Шиналарды буферизациялау

Шиналар буферизациялау

Шрымбай Дана Абилахатовна

Процессор компьютердің басқа құрылғыларымен, соның ішінде ең алдымен жедел жадпен шина деп аталатын өткізгіштер тобы арқылы байланысады. Шиналардың негізгі үш түрі бар: адрестік, мәліметтер және командалық шина.

Микропроцессордың жеке блоктары бір-бірімен құрлар көмегімен байланысқан. Шиналар деп жолдар жиынтығын айтамыз, олар арқылы бірнеше көздердің кез- келген бірнеше қабылдағыштардың кез- келгеніне ақпарат беріледі.

Кез-келген күрделі цифрлық есептеуіш жүйе жалпы жұмыстың жеке бөліктерін орындайтын блоктардан немесе түрлі функционал құрылғылар жиынтығынан тұрады. Жүйенің әрбір функционал блогы басқа бірнеше блоктармен әсерлеседі. Барлық әсерлесулерге сәйкес блоктар арасындағы байланыс саны үлкен болуы мүмкін. Бірақ, тәжірибе жүзінде, сол немесе басқа блокқа мүмкін болатын қосылыстарының саны интегралды схемалар мен баспа платаларының шенеуліктерімен лимиттеледі. Сонымен бірге жалпы байланыс санын минимумға түсіру қолайлы, себебі олар құрылғы бағалануының басты бөлігін құрайды. Жүйедегі қосылыстар санының азаюының негізгі тәселі құрларды қолдануда қорытындылынады.

Шиналар бұл жүйедегі көптеген құрылғылармен бірге пайдаланатын ақпараттық арналар жалпы жағдайда ақпарат шиналар бойымен биттер тобынан тұратын сөздер түрінде беріледі. Сөздің жеке биттері шинада жеке сызықтар бойымен тасмалдануы мүмкін, сонымен қатар уақыт бойынша тізбектей жалғыз сызық бойымен берілуі мүмкін. Бірінші жағдайда шиналарды қатарлас, ал екінші де тізбектей деп аталады. Бұл бөлімде біз қатарлас шиналарына көп көңіл бөлеміз.

Қатарлас шиналар

Жалпы қатарлас шина мен байланысқан бірнеше модульді жүйені қарастырамыз. Модульдердің арасындағы ақпараттардың тасымалдануы үшін уақыттың бөліну режимінде n сызығы бар шина қолданылады. Арнайы басқарушы модуль уақыттың әр бір моментінде қай модуль ақпаратты тасымалдайтынын, ал қайсысы қабылдайтын екенін анықтайды.

Әрбір модульде n разрядты есте сақтаушы регистр болдады, ол ақпарат жіберу үшін және қабылдау үшін қызмет етеді. Регистрлерде триггерлер ретінде екі тактілі MS триггерлерді емес, ал жәй бір тактілі синхронды бекіткіштерді пайдалану қолайлы, себебі олардың шығыс күйлері ақпаратты жазу моментінде маңызды емес.

Адрестік шиналар

Жоғарыда келтірілген сұлба шинаға жалғанған әрбір модульге екі басқарушы сызықтарды қажет етеді. Сондықтан, m модульдер кезінде шинаның n сызықтарына 2m басқарушы сызықтары қосылады. Әрбір модульге сәйкес келетіндей идентифицирлейтін осы модуль кодты қойып, сызықтар санын азайтуға болады. Модулі m болған кезде кодтың берілуі үшін биттердің минимал саны k минимал мәніне тең, ол кезде 2^k >m. Осы кезде басқарушы модуль ұқсас кодтарды тапсыра отырып, жөнелткіш пен қабылдағышты таңдай алады.

1. Ең алдымен жөнелткіш пен қабылдағыштың ұқсастырушы кодтары сәйкес адрестік шиналарды орналастырылады. Бұл тапсырушы регистр құрамы деректер құрларында орналасуына алып келеді.

2. Кейіннен қысқа уақытта стробтайтын сызыққа логикалық 1 беріледі. Бұл қабылдағыш регистрге деректер шиналар құрамының берілуіне әкеледі.

Адрестер мен деректер үшін жалпы шина.

Шинадағы сызықтар санын ақпаратты деректердікідей сызықтар бойымен тасмалдай отырып азайтуға болады. Бұл жағдайда жөнелткіш пен қабылдағыштың ұқсастырушы коды құрға онымен деректер өту алдында келуі қажет. Ұқсастырушы кодтарды оларға шинаның өзіндік бір бөлігін бере отырып бір уақытта шығаруға болады және код астына барлық құрды бере отырып, оларды қатар бойынша шығаруға болады. Ұқсастырушы кодтарға сәйкес келетін модульдер осы кезде олардың деректердің жөнелткіш немесе қабылдағыш ретінде таңдалғаны туралы ақпаратты сақтау керек.Соңғы сатыда таңдалған екі модульдер арасында стробтайтын сигналдардың қолдауымен деректер сөздері қажетті көлімінде тасымалданады.

