Обзор процессоров и шин ПВМ начиная с 386 машин

Московский институт радиотехники электроники и автоматики



                      кафедра АСОИУ при ИнтерЭВМ















                          _Р  Е  Ф  Е  Р  А  Т









                _Тема: . Обзор процессоров и шин ПВМ

                         начиная с 386 машин.























                                 - 2 -



                 1.  Введение в МП 80386 фирмы Intel

        МП вышел  на рынок с уникальным преимуществом.  Он является

     первым 32 - разрядным МП,  для которого пригодно  существующее

     прикладное программное обеспечение стоимостью 6,5 млрд. долл.,

     написанное для МП предыдущих моделей от 8086/88 до 80286 (клон

     IBM PC). Говорят, что системы совместимы, если программы напи-

     санные на одной системе,  успешно выполняются на другой.  Если

     совместимость распространяется только в одном направлении,  от

     старой системы к  новой,  то  говорят  о  совместимости  снизу

     вверх. Совместимость снизу вверх на обьектном уровне поддержи-

     вает капиталовложения  конечного  пользователя  в  программное

     обеспечение,  поскольку  новая  система  просто заменяет более

     медленную старую. Микропроцессор 80386 совместим снизу вверх с

     предыдущими поколениями МП фирмы Intel. Это означает что прог-

     раммы написанные специально для МП 80386  и  использующие  его

     специфические особенности,  обычно не работают на более старых

     моделях.  Однако,  так как набор команд МП 80386 и его  модули

     обработки  являются  расширениями набора команд предшествующих

     моделей,  программное обеспечение последних  совместимо  снизу

     вверх с МП 80386.

        Специфическими особенностями МП 80386 являются  многозадач-

     ность,  встроенное  управление  памятью,  виртуальная память с

     разделением на страницы,  защита программ и  большое  адресное

     пространство.  Аппаратная совместимость с предыдущими моделями

     сохранена посредством динамического изменения разрядности  ма-

     гистрали.  МП  80386  выполнен  на основе технологии CHMOS III

     фирмы Intel,  которая вобрала с себя быстродействие технологии

     HMOS (МДП высокой плотности) и малое потребление мощности тех-



                                 - 3 -



     нологии CMOS (КМДП).  МП  80386  предусматривает  переключение

     программ,  выполняемых  под управлением различных операционных

     систем, такие как MS-DOS и UNIX. Это свойство позволяет разра-

     ботчикам  программ включать стандартное прикладное программное

     обеспечение для 16 -разрядных МП непосредственно в 32 -разряд-

     ную  систему.  Процессор  определяет адресное пространство как

     один или несколько сегментов памяти любого размера в диапазоне

     от 1 байт до 4 Гбайт (4*2 530 0 байт). Эти сегменты могут быть ин-

     дивидуально защищены уровнями привилегий и таким образом изби-

     рательно разделяться различными задачами.  Механизм защиты ос-

     нован на понятии иерархии привилегий или ранжированного  ряда.

     Это  означает,  что  разным  задачам или программам могут быть

     присвоены  определенные уровни,  которые используются для дан-

     ной задачи. Схема поддержки программ  МП 80386 представлена на

     рис 1.

        Заметим, что  на  рисунке некоторые биты регистров являются

     неопределенными или отмечены как зарезервированные фирмой  In-

     tel для использования в будущем.

        Рисунок 1 расположен на следующей странице.





















                                 - 4 -



                                                            рис.1

                 ┌────────────────────────────┐

                 │  Защищенная среда МП 80386 │

                 └─────────────┬──────────────┘

        ┌──────────────────────┴────────────────────────┐

        │    Процессор выбирает программы по очереди.   │

        │  Уровни привилегий гарантируют пользователям, │

        │  что информация будет в безопасности.         │

        │  Набор команд МП 80386 включает все команды   │

        │  МП 8086 и 80286.                             │

        └──────────────────────┬────────────────────────┘

                               │

┌─────────┬─────────┬──────────┼────────────┬───────────┬─────────┐

│Программы│Программы│ Программы│    Ядро    │Остальные  │Код      │

│ для МП  │  для МП │  для МП  │операционной│программы  │изгото-  │

│  8086   │  80286  │   80386  │   системы  │операцион- │товителя │

│         │         │          │            │ные        │комплекс-│

│         │         │          │            │ системы   │ного обо-│

│         │         │          │            │           │рудования│

│         │         │          │            │           │         │

│         │         │          │            │           │         │

│ 3       │ 3       │ 3        │ 0          │ 1         │ 2       │

└─────────┴─────────┴──────────┴────────────┴───────────┴─────────┘

         Сегменты памяти с различными уровнями привилегий











                                 - 5 -



                        2. Режимы процессора



          Для более полного понятия системы команд МП 80386 необхо-

     димо предварительно  описать общую схему его работы и архитек-

     туру.

          В данном реферате не раскрывается более подробно значения

     некоторых специфических слов и понятий,  считая,  что читатель

     предварительно  ознакомился  с  МП  8086  и  МП  80286 и имеет

     представление о их работе и архитектуре. Описываются только те

     функции МП 80386,  которые отсутствуют или изменены в предыду-

     щих моделях МП.

          МП 80386 имеет два режима работы: режим реальных адресов,

     называемый реальным режимом, и защищенный режим.



                          2.1. Реальный режим



          При подаче сигнала сброса или при включении питания уста-

     навливается реальный режим, причем МП 80386 работает как очень

     быстрый МП 8086,  но,  по желанию программиста, с 32-разрядным

     расширением. В реальном режиме МП 80386 имеет такую же базовую

     архитектуру, что и МП 8086,  но обеспечивает доступ к  32-раз-

     рядным регистрам.  Механизм адресации,  размеры памяти и обра-

     ботка прерываний МП 8086 полностью  совпадают  с  аналогичными

     функциями МП 80386 в реальном режиме.

          Единственным способом выхода из реального режима является

     явное переключение  в защищенный режим.  В защищенный режим МП

     80386 входит при установке бита включения защиты (РЕ) в  нуле-

     вом регистре управления (CR0) с помощью команды пересылки (MOV



                                 - 6 -



     to CR0).  Для совместимости с МП 80286 с целью установки  бита

     РЕ может быть также использована команда загрузки слова состо-

     яния машины LMSW. Процессор повторно входит в реальный режим в

     том случае,  если  программа командой пересылки сбрасывает бит

     РЕ регистра CR0.



                         2.2. Защищенный режим

        Полные возможности МП 80386 раскрываются в защищенном режи-

     ме.  Программы могут исполнять переключение между процессами с

     целью входа в задачи,  предназначенные для режима виртуального

     МП 8086.  Каждая такая задача проявляет себя  в  семантике  МП

     8086  (т.е.  в  отношениях между символами и приписываемыми им

     значениями независимо от интерпретирующего  их  оборудования).

     Это  позволяет  выполнять  на МП 80386 программное обеспечение

     для МП 8086 - прикладную программу или целую операционную сис-

     тему. В то же время задачи для виртуального МП 8086 изолирова-

     ны и защищены как друг от друга, так и от главной операционной

     системы МП 80386.  Далее перейдем непосредственно к рассмотре-

     нию шины данных МП 80386.



                         3.   Шины

        Прежде всего дадим определение шины. Шина - это канал пере-

     сылки данных, используемый совместно различными блоками систе-

     мы. Шина может представлять собой набор проводящих линий, выт-

     равленных в печатной плате, провода припаянные к выводам разь-

     емов, в  которые вставляются печатные платы,  либо плоский ка-

     бель. Компоненты компьютерной  системы  физически  расположены

     на одной или нескольких печатных платах, причем их число и фу-



                                 - 7 -



     нкции зависят от конфигурации системы, ее изготовителя, а час-

     то и от поколения микропроцессора.

