Обзор процессоров и шин ПВМ начиная с 386 машин


Сдавался/использовался	1995/03/10, Московский институт радиотехники электроники и автоматики, кафедра АСОИУ при ИнтерЭВМ
Примечание	Обзор процессоров и шин ПВМ начиная с 386 машин
	Загрузить архив:
	Файл: obzoribm.zip (26kb [zip], Скачиваний: 23) скачать

Московский институт радиотехники электроники и автоматики

кафедра АСОИУ при ИнтерЭВМ

_РЕ ФЕР АТ

_Тема:. Обзор процессоров и шин ПВМ

начиная с 386 машин.

- 2 -

1.Введение в МП 80386 фирмы Intel

МП вышелна рынок с уникальным преимуществом.Он является

первым 32 - разрядным МП,для которого пригодносуществующее

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 кновой, тоговорято совместимостиснизу

вверх. Совместимость снизу вверх на обьектном уровне поддержи-

вает капиталовложенияконечного пользователявпрограммное

обеспечение,поскольку новаясистемапросто заменяет более

медленную старую. Микропроцессор 80386 совместим снизу вверх с

предыдущими поколениями МП фирмы Intel. Это означает что прог-

раммы написанные специально для МП 80386и использующиеего

специфические особенности,обычно не работают на более старых

моделях. Однако,так как набор команд МП 80386 и егомодули

обработки являютсярасширениями набора команд предшествующих

моделей, программное обеспечение последних совместимоснизу

вверх с МП 80386.

Специфическими особенностями МП 80386 являютсямногозадач-

ность, встроенноеуправлениепамятью, виртуальная память с

разделением на страницы,защита программ ибольшое адресное

пространство.Аппаратная совместимость с предыдущими моделями

сохранена посредством динамического изменения разрядностима-

гистрали. МП80386выполнен 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 80386предусматриваетпереключение

программ, выполняемыхпод 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.Процессоропределяет адресное пространство как

один или несколько сегментов памяти любого размера в диапазоне

от 1 байт до 4 Гбайт (4*25300 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 ранжированногоряда.

Это означает,чторазным задачам или программам могут быть

присвоены определенные уровни,которые используются для дан-

ной задачи. Схема поддержки программМП 80386 представлена на

рис 1.

Заметим, чтона рисунке некоторые биты регистров являются

неопределенными или отмечены как зарезервированные фирмойIn-

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 предварительноописать общую схему его работы и архитек-

туру.

В данном реферате не раскрывается более подробно значения

некоторых специфических слов и понятий,считая,что читатель

предварительноознакомился сМП8086 иМП80286 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 к32-раз-

рядным регистрам.Механизм адресации,размеры памяти и обра-

ботка прерываний МП 8086 полностьюсовпадают саналогичными

функциями МП 80386 в реальном режиме.

Единственным способом выхода из реального режима является

явное переключениев защищенный режим.В защищенный режим МП

80386 входит при установке бита включения защиты (РЕ) внуле-

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

- 6 -

to CR0). Для совместимости с МП 80286 с целью установкибита

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 всемантикеМП

8086 (т.е.вотношениях между символами и приписываемыми им

значениями независимо от интерпретирующегоихоборудования).

Это позволяетвыполнятьна 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 компьютернойсистемы физическирасположены

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 временииспользоватьодну линию (последовательная

шина). На рис 2.нарисовано типичное подключение устройствк

шине данных. рис.2

┌───────────┐ ┌───────────┐

│ Устройство││Устройство │

│вывода ││ввода │

└───┬──┬────┘ └───┬──┬────┘

││ ││

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

│ ОЗУ │ │ ПЗУ │ │Выходной ││Входной │

│ │ │ │ │ буфер ││ буфер │

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

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

──┴┼┼┼┼┼┼┼────┴┼┼┼┼┼┼┼─────┴┼┼┼┼┼┼┼──────┴┼┼┼┼┼┼┼──┤D400 П │

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

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

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

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

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

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

─────────┴───────────┴────────────┴─────────────┴──┤D470 о │

│ р │

└─────┘

- 8 -

3.1 Шина с тремя состояниями

Шина с тремя состояниями напоминает телефонную линию общего

пользования, к которойподключено много абонентов. Три состо-

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

высокого импеданса.Состояние высокогоимпедансапозволяет

устройству или процессоруотключиться от шины и не влиять на

уровни, устанавливаемые на шине другими устройствами илипро-

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. Когдаустройство активизировано,онопомещает свои

данные на шину, все же остальные потенциальные ведущие перево-

дятся в пассивное состояние.

