X Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2018

В статье описана структура цифрового адаптера магистрального параллельного интерфейса (МПИ). (рисунок 1). Разработанный блок представляет собой вычислительную систему, монтируемую на печатную плату, и предназначен для обеспечения информационного обмена между ЭВМ типа с внешними устройствами по МПИ – стандарту, определяющему набор контактов и процедуры обмена по 16-разрядной шине с мультиплексированием адреса и данных. в соответствии с ГОСТ 26765.51-86. Указанный блок представляет собой полностью законченный модуль, являющийся устройством на шине PCI и функционирующим в соответствии со спецификацией шины PCI с поддержкой протокола Plug&Play на частоте до 33 (66) МГц. Управление работой и информационный обмен осуществляется через порты ввода-вывода и ОЗУ двойного доступа (ОЗУ ДД).

Рисунок 1 – Вычислительная система с адаптером магистрального параллельного интерфейса

Рассмотрим вычислительную систему, состоящую из цифрового адаптера МПИ, контроллера прерываний, памяти и периферийных устройств (оборудования). Цифровой адаптер МПИ выполняет роль процессора в рассматриваемой системе. Все арифметические и логические операции проходят обработку именно в нем. Созданный цифровой модуль может осуществлять операции передачи управления шиной, адресного обмена, прерывания (одноуровневая система прерываний, четырехуровневая система прерываний). Работа цифрового адаптера МПИ происходит по ГОСТ 26765. 51-86 [1, 2, 3].

Описываемая в статье вычислительная система состоит из следующих основных блоков: цифровой адаптер МПИ, контроллер прерываний, память, периферийные устройства. Для большинства современных микропроцессоров характерно наличие трехшинной структуры, содержащей шину адреса (ША), двунаправленную шину данных (ШД) и шину управления (ШУ) [4, 5]. Как видно из представленной структурной схемы типовая система предполагает наличие общего сопряжения для модулей памяти (постоянных и оперативных запоминающих устройств) [6, 7, 8] и устройств ввода-вывода.

В качестве периферийных устройств в аналогичных системах используются устройства ввода с клавиатуры и различных датчиков, вывода на дисплеи, ввода-вывода на сетевые карты, модемы и т.п.

Периферийное устройство соединяется с шинами МП не непосредственно, а через программируемый периферийный адаптер (ППА) или программируемый связной адаптер (ПСА), обслуживающие периферию соответственно с передачей информации параллельным или последовательным кодом. Наличие программно настраиваемых адаптеров делает весьма гибкой и функционально богатой систему ввода-вывода информации в МП-системе.

Постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) хранит системные программы, необходимые для управления процессом обработки. В оперативном запоминающем устройстве (ОЗУ) хранятся прикладные программы, данные и результаты вычислений.

Работа рассматриваемого цифрового адаптера МПИ синхронизируется тактовыми частотами в 33 или 66) МГц (CLK33 (или CLK66)), поступающими на его входы от разъема PCI.

В предлагаемой структуре цифрового адаптера МПИ реализуются три способа организации передачи информации:

1) программно-управляемая передача, инициируемая самим цифровым адаптером (процессором);

2) программно-управляющая передача, инициируемая запросом прерывания от периферийного устройства к цифровому адаптеру;

3) прямой доступ к памяти (ПДП).

При первом упомянутом способе передача инициируется самим цифровым адаптером, а при втором – запросом прерывания от периферийного устройства.

Прямым доступом к памяти называется способ обмена данными, обеспечивающий автономно от цифрового устройства установление связи и передачу данных между ОЗУ и внешним устройством.

Прямой доступ к памяти, повышая предельную скорость ввода-вывода информации и общую производительность системы, делает ее более приспособленной для работы в системах реального времени (СРВ). Прямым доступом к памяти управляет контролер ПДП, на который возложено выполнение следующих функций:

- управление инициируемой блоком цифрового адаптера (процессором) или ПУ передачей данных между ОЗУ и ПУ;

- задание размера блока данных, который подлежит передаче, и области памяти, используемой при передаче;

- формирование адресов ячеек ОЗУ, участвующих в передаче;

- подсчет числа байт, передаваемых через интерфейс МПИ, и определение момента завершения заданной операции ввода-вывода.

Несомненно, главное место в этой структуре занимает цифровой адаптер МПИ (он же является процессором системы), который выполняет арифметические и логические операции над данными, осуществляет программное управление процессом обработки информации, организует взаимодействие всех устройств, входящих в систему. Работа адаптера происходит под воздействием сигналов синхронизации и начальной установки, поступающих по шине PCI.

Представленная структура отражает магистрально-модульный принцип организации микропроцессорных устройств и систем. Отдельные блоки являются функционально законченными модулями со своими встроенными схемами управления, выполненными в виде одного или нескольких кристаллов БИС или СБИС. Межмодульные связи и обмен информацией между модулями осуществляются посредством коллективных шин (магистралей), к которым имеют доступ все основные модули системы. В каждый момент времени возможен обмен информацией только между двумя модулями системы.

Интерфейс ЭВМ предполагает наличие информационно-логической совместимости модулей, которая реализуется путем использования единых способов представления информации, алгоритма управления обменом, форматов команд и способа синхронизации.

Все описываемые в статье блоки показаны на схеме (рисунок 1) в общем виде.

В работе рассмотрена структурная схема цифрового адаптера МПИ. Выделены основные блоки и узлы. Описано соединение составных частей устройства.

Описанное устройство позволяет выполнять функции ведущего устройства (процессора) в соответствии с ГОСТ 26765. 51-86.

Областью применения разработанного устройства являются специализированные системы для нужд армии и флота нашей страны, либо других стран.

Список литературы

ОСТ 11.305.903-80. Микропроцессорные средства вычислительной техники. Технические средства. Интерфейс межмодульный. Техническое описание.

ОСТ-25 795-78. Система малых ЭВМ. Интерфейс ОБЩАЯ ШИНА.

ГОСТ 26765.51-86. Интерфейс магистральный параллельный МПИ системы электронных модулей. Общие требования к совокупности правил обмена информацией.

Цилькер Б.Я., Орлов С.А. Организация ЭВМ и систем. Учебник для вузов. — 2-е изд. — СПб.: Питер, 2011. — 688 с.

Безуглов Д.А., Калиенко И.В. Цифровые устройства и микропроцессоры. Учебное пособие. – Ростов н/Д.: Феникс, 2008. – 480 с.

Мартышкин А.И., Рябова К.М., Воронцов А.А. Способы построения подсистемы памяти многопроцессорной системы // Современные инновационные технологии подготовки инженерных кадров для горной промышленности и транспорта. – 2017. – № 4. – С. 429-433.

Мартышкин А.И., Мартенс-Атюшев Д.С., Полетаев Д.А. Организация и принципы работы аппаратного буферного устройства памяти многопроцессорной системы // Инновационное развитие современной науки: проблемы, закономерности, перспективы: сборник статей III Международной научно-практической конференции. – 2017. – С. 37-39.

Мартышкин А.И., Мартенс-Атюшев Д.С., Маркин Е.И. К вопросу построения реконфигурируемой вычислительной системы на базе ПЛИС для цифровой обработки сигнала // Современные инновационные технологии подготовки инженерных кадров для горной промышленности и транспорта. – 2017. – № 4. – С. 433-439.

Мартышкин А.И. Математическое моделирование и возможность аппаратной поддержки алгоритмов управления взаимодействующими процессами в высокопроизводительных вычислительных системах // XXI век: итоги прошлого и проблемы настоящего плюс. – 2017. – № 4 (38). – С. 132-139.

Мартышкин А.И. Исследование возможной структуры аппаратного арбитра общей шины многопроцессорной реконфигурируемой вычислительной системы // Современные методы и средства обработки пространственно-временных сигналов: сборник статей XV Всероссийской научно-технической конференции. – 2017. – С. 69-75.

Мартышкин А.И. Функциональная организация аппаратного арбитра общей шины многопроцессорной системы // Модели, системы, сети в экономике, технике, природе и обществе. – 2017. – № 3 (23). – С. 151-159.

Код для цитирования: Скопировать