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Buses y Periféricos. 99/00


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Buses y Periféricos.99/00

Buses

BUSES


Los buses son un medio de transmisión compartido:




  • Reduce costes

  • Reduce complejidad de diseño hardware

  • Posibilidad de fácil expansión del sistema

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Entrada /Salida


Estructura de un bus:





  • Líneas de datos:

  • Líneas de dirección

  • Líneas de control

Datos:


  • Llevan datos y también comandos para los dispositivos de entrada / salida.

  • Su amplitud influye en el rendimiento del bus

  • Relacionado con el tamaño de palabra del sistema

Direcciones:



  • Llevan direcciones de memoria en acceso a memoria, o permiten seleccionar un dispositivo conectado al bus.

  • Su amplitud determina el espacio de direcciones tanto de memoria como entrada / salida

Control:



  • Son señales de control de acceso y uso del bus.

  • Arbitraje del bus

  • Sincronización de las comunicaciones

  • Reloj del sistema



Tipos de señales de Control:

Write: Escritura. Indicará una escritura tanto en memoria como en un dispositivo e/s


Read: Lectura. Indicará una lectura tanto en memoria como en un dispositivo e/s
(Estas señales pueden venir fundidas en una, necesitándose sólo una señal para saber si en cada acceso del bus se lee o escribe. También pueden venir separadas las señales para acceder a memoria y e/s:

  • MemRead

  • MemWrite

  • I/Oread

  • I/Owrite)

BusRequest: Señal de solicitud de uso del bus.


BusGrant Señal que indica que se cede el bus a un dispositivo o que el bus está ocupado
InterruptRequest: Señal de solicitud de interrupción a un dispositivo
InterrruptAcknowledge: Señal de reconocimiento de que se ha producido una interrupción
Ack: Señal de reconocimiento de transferencia de datos, o de cesión del uso del bus, etc
Clock: Señal de reloj del bus (en buses síncronos)
Reset: Señal que llama al reinicio de todos los dispositivos.

Protocolos de uso del bus:

Son necesarios para




  • sincronizar la comunicación entre dispositivos con diferentes características de transmisión.

  • arbitrar la lucha que pueden emprender varios dispositivos por acceder al uso del bus.

Dos tipos de dispositivos:




  • Maestros: pueden iniciar una transacción de bus (también pueden actuar como esclavos)

  • Esclavos: se activan cuando reciben una petición del bus.


Jerarquía

Tendencia a utilizar múltiples buses debido a que:




  • degradación del rendimiento a medida que aumenta el número de dispositivos colgados al bus.

  • "Cuello de botella" de las comunicaciones debido a los tiempos de espera para acceder al bus.

Por ellos se introducen múltiples buses basando la jerarquía en los requerimientos de comunicación de los dispositivos:




  • Bus local: Conecta al procesador con la cache y con algún dispositivo e/s muy rápido.

  • Bus del sistema: Conecta al procesador (a través de la cache) con la memoria del sistema y con un segundo nivel de dispositivos de velocidad media.

  • Bus de expansión: Se conecta al bus del sistema y hace de interfaz entre este y los dispositivos más lentos



Temas de diseño de un bus:

Las tomas de decisión en el diseño de un bus se basan en un conjunto de parámetros básicos:


Características:

Líneas: Dedicadas o multiplexadas

Algunas líneas pueden compartir varias funciones dentro del bus.

Esto ahorra en número de líneas y por lo tanto en espacio que ocupa el bus en el diseño.

Por el contrario influye inversamente en el rendimiento.


Dedicación de los buses: Introducir jerarquía de buses según las características de los dispositivos a conectar.

Respeta el rendimiento de los dispositivos más rápidos, mejorando el rendimiento del sistema.

Complica el diseño del sistema y su coste


Métodos de arbitraje:

Método que permita dar el uso del bus a un dispositivo cuando varios lo han solicitado.

Uso de prioridades junto con esquemas de gestión. Dos tipos de esquemas:

Centralizados: Existe un controlador del bus encargado de esta sincronización

Daisy Chain: La línea de cesión encadena a los dispositivos por orden de prioridad.

Arbitraje paralelo: El controlador decide directamente a qué dispositivo le cede el bus

Distribuido: La relación entre los dispositivos determina la política de acceso

Autoselección: Los dispositivos, observando alguna información, decide si toman el bus o espera una nueva contienda.



Selección por conflictos: Los dispositivos usan el bus y determinan si existen o no colisiones.





Temporización
Síncronos: Todos los dispositivos conectados al bus funcionan con el mismo reloj

Asíncronos

  • Permite la conexión de dispositivos heterogéneos.

  • Requiere un protocolo más complejo



Reloj






































































Inicio






































































Lectura






































































Dirección






































































Datos






































































Reconoci






































































Diagrama de tiempo de un acceso de lectura con un protocolo síncrono











































































final






















8 9














































lectura







2

4


























































Dirección




1







5























































Datos



















7




10











































Reconoci










3




6




















































Diagrama de tiempo de un acceso de lectura con un protocolo asíncrono


Anchura del bus:


  1. Cuanto más ancho es el bus de datos, mayor capacidad de transferencia de datos tiene el bus

  2. Cuanto más ancho es el bus de direcciones, a mayor espacio de datos tiene acceso el sistema

  3. Del número y tipo de señales del bus control dependerá la versatilidad del bus para acoger a un variado conjunto de dispositivos




  1. Buses anchos implica mayores costes de construcción

Tipos de transferencia.
El tipo de transferencia es otra de las características de un bus que pueden hacerle aumentar su rendimiento o aportar al sistema funciones especiales:


  • Lectura: Indica una lectura por parte del maestro de un dato que está en el esclavo. Implica una transferencia de datos desde el esclavo al maestro. Una lectura simple trasladaría un dato del tamaño del bus de datos.




  • Escritura: Indica una escritura de un dato por parte del maestro en algún registro (o posición de memoria) del esclavo.



  • Ciclo Lectura-Modificación-Escritura: Indica un acceso combinado de lectura y escritura sin soltar el uso del bus mientras se está modificando el dato. El dato generalmente se escribe en la misma posición en que se lee. Este acceso asegura al dispositivo que lo consigue su derecho exclusivo sobre el dato leído.




  • Accesos múltiples: Consiste en un acceso de lectura o escritura en el que están implicados sucesivos datos. El acceso solo requiere especificar una única vez la dirección y el trasiego de sucesivos datos.

BIBLIOGRAFÍA:

Organización y arquitectura de computadores. Diseño para optimizar prestaciones

William Stallings

Prentice Hall 4ª edición 1997

Computer, organization and Design. The hardware/software interface

David A. Patterson. John L. Hennessy

Morgan Kaupfman. 1998







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