3.4 Способы соединения сопрягаемых устройств в интерфейсах

Существует несколько вариантов соединения сопрягаемых устройств в интерфейсах. Выбор того или иного способа зависит от ряда факторов, в частности, от того какое место занимает сопрягаемое устройств в СВВ.

Радиальное соединение характерно для устройств, находящихся на нижних уровнях иерархии (периферийные устройства, контроллеры). Схема такого соединения приведена на Рис. 1, а.

Рис. 1. Варианты соединения сопрягаемых устройств в интерфейсах, где:

У_ц - центральное устройство (например, процессор); У₁ - У_п — периферийные (подчиненные) устройства; Л₁ —Л_п — линии передачи данных; Л_ц — линии данных центрального устройства; РгА — регистр адреса подчиненных устройств; УУ — устройство управления; РгЗ — регистр запроса; К — коммутатор;

А₁-А_п — регистры адреса подчиненных устройств;

ТРБ — сигнал «требования».

В радиальной структуре (Рис.1, а) взаимодействие сопрягаемых устройств осуществляется следующим образом:

1. Центральное устройство связано с подчиненными устройствами через коммутатор посредством линий (шин) запроса.

2. Управление передачей данных от центрального устройства подчиненным устройствам осуществляется центральным устройством.

3. Если инициатива исходит от центрального устройства, то в регистр адреса заносится адрес устройства и, в соответствии с этим адресом, коммутатор соединяет центральное устройство с соответствующими линиями. Все остальные шины передачи данных логически отключаются от коммутатора.

4. Если инициатива исходит от подчиненного устройства, то последнее передает по своей линии запроса сигнал, который поступает в соответствующий разряд регистра запроса.

5. Как только центральное устройство освободится, устройство управления последовательно опросит все разряды регистра запроса и переключит коммутатор на шины данных устройства, инициировавшего запрос на передачу данных. Далее процедура передачи данных осуществляется аналогично.

Порядок опроса разрядов регистра запроса определяется приоритетом подчиненных устройств с использованием системы арбитража. Такая схема сопряжения требует минимального количества линий управления передачей данных и позволяет легко приспособить периферийное устройство к требованиям интерфейса.

Однако, наличие индивидуальных шин передачи данных требует значительных затрат на приемно-передающую аппаратуру и линии связи. Поэтому такой вариант сопряжения чаще всего реализуется для последовательных интерфейсов сравнительно простых ПУ.

Магистральное соединение — характерно для интерфейсов среднего и верхнего рангов системы. Схема такого подключения приведена на Рис. 1,б, где:

Уц — центральное устройство (процессор);

А₁-А_п — регистры адреса подчиненных устройств;

УУ — устройство управления; в состав УУ входят, в том числе, схема формирования адреса устройства и схема анализа сигнала «требования»;

У₁ - У_п — периферийные (подчиненные) устройства;

ТРБ — сигналы «требования».

Все подчиненные устройства подключены к единой магистрали, которая используется ими в режиме разделения времени. Сигналы на линиях магистрали доступны всем устройствам. Все подчиненные устройства имеют индивидуальные адреса А₁—А_п, задаваемые на специальных регистрах.

Обмен по инициативе центрального устройства происходит следующим образом:

1. Центральное устройство — передает адрес запрашиваемого устройства на магистраль.

2. Адрес устройства поступает во все устройства, подключенные к магистрали, в них производится сравнение переданного адреса.

3. При совпадении переданного адреса с адресом какого-либо устройства, последнее устанавливает сигнал готовности к приему информации от центрального устройства.

Обмен по инициативе периферийного устройства:

1. Одно из подчиненных устройств независимо от других выставляет сигнал запроса (сигнал ТРБ) на линию магистрали (линия ТРБ).

2. Сигнал ТРБ означает для центрального устройства, что на магистрали имеется устройство, запрашивающее сеанс на обмен.

3. Обнаружив сигнал ТРБ, схема анализа должна дать разрешение на занятие магистрали устройством.

4. Для этого проводится опрос периферийных устройств, то есть центральное устройство последовательно адресуется ко всем периферийным устройствам до тех пор, пока не получит подтверждения запроса. Подтверждение запроса может быть передано по информационной шине. При совпадении адресов периферийное устройство может выставить на информационную шину свой адрес, подтвердив тем самым факт запроса. Для этих же целей может быть выделена специальная линия.

5. Центральное устройство, получив сигнал подтверждения, прекращает формировать адреса, а периферийное устройство логически подключается к магистрали.

Особенности магистрального сопряжения. 1. Управление магистралью распределено между центральным устройством и подчиненными устройствами.

2. Центральное устройство разрешает конфликты одновременного обращения нескольких подчиненных устройств к нему.

3. Объем приемно-передающей аппаратуры, кабельных соединений уменьшается, но усложняется схема управления в подчиненных устройствах.

4. Процедура перебора адресов при большом количестве подчиненных устройств достаточно длительна. Вследствие указанных выше недостатков магистрального соединения в реальных магистральных интерфейсах используют элементы радиального интерфейса.

Пример комбинированного магистрально-радиального интерфейса приведен на Рис. 2, а.

Рис. 2. Магистральный и цепочный интерфейсы

В магистральном варианте комбинированного интерфейса:

1. Все виды информации передаются по магистрали.

2. При необходимости связаться с устройством У_i центральное устройство У_ц передает ему по индивидуальной линии сигнал «разрешение работы», который разрешает устройству У_i через коммутатор К подключится к магистрали.

3. Таким образом, кроме магистрали каждое устройство У_i соединяется с центральным устройством двумя линиями — линией запроса и линией разрешения. Управляет идентификацией устройств арбитр (АРБ).

Пример магистрально-цепочного интерфейса приведен на Рис. 2, б.

Эта структура широко распространена на практике. Здесь все виды информации передаются также по магистрали, адресация устройств осуществляется так же, как в магистральном интерфейсе, но для ускорения идентификации предусматривается линия управления, соединяющая устройства У₁—У_п по принципу цепи. Сигнал выборки (ВБР) подается последовательно на все периферийные устройства. То из периферийных устройств, которое послало на линию требования (ТРБ) свой адрес (А), запрашивая сеанс связи с центральным устройством, блокирует распространение сигнала ВБР и устанавливает связь с центральным устройством. Магистрально-цепочная структура позволяет строить интерфейсы, в которых возможен обмен между фиксированным и произвольно выбираемым устройством, либо между двумя произвольными устройствами. Такой принцип построения интерфейса впервые был использован в ЭВМ IВМ 360 и ЕС ЭВМ.