ПРИНЦИПЫ ОРГАНИЗАЦИИ АРБИТРАЖА МАГИСТРАЛИ - Конспект Лекций, раздел Образование, ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЕ МАШИНЫ Нормальное Функционирование Системы Пдп Любой Структуры Очень Во Многом Завис...
Нормальное функционирование системы ПДП любой структуры очень во многом зависит от правильного выбора дисциплины обслуживания устройств магистрали, т.е. от правильного выбора системы приоритетных соотношений. Особенно остро эта проблема стоит в вычислительных системах, использующих bus mastering, поскольку общая производительность системы существенно зависит от равномерности загрузки всех ведущих устройств магистрали. Последнее можно обеспечить только рациональным выбором дисциплины арбитража (в дальнейшем просто арбитража). Существуют многочисленные варианты арбитража, каждый из которых имеет свои преимущества и недостатки, причем ни один из них не может быть назван идеальным для любых вычислительных систем. Оптимальный вариант арбитража всегда зависит от конкретной конфигурации вычислительной системы и ее целевого назначения, типа используемых процессоров, конфигурации и назначения ведущих устройств магистрали, способов взаимодействия с системой прерывания и многих других факторов. Способ арбитража определяет и название арбитра, используемого в конкретной вычислительной системе.
Наиболее популярными вариантами арбитров в настоящее время являются: одноуровневый, с фиксированными приоритетами, с циклическим изменением приоритетов, круговой. Рассмотрим их более подробно.
Одноуровневый арбитр
Это простейший вариант арбитра, который используется в простых системах bus master DMA цепочечной структуры, изображенной на рис. 11.3. В соответствии со своим названием он обслуживает только один уровень запроса и предоставляет магистраль, используя одну линию ЛРПД, т.е. в системе используется только одна ШАр. В этом случае отпадает необходимость выполнения процедуры поиска возбужденной ЛЗПД с максимальным приоритетом. Отпадает необходимость и в отдельном арбитре магистрали, поэтому термин "одноуровневый арбитр" не совсем уместен, так как реальным арбитражем он не занимается. Каждое ИЗПД само принимает решение принимать или пропускать сигнал РПД. Такие системы bus master DMA, как уже отмечалось, являются наиболее динамичными, даже при достаточно большом количестве ИЗПД, и могут быть построены с минимальной аппаратной поддержкой.
Основной недостаток такого арбитра состоит в том, что постоянное преимущество в использовании магистрали имеют устройства, расположенные в слотах с малыми номерами, т.е. близкие к слоту "0".
Арбитр с фиксированными приоритетами
Это также достаточно простой вариант арбитра, который предполагает, что за каждым входом ШАр (система bus master DMA) или ЛЗПД (система slave DMA) закреплен определенный уровень приоритета, который не может быть изменен в процессе обслуживания устройств магистрали. В большинстве случаев количество входов в арбитр или контроллер ПДП не превышает 4-8. Для увеличения количества входов, особенно в контроллерах систем slave DMA, обычно допускается их каскадное включение. Основной недостаток такого арбитра состоит в том, что постоянное преимущество в использовании магистрали имеют устройства, использующие вход арбитра с максимальным приоритетом.
Арбитр с циклическим изменением приоритета
Этот вариант арбитра является развитием варианта арбитра с фиксированными приоритетами. Алгоритм функционирования такого арбитра состоит в следующем. Пусть арбитр имеет четыре входа, к которым подключены четыре ШАр – ШАр0, ШАр1, ШАр2, ШАр3. После инициализации входам арбитра присваиваются фиксированные приоритеты (например, ШАр0 – высший, а ШАр3 – низший). Однако после обслуживания устройств одной из ШАр ей автоматически назначают низший приоритет, а приоритеты остальных ШАр изменяются в круговой последовательности. Например, после обслуживания ШАр2 приоритеты остальных ШАр убывают в таком порядке: ШАр3, ШАр0, ШАр1, ШАр2. Такой режим позволяет выровнять приоритеты всех ШАр и не допустить преимущественное использование магистрали устройствами одной ШАр. Возможны и другие схемы выравнивания приоритетов.
Основной недостаток такого арбитра состоит в том, что невозможно жестко зафиксировать наивысший приоритет какой-либо ШАр или устройства.
