Какое количество основных информационных шин входит в системную магистраль

Самое главное, что должен знать разработчик микропроцессорных систем — это принципы организации обмена информацией по шинам таких систем. Без этого невозможно разработать аппаратную часть системы, а без аппаратной части не будет работать никакое программное обеспечение.

За более чем 30 лет, прошедших с момента появления первых микропроцессоров, были выработаны определенные правила обмена, которым следуют и разработчики новых микропроцессорных систем. Правила эти не слишком сложны, но твердо знать и неукоснительно соблюдать их для успешной работы необходимо. Как показала практика, принципы организации обмена по шинам гораздо важнее, чем особенности конкретных микропроцессоров. Стандартные системные магистрали живут гораздо дольше, чем тот или иной процессор. Разработчики новых процессоров ориентируются на уже существующие стандарты магистрали. Более того, некоторые системы на основе совершенно разных процессоров используют одну и ту же системную магистраль. То есть магистраль оказывается самым главным системообразующим фактором в микропроцессорных системах.

Обмен информацией в микропроцессорных системах происходит в циклах обмена информацией. Под циклом обмена информацией понимается временной интервал, в течение которого происходит выполнение одной элементарной операции обмена по шине. Например, пересылка кода данных из процессора в память или же пересылка кода данных из устройства ввода/вывода в процессор. В пределах одного цикла также может передаваться и несколько кодов данных, даже целый массив данных, но это встречается реже.

Циклы обмена информацией делятся на два основных типа:

• Цикл записи (вывода), в котором процессор записывает (выводит) информацию;
• Цикл чтения (ввода), в котором процессор читает (вводит) информацию.

В некоторых микропроцессорных системах существует также цикл «чтение-модификация-запись» или же «ввод-пауза-вывод». В этих циклах процессор сначала читает информацию из памяти или устройства ввода/вывода, затем как-то преобразует ее и снова записывает по тому же адресу. Например, процессор может прочитать код из ячейки памяти, увеличить его на единицу и снова записать в эту же ячейку памяти. Наличие или отсутствие данного типа цикла связано с особенностями используемого процессора.

Особое место занимают циклы прямого доступа к памяти (если режим ПДП в системе предусмотрен) и циклы запроса и предоставления прерывания (если прерывания в системе есть). Когда в дальнейшем речь пойдет о таких циклах, это будет специально оговорено.

Во время каждого цикла устройства, участвующие в обмене информацией, передают друг другу информационные и управляющие сигналы в строго установленном порядке или, как еще говорят, в соответствии с принятым протоколом обмена информацией.

Длительность цикла обмена может быть постоянной или переменной, но она всегда включает в себя несколько периодов сигнала тактовой частоты системы. То есть даже в идеальном случае частота чтения информации процессором и частота записи информации оказываются в несколько раз меньше тактовой частоты системы.

Чтение кодов команд из памяти системы также производится с помощью циклов чтения. Поэтому в случае одношинной архитектуры на системной магистрали чередуются циклы чтения команд и циклы пересылки (чтения и записи) данных, но протоколы обмена остаются неизменными независимо от того, что передается — данные или команды. В случае двухшинной архитектуры циклы чтения команд и записи или чтения данных разделяются по разным шинам и могут выполняться одновременно.

2.1. Шины микропроцессорной системы

Прежде чем переходить к особенностям циклов обмена, остановимся подробнее на составе и назначении различных шин микропроцессорной системы.

Как уже упоминалось, в системную магистраль (системную шину) микропроцессорной системы входит три основные информационные шины: адреса, данных и управления.

Шина данных — это основная шина, ради которой и создается вся система. Количество ее разрядов (линий связи) определяет скорость и эффективность информационного обмена, а также максимально возможное количество команд.

Шина данных всегда двунаправленная, так как предполагает передачу информации в обоих направлениях. Наиболее часто встречающийся тип выходного каскада для линий этой шины — выход с тремя состояниями.

