РефератыИнформатикаОбОбзор процессоров и шин ПВМ начиная с 386 машин

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 -


процесс

ор 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


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, 73590 и 815100


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.

Сохранить в соц. сетях:
Обсуждение:
comments powered by Disqus

Название реферата: Обзор процессоров и шин ПВМ начиная с 386 машин

Слов:9116
Символов:98328
Размер:192.05 Кб.