Круговой арбитр
Этот вариант арбитра предоставляет равный приоритет всем ШАр, подключенным к его входам. Пусть, как и в предыдущем случае, к арбитру подключены четыре ШАр. Тогда арбитр предоставляет магистраль в распоряжение устройств каждой ШАр на основе круговой диспетчеризации подобно круговому переключателю на четыре позиции. После запуска вычислительной системы "переключатель" может установиться либо на фиксированную, либо на случайную позицию (вход ШАр). Все зависит от конкретной технической реализации арбитра. Пусть это будет вход ШАр0. Когда одно из ведущих устройств ШАр0 осуществит обмен и освободит магистраль, "переключатель" повернется на следующую позицию и предоставит возможность захвата магистрали ведущим устройствам ШАр1. Если на входе ШАр1 его не ожидает запрос, арбитр пропустит этот вход и переключится на следующий, т.е. на вход ШАр2. Таким образом, ведущие устройства всех ШАр обеспечиваются равными правами на захват магистрали.
Основной недостаток такого арбитра аналогичен предыдущему.
Рассмотренные выше варианты, как уже отмечалось, не исчерпывают всего многообразия арбитров, используемых в реальных вычислительных системах. Кроме того, следует помнить, что многие арбитры являются сложными перепрограммируемыми устройствами и могут, после соответствующей инициализации, поддерживать не только различные варианты арбитража, но и использовать комбинированные варианты, наиболее оптимальные для конкретной вычислительной системы.
Все темы данного раздела:
ЧАСТЬ 3
Настоящий конспект лекций продолжает материал, изложенный в первой и второй частях. Конспект посвящен изучению основ организации и функционирования ЭВМ в целом
ОБЩИЕ ПРИНЦИПЫ ОРГАНИЗАЦИИ ВВ
В каждой ЭВМ применяются особые способы ВВ, различные конфигурации схем и типы устройств. Однако для большинства ЭВМ можно выделить следующие общие принципы:
· Передача данных осуществляет
ПРОГРАММНЫЙ ВВ
В этом режиме все действия, связанные с операциями ВВ, реализуются командами прикладной программы, причем возможны два вида обмена – синхронный и асинхронный, которые целесообразно использовать в
ВВ ПО ПРЕРЫВАНИЯМ
Для сокращения непроизводительных потерь времени процессора за счет циклов ожидания при программном обмене, т.е. когда процессор не может заниматься ничем, кроме программы ВВ, используют обмен по п
ВВ В РЕЖИМЕ ПДП
В этом режиме обмен данными между ПУ и ОП микроЭВМ происходит без участия процессора. Обменом в режиме ПДП управляет не программа (или прерывающая подпрограмма), а электронные схемы, внешние по отн
ПДП С ЗАХВАТОМ ЦИКЛА
Этот способ ПДП предназначен для обмена короткими блоками информации в виде байта или слова и имеет два варианта:
Вариант 1
В этом случае для обмена использ
ПДП С БЛОКИРОВКОЙ ПРОЦЕССОРА
Этот режим отличается от ПДП с "захватом цикла" тем, что управление системным интерфейсом передается контроллеру ПДП не на время обмена одним байтом, а на время обмена блоком данных. В эт
АДАПТЕР ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОГО ИНТЕРФЕЙСА
Передача данных в последовательном формате имеет ряд преимуществ, основным из которых является минимальное качество физических линий (проводников) промежуточного интерфейса. В простейшем случае (на
АДАПТЕР ПАРАЛЛЕЛЬНОГО ИНТЕРФЕЙСА
Передача данных в параллельном формате в общем случае является более высокоскоростной, чем передача в последовательном формате, поскольку все биты символа информации передаются параллельно по време
КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ
1. На листах ответа должны быть указаны номер группы, фамилия студента и номер его варианта.
2. Номера вопросов выбираются студентом в соответствии с двумя последними цифрами в его зачетно
ТЕГИ И ДЕСКРИПТОРЫ. САМООПРЕДЕЛЯЕМЫЕ ДАННЫЕ
Одним из эффективных средств совершенствования архитектуры современных ЭВМ является теговая организация памяти, при которой каждое хранящееся в памяти или регистре слово снабжается тегом
ЭВМ RISC-АРХИТЕКТУРЫ
Развитие архитектуры ЭВМ, направленное на повышение их производительности, в последние десятилетия шло по пути усложнения процессоров путем расширения системы команд, введения сложных команд, выпол
МЕТОДЫ ОПТИМИЗАЦИИ ОБМЕНА ПРОЦЕССОР-ПАМЯТЬ
Вначале очень коротко рассмотрим причины, вынуждающие инженеров непрерывно совершенствовать аппаратную и идеологическую основы процессов обмена данными между процессором и памятью.