        Информация передается по шине в виде групп битов.  В состав

     шины для каждого бита слова может быть предусмотрена отдельная

     линия (параллельная шина), или все биты слова могут последова-

     тельно во  времени  использовать  одну линию (последовательная

     шина). На рис 2.  нарисовано типичное подключение устройств  к

     шине данных.                                           рис.2

                               ┌───────────┐  ┌───────────┐

                               │ Устройство│  │Устройство │

                               │  вывода   │  │  ввода    │

                               └───┬──┬────┘  └───┬──┬────┘

                                   │  │           │  │

      ┌─────────┐ ┌──────────┐ ┌───┴──┴────┐  ┌───┴──┴────┐

      │   ОЗУ   │ │   ПЗУ    │ │  Выходной │  │Входной    │

      │         │ │          │ │   буфер   │  │ буфер     │

      └─┬┬┬┬┬┬┬┬┘ └─┬┬┬┬┬┬┬┬─┘ └─┬┬┬┬┬┬┬┬──┘  └┬┬┬┬┬┬┬┬───┘

        ││││││││    ││││││││     ││││││││      ││││││││  ┌─────┐

      ──┴┼┼┼┼┼┼┼────┴┼┼┼┼┼┼┼─────┴┼┼┼┼┼┼┼──────┴┼┼┼┼┼┼┼──┤D 40 0 П │

      ───┴┼┼┼┼┼┼─────┴┼┼┼┼┼┼──────┴┼┼┼┼┼┼───────┴┼┼┼┼┼┼──┤   р │

      ────┴┼┼┼┼┼──────┴┼┼┼┼┼───────┴┼┼┼┼┼────────┴┼┼┼┼┼──┤   о │

      ─────┴┼┼┼┼───────┴┼┼┼┼────────┴┼┼┼┼─────────┴┼┼┼┼──┤   ц │

      ──────┴┼┼┼────────┴┼┼┼─────────┴┼┼┼──────────┴┼┼┼──┤   е │

      ───────┴┼┼─────────┴┼┼──────────┴┼┼───────────┴┼┼──┤   с │

      ────────┴┼──────────┴┼───────────┴┼────────────┴┼──┤   с │

      ─────────┴───────────┴────────────┴─────────────┴──┤D 47 0 о │

                                                         │   р │

                                                         └─────┘



                                 - 8 -



                        3.1  Шина с тремя состояниями

        Шина с тремя состояниями напоминает телефонную линию общего

     пользования, к которой  подключено много абонентов. Три состо-

     яние на шине - это состояния высокого уровня, низкого уровня и

     высокого импеданса.  Состояние  высокого  импеданса  позволяет

     устройству или процессору  отключиться  от шины и не влиять на

     уровни, устанавливаемые на шине другими устройствами или  про-

     цессорами. Таким образом,  только одно устройство является ве-

     дущим на шине.  Управляющая логика активизирует в каждый конк-

     ретный момент только одно устройство,  которое становиться ве-

     дущим. Когда  устройство  активизировано,  оно  помещает  свои

     данные на шину, все же остальные потенциальные ведущие перево-

     дятся в пассивное состояние.

        К шине  может  быть  подключено много  приемных устройств -

     получателей. Обычно данные на шине предназначаются только  для

     одного из них.  Сочетание управляющих и адресных сигналов, оп-

     ределяет для кого именно. Управляющая логика возбуждает специ-

     альные стробирующие  сигналы,  чтобы  указать получателю когда

     ему следует принимать данные.  Получатели и отправители  могут

     быть однонаправленными (т.е.  осуществлять только либо переда-

     чу, либо прием) и двунаправленными (осуществлять и то  и  дру-

     гое). На рис. 3 показаны двунаправленные отправители/получате-

     ли , подключенные к шине.

     Рисунок 3 расположен на следующей странице.











                                 - 9 -



                                                          рис.3

                         ┌──────────────────┐

                         │  Микропроцессор  │

                         └──────────────────┘

                         ┌──────────────────┐

           ┌─────────────┤   Управляющая    ├────────────┐

           │         ┌───┤     логика       ├──┐         │

           │         │   └──────────────────┘  │         │

           │         └───────┐ Разрешение┌─────┘         │

           │    Активизация  │           │  Активизация  │

                  выхода 1  │           │  выхода 2     

     ┌─────┴─────────────┐   │     ~     │   ┌───────────┴──────┐

     │    Строб данных   │  ┌┴┐    ║    ┌┴┐  │   Строб данных   │

     │           Выходные├──┤ ├─┬──╢  ┌─┤ ├──┤Выходные          │

     │Отправи-    данные │  └─┘ │  ║  │ └─┘  │ данные   Отправи-│

     │тель/по-   Входные │      │  ║  │      │Входные   тель/по-│

     │лучатель 1  данные ├_─────┘  ╟──┴─────_┤ данные лучатель 2│

     └───────────────────┘         ║         └──────────────────┘

                                   ║

                                   ~ Линия шины





        Шинная (магистральная)  организация  получила широкое расп-

     ространение, поскольку в этом случае все устройства используют

     единый протокол  сопряжения  модулей центральных процессоров и

     устройств ввода-вывода с помощью трех шин.







                                - 10 -



                           3.2   Типы шин

        Сопряжение с центральным процессором осуществляется посредс-

     твом трех  шин:  шины данных,  шины адресов и шины управления.

     Шина данных служит для пересылки данных между ЦП и памятью или

     ЦП и устройствами ввода-вывода.  Эти данные могут представлять

     собой как команды ЦП,  так и информацию, которую ЦП посылает в

     порты ввода-вывода или принимает оттуда. В МП 8088 шина данных

     имеет ширину 8 разрядов.  В МП 8086,  80186, 80286 ширина шины

     данных 16 разрядов; в МП 80386 - 32 разряда.

        Шина адресов используется ЦП для  выбора  требуемой  ячейки

     памяти или  устройства  ввода-вывода  путем  установки ан шине

     конкретного адреса, соответствующего одной из ячеек памяти или

     одного из элементов ввода-вывода,  входящих в систему. Наконец

     по шине управления передаются управляющие сигналы,  предназна-

     ченные памяти и устройствам ввода-вывода. Эти сигналы указыва-

     ют направление передачи данных (в ЦП или из ЦП),  а также  мо-

     менты передачи.

        Магистральная организация предпологает,  как правило, нали-

     чие управляющего модуля,  который выступает в роли директора -

     распорядителя при обмене данными.  Основное  назначение  этого

     модуля -  организация передачи слова между двумя другими моду-

     лями.



                           3.3 Операции на магистрали

        Операция на системной магистрали начинается с того, что уп-

     равляющий модуль устанавливает на шине кодовое слово модуля  -

     отправителя и активизирует линию строба отправителя.  Это поз-

     воляет модулю,  кодовое слово  которого установлено  на  шине,



                                - 11 -



     понять, что он является отправителем. Затем управляющий модуль

     устанавливает на кодовое слово модуля - получателя и активизи-

     рует линию  строба получателя.  Это позволяет модулю,  кодовое

     слово которого установлено на шине,  понять,  что он  является

     получателем.

        После этого управляющий модуль возбуждает линию строба дан-

     ных, в результате чего содержимое регистра отправителя пересы-

     лается в регистр получателя.  Этот шаг может быть повторен лю-

     бое число раз, если требуется передать много слов.

        Данные пересылаются от отправителя получателю  в  ответ  на

     импульс,  возбуждаемый  управляющим модулем на соответствующей

     линии строба. При этом предполагается, что к моменту появления

     импульса  строба в модуле - отправителе  данные подготовлены к

     передаче,  а модуль - получатель готов принять  данные.  Такая

     передача  данных  носит  название синхронной (синхронизирован-

     ной).

        Что произойдет,  если модули участвующие в обмене (один или

     оба), могут передавать или принимать данные только при опреде-

     ленных условиях ?  Процессы на магистралях могут носить асинх-

     ронный (несинхронизированный)  характер.  Передачу  данных  от

     отправителя получателю  можно  координировать  с помощью линий

     состояния, сигналы на которых отражают  условия  работы  обоих

     модулей. Как только модуль назначается отправителем, он прини-

     мает контроль над линией готовности отправителя,  сигнализируя

     с ее помощью о своей готовности принимать данные. Модуль, наз-

     наченный получателем,  контролирует линию готовности получате-

     ля, сигнализируя с ее помощью о готовности принимать данные.

        При передаче данных должны соблюдаться два условия. Во-пер-



                                - 12 -



     вых, передача  осуществляется  лишь в том случае, если получа-

     тель и отправитель сигнализируют о своей  готовности.  Во-вто-

     рых, каждое слово должно передаваться один раз.  Для обеспече-

     ния этих условий предусматривается определенная последователь-

     ность действий при передачи данных. Эта последовательность но-

     сит название протокола.

        В соответствии  с протоколом отправитель,  подготовив новое

     слово, информирует об этом получателя. Получатель, приняв оче-

     редное слово, информирует об этом отправителя. Состояние линий

     готовности в любой момент времени определяет действия, которые

     должны выполнять оба модуля.

        Каждый шаг в передаче данных от одной части системы к  дру-

     гой называется  циклом магистрали (или часто машинным циклом).

     Частота этих циклов определяется тактовыми сигналами ЦП.  Дли-

     тельность цикла  магистрали связана с частотой тактовых сигна-

     лов. Типичными являются тактовые частоты 5,  8,  10 и 16  МГц.

     Наиболее современные схемы работают на частоте до 24 МГц.



                       3.4  Порты ввода-вывода

        Адресное пространство ввода-вывода организовано в виде пор-

     тов. Порт представляет собой группу линий ввода-вывода, по ко-

     торым  происходит  параллельная передача информации между ЦП и

     устройством ввода-вывода, обычно по одному биту на линию. Чис-

     ло линий в порте чаще всего совпадает с размером слова, харак-

     терным для данного процессора. Входной порт чаще всего органи-

     зуется в виде совокупности логических вентилей,  через которые

     входные сигналы поступают на линии системной шины данных.  Вы-

     ходной порт реализуется в виде совокупности триггеров, в кото-



                                - 13 -



     рых хранятся сигналы, снятые с шины данных.

