Tipi di Bus. Bus sincrono. Comunicazioni nell elaboratore (e oltre) Bus sincroni e asincroni Standard commerciali (PCI,SCSI,USB)



Documenti analoghi
verso espandibili eterogenei tempo di accesso tempo di risposta throughput

ELETTRONICA II. Prof. Dante Del Corso - Politecnico di Torino. Gruppo G: Interfacciamento e interconnessioni Lezione n.

Caratteristiche di un PC

verso espandibili eterogenei tempo di accesso tempo di risposta throughput

Calcolatori Elettronici Parte V: Bus. Prof. Riccardo Torlone Universita di Roma Tre

Pentium: architettura di sistema

Embedded and Reconfigurable Systems M 03 Bus protocols

ELETTRONICA II. Prof. Dante Del Corso - Politecnico di Torino

Input/Output. bus, interfacce, periferiche

Input/Output. bus, interfacce, periferiche

Input/Output. bus, interfacce, periferiche

I bus. Sommario. Prof. Alberto Borghese Dipartimento di Scienze dell Informazione Università degli Studi di Milano

Elettronica per l informatica. Cosa c è nell unità A. Unità A: Bus di comunicazione. A.1 Architetture di interconnessione A.2 Esempi commerciali

Input/Output (Cap. 7, Stallings)

I Bus di Input-Output -- Interfacce

Architettura dei sistemi di elaborazione (Input/Output parte 1)

I dischi ottici. Istituzioni di Informatica -- Rossano Gaeta 43

ETLC2 - B2 12/05/ /05/ ETLC2 - B DDC. Lezioni gruppo D (integrità dei segnali) 12/05/ ETLC2 - B DDC

Input / Output. M. Dominoni A.A. 2002/2003. Input/Output A.A. 2002/2003 1

L input/output. Architettura degli Elaboratori e delle Reti

Struttura fisica di un calcolatore. Esempio di motherboard: ASRock. Esempio di motherboard: Acer. Oltre alla scheda madre:

ELINF - D5 10/10/ /10/ ELINF - D DDC. Lezioni gruppo D (integrità dei segnali) 10/10/ ELINF - D DDC

I dischi ottici. Fondamenti di Informatica -- Rossano Gaeta

Sistemi Operativi SISTEMI DI INPUT/OUTPUT. D. Talia - UNICAL. Sistemi Operativi 10.1

Esame di INFORMATICA ARCHITETTURA DI VON NEUMANN. Lezione 4 ARCHITETTURA DI VON NEUMANN

I dispositivi di input/output

Secondo biennio Articolazione Informatica Sistemi e Reti Prova Terza

Elettronica per la Telematica - D4 23/03/ /03/ ETLM - D DDC. Lezioni D1, D2, D3 (integrità dei segnali)

Università degli Studi di Cassino

Università degli Studi di Cassino

Università degli Studi di Cassino

ELETTRONICA II. Prof. Dante Del Corso - Politecnico di Torino

Sottosistemi ed Architetture Memorie

Componenti di un sistema di acquisizione dati

I bus. Prof. Alberto Borghese Dipartimento di Scienze dell Informazione Università degli Studi di Milano

I bus. Prof. Alberto Borghese Dipartimento di Scienze dell Informazione Università degli Studi di Milano

Architettura del calcolatore: gerarchia delle memorie, coprocessori, bus (cenni)

I bus. Sommario. Prof. Alberto Borghese Dipartimento di Scienze dell Informazione Università degli Studi di Milano.

Architettura dei sistemi di elaborazione (Input/Output parte 3)

Dispositivi di I/O. Dispositivi di I/O

Corso di Calcolatori Elettronici I

Architettura dei Calcolatori Interfacce

Problematiche Interfacciamento

Struttura dei Sistemi di Calcolo

Sistemi Operativi. Sistemi I/O SISTEMI DI INPUT/OUTPUT. Hardware di I/O. Interfaccia di I/O per le applicazioni. Sottosistema per l I/O del kernel

I bus. Prof. Alberto Borghese Dipartimento di Scienze dell Informazione Università degli Studi di Milano

6: Macchina di Von Neumann

Architetture dei Calcolatori Interfacce

Architettura di von Neumann

Lezione 1. Sistemi operativi. Marco Cesati System Programming Research Group Università degli Studi di Roma Tor Vergata.

Architettura del calcolatore

Struttura fisica di un calcolatore

Il Sottosistema di Memoria

Il Sottosistema di Memoria

Corso di Informatica

La gestione dell I/O (Cap. 5, Tanenbaum)

verso espandibili eterogenei tempo di accesso tempo di risposta throughput

Esame di INFORMATICA Lezione 4

Architettura di un elaboratore. Il modello di von Neumann

USB (Universal Serial Bus)

Secondo l architettura di Von Neumann il bus rappresenta il punto di interconnessione di tutti i componenti del calcolatore.

