CN1067324A - 带替代系统控制器的个人计算机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及个人计算机系统，尤其是当系统中存 在替代系统控制器时，有能力使常规系统控制器复 位、初始化并与系统隔离的个人计算机系统。该个人 计算机具有一高速本地处理器总线、一输入/输出总 线、一微处理器直接与本地处理器总线相连，而一总 线接口控制器直接与本地处理器总线和输入/输出 总线相连并提供这两总线间的通信，当该总线接口控 制器检测到本地处理器总线上接有替代处理器时，就 把微处理器对本地处理总线的控制传递给替代处理 器。

Description

本发明涉及个人计算机，尤其是具有下述能力的个人计算机：若给系统提供一替代系统控制器，则惯常的系统控制处理器就被复位、初始化、而后隔离开。

一般的个人计算机系统特别是IBM个人计算机已获得广泛应用以给当今现代社会的许多部门提供计算能力。个人计算机系统通常可被定义为桌式、地板直立式或袖珍式微计算机，它包括：具有单一系统处理器和相关的易挥发及非挥发性存贮器的系统部件、显示监测器、键盘、一个或多个软盘驱动器、硬盘存贮器、以及任选的打印机。这种系统的可识别特征之一是用一母板或系统板把这些部件连接在一起。这种系统设计的主要目的是为单个用户提供独立的计算能力，并以不太贵的价格为个人或者小的业务部门所认购。这种个人计算机系统的例子是IBM公司的个人系统/2（IBM  PS/2）的型号25、30、L40SX、50、55、65、70、80、90和95。

这些系统可分成两大系列。第一系列（通常称为系列Ⅰ型）采用总线结构，其例子是IBM  PC-AT以及其它IBM兼容机。第二系列（通常称为系列Ⅱ型）采用以IBM  P/2的型号50到95为代表的IBM“微通道”总线结构。起初，系列Ⅰ型一般采用流行的Intel  8088或8086微处理器作为系统控制器。这些处理器具有寻址1兆字节存贮器的能力。后来，系列Ⅰ型和系列Ⅱ型一般采用较高速度的Intel  80286、80386和80486微处理器，这些处理器可工作在实模式下以模拟低速的Intel8086微处理器，或者工作在保护模式下可把寻址范围扩展到1兆字节到某些型号的4千兆字节。实质上，80286，80386和80486微处理器的实模式特性提供了为8088及8086微处理器编写的软件的硬件兼容性。

随着个人计算机技术的发展以及总线交换已从8位到16位并最终达到32位宽度，而且较高速的微处理器可在实模式和保护模式操作，已开始通过把个人计算机的结构分成不同的总线区域来寻求效能。更具体地说，在原来的IBM  PC中，所谓扩展总线实质上是微处理器（8086或8088）连线的直接延伸，并根据需要进行缓冲及反复用（demultiplex）。后来，随着AT总线规范的开发并进入广泛应用（现在也称为工业标准结构-ISA），有可能分离微处理器和总线间最近的直接连线，从而出现了本地处理器总线而把扩展总线改名为输入/输出总线。一般来说，为了增强性能，本地处理器总线以比输入/输出总线较高时钟速度（以赫兹计）运行。通过使用存贮器直接存放（DMA）中断，IBM  AT结构也提供了在输入/输出总线上以多于一个微处理器运行的可能性。

由于增强效能仍是一个目标，并且由于微处理器已可在较高时钟速度上工作，已形成这样一种战略：即期望容纳另一个系统处理器，在适当的环境下，系统可置于该插入的处理器的控制之下。比如，提供处理器升级卡或升级板就是这种战略的一个例子。在此以前，这种战略是通过认真考虑用升级元件来替代先前使用元件实现的。在把替代元件插入到插座连接器中就可实现替换的场合这种方法是可行的。但是，在元件是焊接在电路板上（比如表面焊接的Intel80386SX就是这种例子）的情况下，这种替换就缺乏灵活性或者是不可能的。尤其是，仅仅加入另一器件，通常会造成系统资源控制和总线存取的不可接受的竞争。

由于上述原因，本发明的目的是采用替代（或替补）系统控制器（比如升级处理器）而保留先前的系统控制器。要实现本发明的这一目标，系统要配置成能识别该替代系统控制器的存在，并且，在该控制器存在时，若替代系统控制器插入系统时，就使先前的系统控制器复位、初始化并与系统隔离。本发明的另一目的是提供后来可被去掉的替代系统控制器的使用方法，在它被去掉后，系统可以毫不费力地使用先前的系统控制器。在实现本发明的这一目标中，也提供了使用多种型号的替代系统控制器的方法，尤其是包括只在开发中临时使用的模拟器。

已述的本发明的目的以及其它目的，将在结合附图的说明中逐渐明白，这些附图是：

图1-实现本发明的个人计算机的透视图;

