08 magistrale systemowe

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
Magistrala
lokalna
SCSI
Pamięć
podręczna
IEEE 1394
Sterownik
pamięci
Magistrala
systemowa
Grafika
LAN
Magistrala szybkiego przesyłania
Porty
szeregowe
Porty
równoległe
Szyna rozszerzeń
Interfejs
szyny
Pamięć
główna
Porty
PS/2
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
Magistrala PCI
LAN
IDE
Most szyny
rozszerzeń
Grafika
Magistrala rozszerzeń
Porty
szeregowe
Port
równoległy
PCI w serwerach
Procesor 0
Procesor 1
Pamięć
podręczna
Pamięć
podręczna
Pamięć
główna
Sterownik
pamięci
Magistrala systemowa
Most PCI
Most PCI
Magistrala PCI
LAN
Magistrala PCI
SCSI
Grafika
Most szyny
Porty
rozszerzeń szeregowe
Magistrala rozszerzeń
Port
równoległy
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 GNT REQ GNT REQ GNT REQ
Urządzenie Urządzenie Urządzenie Urządzenie
PCI
PCI
PCI
PCI