        Если в передаче информации участвует процессор,  то направ-

     ление потока входной и выходной информации принято  рассматри-

     вать относительно самого процессора.  Входной порт - это любой

     источник данных (например, регистр), который избирательным об-

     разом  подключается  к шине данных процессора и посылает слово

     данных в процессор. Наоборот, выходной порт представляет собой

     приемник  данных ( например,  регистр),  который избирательным

     образом подключается к шине данных процессора.  Будучи выбран,

     выходной порт принимает слово данных из микропроцессора.

        Процессор должен иметь возможность координировать  скорость

     своей работы со скоростью работы внешнего устройства,  с кото-

     рым он обменивается информацией.  В противном случае может по-

     лучиться, что входной порт начнет пересылать данные еще до то-

     го как, процессор их затребует, и процесс пересылки данных на-

     ложится  на какой-то другой процесс в ЦП.  Как уже отмечалось,

     эта координация работы двух устройств носит название  "рукопо-

     жатия", или квитирования.

        Теперь подробнее остановимся на режимах работы портов  вво-

     да-вывода.  Существуют  три  вида  взаимодействия процессора с

     портами ввода-вывода: программное управление, режим прерываний

     и прямой доступ к памяти (ПДП).

        Программно-управляемый ввод-вывод инициируется процессором,

     который выполняет программу, управляющую работой внешнего уст-

     ройства. Режим прерываний отличается тем, что инициатором вво-

     да-вывода является внешнее устройство.  Устройство, подключен-

     ное к выводу прерываний процессора,  повышает уровень  сигнала

     на  этом выводе (или в зависимости от типа процессора понижает



                                - 14 -



     его).  В ответ процессор, закончив выполнение текущей команды,

     сохраняет  содержимое  программного счетчика в соответствующем

     стеке и переходит на выполнение программы, называемой програм-

     мой обработки прерываний, чтобы завершить передачу данных.

        ПДП тоже инициируется устройством.  Передача  данных  между

     памятью  и  устройством ввода-вывода осуществляется без вмеша-

     тельства процессора.  Как правило, для организации ПДП исполь-

     зуются контроллеры ПДП, выполненные в виде интегральных схем.



                   3.5 Униварсальный синхронно-асинхронный

                              приемопередатчик

        Микропроцессор взаимодействует  с перифирийными устройства-

     ми,  принимающими и передающими данные в последовательной фор-

     ме. В процессе этого взаимодействия процессор должен выполнять

     преобразование параллельного кода в последовательный,  а также

     последовательного в параллельный.

        Чаще всего пересылка данных между процессором и  периферий-

     ными  устройствами  выполняются  асинхронно.  Другими словами,

     устройство может передавать данные в любой момент времени. Ес-

     ли данные не передаются,  устройство посылает просто биты мар-

     кера, обычно высокий уровень сигнала, что дает возможность не-

     медленно обнаружить любой разрыв цепи передачи.  Если устройс-

     тво готово передавать данные, передатчик посылает нулевой бит,

     обозначающий  начало  посылки.  За  этим нулевым битом следуют

     данные,  затем бит четности и , наконец, один или два стоп-би-

     та. Закончив передачу, отправитель продолжает посылать высокий

     уровень сигнала в знак того, что данные отсутствуют.

        Для удобства  проектирования  интерфейса  процессора с уст-



                                - 15 -



     ройствами последовательного ввода-вывода (как синхронными, так

     и  асинхронными) разработаны микросхемы универсальных синхрон-

     но-асинхронных приемопередатчиков (УСАПП). В состав УСАПП вхо-

     дят  функционирующие  независимо секции приемника-передатчика.

     Типичный УСАПП изображен на рис. 4

     Рисунок 4 расположен на следующей странице.















































                                - 16 -



Разреше-                                                   От триггера

ние по-  8 7 6 5 4 3 2 1                                   " Буфер

лучения      Данные                                        передатчика

данных                                              свободен"

 ──┬───  ├─┴─┴─┴─┴─┴─┴─┤        ж      е    а  б  в  г  д  ─────┬─────

   └─────┤  Вентили И  │        │      │                   │

         ├─┬─┬─┬─┬─┬─┬─┤        │      │   ┌┴──┴──┴──┴──┴┐      │

         ├─┴─┴─┴─┴─┴─┴─┤    ┌──────┐  └──_│  Вентили И  │      │

         │ Буферный ре-│    │     R ├─────_│             │_─────┘

         │ гистр прием-│_─┬_│Триггер│      └─┬───┬────┬──┘

         │ ника        │  │ │"Данные│        │   │    │

         └─────────────┘  │ │готовы"│      ┌─┴───┴────┴──┐

                         │ │S      │      │ Регистр сос-│_──────┐

              └────────┐  │ └┬──────┘      │ тояния      │       │

  Биты управления      │  │  └────────────_└─────────────┘       │

  от регистра состояния│  └────────────────────────┐             │

                      └─────────────┐      ┌──────┴────┐        │

        ├──────────────────────┐     └──────┤ Сдвиговый ├────────┘

   ┌────┴────┐            ┌────┴─────┐      │  регистр  │

   │  Логика ├───────────_│  Логика  ├─────_│ приемника │

   │проверки │            │ проверки │      │СР         │

   │паритета │            │ границы  │      └───────────┘

   │         │            │  кадра   │       

   └────────┘            └──────────┘       │

   ┌───┴─────┐            ┌──────────┐       │

   │Проверка │            │Синхрони- │       │

   │стартово-│            │зирующий  │       │

   │го бита  │_───────────┤генератор ├───────┘



                                - 17 -



       Последовательный вход     Частота 16хТ      Рис. 4

Буквами обозначено: а - Данные готовы;  б - Наложение; в - Ошибка

                    кадра; г - Ошибка четности;  д - Буфер  пере-

                    датчика свободен; е - Разрешение чтения слова

                    состояния; ж - Сброс триггера " Данные  гото-

                    вы"

        УСАПП заключен в корпус с 40 выводами и является дуплексным

     устройством (т. е. может передавать и принимать одновременно).

     Он выполняет логическое форматирование посылок.  Для подключе-

     ния УСАПП могут потребоваться дополнительные схемы, однако нет

     необходимости в общем  тактовом  генераторе,  синхронизирующем

     УСАПП и то устройство, с которым установлена связь. В передат-

     чике УСАПП предусмотрена двойная буферизация,  поэтому следую-

     щий  байт  данных может приниматься из процессора,  как только

     текущий байт подготовлен для передачи.

        Выпускаются микросхемы  УСАПП со скоростями передачи до 200

     Кбод.  Скорость работы передатчика и приемника (не обязательно

     одинаковые)  устанавливаются  с  помощью  внешних генераторов,

     частота которых должна в 16 раз превышать  требуемую  скорость

     передачи. Сигналы от внешних генераторов поступают на раздель-

     ные тактовые входы приемника и передатчика.

        Обычно и микропроцессор,  и устройства ввода-вывода подклю-

     чаются к своим УСАПП параллельно. Между УСАПП действует после-

     довательная связь (например по стандарту RS-232C).











                                - 18 -



                            4. MULTIBUS

        Структура магистрали,  обеспечивающей сопряжение всех аппа-

     ратных  средств,  является  важнейшим элементом вычислительной

     системы.  Магистраль позволяет многочисленным компонентам сис-

     темы взаимодействовать друг с другом.  Кроме того, в структуру

     магистрали заложены возможности возбуждения  прерываний,  ПДП,

     обмена данными с памятью и устройствами ввода-вывода и т. д.

      Магистраль общего назначения MULTIBUS фирмы Intel представ-

     ляет собой коммуникационный канал,  позволяющий координировать

     работу самых разнообразных вычислительных модулей. Основой ко-

     ординации служит назначение модуля системы MULTIBUS  атрибутов

     ведущего и ведомого.



                    4.1    Магистрали MULTIBUS I/II.

        Одним из  наиболее  важных элементов вычислительной системы

     является структура системной магистрали, осуществляющей сопря-

     жение всех аппаратных средств.  Системная магистраль обеспечи-

     вает взаимодействие друг с другом различных компонентов систе-

     мы и  совместное  использование системных ресурсов.  Последнее

     обстоятельство играет важную роль  в  существенном  увеличении

     производительности всей системы. Кроме того, системная магист-

     раль обеспечивает передачу данных с  участием  памяти  и  уст-

     ройств ввода-вывода, прямой доступ к памяти и возбуждение пре-

     рываний.