К шине можетбытьподключено многоприемных устройств -

получателей. Обычно данные на шине предназначаются толькодля

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

ределяет для кого именно. Управляющая логика возбуждает специ-

альные стробирующиесигналы, чтобыуказать получателю когда

ему следует принимать данные.Получатели и отправителимогут

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

чу, либо прием) и двунаправленными (осуществлять и тоидру-

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

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

║

~ Линия шины

Шинная (магистральная)организация получила широкое расп-

ространение, поскольку в этом случае все устройства используют

единый протоколсопряжения 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 длявыбора требуемойячейки

памяти или устройстваввода-выводапутем 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 такжемо-

менты передачи.

Магистральная организация предпологает,как правило, нали-

чие управляющего модуля,который выступает в роли директора -

распорядителя при обмене данными.Основное назначениеэтого

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 установленонашине,

- 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 онявляется

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 получателювответ на

импульс, возбуждаемыйуправляющим 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 данныхноситназвание 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. Передачуданныхот

отправителя получателюможно координироватьс помощью линий

состояния, сигналы на которых отражаютусловияработы 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, передачаосуществляетсялишь в том случае, если получа-

тель и отправитель сигнализируют о своейготовности.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 соответствиис 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 кдру-

гой называетсяциклом магистрали (или часто машинным циклом).

Частота этих циклов определяется тактовыми сигналами ЦП.Дли-

тельность цикламагистрали связана с частотой тактовых сигна-

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

Наиболее современные схемы работают на частоте до 24 МГц.

3.4Порты ввода-вывода

Адресное пространство ввода-вывода организовано в виде пор-

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

торым происходитпараллельная 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 приняторассматри-

вать относительно самого процессора.Входной порт - это любой

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

разом подключаетсяк 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 координироватьскорость

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 портоввво-

да-вывода. Существуюттривида 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 уровеньсигнала

на этом выводе (или в зависимости от типа процессора понижает

- 14 -

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

сохраняет содержимоепрограммного счетчика в соответствующем

стеке и переходит на выполнение программы, называемой програм-

мой обработки прерываний, чтобы завершить передачу данных.

ПДП тоже инициируется устройством.Передача данныхмежду

памятью иустройством 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 взаимодействуетс 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 ипериферий-

ными устройствамивыполняютсяасинхронно. 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,

обозначающийначало посылки.Заэтим 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 удобствапроектированияинтерфейса 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 функционирующиенезависимо 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 аб вгд ─────┬─────

└─────┤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 " Данныегото-

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 общемтактовом генераторе,синхронизирующем

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

чике УСАПП предусмотрена двойная буферизация,поэтому следую-

щий байтданных может приниматься из процессора,как только

текущий байт подготовлен для передачи.

Выпускаются микросхемыУСАПП со скоростями передачи до 200

Кбод. Скорость работы передатчика и приемника (не обязательно

одинаковые)устанавливаютсяс помощьювнешних генераторов,

частота которых должна в 16 раз превышатьтребуемуюскорость

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,являетсяважнейшим элементом вычислительной

системы. Магистраль позволяет многочисленным компонентам сис-

темы взаимодействовать друг с другом.Кроме того, в структуру

магистрали заложены возможности возбужденияпрерываний,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 MULTIBUSатрибутов

ведущего и ведомого.

4.1 Магистрали MULTIBUS I/II.

Одним изнаиболее 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 совместноеиспользование системных ресурсов.Последнее

обстоятельство играет важную рольв существенномувеличении

производительности всей системы. Кроме того, системная магист-

раль обеспечивает передачу данных сучастием памятииуст-

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 предложенныефир-

- 19 -

мой Intel архитектуры MULTIBUS I и II, обеспечивающие коммуни-

кационный канал для координации работы самых разнообразных вы-

числительных модулей.

MULTIBUS Iи 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 иадресаисами адреса памяти или устройства вво-

да-вывода. Для выполнения этих действий ведущийоборудуется

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 отменитьдействия логикиуправлениямагист-

ралью, если ему необходимо гарантировать для себя использова-

ние циклов магистрали. Такая операция носит название "блокиро-

вания"магистрали; онавременно предотвращает использование

магистрали другими ведущими.

