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Buses. Periféricos e interfaces




Enviado por Pablo Turmero



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    1 Buses Un bus es un camino de comunicación compartido
    entre dos o más dispositivos Cualquier señal
    transmitida estará disponible para todos los demás
    dispositivos Sólo un dispositivo puede transmitir en un
    momento dado Si dos dispositivos transmiten al mismo tiempo, sus
    señales se solaparán y, probablemente, se
    distorsionarán Los dispositivos deben obtener el control
    del bus antes de poder utilizarlo para transferir
    información

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    2 Líneas de comunicación Un bus suele estar formado
    por varias líneas de comunicación Cada línea
    tiene un significado o función particular
    Físicamente, las líneas de comunicación no
    son sino un conjunto de conductores eléctricos Cada
    línea transmite señales digitales binarias (0,1) Se
    puede transmitir una secuencia de dígitos binarios a
    través de una única línea durante un
    intervalo de tiempo Se pueden utilizar varias líneas del
    bus para transmitir dígitos binarios
    simultáneamente en paralelo

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    3 Estructura del tema Introducción Buses: conceptos
    generales Estructura de un bus Jerarquías de buses
    múltiples Elementos de diseño de un bus El bus PCI
    Estructura Órdenes Transferencia de datos Arbitraje

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    4 El bus del sistema Los computadores poseen diferentes tipos de
    buses que proporcionan comunicación a distintos niveles
    entre sus componentes El bus que conecta los componentes
    principales del computador (procesador, memoria y E/S) es el
    llamado bus del sistema

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    5 Estructura del tema Introducción Buses: conceptos
    generales Estructura de un bus Jerarquías de buses
    múltiples Elementos de diseño de un bus El bus PCI
    Estructura Órdenes Transferencia de datos Arbitraje

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    6 Estructura del bus del sistema Aunque existen diseños
    muy diversos, las líneas que forman el bus del sistema
    pueden clasificarse en tres grupos funcionales: datos,
    dirección y control También pueden existir
    líneas de alimentación para suministrar
    energía a los módulos conectados al bus

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    7 Líneas de datos Las líneas de datos proporcionan
    un camino para transmitir datos entre los módulos del
    sistema El conjunto de las líneas de datos suele
    denominarse bus de datos Se suele hablar de “anchura del
    bus” para referirse al número de líneas de
    datos La anchura del bus de datos es un factor clave para
    determinar el rendimiento de un sistema Cada línea puede
    transportar un único bit cada vez La anchura del bus
    determina cuantos bits se puden transmitir de forma
    simultánea y, por tanto, la velocidad de
    transferencia

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    8 Líneas de dirección Las líneas de
    dirección se utilizan para designar la fuente o el destino
    del dato situado en el bus de datos Posición de memoria
    Dispositivo de E/S La anchura del bus de direcciones determina el
    tamaño máximo del espacio de direcciones del
    sistema Cuando la E/S está asignada en memoria, el espacio
    de direcciones se comparte entre memoria y E/S Cuando la E/S
    está aislada de memoria, los espacios de direcciones
    están separados y tienen el mismo tamaño
    máximo

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    9 Líneas de control Dado que las líneas de datos y
    direcciones son compartidas por todos los dispositivos conectados
    al bus, debe existir alguna forma de controlar su uso El
    propósito de las líneas de control es: Determinar
    quien accede a las líneas de datos y direcciones Gestionar
    el uso que se hace de esas líneas Transmitir
    órdenes que especifican las operaciones a realizar
    Transmitir información de temporización que indica
    la validez de los datos y direcciones

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    10 Algunas líneas de control típicas Escritura en
    memoria: hace que el dato presente en el bus se escriba en la
    posición direccionada Lectura de memoria: hace que el dato
    de la posición direccionada se sitúe en el bus
    Escritura de E/S: hace que el dato presente en el bus se
    transfiera a través del puerto de E/S direccionado Lectura
    de E/S: hace que el dato presente en el puerto de E/S
    direccionado se sitúe en el bus Transferencia reconocida:
    indica a un dispositivo que el dato que envió ha sido
    aceptado o que el dato que desea está disponible en el
    bus

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    11 Algunas líneas de control típicas
    Petición de bus: indica que un dispositivo necesita
    disponer del control del bus Cesión de bus: indica que se
    cede el control del bus a un dispositivo que lo había
    solicitado Petición de interrupción: indica que hay
    una interrupción pendiente Interrupción reconocida:
    señala que la interrupción pendiente ha sido
    aceptada Reloj: se utiliza para sincronizar operaciones Reinicio:
    devuelve los dispositivos conectados a su estado inicial