Как уже
КОНВЕЙЕР КОМАНД
Более подробно вопросы конвейеризации процесса обработки информации в ЭВМ рассматриваются в последних разделах настоящего курса – "Многопроцессорные системы". Здесь же будут рассмотрены т
РАССЛОЕНИЕ ПАМЯТИ
Известны два основных метода расслоения памяти. Суть этих методов состоит в том, что память строится на основе нескольких модулей. Но в одном случае модули памяти имеют раздельные адр
БУФЕРИЗАЦИЯ ПАМЯТИ
Суть этого метода состоит в том, что между процессором и ОП включаются дополнительные блоки буферных памятей относительно небольшой емкости, но имеющие быстродействие существенно выше, чем ОП. При
ДИНАМИЧЕСКОЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ПАМЯТИ. ВИРТУАЛЬНАЯ ПАМЯТЬ
Во многих случаях большие исполняемые программы и структуры данных не удается полностью разместить в ОП, поскольку емкости существующих ОП ограничены. Особенно остро эта проблема стоит в мультипрог
ВИРТУАЛЬНАЯ ПАМЯТЬ
Принцип виртуальной памяти предполагает, что пользователь при подготовке своей программы имеет дело не с физической ОП, действительно работающей в составе ЭВМ и имеющей некоторую фиксированную емко
СЕГМЕНТНО-СТРАНИЧНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ ПАМЯТИ
До сих пор предполагалось, что виртуальная память, которой располагает программист, представляет собой непрерывный массив с единой нумерацией байтов. Такое логическое адресное пространство называют
ЗАЩИТА ПАМЯТИ
Если в памяти одновременно могут находиться несколько независимых программ, необходимы специальные меры по предотвращению или ограничению обращений одной программы к областям памяти, используемым д
МЕТОД ГРАНИЧНЫХ РЕГИСТРОВ
Идея метода состоит в том, что вводят два граничных регистра, указывающих верхнюю и нижнюю границы области памяти, куда программа имеет право доступа. Схема функционирования такой системы защиты из
МЕТОД КЛЮЧЕЙ ЗАЩИТЫ
По сравнению с предыдущим данный метод является более гибким. Он позволяет организовывать доступ программы к областям памяти, расположенным не подряд.
Память в логическом отношении дел
АЛГОРИТМЫ УПРАВЛЕНИЯ МНОГОУРОВНЕВОЙ ПАМЯТЬЮ
Будем рассматривать двухуровневую память со страничной организацией, состоящую из оперативной (верхний уровень) и внешней (нижний уровень) памятей. Если при выполнении программы обнаруживается, что
СОПРОЦЕССОРЫ
Расширение диапазона возможного применения процессоров с традиционной фон-неймановской архитектурой привело к тому, что наборы команд МП стали весьма громоздкими. Дальнейшее расширение наборов кома
КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ
1. На листах ответа должны быть указаны номер группы, фамилия студента и номер его варианта.
2. Номера вопросов выбираются студентом в соответствии с двумя последними цифрами в его зачетно
ЭВОЛЮЦИЯ ШИННОЙ АРХИТЕКТУРЫ IBM PC
В начале настоящего курса (см. гл.1) было показано, что переход от мэйнфреймов к малым ЭВМ (мини и микро) сопровождался существенным упрощением внутренней структуры компьютера, а именно, переходом
ЛОКАЛЬНАЯ СИСТЕМНАЯ ШИНА
Быстродействие ШР первых IBM PC (8 МГц) вполне соответствовало быстродействию процессора I8088, на базе которого они были построены. Между тем для оптимизации процесса обмена между ОП и МП разработ
ШИНА РАСШИРЕНИЯ ISA
Шина ISA (Industrial Standard Architecture) была использована в первых IBM PC, построенных на процессоре I8088, в 1981 г. Она имела 8 линий данных, 20 линий адреса, позволяла адресовать до 1 Мбайта
ШИНА РАСШИРЕНИЯ МСА
Появление 32-разрядного процессора I80386 привело к тому, что 16-разрядная ISA перестала соответствовать возможностям нового поколения МП. Фирма IBM не стала вновь модернизировать шину ISA, а разра
ШИНА РАСШИРЕНИЯ EISA
Стандарт EISA (Extended Industry Standard Architecture) появился в 1988 году в ответ на разработку фирмой IBM шины МСА и требование ее лицензировать (см. п. 10.2.2). Конкуренты сочли излишним п
ЛОКАЛЬНЫЕ ШИНЫ РАСШИРЕНИЯ
Рассмотренные выше разновидности ШР (ISA, MCA, EISA) имеют общий недостаток – сравнительно низкое быстродействие. Быстродействие и разрядность процессоров и микросхем памяти (а следовательно, и лок
ЛОКАЛЬНАЯ ШИНА VESA (VLB)
В своем первоначальном варианте слоты локальной шины использовались почти исключительно для установки видеоадаптеров. К концу 1992 года было разработано несколько локальных шин. Исключительными пра
ЛОКАЛЬНАЯ ШИНА PCI
В начале 1992 года на фирме Intel была организована группа, перед которой была поставлена задача разработать новую шину. В результате в июне 1992 года появилась шина PCI (Peripheral Component Inter
CHIPSET
ChipSet – это набор или одна микросхема, на которую и возлагается основная нагрузка по обеспечению центрального процессора данными и командами, а также, по управлению периферией, как-то: видеокарты
РАЗНОВИДНОСТИ СЛОТОВ
Слотом называются разъемы расширения, расположенные на материнской плате (на картинке слева). Они бывают следующих типов: ISA, EISA, VLB, PCI, AGP.