Другой важной особенностью магистрали являетсявозможность

подключения многих ведущих модулей с целью образования многоп-

роцессорных систем.

MULTIBUS Iпозволяет передать8- 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.

4.2MULTIBUS 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. Прощеиспользоватьинтерфейс, совместимыйсМП

80286. Основные черты этого интерфейса описаны ниже.

Интерфейс магистрали MULTIBUS I состоит изсовместимогос

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 открываетвыходы

контроллера 82288.

Взаимодействие между процессором 80386 и этимидвумяуст-

ройствами осуществляетсяс помощьюПЛМ,в которые записаны

программы генерации и преобразования необходимых сигналов. Ар-

битр 82289 вместе с арбитрами магистрали других вычислительных

подсистем координируетуправление магистральюMULTIBUS I,

обеспечивая управляющиесигналы, необходимыедля получения

доступа к ней.

В системеMULTIBUS 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. Логикаарбитражамагистрали 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 сбо-

лее высоким или более низким приоритетом в соответствии с за-

ранее установленной схемой приоритетов.

Возможны два варианта процедуры управления занятием магист-

рали: с последовательными параллельнымприоритетом.Схема

последовательного приоритетареализуется 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 принимаетвходные сигналы

BPRN # от всех арбитров магистрали и возвращает активный сиг-

нал BPRО # запрашивающему арбитру с максимальнымприоритетом.

Максимальное число арбитров , участвующих в схеме с параллель-

ным приоритетом, определяется сложностью схемы дешифрации.

После завершенияцикла MULTIBUS I арбитр,занимающий ма-

гистраль, либо продолжает ее удерживать,либоосвобождает с

передачей другомуарбитру. Процедура освобождения магистрали

может быть различной.Арбитр может освобождатьмагистраль в

конце каждого цикла,удерживать магистраль до тех пор пока не

будет затребована ведущим сболее высокимприоритетом,или

освобождать магистральпри поступлении запроса от ведущего с

любым приоритетом.

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

Адреса системырасположены вдиапазоне256 кбайт (между

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

данных представляют младшую половину (младшие 16 разрядов) 32-

разрядной шиныданных 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 80386в 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 должнобытьразделено между MULTIBUS I и локальной ма-

гистралью и 2) должен использоватьсядешифратор адресовдля

выбора одной из двух магистралей. Для выбора магистрали MULTI-

BUS I требуются два сигнала:

1. Сигналразрешения MULTIBUS I (MBEN) служит сигналом вы-

бора контроллера магистрали 82288 и арбитра магистрали 82289 в

схеме сопряженияс 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 активныйсигналразмера 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 бытьотображены 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 декодироватьсядля возбуждения правильных команд вво-

- 25 -

да-вывода. Это декодирование должно осуществляться длявсех

обращений к памяти,попадающих в область отображения адресов

ввода-вывода.

Адресные фиксаторыи приемопередатчикиданных.Адрес во

всех циклах магистрали долженфиксироваться,потому чтопо

протоколу MULTIBUSI наадресных входах должен удерживаться

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

да MULTIBUSI 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 фиксаторовMULTIBUS

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 данныхMULTIBUS Iнумеруются в шестнадцатеричной

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

ющие факторыи приемопередатчики вырабатывают низкий активный

- 26 -

уровень для магистрали MULTIBUS I. Данные фиксируются только в

циклах записи.Во время цикла записи адресными фиксаторами и

фиксаторами -приемопередатчикамиданных управляютвходные

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 чтенияMULTI-

BUS I, на локальной магистрали МП 80386 возникнет конфликтная

ситуация.

4.4 Магистраль расширения ввода-вывода iSBX

Магистраль iSBX независима от типапроцессора илиплаты.

Каждый интерфейсрасширения непосредственноподдерживает 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 можетпри необходимости поддерживать канал ПДП со ско-

ростью передачи до 2 Мслов/с

Магистраль iSBXвключает дваосновных элемента:базовую

плату и модуль расширения.Базовая плата - это любая платас

одним или несколькимиинтерфейсамирасширения ввода-вывода

(коннекторами), удовлетворяющими электрическим имеханическим

требованиям спецификацииIntel. Естественно,базоваяплата

всегда является ведущим устройством,она генерирует все адре-

са, сигналы выбора и команды.

