Алгоритм функционирования системной магистрали. Взаимодействие устройств

Операции, выполняемые на шине (транзакции): чтение (ввод), запись (вывод). Составные части: посылка адреса; посылка/прием данных.

Устройства-участники обмена:

Ведущий (bus master) – «инициатор»:

- любое устройство, способное взять на себя владение шиной и управлять пересылкой данных;

- не обязательно само использует данные;

Ведомый (bus slave) – «исполнитель»:

- не обладает возможностями инициирования транзакции.

Количество ведущих, подключенных к шине:

- потенциальных: ≥1;

- активных в любой момент времени: ≤1.

Арбитраж – процедура допуска к управлению шиной только одного из претендентов; предотвращает одновременную активность нескольких ведущих.

Широковещательный режим записи – передача информации от одного ведущего сразу нескольким ведомым; арбитраж не требуется.

Инициатор передачи данных должен:

- получить шину в свое распоряжение;

- передать адрес и данные по шине.

Инициатор приема данных должен:

- получить шину в свое распоряжение;

- передать запрос исполнителю (посредством линий управления и адреса);

- ожидать посылки данных исполнителем.

Сигнальные линии шины подразделяются на три функциональные группы:

- шина данных (ШД, Data Bus – DB);

- шина адреса (ША, Address Bus – AB);

- шина управления (ШУ, Control Bus – CB).

*Может быть использовано временное мультиплексирование шины: в разные моменты времени могут передаваться данные или адрес по одним и тем же сигнальным линиям.

23. Иерархия магистралей: двух- и трехшинная архитектура.

Структура с иерархией шин является наиболее распространенной. «Логическая» системная шина состоит из:

- главной (host) или системной шины;

- дополнительной шины (шины ввода-вывода, шины расширения ввода-вывода).

Суть:

- непосредственная связь между устройствами с наиболее интенсивным обменом (напр., между ЦП и кэш-памятью);

- объединение однотипных УВВ с последующим выходом с дополнительной шины на главную.

Каждая из шин обеспечивает:

- упрощение взаимодействия различных подсистем;

- высокую пропускную способность;

- избыточность (для повышения отказоустойчивости);

- эффективность.

Свойства:

- снижение нагрузки на главную шину («процессор-память»);

- повышение производительности компьютера;

- более эффективное использование пропускной способности главной шины.

Двухшинная архитектура:

Шины «процессор-память»:

- сравнительно короткие;

- обычно высокоскоростные;

- соответствуют организации системы памяти*.

Шины ввода-вывода:

- могут иметь большую протяженность;

- возможность подсоединения разнотипных устройств;

- обычно следуют одному из шинных стандартов.

Трехшинная архитектура: вводится дополнительная высокоскоростная шина расширения – для подключения быстродействующих ПУ. Шины ввода-вывода подключаются к шине расширения. В результате еще большее снижение нагрузки на шину «процессор-память».

24. Шинный арбитраж: предпосылки введения, схемы приоритетов.

Суть арбитража: выбор устройства, которому будет предоставлена шина, если количество запрашивающих устройство больше 1.

Для предотвращения конфликтов при работе нескольких устройств с одной шиной предусматриваются:

- механизмы арбитража запросов;

- правила предоставления шины одному из запросивших устройств.

Обычно: решение принимается на основе приоритетов, присваиваемых каждому потенциальному ведущему.

Схемы арбитража: централизованные и децентрализованные.

Схемы приоритетов:

- неизменные (статический приоритет) – выскооприоритетное устройство захватывает шину;

- изменяемые (динамические) – равнодоступность*.

25. Шинный арбитраж: алгоритмы динамического изменения приоритетов.

Обычно: приоритеты меняются после каждого цикла арбитража.

Алгоритмы:

- простая циклическая смена приоритетов - все запросы упорядочиваются в виде циклического списка. После обработки очередного запроса: все приоритеты понижаются на один уровень; устройство, имевшее низший уровень приоритета, получает наивысший приоритет.

- циклическая смена с учетом последнего запроса: после обработки очередного запроса: обслуженному ведущему назначается низший уровень приоритета; следующее в списке устройство получает высший приоритет; остальным устройствам приоритеты назначаются в убывающем порядке, согласно списку.

- смена по случайному закону: приоритет присваивается с помощью генератора псевдослучайных чисел (ПСЧ);

- схема равных приоритетов – каждое из устройств, подавших запрос, имеют равные шансы на обслуживание. Конфликт разрешается арбитром. Обычно: в асинхронных системах;

- LRU (алгоритм наиболее давнего использования): наивысший приоритет присваивается ведущему, которое дольше всего не получало шину.

«Гибридные алгоритмы» смены приоритетов (смена приоритетов не полностью динамическая, т.к. смена приоритета не после каждого цикла арбитража)

- алгоритм очереди FIFO – сложен в аппаратной реализации, редко используется;

- алгоритм фиксированного кванта времени: каждому устройству – одинаковый временной промежуток для работы с шиной. Обычно: для синхронных шин.