图2是图1中个人计算机的某些元件的剖开透视图，它包括机架、上盖及主板，并说明这些元件的某些关系;

图3是图1和图2中个人计算机的某些元件的原理图;

图4是常规系统控制器的微处理和本发明所述的替代系统控制器之间某些互联线的原理表示;而

图5和图6分别是图3和图4的个人计算机在替代系统控制器存在及其不存在时操作的信号时间图。

当本发明将结合较佳实施例的附图在下面充分说明时，在下面的说明开始时就应明了熟悉这方面技术的人员可以修正这里所述的发明而仍能达到本发明的满意效果。因此，下述说明应理解为对熟悉这方面技术的人员的概括性的讲授说明而不是对本发明的限制。

现在具体参看附图，图1给出了体现本发明的微计算机，并以10表示。如前所述，计算机10可具有附属监视器11，键盘12及打印机或绘图仪14。计算机10具有上盖15，它与机架19一起形成一密闭而屏蔽的空间以容纳电气供电的数据处理器件和存贮元件以处理并贮存数字数据，如图2所示。至少这些元件的某些是安装在多层板或母板上的，该母板安装在机架19上，并且母板应提供某种装置以便将计算机10的上述元件与其它相关元件比如软盘驱动器，各种形式的直接存取存贮装置、附属卡或板等电气相连。

机架19具有一基座和一背面板（图2），并具有至少一个开口的隔架以容纳诸如磁盘或光盘等盘驱动器、磁带备用驱动器等数据存贮装置。在所述的形式中，上部隔架22适合于插入第一种尺寸（比如3.5英寸驱动器）的外设驱动器。在上部隔架22内可安装软盘驱动器，软盘可插入这种可去除介质的直接存取存贮装置中，并用软盘来接收、贮存并送出数据。

在把上述结构与本发明相联系之前，值得复习一下个人计算机系统10的一般工作原理。参看图3，它给出了个人计算机系统的框图，以便说明根据本发明的系统10的个人计算机系统的各种元件，包括安装在母板20上的元件以及母板与I/O槽和个人计算机系统其它硬件的连接。系统处理器32连到母板。任何合适的微处理器都可用作CPU32，一种合适的微处理器是Intel公司出售的80386。CPU32通过高速CPU本地总线34接到总线接口控制部件35，也接到易挥发随机存取存贮器（RAM）36（这里，它是单列直插存贮器模块-SIMM）和BIOS  ROM38，该ROM中贮存对CPU32进行基本输入/输出操作的指令。BIOS  ROM38包含用作I/O设备和微处理器32操作系统之间接口的BIOS。贮存在ROM38中的指令可以复制到RAM36中以减少BIOS的执行时间。

当本发明在此后结合图3的系统框图进行具体说明时，在下述说明开头就应了解本发明的装置和方法可以采用其它的母板硬件配置。比如，系统处理器可以是INTEL80486微处理器。

现在回到图3，CPU本地总线34（包括数据、地址和控制总线）也把CPU32接到数值或数学协处理器39和小计算机系统接口（SCSI）控制器40。熟悉计算机设计和操作的人员知道，SCSI控制器40可与只读存贮器（ROM）41、RAM42并通过图右所示的I/O连线与各种类型的适当外部设备相连。该SCSI控制器40用作存贮控制器以控制诸如硬盘驱动器、软盘驱动器、电光盘、磁带及其它贮存装置。

总线接口控制器（BIC）35将CPU本地总线34和I/O总线44相连，它用作规程翻译器、存贮器控制器、DMA控制器和其它功能。通过总线44，BIC35可与任选性能的总线比如微通道总线相连，该总线有许多I/O槽以插接微通道适配卡45，后者又可接I/O设备和存贮器（未画出）。I/O总线44包括数据、地址和控制总线。I/O总线44可以配置成微通道规范以外的其它总线规范。

沿I/O总线44接有各种I/O部件：比如，视频信号处理器（VSP）46，它与贮存字符形信息的视频RAM（VRAM）48以及贮存图形或图像信息的VRAM相连。VSP46可通过数字/模拟变换器（DAC）50与监视器或其它显示装置交换视频信号。VSP66也可以与录像机/放像机、摄影机等这里称之为自然输入/输出设备的装置直接相连。I/Q总线44也与数字信号处理器（DSP）51相连，它具有贮存DSP51信号处理的相关软件指令的指令RAM52和贮存这种处理所用数据的数据RAM54。DSP51通过音频控制器55来处理音频输入和音频输出，并通过模拟接口控制器（AIC）56来处理其它信号。最后，I/O总线44通过具有相关电可擦除可编程只读存贮器（EEPROM）59的输入/输出控制器58与传统外设，比如软盘驱动器、打印机或绘图仪14、键盘12、鼠标器或指向装置（未画出）并通过串行接口进行输入及输出交换。

