Общие вопросы организации интерфейсов

1. Какие средства необходимы для реализациии режима реального времени? программируемой структуры? обеспечения децентрализованной обработки?

Для реализации режима реального времени необходимы средства, обеспечивающие мгновенную реакцию системы на те или иные события. Такая система обязательно содержит счетчики-таймеры, контроллеры прерываний, средства арбитража и т.д. Технические средства: быстородействующий процессор, магистраль ПДП, система прерываний (не всегда). Основные особенности: гарантированное время реакции на запросы, одновременность событий и процессов обработки, динамичная система приоритетов, развитая подсистема прерываний, каналы ПДП.

Программируемая структура – управляемые связи.

Децентрализованная обработка, при которой ОМК размещаются в модулях на разных уровнях иерархической структуры системы. Использование интеллектуальных модулей характерно для большинства автоматизированных систем.

2. Какие основные преимущества открытых систем?

Основным достоинством ТОС является сохранение ранее сделанных инвестиций, эти системы бесплатны.

• возможность переноса (мобильность) прикладных систем, разработанных соответствующим образом, с минимальными изменениями на широкий диапазон систем различного назначения,

• Гибкость, минимальная аппаратная реализация (универсальность)

• совместную работу (интероперабельность) с другими прикладными системами на локальных и удаленных платформах,

• взаимодействие с пользователями на основе правил, облегчающих им переход от одной системы к другой (мобильность пользователя).

3. Как влияют на основные характеристики систем требования электрической? конструктивной? информационной совместимости?

Условия информационной совместимости влияют на объем и сложность программно - аппаратных средств, а так же на основные технико-экономические показатели интерфейса и системы.

Условия электрической совместимости влияют на скорость обмена данными, допустимое число низкочастотных устройств, их конфигурацию, расстояние между устройствами, помехозащищенность.

Конструктивная совместимость определяет: типы соединительных элементов (разъем, штеккер, распределение видов связи внутри соединительных элементов); конструкции платы, каркаса, стойки; конструкции кабельного соединения.

4. Какие виды электрических сигналов используются в интерфейсах? Как они влияют на быстродействие, надежность, аппаратные затраты?

Типы сигналов: потенциальные, дифференциальные. Дифференциальные – лучшая помехозащищенность, но требует дополнительной линии. При использовании потенциальных сигналов в качестве второй линии можно использовать землю

5. Как обеспечивается масштабируемость шин данных ШД и адреса ША? Для каких целей?

Масштабируемость шины данных обеспечивается идентификатором, который указывает какая часть шины в данный момент используется для передачи информации. Идентификаторы кодируются унитарным кодом, указывая положение байта или байтов на ШД. Например, если разрядность шины 4 байта, то идентификатор должен быть 4 бита. Это позволяет работать с информацией различной разрядности, не применяя процедуру маскирования для формирования размера передаваемого сообщения.

Масштабируемость шины адреса снижает аппаратные затраты в модулях системы, так как при формировании сигналов выборки программно-доступных регистров используется неполная дешифрация адреса.

6. Как влияет организация шин адреса на характеристики системы? Раздельное адресное пространство? Общее адресное пространство? Как определить эти особенности по составу линий?

ША определяет максимальный объем адресуемой памяти и допустимое количество адресуемых устройств ввода-вывода (УВВ) или модулей, присоединяемых к магистрали. В некоторых интерфейсах дополнительно вводится пространство конфигурации или регистры конфигурации (РК), обращение к которому выполняется с помощью специальных команд.

При этом необходимо контролировать совместимость ША и ШД, разрядность, помехоустойчивость, раздельная или общая ША. В общем адресном пространстве нужно контролировать границы.

При использовании раздельного обращения к памяти , УВВ, РК максимальный объем памяти равен 2^Nа где N_а - разрядность ША, а допустимое число УВВ и РК определяется системой команд, используемой в данном интерфейсе. Если обращение к УВВ осуществляется как к ячейкам памяти, то разрядность ША определяет суммарный объем памяти, РК и УВВ. Более предпочтительны общие шины адреса, так как они обеспечивают большие операционные возможности при обращении к УВВ. При этом уменьшается число линий ШК, но в некоторых случаях усложняется схема дешифратора адреса.

Общее или раздельное пространство можно определить по наличию или отсутствию дополнительных шин записи, чтения.