Модуль расширения магистрали iSBXпредставляет собойне-

большую специализированную плату ввода-вывода,подключенную к

- 27 -

базовой плате.Модуль может иметь одинарную или двойную шири-

ну. Назначениемодуля расширения- преобразование протокола

основной магистрали впротокол конкретногоустройствавво-

да-вывода.

Расширение функций,реализуемыхкаждой системной платой,

подключенной к магистрали MULTIBUS I,повышает производитель-

ность системы,потому что длядоступа ктакимрезидентным

функциям не требуется арбитраж магистрали.

4.5Многоканальная магистраль

Многоканальная магистраль представляет собойспециализиро-

ванный электрический и механический протокол,действующий как

составная часть системы MULTIBUS I.Эта магистраль предназна-

чена дляскоростнойблочной пересылки данных между системой

MULTIBUS I и взаимосвязаннымиперефирийными устройствами.В

тех случаях,когдатребуется пересылатьгруппу байтов или

слов, расположенных (или распологаемых) попоследовательным

адресам, протокол блочной пересылки данных уменьшает непроиз-

водительные потери.Передача осуществляется в асинхронном ре-

жиме сиспользованиемпротокола подтверждений и с проверкой

четности, обеспечивающей правильность передачи данных.

Улучшению характеристиксистемы MULTIBUSIспособствует

уменьшение влияния на ее производительностьоборудованияпа-

кетного типа.Потоки данныхот пакетных устройств могут ис-

пользовать интерфейс общего назначения.Протокол многоканаль-

ной магистралиспециально приспособлен для пакетных пересылок

- 28 -

данных. Максимальный выигрыш впроизводительностиполучается

при использовании двухпортовой памяти с доступом как со сторо-

ны многоканальной магистрали, так и со стороны интерфейса MUL-

TIBUS I.

4.6Магистраль локального расширения iLBX

Магистраль iLBX предназначена для непосредственных скорост-

ных передачданных 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 пятьустройств,

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 всейсисте-

мы. Что касаетсядругихспециальных функций,то наличие на

процессорной плате памяти повышаетпроизводительность,пос-

кольку процессорможет адресовать непосредственно,не ожидая

результатов арбитража магистрали.С другой стороны,всилу

пространственных ограниченийна процессорнойплатеудается

разместить память лишь небольшого обьема. Магистраль iLBX поз-

воляет снизить эти пространственные ограничения. При использо-

вании магистрали iLBX нет необходимости в размещениидополни-

тельной памятина процессорной плате.Вся память (обьемом до

- 29 -

нескольких десятков Мбайт),адресуемая процессором,доступна

через магистральiLBX 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 доступнойэтупамять 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 магистральюс максимальнойскоростью передачи 40

Мбайт/с, недорогойпоследовательнойсистемной магистралии

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) и5) параллельнуюрасширенияввода-вывода

(iSBX).

Структура с несколькими магистралями имеет преимущества пе-

ред одномагистральной системой.В частности каждая магистраль

- 30 -

оптимизированадля выполнения определенных функций,а опера-

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

используемые в конкретной системе,могут быть исключены из ее

архитектуры, чтоизбавляет от неоправданных затрат.Три ма-

гистрали из перечисленных кратко описаны ниже.

4.7.1 Параллельная системная магистраль iPSB.

Параллельная системнаямагистраль iPSBиспользуетсядля

межпроцессорных пересылок данныхи взаимосвязипроцессоров.

Магистраль поддерживаетпакетную передачу с максимальной пос-

тоянной скоростью 40 Мбайт/с.

Связной магистралипредставляет собой плату,объединяющую

функциональную подсистему.Каждый связноймагистрали должен

иметь средства передачи данных между МП 80386,его регистрами

межсоединений и магистралью iPSB. Магистраль iPSB представляет

каждому связномумагистрали четыре пространства адресов:1)

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

ти объемом до255 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.

4.7.2Магистраль локального расширения iLBX II

Магистраль локального расширения iLBX IIявляетсябыстро-

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 подсистемпамяти. При необходимости иметь большой объем

памяти система MULTIBUS II может включать более одноймагист-

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

16 МГц типичный цикл доступа iLBX требует 6 циклов ожидания.