在详尽地说明个人计算机10所提供的功能之前，首先考虑所谓多主或者多总线主设备个人计算机的支柱是恰当的。正如这里所称呼的，“主设备”或“总线主”是指处理器或者能取得总线控制权并驱动地址总线、数据总线和总线控制信号而设计的任何电路。这种能力可使主设备控制系统存贮器与其它设备间的信息传递。

已提议把主设备分为三类-系统主（通常是CPU）、DMA控制器和总线主。系统主控制并管理系统配置。通常它是系统的缺省主设备。在没有其它主设备请求总线时，该缺省主设备拥有总线控制权。DMA主是一种在DMA从设备和存贮器从设备之间传送数据的专用型主设备，并且它不裁决总线而只为是裁决器的DMA从设备服务。正如这里所使用的，总线主裁决总线的使用权并支持与I/O从设备或存贮器从设备的信息传输。

由于总线主不一定是处理器，可能搞不清什么设备是“总线主”。并且，当另一总线主访问它时，可要求该总线主以从设备作出响应。区分总线主的方法是它具有通过裁决而取得总线控制权的能力以及控制一定总线周期执行的能力。一般有三类总线主：全功能线主、专用控制器和可编程专用控制器。它们间的根本差别在于灵活程度、功能强弱和造价高低。全功能总线主最灵活、功能最强、价格最高。通常，全功能总线主将有自己的可编程CPU并可控制包括操作系统软件在内的全部系统资源。专用控制器灵活性最差、功能最弱且造价最低。一般情况下，专用控制器可用不带CPU的逻辑电路来实现现指定功能而很少要求或不要求其它主设备的辅助。可编程专用控制器介于前两者之间。专用控制器和可编程专用控制器间的根本差异在于修改功能的能力以及/或者总线主的执行特性。这种修改可通过使用处理部件或者通过可设定寄存来实现。

根据这里给出的定义，CPU32和SCSI控制器40可以作为主设备而直接到本地总线34上，百I/O控制器58、DSP51、VSP46以及可能接到“微通道”插槽上的附属板45也可以全部作为主设备而直接连到输入/输出总线44上。

根据本发明，就有可能在本地处理器总线上接一替代系统控制器，并当它存在时就完全隔离常规系统处理器（CPU32）。本发明的个人计算机的本地处理器总线34上直接接一个连接器以便插接替代处理器。还有，前述总线接口控制器35可检测该连接器上是否有替代处理器存在，并且在检测到替代处理器存在时，就把本地处理器总线的控制权从微处理器传递给该连接器上安装的替代处理器。

在本发明的优选形式中，可利用诸如数学协处理器39的数值协处理器的塑料引线片型托座（PLCC）封装。便利的方法是给这种器件提供一这种插座式的连接器，它使用11×11引脚的栅阵式管脚的外面两行。图3中的MCPU39若存在，它通常可使用这种插座式连接器并可能使用一中间适配连接器。一般数值协处理器使用的管脚要比这种插座式连接器全部121个引脚少，多数用68个管脚。而这种连接线通常包括本地处理器总线的数据信号和若干数据信号。因而把另外的信号引到该连接器的管脚位置，并代替代系统控制器的封装使用这种连接器的全部有效位置，就可以得到下面所述的实现本发明所必需的所有信号。

现具体参看图4，若在上述插座连接器上安装一替代处理器的话，本发明提供的这种本地处理器总线34的信号既可供CPU32，又可供替代系统控制器60使用。正常系统控制器32和替代系统控制器60都与总线接口控制器35相连，BIC35除完成其它功能外，还提供加电和复位能力的逻辑支持功能。为有助于对本发明的必要了解或充分了解，关于附加资料，有兴趣的读者可以参看相关申请。

在对个人计算机10加电后，电源驱动所有直流电平有效，经过一予定的最小时间间隔，把POWER-GOOD信号送到上电支持逻辑。该逻辑发现POWER-GOOD有效，BIC35驱动复位信号并送到本地总线上的装置：CPU32和替代系统控制器（此后称为ASC），并把HOLD信号送到CPU32。若必要的话，有兴趣的读者可参看Intel微处理器规范可得到复位信号更详细的资料。复位信号一般是电平敏感的同步信号并要满足建立时间和保持时间的要求才可保证CPU32和ASC60及类似装置可靠工作。

在保证CPU32和ASC60对信号识别并把CPU32复位到予定状态的一予定时间间隔之后，BIC35采样替代系统控制器的保持应答信号（图4的“ASC-HLDA”）。若判定ASC-HLDA为低（图5的情况），则识别出系统中存在替代系统控制器并使BIC35把CPU-RESET变低。CPU32将完成其内部初始化并驱动中央处理器保持应答信号（此后称为“CPU-HLDA”）为高。当采样到CPU-HLDA为高时，就使包括ASC-RESET在内的复位信号变为无效，并把CPU32排除出对本地处理器总线34的控制而使ASC60取得该总线的控制权。

