A külsö sínrendszer (fogalma; jellemzöi; csoportosítasa, a sínfoglalas (bus arbitration) módjai; az adatatvitel és felügyelete (szinkron, aszinkron))

A külsö sínrendszer (fogalma; jellemzöi; csoportosítása, a sínfoglalás (bus arbitration) módjai; az adatátvitel és felügyelete (szinkron, aszinkron))

Fogalma:

Müszaki: Olyan vezetékköteg, melynek minden egyes erén vagy csak a logikai 0-nak megfelelö 0 Volt, vagy csak a logikai 1-nek megfelelö +12, +5, +3.3, +2.8 Volt jelenhet meg.

Funkcionális: Olyan vezetékköteg, mely lehetövé teszi egyszerre n bit továbbítását a forrástól a célig. Ebben a kontextusban a sín fogalmába beleértjük a sín forgalmát vezérlö intelligenciát is.

Jellemzöi:

A vezetékek száma.

Napjainkban tipikusan megosztott eszköz:

a)     Minden vezeték egy idöpillanatban 1 bitnyi információt továbbíthat

b)     Mindig csak egyetlen adó lehet, vevöoldalon lehet több eszköz is.

Regiszter tulajdonsággal rendelkezik.
Értelmezett:

r₁ r₀ úgy történik, hogy:
databus r₀
r₁ databus

Csoportosítás:

Átvitel iránya szerint:

a)     Szimplex: egyirányú.

b)     Duplex: egy idöben egyirányú; kétirányú.

c)     Full-duplex: egy idöben kétirányú (két vezeték van).

d)    

U2

U1

Pl.: Egyirányú: órajel, reset, cím. Kétirányú: adat.

Az átvitel jellege szerint:

a)     Dedikált sín:

1.     Jellemzöi: Minden egységet
minden egységgel összekötünk.

U3

U4

Egysínes: (n×(n-1)) /2 sín.
Kétsínes: n×(n-1) sín.

2.     Elönyei:

a.      Gyors: minden egység minden egységgel párhuzamosan kommunikálhat.

b.     Megbízhatóság: amennyiben biztosított az infrastruktúra, akkor pl. az U₁-U₂ közötti szakadás esetén a két egység továbbra is kommunikálhat U₃ vagy U₄ egységen keresztül.

3.     Hátrányai:

a.      Drága.

b.     Újabb egységek csatlakoztatása bonyolult.

c.      Újabb csatlakozási felületek kialakítása bonyolult.

d.     Újabb csatlakozási felületek kialakítása technológiai nehézséget jelent.

b)     Közös (shared) sín:

1.    

U1

U2

Un

Jellemzöje: Minden egység egyetlen közös sínen keresztül kommunikálhat.

2.     Elönyei:                .

a.      Olcsóbb. (nem sokkal)

b.     A szabványos                                közös sín csatlakozási felületek miatt könnyü az újabb egységek csatlakoztatása.

3.     Hátrányai:

a.      Lassúbb, mivel egyidejüleg csak egyetlen adó lehet a sínen, a többinek várnia kell a sín felszabadulására.

b.     Érzékeny a közös sínrendszer meghibásodására.

c.      A közös sínrendszer vezérlése bonyolult (nem olcsó).

Funkcionális csoportosítás:

a)     Címsín:

1.     Feladata: Az egységek (pl.: hálókártya) illetve egységrészek (pl.: memóriacím) azonosítása.

2.     Fejlödése az Intel esetében:

20 bitnél 1MB-ot tudunk megcímezni, 24 bitnél már 16MB-ot, 32 bitnél 4GB-ot. Napjainkban is 32 bit a címzési lehetöség.

3.     A kompatibilitás megtartása nem eredményezett tiszta tervet.

b)     Adatsín:

1.     Feladata: Adatok továbbítása.

2.     Fejlödése:

a.      8088 - 8 vezetékes volt.

b.     80286 - 16 vezetékes volt.

c.      80386- 32 vezetékes.

