SSC0513 Organização e Arquitetura de Computadores/Barramento Short

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Introdução:

Modos de Endereçamento:

Barramento Short:

Entradas e Saídas:

RISC:

DMA:

Pipeline:

Memória:

Superescala:

Arquiteturas Paralelas:

Estrutura da máquina de von Neumann:

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Estruturas de interconexão:

• Existem diferentes tipos de conexão
  • Memória
  • E/S
  • CPU

Tipos de transferência:

• Memória para processador (load)
• Processador para memória (store)
• E/S para processador (inchar-teclado)
• Processador para E/S (outchar - tela)
• Transferência entre um dispositivo de E/S e a memória

Barramentos:

• Conexão ideal: ponto a ponto
  • necessidade de interligação de diferentes partes de computadores onde a transferência de dados era necessário
  • principalmente CPU-MEMÓRIA-PERIFÉRICOS
  • ligação ponto-a-ponto(inserir imagem)
  • Desvantagem: caro e complicado
• Barramento comum
  • Todos os dispositivos ligados ao mesmo barramento(inserir imagem)
  • Problemas
    • Maior número de dispositivos, maior o comprimento e maior o atraso na propagação dos sinais
    • Gargalo quando a quantidade de dados a ser transferida se aproxima da capacidade do barramento
    • Falta de paralelismo
  • Solução: Utilização de múltiplos barramentos (hierarquia)

Hierarquia de Barramentos:

• Barramento da Memória (System Bus)
  • Conecta a memória ao processador
• Barramento de E/S local (High-Speed Bus)
  • Barramento de alta velocidade utilizado para conectar processador e memória com dispositivos de E/S de desempenho crítico (placas de vídeo, dispositivos para armazenamento de dados, redes de alta velocidade, etc.)

• Barramento de E/S padrão (Expansion Bus)
  • Barramento utilizado para conectar os dispositivos de E/S mais lentos (mouse, modem, placa de som, redes de baixa velocidade, etc.)

Tipos de barramentos de E/S:

• Barramentos de E/S padrão:
  • ISA - Industry Standard Architecture
  • EISA - Extended Industry Standard Architecture

• Barramentos de E/S locais:
  • VLB - VESA Local Bus
  • PCI - Peripheral Component Interconnect
  • AGP - Accelerated Graphics Port

Barramento de alto desempenho:

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Estrutura do barramento:

• Um barramento de sistema contém de 50 a 100 linhas

• Três grupos funcionais:
  • Linhas de dados
  • Linhas de endereço
  • Linhas de controle

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Barramento de dados:

• Transmissão de dados
  • Neste nível, não existe diferença entre “dados” e “instruções”

• O desempenho é definido pela sua largura (quantidade de bits que podem ser transmitidos ao mesmo tempo):
  • 8, 16, 32, ou 64 bits

Barramento de endereço:

• Essas linhas identificam a origem e o destino dos dados transferidos pelo barramento de dados
  • Exemplo: leitura de uma palavra na memória

• A largura do barramento de endereço determina a capacidade máxima da memória

• Endereça também portos de E/S

Barramento de controle:

• Controla o acesso as outras linhas
• Transmite comando e sinais de temporização
  • Escrita/Leitura na memória
  • Escrita/Leitura em porta de E/S
  • ACK de transferência
  • Requisição / Concessão do barramento
  • Requisição / ACK de Interrupção
  • Relógio
  • Iniciação
  • ...

Conceitos gerais:

• Mestres: ativam a transferência de informação no barramento
• N° de Mestres: pode haver mais de um -> deve haver um esquema para relacionar qual usa o barramento
• Uso do Barramento: somente 1 mestre pode ativar transferências no barramento em um dado instante
• Escravos: recebem informação enviada pelo mestre. Pode haver n escravos ativos no sistema
• Troca de informação (Transação): um ou mais escravos podem ser selecionados por um mestre:
  • Mestre endereça escravo
  • Escravos comparam o endereço do barramento com o próprio endereço
  • Quando o endereço coincide -> escravo se conecta ao barramento
  • Durante a conexão Mestre-Escravo(s) -> troca de informações <->
  • Ao final, o mestre quebra a conexão com os escravos
  • Mestre pode liberar o barramento ou iniciar outra transação.
• Transações entre M-E
  • endereços
  • dados
  • controle (temporização, por exemplo)