图6所示是一种不同的事件序列，当采样到ASC-HLDA为高时，BIC35识别出ASC60不存在，并在此后把所有复位信号和CPU-HOLD变为无效。在系统处理器完成初始化之后，它取得对本地处理器总线34和对系统的控制。BIC35将把从CPU-HLDA收到的信号作为ASC-HLDA送出，以便让需要监测HLDA信号状态的任何系统逻辑能使用这两个信号的任何一个。

本发明仔细考虑了替代系统控制器可以取几种形式中的任一种。具体说，ASC60可以是用于测试并模拟计算机系统10以及系统中软件操作的在线模拟器。另一情况下，ASC60可以是高速缓冲存贮器处理子系统，以允许对数据进行高速缓存处理并在不改变CPU32的情况下作性能比较。还有ASC60可以是增强系统10性能的升级处理器。在这些例子的任何一种中，本发明都可使这种ASC（若存在的话）造成CPU32被复位、初始化并与本地处理器总线34隔离而使ASC取得对系统的控制。

本附图和本说明中，已给出了本发明的一个优选实施例，尽管使用了一些特殊的词，但给出的说明所用的词只具有一般的说明性的意义而不具限制意义。

Claims (15)

1、一种个人计算机系统，其特征是包括：

-高速本地处理器数据总线；

-输入/输出数据总线；

-直接与该本地处理器总线相连的微处理器；

-直接与该本地处理器总线相连以容纳替代处理器的连接器；以及

直接与所述本地处理器总线和直接与输入/输出总线相连的总线接口控制器，该总线接口控制器可检测插于所述连接器内的替代处理器的存在，并在检测到该替代处理器存在时，把其微处理器对本地处理器总线的控制传递给其替代处理器。

2、权利要求1的个人计算机系统，其特征是在其替代系统控制器是在线模拟器。

3、权利要求2的个人计算机系统，其特征是所述替代系统控制器是在线模拟器。

4、权利要求2的个人计算机系统，其特征是其替代系统控制器是高速缓存处理器。

5、权利要求2的个人计算机系统，其特征是其替代系统处理器是一高性能微处理器。

6、一种个人计算机系统，其特征是包括：

-高速数据总线;

-输入/输出数据总线;

-与该高速数据总线相连的微处理器;

与该高速数据总线相连以贮存易挥发数据的挥发性存贮器;

贮存不易挥发数据的存贮记忆装置;

一直接与所述本地处理器总线相连以容纳替代处理器的连接器;

与所述高速数据总线及所述存贮记忆装置相连以调节与其存贮记忆装置通信的存贮控制器;以及

与所述高速数据总线及输入/输出总线相连以实现高速数据总线和输入/输出总线间通信的总线接口控制器，该总线接口控制器检测所述连接器内替代处理器的存在，并在检测到替代处理器存在时，把本地微处理器对所述本地处理器总线的控制权传递给所述替代处理器。

7、权利要求6的个人计算机系统，其特征是替代系统控制器是安装在所述连接器内的。

8、权利要求7的个人计算机系统，其特征是其替代系统控制器是在线模拟器。

9、权利要求7的个人计算机系统，其特征是其替代系统处理器是高速缓存处理器。

10、权利要求7的个人计算机系统，其特征是其替代系统控制器是高性能微处理器。

11、一种个人计算机系统，其特征是包括：

-高速数据总线;

-与该高速数据总线直接连接的微处理器;

-直接与该高速数据总线相连以容纳一替代处理器的连接器;

直接与该高速数据总线相连的挥发性存贮器;

贮存不易挥发数据的存贮记忆装置;

-直接与该高速数据总线及该存贮记忆装置相连的存贮控制器以调节与其存贮记忆装置的通信;

-输入/输出数据总线;

-直接与该输入/输出总线相连的输入/输出控制器;

-直接与该输入/输出总线相连的数字信号处理器;

-直接与该输入/输出总线相连的视频信号处理器;以及

-直接与其高速数据总线和其输入/输出总线相连以提供高速数据总线和该输入/输出总线间通信的总线接口控制器，该总线接口控制器检测所述连接器内替代处理器的存在，并在检测到替代处理器存在时把所述处理器对本地处理器总线的控制传递给其替代处理器。

12、权利要求11的个人计算机系统，其特征是替代系统控制器安装在其连接器上。

13、权利要求12的个人计算机系统，其特征是其替代系统控制器是在线模拟器。

14、权利要求12的个人计算机系统，其特征是其替代系统控制器是高速缓存处理器。

15、权利要求12的个人计算机系统，其特征是其替代系统控制器是高性能微处理器。

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