ISA (Industry Standard Architectu
ТИПЫ РАЗЪЕМОВ ОПЕРАТИВНОЙ ПАМЯТИ
На данный момент существует также несколько типов разъемов для установки оперативной памяти. Такие
Режимы работы параллельного LPT порта
SPP (Standard Parallel Port – стандартный параллельный порт) осуществляет 8-разрядный вывод данных с синхронизацией по опросу или по прерываниям. Максимальная скорость вывода – около 80 Кбай
РАЗЪЕМЫ ДЛЯ ПОДКЛЮЧЕНИЯ ДИСКОВЫХ УСТРОЙСТВ
FDD (Floppy Disk Drivers – накопитель на гибких магнитных дисках) конструктивно представляет собой 12х2-контактный игольчатый разъем с возможностью подключения двух дисководов. Устройство, п
РАЗЪЕМЫ ПРОЦЕССОРОВ
Собственно говоря, процессор как раз то устройство, которое производит все вычисления и управляет всеми контроллерами. Так как же определить, какой процессор вы сможете поставить в ту материнскую п
КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ
1. На листах ответа должны быть указаны номер группы, фамилия студента и номер его варианта.
2. Номера вопросов выбираются студентом в соответствии с двумя последними цифрами в его зачетно
СПОСОБЫ ОРГАНИЗАЦИИ ДОСТУПА К СИСТЕМНОЙ МАГИСТРАЛИ
Конкретные варианты процедур доступа ведущих устройств к магистрали (организации каналов ПДП) в различных ЭВМ очень разнообразны. Между тем существуют некоторые общие принципы их реализации. В обще
ВОЗМОЖНЫЕ СТРУКТУРЫ СИСТЕМ ПДП
Конкретные технические реализации систем ПДП имеют множество вариантов. Они зависят от типа системной магистрали, архитектуры ЭВМ в целом, типа используемого процессора, целевого назначения ЭВМ, ко
ОРГАНИЗАЦИЯ ОБМЕНА В РЕЖИМЕ ПДП
Использование любого варианта ПДП порождает ряд проблем, связанных с использованием общей магистрали несколькими устройствами. Даже при использовании простейшего варианта ПДП (slave DMA), который и
ИНИЦИАЛИЗАЦИЯ СРЕДСТВ ПДП
Любой способ организации обмена в режиме slave DMA предполагает инициализацию контроллера со стороны процессора. Для этого, как уже отмечалось, перед началом обмена с ПУ в режиме ПДП процессор долж
РАДИАЛЬНАЯ СТРУКТУРА (SLAVE DMA)
В соответствии с рис. 11.1, а все запросы от ИЗПД поступают в арбитр магистрали контроллера ПДП и в общем случае фиксируются там каким-либо образом, например аналогично тому, как это делается в кон
РАДИАЛЬНАЯ СТРУКТУРА (BUS MASTER DMA)
В соответствии с рис. 11.1, б все запросы от ИЗПД поступают в арбитр магистрали (контроллер ПДП отсутствует) и в общем случае фиксируются там каким-либо образом, например аналогично тому, как это д
ЦЕПОЧЕЧНАЯ СТРУКТУРА (BUS MASTER DMA)
В соответствии с рис. 11.2 к каждой ШАр (входу арбитра) может быть подключено множество запросчиков ИЗПД. Сигнал РПД распространяется по цепочке ИЗПД, подключенных к одной ЛЗПД (к одной ШАр). Распр
КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ
1. На листах ответа должны быть указаны номер группы, фамилия студента и номер его варианта.
2. Номера вопросов выбираются студентом в соответствии с двумя последними цифрами в его зачетно
Новости и инфо для студентов