7. Когда целесообразно использовать логическую и географическую адресации? В чем их особенности?

В зависимости от особенностей обращения к модулям и программно доступным регистрам, подключенным к интерфейсу, используется логическая или географическая адресация.

В интерфейсах с модульной организацией наиболее часто используется логическая адресация. Каждому модулю или программно доступному элементу модуля присваивается уникальный двоичный код, передаваемый по ША в процедуре обмена информации (выборки модуля). Этот код определяется на этапе проектирования системы и формируется при изготовлении модуля, например, путем соответствующей распайки дешифратора адреса или установки переключателей. Модуль устанавливается в любое свободное место объединительной панели (крейта) интерфейса. Выборка модуля возможна при совпадении адреса, передаваемого по ША и установленного в модуле. Использование принципа автоконфигурации исключает наличие перемычек, но увеличивает объем требуемых программно-аппаратных средств.

При географической адресации предполагается индивидуальная линия выборки для каждого модуля. Адрес определяется местом, которое он занимает в крейте, Это исключает предварительную адресацию модулей на стадии его изготовления, что способствует упрощению аппаратной части. Однако число индивидуальных линий выборки определяется количеством модулей интерфейса. Географическая адресация в современных интерфейсах используется редко. В основном, для обеспечения повышенного быстродействия.

При логической адресации для адресации n модулей требуется Log₂ n линий, а при географической - n. Сочетание географической и логической адресации позволяет обеспечить программируемую конфигурацию системы.

8. Какие особенности в организации шин адреса и данных в гарвардской архитектуре?

Гарвардская архитектура основывается на наборе регистров с разделенными шинами и адресными пространствами для команд и данных.

При реализации гарвардской архитектуры адресное пространство дополнительно разделяется на память команд и память данных. Использование Гарвардской организации обеспечивает более эффективную работу конвейера, т.к. предполагает одновременную выборку команд и данных.

9. Сравнить аппаратные затраты на реализацию унитарного и позиционного способов кодирования шины команд.

Команды могут быть закодированы унитарным, позиционным кодом или смешанным. При унитарном кодировании каждой команде выделена индивидуальная линия шины. Это упрощает аппаратную часть модулей, но увеличивает число линий интерфейса. При позиционном кодировании уменьшается число линий интерфейса, но усложняется электрическая схема модуля. Компромисс между аппаратными затратами крейта и модулей обеспечивает смешанный способ кодирования.

10. В каких интерфейсах используется унитарное кодирование шины команд позиционное?

При унитарном кодировании каждой команде выделена индивидуальная линия шины. Это упрощает аппаратную часть модулей, но увеличивает число линий интерфейса. При позиционном кодировании уменьшается число линий интерфейса, но усложняется электрическая схема модуля. Компромисс между аппаратными затратами в крейте и модулях обеспечивает смешанный способ кодирования. В некоторых интерфейсах часть кодов команд и линий резервируется для расширения функций системы или для задач пользователя.

В интерфейсе VME, например, идентификатор (модификатор) адреса кодируется позиционным кодом и при 32-разрядной ША его использование позволяет выполнять дешифрацию только 16 разрядов.

11. Особенности организации интерфейсов с совмещенными шинами и раздельными. Как это влияет на аппаратные затраты?

Магистраль информационного канала может быть выполнена с раздельными шинами или мультиплексированными. В последнем случае коды адресов, данных, команд, состояний передаются по одним и тем же линиям в режиме разделения времени. Одновременно на дополнительных линиях формируется идентификаторы передаваемой информации. Это приводит к существенному сокращению линий магистрали, но снижается скорость передачи информации.

Достоинства мультиплексированных шин: более надежная конструкция благодаря меньшему числу контактов и соединений, меньший уровень перекрестных помех, меньшие затраты оборудования в крейте системы. К их недостаткам следует отнести: снижение пропускной способности особенно в режиме единичных передач, увеличение аппаратных затрат в модулях системы.

Для интерфейсов с раздельными шинами характерны высокая пропускная способность, меньшие аппаратные затраты в интерфейсной части модулей системы. При многопроцесорной организации и большом количестве одиночных передач (передач одного байта или слова) ориентировочный выигрыш по производительности составляет около 30% по сравнению с мультиплексируемыми шинами. При блочных передачах (передаче цепочки данных) этот выигрыш меньше. Дополнительного увеличения производительности в интерфейсах с раздельными шинами можно достичь, используя конвейерный принцип передачи данных, при котором во время текущего цикла передачи данных устанавливается адрес следующего цикла передачи. Наиболее часто используются мультиплексированные шины адреса/данных.

