12.8. Устройства согласования системных интерфейсов

В 80-е гг. производились работы по созданию ВС, использующих различное системное оборудование из состава наиболее распространенных семейств мини- и микроЭВМ. Такие ВС строятся с использованием устройств согласования системных интерфейсов (УСИ), совместимых и несовместимых мини- и микроЭВМ.

По функциональному назначению УСИ можно разделить на два основных класса: гомогенные, обеспечивающие согласование интерфейсов системно совместимых мини- и микроЭВМ; гетерогенные, обеспечивающие согласование системных интерфейсов несовместимых мини- и микроЭВМ.

В каждом классе УСИ подразделяются на УСИ-мини и УСИ-микро, эмулирующие соответственно системные интерфейсы более мощных моделей ЭВМ (для согласования системного интерфейса микроЭВМ с системным интерфейсом мини-ЭВМ) и микроЭВМ (для согласования системного интерфейса мини-ЭВМ с системным интерфейсом микроЭВМ).

Наиболее распространенными стали гомогенные УСИ-мини, обеспечивающие на начальном этапе развития ВС из микроЭВМ подключение системных контроллеров, устройств оперативной и внешней памяти, устройств межсистемной связи, спецпроцессоров; построение низовых локально распределенных ВС с мощной системой ввода-вывода; подключение серийно выпускаемых УСО различного типа, в первую очередь для создания микроИВК (измерительно-вычислительный комплекс); наладку, контроль, испытание и промышленный выпуск сложных контроллеров ВЗУ, дисплейных процессоров, КАМАК-процессоров и т.д.; построение дешевых инструментальных систем для разработки проблемно ориентированного программного обеспечения для разрабатываемого периферийного оборудования мини-ЭВМ.

Основное назначение гомогенных УСИ-микро – создание инструментальных систем для разработки и документирования на мини-ЭВМ программного обеспечения ВС из микроЭВМ; подключение уникальных устройств спецпроцессоров микроЭВМ, построенных на основе последних достижений микроэлектроники, в первую очередь устройств оперативной памяти большой емкости, матричных процессоров, процессоров языков высокого уровня и т.д.; в ряде случаев экономия оборудования при подключении значительного количества периферийного оборудования за счет набора интерфейсных БИС.

Основное назначение гетерогенных УСИ – подключение к более мощным новым МП системных устройств, широко распространенных ВС из мини- и микроЭВМ, а также уникальных устройств других семейств, главным образом спецпроцессоров.

Рассмотрим основные решения, реализованные в ВС с УСИ, построенные на базе мини- и микроЭВМ систем РДР-11, Data General, Intel. Фирмы сосредоточили основные усилия на разработке совместных семейств моделей мини- и микроЭВМ. Модели получили широкое распространение, а их архитектурные решения, в частности, системные интерфейсы, приняты в различных странах как прототипы.

Проектирование УСИ предполагает решение следующих основных задач: на основе формальных моделей системных интерфейсов выработать единые принципы классификации, описания структурной и функциональной организации УСИ; используя известные методы, предложить оценки эффективности реализации УСИ различной архитектуры.

Системный этап проектирования УСИ включает в себя: рассмотрение возможных и определение допустимых альтернативных вариантов организации УСИ; определение критерия эффективности технического уровня структуры УСИ; выявление наиболее целесообразного для ВС варианта УСИ из множества допустимых альтернативных вариантов в условиях заданных ограничений. В качестве критерия эффективности выбираются показатели оптимальности, используемые при проектировании аналогичных устройств. В результате этапа определяется набор функций и структура УСИ, а также способы реализации интерфейсных функций.

Технический уровень УСИ характеризуется режимом передачи по программному каналу с типом коммутации уровней прерывания (гомогенные, гетерогенные); режимом передачи по прямому доступу (мультиплексный, монопольный); наличием дополнительных системных функций (расширение адресации, совмещение работы сопрягаемых интерфейсов, наличие КПД общего назначения и т.д.); технической реализацией (способ организации управления, тип используемых приемопередающих схем и интегральных микросхем (ИМС) и т.п.); типом структуры СВВ, определяющим структуру и в основном конструктивное исполнение УСИ.

Возможны следующие основные типы УСИ-мини, определяющие системную организацию подключаемых к УСИ устройств:

1. эмулирующие только программный канал мини-ЭВМ;

2. универсальные, полностью эмулирующие системный интерфейс;

3. универсальные с расширенными системными возможностями;

4. специальные, обеспечивающие эффективную работу системы ввода-вывода ВС в целом (типы 4.1 и 4.2. в табл. 12.12).

Характеристики УСИ-мини приведены в табл. 12.12 (на примере УСИ-мини для ВС на базе РДР-11 фирмы ДЕС).

Таблица 12.12 Характеристика УСИ - мини для РДР –11

Операция УСИ-мини	Тип УСИ-мини
	1	2	3	4.1	4.2
Передача по программному каналу	+	+	+	+	+
Число коммутируемых линий прерывания
Передача по прямому доступу	-	+	+	+	+
Монопольный режим	-	+	+	-	+
Мультиплексный режим	-	+	+	+	+
Реализация: аппаратная микропрограммная	+ -	+ -	+ +	+ +	+ +
Дополнительные системные функции: расширение адресации совмещение работы интерфейса встроенный КПД	- - -	- - -	+ - -	+ + -	- + +
Тип структуры СВВ с УСИ: локальная локально - распределенная	+ -	+ -	+ -	+ -	- +

Примечания: «+» - имеется; «-» - отсутствует.

Устройства типа 1 наиболее просты, реализуются в виде одинарной платы микроЭВМ и устанавливаются в ее основную кассету. Разрабатываются на начальном этапе создания ВС, использующих устройства низкого и среднего быстродействия.

Универсальные УСИ второго порядка получили широкое применение в ВС на базе LSI-11/02, LSI-11/23 и т.д. Их организация позволяет подключать практически любое оборудование мини-ЭВМ, за исключением процессора. Наибольшая эффективность обеспечивается при использовании микроЭВМ с УСИ вместо мини-ЭВМ меньшей производительности и (или) надежности.

Универсальные УСИ с расширенными возможностями (третий тип) ориентированы на гибкие ВС на базе мощных МП с большим объемом ОЗУ и динамическим изменением приоритетов запросов. Основной недостаток – необходимость модернизации штатных операционных систем микроЭВМ.

Специальные УСИ типа 4 являются более быстродействующим вариантом УСИ типа 3 и в основном используются в многомашинных ВС с распределенным управлением.

Результаты качественной оценки вариантов приведены в табл. 12.13, где «0» - обычные возможности, «1» - улучшенные возможности, «2» - наибольшие возможности.

Таблица 12.13 Характеристика ВС, использующих УСИ-мини

Операция ВС	Тип УСИ-мини
	1	2	3	4.1	4.2
Расширение объема ОЗУ	0	1	2	2	0
Производительность СВВ	0	1	1	2	2
Система прерывания СВВ	1	1	2	1	1
Разделение во времени работы на интерфейсе	0	1	1	2	2
Мультисистемные возможности	0	1	1	1	2