Пропускном направлении

На мощных гидро- и теплостанциях электрическая энергия вырабатывается генераторами с номинальным напряжением 6,3; 10,5; 15,75; 38,5 кВ и более. Для увеличения пропускной способности линий передачи и уменьшения потерь мощности в проводах обычно повышают напряжение, при котором передается электроэнергия. На линиях передачи номинальное напряжение достигает 500 кВ и более.

Операционная система выполняет роль своеобразного интерфейса между пользователями и вычислительная система (ВС), т. е. ОС предоставляет пользователю виртуальную ВС. Это означает, что ОС в значительной степени формирует у пользователя представление о возможностях ВС, удобства работы с ней, пропускной способности. Различные ОС на одних и тех же технических средствах могут представлять пользователю совершенно

тивной памяти, БИС управления вводом и выводом и др.,. называется микроЭВМ. МикроЭВМ оснащают необходимыми периферийными устройствами (см. 1.5). Электронная аппаратура микроЭВМ содержит несколько десятков корпусов БИС и СИС, размещаемых на одной или нескольких съемных платах. В микроЭВМ сочетаются высокая скорость выполнения операций в микропроцессоре, повышенная надежность, небольшая стоимость со сравнительно низкой пропускной способностью интерфейса, обусловленной ограничениями на число Аыводов корпусов БИС микропроцессора. Если по скорости выполнения операций микроЭВМ приближаются к современным малым ЭВМ, а по ряду эксплуатационных показателей (габаритные размеры, потребляемая мощность, надежность) они их превосходят, то из-за малой пропускной способности интерфейса и свя-занного с этим малого числа подключаемых ПУ применение миНроЭВМ в настоящее время ограничивается системами с не-болрьшим количеством источников и потребителей информации. !По этим же причинам затруднено использование микропроцессоров в качестве элементов при построении быстродействующих процессоров и каналов ввода-вывода ЭВМ общего назначения. Однако большие перспективы имеет применение микропроцессоров и микроЭВМ в периферийном оборудовании ЭВМ (устройствах управления дисками и лентами, дисплеях и других терминалах), в частности, для преобразования форматов данных, контроля, перекодирования, редактирования. При этом

Повышение производительности моделей машин в ЕС ЭВМ и применение ЗУ прямого доступа на дисках со скоростью передачи информации около 1 Мбайт/с и более потребовали дальнейшего развития системы ввода-вывода в направлении повышения пропускной способности интерфейса ввода-вывода, повышения уровня параллелизма в работе внешних ЗУ, придания системе ввода-вывода новых логических возможностей.

Расширенный интерфейс ввода-вывода. В целях повышения пропускной способности интерфейса в некоторых блок-мультиплексных каналах может применяться параллельная передача двухбайтных кодов и повышенная частота передачи информации в интерфейсе.

Микропроцессоры по своей производительности приблизились к малым ЭВМ, но из-за сравнительно низкой пропускной способности систем ввода-вывода (несколько сотен килобайт в секунду) их нельзя было использовать в оборудовании таких массовых изделий, как мощные автоматизированные рабочие места (АРМ). Необходимо было увеличить пропускную способность интерфейса до нескольких десятков мегабайт & ^«.v^v.-ЭДД^Ъ Tlbbyждало к переходу от асинхронного способа передачи данных (см. § 11.11) к синхронному, хотя такое решение связано с существенным уменьшением (до 1 м) допустимого расстояния между отдельными модулями системы.

