TEMA 4

El conjunto de líneas que interconectan los módulos son estructuras de interconexión.

Las estructuras de interconexión permiten el envío de información entre las distintas unidades funcionales del computador.

El diseño de la estructuradependerá de los intercambios que haya que hacer entre módulos.

• Transferencias de la CPU: el procesador lee instrucciones y datos y escribe datos procesados.

  Conexiones necesarias:                

oDirecciones acceso.

oEntrada y salida de datos y entrada instrucciones.

oSeñales para controlar resto computador.

oPuede recibir señales interrupción.

• Transferencias de memoria: leen y escriben datos.

Conexiones necesarias:

oEntrada y salida de datos.

oMódulo de memoria de N palabras.

oOperaciones lectura y escritura con señales que indican el tipo de 

operación a realizar.

• Transferencias módulos E/S: internamente funciona como una memoria y externamente comunica datos.

  Conexiones necesarias:

oEntrada y salida de datos internos y externos.

oMódulo E/S puede crear interrupciones.

oDirección de puertos del dispositivo y señales lectura y escritura.

Es necesario fijar los tipos de transferencia que soportará la estructurade interconexión.

Las instrucciones de los procesadores proporcionan accesos a memoria y dispositivos E/S:

• Memoria – CPU: CPU lee instrucción o dato de memoria.

• CPU – Memoria: CPU escribe dato en memoria.

• Módulo E/S – CPU: CPU lee datos de periférico a través módulo E/S.

• CPU – Módulo E/S: CPU envía datos dispositivo periférico a través módulo E/S.

Un bus es medio de transmisión compartido entre dos o más dispositivos.

• Cualquier señal bus está disponible a todos los dispositivos conectados.

• Dos dispositivos no pueden transmitir al tiempo.

VENTAJAS

:

+ Versatilidad para añadir o intercambiar periféricos.

+ Bajo coste ya que tenemos camino de datos común.

PROBLEMAS

:

– Limitación rendimiento memoria y E/S, todas las transferencias por bus.

– Posibilidad de colisión entre datos.

El bus de sistema está constituido por conjunto de líneas que oscila entre 50 y 100. Cada línea tiene un significado o función y hay tres tipos:

• Líneas de datos: comunican información, instrucciones y datos.

• Líneas de direcciones: transmiten direcciones.

• Líneas de control: señales de control que gestionan transferencia.

• Puede haber líneas de alimentación (energía para módulos).

Líneas de datos

: Camino para transmitir información entre módulos.

• El número de líneas determina la anchura, que determina cuantos bits puedo transmitir al mismo tiempo.

• La anchura determina las prestaciones del sistema.

Transferencias = Anchura / Tamaño Instrucción

Líneas de direcciones

: Designar fuente o destino del dato en líneas de datos.

• El número de líneas determina capacidad máxima de memoria del sistema.

• Las líneas direccionan los puertos E/S.

Líneas de control

: Conjunto distinto de señales para controlar acceso y uso de líneas de datos y direcciones.

• Las señales de control trasmiten órdenes o información de temporización entre módulos.

• Las señales de órdenes especifican operaciones a realizar en bus para transmitir información.

• Las señales de temporización indican validez de datos y direcciones.

El modo de funcionamientodel bus depende del dispositivo que conecte:

• Maestro: controla acceso al bus y solicita acciones de esclavos.

• Esclavo: ejecuta acción de maestro.

• Árbitro: decide si hay más de un maestro cual debe controlar el bus en la transferencia.

Las operaciones en un bus son iniciadas por un maestro. La duración de la operación es un ciclo de bus. Un ciclo de bus tiene cinco fases:

• Arbitrio: uso del bus por parte de maestro.

• Direccionamiento: maestro coloca dirección y señales que indica la operación a realizar.

• Latencia: espera hasta que esclavo completa la acción.

• Datos: dato se coloca en el bus por el dispositivo origen y recogido por dispositivo destino. Además se colocan las señales para indicar que dato ha sido transferido.

• Finalización: cambio de señales para indicar fin de envío.

Las fases se desarrollan en orden indicado.

Si se conectan un gran número de dispositivosal bus sus prestaciones disminuyen debido a:

• Mayor retardo de propagación de tiempo de acceso al bus.

• El bus puede convertirse en un cuello de botella.

• Los módulos conectados tienen distintas necesidades en cuanto a latencia y ancho de banda.

Actualmente se utilizan los buses de forma jerárquica colocando los dispositivos más rápidos cerca del procesador. Para cambiar de buses usamos bridges.

Las prestaciones de un bus dependen de las decisiones de diseño:

• Limitación de velocidad máxima por factores físicos: longitud de conexiones (retardo señales) y número y tipo de dispositivos conectados (potencia).

• Compromiso entre número de transferencias, número de dispositivos a conectar y ancho del bus.

• Análisis de los tipos de dispositivos que se conectarán ya que pueden ser muy distintos en latencia y ancho de banda.

Los elementos que intervienen en el diseño de un bus son:

• Ancho del bus.

• Tipo y uso de las líneas del bus.

• Temporización.

• Arbitraje del bus.

• Tipos de transferencias soportadas.

Estos parámetros se utilizan para determinar las prestaciones del bus.

Las líneas de los buses pueden ser del tipo:

• Dedicadas: asignadas a una función.

• Multiplexeadas: dependiendo de fase del ciclo u operación transportan distintos tipos de información o conectan distintos componentes.

+ Menos líneas físicas.

– Más lento y circuitería compleja.

Según la función de las líneas del bus pueden ser:

• Dedicación física: uso de múltiples buses cada uno con un tipo de módulo.

• Dedicación funcional: mismas líneas para distintas funciones en distintas transferencias o ciclos.

La temporización coordina los eventos en el bus:

• Síncrona: gobernada por un reloj que forma señales de control del bus.

• Asíncrona: varias señales de control establecen un protocolo entre emisor y receptor.

Buses síncronos

: Los eventos comienzan al principio de un ciclo de reloj y cada ciclo tiene un significado en función de la operación solicitada.

Ventajas: implementación sencilla, gran velocidad y poca circuitería.

Desventajas: todos los dispositivos van a la misma velocidad y puede

haber problemas con el sesgo del reloj.

Buses asíncronos

: Requieren un protocolo basado en una serie de señales, cada una con un significado específico. No dispone de señal de reloj, sino eventos consecuencia de señales del protocolo.

Ventajas: gran cantidad dispositivos distintas necesidades, velocidades y

prestaciones.

Desventajas: más lentos y requieren más lógica.