1 / 69

3. Magistrale

3. Magistrale. Introducere Consideraţii electrice Sincronizarea transferurilor de date Arbitrajul de magistrală Magistrala VME Magistrale locale Magistrala PCI Variante ale magistralei PCI Magistrale seriale. Magistrale locale (1).

borka
Download Presentation

3. Magistrale

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. 3. Magistrale • Introducere • Consideraţii electrice • Sincronizarea transferurilor de date • Arbitrajul de magistrală • Magistrala VME • Magistrale locale • Magistrala PCI • Variante ale magistralei PCI • Magistrale seriale Sisteme de intrare/ieşire şi echipamente periferice (03-2)

  2. Magistrale locale (1) • Majoritatea subsistemelor de I/E integrate sunt conectate la magistrala de extensie • Adaptoare grafice şi video • Adaptoare SCSI • Adaptoare de reţea • În prezent, numeroase subsisteme sunt integrate pe placa de bază • Majoritatea subsistemelor sunt conectate lamagistrala X(magistrala utilitară) Sisteme de intrare/ieşire şi echipamente periferice (03-2)

  3. Magistrale locale (2) Sisteme de intrare/ieşire şi echipamente periferice (03-2)

  4. Magistrale locale (3) • Un modul de I/E se poate conecta la magistrala locală a procesorului în locul magistralei de extensie • Modulul de I/E este reproiectat • Metode pentru conectarea la magistrala locală a procesorului: • Conectarea directă • Conectarea printr-un buffer • Conectarea de tip staţie de lucru Sisteme de intrare/ieşire şi echipamente periferice (03-2)

  5. Magistrale locale (4) • Conectarea directă • Modulul va trebui reproiectat pentru procesoarele din generaţiile viitoare • Pe magistrala locală se poate conecta un singur modul • Conectarea printr-un buffer • La magistrala prevăzută cu un bufferse pot conecta până la trei module • Procesorul şi un modul master nu pot utiliza magistrala simultan Sisteme de intrare/ieşire şi echipamente periferice (03-2)

  6. Magistrale locale (5) • Conectarea de tip staţie de lucru • Controlerul memoriei cacheL2 (L3) este combinat cu un circuit numit punte • Asigură interfaţa dintre procesor, memoria principală şi o magistrală de I/E • Procesorul poate comunica cu memoriile sale cache în timp ce un modul de I/E are acces la memoria principală • Interfaţa modulelor cu magistrala de I/E va fi independentă de magistrala procesorului Sisteme de intrare/ieşire şi echipamente periferice (03-2)

  7. 3. Magistrale • Introducere • Consideraţii electrice • Sincronizarea transferurilor de date • Arbitrajul de magistrală • Magistrala VME • Magistrale locale • Magistrala PCI • Variante ale magistralei PCI • Magistrale seriale Sisteme de intrare/ieşire şi echipamente periferice (03-2)

  8. Magistrala PCI • Magistrala PCI • Prezentare generală • Detalii de funcţionare • Arbitrajul de magistrală • Tranzacţii PCI • Întreruperi PCI Sisteme de intrare/ieşire şi echipamente periferice (03-2)

  9. Prezentare generală (1) • PCI - Peripheral Component Interconnect • Dezvoltată de firma Intel • Intenţia iniţială:standard pentru interconectarea circuitelor rapide de pe placa de bază • Prima versiune (1.0) – publicată în 1992 • S-au definit reguli de proiectare obligatorii • Nu s-au definit semnalele şi conexiunile • Ulterior, au fost definite specificaţii electrice şi funcţionaledetaliate ale magistralei Sisteme de intrare/ieşire şi echipamente periferice (03-2)

  10. Prezentare generală (2) • Versiunea 2.0 (1993): • 33 MHz, maxim 132 MB/s (tipic: 80 MB/s) • Versiunea 2.1 (1995) • Versiunea 2.2 (1998) • Versiunea 2.3 (2002) • Versiunea 3.0 (2003) • Extensii opţionale (începând cu vers. 2.1) • 64 de biţi sau 66 MHz: maxim 264 MB/s • 64 de biţi şi 66 MHz: maxim 528 MB/s Sisteme de intrare/ieşire şi echipamente periferice (03-2)