Обычно шина данных имеет 8, 16, 32 или 64 разряда. Понятно, что за один цикл обмена по 64-разрядной шине может передаваться 8 байт информации, а по 8-разрядной — только один байт. Разрядность шины данных определяет и разрядность всей магистрали. Например, когда говорят о 32-разрядной системной магистрали, подразумевается, что она имеет 32-разрядную шину данных.

Шина адреса — вторая по важности шина, которая определяет максимально возможную сложность микропроцессорной системы, то есть допустимый объем памяти и, следовательно, максимально возможный размер программы и максимально возможный объем запоминаемых данных. Количество адресов, обеспечиваемых шиной адреса, определяется как 2N, где N — количество разрядов. Например, 16-разрядная шина адреса обеспечивает 65 536 адресов. Разрядность шины адреса обычно кратна 4 и может достигать 32 и даже 64. Шина адреса может быть однонаправленной (когда магистралью всегда управляет только процессор) или двунаправленной (когда процессор может временно передавать управление магистралью другому устройству, например контроллеру ПДП). Наиболее часто используются типы выходных каскадов с тремя состояниями или обычные ТТЛ (с двумя состояниями).

Как в шине данных, так и в шине адреса может использоваться положительная логика или отрицательная логика. При положительной логике высокий уровень напряжения соответствует логической единице на соответствующей линии связи, низкий — логическому нулю. При отрицательной логике — наоборот. В большинстве случаев уровни сигналов на шинах — ТТЛ.

Читайте также: Зимние шины виатти за рулем

Для снижения общего количества линий связи магистрали часто применяется мультиплексирование шин адреса и данных. То есть одни и те же линии связи используются в разные моменты времени для передачи как адреса, так и данных (в начале цикла — адрес, в конце цикла — данные). Для фиксации этих моментов (стробирования) служат специальные сигналы на шине управления. Понятно, что мультиплексированная шина адреса/данных обеспечивает меньшую скорость обмена, требует более длительного цикла обмена (рис. 2.1). По типу шины адреса и шины данных все магистрали также делятся на мультиплексированные и немультиплексированные.

Рис. 2.1. Мультиплексирование шин адреса и данных.

В некоторых мультиплексированных магистралях после одного кода адреса передается несколько кодов данных (массив данных). Это позволяет существенно повысить быстродействие магистрали. Иногда в магистралях применяется частичное мультиплексирование, то есть часть разрядов данных передается по немультиплексированным линиям, а другая часть — по мультиплексированным с адресом линиям.

Шина управления — это вспомогательная шина, управляющие сигналы на которой определяют тип текущего цикла и фиксируют моменты времени, соответствующие разным частям или стадиям цикла. Кроме того, управляющие сигналы обеспечивают согласование работы процессора (или другого хозяина магистрали, задатчика, master) с работой памяти или устройства ввода/вывода (устройства-исполнителя, slave). Управляющие сигналы также обслуживают запрос и предоставление прерываний, запрос и предоставление прямого доступа.

Сигналы шины управления могут передаваться как в положительной логике (реже), так и в отрицательной логике (чаще). Линии шины управления могут быть как однонаправленными, так и двунаправленными. Типы выходных каскадов могут быть самыми разными: с двумя состояниями (для однонаправленных линий), с тремя состояниями (для двунаправленных линий), с открытым коллектором (для двунаправленных и мультиплексированных линий).

Самые главные управляющие сигналы — это стробы обмена, то есть сигналы, формируемые процессором и определяющие моменты времени, в которые производится пересылка данных по шине данных, обмен данными. Чаще всего в магистрали используются два различных строба обмена:

• Строб записи (вывода), который определяет момент времени, когда устройство-исполнитель может принимать данные, выставленные процессором на шину данных;
• Строб чтения (ввода), который определяет момент времени, когда устройство-исполнитель должно выдать на шину данных код данных, который буде прочитан процессором.