Для магистралиiLBX характерны 32-разрядная шина данных и

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

никает возможностьконвейерных операций в цикле пересылки.К

дополнительным особенностям магистрали iLBX относятся:1) од-

нонаправленное подтверждение при быстрой пересылке данных,2)

пространство межсоединений (для каждого связногомагистрали),

через которое первичный запрашивающий связной инициализирует и

- 32 -

настраивает всех остальных связных магистрали,и 3)средство

взаимного исключения,позволяющее управлять многопортовой па-

мятью.

4.7.3Последовательная магистраль iSSB

Относительно дешеваяпоследовательная системная магистраль

iSSB может использоваться вместопараллельной системнойма-

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 стандартногопротокола

множественного доступас 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 вступаетв действие алгоритм разрешения конфликтов обеспе-

чивающий справедливое предоставление доступа всемзапрашиваю-

щим связным.

5.1 Ведущие

Ведущим является любоймодуль, которыйобладаетвозмож-

ностью захвата магистрали. Модуль захватывает магистраль с по-

мощью логических схем обмена и инициирует передачуданныхпо

магистрали,используя дляэтого либо встроенные процессоры,

- 33 -

либо специальные логические схемы.Ведущие генерируют сигналы

сигналы управления,адресные сигналы,а также адреса памяти

или устройств ввода-вывода.

Ведущий можетработать 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 разработчикампрогнозироватьобщую производитель-

ность конкретной системы.

В режиме 2 у ведущих больше возможностей захватамагистра-

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

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

ции ведущихне 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 процессереа-

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 MULTIBUSдопускает наличиенескольких ведущих на

магистрали, каждый из которых захватывает магистральпомере

возникновения необходимостив передаче данных.Ведущие осу-

ществляют захват магистрали с помощьюспециальной 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 схемеприоритет ведущегоопределяется 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 модульс

наивысшим приоритетом, на другом конце - с наинизшим.

Приоритет в последовательной схеме определяется прикаждом

запросе магистрали. Если магистраль не захвачена ведущим с бо-

лее высоким или равным приоритетом,запрос данноговедущего

удовлетворяется. Число ведущих,обьединенных последовательной

цепочкой, ограничено временем прохождения поцепочкесигнала

- 36 -

приоритета, которое не должно превышать длительности цикла ма-

гистрали. Если используется частота 10 МГц,в цепочкеможет

быть не более трех ведущих.

В параллельной схеме доступом к магистрали ведает специаль-

ный арбитр.При этомопределение 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.

5.4Архитектура магистрали

В магистраль MULTIBUS входят 16 линий данных,20адресных

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

ления и арбитража.Такое большое количестволиний позволяет

одновременно использоватьв системе и 8- и 16-разрядные веду-

щие модули.

Система MULTIBUS использует собственный тактовый генератор,

независимый от тактовых генераторов обьединяемых модулей.На-

личие независимогогенератора 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 1Промежуточный

(низший) (высший) приоритет

(между 1 и 8)

Принципы арбитражав системе MULTIBUS позволяют медленным ве-

дущим равноправно конкурировать за захватмагистрали.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 кшине.

Система позволяет использовать платы с различными возможностя-

ми, изменять ширину шин данных и адресовввода-вывода,уста-

навливать атрибуты прерываний.

Для реализациимультипроцессорныхвозможностей системы,

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

тельности разработана магистраль MULTIBUS II. В новую архитек-

туру включенапередачасообщений, способствующая повышению

производительности мультипроцессорной системы. При использова-

нии передачи сообщений все пересылки по магистрали выполняются

с максимально возможной скоростью пакетами32-разрядныхдан-

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 неограниченоувеличивает

гибкость механизма прерываний.

Географическая адресация,реализуемая с помощьюсмонтиро-

ванных на плате регистров межкомпонентных соединений,обеспе-

чивает пространство межкомпонентных соединений для программных

конфигурацийзаконченных комплексных систем. Распределенный

арбитраж предоставляет модулям MULTIBUS IIстолькоотдельных

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

В этом случае все платы в системе имеютодинаковый приоритет

- 39 -

относительновремени доступа к магистрали,что предотвращает

блокирование плат с низким приоритетом ведущими платамивысо-

кой производительности.

