Циклы магистрали ISA

В режиме программного обмена информацией на магистрали ISA выполняются четыре типа циклов:

• цикл записи в память;

• цикл чтения из памяти;

• цикл записи в устройство ввода/вывода;

• цикл чтения из устройства ввода/вывода.

Наиболее часто УС проектируются как устройства ввода/ вывода. Временные диаграммы циклов обмена для этого случая приведены на рис. 9.3 (все временные параметры приведены для частоты SYSCLK, равной 8 МГц). Циклы начинаются с выставления задатчиком адреса на линиях SAO...SA15 и сигнала -SBHE. Отметим, что несмотря на потенциальную возможность адресации по 16 линиям адреса, чаще всего используются только 10 младших линий SAO...SA9, так как большинство разработанных ранее плат расширения используют только их, и, следовательно, за исключением особых случаев, нет смысла обрабатывать старшие разряды SAIO...SA15. В ответ на получение адреса исполнитель, распознавший свой адрес, должен сформировать сигнал -I/O CS16 в случае, если обмен должен быть 16-разрядным.

Рис. 9.3. Временные диаграммы циклов программного обмена с устройствами ввода/вывода (все временные интервалы в наносекундах).

Далее следует собственно команда чтения или записи. При цикле чтения задатчик выставляет сигнал -IOR, в ответ на который исполнитель (УС) должен выдать данные на шину данных. Эти данные должны быть сняты исполнителем после окончания сигнала -IOR. В цикле записи задатчик выставляет записываемые данные и сопровождает их стробом записи -IOW. Здесь надо отметить, что хотя в соответствии со стандартом установка записываемых данных предшествует выставлению -IOW, в некоторых компьютерах реализуется обратный порядок: сначала выставляется -IOW, а затем появляются данные. Поэтому при проектировании УС надо рассматривать как момент действительности данных только задний (положительный) фронт сигнала -IOW.

В случае, когда УС не успевает выполнить требуемую от него команду в темпе магистрали, оно может приостановить на целое число периодов сигнала SYSCLK завершение цикла чтения или записи с помощью снятия (перевода в низкий уровень) сигнала I/O СН RDY (так называемый удлиненный цикл). Это производится в ответ на получение сигнала -IOR или -IOW. Сигнал I/O СН RDY может удерживаться низким не более 15,6 мкс, в противном случае процессор переходит в режим обработки немаскируемого прерывания. Отметим, что некоторые изготовители персональных компьютеров указывают в сопроводительной документации другие допустимые величины этого временного интервала (например, 2,5 мкс), так что не следует ориентироваться на максимальную величину, указанную в стандарте, иначе нет гарантии работы УС во всех компьютерах.

На рис. 9.4 приведены временные диаграммы циклов обмена с памятью (указаны только временные интервалы, отличающиеся от аналогичных на рис. 9.3). Для асинхронного режима обмена (удлиненного цикла) здесь также используется сигнал I/O СН RDY. Отметим, что УС, работающее как память, должно обрабатывать все адресные разряды, включая LA17...LA23.

Помимо циклов программного обмена, на магистрали ISA могут выполняться также циклы прямого доступа к памяти (ПДП). Временная диаграмма для этого случая показана на рис. 9.5. Так как магистраль ISA имеет раздельные стробы чтения и записи для устройств ввода/вывода и для памяти, пересылка данных в режиме ПДП производится за один ма­шинный цикл. То есть если данные надо переслать из устройства ввода/вывода в память, то одновременно производится чтение данных из устройства ввода/вывода (по сигналу -IOR) и их запись в память (по сигналу -MEMW). Аналогично производится пересылка данных из памяти в устройство ввода/вывода (по сигналам -MEMR и -IOW).

Рис. 9.4. Временные диаграммы циклов программного обмена с памятью (все временные интервалы в наносекундах).

Рис.9.5. Временные диаграммы циклов ПДП (t — время предос тавления ПДП, Т — период сигнала SYSCLK; все временные интервалы в наносекундах).

Цикл ПДП начинается с запроса ПДП от исполнителя, желающего произвести обмен, с помощью одного из сигналов DRQ. После освобождения магистрали текущим задатчиком (например, процессором) контроллер ПДП формирует соответствующий сигнал -DACK, говорящий о предоставлении ПДП запросившему его устройству. Затем контроллер ПДП вырабатывает адрес ячейки памяти, с которой будет производиться обмен в текущем цикле, и сигнал AEN, который говорит устройству ввода/вывода о том, что к нему идет обращение в режиме ПДП. После этого выставляется строб чтения (-IOR или -MEMR), в ответ на который источник передаваемых данных выставляет свою информацию на шину данных, и строб записи (-MEMW или -IOW), по которому данные записываются в приемник данных. Здесь так же, как и в обычном цикле, возможен асинхронный обмен (удлиненный цикл) с использованием сигнала I/O СН RDY.

Одной из особенностей магистрали ISA является необходимость проведения регенерации динамической памяти компьютера с помощью специальных циклов регенерации на магистрали. Временная диаграмма цикла регенерации показана на рис. 9.6. Эти циклы выполняет входящий в состав материнской платы компьютера контроллер регенерации, который должен для этого получать управление магистралью каждые 15 микросекунд. Во время цикла регенерации производится чтение одной из 256 ячеек памяти (для адресации используются только восемь младших разрядов адреса SA0...SA7). При этом читаемая информация нигде не используется, то есть это цикл псевдочтения. Проведение 256 циклов регенерации, то есть псевдочтение из 256 последовательных адресов ОЗУ, обеспечивает полное обновление информации в ОЗУ и ее непрерывное сохранение. Если по каким-то причинам цикл регенерации не производится вовремя, то возможна потеря информации в ОЗУ. Цикл ре­генерации включает в себя выставление сигналов -REFRESH, адреса SAO...SA7 и -MEMR. В случае необходимости может использоваться сигнал I/O СН RDY.

Рис. 9.6. Временные диаграммы циклов регенерации (Т — период сигнала SYSCLK, все временные интервалы в наносекундах).