        Системные магистрали обычно выполняются таким образом,  что

     сбои проходящие в других частях системы, не влияют на их функ-

     ционирование. Это увеличивает общую надежность системы. Приме-

     рами магистралей общего назначения являются предложенные  фир-



                                - 19 -



     мой Intel архитектуры MULTIBUS I и II, обеспечивающие коммуни-

     кационный канал для координации работы самых разнообразных вы-

     числительных модулей.

        MULTIBUS I  и MULTIBUS II используют концепцию "ведущий-ве-

     домый".  Ведущим является любой модуль,  обладающий средствами

     управления магистралью. Ведущий с помощью логики доступа к ма-

     гистрали захватывает магистраль,  затем генерирует сигналы уп-

     равления  и  адреса  и  сами адреса памяти или устройства вво-

     да-вывода.  Для выполнения этих действий  ведущий  оборудуется

     либо блоком центрального процессора,  либо логикой, предназна-

     ченной для передачи данных по магистрали к местам назначения и

     от них.  Ведомый - это модуль, декодирующий состояние адресных

     линий и действующий на основании сигналов, полученных от веду-

     щих;  ведомый не может управлять магистралью. Процедура обмена

     сигналами между ведущим и ведомым позволяет модулям различного

     быстродействия взаимодействовать через магистраль. Ведущий ма-

     гистрали может отменить  действия  логики  управления  магист-

     ралью,  если ему необходимо гарантировать для себя использова-

     ние циклов магистрали. Такая операция носит название "блокиро-

     вания"  магистрали;  она  временно предотвращает использование

     магистрали другими ведущими.

        Другой важной особенностью магистрали является  возможность

     подключения многих ведущих модулей с целью образования многоп-

     роцессорных систем.

        MULTIBUS I  позволяет  передать  8- и 16 разрядные данные и

     оперировать с адресами длиной до 24 разрядов.

        MULTIBUS II воспринимает 8-,  16- и 32-разрядные данные,  а

     адреса длиной до 32 разрядов. Протоколы магистралей MULTIBUS I



                                - 20 -



     и II подробно описаны в документации фирмы Intel, которую сле-

     дует тщательно изучить перед использованием этих магистралей в

     какой - либо системе.







                        4.2  MULTIBUS I

        MULTIBUS I фирмы Intel представляет собой 16-разрядную мно-

     гопроцессорную систему,  согласующуюся со стандартом IEEE 796.

     На рис. 5 приведена структурная схема сопряжения с магистралью

     MULTIBUS I.  На рисунке не показана локальная шина и локальные

     ресурсы МП 80386.

     Рисунок 5 расположен на следующей странице.





























                                                             Рис.5



                                - 21 -



                                            ╔═════════════╗

    ┌──────────────────────────────────────_║             ║

    │              ┌────────────────────────╢             ║─────┐

    │              │ ┌──────────────────────╢    80386    ╟───┐ │

    │              │ │            ┌─────────\             ║   │ │ Разре-

    │              │ │            │ ┌───────/             ║   │ │ шение

    │              │ │            │ │       ╚═╤═╤═════════╝   │ │ байта

    │     Состояние│ │    Данные  │ │  Адрес  │ └───────┐     │ │

    │      МП 80386│ │    МП 80386│ │ МП 80386│ ┌─────┐ │     │ │

    │              │ │            │ │         │ │     │ │     │ │

    │              │ │            │ │         │ │     │ │     │ │

 ┌──┴──────┐   ┌───\─/──┐         │ │   ┌─────\─/ ──┐ │ │  ┌──\─/──┐

 │Генератор│   │ Логика │         │ │   │ Дешифратор│ │ │  │Логика │

 │состояния│   │S0#-S1# │         │ │   │   адреса  │ │ │  │ А0/А1 │

 │ожидания │   │        │         │ │   └──────┬────┘ │ │  └──┬─┬──┘

 └────────┘   └───┬────┘         │ │          │      │ │     │ │

       │ ┌─────────┴────┐         │ │          │      │ │     │ │

     ┌─┴─┼─────────┬────┼─────────┼─┼──────────┘      │ │     │ │

  ┌────────┐  ┌─────────┐   ┌─\ /──────┐         ┌\─/─────\─/──┐

  │  Арбитр  │  │ Контроллер│   │ Приемо-  │         │ Адресные    │

  │магистрали│  │ магистрали│   │передатчик│         │ фиксаторы   │

  │  82289   │  │   82286   │   │ данных   │         └─────────────┘

  └──────────┘  └───────────┘   └──────────┘               

                                   Данные             │ │ Адрес

       │              │            │ │ MULTIBUS           │ │ MULTIBUS

                                                       

  ═════════════════════════════════════════════════════════════════

                          MULTIBUS I



                                - 22 -



            4.3  Пример интерфейса магистрали  MULTIBUS I

        Один из  способов организации взаимодействия между МП 80386

     и магистралью MULTIBUS I заключается в генерации всех сигналов

     MULTIBUS I c помощью программируемых логических матриц (ПЛМ) и

     схем ТТЛ.  Проще  использовать  интерфейс,  совместимый  с  МП

     80286. Основные черты этого интерфейса описаны ниже.

        Интерфейс магистрали MULTIBUS I состоит из  совместимого  с

     МП 80286  арбитра магистрали 82288.  Контроллер может работать

     как в режиме локальной магистрали,  так и в режиме MULTIBUS I;

     резистор на входе МВ схемы 82288, подключенный к источнику пи-

     тания, активизирует режим MULTIBUS I. Выходной сигнал MBEN де-

     шифратора адреса на ПЛМ служит сигналом выбора обеих микросхем

     82288 и 828289.  Сигнал AEN # с выхода 82289 открывает  выходы

     контроллера 82288.

        Взаимодействие между процессором 80386 и этими  двумя  уст-

     ройствами осуществляется  с  помощью  ПЛМ,  в которые записаны

     программы генерации и преобразования необходимых сигналов. Ар-

     битр 82289 вместе с арбитрами магистрали других вычислительных

     подсистем координирует  управление  магистралью  MULTIBUS   I,

     обеспечивая управляющие  сигналы,  необходимые  для  получения

     доступа к ней.

        В системе  MULTIBUS I каждая вычислительная подсистема пре-

     тендует на использование общих ресурсов.  Если подсистема зап-

     рашивает доступ к магистрали, когда другая система уже исполь-

     зует магистраль,  первая подсистема должна ожидать ее освобож-

     дения.  Логика  арбитража  магистрали управляет доступом к ма-

     гистрали всех подсистем. Каждая вычислительная подсистема име-

     ет собственный арбитр магистрали 82289. Арбитр подключает свой



                                - 23 -



     процессор к магистрали и разрешает доступ к ней ведущим с  бо-

     лее  высоким или более низким приоритетом в соответствии с за-

     ранее установленной схемой приоритетов.

        Возможны два варианта процедуры управления занятием магист-

     рали: с последовательным  и  параллельным  приоритетом.  Схема

     последовательного приоритета  реализуется путем соединения це-

     почкой входов приоритета магистрали (BPRN #) и выходов приори-

     тета магистрали  (BPRO  #) всех арбитров магистрали в системе.

     Задержка, возникающая при таком соединении, ограничивает число

     подключаемых арбитров.  Схема параллельного приоритета требует

     наличия внешнего арбитра,  который принимает  входные  сигналы

     BPRN #  от всех арбитров магистрали и возвращает активный сиг-

     нал BPRО # запрашивающему арбитру с максимальным  приоритетом.

     Максимальное число арбитров , участвующих в схеме с параллель-

     ным приоритетом, определяется сложностью схемы дешифрации.

        После завершения  цикла  MULTIBUS I арбитр,  занимающий ма-

     гистраль, либо продолжает ее удерживать,  либо  освобождает  с

     передачей другому  арбитру.  Процедура освобождения магистрали

     может быть различной.  Арбитр может освобождать  магистраль  в

     конце каждого цикла,  удерживать магистраль до тех пор пока не

     будет затребована ведущим с  более  высоким  приоритетом,  или

     освобождать магистраль  при  поступлении запроса от ведущего с

     любым приоритетом.

        Система MULTIBUS I с 24 линиями адреса и 16 линиями данных.

     Адреса системы  расположены  в  диапазоне  256  кбайт   (между

     F00000H и F3FFFFH), причем используются все 24 линии. 16 линий

     данных представляют младшую половину (младшие 16 разрядов) 32-

     разрядной шины  данных  МП 80386.  Адресные разряды MULTIBUS I



                                - 24 -



     нумеруются в шеснадцатеричной системе;  А23-А0 В МП 80386 ста-

     новятся ADR17# - ADR0# в системе MULTIBUS I. Инвертирующие ад-

     ресные фиксаторы поразрядно преобразуют выходные сигналы адре-

     са МП  80386  в адресные сигналы с низким активным уровнем для

     магистрали MULTIBUS I.