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    12 Estructura física El bus del sistema se extiende a
    traves de todos los componentes del sistema, cada uno de los
    cuales se conecta a algunas o a todas las líneas del bus
    Una organización clásica consiste en una
    distribución longitudinal a lo largo de la que se
    distribuyen ranuras de conexión (slots) a intervalos
    regulares

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    13 Estructura física El sistema completo se introduce
    dentro de un chasis que también contiene la fuente de
    alimentación, algunos dispositivos periféricos,
    etc… Cada uno de los componentes principales del sistema
    ocupa una o varias tarjetas que se conectan al bus a
    través de las ranuras de conexión

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    14 Estructura física Esta disposición es muy
    práctica porque permite expandir el sistema
    añadiendo nuevas tarjetas o actualizarlo/repararlo
    sustituyendo tarjetas No obstante, los sistemas actuales tienden
    a tener sus componentes principales en una misma tarjeta El
    procesador, la memoria caché y el bus que los comunica se
    integran en un único componente La memoria y otros
    dispositivos siguen estando en tarjetas separadas que se
    comunican con el procesador por medio del bus del sistema

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    15 Estructura del tema Introducción Buses: conceptos
    generales Estructura de un bus Jerarquías de buses
    múltiples Elementos de diseño de un bus El bus PCI
    Estructura Órdenes Transferencia de datos Arbitraje

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    16 Inconvenientes de tener un bus único El rendimiento de
    un bus puede disminuir si se conecta un gran número de
    dispositivos A más dispositivos conectados, mayor retardo
    de propagación Los dispositivos tardarán más
    en coordinarse para usar el bus Si el control del bus pasa con
    frecuencia de un dispositivo a otro, los retardos
    afectarán al rendimiento Entre más peticiones
    reciba el bus, más probable será que se cruce la
    barrera de su capacidad máxima, convirtiéndose el
    bus en un cuello de botella Puede resolverse usando buses
    más rápidos y/o más anchos La velocidad y la
    anchura tienen límites físicos, mientras que la
    velocidad de transferencia que necesitan los dispositivos
    conectados al bus se está incrementando
    rápidamente

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    17 Jerarquía de buses El bus único está
    destinado a dejar de utilizarse La mayoría de los
    computadores utilizan varios buses organizados de forma
    jerárquica

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    18 Jerarquía de buses El procesador se conecta con la
    memoria caché por medio de un bus local al que
    también pueden conectarse dispositivos de E/S
    locales

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    19 Jerarquía de buses El controlador de la memoria
    caché se conecta tanto al bus local como al bus del
    sistema, donde se encuentran los distintos módulos de la
    memoria principal

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    20 Jerarquía de buses Los controladores de E/S se pueden
    conectar directamente al bus del sistema Las transferencias entre
    la memoria y la E/S no interferirán en la actividad del
    procesador

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    21 Jerarquía de buses Es más eficiente conectar los
    controladores de E/S a un bus de expansión Su interfaz
    regula las transferencias de datos entre los controladores E/S
    conectados a él y el bus del sistema

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    22 Jerarquía de buses El bus de expansión permite:
    Conectar una amplia variedad de dispositivos de E/S Aislar el
    tráfico de información Memoria ?? Procesador del
    tráfico correspondiente a la E/S

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    23 Jerarquía de buses de alto rendimiento La
    jerarquía de buses tradicional es razonablemente
    eficiente, pero no consigue adaptarse al continuo aumento del
    rendimiento de los dispositivos de E/S La respuesta a este
    problema consiste en utilizar un bus de alta velocidad
    Estrechamente integrado al resto del sistema Sólo se
    requiere un adaptador (bridge) entre el bus del procesador y el
    bus de alta velocidad Esta arquitectura recibe el nombre de
    “arquitectura de entreplanta”

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    24 Jerarquía de buses de alto rendimiento El procesador se
    conecta por medio de un bus local al controlador de la memoria
    caché El controlador de la memoria caché se conecta
    a su vez al bus del sistema donde está la memoria
    principal

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    25 Jerarquía de buses de alto rendimiento El controlador
    de la memoria caché está integrado junto con el
    adaptador o dispositivo de acoplo que permite la conexión
    con el bus de alta velocidad

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    26 Jerarquía de buses de alto rendimiento El bus de alta
    velocidad se utiliza para conectar los controladores de E/S
    rápidos que así lo necesiten Los más lentos
    pueden conectarse al bus de expansión, que usa una
    interfaz para adaptar el tráfico que circula

