ВОЗМОЖНЫЕ СТРУКТУРЫ СИСТЕМ ПДП
Конкретные технические реализации систем ПДП имеют множество вариантов. Они зависят от типа системной магистрали, архитектуры ЭВМ в целом, типа используемого процессора, целевого назначения ЭВМ, количества устройств на магистрали и т.д. В то же время они являются сложными комбинациями небольшого количества базовых структур систем ПДП. Ниже рассматриваются две основные базовые структуры – радиальная и цепочечная.
Радиальная структура
Упрощенные варианты обобщенных структур систем ПДП радиального типа представлены на рис. 11.1.
Характерной особенностью радиальной структуры является то, что каждый ИЗПД (в частном случае ПУ) подключен к отдельному входу контроллера ПДП
(рис. 11.1, а) или арбитра (рис. 11.1, б). Отличие двух структур состоит в том, что в случае slave DMA для подключения ИЗПД достаточно одной линии ЛЗПД, по которой устройство выставляет запрос на обслуживание. В системе bus master DMA для подключения устройства к арбитру необходимы, как минимум, три линии – ЛЗПД, ЛПЗ и ЛРПД, которые можно назвать шиной арбитража (ШАр), имеющей собственный вход в арбитр. Каждый вход (в контроллер, в арбитр) обладает определенным уровнем приоритета. Число подключаемых ИЗПД определяется числом входов в контроллер или арбитр. При обслуживании устройств, использующих slave DMA
(рис. 11.1, а), всем обменом управляет контроллер ПДП, обязательными компонентами которого являются блок СУМ и арбитр магистрали. Устройства магистрали пассивны и должны содержать только запросчик.
При обслуживании устройств, использующих bus master DMA (рис. 11.1, б), контроллер ПДП, как таковой, отсутствует и централизованно выполняется только арбитраж магистрали. Устройства магистрали активны, поэтому их обязательными компонентами являются запросчик и блок СУМ (как уже отмечалось, "ЦП" в системах bus mastering рассматривается как одно из ИЗПД). После захвата магистраль управляется блоком СУМ конкретного устройства, ведущего обмен (master). В качестве арбитра магистрали используется либо специализированное устройство, либо контроллер ПДП, в котором функции блока СУМ отключены.
Линии ЛРПД, присутствующие в системе bus master DMA, предназначены для передачи сигнала РПД, позволяющего активному устройству захватить магистраль. Кроме того, в системе bus master DMA обязательно присутствуют линии ЛПЗ, сигналы которых информируют арбитр о захвате магистрали тем или иным устройством. Сигнал ПЗ всегда выставляет master и удерживает его на линии все время, пока осуществляет обмен (управляет магистралью), поэтому сигнал всегда представлен потенциалом.
В системах радиальной структуры контроллер ПДП может работать, как было отмечено выше, и в комбинированном режиме, т.е. поддерживать как систему slave DMA, так и систему bus master DMA (см. окончание п. 11.1). Запросы от ИЗПД в обеих системах DMA могут быть представлены как уровнем потенциала, так и его перепадом, поскольку поступают в контроллер или арбитр по отдельным линиям. Однако представление запроса потенциалом более предпочтительно, поскольку система DMA становится более устойчивой как к помехам, так и к сбоям аппаратуры. Это существенно снижает вероятность пропуска запроса от ИЗПД.
Основным преимуществом радиальной структуры является то, что упрощается аппаратура арбитра магистрали, поскольку каждый ИЗПД имеет собственную ЛЗПД. Кроме того, несколько упрощается аппаратура ИЗПД и конструкция слота даже в случае bus master DMA, поскольку все активные устройства магистрали имеют отдельную шину арбитража (ШАр). Все это удешевляет радиальную систему по сравнению с цепочечной, рассматриваемой ниже.
Цепочечная структура
Упрощенный вариант обобщенной структуры системы ПДП цепочечного типа представлен на рис. 11.2.