  11. Prezentare generală (3) • Specificaţiile PCI sunt actualizate de organizaţia PCI Special InterestGroup(PCI-SIG), www.pcisig.com • Conectarea la magistrala locală a procesorului printr-un buffer sau de tip staţie de lucru • Magistrala PCI nu este specifică procesoarelor Intel • Specificaţiile impun o limitare de 10 încărcări electrice (3 plăci de extensie) • Poate fi extinsă cu punţi PCI-PCI Sisteme de intrare/ieşire şi echipamente periferice (03-2)

  12. Prezentare generală (4) Sisteme de intrare/ieşire şi echipamente periferice (03-2)

  13. Prezentare generală (5) • Extensiile magistralei definesc o familie de conectori • Pentru magistrale de 32 sau 64 de biţi • Pentru adaptoare de 5 V sau 3,3 V • Plăcile de extensie sunt prevăzute cu chei • Plăci universale • Funcţionează la 5 V sau 3,3 V • Pot fi inserate în orice tip de conector • Versiunea 3.0: permite doar conectori ai plăcii de bază de 3,3V Sisteme de intrare/ieşire şi echipamente periferice (03-2)

  14. Prezentare generală (6) • Plăcile de extensie PCI sunt configurate automat pentru tranzacţiile pe magistrală • Nu sunt necesare setări manuale • Dispozitivele PCI implementează un set de registre de configuraţie(64 x 32 biţi) • Registrele conţin informaţii despre: prezenţa dispozitivului; tipul dispozitivului; spaţiul de adrese necesar • Programele configurează decodificatoarele de adresă pentru memorie şi I/E Sisteme de intrare/ieşire şi echipamente periferice (03-2)

  15. Magistrala PCI • Magistrala PCI • Prezentare generală • Detalii de funcţionare • Arbitrajul de magistrală • Tranzacţii PCI • Întreruperi PCI Sisteme de intrare/ieşire şi echipamente periferice (03-2)

  16. Detalii de funcţionare (1) • Funcţionare sincronă • Integritatea datelor este menţinută până la 0 Hz  moduri în aşteptare sau suspendare • Tranzacţiile au loc între un dispozitiv master (iniţiator) şi unul slave (destinaţie) • Linii de adrese şi date multiplexate, AD • Ciclul 1: adresa este plasată pe magistrală • Ciclul 2: iniţiatorul eliberează magistrala • Ciclul 3: datele sunt plasate pe magistrală Sisteme de intrare/ieşire şi echipamente periferice (03-2)

  17. Detalii de funcţionare (2) • Dacă destinaţia nu poate răspunde în trei cicluri, poate insera stări de aşteptare • Trei semnale pentru controlul fluxului • IRDY# (InitiatorReady): un iniţiator poate accepta date (citire) sau a depus date valide (scriere) • TRDY# (TargetReady): o destinaţie a depus date valide (citire) sau poate accepta date • STOP# (Stop): activat de o destinaţie pentru abandonarea tranzacţiei în curs Sisteme de intrare/ieşire şi echipamente periferice (03-2)

  18. Detalii de funcţionare (3) • Nu este necesară utilizarea tuturor celor 32 (sau 64) de biţi ai liniilor de date • C/BE0#..C/BE3# (Command/ByteEnable): indică octeţii care conţin date valide • C/BE4#..C/BE7# pt. magistrale de 64 biţi • În timpul ciclului 1, semnalele C/BE# conţin comanda pentru magistrală, de exemplu: • I/O Read, I/O Write • Memory Read, Memory Write • Configuration Read, Configuration Write Sisteme de intrare/ieşire şi echipamente periferice (03-2)

  19. Detalii de funcţionare (4) • Magistrala PCI nu necesită terminatori • Apar reflexii de semnal • Reflexiile sunt utilizate ca un avantaj • Pentru activarea unui semnal, un dispozitiv generează pe linia semnalului o tensiune cu un nivel de jumătate faţă de cel necesar • Semnalul este reflectat şi nivelul său este dublat până la nivelul de activare necesar • Avantaje: reducerea curentului; reducerea dimensiunii driverelor Sisteme de intrare/ieşire şi echipamente periferice (03-2)

