Principy počítačů I – Propojovací systémy ___________________________________
snímek 1
___________________________________ ___________________________________
Principy počítačů
___________________________________
Část VIII Propojovací systémy
___________________________________ 1
© VJJ
___________________________________ ___________________________________
snímek 2
___________________________________
Charakteristika přenosového systému • • • •
___________________________________ ___________________________________
charakter přenášených dat velikost (objem) přenášených dat zdroj (původ) dat cíl (místo určení) data.
___________________________________ ___________________________________ 2
© VJJ
___________________________________ ___________________________________
snímek 3
___________________________________
Hierarchické propojení Procesor
Paměť 1
___________________________________
Paměť 2
Vnitřní propojovací subsystém
Propojovací subsystém procesoru a pamětí
___________________________________ ___________________________________
Spojovací blok
Vnější propojovací subsystém
Propojovací subsystém vnějších zařízení
Disk © VJJ
Tiskárna
___________________________________
Displej 3
___________________________________ ___________________________________
snímek 4
___________________________________
Organizace systému
___________________________________ • směrové propojovací systémy • sběrnicové propojovací systémy
___________________________________
• sériové kanály • paralelní kanály
___________________________________ ___________________________________ 4
© VJJ
___________________________________ ___________________________________
snímek 5
___________________________________
Směrové organizace
___________________________________ uzly
•bod - bod Topolo
gie spoje systému
___________________________________
•strom
___________________________________
•hvězda •….
___________________________________ 5
© VJJ
___________________________________ ___________________________________
snímek 6
___________________________________
Základní pojmy
___________________________________
•Dva uzly jsou sousední, jestliže mezi nimi existuje spoj
© VJJ
___________________________________
•Stupeň uzlu je dán počtem jeho sousedů
___________________________________
•Průměrem sítě nazveme nejdelší cestu mezi kterýmikoli dvěma uzly
___________________________________ 6
___________________________________ ___________________________________
snímek 7
___________________________________
Základní topologie
___________________________________ ___________________________________ ___________________________________ a) Spojení bod-bod
b) Kruhová síť
c) Síť s úplným propojením
Stupeň uzlu 2
Stupeň uzlu n
Průměr sítě n/2
Průměr sítě 1
___________________________________ 7
© VJJ
___________________________________ ___________________________________
snímek 8
___________________________________
Typy sítí
___________________________________ • statické sítě - sítě se stálou konfigurací propojení • dynamické sítě - sítě s proměnnou konfigurací
___________________________________ ___________________________________ ___________________________________ 8
© VJJ
___________________________________ ___________________________________
snímek 9
___________________________________
Lineární síť
___________________________________ ___________________________________
•Nejjednodušší varianta •stupeň uzlu 2 •průměr sítě n-1 •velká šířka pásma •jednoduchá adresace •obtížné rozšiřování © VJJ
___________________________________ ___________________________________ 9
___________________________________ ___________________________________
snímek 10
___________________________________
Stromová síť a hvězda
___________________________________
Kořen Vnitřní uzly
___________________________________ ___________________________________
Koncové uzly
•stupeň uzlu max. 3
•stupeň uzlu max. n-1
•průměr sítě 2.[log2 (N+1) - 1)].
•průměr sítě 2
osová šířka ----- osová šířka pásma © VJJ
___________________________________ 10
___________________________________ ___________________________________
snímek 11
___________________________________
Kruhová síť
___________________________________ ___________________________________ a) Jednoduchý kruh
___________________________________
b) Dvojitý kruh
•stupeň uzlu 2
•stupeň uzlu 4
•průměr sítě n/2
•průměr sítě n/4
___________________________________ 11
© VJJ
___________________________________ ___________________________________
snímek 12
___________________________________
Planární topologie
___________________________________ ___________________________________ ___________________________________ a) planární říž
© VJJ
b) válcová topologie
c) zborcený toroid
___________________________________ 12
___________________________________ ___________________________________
snímek 13
___________________________________
Hyperkrychle
___________________________________
Vrchol přenášený z nižšího rozměru (vyznačen tmavě)
0
1
1D
00
01
___________________________________
10
11
___________________________________
2D
3D
___________________________________
4D
13
© VJJ
___________________________________ ___________________________________
snímek 14
___________________________________
Dynamické sítě
___________________________________ • • • •
___________________________________
křížové přepínače propojovací sítě s výměnou víceúrovňové propojovací sítě válcové posouvače
___________________________________ ___________________________________
Důležitou úlohu hraje nastavovací čas 14
© VJJ
___________________________________ ___________________________________
snímek 15
___________________________________
Křížový přepínač M
M
M
M
M
___________________________________
M
___________________________________
P Přepínač
___________________________________
P Propojovací pole P
___________________________________
P
© VJJ
15
___________________________________ ___________________________________
snímek 16
___________________________________
Propojovací sítě s výměnou
___________________________________ 0
0
•síť s dokonalým promícháním
1
1
0
0
•síť s dokonalým oddělením
1
1
___________________________________ ___________________________________ ___________________________________
Základní typ přepínače 16
© VJJ
___________________________________ ___________________________________
snímek 17
___________________________________
Síť s dokonalým promícháním
___________________________________ Vstupy
Propojení
Výstupy
0
0
1
1
2
2
3
3
4
4
5
5
6
6
7
7
___________________________________ ___________________________________ ___________________________________ 17
© VJJ
___________________________________ ___________________________________
snímek 18
___________________________________
Síť s dokonalým oddělením
___________________________________ Vstupy
© VJJ
Propojení
Výstupy
0
0
1
1
2
2
3
3
4
4
5
5
6
6
7
7
___________________________________ ___________________________________ ___________________________________ 18
___________________________________ ___________________________________
snímek 19
___________________________________
Vícestupňové sítě
___________________________________ • • • •
___________________________________
blokující sítě (sítě typu Omega, Banyan) přestavitelné sítě (Benešova síť) neblokující sítě (Closova síť) válcový posouvač
___________________________________ ___________________________________ 19
© VJJ
___________________________________ ___________________________________
snímek 20
___________________________________
Síť typu Omega P
M
P
M
P
M
P
M
P
M
P
M
P
M
P
M
___________________________________ ___________________________________ ___________________________________ ___________________________________ 20
© VJJ
___________________________________ ___________________________________
snímek 21
___________________________________
Strategie řízení dynamické sítě
___________________________________
• řídící strategie – centrální řadič – distribuované řízení
___________________________________
• strategie časování
___________________________________
– synchronní síť - společné hodiny – asynchronní síť
• strategie přepínání
___________________________________
– přepínání zpráv – přepínání okruhů © VJJ
21
___________________________________ ___________________________________
snímek 22
___________________________________
Sběrnicové systémy
___________________________________ • komunikace na sběrnici je rozdělena do diskrétních transakcí - řízení sběrnice některým z aktérů • arbitrace sběrnice - rozhodnutí komu bude přidělena sběrnice při více současných žádostech • komunikační protokol - synchronní nebo asynchronní
___________________________________ ___________________________________ ___________________________________ 22
© VJJ
___________________________________ ___________________________________
snímek 23
___________________________________
Výkon sběrnicového systému
___________________________________ ___________________________________
• Přenosový čas sběrnice je doba, potřebná k dodání dat od zdroje dat k přijímači dat během jedné transakce. • Šířka pásma sběrnice se obvykle udává v jednotkách bitů za sekundu a odpovídá kapacitě příslušné sběrnice.