12. Синхронные и асинхронные магистрали. Отличительные признаки. Примеры интерфейсов.

Принципы синхронного и асинхронного обмена распространяются как на синхронные, так и на асинхронные магистрали. В синхронной магистрали (например, ISA, PCI) изменения сигналов кратно периоду системного генератора, поэтому при АО цикл шины может только увеличиваться (например, с помощью сигнала READY), скорость обмена максимальная при работе с устройствами одинакового быстродействия. В асинхронной магистрали (например, VME) цикл обмена не зависит от частоты системного генератора, а определяется сигналом готовности внешнего устройства, этот способ обеспечивает высокую производительность, но большие аппаратные затраты.

13. В каких случаях целесообразно использование синхронного обмена? Асинхронного?

Синхронный обмен имеет наивысшую пропускную способность при обслуживании устройств с одинаковым быстродействием и повышенную помехозащищенность, так как проверка управляющих сигналов производится по фронту (или срезу) синхроимпульса, т.е. во “временном окне”, которое обычно составляет незначительную часть общего времени работы. В остальное время возможные помехи не оказывают влияния на работу системы. К недостаткам СО следует отнести: отсутствие контроля правильности обмена данными; значительные потери времени при обслуживании устройств существенно отличающихся по быстродействию, так как длительность импульса синхронизации должна быть рассчитана на самое медленное устройство; необходимость перестройки параметров генератора синхросигнала при изменении линий связи и состава УВВ. Синхронный обмен используется, главным образом, для устройств, быстродействие которых соизмеримо с требуемым быстродействием магистрали (например, память) и неизменно в течении времени работы системы.

При асинхронном обмене скорость определяется быстродействием ведущего и ведомого устройств. Асинхронный обмен (АО) предполагает наличие дополнительных управляющих сигналов начала и конца обмена (НО, КО) (сигналы квитирования, handsheke). Использование АО снижает скорость ввода/вывода при передаче данных на большие расстояния, требует двух дополнительных линий для передачи управляющих сигналов, понижает помехозащищенность, так как обмен происходит в произвольные моменты времени. Последний недостаток может быть устранен за счет использования стробируемого АО, то есть применения линии синхронизации. Достоинством АО является повышение достоверности обмена данными, отсутствие общей синхронизации устройств, возможность работы с устройствами различного быстродействия без перестройки параметров системы, адаптация к характеристикам линии связи. При работе с группой устройств, быстродействие которых существенно отличается, пропускная способность магистрали в режиме асинхронного обмена выше, чем при синхронном обмене.

14. Привести примеры реализации синхронного и асинхронного обменов.

Синхронный обмен используется, главным образом, для устройств, быстродействие которых соизмеримо с требуемым быстродействием магистрали (например, память) и неизменно в течение времени работы системы. В синхронной магистрали (например, ISA, PCI) изменения сигналов кратно периоду системного генератора, поэтому при АО цикл шины может только увеличиваться (например, с помощью сигнала READY).

При асинхронном обмене: при работе с группой устройств, быстродействие которых существенно отличается, пропускная способность магистрали в режиме асинхронного обмена выше, чем при синхронном обмене. В асинхронной магистрали (например, VME) цикл обмена не зависит от частоты системного генератора, а определяется сигналом готовности внешнего устройства.

15. В каких случаях целесообразно использование шин передачи управления?

ШПУ служат для выполнения операций приоритетного занятия магистрали информационного канала. В большинстве интерфейсов взаимодействие между устройствами, подключенными к магистрали, организуется по принципу “ведущий-ведомый”. В конкретный момент времени магистраль предоставляется очередному ведущему устройству, которое распоряжается ресурсами магистрали. Ведомое устройство выполняет команды ведущего. В общем случае отношение “ведущий-ведомый” динамическое, т.е. в одной передаче устройство может быть ведомой, а в другой - ведущим. Хотя есть устройства “всегда ведомые” - например, память системы. Число ведущих устройств, как правило, ограничено, т.к. для их реализации необходимы значительные програмно-аппаратные средства. ШПУ необходима в интерфейсах при наличии нескольких устройств, способных выполнять функции ведущего.

