Комплекс взаимосвязанных шин

Лекция 5

В современных крупных системах используется комплекс взаимосвязанных шин, каждая из которых обеспечивает упрощение взаимодействия различных подсистем, высокую пропускную способность, избыточность.

Традиционно шины делятся на шины, обеспечивающие организацию связи процессора с памятью и шины ввода-вывода. Шины ввода-вывода могут иметь большую протяжённость, поддерживать подсоединение многих типов устройств, и обычно следуют одному из шинных стандартов. Шины процессор-память сравнительно короткие, обычно высокоскоростные и соответствуют организации системы памяти для обеспечения максимальной пропускной способности канала память-процессор. На этапе разработки системы для шин процессор-память заранее известны все типы и параметры устройств, которые должны соединяться между собой. Разработчик шины ввода-вывода имеет дело с устройствами, различающимися по задержке пропускной способности. Если в компьютерной  системе имеется единственная шина для памяти и устройств ввода-вывода, её как правило называют системной. ПК как правило строятся на основе одной системной шины стандарта ISA, EISA и MCA. Необходимость сохранения баланса производительности по мере роста быстродействия микропроцессора, привела к двухуровневой организации шин персональных компьютеров на основе локальных шин.

Локальной шиной называется шина, электрически выходящая непосредственно на контакты микропроцессора. Она обычно объединяет процессор, память, схемы буферизации системной шины и её контроллер, а также некоторые вспомогательные схемы. Типичная транзакция на шине выглядит следующим образом:

  Шинная транзакция включает в себя две части:

 -- посылка адреса

 -- приём  данных

Шинные транзакции обычно определяются характером взаимодействия с памятью.

Транзакция типа чтение передаёт данные из памяти либо в ЦП либо в устройство ввода-вывода. Транзакция типа запись записывает данные в память. В транзакции типа чтение сначала посылается в память адрес вместе с соответствующими сигналами, инициирующими чтение. Память отвечает, возвращая на шину данные, соответствующими сигналами управления. Транзакция типа запись требует, чтобы ЦП или устройство ввода-вывода послало в данные, и не ожидает ответа. Обычно ЦП вынужден простаивать во время интервала между посылкой адреса и получением данных при выполнении чтения. Но, часто он не ожидает завершения операции при записи данных в память. Разработка шины связана с реализацией ряда дополнительных возможностей. Решение о выборе тех или иных возможностей зависит от целевых параметров стоимости и производительности. Первые три возможности – это:

-- раздельные линии адреса и данных.

-- более широкие линии данных.

-- режимы групповых пересылок.           

Первые дают увеличение производительности за счёт увеличения стоимости.

-- возможность подсоединения главных устройств.

Главным устройством шины называют устройство, которое может инициировать транзакции чтения или записи. Шина имеет несколько главных устройств, если имеется несколько процессоров или устройства ввода вывода могут инициировать транзакции на шину.

Если главных устройств дольше одного, то требуется схема арбитража, чтобы решить, кто следующий захватит шину. В настоящее время используется два типа шин, отличающихся способом коммутации.

-- шина с коммутацией цепей

-- шина с коммутацией пакетов.

шина с коммутацией пакетов при наличии нескольких главных устройств обеспечивают значительно большую пропускную способность, по сравнению с шинами с коммутацией цепи за счёт разделения транзакций на две логические части.

Шина запроса и ответа.

Такая методика получила название расщепление транзакции. Транзакция чтения разбивается на транзакцию запроса чтения, которая содержит адрес и транзакцию ответа памяти, которая содержит данные.

  Шина с коммутацией пакетов обычно не делает расщепление транзакции. Главное устройство помещает или запрашивает шину, помещает в неё адрес и блокирует шину до окончания обслуживания запроса. Большая часть времени обслуживания тратится при этом не на выполнение