ выдаётся арбитром и информирует запрашивающее устройство о том, что оно может стать задатчиком, но после того как текущий задатчик освободит информационную часть шины. Устройство, запрашивающее управление, получив сигнал РАЗРЕШЕНИЕ ПЕРЕДАЧИ соответствующего уровня, подтверждает получение разрешения сигналом ПОДТ на соответствующей линии и блокирует дальнейшее распространение сигнала РАЗРЕШЕНИЕ ПЕРЕДАЧИ.

Устройство, получившее управление интерфейсом может использовать возможности процессора, запросив прерывание на программную обработку информации в своих регистрах данных и РКС. Как только прерывание разрешается арбитром, текущая программа, выполняемая процессором, прерывается и начинается программа обслуживания устройства. Посла того, как запрос ПУ удовлетворен, процессор возвращается к ранее выполняемой программе.

 

Процедура прерывания

Предположим, что ПУ требует обслуживания и запрашивает интерфейс для осуществления передачи на одном из уровней ЗАПРОСА ПЕРЕДАЧИ. Типичная последовательность операций при обслуживании ПУ  следующая. Если приоритеты позволяют, процессор освобождает интерфейс в пользу запрашивающего устройства. Когда устройство получает управление интерфейсом, оно посылает процессору команду (ПРЕР) прерывания по линии ПРЕРЫВАНИЕ и адрес ячейки памяти, которая содержит начальный адрес программы обслуживания устройства. Этот адрес называется адресом вектора прерывания.

Необходимо отметить, что следующий  адрес за адресом вектора прерывания содержит новое слово состояние процессора, указывающее его текущий приоритет. Программа обслуживания ПУ по завершении с помощью команды «возврат из прерывания» заставляет процессор возобновить прерванную программу.

Программа обслуживания ПУ может быть, в свою очередь, прервана запросом от устройства с более высоким приоритетом. Если такое происходит, то слово состояния и счётчик команд выполняемой программы заносится в стек и инициируется новая программа обработки ПУ. Это наслаивание приоритетных прерываний может теоретически продолжаться до любого уровня и ограничивается объемом памяти, отведенным по стек.

 

Структура приоритетов ПУ в интерфейсе UNIBUS

 

 

 

 

 

 

 

 

Комментарий:

1. Пусть устройства  A, C и D находятся на уровне приоритета 4, устройства В и Е – на уровне приоритета 5, процессор имеет приоритет 2;

2. Пусть во время выполнения процессором команды устройства В, С и Е выставляют запросы на прерывание;

3. В конце выполнения команды арбитр проводит анализ запросов, выставленных на линиях ЗАПРОСА ПЕРЕДАЧИ. Поскольку устройством В выставлен ЗП5, процессор не отвечает на запрос устройства С – ЗП4. Арбитром выдается сигнал РП5. Сигнал поступает на устройство В, которое «останавливает» сигнал, т.е. не транслирует его дальше по линии РП5;

4. Устройство В сбрасывает свой ЗП5 и принимает управление интерфейсом на себя. Устройство Е всё ещё держит установленным ЗП5. Аналогично, устройство С держит установленным ЗП4. Эти запросы остаются на линиях до их обслуживания или, в случае дальнейшей ненадобности, сбрасываются самими устройствами;

5. Если процедура прерывания устройства В не повысила приоритет процессора (был 2), то устройство Е прерывает программу обслуживания устройства В. Изменение приоритета процессора производится легко, поскольку обработка вектора прерывания, следующая за процедурой прерывания, задает новый приоритет процессора. Если в результате прерывания устройством В установлен приоритет процессора 5, то процессор игнорирует текущие запросы, но готов обслуживать запросы устройств с более высоким уровнем приоритета, если таковые появляются;

6. По завершении программы обслуживания устройства В, исходный приоритет процессора восстанавливается (становится 2), обработка запросов возобновляется и устройство Е получает управление шиной, а в дальнейшем и устройство С.

Более высокие уровни приоритета присваиваются  тем устройствам, которые требуют  более быстрого обслуживания с тем, чтобы не происходило разрушение или потеря информации. Исходя из такой концепции, обеспечивается максимальная скорость обмена между ПУ.

 

Физическая реализация интерфейса UNIBUS

Физически интерфейс представляет комплект согласованных на концах проводников (линии). Большинство линий интерфейса двунаправленные.

Двунаправленная линия находится  в одном из 3-х состояний:

1. Логическая «1» (3 – 5v);
2. Логический «0» (0 – 0.8v);
3. Высокий импеданс ( ∞ сопротивление).