SzA11. Külső sínrendszer Flashcards
Külső sínrendszer fogalma (buszrendszer)
A buszrendszer az egységek (CPU, RAM, perifériák) közötti kommunikáció szolgál. Maga a buszrendszer a kommunikáció infrastrukturális része. Kommunikáció a buszrendszeren szervezett és egységes módon történik. Adatokat és vezérlőjeleket továbbítunk. Általában több egység kapcsolódik rá. A buszrendszer egy történelmi fejlődés eredménye -> ez bizonyult a legjobbnak.
A buszrendszer jellemzői
A stabil működéshez meg kell oldani a következőket:
- Az adatátvitelben résztvevő eszközök számára biztosítani kell a kijelölést (megcímzés: címmegadás vagy utasítás alapján létrehozott hardveres kapcsolat) és a kizárólagos használatot.
- Meg kell határozni az átvitel irányát (merre megy a kapcsolat)
- Meg kell oldani az eszközök működésének összehangolását (szinkronizáció)
- *Előnye:** szabványosított (a jelhasználat és a vezetékkiosztás), ezért az eszközök könnyen cserélhetők
- *Jelentősége:** a buszrendszer a felhasználó számára transzparens (vagyis nem kell és nem is tud ezzel foglalkozni, automatikusan működik)
Kommunikáció fajtái a buszrendszeren belül
• Egységen belüli kommunikáció (pl.: a processzoron belül) BELSŐ buszrendszer o kicsik a távolságok -> közös vezérlés, közös órajel • Egységek közötti kommunikáció (pl.: a processzor és a perifériák között) KÜLSŐ buszrendszer o viszonylag nagyok a távolságok, jelentős késleltetéssel jár -> nem célszerű a központi óraütemadó alkalmazása o jelentősek az optimális sebességek közti különbségek az egyes egységek vonatkozásában (pl.: más az optimális sebessége a processzornak és más a billentyűzetek) o Eltérő architektúrák
Buszrendszerek csoportosítása
Átvitel iránya szerint
- szimplex
- félduplex
- duplex
Átvitel jellege szerint
- dedikált
- osztott (shared)
Az átvitt tatalom szerint
Általában a bővítő buszoknál az adat és a címvonalak ugyanazon a vezetéken mennek, ezt hívják időbeli multiplexelésnek -> vagy adat, vagy cím megy a buszon
- címvonalak -> kompatibilis
- adatvonalak -> 8 -64 –128 bit (fokozatos bővítésen ment keresztül)
- vezérlő vonalak
Összekapcsolt területek alapján
- rendszersín (adatsín + címsín)
- bővítősín
Átvitel módja szerint
- párhuzamos
- soros
Az adatbusz tulajdonságai
i. ugyanazon a vezetéken keresztül továbbítják a címeket és az adatokat vezetékkel való spórolás céljából + így kevesebb csatlakozó láb kell. ii. PCI segítségével időbeli multiplexelést hajt végre, azaz ugyanazon a vezetéken átviszi a blokk kezdőcímét, majd ciklikusan az adatokat, közben inkrementálással állapítva meg a címet
Mit szállítanak a vezérlő vezetékek?
- éppen adat vagy cím van-e a buszon (adatbusz: 8, 16, 32, 64 bit)
- vezérlési információk és az egység állapotáról szóló információk továbbítására szolgálnak
Adatátvitelt vezérlő jelek:
- M/IO: memória vagy input-output. Megmondja, hogy a vezetéken memória vagy IO cím található
- R/W: read/write. Az adatátvitel irányát mutatja meg a processzor (CPU) felől nézve
- B/W: byte/word. Az adat hosszát, a párhuzamosan átvitt bitek számát mutatja meg
- AS: adress strobe. Megmutatja, hogy a rendszerbuszra címet helyeztünk
- DS data strobe: Megmutatja, hogy a rendszerbuszra adatot helyeztünk
- A/D: adress/data. Megmutatja, hogy az adott buszon adat vagy cím van
- RDY: ready. Megmutatja, hogy az átvitel befejeződött, vagy az eszköz készen áll
Megszakítást vezérlő jelek:
- Adatátvitelt vezérlő vonalak
- M/IO a címvezetéken memória-cím vagy I/O cím található
- R/W read/write: a processzor felől nézve az átvitel iránya
- B/W vagy WO/B mekkora bitet kell figyelni a buszon
- AS adress strobe: a cím a címsínre lett helyezve (nem AD!)
- DS data strobe: az adat az adatsínre lett helyezve
- RDY kész
- Megszakítást vezérlő jelek
- megszakítás kérés
- megszakítást nyugtázó (visszaigazoló)
- Buszvezérlő jelek
- busz kérést
- busz foglalást
- busz visszaigazolást
- Egyéb vezérlő jelek
- CLK
- RST
Soros, párhuzamos buszok
Több vezetéken párhuzamosan továbbítja az adatokat (ISA, PCI). Hátrány: sok vezeték -> komplex, drága. Sok helyet foglalnak. A sebesség folyamatosan nő! Egyetlen gyors vezetéken több adat továbbítható, mint több lassún! Sorosítás -> kódolással (bitsorozatok). Párhuzamos port létrehozása viszonylag egyszerű, könnyen implementálható „rá kell másolni a buszra az adatot”. Soros átvitelnél vissza kell konvertálni az adatot párhuzamossá.
Miért nem alkalmasak a párhuzamos buszok a nagyfrekvenciás átvitelre?