Le interconnessioni tra i dispositivi. Sommario

Modulo 1: Le I.C.T. UD 1.4e: BUS e Interfacce

UD 1.4e: BUS e Interfacce I BUS

Saper riconoscere un automa attraverso l analisi delle caratteristiche di un sistema. Saper descrivere il funzionamento di una CPU

Architettura di un calcolatore

Modulo: Elementi di Informatica

Architettura dei calcolatori

I dispositivi di input/output

Architettura del calcolatore: gerarchia delle memorie, coprocessori, bus (cenni)

Architettura dei calcolatori

Bus PCI (1) Calcolatore che utilizza (parzialmente o totalmente) bus PCI:

Esempio di motherboard: ASRock

Laboratorio di Informatica

Lezione 6: L Architettura del Sistema di Elaborazione. Modello di Von Neumann Lunedì 18 Ottobre 2010

Il computer e i suoi componenti

Sistemi a microprocessore

I Bus. G. Casale 26 Aprile Politecnico di Milano DEI- Dipartimento di Elettronica ad Informazione

Dispositivi di I/O. Dispositivi di I/O. Prestazioni degli hard disk. Dispositivi di I/O (2) Architetture dei Calcolatori (lettere A-I)

Il Sottosistema di Memoria

Un bus è costituito da un fascio di collegamenti elettrici. In genere viene rappresentato mediante una freccia larga

Influenza dell' I/O sulle prestazioni (globali) di un sistema

ARCHITETTURA DI UN ELABORATORE! Ispirata al modello della Macchina di Von Neumann (Princeton, Institute for Advanced Study, anni 40).!

QUINTA LEZIONE: LO STANDARD IEEE-488

Input/Output. Input/Output

Strutture di Interconnessione in un calcolatore

Come è fatto un computer

Bus SCSI (Small Computer System Interface)

Corso integrato di Sistemi di Elaborazione. Modulo I. Prof. Crescenzio Gallo.

Capitolo 2. Elaborazione dei dati. Mauro Giacomini Pearson Addison-Wesley. All rights reserved

Gerarchia fisica di memoria 1. Gerarchia fisica di memoria 2. Gerarchia fisica di memoria 3. Ricapitolazione di concetti base

G L O S S A R I O. Fondamenti di Informatica I - Università degli Studi di Trento Dott. Roberti Pierluigi

CALCOLATORI ELETTRONICI. I dispositivi di memoria

Sommario della Lezione

1.4f: BUS e interfacce

Lezione 9: L Architettura del Sistema di Elaborazione. Modello di Von Neumann Venerdì 16 Ottobre 2009

LA GESTIONE DELLA I/O

Transcript:

Comunicazioni nell elaboratore (e oltre) Bus sincroni e asincroni Standard commerciali (PCI,SCSI,USB) Architettura degli Elaboratori (Prima Unità) Renato.LoCigno@dit.unitn.it www.dit.unitn.it/~locigno/didattica/archit/02-03/index.html Tipi di Bus Il bus è una struttura di comunicazione Esistono problemi di tempi di propagazione del segnale e quindi di sincronizzazione dei dispositivi Bus sincroni: funzionamento governato da un segnale di clock Bus asincroni: funzionamento governato solamente dall interazione tra master e slave Renato.LoCigno@dit.unitn.it Architetture degli Elaboratori 1 I 2 Bus sincrono Il processore distribuisce un segnale di temporizzazione sulle cui transizioni avvengono gli eventi Esiste un ciclo del bus che consente di sapere quando gli indirizzi, controlli e dati sono validi Indirizzi e controlli vengono fissati all inizio de ciclo I dati sono validi nella seconda metà del ciclo La durata del ciclo (e quindi la velocità del bus) dipendono dai dispositivi e dai tempi di latenza/propagazione Renato.LoCigno@dit.unitn.it Architetture degli Elaboratori 1 I 3 1

Bus sincrono: funzionamento base Bus clock Time Address and command Data t 0 t 1 t 2 Indica valori validi (1/0, alto/basso) su una struttura parallela Bus cycle Renato.LoCigno@dit.unitn.it Architetture degli Elaboratori 1 I 4 Latenza e propagazione I tempi di propagazione fanno si che i dispositivi vedano situazioni diverse del bus, o meglio le condizioni imposte da un dispositivo risultano valide per gli altri dopo un tempo legato alla propagazione dei segnali Questo è un vincolo di prestazioni insormontabile per un bus, quindi per avere prestazioni elevate è necessario o avere distanze molto piccole o avere strutture più sofisticate che consentano di compensare i ritardi di propagazione Renato.LoCigno@dit.unitn.it Architetture degli Elaboratori 1 I 5 Bus sincrono: effetto del tempo di propagazione Time Bus clock Seen by master Address and command t AM Data t DM Seen by slave Address and command Data t AS t DS t 0 t t 1 2 Renato.LoCigno@dit.unitn.it Architetture degli Elaboratori 1 I 6 2

