30. Система шин. Особенности организации работы шины.

Основная задача шин - объединить в единую систему разнообразную номенклатуру модулей, обеспечив их высокопроизводительную надлежащую работу. Под надлежащей работой следует понимать выполнение условий открытости, совместимости, однотипности, гибкости, надежности, ремонтопригодности, эффективности и других, общесистемных требований.

Суть всех этих требований можно сформулировать так: замена одних шин другими не должна сопровождаться появлением архитектурных ограничений. На практике такое бывает редко. Для ПК одной из существенных неприятностей является необходимость применять другую периферию при использовании других шин расширения.

Шины можно рассматривать как "позвоночник" вычислительной среды. Практически о компьютере, как об эффективной вычислительной системе, можно говорить только при наличии надлежащего согласования между микропроцессором, памятью и коммуникационными магистралями.

Наличие существенных различий в производительности между различными модулями привело к необходимости использовать в современных ПК систему шин, вместо одной "общей" шины.

Особенности организации работы шины

У разных шин организация работы разная. Однако при этом ряд положений используются общие. Прежде всего отметим, что общая организация работы шины может быть представлена как совокупность механизмов, каждый из которых выполняет вполне определенную функцию передачи информации, например, чтение из памяти, чтение из порта, запись в память, запись в порт и т.д. Множество таких механизмов конечное, но их тем больше, чем сложней и разнородней структура компьютера (компьютер имеет иерархическую память, развитые системы прерываний и защиты, реализует мультипроцессорный и мультизадачный режимы и пр.). Можно представить организацию управления работой шины, как переход от выполнения одного механизма к другому.

Для упрощения управления шиной длина цикла составляется из временных квантов одинаковой продолжительности (задаются сигналами синхронизации шины), называемых тактом шины, т.е. длина цикла всегда кратна числу тактов шины. Во время любого такта цикла шины выполняются вполне определенные действия. Эти действия можно разбить на две группы: установление состояния шины и выполнение команд, предписанных реализуемым механизмом передачи данных.

В установлении состояния шины можно отметить два временных интервала - время формирования сигналов состояния и время их фиксации. В период формирования сигналов состояния на линиях шины они могут появляться в разные моменты. В этот период сигналы считаются недостоверными и они не используются для управления.

Период формирования можно рассматривать как необходимое время задержки для окончания переходных процессов сигналов состояния. Кончается этот период специальным стробом, который отмечает начало периода фиксации. Теперь сигналы достоверны и их можно использовать для реализации логики принятия решения. Временной такт, в котором располагается стробирующий сигнал начала фиксации называется тактом состояния и обозначается Т1. На установление состояния отводится только один первый такт цикла шины - такт состояния Т1.

Выполнение команд происходит в период остальных тактов, которые обозначаются Т2. Минимальное количество (п) этих тактов один. При п>=2 все такты Т2, кроме последнего, считаются тактами ожидания и только в период последнего такта фиксируется окончание выполняемого цикла шины. После этого может заново формироваться такт Т1 следующего цикла шины или быть холостое состояние, продолжительность которого тоже кратная тактам шины, обозначаемых Ti.

Единственный в цикле шины такт Т2 называется командным тактом. Минимальная длительность цикла шины составляет два такта. Чем короче длина цикла шины, тем производительней работает компьютер. Используются различные аппаратные режимы уплотняющие циклы шин, например, конвейеризация шин позволяет начать выполнять последующий цикл до завершения предыдущего. Предварительное начало обработки последующего цикла увеличивает период пребывания сигналов шины в фиксированном состоянии, что упрощает требования к скорости реакции устройств и обеспечивает более надежную работу линий шины.

Пакетный режим передачи. При пакетной передача адрес передается один раз, после чего передается пакет данных с линейно-возрастающими адресами. Количество циклов данных в пакете заранее не определено, но перед последним циклом инициатор обмена при введенном сигнале разрешения обмена (IRDY#) снимает специальный сигнал пакетной передачи (FRAME#). После последней фазы данных инициатор снимает сигнал IRDY# и шина переходит в состояние покоя. Пакетный режим является стандартным режимом работы шины PCI.

Конвейеризация обращений к памяти. Данный режим используется в современных высокоскоростных шинах (AGP). При не конвейеризированных обращениях шины во время реакции памяти на запрос шина простаивает. Конвейерный доступ позволяет в это время передавать следующие запросы, а потом получить плотный поток ответов (передаваемых данных). Спецификация AGP предусматривает возможность постановки в очередь до 256 запросов, при этом поддерживает две пары очередей для операций записи и чтения памяти с высоким и низким приоритетом.

Сдвоенные передачи данных обеспечивают повышение пропускной способности шины в 2 раза без изменения тактовой частоты шины. Суть сдвоенной передачи данных в том, что блоки данных передаются как по фронту, так и по спаду сигнала синхронизации (используется в AGP и в шине АТА в режиме Ultra DMA-33).