Интерфейсы и шины в вычислительной системе
 Скачать 0.6 Mb.
|
Факторы влияющие на распространение сигналаскорость распространения; отражение; перекос; эффекты перекрестного влияния. Теоретическая граница скорости распространения сигнала —300 мм/нс. Реальная скорость, определяемая физическими характеристиками сигнальных линий и нагрузкой, не может превысить 70% от скорости света. ОтражениеСигнал драйвера «подтягивает» линию к своему уровню напряжения. Изменение напряжения распространяется от точки подключения драйвера в обоих направлениях, пока на всей линии не установится уровень сигнала драйвера. Характер распространения сигнала определяют емкость, индуктивность и характеристическое сопротивление линии, локальные значения которых по длине линии зависят от локальных свойств проводника и его окружения. По мере распространения по реальной линии сигнал преодолевает области с различным сопротивлением. Там, где оно меняется, сигнал искажается. Часть сигнала продолжает продвижение, а часть отражается в противоположную сторону. Прямой и отраженный сигналы могут повторно отражаться, в результате чего на линии формируется сложный результирующий сигнал. В конце линии сигнал отражается назад. Если на конце линии имеется согласующий резистор, с сопротивлением, идентичным импедансу линии, сигнал будет поглощен без отражения. Такие резисторы должны размещаться по обоим концам сигнальной линии. Точное значение импеданса линии не известно, из-за чего номиналы резисторов невозможно точно согласовать с линией, и отражение всегда имеет место. ПерекосПри параллельной передаче по линиям шины сигналы на разных линиях достигают соответствующих приемников не одновременно. Это явление известно как перекос сигналов. Распространяясь по линии, сигнал создает вокруг нее электростатическое и магнитное поля. Поля от близко расположенных линий перекрываются, приводя к тому, что сигнал на одной линии влияет на сигнал в другой. Этот эффект называют перекрестной или переходной помехой. Способы уменьшения перекрестной помехи – пространственно разнести линии шины , уменьшение взаимных емкости и индуктивности линий, за счет размещения вблизи сигнальных линий «земляных» линий, разделение линий изолятором с малой диэлектрической постоянной. В целом, при проектировании шин обычно используется комбинация перечисленных методов борьбы с перекрестной помехой. АрбитражОперации на шине называют транзакциями. Основные виды транзакций — транзакции чтения и транзакции записи. Шинная транзакция включает в себя две части: посылку адреса и прием (или посылку) данных. Когда два устройства обмениваются информацией по шине, одно из них должно инициировать обмен и управлять им. Такого рода устройства называют ведущими (bus master). «Ведущий» — это любое устройство, способное взять на себя владение шиной и управлять пересылкой данных Ведущий может захватить управление шиной в интересах другого устройства. Устройства, не обладающие возможностями инициирования транзакции, носят название ведомых (bus slave). К шине может быть подключено несколько потенциальных ведущих, но в любой момент времени активным может быть только один из них: если несколько устройств передают информацию одновременно, их сигналы перекрываются и искажаются. Для предотвращения одновременной активности нескольких ведущих в любой шине предусматривается процедура допуска к управлению шиной только одного из претендентов (арбитраж). Схемы приоритетовКаждому потенциальному ведущему присваивается определенный уровень приоритета, который может оставаться неизменным (статический приоритет) либо изменяться по какому-либо алгоритму (динамический приоритет). Недостаток статических приоритетов в том, что устройства, имеющие высокий приоритет, в состоянии полностью блокировать доступ к шине устройств с низким уровнем приоритета. Системы с динамическими приоритетами дают шанс каждому из запросивших устройств рано или поздно получить право на управление шиной. Алгоритмы динамического изменения приоритетов: простая циклическая смена приоритетов; циклическая смена приоритетов с учетом последнего запроса; смена приоритетов по случайному закону; схема равных приоритетов; алгоритм наиболее давнего использования. В алгоритме простой циклической смены приоритетов после каждого цикла арбитража все приоритеты понижаются на один уровень, при этом устройство, имевшее ранее низший уровень приоритета, получает наивысший приоритет. В схеме циклической смены приоритетов с учетом последнего запроса все возможные запросы упорядочиваются в виде циклического списка. После обработки очередного запроса обслуженному ведущему назначается низший уровень приоритета. Следующее в списке устройство получает наивысший приоритет, а остальным устройствам приоритеты назначаются в убывающем порядке, согласно их следованию в циклическом списке. При смене приоритетов по случайному закону после очередного цикла арбитража с помощью генератора псевдослучайных чисел каждому ведущему присваивается случайное значение уровня приоритета. В схеме равных приоритетов при поступлении к арбитру нескольких запросов каждый из них имеет равные шансы на обслуживание. Возможный конфликт разрешается арбитром. Такая схема принята в асинхронных системах. В алгоритме наиболее давнего использования (LRU, Least Recently Used) после каждого цикла арбитража наивысший приоритет присваивается ведущему, который дольше чем другие не использовал шину. |