  20. Magistrala PCI • Magistrala PCI • Prezentare generală • Detalii de funcţionare • Arbitrajul de magistrală • Tranzacţii PCI • Întreruperi PCI Sisteme de intrare/ieşire şi echipamente periferice (03-2)

  21. Arbitrajul de magistrală (1) • Un iniţiator trebuie să solicite utilizarea magistralei • Se utilizează o arbitrare centralizată • Arbitrul este integrat în setul de circuite • Fiecare iniţiator PCI are două linii de arbitrare (REQ#, GNT#) conectate la arbitru • Pentru solicitarea magistralei, un iniţiator PCI activează semnalul său REQ# • Pentru acordarea magistralei, arbitrul activează semnalul GNT# corespunzător Sisteme de intrare/ieşire şi echipamente periferice (03-2)

  22. Arbitrajul de magistrală (2) • Arbitrarea are loc în timp ce un alt iniţiator controlează magistrala  arbitrare ascunsă • Magistrala este acordată pentru o tranzacţie • După primirea controlului, iniţiatorul trebuie să aştepte terminarea tranzacţiei în curs • FRAME# şi IRDY# sunt ambele dezactivate • Specificaţiile PCI nu definesc algoritmul de arbitrare utilizat de arbitru Sisteme de intrare/ieşire şi echipamente periferice (03-2)

  23. Magistrala PCI • Magistrala PCI • Prezentare generală • Detalii de funcţionare • Arbitrajul de magistrală • Tranzacţii PCI • Întreruperi PCI Sisteme de intrare/ieşire şi echipamente periferice (03-2)

  24. Tranzacţii PCI (1) • Tranzacţiile constau dintr-o fază de adrese urmată de una sau mai multe faze de date • Adresare de 64 de biţi: există două faze de adrese • Faza de adrese (un ciclu de ceas): • Iniţiatorul identifică dispozitivul destinaţie (AD) şi tipul tranzacţiei (C/BE#) • Semnalul FRAME# indică validitatea adresei de start şi a tipului de tranzacţie Sisteme de intrare/ieşire şi echipamente periferice (03-2)

  25. Tranzacţii PCI (2) • Semnalul DEVSEL# este activat de destinaţie; indică detectarea adresei sale şi disponibilitatea pentru tranzacţie • Faza de date • Se transferă un număr de octeţi de date între iniţiator şi destinaţie • Semnalul FRAME# rămâne activat până la faza finală de date • Ultima fază de date este indicată prin dezactivarea FRAME# şi activarea IRDY# Sisteme de intrare/ieşire şi echipamente periferice (03-2)

  26. Tranzacţii PCI (3) Sisteme de intrare/ieşire şi echipamente periferice (03-2)

  27. Tranzacţii PCI (4) • Majoritatea tranzacţiilor PCI sunt executate în modul exploziv (“burst”) • Un transfer în mod exploziv constă din: • O singură fază de adrese • Mai multe faze de date • Arbitrajul de magistrală trebuie executat o singură dată • Destinaţia memorează adresa de start şi o incrementează în fiecare fază de date • Transferul continuă cât timp FRAME# este activ Sisteme de intrare/ieşire şi echipamente periferice (03-2)

  28. Magistrala PCI • Magistrala PCI • Prezentare generală • Detalii de funcţionare • Arbitrajul de magistrală • Tranzacţii PCI • Întreruperi PCI Sisteme de intrare/ieşire şi echipamente periferice (03-2)

  29. Întreruperi PCI (1) • Magistrala PCI are patru linii de cerere de întrerupere active pe nivel, INTA#..INTD# • Dispozitiv cu funcţie unică INTA# • Liniile de cerere a întreruperii pot fi partajate • Liniile sunt cu drenă deschisă (“open-drain”) • Mai multe dispozitive conectate la aceeaşi linie o pot activa simultan • O configuraţie particulară pe liniile C/BE# indică un ciclu de achitare a întreruperii Sisteme de intrare/ieşire şi echipamente periferice (03-2)

