Схемы арбитражных приоритетов

Организация шин

Информационные потоки, характерные для основных устройств ВМ.

Рис. 9.1. Информационные потоки ВМ. Рис. 9.2. Структуры взаимосвязей устройств.

Операции на шине - транзакции.

1) транзакции чтения;

2) транзакции записи.

Шинная транзакция включает:

1) посылку адреса;

2) прием (или посылку) данных.

Устройство, инициирующее обмен и управляет им. - ведущее (bus master). Ведомые (bus slave) – устройства без способности инициализации транзакции. В любой момент времени активный - только один ведущий.

Арбитраж –процедура в любой шине для предотвращения одновременного управления шиной несколькими ведущими устройствами.

Полоса пропускания шины – количество информации, проходящей по шине за единицу времени.

Шина «процессор-память»

FSB (Front-Side Bus).

BSB (Back-Side Bus).

Шина ввода/вывода

содержат меньше линий по сравнению с вариантом «процессор-память», длина может быть большой.

PCI и SCSI.

Системная шина

Системная шина – общая шина для памяти и устройств ввода/вывода.

Используется для снижения стоимости ВС. BB (backplane bus).

1) шина данных,

2) шина адреса

3) шина управления.

Рисунок 9.3. Структура системной шины.

Последовательность действий ведущего:

1) получить в свое распоряжение шину;

2) передать по ней данные.

Серверы - Unibus, Fastbus, Futurebus, VME, NuBus, Multibus-II. Персоналки - ISA, EISA или MCA.

Иерархия шин

Большое число устройств - пропускная способность падает

Рисунок 9.4. Структура взаимосвязей с одной шиной.

Простота, низкая стоимость, невысокая производительность.

В схеме с двумя шинами адаптеры буферизуют данных - разгружают тракт «процессор – память», параллельно работают устройств ввода/вывода.

Рисунок 9.5. Структура машины с двумя видами шин. Рисунок 9.6. Структура с тремя видами шин.

ВС с тремя видами шин - добавлена высокоскоростная шина расширения для подключения быстродействующих периферийных устройств.

Архитектура с «пристройкой» (mezzanine architecture).

Распределение линий шины

Для передачи адреса - шина адреса (ША).

На ША могут выдаваться адреса: ячеек памяти, номера регистров ЦП, адреса портов ввода/вывода и т. п.

Специальные адреса для одновременного выбора группы или всех ведомых (broadcast), а также всех ведомых (broadcall).

Ширина шины адреса. От нее зависит потенциальная емкость адресуемой памяти и число доступных портов ввода/вывода.

Шина данных (ШД) – совокупность линий для пересылки данных между модулями системы.

Ширина шины данных - максимальное количество информации при передаче по шине за одну транзакцию.

Цикл шины отличается от тактового периода, так как одна транзакция занимает несколько тактовых периодов. Ширина ШД 8, 32, 64, 128 бит.

Ширина ШД существенно влияет на производительность ВМ.

Пропускная способность шины – количество байтов, которые допускается передать по шине за единицу времени (секунду).

Временно‘е мультиплексирование –прием передачи по одним и тем же линиям адресов и данных, но в разных тактах цикла шины.

Шина управления (ШУ) - обязательный атрибут любой шины, по которой передается управляющая информация и состояние устройств.

Сигнальные линии делятся на несколько групп.

Первая группа –линии пересылки сигналов управления транзакциями, то есть сигналы, определяющие:

1) тип выполняемой транзакции (чтение или запись); 2) количество байтов, передаваемых по шине данных; 3) какой тип адреса выдан на шину адреса; 4) какой протокол передачи должен быть применен.

Вторая группа –линии передачи информации состояния (статуса).

Третья группа — линии арбитража.

Четвертая группа –линии прерывания.

Пятая группа — линии последовательных локальных сетей.

Шестая группа — линии позиционного кода.

Седьмая группа –линии тактирования и синхронизации.

Линии подвода питающего напряжения и линии заземления.

Арбитраж шин

Чтобы исключить конфликты устройств на управление шиной

Схемы арбитражных приоритетов

Недостаток статических приоритетов - устройство с высоким приоритетом может полностью блокировать доступ к шине устройств с низким приоритетом. Алгоритмы:

1) простая циклическая смена приоритетов;

2) циклическая смена приоритетов с учетом последнего запроса;

3) смена приоритетов по случайному закону;

4) схема равных приоритетов;

5) алгоритм наиболее давнего использования (LRU, Least Recently Used).

Схемы арбитража

Централизованная или децентрализованная схема

Центральный арбитр– самостоятельное устройство в системе

или часть процессора.

Особенности схемы централизованного параллельного арбитража.

1. Гибкость - любые варианты динамической смены приоритетов.

2. Высокое быстродействие.

3. Затруднение диагностики.

4. Повышенная стоимость реализации.

5. Трудности в подключении дополнительных устройств.

Централизованный последовательный арбитражилигирляндный.

Рисунок 9.7. Централизованный последовательный арбитраж

При децентрализованном или распределенном арбитраже каждый ведущий содержит блок управления доступом к шине.

Цепочки замкнуты в кольцо. Циклическая смена приоритетов с учетом последнего запроса.

Примеры шин: Futurebus, NuBus, MultiBus II, Fastbus.

Основноедостоинство децентрализованного арбитража – схемы потенциально надежны. Основной недостаток децентрализованных схем — в сложности логики арбитража.

В последовательно-параллельных схемахвсе ведущие разбиваются на группы. Внутри группы - последовательный, между группами параллельный.

Опросные схемы арбитража

При Централизованном опросе контроллер шины последовательно опрашивает каждое ведущее устройство.

Децентрализованный опрос - каждый ведущий содержит контроллер шины.

Протокол шины

Перекос сигналов - несинхронные прием – передача из – за разницы в длине пути сигналов по разным линиям, а также из-за отличия характеристик разных устройств.

Протокол шины - метод информирования о достоверности информации.

Используются два класса протоколов 1) синхронный; 2) асинхронный.

В синхронном протоколе все сигналы «привязаны» к импульсам единого генератора тактовых импульсов (ГТИ). В асинхронном протоколе для каждой группы линий шины формируется свой сигнали.

Синхронный протокол

Один период такой последовательности называется тактовым периодом шины. Минимальный квант времени на шине – «временной слот». По синхронному протоколу работают шины «процессор-память».

Существенный недостаток синхронного протокола –если надо чуть больше тактового периода, транзакция все равно удлиняется на целый период.

Асинхронный протокол

Синхронизирующий сигнал - строб. Синхросигналы, формируемые ведомым, называют квитирующими сигналами (handshakes) или подтверждениями сообщения (acknowledges). Используется двунаправленный обмен сигналами управления - квитирование установления связи или рукопожатия (handshake).

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: