Режимы работы арбитра шины

Арбитр шины позволяет обеспечить 4 режима работы в многопроцессорных системах различной конфигурации.

Режим работы задается аппаратно на входах ^IOB и RESB арбитра:

^IOB RESB	Режим
1 0 0 0 1 1 0 1	Управления системной шиной Управления периферийной (ввода-вывода) и системной Управления локальной (резидентной) и системной шинами Управления периферийной, локальной и системной шинами

Управление системной шиной (рис. 11)

В этом режиме каждый процессорный модуль работает только с системной шиной и выдает команды только для системной шины, к которой подключаются системная память и системные УВВ.

Арбитр захватывает шину, если на входы ^S2-^S0 поступает код активного состояния процессора. Освобождение СШ происходит в следующих ситуациях:

1) процессор находится в состоянии "останов" или

2) в холостом состоянии и есть запрос на выводе ^CBRQ и

3) контроллер получил разрешение на захват шины по сигналу ^BPRN.

Для полноты представления работы модуля арбитра шины к линиям сигналы захвата и освобождения шины необходимо добавить схему, представленную на рис. 10 для определения приоритетов модулей и подключить к системе несколько модулей (рис. 4).

Основным недостатком данного метода является перегрузка СШ, т.к. все модули работают на общую системную память и УВВ и фактически параллельная работа модулей возможна только при наличии внутренней кэш-памяти программ и данных на кристалле процессора.

Управление периферийной (ввода-вывода) и системной (рис.12). Второй режим работы с периферийной и системной шинами используется в мультипроцессорных системах с большим количеством внешних устройств, в которых для некоторых процессоров целесообразно выделить специальную шину ввода-вывода чтобы параллельно выполнять процессы ввода-вывода и обработки информации, а также максимально использовать адресное пространство: k Мб - для системной памяти, 64 Кб для устройств ввода-вывода. Обычно к периферийной шине подключается сопроцессор ввода-вывода.

Для организации обмена между ЦП и УВВ обычно используются контроллеры, позволяющие согласовать работу того или иного ВУ с работой системы. В функции контроллеров входит анализ сигналов от ВУ, дешифрация адреса ВУ, адресация памяти (для ПДП), синхронизация обмена, согласование форматов данных, выдача управляющих сигналов и т.д. Большое число ВУ заставляет каждый раз проектировать соответствующий контроллер. Кроме того, на контроллеры возлагаются дополнительные функции по предварительной обработке передаваемых данных (кодирование и декодирование данных, анализ условий окончания передачи и т.д.). Поэтому для снижения трудоемкости проектирования и повышения эффективности системы ввода-вывода удобно использовать специализированный сопроцессор ввода-вывода ВМ89, который сочетает в себе свойства универсального контроллера ПДП со свойствами специализированного процессора, который позволяет осуществлять различные преобразования данных во время пересылок.

Сопроцессор имеет два канала ввода-вывода, каждый из которых может осуществлять пересылки в режиме ПДП с одновременным преобразованием пересылаемых данных. Таким образом, сопроцессор может находиться в одном из трех режимов работы: простаивать, выполнять работу канала и осуществлять пересылку в режиме ПДП.

Периферийной шиной ввода-вывода называется шина, все устройства которой включая дополнительную ОП, рассматриваются как внешние устройства, а к устройствам подключенным к СШ обращение выполняется по командам обращения к памяти. Из рис.11 видно, что в состав МУ системной шины входят сигналы обращения к памяти, а для МУ периферийной шиной только сигналы обращения к УВВ. Данный способ включения арбитра шины позволяет несколько разгрузить системную шину, при этом весь ввод-вывод реализуется по периферийной шине, а обращения к памяти по системной.

Если к СШ подключить системные УВВ, то в адресном пространстве памяти необходимо выделить фиктивную область для адресации к УВВ по обычным машинным командам MOV, а при подключении к периферийной шине локальной ОП адресация к ней должна осуществляться по командам ввода-вывода IN и OUT, т.е. RgA ОП должен иметь свой номер порта:

MOV AX,50h; загрузка в АС адреса ячейки ОП

OUT 66h,AL; запись адреса в RgA ОП (66h - адрес порта RgA)

MOV AX,BX; запись данных из ВХ в ячейку ОП

OUT 67h,AX; 67h - адрес порта DI ОП

В этом режиме СШ запрашивается и освобождается в соответствии с уровнем сигнала на линии ^S2, который показывает передачу ввода-вывода ^S2=0 или памяти ^S2=1. Для этого режима, если на вывод IOB ВГ88 подано +5 В, то контроллер шины вырабатывает сигнал ^PDEN разрешения периферийных данных, который используется для разрешения ШФ на ПШ. При этом сигналы ^PDEN и DEN ВГ88 всегда находятся в противофазе, что исключает одновременный обмен по ПШ и СШ модуля.

