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