Buses

Estructura de Computadores 2 [07/08] Buses de interconexi´n o 1. Introducci´n. Estructura del bus y uso b´sico. o a Clases de buses y jerarqu´ ıas 2. Elementos de dise˜o de un bus: n • Tipos de buses, anchura del bus, temporizaci´n, m´too e do de arbitraje y tipos de transferencia de datos 3. Arbitraje del bus 4. Ejemplos de buses est´ndar a • PCI, SCSI, USB y FireWire, AGP y PCI-Express

6 demayo de 2008

Bibliograf´ ıa • Computer Architecture: A Quantitative Approach (3rd or 4th ed.), John L. Hennessy y David A. Patterson. Morgan Kaufmann Publishers, Inc. • Organizaci´n y arquitectura de computadores (7th ed.), William Stallings. Prentice Hall. o • Computer Organization and Design: The hardware/software interface (3rd ed.), David A. Patterson and John L. Hennessy. Morgan KaufmannPublishers, Inc. • Organizaci´n de Computadores, C. Hamacher, Z. Vranesic y S. Zaky. Mc Graw Hill, 2003. o
GAC: Grupo de Arquitectura de Computadores. Dpt. Electr´nica e Sistemas. Universidade da Coru˜a. o n

Introducci´n o
• Las distintas unidades funcionales de un computador necesitan comunicarse. Deben existir, por lo tanto, l´ ıneas para interconectar estos m´dulos. o

Read WriteMemory
N Words

Address Data

0 • • • N–1

Data

Read Write Address
Internal Data External Data

I/O Module

Internal Data External Data Interrupt Signals

M Ports

Instructions Data
Interrupt Signals

Address

CPU

Control Signals

Data

Figure 3.15 Computer Modules

• Tipos de transferencias a las que debe dar cobertura la estructura de interconexi´n: o − Procesador ⇔Memoria − Procesador ⇔ E/S − Memoria ⇔ E/S (DMA)

Introducci´n o
• Un bus es un canal de comunicaci´n compartido que utiliza un conjunto de l´ o ıneas para conectar m´ltiples subsistemas. Cada cable o l´ u ınea transmite un unico bit de informaci´n ´ o en un determinado momento. • Ventajas: − versatilidad − bajo coste • Desventaja: supone un cuello de botella, limitando la productividad m´ximadel sistema. a • A la hora de dise˜ar un sistema de buses, el reto consiste en cubrir la demanda de n comunicaci´n del sistema y permitir la conexi´n de un gran n´mero de dispositivos de o o u E/S. • Caracter´ ısticas deseables: − heterogeneidad − escalabilidad − baja latencia − alto ancho de banda • Principal problema en el dise˜o de un BUS: la velocidad m´xima (y por tanto el rendin a miento)est´ fuertemente limitada por cuestiones f´ a ısicas: − longitud del bus − n´mero de dispositivos conectados u • Y tambi´n por la necesidad de dar soporte a una gran variedad de dispositivos con muy e distintas latencias y anchos de banda • Los crecientes problemas que presentan las cada vez m´s altas velocidades de transmia si´n en m´ltiples hilos paralelos hacen que la industria se encuentre enplena transici´n: o u o de buses paralelos compartidos a interconexiones punto-a-punto de alta velocidad con switches.

Estructura del bus
• Las l´ ıneas que componen un bus se pueden clasificar en tres grupos funcionales:

− Las l´ ıneas de datos del bus proporcionan el camino para transmitir datos entre los m´dulos del sistema. El n´mero de l´ o u ıneas del bus de datos determina el n´mero um´ximo de bits que es posible transmitir al mismo tiempo. a − Las l´ ıneas de direcci´n se utilizan para designar (direccionar) la fuente o el destino o de los datos situados en el bus de datos. La anchura del bus de direcciones determina la cantidad m´xima de memoria (y de dispositivos de E/S) direccionable en el a sistema. − Las l´ ıneas de control se emplean para gestionar el acceso y el usode las l´ ıneas de datos y direcci´n, se˜alizando peticiones y reconocimientos e indicando qu´ tipo de o n e informaci´n pasa por las l´ o ıneas de datos. • Clasificaci´n seg´n las caracter´ o u ısticas el´ctricas: e − Unidireccionales con un transmisor y m´ltiples receptores u − Unidireccionales con m´ltiples transmisores y un unico receptor u ´ − Bidireccionales • Algunas l´ ıneas de control t´...