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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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Temporización síncrona
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Temporización asíncrona: lectura
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Temporización asíncrona: escritura
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Anchura del bus
La anchura de un bus es el número de líneas distintas que lo componen
La anchura del bus afecta tanto a la capacidad como al rendimiento del sistema
Cuanto más ancho es el bus de datos, mayor es el número de bits que se transmiten a la vez y, por tanto, mayor es el rendimiento del sistema
Cuanto más ancho es el bus de direcciones, mayor es el rango de posiciones a las que se puede hacer referencia y, por tanto, mayor es la capacidad máxima del sistema
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Tipos de transferencia de datos
Un bus permite varios tipos de transferencias de datos
Todos los buses permiten transferencias de lectura y escritura
Transferencias de lectura: esclavo ? maestro
Transferencias de escritura: maestro ? esclavo
En el caso de un bus multiplexado, primero se especifica la dirección y luego se transmite el dato
Las lecturas implican esperar la respuesta del esclavo
Tanto en lecturas como en escrituras pueden aparecer retardos adicionales si es necesario tomar el control del bus dos veces por medio de un procedimiento de arbitraje
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Tipos de transferencia de datos
Un bus permite varios tipos de transferencias de datos
Todos los buses permiten transferencias de lectura y escritura
Transferencias de lectura: esclavo ? maestro
Transferencias de escritura: maestro ? esclavo
En el caso de líneas dedicadas, la dirección se sitúa en el bus de direcciones y se mantiene ahí mientras que el dato se ubica en el bus de datos
En una escritura, el maestro pone el dato tan pronto se estabiliza la dirección y el esclavo ha podido reconocerla
En una lectura, el esclavo pone el dato tan pronto como haya reconocido la dirección y disponga del mismo
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Tipos de transferencia de datos
Algunos buses permiten operaciones combinadas
Una lectura-modificación-escritura es una lectura seguida inmediatamente de una escritura en la misma dirección
La dirección se proporciona una sola vez al comienzo de la operación
La operación se considera indivisible para evitar el acceso al dato por parte de otros maestros del bus (protección de memoria compartida)
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Tipos de transferencia de datos
Algunos buses permiten operaciones combinadas
Una lectura-después-de-escritura consiste en una escritura seguida de una lectura en la misma dirección
También es una operación indivisible
La lectura puede tener el propósito de comprobar el resultado
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