Работа с СШ и ПШ только частично решает проблему перегрузки СШ, т.к. все модули требуют доступа к системной памяти и может часто происходить конфликт по доступу к СШ. Наиболее эффективным способом решения проблемы перегрузки СШ является введение в каждый процессорный модуль локальной памяти (ЛПм), предназначенной только для одного ЦП. Каждый модуль может использовать ЛПм для хранения своей программы и для рабочей области, а системная память будет использоваться главным образом для межмодульных взаимодействий. Такой подход позволяет нескольким процессорам выполнять программы одновременно, сокращая передачи по СШ и повышая степень параллельной обработки.

Управление локальной (резидентной) и системной шинами. (рис.13) Для реализации третьего режима включения арбитра шины (работы с локальной и системной шинами) требуются две логики управления шиной: для доступа к СШ и для доступа к локальной шине (ЛШ). Каждая схема должна содержать контроллер шины ВГ88, регистры-защелки адреса ИР82 и шинные формирователи ВА86 (рис.13). Так как к локальной шине подключаются своя ЛПм и локальные УВВ, то их адреса не должны совпадать с адресами ОП и УВВ, подключенных к СШ.

Распознавание адресов ЛПм и ОП СШ осуществляется с помощью селектора выбора адреса (СВА), который определяет в каком адресном пространстве он находится: в локальном или системном. Если адрес находится в локальном пространстве, разрешается работа контроллера локальной шины, а выход СВА запрещает работу контроллера СШ, т.к. контроллеры шины ВГ88 всегда работают в противофазе по входу CEN (сигнал CEN разрешает/запрещает выработку сигналов DEN и PDEN). Если же адрес находится в адресном пространстве СШ, то СВА выдает активный сигнал на вход SYSB/^RESB арбитра шины и делается попытка доступа к СШ в соответствии с приоритетом данного модуля. В данной ситуации контроллер локальной шины запрещен и не выполняет обмена по ЛШ.

Управление периферийной, локальной и системной шинами (рис.14). Четвертый режим работы с периферийной, локальной и системной шинами можно получить путем комбинации подключения арбитра шины и контроллеров шины на основе рис.11 и 12. Такой вариант будет содержать одну БИС арбитра шины ВБ89, два контроллера шины ВГ88, по три регистра-защелки адреса ИР82 и ШФ ВА86. В результате получим конфигурацию из трех типов шин: СШ, ЛШ и ПШ. Схемотично структура модуля показана на рис.14.

Введение локальной памяти в состав мультипроцессорной системы уменьшает нагрузку на системную шину. Однако процессорный модуль первоначально должен загрузить свои программы из системной памяти в свою локальную память и переслать результаты из локальной памяти в системную, если они потребуются другим модулям. Чтобы еще более сократить передачи по системной шине, вызванные межпроцессорным взаимодействием, можно применить двухпортовую локальную память. Такая аппаратурная схема реализует принцип использования общей памяти несколькими модулями. Один порт локальной памяти обеспечивает обращения со стороны локальной шины, а второй со стороны системной шины. Таким образом, (рис.14) процессор ведущего модуля, в котором находится двухпортовая память, обращается к ЛПм по локальной шине, а другие процессорные модули также обращаются к этой же памяти, но только по системной шине. Здесь блокировка системной шины не препятствует доступу ведущего модуля к двухпортовой памяти и наоборот.

Таким образом, различные конфигурации процессорных модулей можно объединять в одной системе, образуя слабосвязанную конфигурацию МПС (рис.4). В такой системе могут быть:

* группа центральных процессоров с локальной шиной и собственной ОП и УВВ (рис.13);

* группа независимых процессоров (например, ввода-вывода ВМ89) с периферийной шиной (рис.12) или периферийной и локальной шинами (рис.14);

* группа сопроцессоров, имеющих доступ только к системной шине (рис.11) или со своей локальной шиной и ОП и УВВ (рис.13);

* группа центральных процессоров с сопроцессором с сильно связанной конфигурацией (рис.1) и т.д.

Дата добавления: 2014-01-14