При этом большое значение имеет то, как процессор заканчивает обмен в пределах цикла, в какой момент он снимает свой строб обмена. Возможны два пути решения (рис. 2.2):

• При синхронном обмене процессор заканчивает обмен данными самостоятельно, через раз и навсегда установленный временной интервал выдержки (t_выд), то есть без учета интересов устройства-исполнителя;
• При асинхронном обмене процессор заканчивает обмен только тогда, когда устройство-исполнитель подтверждает выполнение операции специальным сигналом (так называемый режим handshake — рукопожатие).

Рис. 2.2. Синхронный обмен и асинхронный обмен.

Достоинства синхронного обмена — более простой протокол обмена, меньшее количество управляющих сигналов. Недостатки — отсутствие гарантии, что исполнитель выполнил требуемую операцию, а также высокие требования к быстродействию исполнителя.

Достоинства асинхронного обмена — более надежная пересылка данных, возможность работы с самыми разными по быстродействию исполнителями. Недостаток — необходимость формирования сигнала подтверждения всеми исполнителями, то есть дополнительные аппаратурные затраты.

Какой тип обмена быстрее, синхронный или асинхронный? Ответ на этот вопрос неоднозначен. С одной стороны, при асинхронном обмене требуется какое-то время на выработку, передачу дополнительного сигнала и на его обработку процессором. С другой стороны, при синхронном обмене приходится искусственно увеличивать длительность строба обмена для соответствия требованиям большего числа исполнителей, чтобы они успевали обмениваться информацией в темпе процессора. Поэтому иногда в магистрали предусматривают возможность как синхронного, так и асинхронного обмена, причем синхронный обмен является основным и довольно быстрым, а асинхронный применяется только для медленных исполнителей.

По используемому типу обмена магистрали микропроцессорных систем также делятся на синхронные и асинхронные.

Видео:03. Основы устройства компьютера. Память и шина. [Универсальный программист]Скачать

Какое количество шин входят в системную магистраль типовой мпс

Системная шина – основная интерфейсная система компьютера, обеспечивающая сопряжение и связь всех его устройств между собой. Шина представляет собой канал передачи данных в виде электронных проводников на материнской плате или многожильного кабеля.

Магистраль (системная шина) включает в себя три многоразрядные шины:

ü шину данных,

ü шину адреса,

ü шину управления.

К магистрали подключаются процессор и оперативная память, а также периферийные устройства ввода, вывода и хранения информации, которые обмениваются информацией на машинном языке (последовательностями нулей и единиц в форме электрических импульсов).

Шина данных. По этой шине данные передаются между различными устройствами. Например, считанные данные из оперативной памяти могут быть переданы процессору для обработки, а затем полученные данные могут быть отправлены обратно в оперативную память для хранения.

Таким образом, данные по шине данных могут передаваться от устройства к устройству в любом направлении.

Разрядность шины данных зависит от разрядности процессора, то есть количеством двоичных разрядов, которые могут обрабатываться процессором одновременно. Разрядность процессора постоянно увеличивается по мере развития компьютерной техники и в настоящее время составляет 64 бита.

Шина адреса. По ней передаются адреса ячеек памяти, которые используются для хранения обрабатываемых данных, а также адреса внешних устройств, подключенные к компьютеру. (каждая ячейка оперативной памяти или устройство имеет свой адрес). Сигналы по ней передаются в одном направлении – от процессора к оперативной памяти и устройствам (однонаправленная шина).

Читайте также: Шины для honda crosstour

Разрядность шины адреса определяет объем адресуемой памяти (адресное пространство). Адресное пространство – это количество ячеек оперативной памяти, которые могут иметь уникальные адреса.

Разрядность шины адреса постоянно увеличивается и в процессорах Pentium Extreme Edition составляет 64 бита. Таким образом, адресное пространство оперативной памяти составляет

Шина управления.По ней передаются сигналы, определяющие характер обмена информацией по магистрали: считывание или запись информации из памяти.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Лучшие изречения: Да какие ж вы математики, если запаролиться нормально не можете. 8136 — | 7138 — или читать все.

78.30.233.82 © studopedia.ru Не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования. Есть нарушение авторского права? Напишите нам | Обратная связь.