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    27 Jerarquía de buses de alto rendimiento La ventaja de
    esta organización es que el bus de alta velocidad acerca
    al procesador los dispositivos que exigen un rendimiento elevado
    pero, al mismo tiempo, es independiente del procesador

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    28 Jerarquía de buses de alto rendimiento Los adaptadores
    e interfaces tratan con las diferencias de velocidad y de
    definición de líneas de los buses Los cambios
    realizados en una parte de la arquitectura no afectan a las
    demás partes

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    29 Estructura del tema Introducción Buses: conceptos
    generales Estructura de un bus Jerarquías de buses
    múltiples Elementos de diseño de un bus El bus PCI
    Estructura Órdenes Transferencia de datos Arbitraje

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    30 Elementos de diseño de un bus Existe una gran variedad
    de diseños de buses pero, en general, hay unos pocos
    elementos comunes de diseño que permiten clasificarlos y
    distinguirlos unos de otros

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    31 Tipos de buses Las líneas de bus se pueden dividir en
    dos tipos genéricos: Dedicadas: están
    permanentemente asignadas a una función o a un conjunto de
    componentes del computador Un ejemplo típico de
    dedicación funcional es el uso de líneas separadas
    para direcciones y datos Multiplexadas: pueden utilizarse para
    propósitos diferentes Direcciones y datos podrían
    transmitirse por la misma línea si se utilizara una
    señal de control “Dirección
    Válida” Se pone la dirección en el bus y se
    activa la línea de control, dando un tiempo para que los
    distintos controladores lean el bus y comprueben si están
    siendo direccionados Después de un periodo de tiempo se
    quita la dirección del bus y se utilizan las mimas
    líneas para realizar la transferencia

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    32 Tipos de buses La dedicación física requiere el
    uso de múltiples buses, cada uno de los cuales conecta
    solo a un conjunto de controladores Ventaja: alto rendimiento por
    el menor número de conflictos Desventaja: incremento del
    costo y el tamaño del sistema El multiplexado en el tiempo
    de las líneas permite utilizar las mismas líneas
    para usos diferentes Ventaja: normalmente ahorra espacio y costes
    Desventajas: Los controladores necesitarán una
    circuitería más compleja La falta de paralelismo
    puede reducir el rendimiento

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    33 Método de arbitraje En un momento dado puede haber
    más de un controlador intentando usar el bus, pero
    sólo uno de ellos puede obtener el control y usarlo para
    transmitir Es necesario disponer de un método de arbitraje
    que determine quién utiliza el bus En general, los
    diversos métodos de arbitraje se pueden clasificar en:
    Centralizados Distribuidos

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    34 Método de arbitraje El objetivo de ambos métodos
    de arbitraje es designar un dispositivo como “maestro del
    bus”, el cual iniciará una transferencia hacia otro
    dispositivo (esclavo) En un esquema centralizado hay un
    único dispositivo físico llamado controlador de bus
    o árbitro El árbitro es el responsable de asignar
    tiempos en el bus Puede ser un módulo separado o parte del
    propio procesador En un esquema distribuido no existe un
    árbitro central Cada módulo dispone de
    lógica para controlar el acceso Los módulos
    actúan conjuntamente para compartir el bus

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    35 Temporización El término temporización
    hace referencia a la forma en la que se coordinan los eventos en
    el bus Con temporización síncrona, la presencia de
    un evento en el bus está determinada por una señal
    de reloj El reloj es una línea del bus a través de
    la que se transmite una secuencia de 1s y 0s a intervalos
    regulares de igual duración El ciclo de reloj o de bus es
    el intervalo mínimo en el que la señal toma los dos
    valores posibles y define la unidad de medida del tiempo dentro
    del bus (time slot) Todos los eventos empiezan al principio del
    ciclo de bus Con temporización asíncrona, la
    presencia de un evento en el bus es consecuencia y depende de que
    se produzca un evento previo

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    36 Temporización La temporización síncrona
    es más fácil de implementar y comprobar Sin
    embargo, la temporización síncrona es menos
    flexible debido a que todos los dispositivos conectados al bus
    deben operar a la misma frecuencia de reloj y, por tanto, no
    siempre se aprovecharán sus posibilidades La
    temporización asíncrona permite que una mezcla de
    dispositivos rápidos y lentos, construidos con distintas
    tecnologías, compartan un mismo bus

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    37 Temporización síncrona

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    38 Temporización asíncrona: lectura

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    39 Temporización asíncrona: escritura

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