Elementos de projeto de barramentos:

• Tipo:
  • Dedicado
  • Multiplexado
• Método de arbitração
  • Centralizado
  • Distribuído
• Temporização
  • Síncrona
  • Assícrona

Tipos de barramento:

• Dedicado:
  • Linhas separadas são utilizadas para transferência de dados e endereços
  • Exemplo: barramento de E/S
  • Vantagem: alta taxa de transferência
  • Desvantagem: maior custo e tamanho
• Multiplexado:
  • As linhas são compartilhadas para a transmissão de dados, endereços e controle
  • Vantagem: poucas linhas
  • Desvantagens: unidades mais complexas e redução do desempenho

Método de arbitração:

• Necessidade de uma arbitração para que não exista colisão

Centralizada

• Dispositivo de hardware: controlador de barramento
• Responsável por alocar tempo de utilização do barramento a cada módulo do sistema
• Árbitro: controlador de barramento(inserir imagem)
• Como funciona:
  • Mestre pede o uso do barramento
  • Árbitro reconhece (aloca o barramento) ou não, dependendo das regras de prioridade.
• Prioridade:
  • Por exemplo: o barramento é sempre alocado ao mestre com mais alta prioridade
  • Pode causar problemas -> monopólio
• Round-Robin:
  • O barramento é dado aos mestres de modo cíclico (cada vez um).
• Prioridade Variante:
  • aumenta-se a prioridade de um mestre toda vez que o pedido é negado
  • retorna ao valor inicial quando é atendido.

Distribuição

• Mais de um módulo pode controlar o barramento
  • compartilhar o barramento
• A escolha do mestre é feita de maneira distribuída
• No ciclo de arbitragem, cada mestre querendo usar o barramento coloca nas “linhas de arbitragem” o seu código
  • processo de comparação
• Se um dado mestre possui a prioridade mais alta, o barramento será garantido a ele.

Método de arbitração:

Síncrona:

• Ocorrência de eventos determinada por um relógio
• O barramento deve iniciar uma transmissão no início de um ciclo de relógio

Assíncrona:

• Validade dos sinais é obtida através de uma troca de sinais de controle entre Mestre e Escravo (handshake)
• O ciclo do barramento será variável no tempo

Transferência de dados:

Três tarefas no barramento

• Arbitragem (A)
• Endereçamento (B)
• Transferência dos dados (C)

Três tarefas de Bloco de Dados

• Arbitragem
• Endereçamento
• Bloco de dados (leitura ou escrita) -> Permite altas taxas de transferência

“Read Modify Write” – RMW

• Arbitragem
• Endereçamento
• Leitura – Escrita <- Indivisível

“Read After Write” – RAW

• Arbitragem
• Endereçamento
• Escrita – Leitura <- Indivisível

-> Verificação da informação escrita

“Split Transfer”

• Permite a divisão da transferência quando um dado não está disponível no momento
• Exige mecanismos de controle para reativar uma transação bloqueada

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Método de arbitração:

• Também chamado throughput – Mbytes/s
• Refere-se a soma total de dados que pode ser, teoricamente, transferida em um barramento em uma dada unidade de tempo
• Sobrecargas de comandos, endereçamentos, etc. impedem a maioria dos barramentos de atingir bandwidth nominal

Velocidade do Barramento:

• Quantos bits de informação podem ser enviados em cada segundo - MHz
• Maior parte dos barramentos transmitem 1 bit de dado por linha por ciclo de clock
• Analogia – estrada com 4 faixas com carros a uma velocidade de 100Km/hora.
  • Largura do barramento – numero de faixas
  • Velocidade do barramento – velocidade dos carros
  • bandwidth do barramento – no. de faixas X velocidade
    • Reflete a soma de tráfego que a estrada pode suportar por hora

Barramentos de E/S:

• Barramentos em hierarquia
  • Processador / Memória (System Bus)
  • E/S local (alta velocidade)
  • E/S padrão (expansão)

Tabela comparativa:

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