        Дешифратор адреса. Система MULTIBUS I обычно включает и об-

     щую, и локальную память.  Устройства ввода-вывода (УВВ)  также

     могут быть  расположены как на локальной магистрали,  так и на

     MULTIBUS I.  Отсюда следует,  что:  1) пространство адресов МП

     80386 должно  быть  разделено между MULTIBUS I и локальной ма-

     гистралью и 2) должен использоваться  дешифратор  адресов  для

     выбора одной из двух магистралей. Для выбора магистрали MULTI-

     BUS I требуются два сигнала:

        1. Сигнал  разрешения MULTIBUS I (MBEN) служит сигналом вы-

     бора контроллера магистрали 82288 и арбитра магистрали 82289 в

     схеме сопряжения  с MULTIBUS I.  Другие выходы ПЛМ дешифратора

     служат для выбора памяти и УВВ на локальной магистрали.

        2. Для обеспечения 16-разрядного цикла магистрали процессо-

     ру 80386 должен быть возвращен активный  сигнал  размера  шины

     BS16#. К уравнению ПЛМ,  описывающему условия возбуждения сиг-

     нала BS16#, могут быть добавлены дополнительные члены для дру-

     гих устройств, требующих 16-разрядной шины.

        Ресурсы ввода-вывода, подключенные к магистрали MULTIBUS I,

     могут  быть  отображены на отдельное пространство адресов вво-

     да-вывода,  независимых от физического расположения  устройств

     на магистрали I, либо отображены на пространство адресов памя-

     ти МП 80386.  Адреса УВВ, отображенных на пространство памяти,

     должны  декодироваться  для возбуждения правильных команд вво-



                                - 25 -



     да-вывода.  Это декодирование должно осуществляться  для  всех

     обращений  к памяти,  попадающих в область отображения адресов

     ввода-вывода.

        Адресные фиксаторы  и  приемопередатчики  данных.  Адрес во

     всех циклах магистрали должен  фиксироваться,  потому  что  по

     протоколу MULTIBUS  I  на  адресных входах должен удерживаться

     достоверный адрес по крайней мере 50 нс после того, как коман-

     да MULTIBUS  I становится пассивной.  Сигнал разрешения адреса

     (AEN#) на выходе арбитра магистрали 82289 становится активным,

     как только  арбитр получает управление магистралью MULTIBUS I.

     Сигнал AEN# действует как разрешающий для фиксаторов  MULTIBUS

     I. Как показано на рис. 6 выходной сигнал ALE# контроллера ма-

     гистрали 82288 фиксирует адрес от МП 80386.

                                                        Рис.6

       Адрес                           Данные

       А23-А0   │                      D15-D0  │

         ┌──────────────┐ ALE#         ┌───────────────┐ DEN

         │ Инвертирующий ├───────       │ Инвертирующие  ├─────

         │  фиксатор     │ (От 82288)   │ фиксаторы/прие-│

         └──────┬────────┘              │ мопередатчики  ├─────

       AD17#-   │                       └──────┬─────────┘ DT/R#

       AD0#                           DATF#-  │           (От 82288)

                                       DAT0#   





        Разряды данных  MULTIBUS  I  нумеруются в шестнадцатеричной

     системе, так что D15-D0 превращается в DATF#-DAT0#. Инвертиру-

     ющие факторы  и приемопередатчики вырабатывают низкий активный



                                - 26 -



     уровень для магистрали MULTIBUS I. Данные фиксируются только в

     циклах записи.  Во  время цикла записи адресными фиксаторами и

     фиксаторами -  приемопередатчиками  данных  управляют  входные

     сигналы ALE#,  DEN и DT/R# от контроллера 82288. В циклах чте-

     ния фиксаторы - приемопередатчики управляются сигналом локаль-

     ной магистрали RD#.  Если при использовании сигнала DEN за ло-

     кальным циклом записи немедленно последует цикл чтения  MULTI-

     BUS I,  на локальной магистрали МП 80386 возникнет конфликтная

     ситуация.





              4.4 Магистраль расширения ввода-вывода iSBX

        Магистраль iSBX независима от типа  процессора  или  платы.

     Каждый интерфейс  расширения  непосредственно  поддерживает до

     8-разрядных портов ввода-вывода. Посредством ведомых процессо-

     ров или процессоров с плавающей точкой обеспечивается расшире-

     ние адресных возможностей. Кроме того, каждый интерфейс расши-

     рения может  при  необходимости поддерживать канал ПДП со ско-

     ростью передачи до 2 Мслов/с

        Магистраль iSBX  включает  два  основных элемента:  базовую

     плату и модуль расширения.  Базовая плата - это любая плата  с

     одним или  несколькими  интерфейсами  расширения  ввода-вывода

     (коннекторами), удовлетворяющими электрическим и  механическим

     требованиям спецификации  Intel.  Естественно,  базовая  плата

     всегда является ведущим устройством,  она генерирует все адре-

     са, сигналы выбора и команды.

        Модуль расширения магистрали iSBX  представляет  собой  не-

     большую специализированную плату ввода-вывода,  подключенную к



                                - 27 -



     базовой плате.  Модуль может иметь одинарную или двойную шири-

     ну. Назначение  модуля  расширения  - преобразование протокола

     основной магистрали в  протокол  конкретного  устройства  вво-

     да-вывода.

        Расширение функций,реализуемых  каждой  системной   платой,

     подключенной к магистрали MULTIBUS I,  повышает производитель-

     ность системы,  потому что для  доступа  к  таким  резидентным

     функциям не требуется арбитраж магистрали.







                   4.5  Многоканальная магистраль

        Многоканальная магистраль представляет собой  специализиро-

     ванный электрический и механический протокол,  действующий как

     составная часть системы MULTIBUS I.  Эта магистраль предназна-

     чена  для  скоростной  блочной пересылки данных между системой

     MULTIBUS I и взаимосвязанными  перефирийными  устройствами.  В

     тех  случаях,  когда  требуется  пересылать  группу байтов или

     слов,  расположенных (или распологаемых)  по  последовательным

     адресам,  протокол блочной пересылки данных уменьшает непроиз-

     водительные потери.  Передача осуществляется в асинхронном ре-

     жиме  с  использованием  протокола подтверждений и с проверкой

     четности, обеспечивающей правильность передачи данных.

        Улучшению характеристик  системы  MULTIBUS  I  способствует

     уменьшение влияния на ее производительность  оборудования  па-

     кетного типа.  Потоки  данных  от пакетных устройств могут ис-

     пользовать интерфейс общего назначения.  Протокол многоканаль-

     ной магистрали  специально приспособлен для пакетных пересылок



                                - 28 -



     данных. Максимальный выигрыш в  производительности  получается

     при использовании двухпортовой памяти с доступом как со сторо-

     ны многоканальной магистрали, так и со стороны интерфейса MUL-

     TIBUS I.







               4.6  Магистраль локального расширения iLBX

        Магистраль iLBX предназначена для непосредственных скорост-

     ных передач  данных  между ведущими и ведомыми и обеспечивает:

     1) максимум два ведущих на магистрали,  что упрощает процедуру

     арбитража; 2)  асинхронный  по отношению к передаче данных ар-

     битраж магистрали;  3) минимум два и максимум пять  устройств,

     связанных с магистралью;  4) ведомые устройства,  определяемые

     как ресурсы памяти с байтовой адресацией,  и 5)  ведомые  уст-

     ройства, функции которых непосредственно контролируются сигна-

     лами линий магистрали iLBX.

        Увеличение локальных  (на плате) ресурсов памяти высокопро-

     изводительного процессора улучшает характеристики всей  систе-

     мы. Что  касается  других  специальных функций,  то наличие на

     процессорной плате памяти  повышает  производительность,  пос-

     кольку процессор  может адресовать непосредственно,  не ожидая

     результатов арбитража магистрали.  С другой  стороны,  в  силу

     пространственных ограничений  на  процессорной  плате  удается

     разместить память лишь небольшого обьема. Магистраль iLBX поз-

     воляет снизить эти пространственные ограничения. При использо-

     вании магистрали iLBX нет необходимости в размещении  дополни-

     тельной памяти  на процессорной плате.  Вся память (обьемом до



                                - 29 -



     нескольких десятков Мбайт),  адресуемая процессором,  доступна

     через магистраль  iLBX и представляется процессору размещенной

     на процессорной плате.  Наличие в системе памяти двух портов -

     одного для  обмена с магистралью iLBX,  а другого для обмена с

     магистралью MULTIBUS I - делает доступной  эту  память  другим

     компонентам системы. К магистрали iLBX можно подключить до пя-

     ти устройств. В число устройств должны входить первичный веду-

     щий и один ведомый.  Остальные три устройства не являются обя-

     зательными. Первичный ведущий управляет магистралью iLBX и ор-

     ганизует доступ вторичного ведущего к ресурсам ведомой памяти.