В состав ШПУ входят от 2 до 12 линий запроса магистрали, позволяющих реализовывать параллельно-последовательную селекцию, линия “Занято” и (1-3) линии, обеспечивающих эффективное управление процедурой передачи ресурсов магистрали.

ШПУ могут использоваться для организации режима прямого доступа к памяти (ПДП), который обеспечивает максимальную скорость обмена информацией между оперативной памятью и УВВ. Достоинством этого режима являются быстрая реакция на запрос со стороны МП, так как

требование ПДП не может быть замаскировано, и совмещенный цикл обращения к памяти и УВВ.

Однако при оценке целесообразности использования этого способа ввода-вывода необходимо учитывать быстродействие контроллера ПДП, скорость передачи по магистрали, быстродействие памяти и УВВ, а также то, что в этом режиме внешние линии микропроцессора, переходя в высокоимпедансное состояние, ограничивают возможности МП , так как он может взаимодействовать только с .внутренними ресурсами.

16. На основании каких характеристик производится сравнение возможностей шин передачи управления?

Число линий ШУО (меняется от 1 до 4)

Организация арбитража (централизованный и децентрализованный) - Интерфейсы с централизованным арбитражем (ЦА) имеют пониженную надежность, требуют отдельных линий запроса и разрешения доступа к магистрали для каждого модуля системы, но их реализация не требует больших аппаратных затрат. Децентрализованный (или распределенный) арбитраж (ДЦА) обеспечивает высокую живучесть системы, просто обеспечивает изменение конфигурации системы при повреждениях или отказах отдельных модулей, имеет гибкую систему изменения приоритетов, достигается высокая скорость обслуживания запросов. Однако аппаратные затраты растут пропорционально числу абонентов системы, имеются сложности в организации системной синхронизации при арбитраже.

17. Какие основные характеристики арбитров? Привести примеры использования арбитража.

Устройство арбитража (или арбитр) описывается следующими параметрами: число сигнальных линий, число обрабатываемых запросов, алгоритмы выбора приоритета, тип синхронизации, время реакции на запрос, способ реализации (централизованный или децентрализованный арбитраж).

Интерфейсы с централизованным арбитражем (ЦА) имеют пониженную надежность, требуют отдельных линий запроса и разрешения доступа к магистрали для каждого модуля системы, но их реализация не требует больших аппаратных затрат.

Основными признаками ЦА являются наличие разомкнутых линий ШПУ и автономного арбитра.

Децентрализованный (или распределенный) арбитраж (ДЦА) обеспечивает высокую живучесть системы, просто обеспечивает изменение конфигурации системы при повреждениях или отказах отдельных модулей, имеет гибкую систему изменения приоритетов, достигается высокая скорость обслуживания запросов. Однако аппаратные затраты растут пропорционально числу абонентов системы, имеются сложности в организации системной синхронизации при арбитраже [3, 4].

Основными признаками ДЦА являются отсутствие центрального арбитра, наличие замкнутых однонаправленных линий запроса и подтверждения либо разомкнутых двунаправленных линий. Функции арбитра в этом случае распределяются между модулями интерфейса. Решение о занятии магистрали принимается коллективно всеми источниками запросов на основании определенных приоритетов [3,5].

18. В каких интерфейсах и как используется пространственный арбитраж? последовательный? параллельный? Смешанный?

Пространственная селекция на основе последовательного адресного сканирования источников запроса. Запросы модулей объединяются по схеме “ИЛИ” на линии “запрос”. При появлении сигнала на этой линии арбитр А выполняет последовательное сканирование кодов адреса всех подключенных модулей М_n по ША в соответствии с принятой дисциплиной обслуживания. При обнаружении источника запроса устанавливается сигнал “Занято” и дальнейшая генерация адресов прекращается. После обслуживания данного запроса возобновляется поиск следующего. Основным достоинством этого способа селекции является гибкость в реализации дисциплин обслуживания (приоритеты между запросами определяются порядком сканирования адресов), а недостатком является низкое быстродействие.