Характерной особенностью цепочечной структуры является то, что множество активных устройств магистрали (ИЗПД), обязательными компонентами которых являются блок СУМ и запросчик, подключены к одной или нескольким шинам арбитража (ШАр). На рис. 11.2 присутствуют две ШАр. После захвата магистраль управляется блоком СУМ конкретного устройства, ведущего обмен (master).
Контроллер ПДП отсутствует, и централизованно выполняется только арбитраж магистрали. На
рис. 11.2 арбитр изображен как отдельное устройство магистрали, хотя, как отмечено выше, арбитраж может осуществлять и процессор (один из процессоров). Каждая ШАр соответствует одному входу в арбитр и обладает собственным уровнем приоритета. Таким образом, ИЗПД, подключенные к разным ШАр, обладают различным приоритетом. Пассивные устройства магистрали (slave) к ШАр не подключены. Кроме того, приоритет устройств, подключенных к одной ШАр, определяется также их положением в цепи распространения сигнала разрешения прямого доступа (РПД).
Рассмотрим этот момент более подробно на примере одной ШАрn
системы bus master DMA, упрощенная структура которой приведена на рис. 11.3.
Из рисунка следует, что ШАр (для упрощения обозначений здесь и ниже индекс "n" опущен) в такой системе содержит, как минимум, четыре линии – ЛЗПД, ЛРПД, ЛПЗ и ЛБПД. В отличие от радиальной структуры, ИЗПД магистрали подключены к трем линиям ШАр (ЛЗПД, ЛПЗ и ЛБПД) параллельно, поэтому запросы от ИЗПД (сигналы ЗПД) всегда представлены уровнем потенциала. Выходные каскады аппаратных средств формирования запросов в каждом ИЗПД представляют собой ключи с открытым коллектором, объединенные по схеме монтажного "или". Это позволяет исключить потерю запросов, одновременно выставленных запросчиками разных ИЗПД на одну ЛЗПД.
Сигнал РПД распространяется последовательно через все устройства, пока его распространение не будет заблокировано запросчиком ИЗПДi, выставившим запрос прямого доступа (сигнал ЗПДi). Таким образом, приоритет ведущего устройства магистрали определяется его положением в цепи распространения сигнала РПД. Пусть арбитр расположен в слоте с номером "0". Тогда приоритет устройств, расположенных в последующих слотах, будет убывать с ростом номера слота. При отсутствии устройства в слоте необходимо принять меры для того, чтобы цепь распространения сигнала РПД не разрывалась. Это обеспечивается либо специальной конструкцией контактов слота, либо установкой перемычки на системной плате.
Сигнал линии ЛПЗ, как и в радиальной системе bus master DMA, информирует арбитр о захвате магистрали тем или иным устройством. Этот сигнал всегда выставляет master и удерживает его на линии все время, пока осуществляет обмен (управляет магистралью), поэтому сигнал всегда представлен потенциалом.
Линия ЛБПД – общая для всех ШАр и предназначена для передачи от арбитра сигнала блокировки прямого доступа (БПД), который запрещает bus mastering всем интеллектуальным устройствам магистрали. Необходимость в этом может возникнуть, например, при появлении запроса на линии ЛЗПД ШАр более высокого приоритета (при наличии нескольких ШАр) или в случае удержания магистрали одним устройством недопустимо долгое время.
Следует иметь в виду, что системы цепочечной структуры практически работают только в режиме bus master DMA, поскольку арбитр магистрали может идентифицировать только ЛЗПД, с которой поступил запрос, и определить его приоритет. При реализации режима slave DMA контроллеру DMA необходимо будет идентифицировать конкретное ИЗПД на данной линии. Такую операцию контроллер может выполнить только путем последовательного опроса устройств линии, что существенно увеличит время арбитража и усложнит аппаратуру устройств. Между тем техническая реализация таких систем возможна.
Основным преимуществом цепочечной структуры является практически неограниченное количество ИЗПД, подключаемых к одному входу арбитра (одной ШАр) без снижения быстродействия. Однако сложность и объем аппаратуры поддержки системы bus mastering в каждом ИЗПД увеличиваются, что ведет к увеличению стоимости системы.