Отключите adBlock!
и обновите страницу (F5)
очень нужно

Системная магистраль обеспечивает коммуникацию компонентов МПС друг с другом. Конструктивно системная магистраль представляет набор печатных проводников, образующих линии связи, посредством которых соединяются контакты розеток (слоты) модулей МПС. Системная магистраль содержит 3 различные шины:

— шина адреса – набор однонаправленных сигнальных линий, по которым от ЦП к памяти или к устройствам ввода/вывода передаются коды адреса, количество линий шины адреса равно максимальной разрядности кода адреса;

— шина данных – набор двунаправленных сигнальных линий, по которым передаются данные между процессором и памятью либо устройствами ввода-вывода, разрядность шины данных определяет разрядность всей системной шины;

— шина управления – набор сигнальных линий, которые используются для стробирования передаваемых или принимаемых данных (то есть для определения момента времени, когда информационный код выставлен на шину данных), для подтверждения приема данных, для тактирования (синхронизации работы) модулей МПС и т. д.

В МПС через системную магистраль организуются циклы обмена информацией. Под циклом обмена информацией понимается временной интервал, в течение которого происходит выполнение одной элементарной операции обмена по системной магистрали. Например, пересылка кода данных из процессора в память или же пересылка кода данных из устройства ввода/вывода в процессор.

Циклы обмена информацией делятся на два основных типа:

— цикл записи (вывода), в котором процессор записывает (выводит) информацию;

— цикл чтения (ввода), в котором процессор читает (вводит) информацию.

Во время каждого цикла устройства, участвующие в обмене информации, передают друг другу по системной магистрали информационные и управляющие сигналы в строго установленном порядке или, как еще говорят, в соответствии с принятым протоколом обмена информацией.

Видео:Системная шина процессораСкачать

7.2.2 Функции памяти

Память МПС выполняет функции временного или постоянного хранения данных и команд. Оперативная память доступна как для чтения, так и для записи, предназначена для временного хранения данных. Постоянная память энергонезависима, в ней размещены функциональные программы постоянного пользования, она доступна только для чтения. Обычно объем памяти определяет допустимую сложность выполняемых алгоритмов, а также в некоторой степени скорость работы системы в целом. Модули памяти выполняются на микросхемах памяти (оперативной или постоянной). Все чаще в составе МПС используется FLASH—память, которая представляет собой энергонезависимую память с возможностью многократной перезаписи содержимого.

Информация в памяти хранится в ячейках, количество разрядов которых равно количеству разрядов шины данных . Обычно оно кратно восьми (например, 8, 16, 32, 64). Допустимое количество ячеек памяти определяется количеством разрядов шины адреса как 2 N , где N – количество разрядов шины адреса. Минимально адресуемой областью памяти является байт. Чаще всего объем памяти измеряется в байтах независимо от разрядности ячейки памяти. Используются также более крупные единицы объема памяти: килобайт — 2 10 или 1024 байта (обозначается Кбайт), мегабайт – 2 20 или 1 048 576 байт (обозначается Мбайт) и т. д. Совокупность ячеек памяти образует пространство памяти, а совокупность адресов ячеек памяти — адресное пространство памяти. Два смежных байта образуют слово памяти, при этом различают младший и старший байты. Адреса слов в адресном пространстве памяти имеют четное значение (рис. 7.3) и объем памяти 64 Кбайт (2 16 или 65536 байт) можно адресовать как 64 Кбайт байт или как 32 Кбайт слов.

Для подключения модуля памяти к системной магистрали используются устройства сопряжения, которые включают в себя дещифратор (селектор) адреса, схему обработки управляющих сигналов данных (рис.7.4). Обычно в составе МПС

составе системы имеется несколько модулей памяти, каждый из ко-

торых работает в своей области пространства памяти. Селектор адреса как раз и определяет, какая область адресного пространства отведена данному модулю памяти. Схема управления вырабатывает в нужные моменты времени сигналы разрешения работы памяти (CS) и сигналы разрешения записи в память (WR). Буферы данных передают данные от памяти к магистрали или от магистрали к памяти.