Широкое распространение получила схема последовательной селекции (дейзи-цепочка). Поиск источника начинается по сигналу “Запрос” аналогично предыдущему. Арбитр формирует сигнал ”Подтверждение запроса” (ПЗ), который последовательно проходит через все модули М_n . Максимальным приоритетом обладает модуль, наиболее близко расположенный к арбитру. При поступлении сигнала “Подтверждение” в модуль, выставивший запрос, дальнейшее его прохождение блокируется и модуль формирует сигнал “Занято”. Основное преимущество этого способа - простота реализации и высокое быстродействие по сравнению с адресным сканированием. Основной недостаток - пониженная надежность и быстродействие при увеличении длины линий связи, относительная сложность программного управления приоритетами запросов. В простейшем случае управление приоритетом выполняется перестановкой модулей. В некоторых системах вводятся дополнительные программно-аппаратные средства, обеспечивающие управление приоритетом без физического перемещения модулей (использование маскирования запроса, циклическое изменение приоритетов и так далее). Этот способ используется, главным образом, для внутримодульных или внутрикрейтовых передач.

Максимальное быстродействие обеспечивает параллельная селекция. Каждый модуль имеет индивидуальные линии запроса и подтверждения, что позволяет реализовать параллельную обработку. Этот способ отличает гибкость управления приоритетами запросов, т.к. с помощью масок можно установить требуемую дисциплину обслуживания. Однако эти преимущества достигаются за счет существенного увеличения числа линий и усложнения аппаратных средств.

Более оптимальной является параллельно-последовательная селекция, при которой модули разделяются на определенные группы. Внутри группы используется последовательная селекция, а между группами - параллельная.

19. Как реализовать управление приоритетами при пространственном арбитраже? последовательном? параллельном?

Пространственная селекция на основе последовательного адресного сканирования источников запроса: Запросы модулей объединяются по схеме “ИЛИ” на линии “запрос”. При появлении сигнала на этой линии арбитр А выполняет последовательное сканирование кодов адреса всех подключенных модулей М_n по ША в соответствии с принятой дисциплиной обслуживания. При обнаружении источника запроса устанавливается сигнал “Занято” и дальнейшая генерация адресов прекращается. После обслуживания данного запроса возобновляется поиск следующего. Основным достоинством этого способа селекции является гибкость в реализации дисциплин обслуживания, а недостатком является низкое быстродействие.

Широкое распространение получила схема последовательной селекции (дейзи-цепочка). Поиск источника начинается по сигналу “Запрос” аналогично предыдущему. Арбитр формирует сигнал ”Подтверждение запроса” (ПЗ), который последовательно проходит через все модули М_n . Максимальным приоритетом обладает модуль, наиболее близко расположенный к арбитру. При поступлении сигнала “Подтверждение” в модуль, выставивший запрос, дальнейшее его прохождение блокируется и модуль формирует сигнал “Занято”. Основное преимущество этого способа - простота реализации и высокое быстродействие по сравнению с адресным сканированием. Основной недостаток - пониженная надежность и быстродействие при увеличении длины линий связи, относительная сложность программного управления приоритетами запросов. В простейшем случае управление приоритетом выполняется перестановкой модулей. В некоторых системах вводятся дополнительные программно-аппаратные средства, обеспечивающие управление приоритетом без физического перемещения модулей ( использование маскирования запроса, циклическое изменение приоритетов и так далее). Этот способ используется, главным образом, во внутриблочных интерфейсах.

Максимальное быстродействие обеспечивает параллельная селекция. Каждый модуль имеет индивидуальные линии запроса и подтверждения, что позволяет реализовать параллельную обработку. Этот способ отличает гибкость управления приоритетами запросов, т.к. с помощью масок можно установить требуемую дисциплину обслуживания. Однако эти преимущества достигаются за счет существенного увеличения числа линий и усложнения аппаратных средств.

Более оптимальной является параллельно-последовательная селекция, при которой модули разделяются на определенные группы. Внутри группы используется последовательная селекция, а между группами - параллельная. Возможны и другие варианты совместного использования трех описанных способов селекции.

20. В каких случаях целесообразно использование шин прерываний ШП?

ШП применяется в интерфейсах для идентификации устройств, запрашивающих ресурсы ведущего модуля (например, процессора). Прерывание - это реакция системы на программно непредсказуемое событие. Ввод/вывод по прерыванию используется в том случае, если “простои” процессора в циклах ожидания готовности устройства являются недопустимыми. Это характерно для взаимодействия быстродействующих ведущих модулей с ведомыми устройствами, быстродействие которых существенно меньше. Ввод/вывод по прерыванию повышает производительность системы, но для его реализации требуются дополнительные программно-аппаратные ресурсы.

