12.1. ИНТЕРФЕЙС

Интерфейс — это комплекс средств унифицированного сопряжения компонентов МПС, включающий аппаратные и алгоритмические средства; в состав аппаратных средств входят: система унифицированных шин, унифицированных сигналов и электронных схем; алгоритмическая часть — это алгоритм (или, как его часто называют, протокол) обмена, т. е. совокупность правил взаимодействия этих компонент в процессе обмена информацией.

С точки зрения общей задачи, решаемой интерфейсом, можно рассматривать внутренний и внешний (относительно МПС) интерфейсы.

Внутренний интерфейс — это организация сопряжения таких компонентов, как модули памяти и порты ввода-вывода с шинами МП. Здесь главное — синхронизация и управление шинами, а также выборка компонентов, обеспечивающая своевременную передачу данных между МП и другими устройствами.

Внешний интерфейс организует сопряжение частей МПС с внешними компонентами, такими, как периферийные устройства, каналы передачи данных, контроллеры и т. п.; он не выходит непосредственно на шины МПС, и поэтому существенно меньше структуризован. К нему относятся преобразования внешних сигналов, которые могут иметь любую природу (в том числе и аналоговую), в сигналы, совместимые с сигналами на шинах, и обратное преобразование.

Основными функциями интерфейса являются: дешифрация адреса устройств; дешифрация кода команды, связанной с обращением к памяти или внешнему устройству (ВУ); синхронизация обмена информацией; согласование форматов слов; электрическое согласование сигналов и некоторые другие функции.

Физически интерфейс какого-либо ВУ представляет собой совокупность шин и электронных схем для формирования сигналов, проходящих по этим шинам; реализация осуществляется, особенно в последнее время, на БИС с программно-управляемыми функциями.

Сигналы на шинах интерфейса электрически доступны всем ВУ, однако логика работы строится таким образом, что в каждый момент времени только одно из ВУ может быть логически связано с интерфейсом и реагировать на его сигналы. Если два или более ВУ гребуют обслуживания, то из них выбирается одно в соответствии с установленным между ними приоритетом.

От характеристик интерфейса во многом зависит быстродействие [системное) и надежность системы,

В МПАС можно выделить несколько типов (по функциональному назначению) интерфейсов (см. рис. 8.2): интерфейс МП, обеспечнвающнй ввод-вывод данных, адресов, сигналов управления; интерфейс памяти: интерфейс ввода-вывода; интерфейс связи с объектом управления.

Из всего сказанного выше следует:

— интерфейсные схемы являются обязательными компонентами МПАС;

— связь элементов структуры ЛАП между собой, а также связь их с ОЗУ, ПЗУ и внешними устройствами осуществляется через интерфейс одного из указанных выше типов.

В случае МПС аппаратные средства интерфейса это БИС с программно-управляемыми функциями, такие, как многорежимный буферный регистр или устройство обмена информацией.

Интерфейс МПС имеет магистральную организацию. Магистраль — универсальная шина для обмена информацией между различными элементами структуры МП, МПС, ВУ. Магистральность — один из основных принципов построения структуры МПС. обеспечивающий эффективный обмен информацией в условиях ограничений, накладываемых интегральной технологией (малое число выходных контактов БИС).

Обмен информацией в МП. МПС и МПАС (см. рис. 8.2) организован таким образом, что имеются всего три многоразрядные шины, которые позволяют осуществить все необходимые связи внутри МП, я также ввод-вывод данных, адресов и управляющих сигналов за его пределы и за пределы МПС. Эти шины заменяют все многообразие необходимых связей, так как в каждый момент времени связывают только те элементы структуры, которым в этот момент необходим обмен информацией.

Пространственное распределение межсоединений в этом случае заменяется временным распределением связей различных источников и приемников информации по одним и тем же (в данном случае по трем) линиям связи. Аналогично организована, например, телефонная связь, когда большое количество абонентов может связываться по одной и той же линии, но не одновременно.

Сигналы, запрашивающие разрешение на обмен между теми или иными элементами структуры. МП или МПС, вырабатываются по окончании заполнения информацией соответствующих выходных и очищении входных регистров и длятся все время, пока шина занята другими связями, начавшимися раньше или имеющими приоритет перед данной. Это обстоятельство отрицательно сказывается на системном быстродействии, но с ним приходится мириться, так как магистральная организация — мощное средство рационального исполь зования полезной площади кристалла за счет освобождения части поверхности, которую при пространственном разделении связей занимали бы соединительные проводники и контактные площади под гораздо большее количество внешних выводов.

Подключение требуемых элементов структуры к магистральной шине осуществляется с помощью схем с гремя устойчивыми состояниями.

Два состояния — это обычные логические 0 и 1, а третье — состояние высокого выходного сопротивления — означает, по существу, обрыв, в результате которого схема отключается от шины. Сигнал управления третьим состоянием и является сигналом разрешения приема и передачи информации по магистральной шине.