Bus asincrono Al posto di un segnale di clock che garantisce il corretto funzionamento tenuto conto del massimo ritardo si usano due segnali di handshake Handshake (letteralmente stretta di mano ): tecnica per sincronizzare due dispositivi o, più in generale, un trasmettitore ed un ricevitore Master ready: indica quando il master del bus ha inviato segnali ed indirizzi Slave ready: indica quando il dispositivo slave ha decodificato correttamente comandi e indirizzi Renato.LoCigno@dit.unitn.it Architetture degli Elaboratori 1 I 7 Address and command Ciclo di un bus asincrono Time Master-ready Slave-ready Data t 0 t 1 t 2 t 3 t 4 t 5 Bus cycle Renato.LoCigno@dit.unitn.it Architetture degli Elaboratori 1 I 8 Altre strutture (intermedie) E` possibile mettere insieme i vantaggi dei bus sincroni e asincroni usando un clock a velocità elevata ed un solo segnale di handshake che comunica quando lo slave ha letto/scritto i dati Consente di fare comunicazioni su più colpi di clock, consentendo la coesistenza di dispositivi veloci e dispositivi lenti Renato.LoCigno@dit.unitn.it Architetture degli Elaboratori 1 I 9 3

Bus sincrono multiclock 1 2 3 4 Time Clock Address Command Data Slave-ready Renato.LoCigno@dit.unitn.it Architetture degli Elaboratori 1 I 10 Bus e... Bus Un elaboratore può avere più di un bus di comunicazione Tipicamente esiste un bus privato del processore, che serve a far comunicare le diverse parti (ALU, Cache,...) realizzate sul singolo circuito integrato All esterno del processore è necessario comunicare con gli altri dispositivi e quindi le comunicazioni devono seguire uno standard Renato.LoCigno@dit.unitn.it Architetture degli Elaboratori 1 I 11 Esempio di una architettura moderna Processor Main memory Processor bus Bridge PCI bus Additional memory SCSI controller Ethernet interface USB controller ISA interface Disk controller SCSI bus CD-ROM controller Video IDE disk CD- Disk 1 Disk 2 ROM Keyboard Game Renato.LoCigno@dit.unitn.it Architetture degli Elaboratori 1 I 12 4

Bus di comunicazione standard PCI (Peripheral Component Interconnect) parallelo: 32/64 linee dati evoluzione dei bus proprietari Intel ISA ed EISA eredita da Microchannel, NuBus e altri SCSI (Small Computer System Interface) essenzialmente nato per connettere dischi e dispositivi ad alta velocità l interfaccia SCSI lavora sempre in DMA USB (Universal Serial Bus) sistema basato su canali seriali punto-punto destinatoessenzialmente a periferche esterne Renato.LoCigno@dit.unitn.it Architetture degli Elaboratori 1 I 13 PCI: caratteristiche Nasce per essere un estensione del bus interno del processore sulla scheda madre Funziona a 33 o 66 MHz (motivo per cui il clock dei PC è sempre un multiplo di questi numeri) Host PCI bridge Main memory Configurazione tipica: Disk PCI bus Printer Ethernet interface Renato.LoCigno@dit.unitn.it Architetture degli Elaboratori 1 I 14 Serve a superare limitazioni elettriche Bridge PCI Aiuta a pilotare molti dispositivi (rigenera clock e segnali) Mantiene unica a livello logico la struttura di comunicazione Non altera lo schema di indirizzamento Renato.LoCigno@dit.unitn.it Architetture degli Elaboratori 1 I 15 5

PCI: trasferimento dati Il bus PCI è un bus a sincrono con ciclo di lunghezza variabile Il master viene chiamato initiator Lo slave viene chiamato target Modalità di trasferimento a burst Usa lo stesso insieme di linee per trasferire prima e l indirizzo iniziale e poi i dati 3 possibili modi di indirizzamento: memory mapped, I/O, configurazione Conf. Plug&Play automatica Renato.LoCigno@dit.unitn.it Architetture degli Elaboratori 1 I 16 PCI: linee e segnali CLK: clock a 33 o 66 MHz FRAME#: segnala la durata di una comunicazione (in numero di dati da trasferire) AD: 32 (64) linee di indirizzo e dati C/BE: 4 (8) linee di comando/abilitazione dei singoli byte dati IRDY#, TRDY#: Initiator, Target Ready SEL#: ACK del dispositivo selezionato come target IDSEL#: selezione del dispositivo da inizializzare #: identifica un segnale attivo basso Renato.LoCigno@dit.unitn.it Architetture degli Elaboratori 1 I 17 CLK PCI: operazione di read 1 2 3 4 5 6 7 Frame# AD Adress D1 D2 D3 D4 C/BE# Cmnd Byte enable IRDY# TRDY# SEL# Renato.LoCigno@dit.unitn.it Architetture degli Elaboratori 1 I 18 6