21. На основании каких характеристик производится сравнение возможностей подсистемы прерываний магистрально –модульных систем?

При анализе потенциальных возможностей ШП и подсистемы прерываний на их основе необходимо контролировать: число линий запросов прерываний, возможность их расширения, особенности сигналов запроса (фронт, срез, уровень, возможность регулировки) и процедуры обработки прерываний, возможности управления приоритетами запросов.

22. Как влияют на характеристики системы шины специальных управляющих сигналов ШСУС? Для каких целей можно использовать резервные линии?

ШСУС предназначены для обеспечения работоспособности и повышения надежности системы на основе данного интерфейса. К ним относятся линии питания, внутрисистемной диагностики и резервные линии. Число и состав линий питания определяется функциональным назначением интерфейса.

В различных интерфейсах контроль охватывает: четность данных, адреса и команд; напряжение вторичных источников питания и сети переменного напряжения; время выполнения операции на шинах; готовность данных и устройств; контроль операций на шине; проверка конфигурации системы, отказа модулей. Конкретное количество линий определяется назначением интерфейса и требуемыми техническими характеристиками (обычно 2-3 линии).

Резервные линии разделяются на две группы:

0. системные линии, предназначенные для дальнейшего расширения интерфейса и запрещенные для пользователя;

1. линии пользователя, разрешенные к использованию, позволяющие адаптировать интерфейс для решения конкретной задачи.

23. Как оценить скорость для различных способов ввода-вывода информации?

ПДП – быстрее всех, по прерыванию медленнее

24. С помощью каких средств можно увеличить производительность одноуровневых интерфейсов?

Увеличение пропускной способности магистралей в рамках одноуровневого интерфейса возможно за счет увеличения разрядности шин и способов их организации, применения более быстродействующей элементной базы, использования структурных методов при разработке модулей (опережающая выборка команд, конвейерный принцип обработки, увеличение объема сверхоперативной памяти, кэш-память и так далее). Однако ресурсы повышения быстродействия этим исчерпываются. Основным недостатком одноуровневых интерфейсов является единая магистраль, работающая в режиме с разделением времени.

25. Как оценить пропускную способность многоуровневых интерфейсов?|

Наиболее эффективным способом повышения пропускной способности интерфейса является многоуровневая организация, при которой кроме основной параллельной магистрали СМ вводится несколько дополнительных, ориентированных на работу с определенными классами устройств. В этом случае суммарная пропускная способность интерфейсов увеличивается.

Наиболее перспективны многоуровневые интерфейсы. Чем больше уровней интерфейса, тем больше его производительность, т.к. увеличивается число одновременно реализуемых процессов обработки и управления при наличии достаточного числа ведущих устройств. Однако при выборе числа уровней необходимо учитывать фактор стоимости. Определяющим является допустимая цена производительности. Поэтому при решении большинства технических задач используется только СМ и ПМ.

26. В чем отличие проблемно-ориентированных интерфейсов от интерфейсов общего назначения? Привести примеры проблемно –ориентированных интерфейсов.

PCI можно отнести к классу проблемно-ориентированных интерфейсов, так как он рассчитан на работу с быстродействующими устройствами в режиме блочных передач.

По мере развития возможностей графической системы существенно повысились требования к пропускной способности магистралей, связывающих дисплейный адаптер с памятью и ЦП. Решению этой проблемы способствовало появление интерфейса AGP (Accelerated Graphic Port) , её пропускная способность значительно выше ( до 800 МБ/c) за счет использования конвеера, сдвоенных передач данных, более короткой магистрали, меньшего числа слотов. Введены интерфейсы для работы с кэш-памятью. Появляются новые интерфейсы для мультимедийных и других приложений.

Недостатком проблемно-ориентированных интерфейсов являются: малое число свободных слотов, сложности с реконфигурацией систем из-за необходимости перестыковки кабелей и отключения напряжения питания.

27. Основные тенденции развития многоуровневых интерфейсов. Какие факторы способствуют “живучести” интерфейсов?