Ключевым вопросом при построении систем на основе магистра-

ли MULTIBUS является нахождение оптимального соотношения между

требуемыми и фактическими характеристиками.Для каждогоэле-

мента характерноиндивидуальное множество присущих ему харак-

теристик. Взаимодействие двух такихэлементов ограничивается

множеством характеристик, которое определяется как пересечение

множеств характеристик обоих элементов.Внекоторых случаях

пересечение можетбыть пустым, что приводит к принципиальной

неработоспособности системы.

6.1 Процессоры выше 80386.

Основными процессорами,на которыхсобиратесяподавляю-

щее большинство современных компьютеров,являются2 процессоры

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

темные платы на процессорах 386SXи 386DXприменяются в

очень небольшомколичестве в самых недорогих системах,а на

286 процессоре не выпускаются вообще. Фирма Intel в настоящее

время производитследующие 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 (уDX4-

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

DX2 реализуют механизм внутреннего удвоения частоты(напри-

мер, процессор486DX2-66 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 90процентов. Процессоры

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

тановки на 25-ти и 33-мегагерцовые платы.Попроизводитель-

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

быстродействие компьютеров на 486DX4-100 вплотную приближает-

ся к показателямPentium 60.Напряжение питания составляет

3,3 вольта,то есть их нельзя устанавливать на обычныесис-

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.Помнению

Intel, когданачнутся массовыепоставкиэтих процессоров

(первый квартал 1995 года), их стандартным применением станут

уже только системы самого начального уровня.

2Процессор Pentium0 является одним из самых мощных в настоя-

щее время. Онотноситсяк 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 8КВ

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

- 41 -

тоящее время наиболее широко выпускается процессор на 60MHz

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 всвое времяпроцессораOverDrive на основе

Pentium (так называемый P24T или Pentium SX),то срокиего

выпуска неоднократно срывались. Сейчас начало выпуска перене-

сено на последнюючетверть текущегогода.Хотя нарынке

представлено очень много системных плат,предназначенных для

установки кроме 486 процессоров и процессора Р24Т,использо-

вать его наэтих 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 наопубликованнуюфирмой Intel спецификацию.

Представители фирмыIntel заявилинедавно,что существуют

серьезные сомнения в работоспособности большинства этихплат

в связи с недостаточной проработкой вопрсово, связанных с пе-

регревом процессоров.

Поскольку приработе с существующим программным обеспече-

нием процессоры Pentium недостигают максимальногобыстро-

действия, фирмаIntel дляоценкипроизводительности 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 выполненииоп-

ределенных программдемонстрируют дажеменьшее быстродейс-

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

недостатками конкретных системных плат, так и с неоптимизиро-

ванностью программных кодов).Производительностьпроцессора

486SX-25 принимаетсяза 100. Производительность других про-

цессоров, которыеостанутся вближайшей производственной

программе фирмы Intel, представлена в следующей таблице:

1Таблица0 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, 73590 и 815100

для тактовой частоты 90 и 100 MHz.

Кроме фирмы Intel,на рынке широкопредставленыдругие

фирмы, выпускающиеклоны 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 ориентированныминаплатформу 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 впроизводственнойпрог-

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

водительности на 20 процентов при меньшей стоимости.

2Фирма Cyrix разработала процессоры М6 и 0М72 (аналоги 486SX

2и 4860DX2) на тактовые частоты 33 м 40 MHz, а также с удвоением

2частоты DX2-50и DX2-66.0Они имеют более быстродействующую

внутреннюю кэш-память 8 КВ с обратной запписью и болеебыст-

- 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 486про-

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

лен к выпуску совместимый с Pentium2 процессор М10, который мо-

жет составитьему серьезную конкуренцию,так как будет пре-

восходить его при работе с рассчитанными на486 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.0Они 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,построенна

основе запатентованнойсуперскалярнойархитектуры 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 Instrumentsпродол-

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

торые, занимая промежуточное положение между 386и486 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 486се-

мейства.

Все большую популярность завоевывают2риск-процессорысе-

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

отличную от Intel архитектуру (в основе -архитектураPower

фирмы IBM свнутреннейкэш-памятью 32 КВ).Полагают, что

именно конкуренция между Power PC иPentium являетсясамым

существенным фактором для развития рынка процессоров и персо-

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

ле, чемPentium,потребляет вдва 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 фирмыApp-

le. В настоящее время большинство производителей компьютеров

имеют свои варианты систем на базе Power PC,однакорешение

об их производстве будет определяться прежде всего складываю-

щейся конъюнктурой.