PCI: uso di IRDY#, TRDY# 1 2 3 4 5 6 7 8 9 CLK Frame# AD Adress #1 #2 #3 #4 C/BE# Cmnd Byte enable IRDY# TRDY# SEL# Renato.LoCigno@dit.unitn.it Architetture degli Elaboratori 1 I 19 PCI: configurazione Avviene all accensione dell elaboratore Ciascun dispositivo ha le proprie caratteristiche e configurazione in una ROM (Read Only Memory) Si lavora in modalità di indirizzamento di inizializzazione I dispositivi hanno un segnale in ingresso (IDSEL#) che attiva seleziona il dispositivo per la configurazione quando i comandi indicano che la configurazione è in atto 21 linee AD (AD11-31) sulla scheda madre possono essere collegate ad altrettanti IDSEL# (massimo 21 periferiche su un bus PCI) Renato.LoCigno@dit.unitn.it Architetture degli Elaboratori 1 I 20 PCI: configurazione Il software di configurazione controlla tutte le 21 possibilità Tutte le volte che trova un dispositivo legge la configurazione e gli assegna un indirizzo Le 11 linee basse (AD0-10) sono usate per leggere la configurazione e trasferire dati da e alla periferica è evidente che il processore non è un dispositivo come tutti gli altri per un bus PCI Renato.LoCigno@dit.unitn.it Architetture degli Elaboratori 1 I 21 7

SCSI: caratteristiche Progettato principalmente per rendere efficienti le operazioni di I/O da disco L interfaccia lavora sempre in DMA, memorizzando localmente anche grandi quantità di dati da scaricare sui dischi o in memoria Genera gli interrupt opportuni per comunicare al processore l avvenuto trasferimento Parallelismo 8 o 16 (Wide SCSI) Operazioni piuttosto complesse (interfaccia cara) Velocità da 5 a 640 Mbytes/s su distanze fino a 25 metri Renato.LoCigno@dit.unitn.it Architetture degli Elaboratori 1 I 22 USB: caratteristiche Bus per periferiche esterne, connesse tutte ad una stessa porta sul PC Sistema di comunicazione ad albero basato su canali seriali di tipo punto-punto Supera le limitazioni delle classiche porte serali/parallele, che non possono essere solo per un dispositivo alla volta Velocità elevata (grazie ai canali punto-punto) per delle periferiche esterne e variabile da un dispositivo ad un altro (da 1.5 a 480Mbit/s) Supporto per comunicazioni sincrone/isocrone (microfono numerici, videocamere) Renato.LoCigno@dit.unitn.it Architetture degli Elaboratori 1 I 23 USB: caratteristiche L uso di canali seriali punto-punto limita i costi grazie all uso di una sola coppia di fili per le comunicazioni La trasmissione punto-punto consente di sfruttare tecniche tipiche delle telecomunicazioni, come la distribuzione del clock codificato sul segnale dati I segnali vengono inviati su tutti i rami dell albero, realizzando comunicazioni di tipo broadcast Trasferimento organizzato a pacchetti di dati Renato.LoCigno@dit.unitn.it Architetture degli Elaboratori 1 I 24 8

Host computer USB: topologia e connessione Root hub Renato.LoCigno@dit.unitn.it Architetture degli Elaboratori 1 I 25 USB: caratteristiche Un è un dispositivo che copia il segnale da una porta a tutte le altre porte L unico modo di comunicazione ammesso è il polling, cioè i dispositivi periferici possono solamente rispondere alle interrogazioni del processore (niente DMA, niente interrupt,... ) Gli indirizzi USB non sono visti dal processore (sono gestiti dal root hub ) Il sistema di comunicazioni è complesso e richiede l uso di protocolli piuttosto sofisticati Renato.LoCigno@dit.unitn.it Architetture degli Elaboratori 1 I 26 Host computer USB: linee a velocità diversa F/LS HS F/LS HS HS Root hub HS HS F/LS HS: High speed (480 Mbit/s) F/LS: full/low speed (1.5/10 Mbit/s) Renato.LoCigno@dit.unitn.it Architetture degli Elaboratori 1 I 27 9

USB: caratteristiche Con l introduzione di HS alcuni hub possono fare conversione di velocità rendendo le comunicazioni più efficienti Indirizzamento su 7 bit, che consente di collegare fino a 127 dispositivi Le comunicazioni sono sempre gestite dal root hub, che è collegato al bus interno di un elaboratore Renato.LoCigno@dit.unitn.it Architetture degli Elaboratori 1 I 28 10