Architektura komputerów

Tydzień 8

Magistrale systemowe

Magistrala

●

Układy składające się na komputer
(procesor, pamięć, układy we/wy)
muszą się ze sobą komunikować, czyli
być połączone.

●

Układy łączymy ze sobą ścieżkami
zapewniającymi przesyłanie danych
między nimi.

●

Magistrala to zestaw ścieżek łączących
różne układy. Jest ona wspólna dla
wszystkich lub części układów.

Struktura magistrali

●

Magistrala systemowa składa się z
kilkudziesięciu lub nawet kilkuset
oddzielnych linii.

●

Linie te dzielimy na trzy zasadnicze
grupy:

–

danych – ścieżki do przesyłania danych

–

adresowe – określają źródło lub

przeznaczenie dla danych (adres pamięci

lub urządzenie wejścia/wyjścia)

–

sterowania – regulują dostęp do magistrali

Linie sterowania

–

Zapis w pamięci

–

Odczyt z pamięci

–

Zapis do wyjścia

–

Odczyt z wejścia

–

Potwierdzenie przesłania

–

Zapotrzebowanie na magistralę

–

Rezygnacja z magistrali

–

Żądanie przerwania

–

Potwierdzenie przerwania

–

Zegar

Hierarchiczne struktury

wielomagistralowe

●

Im więcej urządzeń dołączonych do
magistrali, tym większe opóźnienia
propagacji, co może zauważalnie
zmniejszyć wydajność.

●

Jeśli zapotrzebowanie na przesyłanie
danych jest bliskie pojemności
magistrali, staje się ona wąskim
gardłem – wprowadza opóźnienia.

●

Rozwiązaniem jest stosowanie wielu
magistral odpowiednio połączonych.

Szybkie magistrale

hierarchiczne

Procesor

Pamięć

podręczna

Sterownik

pamięci

Pamięć

główna

SCSI

IEEE 1394

Grafika

LAN

Porty

szeregowe

Porty

równoległe

Interfejs

szyny

Porty

PS/2

Magistrala

lokalna

Magistrala

systemowa

Magistrala szybkiego przesyłania

Szyna rozszerzeń

Rodzaje magistral

●

Linie magistrali można podzielić na dwa
rodzaje:

–

specjalizowane

–

multipleksowane

●

Linie specjalizowane są przeznaczine
do realizowania jednej, wyznaczonej
funkcji, np. linia adresowa lub danych.

●

Linie multipleksowane mogą spełniać
różne role, np. podanie adresu w jednej
jednostce czasu, a w następnej danych.

Arbitraż

●

Jeśli do magistrali może być
przyłączonych więcej niż dwa układy
musi istnieć sterownik zwany arbitrem.

●

Arbiter przydziela czas magistrali
poszczególnym układom zgłaszającym
zapotrzebowanie na przesłanie danych.

●

Czas przydzielony może być
koordynowany asynchronicznie lub
synchronicznie.

Magistrala PCI

●

PCI to skrót od Peripheral Component
Interconnect

●

Magistrala PCI może mieć 32 lub 64 linie
danych.

●

Może pracować z częstotliwością 33 lub
66 MHz.

●

Magistrala PCI jest zestandaryzowana i
może być używana w komputerach o
różnych architekturach (Intel x86,
PowerPC i innych).

PCI w komputerach biurowych

Procesor

Pamięć

podręczna

Sterownik

pamięci

Pamięć

główna

LAN

IDE

Most szyny

rozszerzeń

Porty

szeregowe

Port

równoległy

Grafika

Magistrala PCI

Magistrala rozszerzeń

PCI w serwerach

Procesor 0

Pamięć

podręczna

Sterownik

pamięci

Pamięć

główna

LAN

SCSI

Most szyny

rozszerzeń

Porty

szeregowe

Port

równoległy

Grafika

Magistrala PCI

Magistrala rozszerzeń

Procesor 1

Pamięć

podręczna

Most PCI

Most PCI

Magistrala PCI

Magistrala systemowa

Struktura magistrali PCI

●

Linie magistrali PCI można podzielić na
następujące grupy:

–

systemowe (zegar, zerowanie)

–

adresu i danych (32 multipleksowane linie

dla adresów i danych)

–

sterowania interfejsu

–

arbitrażowe

–

informacje o błędach

–

opcjonalne linie przerwań

–

opcjonalne rozszerzenia 64 bitowe

(dodatkowe 32 multipleksowane linie

adresów i danych)

–

opcjonalne obsługi pamięci podręcznej

–

opcjonalne testowania

Działanie magistrali PCI

●

Przesyłanie danych odbywa się w formie
transakcji między inicjatorem
transmisji a celem.

●

Inicjator domagając się sterowania
magistralą określa typ transakcji do
przeprowadzenia wysyłając jeden z
rozkazów PCI.

●

Każde przesłanie danych to jedna
transakcja składająca się z jednego
cyklu adresowego i jednego lub więcej
faz przesyłania danych.

Rozkazy PCI

–

potwierdzenie przerwania

–

cykl specjalny

–

odczyt wejścia-wyjścia

–

zapis wejścia-wyjścia

–

odczyt pamięci

–

linia odczytu pamięci

–

zwielokrotniony odczyt pamięci

–

zapis w pamięci

–

zapis w pamięci i unieważnienie

–

odczyt konfiguracji

–

zapis konfiguracji

–

cykl podwójnego adresu

Arbitraż PCI

●

Każdy moduł ma przypisane oddzielne
sygnały zapotrzebowania (REQ) i
udostępniania (GNT) do arbitra.

Arbiter

PCI

GNT REQ

Urządzenie

PCI

GNT REQ

Urządzenie

PCI

GNT REQ

Urządzenie

PCI

GNT REQ

Urządzenie

PCI