Это наложило специальные требования на организацию интерфейса МП-систем. Интерфейс должен позволять объединить в МП-систему несколько модулей микроЭВМ и (или) микропроцессорных устройств без существенных потерь в пропускной способности из-за конфликтов (столкновений) при их попытках использовать интерфейс. Необходимо иметь возможность высокоскоростного межмодульного перемещения данных и межмо> дульных прерываний с малым временем реакции, в частности, для реализации межзадачных связей при многозадачных режимах обработки данных. При этом приходится отказываться от принятого во многих интерфейсах арбитрирования запросов прерывания, поступающих по нескольким линиям, которым присвоены разные уровни приоритета. Таких линий в многомикропроцессорной системе оказалось бы п (п — \)k (n — число МП, k — количество уровней приоритета), что делает такой подход для многих МП-систем практически нереализуемым. Возникшие проблемы разрешимы путем отказа от обычной для многих интерфейсов передачи информационной и управляющей информации в форме сигналов и перехода к применению метода передачи сообщений при межмодульном обмене данными и межмодульных прерываниях.

а) параллельный интерфейс с синхронной передачей сообщений, а также 8-, 16- или 32-разрядных слов по совмещенной шине адреса/данных (при числе абонентов шины до 20) с частотой сигналов по линии интерфейса 10 МГц и суммарной пропускной способностью (при использовании 32-разрядной ширины интерфейса) до 40 Мбайт/с (при передаче сообщение разбивается на пакеты длиной 32 байта, а для повышения пропускной способности интерфейса используется мультиплексирование на шине пакетов от разных задатчиков);

Межмодульные прерывания в параллельном интерфейсе реализуются в форме «виртуального прерывания», при котором запрашивающий прерывание модуль посылает через шину прерываемому модулю специальное «прерывающее сообщение», оформленное в виде 32-байтного пакета, содержащего 8-разрядные номера источника и адресата сообщения, 8-разрядный указатель специального характера сообщения и до 28 байт данных, конкретизирующих запрашиваемое прерывание (адрес его вектора прерывания и другие сведения). Время передачи этого пакета при пропускной способности интерфейса 40 Мбайт/с составляет 1 икс. Отметим, что виртуальное прерывание можно рассматривать как развитие векторного прерывания (см. гл.9). Передаче «прерывающего сообщения» должно предшествовать занятие интерфейса запрашивающим прерывание устройством. В параллельном интерфейсе реализован децентрализованный арбитраж запросов на занятие интерфейса. Для этого используются коллективные «линия запроса» и «линии приоритета».

Мультипрограммирование предназначено для повышения пропускной способности вычислительной установки путем более равномерной и плотной загрузки всего ее оборудования, в первую очередь процессора. При этом скорость работы самого процессора и номинальная производительность ЭВМ, как она определена в гл. 1, не зависят от мультипрограммирования. Существенной характеристикой для пользователя является пропускная способность, которая оценивается средним объемом вычислений, выполняемых ВС в единицу времени при решении наборов практических задач.

На 13.1 показано выполнение двух программ при одно-программном и мультипрограммном режимах работы. Как видно из рисунка, общее время выполнения программ А и В при мультипрограммном режиме значительно меньше, чем при однопрог-раммном. В рассмотренном примере в мультипрограммном режиме сохранились (хотя и существенно уменьшились) паузы в работе процессора. Дальнейшее увеличение пропускной способности в рассматриваемом примере можно получить, увеличив число одновременно обрабатываемых программ (задач) (коэффициент мультипрограммности).

Входная характеристика транзистора изображена на 38, а. Характеристика, снятая при ?/кб=0, т. е. когда коллектор и база закорочены, точно соответствует вольтамперной характеристике полупроводникового диода в пропускном направлении: ток /э экспоненциально возрастает с ростом напряжения f/эб- При очень больших токах 1Ъ входные характеристики близки к линейным. Увеличение отрицательных значений ?/Кб вызывает смещение кривых влево, ближе к оси токов. Это смещение незначительно, и при напряжениях t/кб порядка нескольких вольт характеристики практически сливаются, что объясняется слабым влиянием напряжения коллектора t/K6 на эмит-терный переход. Иногда для схем с ОБ приводят только одну входную характеристику при одном фиксированном напряжении

Из этих соотношений следует, что для качественного ограничения сигнала и передачи возможно большей величины его в пропускном направлении необходимо при расчетах стремиться к выполнению следующих неравенств:

при выводе которой не учитывались искажения, обусловленные влиянием паразитных емкостей, так как в пропускном направлении постоянная заряда

2. Определяем максимально допустимое значение ограничивающего сопротивления R0tp. Оно прежде всего лимитируется допустимым уменьшением амплитуды синусоидального сигнала в пропускном направлении (когда диоды Д1 иД2 закрыты). С увеличением сопротивления /?0гр возрастает падение напряжения на нем, поэтому уменьшает-

раничение по максимуму, а во втором ограничение по минимуму. Таким образом, транзисторный ключ можно использовать в качестве двустороннего ограничителя. Коэффициент передачи в пропускном направлении Кпр определяется коэффициентом усиления по напряжению:

Для рассмотрения принципа работы биполярного транзистора вое-, пользуемся схемой, приведенной на 7.6. Из рисунка видно, что транзистор представляет собой по существу два полупроводниковых диода, имеющих одну "общую область — базу, причем к шиттерному р-п переходу приложено напряжение Ег в прямом (пропускном) направлении, а к коллекторному переходу приложено напряжение Ег в обратном, направлении. Обычно ?2j ^> :» \EI\. При замыкании выключателей SA1 и SA2 через эмиттер-ный р-п переход осуществляется инжекция дырок из эмиттера в область базы. Одновременно электроны базы будут проходить в область эмиттера. Следовательно, через эмиттерный переход пройдет ток по следующему пути: +Elt миллиамперметр РА1, эмиттер, база, миллиамперметр РА2, выключатели SA2 и SA1,— Ег.

Аналогичные измерения ТОПЗ в пропускном направлении выпрямляю-

Темновой ток сопровождается рекомбинацией неосновных носителей тока (в нашем случае — электронов в р-области). При актах рекомбинации потенциальная энергия электронно-дырочных пар выделяется либо посредством излучения фотонов с rav « Eg, либо расходуется на нагревание кристаллической решетки. Оба чтих процесса схематически показаны дополнительными стрелками на 1.10, б. Таким образом, режим холостого хода СЭ эквивалентен режиму работы светодиодов [7], а также выпрямительных диодов в пропускном направлении.

3.16. Зонные модели N— р- (а, б) и Р—n-плавных (в, г) гетеропереходов при нулевом смещении (а, в) и смещении в пропускном направлении (б, г).

Однако из-за малой толщины прослоек, не превышающей обычно десятой доли микрометра часть тока ответвляется и проходит через барьеры. Для этого тока барьер с одной стороны микрокристаллита включен в запирающем, а с другой — в пропускном направлении. Поскольку размеры микрокристаллитов малы (порядка 1 мкм) по сравнению с длиной диффузионного смещения, то такая структура действует подобно транзисторной: в ней может наблюдаться большое усиление тока неосновных носителей. Если размеры возникающих областей объемного заряда меньше областей п- и р-типа проводимостей, то в этом случае весь фоторезистор может рассматриваться как супермногослойная транзисторная структура [109]. Однако обычно одна или обе области имеют размеры меньше ширины слоя объемного заряда. В данном случае ОПЗ не может сформироваться до величины, определяемой контактной разностью потенциалов.

мосвязанных р—/г-переходов в супермногослойных структурах приводит к большой роли транзисторного эффекта в таких системах [17]. Они обладают значительной фоточувствительностью, так как являются по сути дела многослойными фототранзисторами. Эффективный квантовый выход фотопроводимости супермногослойных структур должен быть около (Рр+Р«)/(1—рР—Рп), где Рр и рп — коэффициенты переноса дырок и электронов, инжектированных из смещенного в пропускном направлении отдельно взятого р—л-элемента с учетом эффективности инжекции. Поскольку эти величины немногим отличаются от единицы, видно, что фоточувствительность таких многослойных структур может быть очень высока.