3.     A kompatibilitás megtartása nem eredményezett tiszta tervet.

c)     Közös adat- és címvezeték:

1.     Akkor alkalmazzák, amikor:

a.      vezetéket kívánnak megtakarítani, vagy

b.     a csatlakozó lábak számát szeretnék csökkenteni.

2.     Külön vezérlövezetékkel kell jelezni, hogy mi van az adott pillanatban a sínen (cím vagy adat).

3.     Akkor érdemes alkalmazni, ha blokkos átvitelt használunk. A blokk kezdöcíme átvitele után a többi cím inkrementálással megállapítható.

4.     Idöbeli multiplexelés elvén alapul.

5.     Pl.: PCI.

d)     Vezérlövezetékek (sín):

1.     Számuk tipikusan 10-15 db.

2.     Fajtái:

a.      Adatátvitel vezérlése:

1.     R/W - read/write:
a processzor nézöpontjából mutatja az átvitel irányát.

2.     B/W - byte/word:
hány bitet kell párhuzamosan átvinni.

3.     A/D - address/data:
a közös vezetékeken cím vagy adat van-e.

4.     AS - address strobe:
a címet felhelyeztük a sínre.

5.     DS - data strobe:
az adatot felhelyeztük a sínre.

6.     M/U - memory/unit:
a címvezetéken memóriacím van-e vagy egységcím.

7.     RDY - ready:
kész.

b.     A megszakítások vezérlése:

A megszakítások kérése és engedélyezése.

c.      A sínhasználattal kapcsolatos vezérlövezetékek:

A sínhasználat kérése, engedélyezése, a sínfoglaltság jelzése.

d.     Egyéb:

1.     CLCK - órajel.

2.     Reset - kezdeti értékek visszaállítása.

Mn

M1

Sínvezérlö

Az összekapcsolt területek alapján:

.

bövítösín

rendszersín

I/On

I/O1

.

a)     Rendszersín:

1.     A rendszersín tipikusan gyorsabb, mint a bövítösín.

2.     A rendszersín nehezen szabványosítható, mivel CPU közeli sajátosságok kihasználásával teljesítménye növelhetö.

3.     Elnevezések:

a.      Rendszersín: A rendszer adatforgalom itt zajlik.

b.     Memóriasín: Memóriablokkok összekapcsolása.

c.      Processzorsín:

1.     A winchesteren tárolt adatokat a DMA vezérlö segítségével közvetlenül a memóriába visszük.

2.     A processzor pedig a másodszintü gyorsítótárból dolgozik.

b)     Bövítösín:

1.     Feladata: az I/O egységek csatlakoztatása a processzor-memória kettöshöz.

2.     Fejlödése:

a.      Kábelekkel egyedi módon csatlakoztatták a perifériákat.

b.     DEC elsö gépei sín-orientáltak voltak. Aljzatokat alakítottak ki tesztkészülékek csatlakoztatására. Megoldásaikat szerzöi jogi védelem alá helyezték.

c.      1976: az Altair tervezöje kialakította az S-100-as bövítösín architektúrát, mely 100 db érintkezö felületet biztosított. Ezt az IEEE szabványként fogadta el.

d.     1981: IBM PC

3.     Elnevezések:

a.      bövítösín

b.     I/O sín

c.      helyi sín

A sínrendszer müködése

Megosztott sínrendszer esetén két fázisból áll:

A sínfoglalás (bus arbitration) - ha két vagy több egység szeretne master lenni, akkor sínütemezésre van szükség, hogy a káoszt elkerüljük

A sínhasználat (bus timing) - maga az adatátvitel folyamata

Sínfoglalás:

Soros sínfoglalás:

Hardver lekérdezéses (daisy chain - gyermekláncfü).