Интерфейс (рисунок 4.б) предполагает введение локальных магистралей памяти и УВВ. Память может быть функционально разделена на локальную ЛП_i , предназначенную для обслуживания задач, решаемых модулем М_i и системную СП_i , в которой хранятся операционная система или ее части. Общая магистраль СМ служит только для межмодульного (межпроцессорного) обмена. Этот интерфейс обладает высокой степенью однородности, возможностью наращивания, потенциально высоким быстродействием, т.к. в этом случае отсутствуют конфликты при одновременном обращении одного микропроцессора МП_i в зону памяти другого. Однако эта структура избыточна, т.к. основные части операционной системы должны быть продублированы в каждом модуле интерфейса. Реализация структуры требует наличия двухпортовой памяти.

Наибольшее распространение получил интерфейс, в котором разделены системные ресурсы и ресурсы модулей (рисунок 4.в). Ресурсы модулей формируется таким образом, чтобы минимизировать число конфликтов на системной магистрали СМ. С этой целью введены: дополнительные магистрали для работы с локальной памятью, УВВ, специальными процессорами СП _i . Организация магистралей учитывает специфику работы с теми устройствами, для которых они предназначены. Например, пропускная способность магистрали локальной памяти, как правило, выше, чем СМ. Это связано с меньшим количеством модулей, более простой и быстродействующей схемой арбитража, короткой линией связи.

«Живучесть» магистрали ISA, которая только в последние годы стала недоступна на материнских платах ПЭВМ, объясняется наличием большого количества аппаратно программных средств, разработанных для связи с периферийными устройствами.

Также факторами повышения живучести являются применение децентрализованного арбитража и дополнительных резервных линий связи.

28. Основные характеристики мезонинных интерфейсов. Какие преимущества обеспечивает их применение?

Мезонинная архитектура представляет относительно простой и эффективный способ адаптации модулей к специфическим требованиям конкретного проекта и легкого конфигурирования уже созданной системы самим пользователем.

Сущность мезонинной архитектуры состоит в организации внутри модуля специальной стандартизованной магистрали, связь с которой обеспечивает мезонинный контроллер. Субмодули, подключенные к МИ, могут поддерживать такие функции как работа с последовательным каналом, организация взаимодействия с интерфейсами, хранение данных, разнообразные цифроаналоговые и аналогоцифровые преобразования, управление электромеханическими устройствами и т.д.

29. Основные технические характеристики интерфейсов.

Основными характеристиками интерфейсов являются: функциональное назначение, количество магистралей, шин и способов их организации, пропускная способность ( скорость передачи информации )магистралей ( МБ/c ), стоимость, надежность. Оптимальным является интерфейс, обладающий требуемой пропускной способностью и адаптацией к решаемой задаче при минимальной стоимости.

30. В чем отличие промышленных компьютеров от офисных?

Лучшие характеристики обеспечивают промышленные ПЭВМ, достоинством которых являются большая надежность, увеличенное число слотов, использование модульного конструктива Евромеханика, накладных (штыревых) разъёмов( в ПЭВМ используются печатные разъёмы), меньшее энергопотребление и габариты, возможность «горячего подключения», расширенный эксплуатационный диапазон (температур, вибраций, перегрузок, пылезащищенность и так далее).

ПЭВМ предназначена для автоматизации вычислений на основе алгоритмов, а не для использования в системах реального времени.

31. Какие преимущества обеспечивает использование в промышленности интерфейсов РС-104 и CompactPCI?

Лучшие характеристики обеспечивают промышленные ПЭВМ, разработанные на основе стандартов PС-104 (аналог ISA), Compact PCI (аналог PCI), достоинством которых являются большая надежность, увеличенное число слотов, использование модульного конструктива Евромеханика, накладных (штыревых) разъёмов (в ПЭВМ используются печатные разъёмы), меньшее энергопотребление и габариты, возможность «горячего подключения», расширенный эксплуатационный диапазон (температур, вибраций, перегрузок, пылезащищенность и так далее).

Обладая полной совместимостью с базовой спецификацией PCI, Compact PCI имеет следующие особенности: максимальное использование серийных электронных компонентов, ориентация на повышенные требования промышленной и военной технологии, повышенная надежность, пассивная магистраль , использование конструктива Евромеханики с накладными разъёмами, Hot Swapping («горячая» замена модулей), широкое использование мезонинных технологий, возможность стыковки со стандартом PC/104.