В пространстве памяти МПС всегда обычно выделяются несколько особых областей, которые выполняют специальные функции. Так, память программы начального запуска всегда выполняется на ПЗУ. Именно с этой области процессор начинает работу после включения питания и после сброса его с помощью сигнала RESET.

Читайте также: Размер шин лада ваз 2114

Магистральная, магистрально-каскадная и магистрально-радиальная структуры

В зависимости от способа подключения отдельных модулей микропроцессорной системы к системной магистрали различают три типовые структуры микропроцессорных систем:

В магистральной структуре (рис. 5) все модули подсистем памяти и ввода/вывода подключаются непосредственно к системной магистрали.

Рисунок 5 – Магистральная структура

Это наиболее простая структура. Недостатками магистральной структуры являются:

• все модули должны поддерживать протокол обмена по системной магистрали и содержать средства сопряжения с ней, которые в зависимости от микропроцессора могут быть достаточно сложными;

• небольшое быстродействие, так как медленные периферийные устройства могут надолго занимать системную магистраль.

В магистрально-каскадной и магистрально-радиальной структурах отдельные модули подключаются с помощью специальных контроллеров (адаптеров) шин, основное назначение которых – реализовать приоритетные соотношения при использовании магистрали.

В магистрально-каскадной структуре (рис. 6) отдельные модули подключаются к контроллеру шины с помощью дополнительного общего канала, например, магистрали или шины ввода/вывода, т.е. по магистральной схеме.

Рисунок 6 – Магистральная-каскадная структура

В магистрально-радиальной структуре (рис. 7) каждый модуль подключается к контроллеру шины с помощью индивидуального канала, т. е. по радиальной схеме.

Рисунок 7 – Магистральная-радиальная структура

Видео:ТИХИЕ ШИНЫ ЭТОГО НЕ ЗНАЮТ БОЛЬШИНСТВО АВТОМОБИЛИСТОВСкачать

7.Шинная организация микропроцессорных систем: с одной шиной, с двумя видами шин, с тремя видами шин.

В микропроцессорной системе системная магистраль служит единственным трактом для потоков команд, данных и управления. Наличие общей шины существенно упрощает реализацию МПС, позволяет легко менять ее состав и конфигурацию. Вместе с тем, именно с шиной связан и основной недостаток такой архитектуры: в каждый момент передавать информацию по шине может только одно устройство. Основную нагрузку на шину создают обмены между процессором и памятью, связанные с извлечением из памяти команд и данных и записью в память результатов вычислений. На операции ввода/вывода остается лишь часть пропускной способности шины. Практика показывает, что даже при достаточно быстрой шине для 90% приложений этих остаточных ресурсов обычно не хватает, особенно в случае ввода или вывода больших массивов данных.

Поэтому при сохранении фон-неймановской концепции последовательного выполнения команд программы шинная архитектура в чистом ее виде оказывается недостаточно эффективной. Более распространена архитектура с иерархией шин, где помимо системной шины имеется еще несколько дополнительных шин. Они могут обеспечивать непосредственную связь между устройствами с наиболее интенсивным обменом, например процессором и кэш-памятью. Другой вариант использования дополнительных шин – объединение однотипных устройств ввода/вывода с последующим выходом с дополнительной шины на системную. Это позволяет снизить нагрузку на общую шину и более эффективно расходовать ее пропускную способность. Наибольшее распространение получили микропроцессорные системы с одной шиной, с двумя или тремя видами шин.

В структурах с одной шиной имеется одна системная шина, обеспечивающая обмен информацией между процессором и памятью, а также между устройствами ввода/вывода, с одной стороны, и процессором либо памятью – с другой (рис. 8).

Рисунок 8 – МПС с одной шиной

Для такого подхода характерны простота и низкая стоимость. Однако одношинная организация не в состоянии обеспечить высокую скорость обмена, причем узким местом является именно шина.