     Вторичный ведущий,  если он есть, предоставляет дополнительные

     возможности доступа к ведомым ресурсам по магистрали iLBX.







                          4.7   MULTIBUS II

        Архитектура системы MULTIBUS II является процесорно-незави-

     симой. Она  отличается наличием 32-разрядной параллельной сис-

     темной магистралью  с  максимальной  скоростью   передачи   40

     Мбайт/с, недорогой  последовательной  системной  магистрали  и

     быстродействующей локальной магистрали для доступа к отдельным

     платам памяти. MULTIBUS II включает пять магистралей Intel: 1)

     локального расширения (iLBX II),  2) многоканального доступа к

     памяти, 3) параллельную системную (iPSB),  4) последовательную

     системную (iSSB) и  5)  параллельную  расширения  ввода-вывода

     (iSBX).

        Структура с несколькими магистралями имеет преимущества пе-

     ред одномагистральной системой.  В частности каждая магистраль



                                - 30 -



     оптимизирована  для выполнения определенных функций,  а опера-

     ции на них выполняются параллельно. Кроме того, магистрали, не

     используемые в конкретной системе,  могут быть исключены из ее

     архитектуры, что  избавляет  от неоправданных затрат.  Три ма-

     гистрали из перечисленных кратко описаны ниже.







            4.7.1 Параллельная системная магистраль iPSB.

        Параллельная системная  магистраль  iPSB  используется  для

     межпроцессорных пересылок данных  и  взаимосвязи  процессоров.

     Магистраль поддерживает  пакетную передачу с максимальной пос-

     тоянной скоростью 40 Мбайт/с.

        Связной магистрали  представляет собой плату,  объединяющую

     функциональную подсистему.  Каждый связной  магистрали  должен

     иметь средства передачи данных между МП 80386,  его регистрами

     межсоединений и магистралью iPSB. Магистраль iPSB представляет

     каждому связному  магистрали  четыре пространства адресов:  1)

     обычного ввода-вывода, 2) обычной памяти 3) пространство памя-

     ти объемом  до  255 адресов для передачи сообщений и 4) прост-

     ранство межсоединений.  Последнее обеспечивает графическую ад-

     ресацию, при которой идентификация связного магистрали (платы)

     осуществляется по номеру позиции,  на которой установлена пла-

     та. Поскольку МП 80386 имеет доступ только к пространствам па-

     мяти или ввода-вывода,  пространства сообщений и межсоединений

     следует отображать на первые два пространства.

        Операции на магистрали iPSB осуществляются посредством трех

     циклов магистрали.  Цикл  арбитража определяет следующего вла-



                                - 31 -



     дельца магистрали.  Этот цикл состоит из двух фаз: фазы приня-

     тия решения,  на которой определяется приоритет для управления

     магистралью, и фазы захвата, когда связной с наивысшим приори-

     тетом начинает цикл пересылки.

        Второй цикл магистрали iPSB - цикл пересылки, реализует пе-

     ресылку данных между владельцем и другим связным.  Третий цикл

     iPSB - цикл исключения,  указывает на возбуждение исключения в

     течении цикла пересылки.







             4.7.2  Магистраль локального расширения iLBX II

        Магистраль локального расширения iLBX II  является  быстро-

     действующей магистралью,  предназначенной для быстрого доступа

     к памяти,  расположенной на отдельных платах.  Одна магистраль

     iLBX II поддерживает либо две процессорные подсистемы плюс че-

     тыре подсистемы памяти, либо одну процессорную подсистему плюс

     пять подсистем  памяти.  При необходимости иметь большой объем

     памяти система MULTIBUS II может включать более одной  магист-

     рали iLBX  II.  В системе на базе МП 80386 с тактовой частотой

     16 МГц типичный цикл доступа iLBX требует 6 циклов ожидания.

        Для магистрали  iLBX  характерны 32-разрядная шина данных и

     26-разрядная шина адресов.  Поскольку эти шины разделены, воз-

     никает возможность  конвейерных операций в цикле пересылки.  К

     дополнительным особенностям магистрали iLBX относятся:  1) од-

     нонаправленное подтверждение при быстрой пересылке данных,  2)

     пространство межсоединений (для каждого связного  магистрали),

     через которое первичный запрашивающий связной инициализирует и



                                - 32 -



     настраивает всех остальных связных магистрали,  и 3)  средство

     взаимного исключения,  позволяющее управлять многопортовой па-

     мятью.







              4.7.3  Последовательная магистраль iSSB

        Относительно дешевая  последовательная системная магистраль

     iSSB может использоваться вместо  параллельной  системной  ма-

     гистрали iPSB в тех случаях, когда не требуется высокая произ-

     водительность последней. Магистраль iSSB может содержать до 32

     связных магистрали, распределенных на длине максимум 10 м. Уп-

     равление магистралью ведется с помощью стандартного  протокола

     множественного доступа  с  опросом несущей и разрешением конф-

     ликтов (CSMA/CD).  Связные магистрали используют этот протокол

     для передачи данных по мере своей готовности.  В случае однов-

     ременного инициирования передачи двумя или несколькими связны-

     ми вступает  в действие алгоритм разрешения конфликтов обеспе-

     чивающий справедливое предоставление доступа всем  запрашиваю-

     щим связным.







                                  5.1 Ведущие

        Ведущим является любой  модуль,  который  обладает  возмож-

     ностью захвата магистрали. Модуль захватывает магистраль с по-

     мощью логических схем обмена и инициирует передачу  данных  по

     магистрали,  используя  для  этого либо встроенные процессоры,



                                - 33 -





     либо специальные логические схемы.  Ведущие генерируют сигналы

     сигналы  управления,  адресные сигналы,  а также адреса памяти

     или устройств ввода-вывода.

        Ведущий может  работать  в одном из двух режимов:  режиме 1

     или режиме 2.  В режиме 1 ведущий ограничен одной передачей по

     магистрали через каждое подключение к шине. Если все ведущие в

     системе используют режим 1,  скорость работы системы ограничи-

     вается максимальной величиной цикла занятости магистрали.  Это

     позволяет разработчикам  прогнозировать  общую  производитель-

     ность конкретной системы.

        В режиме 2 у ведущих больше возможностей захвата  магистра-

     ли,  они могут инициировать обмен с наложением на текущую опе-

     рацию.  В этом режиме разрешены тайм-ауты магистрали, и опера-

     ции  ведущих  не ограничены максимальной величиной цикла заня-

     тости магистрали. Режим 2 обеспечивает широкий класс операций,

     что придает системе гибкость при удовлетворении запросов поль-

     зователей.



















                              5.2 Ведомые



                                - 34 -



                        Устройства ввода-

                        вывода пользователя ╔═════════╤═════╤═══════╗

                                          ║ Ведущий │ ЦП  │       ║

                            │       │       ║         └─────┘       ║                         - 12 -

 ╔══════════════════╗   ╔═══════════════╗ ╟────────┐      ┌──────╢

 ║ Ведомый          ║   ║ Ведомый         ║ ║ Обмен с│   │   │Ввод- ║

 ║                  ║   ╟────────┬────────╢ ║ магис- │   │   │вывод ║

 ║  Глобальный      ║   ║Парал-  │Последо-║ ║ тралью │   │   └──────╢

 ║  (системный)     ║   ║лельный │ватель- ║ ╟──┬─────┘   │   ┌──────╢

 ║  ввод-вывод      ║   ║ввод-вы-│ный ввод║ ║  │         │_─_│Память║

 ║                  ║   ║вод     │вывод   ║ ║  │            └──────╢

 ║                  ║   ╟────────┴────────╢ ║  │       ┌─────┐      ║

 ╚═╤════════════════╝   ║   Глобальный    ║ ║  └──────_│Буфер│      ║

   │                 ║   (системный)   ║ ║          └─┬───┘      ║

   │    │    │    │     ║   ввод-вывод    ║ ║            │          ║       ║

   │    │    │    │     ╚═╤═══════════════╝ ╚════════════╪══════════╝

   │    │    │    │       │                           │

   │    │    │    │       │   │    │    │                │

   │а   │б   │в   │г      │а  │б   │в   │г               │

   │    │    │    │       │   │    │    │                │

           │    │              │    │                

  _══════════╧════╧════════════════╧════╧══════════════════════════_

                             Шина                Рис. 7

    Буквами обозначено:  а - Подтверждение; б - Данные; в - Ад-

                         рес; г - Команда;









                                - 35 -



        Ведомые выполняют лишь функции получателей в процессе  реа-

     лизации запросов на передачу данных. Ведомые декодируют состо-

     яние адресных линий и действуют в соответствии с сигналами уп-

     равления  от ведущих.  На рис.  7 изображены примеры ведущих и

     ведомых на магистрали MULTIBUS.