Elönyei:

a)     Kevés vezetéket igényel (olcsó)

b)     Elvben végtelen számú egységet tudunk csatlakoztatni

Hátrányai:

c)     A prioritás hardveres úton szabályozott (merev)

d)     Az elörébb álló egységek elnyomhatják a hátrébb állókat

e)     Érzékeny a bus grant vonal meghibásodására

Müködése:

Amikor az ütemezö egy sínkérést észlel, használati engedélyt ad ki oly módon, hogy beállítja a sínhasználat engedélyezése jelet. Ez sorban keresztülfut az összes egységen. Amikor az ütemezöhöz fizikailag legközelebbi eszköz meglátja az engedélyezést, ellenörzi, hogy ö adta-e ki a kérést. Ha igen, akkor átveszi a sínt, és nem továbbítja az engedélyt a következö eszköznek. Az egységek távolsága egyben a prioritásukat is meghatározza.

Szoftver lekérdezéses (software polling).

Elönyei:

a)     A prioritás szoftveres úton szabályozott (rugalmas)

b)     Kevésbé érzékeny a bus grant vonal meghibásodására

Hátrányai:

c)     több vezérlövonal (drága)

d)     A csatlakoztatható egységek számát a bus grant vonalak száma korlátozza, példánkban maximum 2³=8 db

Párhuzamos sínfoglaltság:

a)     Elönye: gyors

b)     Hátránya: még több vezérlövonalat igényel (még drágább), pl.: PCI.

Rejtett sínfoglalás:

Elöfeltétele: két, egymástól független hardver vezérelje a sínfoglalást és az adatátvitelt

Amíg az aktuális adatátvitel folyik, az alatt lehetöség van az adatsín következö használójának kiválasztására

Adatátvitel (bus timing)

Szinkron adatátvitel

Fogalma: Az adatátvitel mind az adó, mind a vevö számára elöre ismert idöintervallumban történik

Óra-ütemadó:

a)     Mind az adó, mind a vevö közös forrásból kapja az órajelet (akkor alkalmazzák, ha kicsi a távolság az adó, és a vevö között)

b)     Mind az adónak, mind a vevönek saját, de azonos frekvenciával járó óra-ütemadója van. Ezek idöben elcsúszhatnak egymástól, ezért egy szinkronjel segítségével hangolják össze a müködésüket

Értékelése:

Elönye: olcsó, egyszerü a megvalósítása

Hátrány: Az elöre ismert idö intervallum hosszát mindig a leglassúbb egység határozza meg ez visszafogja a gyors egységeket (ez kiküszöbölhetö többszintü sínrendszer alkalmazásával, ahol átviteli-sebesség függö tartományonként csoportosítják az egységeket)

A Bövítösínek fajtái:

Átviteli sebesség szerint (szinkron meghajtású sínek):

a)     Kompatibilitási vagy hagyományos sín (~ 5MB/s)

b)     Helyi sín, pl.: PCI (lehet 132 vagy 264 MB/s)

c)     AGP 1x (500 MB/s)

Tervezési szempontok szerint:

a)     Platformfüggö, pl.: ISA, EISA

b)     Platformfüggetlen, pl.: USB, SCSI, PCI.

Aszinkron adatátvitel

Fogalma: Az elözö elemi müvelet befejezödése egyben jelzés a következö elemi müvelet kezdetére.

Egyvezetékes (egy vezérlövezeték)

a)    

Adó oldali vezérlés: Elöször az adat az adatsínre kerül, majd késleltetést alkalmazunk. Hátránya: Az adónak nincs visszacsatolása arról, hogy a vevö valóban elolvasta-e az adatsínre helyezett adatot. Lehet, hogy a vevö ki van kapcsolva. (Jobbra az alsó ábrán: Data; Data ready)

b)    

Vevö oldali vezérlés: Ez biztonságosabb átvitelt jelent, mert a vevö az átvitel igénylésének pillanatában aktív, de továbbra sincs visszacsatolás az adat célba érkezéséröl. (Jobbra az alsó ábrán: Data; Data request)

Kétvezetékes átvitel (handshaking - kézfogás)

a)    

Adó oldali vezérlés: az alsó ábrán Data, Data Ready, Data Acknowledge

b)     Vevö oldali vezérlés: az alsó ábrán Data, Data Request, Data Ready