  30. Întreruperi PCI (2) • Rutarea întreruperilor • Conectarea liniei PCI INTx# a dispozitivului la o linie IRQ a sistemului • Rutarea întreruperilor trebuie să fie programabilă • Registrele de configuraţie PCI memorează informaţii despre întreruperi • Registrul pinului de întrerupere linia de cerere utilizată de dispozitiv • Registrul liniei de întrerupererutarea Sisteme de intrare/ieşire şi echipamente periferice (03-2)

  31. 3. Magistrale • Introducere • Consideraţii electrice • Sincronizarea transferurilor de date • Arbitrajul de magistrală • Magistrala VME • Magistrale locale • Magistrala PCI • Variante ale magistralei PCI • Magistrale seriale Sisteme de intrare/ieşire şi echipamente periferice (03-2)

  32. Variante ale magistralei PCI • Variante ale magistralei PCI • Magistrala PCI-X • Magistrala PCI Express • Variante pentru calculatoare portabile • Variante pentru sisteme industriale Sisteme de intrare/ieşire şi echipamente periferice (03-2)

  33. Magistrala PCI-X (1) • Extensie cu performanţe mai ridicate a magistralei PCI convenţionale • Este compatibilă cu diferitele variante ale magistralei PCI • Asigură ratele de transfer necesare pentru conexiuni cum sunt GigabitEthernet, FiberChannelşi Ultra-640 SCSI • Utilizată iniţial pentru servere şi staţii de lucru Sisteme de intrare/ieşire şi echipamente periferice (03-2)

  34. Magistrala PCI-X (2) • Versiunea 1.0 • Frecvenţe de până la 133 MHz • 32 sau 64 de biţi • Rata maximă: 1,064 GB/s • Îmbunătăţiri ale protocolului convenţional: • Tranzacţii divizate: permit unui iniţiator să efectueze o cerere pentru un transfer şi apoi să elibereze magistrala Sisteme de intrare/ieşire şi echipamente periferice (03-2)

  35. Magistrala PCI-X (3) • Contor de octeţi: un iniţiator poate specifica în avans numărul de octeţi solicitaţise elimină încărcările speculative • Compatibilitate hardware cu versiunile anterioare: funcţionare la 33 sau 66 MHz, cu protocolul convenţional • Compatibilitate software cu versiunile anterioare: la nivelul SO, BIOS, drivere de dispozitiv • Nu necesită modificări Sisteme de intrare/ieşire şi echipamente periferice (03-2)

  36. Magistrala PCI-X (4) • Versiunea 2.0 • Îmbunătăţiri care permit utilizarea de către servere a unor tehnologii de I/E cu performanţe foarte ridicate • Reţeaua Ethernet de 10 Gbiţi/s • Magistrala FiberChannelde 10 Gbiţi/s • Magistrala InfiniBand • Se păstreazăcompatibilitatea hardware şi software cu generaţiile anterioare ale magistralei Sisteme de intrare/ieşire şi echipamente periferice (03-2)

  37. Magistrala PCI-X (5) • Frecvenţe mai ridicate de funcţionare • PCI-X 266 (DDR – Double Data Rate): 266 MHz, max. 2,128 GB/s • PCI-X 533 (QDR – Quad Data Rate): 533 MHz, max. 4,256 GB/s • PCI-X 1066: 1066 MHz, max. 8,5 GB/s • Performanţele maxime sunt de 64 de ori mai ridicate faţă de prima generaţie PCI • Variantele PCI-X 133şi ulterioare permit utilizarea unui singur conector, o încărcare electrică  aplicaţii punct la punct Sisteme de intrare/ieşire şi echipamente periferice (03-2)

  38. Magistrala PCI-X (6) • Caracteristici noi: • Cod corector de erori ECC (ErrorCorrecting Code): permite corectarea erorilor de un bit • Protocol îmbunătăţit: creşte gradul de utilizare şi eficienţa magistralei • Semnale de strob (variantele PCI-X 266şi PCI-X 533): comandă intrările de ceas ale bufferelor de date • Semnale de 1,5 V: permit funcţionarea la frecvenţe mai ridicate Sisteme de intrare/ieşire şi echipamente periferice (03-2)

  39. Variante ale magistralei PCI • Variante ale magistralei PCI • Magistrala PCI-X • Magistrala PCI Express • Variante pentru calculatoare portabile • Variante pentru sisteme industriale Sisteme de intrare/ieşire şi echipamente periferice (03-2)