Әрбір модульде модуль тасымалдау немесе қабылдау үшін таңдалатыны туралы тұжырымдамасын тіркеу үшін қызмет ететін екі Д-триггерлері болады,олар “жөнелткіш таңдауы”және “қабылдағыш таңдауы” ретінде белгіленеді.Осы Д-триггерлердің кірісідегі сигналдар және вентильдерімен қалыптасады,олардың кірістері берілген модуль үшін ұқсастырушы код мәнінен тәуілдіікте құр сызықтарына тікелей немесе терістеуіштер арқылы қосылады.Триггерлердің синхрондаушы кірістеріне “жөнелткіш стробы” және “қабылдағыш стробтарының”сәйкес стробтайтын сызықтары жалғанады.

Осылайша, таңдалған модульдің “жөнелткіш таңдауы” триггерінде “жөнелткіш стробы” сигналы бойынша логикалық 1орнатылады. Барлық қалған модульдерде осы кезде “жөнелткіш таңдауы” триггері босатылады. Қабылдау үшін таңдалған модульде “ қабылдағыш стробы” сигналы бойынша “ қабылдағыш таңдауы” триггерінде ұқсас тәсілмен 1 орнатылады.

Модуль регистрін құрға қосатын үш орнықты қалыптастырғыштар басқарушы модульден “жөнелткіш таңдауы” және “деректер стробы” сигналдарының логикалық ЖӘНЕ–мен басқарылады. Регистрге “жүктеме шешу” сигналы “ қабылдауыш таңдауы” және “деректер стробы” сигналдарының сол сияқты логикалық ЖӘНЕ болып табылады. Бұл жөнелткіш регистр модулінен “деректер стробы” сигналы бойынша қабылдауыш регистр модуліне ақпараттың тасмалдауын қамтамасыз етеді.

Екібағытталған шиналар

Жоғарыда қарастырылған схемаларда шина бойымен беріліс кез-келген екі модульдердің арасымен жіберілетін. Бірақ кейде модульдердің бірі әрқашанда тасымалдауда қатысатын жағдайларда болады және бұл модуль басқарушы. Бұл жағдай микрокомпьютерлер үшін стандартты және оларда құр жүйесінің қарапайымдалуы болуы мүмкін, себебі тасмалдауда қатысатын модульдердің тек біреуін ғана таңдау керек. Кейбір шартты түсінікте мұндай құрды екі бағытталған деп атауға болады, себебі деректерді белгіленген және кез-келген басқа модуль арасымен және кері бағытта тасмалдауға болады.

Екібағытты шинасы бар жүйені қарастырайық, ол жерде белгіленілген қатысушы ретінде басқарушы модуль болып табылады. Тасымалдаудың басқа қатысушысы айтылған кез-келген тәсілдердің берілген таңдалуы мүмкін, яғни жеке адрестік құр бойынша сәйкес тасымалдауымен, не сол сияқты деректер шинасы боынша. Бірақ берілген жағдайда тасымалдау бағыты көрсетілу тиіс: Басқарушы модульге немесе одан оны стробтайтын екі сигналдардың көмегімен жасауға болады. Осылардың бірі таңдалған модульдің регистр құрамын шинағаға бере алады. Бұл ақпарат басқарушы модульмен қабылданады. Басқасы басқарушы модульмен шинада орнатылған таңдалған модуль регистрімен қабылдауды шақыра алады. Сызықтың бірі берілістің бағытын тапсыратын, ал басқасы стробтайтын – беріліс моментін тапсыратын вариация болуы мүмкін.

Асинхронды шиналар

Жоғарыда қарастырылған барлық шиналар жүйелері синхронды режимде жұмыс жасаған. Ал негізінен берілу мен қабылдағыш арасындағы деректер басқарушы модульмен берілетін стробтау сызығында импульске жауап ретінде жіберілген. Сонымен бірге стробтау моментінде модуль – жөнелткіште деректер қол жетерлік түрде, ал модуль – қабылдауыш оларды қабылдайтын күйде болуы қажет. Егер деректердің берілісі екі модульдердегі тек регистрлерді және басқа жеткілікті қарапайым схемаларды тікелей қамтитын болса, онда синхронды жұмыс жүзеге асырмалы. Бұл жағдайларда басқарушы модуль екі модуль тасымалдауға қатысуына дайын болғанда моментті таңдай алады.

Бірақ көп жағдайларда деректермен ауысатын бәір немесе екі модульдер дереу бірнеше сыртқы құраушылармен әсерлесуі керек, олардың іске қосылу уақытысы белгісіз немесе өзгереді. Мысалы жіберуші модуль бұл деректерді өлшеуіш аспабынан (айталық, цифрлық вольтметр) алуы мүмкін, ол белгілі бір сыртқы жағдайлар кезінде іске қосылады. Сол сияқты қабылдаушы модуль деректерді қандайда бір басқарылатын құрылғыға бере алады ( мысалы, матор жылдамдығын реттеуішіне) ол жаңа деректерді тек белгілі бір жағдайларда қабылдайды. Мұндай жағдайларды құрлар синхронды жұмысы тиімсіз, себебі басқарушы модуль стробтау импульсінің берілісі үшін моментті алдын ала біле алмайды.

Синхронды режимде жұмыс жасайтын құрларды құруға болады. Жөнелткіш пен қабылдағыш іс-әрекеттерінің координациясы бұл жағдайда басқарушы модульден стробтайтын сигналдарға емес, ал деректерді ауыстыруда қатысатын модульдер жағдайын бейнелейтін сызықтарды қолдануында тірелуі тиіс.