- vezetékek közötti időeltérés (delay skew)
- a sok párhuzamos vezeték rengeteg elektromágneses interferenciát generál (EMI – elektromágneses zaj -> zaj miatt sérülhet az adat)
- áthallás a vezetékek között szintén interferenciát eredményez (távolságfüggő, ezért limitált a távolság)
- nehezen bővíthető. Soros buszoknál szoftveresen is lehet bővíteni -> rugalmasabbak
A PCI és a PCIe busz
SATA 1981 IBM PC nyitottá tette A rendszert nyitottá tévő széleskörű I/O csatlakozási lehetőséget biztosító bővítő busz. Általános célú expozíciós csatlakozók. Érintkezők, csatlakozók definiálása: áramellátás, cím, adat és vezérlővonalak stb. Ez a busz már párhuzamos volt. Kezdetekben soros kommunikáció volt. Párhuzamos buszrendszerek: ISA, PCI, IDE. IBM buszrendszere 2x32 pólusú csatlakozó: 8 bites adat, 20 bit cím. PCI busz párhuzamos, 90-es évek, CPU architektúrától független, szabványosított formában támogatja a rendszerbuszt. A CPU úgy látta, mintha az eszközök közvetlenül a rendszerbuszokhoz lettek csatlakoztatva, így azokat a CPU az általa látott címtérből látja el memória címekkel (nagy adatátvitelt tudtak ezzel elérni). A PCI specifikáció tartalmazza a busz fizikai méreteit (elektromos érintkezők méreteit is), elektromos jellemzőket, az adatátvitel időzítését, átviteli protokollokat. A PCI előnyei közé tartozik, hogy széleskörűen kompatibilis, valamint viszonylag olcsó megvalósítás és az előállítása. A mai napig megtalálható a számítógépekben! Ennek utódja: PCIe (express) soros busz A kettő nem kompatibilis. 2004-ben jelent meg a PCIe. Az Intel, Dell, IBM, HP összefogtak és az ő gyártmányuk. Előnye: nagyobb sebesség, kevesebb érintkezője van. kép51
Busz foglalás (Bus Arbitration) fajtái
- Soros buszfoglalás
- hardveres lekérdezés (Hardver Polling – Daisy Chain)
- szoftver polling
- Párhuzamos buszfoglalás
Hardver Polling jellemzői
Előnye: egyszerű, olcsó, korlátlan számú egység (elvileg) Hátránya: prioritás hardveresen meghatározott, emiatt az előrébb lévő egységek elnyomhatják a hátrébblévőket, meghibásodásra érzékeny
Működése:
- bus request aktiválása (ha bus busy aktív, akkor vár, ha nem, bus grant)
- UI átenged, U2 aktiválja a bus busy-t
- adatot küld, bus busy deaktiválása
Szoftver polling jellemzői
A számláló algoritmus alapján szólítja meg az egységeket (pl.: ott folytatja, ahol abbahagyta)
Előnye: kevésbé érzékeny a Bus Grant vonal meghibásodására, valamint prioritás szoftveresen változtatható, ezáltal rugalmasabb a rendszer.
Hátránya: több vezérlővonal miatt drágább, és a csatlakoztatható egységek számát a Bus Grant vonalak száma korlátozza.
Párhuzamos buszfoglalás jellemzői
Előnye: gyors válasz (a leggyorsabb a három közül), prioritást a busz vezérlés szabályozza
Hátránya: sok vezeték miatt drágább és bonyolultabb. Rejtett sínfoglalás:
- két független hardver végzi a sínfoglalást és az adatátvitel vezérlését
- lehetőség van arra, hogy amíg az előző átvitel zajlik, a következő egység kiválasztása megtörténhessen. Amint az adatsín felszabadul, azt átadja. Ilyen megoldást használ például a PCI busz is.
A fejlődés mozgatórugói
A CPU-k gyorsabbak, mint a külső eszközök (hatalmas „szakadék” a belső sebesség és az I/O műveletek között). Többmagos CPU-k és többprocesszoros rendszerek esetén ez fokozódik.
Cél az I/O szűk keresztmetszet mérséklése
Megoldás: többszintű, lapkán lévő gyorsítótárak bevezetése a memóriakezeléshez (minél nagyobb találati arány legyen a gyorsítótárakban). Annak érdekében, hogy megelőzzük a rendszer-lassulásokat, a déli híd és az I/O alrendszerei közötti interfésznek a processzorsebesség-növekedésével lépést kell tartani. Azok az I/O eszközök is, amelyek a memória-eléréshez lassú sínrendszereket használnak, szintén szenvednek a megfelelő sávszélesség hiánya miatt. Ugyanis a korszerű perifériák sebessége nagyobb is lehet, mint azon síneké, amelyekre csatlakoztattuk őket. Ez egy másik, rendszerszintű szűk keresztmetszet. Ez a probléma azon esetekben különösen kiéleződik, amikor a késleltetés-kritikus és/vagy real-time adatátvitel történik az I/O alrendszer és a processzor között.
USB 1.0-2.0 pin kiosztás
GND, D+, D-, Vbus
USB 3.0-3.2 pin kiosztás
RX-, GND, RX+, D+, GND, D-, TX-, Vbus, TX+
USB Type-C kiosztás
GND, TX1+, TX1-, Vbus, CC1, D+, D-, SBU1, Vbus, RX2-, RX2+, GND
GND, RX1+, RX1-, Vbus, SBU2, D-, D+, CC2, Vbus, TX2-, TX2+, GND