  40. Magistrala PCI Express • Magistrala PCI Express • Prezentare generală • Legătura PCI Express • Topologia magistralei • Nivele arhitecturale • Tranzacţii PCI Express • Întreruperi PCI Express • Versiuni ale standardelor PCI Express Sisteme de intrare/ieşire şi echipamente periferice (03-2)

  41. Prezentare generală (1) • PCI-E, PCIe • Provine din specificaţiile preliminare ale interfeţei 3GIO (ThirdGeneration I/O) • Ulterior, specificaţiile au fost transferate la organizaţia PCI Special InterestGroup • Magistrală serială • Avantaje: complexitate mai redusă a plăcilor, număr mai redus de pini, cost mai redus Sisteme de intrare/ieşire şi echipamente periferice (03-2)

  42. Prezentare generală (2) • Permite interconexiuni între circuite integrate şi între plăci prin conectori • Unifică arhitectura de I/E pentru diferite tipuri de sisteme: calculatoare de birou, calculatoare portabile, servere, sisteme înglobate • Model software compatibil cu arhitectura PCI convenţională  nu necesită modificări ale SO şi ale driverelor Sisteme de intrare/ieşire şi echipamente periferice (03-2)

  43. Prezentare generală (3) • Păstrează caracteristicile avantajoase ale magistralelor PCI anterioare: • Acelaşi model de comunicaţie • Aceleaşi spaţii de adrese • Aceleaşi tipuri de tranzacţii • Introduce diferite îmbunătăţiri: • Conexiune serială: elimină dezavantajele unei magistrale paralele  dificultatea sincronizării • Conexiune punct la punct Sisteme de intrare/ieşire şi echipamente periferice (03-2)

  44. Prezentare generală (4) • Protocol bazat pe pachete • Performanţă scalabilă număr variabil de benzi de comunicaţie • Facilitatea de calitate a serviciilor (QoS – Quality of Service)  performanţe diferenţiate • Gestiunea avansată a puterii consumate • Raportarea şi gestiunea avansată a erorilor • Posibilitatea conectării şi deconectării perifericelor în timpul funcţionării Sisteme de intrare/ieşire şi echipamente periferice (03-2)

  45. Magistrala PCI Express • Magistrala PCI Express • Prezentare generală • Legătura PCI Express • Topologia magistralei • Nivele arhitecturale • Tranzacţii PCI Express • Întreruperi PCI Express • Versiuni ale standardelor PCI Express Sisteme de intrare/ieşire şi echipamente periferice (03-2)

  46. Legătura PCI Express (1) • Legătură PCIe minimală: două canale de comunicaţie unidirecţionale • Sunt transmise pachete: date, comenzi • Canal: două fire cu semnale diferenţiale • Bandă de comunicaţie (“lane”) • Legătură PCIe cu benzi de comunicaţie multiple: xN • Lăţimea legăturii şi frecvenţa de funcţionare: setate automat Sisteme de intrare/ieşire şi echipamente periferice (03-2)

  47. Legătura PCI Express (2) • Frecvenţe de funcţionare: • 2,5 GHz (2,5 Gbiţi/s pentru fiecare direcţie) • 5 GHz • 8 GHz Sisteme de intrare/ieşire şi echipamente periferice (03-2)

  48. Magistrala PCI Express • Magistrala PCI Express • Prezentare generală • Legătura PCI Express • Topologia magistralei • Nivele arhitecturale • Tranzacţii PCI Express • Întreruperi PCI Express • Versiuni ale standardelor PCI Express Sisteme de intrare/ieşire şi echipamente periferice (03-2)

  49. Topologia magistralei (1) • Complex rădăcină  defineşte o ierarhie • Conectează UCP şi memoria cu perifericele • Porturi PCIe: definesc câte un domeniu ierarhic • Puncte terminale • Dispozitive periferice: iniţiatori, destinaţii • Până la 8 funcţii logice (0 .. 7) • Comutator • Înlocuieşte magistrala partajată • Permite comunicaţia directă între două periferice Sisteme de intrare/ieşire şi echipamente periferice (03-2)

  50. Topologia magistralei (2) Sisteme de intrare/ieşire şi echipamente periferice (03-2)

More Related