                          5.3 Операции на магистрали

        Система MULTIBUS  допускает  наличие  нескольких ведущих на

     магистрали, каждый из которых захватывает магистраль  по  мере

     возникновения необходимости  в  передаче данных.  Ведущие осу-

     ществляют захват магистрали с помощью  специальной  последова-

     тельности обмена. В эту последовательность входят шесть сигна-

     лов, позволяющих ведущему определять,  свободна ли  магистраль

     и нет ли запросов на ее захват от других ведущих с более высо-

     ким приоритетом, а также захватывать и освобождать магистраль.

        Арбитраж приоритетов. Система предусматривает две схемы ар-

     битража приоритетов: последовательную и параллельную. В после-

     довательной схеме  приоритет  ведущего  определяется с помощью

     последовательной цепочки, в которой выход разрешения от каждо-

     го модуля  соединяется с входом разрешения модуля с более низ-

     ким приоритетом.  На одном конце цепочки оказывается модуль  с

     наивысшим приоритетом, на другом конце - с наинизшим.

        Приоритет в последовательной схеме определяется при  каждом

     запросе магистрали. Если магистраль не захвачена ведущим с бо-

     лее высоким или равным приоритетом,  запрос  данного  ведущего

     удовлетворяется. Число ведущих,  обьединенных последовательной

     цепочкой, ограничено временем прохождения по  цепочке  сигнала



                                - 36 -



     приоритета, которое не должно превышать длительности цикла ма-

     гистрали. Если используется частота 10 МГц,  в  цепочке  может

     быть не более трех ведущих.

        В параллельной схеме доступом к магистрали ведает специаль-

     ный арбитр.  При  этом  определение очередного ведущего на ма-

     гистрали производится на основе списка фиксированных приорите-

     тов или каким-то другим способом, заданны в системе. На рис. 6

     показана одна из схем параллельного арбитража.





                      5.4  Архитектура магистрали

        В магистраль MULTIBUS входят 16 линий данных,  20  адресных

     линий, 8 линий многоуровневых прерываний, а также линии управ-

     ления и арбитража.  Такое большое количество  линий  позволяет

     одновременно использовать  в системе и 8- и 16-разрядные веду-

     щие модули.

        Система MULTIBUS использует собственный тактовый генератор,

     независимый от тактовых генераторов обьединяемых модулей.  На-

     личие независимого  генератора  позволяет использовать магист-

     раль ведущими с различными тактовыми частотами, причем они мо-

     гут выходить на магистраль асинхронно по отношению друг к дру-

     гу.















                                - 37 -



                                                         Рис.8

                     ┌──────────┐

                ┌────┼───┐      │ Выходы для других

                │    │   │      │  ведущих

                │    │  ┌┴┴┴┴┴┴┴┴┐

                │    │  ├12345678│

                │    │  ├────────┤  Арбитр

                │    │  │        │  магистрали

                │    │  │12345678│

                │    │  └┬┬┬┬┬┬┬┬┘ Выходы для других

┌─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─│ ─ ─│ ─ │─ ─ ─ ┘   ведущих

│               │    │  ┌┘ └─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ── ─ ─┐

                └────┼──────────────────────────┬──────────────────────┐

│┌─────────────────┐ │  │   ┌─────────────────┐   │ ┌─────────────────┐│

 │ Ведущий         │ │      │ Ведущий         │ │   │Ведущий          ││

└┤ Вход разрешения │ │  └─ ─┤ Вход разрешения │ │ └─┤Вход разрешения  ││

 │ приоритета      │ │      │ приоритета      │ │   │приоритета       ││

 │       Запрос    ├─┘      │       Запрос    ├─┘   │      Запрос     ├┘

 │       магистрали│        │       магистрали│     │      магистрали │

 └─────────────────┘        └─────────────────┘     └─────────────────┘

    Приоритет 8                 Приоритет 1            Промежуточный

     (низший)                    (высший)                приоритет

                                                       (между 1 и 8)







     Принципы арбитража  в системе MULTIBUS позволяют медленным ве-

     дущим равноправно конкурировать за захват  магистрали.  Однако



                                - 38 -



     после того,  как модуль захватил магистраль, скорость передачи

     определяется возможностями передающего и принимающего модулей.

        Основное назначение магистрали MULTIBUS в обеспечении кана-

     ла для передачи данных между модулями,  подключенными к  шине.

     Система позволяет использовать платы с различными возможностя-

     ми, изменять ширину шин данных и адресов  ввода-вывода,  уста-

     навливать атрибуты прерываний.

        Для реализации  мультипроцессорных  возможностей   системы,

     построенной на основе МП 80386, и для увеличения ее производи-

     тельности разработана магистраль MULTIBUS II. В новую архитек-

     туру  включена  передача  сообщений,  способствующая повышению

     производительности мультипроцессорной системы. При использова-

     нии передачи сообщений все пересылки по магистрали выполняются

     с максимально возможной скоростью пакетами  32-разрядных  дан-

     ных.

         В дополнение к передаче сообщений модули платы MULTIBUS II

     обеспечивают виртуальные прерывания,  географическую адресацию

     и распределенный арбитраж.  При наличии виртуальных прерываний

     один процессор может выполнять запись в специальные ячейки па-

     мяти другого процессора,  что  почти неограничено  увеличивает

     гибкость механизма прерываний.

        Географическая адресация,  реализуемая с помощью  смонтиро-

     ванных на плате регистров межкомпонентных соединений,  обеспе-

     чивает пространство межкомпонентных соединений для программных

     конфигураций  законченных  комплексных систем.  Распределенный

     арбитраж предоставляет модулям MULTIBUS II  столько  отдельных

     уровней арбитража, сколько в системе имеется плат (или гнезд).

     В этом случае все платы в системе имеют  одинаковый  приоритет



                                - 39 -



     относительно  времени доступа к магистрали,  что предотвращает

     блокирование плат с низким приоритетом ведущими платами  высо-

     кой производительности.

        Ключевым вопросом при построении систем на основе магистра-

     ли MULTIBUS является нахождение оптимального соотношения между

     требуемыми и фактическими характеристиками.  Для каждого  эле-

     мента характерно  индивидуальное множество присущих ему харак-

     теристик. Взаимодействие двух таких  элементов  ограничивается

     множеством характеристик, которое определяется как пересечение

     множеств характеристик обоих элементов.  В  некоторых  случаях

     пересечение может  быть пустым,  что приводит к принципиальной

     неработоспособности системы.





                       6.1 Процессоры выше 80386.

        Основными процессорами,  на  которых  собиратеся  подавляю-

     щее большинство современных компьютеров,  являются 2 процессоры

      2фирмы Intel типа 486 (SX, DX, DX2, OverDrive) и Pentium. 0 Сис-

     темные платы на процессорах 386SX  и  386  DX  применяются  в

     очень небольшом  количестве в самых недорогих системах,  а на

     286 процессоре не выпускаются вообще. Фирма Intel в настоящее

     время производит  следующие  типы процессоров семейства 486 и

     Pentium:

        - 486SX-25, 486SX-33, 486SX2-50;

        - 486DX-33, 486DX2-50, 486DX-50, 486DX2-66;

        - 486DX4-75, 486DX4-100;

        - Pentium 60, Pentium 90, Pentium 100.

        Все процессоры семейства 486 имеют 32-разрядную архитекту-



                                - 40 -



     ру, внутреннюю кэш-память 8 КВ со сквозной записью (у  DX4  -

     16 КВ).  Модели SX не имеют встроенного сопроцессора.  Модели

     DX2 реализуют механизм внутреннего удвоения  частоты  (напри-

     мер, процессор  486DX2-66  устанавливается на 33-мегагерцовую

     системную плату),  что позволяет поднять быстродействие прак-

     тически в  два раза,  так как эффективность кэширования внут-

     ренней кэш-памяти составляет почти 90  процентов.  Процессоры

     семейства DX4  - 486DX4-75 и 486DX4-100 предназначены для ус-

     тановки на 25-ти и 33-мегагерцовые платы.  По  производитель-

     ности они занимают нишу между DX2-66 и Pentium-60/66,  причем

     быстродействие компьютеров на 486DX4-100 вплотную приближает-

     ся к  показателям  Pentium 60.  Напряжение питания составляет

     3,3 вольта,  то есть их нельзя устанавливать на обычные  сис-

     темные платы.  Процессор  486DX4-75 предназначен прежде всего

     для использования к компьютерам типа Notebook, а 486DX4-100 -

     в настольных системах.  К сожалению,  Intel ограничивает пос-

     тавки процессоров 486DX4-100,  а цены на них установил на су-

     щественно более высоком уровне,  чем на Pentium 60, чтобы из-

     бежать конкуренции между собственными продуктами.  По  мнению

     Intel, когда  начнутся  массовые  поставки  этих  процессоров

     (первый квартал 1995 года), их стандартным применением станут

     уже только системы самого начального уровня.

         2Процессор Pentium 0 является одним из самых мощных в настоя-

     щее время.  Он  относится  к процессорам с полным набором ко-

     манд, хотя его ядро имеет риск-архитектуру.  Это 64-разрядный

     суперскалярный процессор  (то  есть выполняет более одной ко-

     манды за цикл),  имеет 16 КВ внутренней кэш-памяти - по 8  КВ

     отдельно для данных и команд,  встроенный сопроцессор. В нас-



                                - 41 -



     тоящее время наиболее широко выпускается процессор на 60  MHz

     _уд по всему, именно этот процессор выбран фирмой Intel в ка-

     честве основного на конец текущего и начало 1995 годка, кото-

     рый должен прийти на смену семейству 486. Процессор на 66 MHz

     выпускается в незначительных количествах,  начат выпуск моде-

     лей на 90 и 100 MHz.

         2Несколько слов о процессорах семейства OverDrive. 0 В основ-

     ном это процессоры с внутренним удвоением частоты, предназна-

     ченные для замены процессоров SX. Что касается широко разрек-

     ламированного в  свое  время  процессора  OverDrive на основе

     Pentium (так называемый P24T или Pentium SX),  то  сроки  его

     выпуска неоднократно срывались. Сейчас начало выпуска перене-

     сено на последнюю  четверть  текущего  года.  Хотя  на  рынке

     представлено очень много системных плат,  предназначенных для

     установки кроме 486 процессоров и процессора Р24Т,  использо-

     вать его  на  этих платах скорее всего будет нельзя,  так как

     никакого тестирования плат с этим процессором изготовители не

     проводят ввиду его отсутствия, а ориентируются при изготовле-

     нии только  на  опубликованную  фирмой  Intel   спецификацию.

     Представители фирмы  Intel  заявили  недавно,  что существуют

     серьезные сомнения в работоспособности большинства этих  плат

     в связи с недостаточной проработкой вопрсово, связанных с пе-

     регревом процессоров.

        Поскольку при  работе с существующим программным обеспече-

     нием процессоры Pentium не  достигают  максимального  быстро-

     действия, фирма  Intel  для  оценки  производительности своих

     процессоров предложила специальный индекс - iCOMP (Intel COm-

     parative Microprocessor Performance),  который, по ее мнению,



                                - 42 -



     более точно отражает возрастание производительности при пере-

     ходе к  новому поколению процессоров (некоторые из выпущенных

     уже моделей компьютеров на основе Pentium при выполнении  оп-

     ределенных программ  демонстрируют  даже  меньшее быстродейс-

     твие, чем компьютеры на основе 486DX2-66,  это связано как  с

     недостатками конкретных системных плат, так и с неоптимизиро-

     ванностью программных кодов).  Производительность  процессора

     486SX-25 принимается  за 100.  Производительность других про-

     цессоров, которые  останутся  в  ближайшей   производственной

     программе фирмы Intel, представлена в следующей таблице:



                                                      1Таблица 0 1

       ┌──────────────────────────┬──────────────────────────┐

       │                          │                          │

       │         МОДЕЛЬ           │      ИНДЕКС iCOMP        │

       ╞══════════════════════════╪══════════════════════════╡

       │       486SX2-50          │           180            │

       ├──────────────────────────┼──────────────────────────┤

       │       486DX2-50          │           231            │

       ├──────────────────────────┼──────────────────────────┤

       │       486DX2-66          │           297            │

       ├──────────────────────────┼──────────────────────────┤

       │       486DX4-75          │           319            │

       ├──────────────────────────┼──────────────────────────┤

       │       486DX4-100         │           435            │

       ├──────────────────────────┼──────────────────────────┤

       │       Pentium-60         │           510            │

       └──────────────────────────┴──────────────────────────┘



                                - 43 -



     (продолжение таблицы 1)

       ┌──────────────────────────┬──────────────────────────┐

       │       Pentium-66         │           567            │

       ├──────────────────────────┼──────────────────────────┤

       │       Pentium-90         │           735            │

       ├──────────────────────────┼──────────────────────────┤

       │       Pentium-100        │           815            │

       └──────────────────────────┴──────────────────────────┘



        Более того, именно величина производительности с использо-

     ванием индекса iCOMP используется фирмой Intel в новой систе-

     ме маркировки процессоров Pentium. например, 735\90 и 815\100

     для тактовой частоты 90 и 100 MHz.

        Кроме фирмы Intel,  на рынке  широко  представлены  другие

     фирмы, выпускающие  клоны  семейств 486 и Pentium. 2  Фирма AMD

      2производит 486DX-40, 486DX2-50, 486DX2-66. Готовятся к выпус-

      2ку процессоры 486DX@-80 и 486DX4-120. 0 Они обеспечивают полную

     совместимость со всеми ориентированными  на  платформу  Intel

     программными продуктами и такую же производительность,  как и

     аналогичные изделия фирмы Intel (при одинаковой тактовой час-

     тоте). Кроме того,  они предлагаются по более низким ценам, а

     процессор на 40 MHz6 отсутствующий в  производственной  прог-

     рамме Intel, конкурирует с 486DX-33, превосходя его по произ-

     водительности на 20 процентов при меньшей стоимости.

         2Фирма Cyrix разработала процессоры М6 и  0М7 2  (аналоги 486SX

      2и 486 0DX 2) на тактовые частоты 33 м 40 MHz, а также с удвоением

      2частоты DX2-50  и  DX2-66. 0  Они имеют более быстродействующую

     внутреннюю кэш-память 8 КВ с обратной запписью и более  быст-



                                - 44 -



     рый встроенный сопроцессор. По некоторым операциям производи-

     тельность выше, чем у процессоров фирмы Intel, по некоторым -

     несколько ниже. Соответственно, существенно различаются и ре-

     зультаты на разных тестирующих программах.  Цены на 486  про-

     цессоры Cyrix значительно ниже, чем на Intel и AMD. Подготов-

     лен к выпуску совместимый с Pentium 2 процессор М1 0, который мо-

     жет составить  ему серьезную конкуренцию,  так как будет пре-

     восходить его при работе с рассчитанными на  486  процессоры,

     то есть не оптимизированным под Pentium,  программным обеспе-

     чением. По оценкам Intel,  эффективность Pentium при работе с

     такми программным обеспечением составляет около 70 процентов,

     Cyrix же обещает 90, так как архитектура М1 более "рисковая":

     он имеет 32 регистра вместо 8 и систему их динамической пере-

     адресации для обеспечения совместимости.  В то же время М1 по

     операциям с плавающей точкой уступает процессору фирмы Intel.

         2Cобственные варианты процессоров семейства 486 - 486SX-33,

      2486SX-40, 486SX-80,  486DX-40 предлагает фирма UMC. 0  Они пол-

     ностью совместимы с процессорами Intel. Из-за патентных огра-

     ничений они не поставляются в США.

        Первый клон процессора Pentium - изделие под названием 586

     - выпустила фирма NexGen. Этот 64-разрядный процессор рассчи-

     тан на работу на тактовых частотах 60 и 66 MNz,  построен  на

     основе запатентованной  суперскалярной  архитектуры  RISC86 и

     полностью совместим с семейством 80х86.  Напряжение питания -

     3,3 вольта. Стоимость его существенно ниже, чем у Pentium.

        Для самых простых систем фирмой Texas Instruments  продол-

     жается выпуск дешевых, но эффективных процессоров 486DLC, ко-

     торые, занимая промежуточное положение между 386  и  486  се-



                                - 45 -



     мейством (они выполнены в конструктиве 386 процессора0, обес-

     печивают производительность на уровне 486 процессора при цене

     386. Новая  версия  - 486SXL с увеличенной до 8 КВ внутренней

     кэш-памятью еще ближе приближается к характеристикам 486  се-

     мейства.

        Все большую популярность завоевывают 2  риск-процессоры  се-

      2мейства Power PC 601 (IBM,  Apple,  Motorola) 0,  которые имеют

     отличную от Intel архитектуру (в основе -  архитектура  Power

     фирмы IBM  с  внутренней  кэш-памятью 32 КВ).  Полагают,  что

     именно конкуренция между Power PC и  Pentium  является  самым

     существенным фактором для развития рынка процессоров и персо-

     нальных компьютеров.  Power PC 601 примерно в два раза дешев-

     ле, чем  Pentium,  потребляет  в  два раза меньшую мощность и

     превосходит Pentium по производительности, особенно по опера-

     циям с плавающей точкой.  Сначала на процессоре 601 была реа-

     лизована только система 6000 фирмы IBM и PowerMac фирмы  App-

     le. В  настоящее время большинство производителей компьютеров

     имеют свои варианты систем на базе Power PC,  однако  решение

     об их производстве будет определяться прежде всего складываю-

     щейся конъюнктурой.