В МПС с двумя видами шин устройства ввода/вывода подключаются к шинам ввода/вывода, которые берут на себя основной обмен, не связанный с выходом на процессор или память (рис. 9). Подключение осуществляется с помощью адаптеров шин, которые обеспечивают буферизацию данных при их пересылке между системной шиной и контроллерами устройств ввода/вывода. Это позволяет микропроцессорной системе поддерживать работу множества устройств ввода/вывода и одновременно развязать обмен информацией по тракту процессор-память и обмен информацией с устройствами ввода/вывода. Подобная схема существенно снижает нагрузку на скоростную шину процессор-память и способствует повышению общей производительности микропроцессорной системы.

Рисунок 9 – МПС с двумя видами шин

Шина процессор-память обеспечивает непосредственную связь между процессором и основной памятью. В современных микропроцессорах такую шину часто называют шиной переднего плана (передней или первичной) и обозначают аббревиатурой FSB (Front-Side Bus). Интенсивный обмен между процессором и памятью требует, чтобы полоса пропускания шины, т.е. количество информации, проходящей по шине в единицу времени, была наибольшей. В варианте с одной шиной роль этой шины выполняет системная шина, однако в плане эффективности значительно выгоднее, если обмен между процессором и основной памятью ведется по отдельной шине. К рассматриваемому виду можно отнести также шину, связывающую процессор с кэш-памятью второго уровня, известную как шина заднего плана (тыльная или вторичная) – BSB (Back-Side Bus). BSB позволяет вести обмен с большей скоростью, чем FSB, и полностью реализовать возможности более скоростной кэш-памяти. Архитектура с использованием шин FSB и BSB известна как архитектура двойной независимой шины DIB (Dual Independent Bus). Наличие двух шин позволяет одновременно обращаться к основной памяти и кэш-памятью второго уровня, тем самым увеличивая общую производительность системы.

Для подключения быстродействующих периферийных устройств в систему шин может быть добавлена высокоскоростная шина расширения (рис. 10).

Рисунок 10 – МПС с тремя видами шин

Шины ввода/вывода подключаются к шине расширения, а уже с нее через адаптер к шине процессор-память. Схема еще более снижает нагрузку на шину процессор-память. Такую организацию шин называют архитектурой с «пристройкой» (mezzanine architecture).

• Свежие записи
  • Нужно ли менять пружины при замене амортизаторов
  • Скрипят амортизаторы на машине что делать
  • Из чего состоит стойка амортизатора передняя
  • Чем стянуть пружину амортизатора без стяжек
  • Для чего нужны амортизаторы в автомобиле

  🎦 Видео

  Как шины влияют на расход топливаСкачать

  

  АПС Л14. ШиныСкачать

  

  Шины ввода-выводаСкачать

  

  Что означает маркировка на шинах! Значение цифр и букв на резине.Скачать

  

  Что означает МАРКИРОВКА НА ШИНАХ / Значение всех цифр и букв на резинеСкачать

  

  Секретные похороны российских военных ПитербургСкачать

  

  У ВАС НЕПРАВИЛЬНОЕ ДАВЛЕНИЕ В ШИНАХ! ТОП-7 дорогих ошибок при проверке давления в шинах!Скачать

  

  Какое давление качать в колеса велосипеда?Скачать

  

  Индекс скорости и Индекс нагрузки - что это такое?Скачать

  

  ДАТА ВЫПУСКА ШИН /// как смотретьСкачать

  

  Как работает компьютер? Шины адреса, управления и данных. Дешифрация. Взгляд изнутри!Скачать

  

  димастратция влияния радиации на теньСкачать

  

  ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ. Вид Грубейшего Нарушения ТРЕБОВАНИЙ ТБ при работе на СТАНКАХ.Скачать

  

  УПРАВЛЯЕМОСТЬ АВТО И ШИРИНА ШИНСкачать

  

  Основы операционных систем, Карпов В.Е. (Лекция №12, 2019)Скачать

  

  Как дата производства шин влияет на их качество?Скачать

  

  АПС Л19. ШиныСкачать