___________________________________ ___________________________________ 23
© VJJ
___________________________________ ___________________________________
snímek 24
___________________________________
Hierarchické sběrnicové systémy - jednoúrovňová hierarchie
___________________________________ ___________________________________
J1
J2
J3
J4
Jn
___________________________________
Sběrnice
___________________________________ © VJJ
24
___________________________________ ___________________________________
snímek 25
___________________________________
Dvojúrovňová hierarchie
Adaptér sběrnice
CPU
Adaptér sběrnice
___________________________________ ___________________________________
Paměť
___________________________________ PZ
PZ
PZ
PZ
___________________________________ 25
© VJJ
___________________________________ ___________________________________
snímek 26
___________________________________
Víceúrovňový systém CPU
___________________________________
Paměť
Lokální sběrnice Adaptér PCI
Sběrnice AGP
Adaptér AGP
Grafický Adaptér
___________________________________
Sbě rnice PCI
Adaptér ISA
Adaptér ETN
Páska
Centronics
Disk
___________________________________ Síťová tiskárna
RS232 Sběrnice ISA
Sběrnice SCSI
Scanner
Sb ěrnice Ethernet
Adaptér SCSI
___________________________________
Počítač
HPIB 26
© VJJ
___________________________________ ___________________________________
snímek 27
___________________________________
Synchronní přenos T
T
T
Hodiny
Hodiny
Adresa
Adresa
Řízení
Adresa z M Čtení
Data
Stav ze S Data ze S
T
Řízení
___________________________________
Adresa z M Zápis
Data
Zpožd ěn í n*T
___________________________________
T
Data z M
___________________________________
T
Ho din y Ad resa
Ad res a z M
Ří zení
Čt en í
Data
Po tvrzení © VJJ
___________________________________
Stav ze S Data z e S
ACK z e S 27
___________________________________ ___________________________________
snímek 28
___________________________________
Asynchronní přenos
___________________________________
Data
Data
Žádost o data
Data platná
a) Řízení příjemcem
___________________________________
b) Řízení zdrojem
___________________________________
Data
Data
Data platná ze S
Žádost z A
Potvrzení z A
___________________________________
Potvrzení z S
a) přenos vyvolaný zdrojem
b) přenos vyvolaný příjemcem
28
© VJJ
___________________________________ ___________________________________
snímek 29
___________________________________
Arbitráž požadavků o sběrnici
___________________________________
• centrální arbitráž – priority – pořadí příchodu - FIFO – náhodné
___________________________________ ___________________________________
• decentralizovaná arbitráž – prioritní linka (daisy chain) – cyklické (token) – kolizní
___________________________________ 29
© VJJ
___________________________________ ___________________________________
snímek 30
___________________________________
Centrální řízení s výzvami
___________________________________ Řídící jednotka
J1
J2
Jn
___________________________________
Žádost 1 Žádost 2
___________________________________
Žádost n
___________________________________ Sběrnice
© VJJ
30
___________________________________ ___________________________________
snímek 31
___________________________________
Centrální řízení s nezávislými vodiči
Řídící jednotka
J1
J2
___________________________________ ___________________________________
Jn
Žádost 1 Přidělení 1 Žádost 2 Přidělení 2
___________________________________ ___________________________________
Žádost n Přidělení n Sběrnice 31
© VJJ
___________________________________ ___________________________________
snímek 32
___________________________________
Centrální řízení prioritní linky (daisy chain) Řídící Přidělení jednot ka
J1
J2
___________________________________ ___________________________________
Jn
Žádost
___________________________________
Obsazeno
___________________________________ Sběrnice 32
© VJJ
___________________________________ ___________________________________
snímek 33
___________________________________
Decentralizované řízení prioritní linky (daisy chain)
___________________________________ ___________________________________
Token Přidělení
J1
J2
Jn
___________________________________ ___________________________________
Sběrnice
© VJJ
33
___________________________________ ___________________________________
snímek 34
___________________________________ Příklady používaných sběrnic
___________________________________ ___________________________________
• AGP - rychlá paralelní sběrnice pro připojování grafických jednotek 3D • USB - universální sériová sběrnice pro připojování periferií k personálním počítačům
___________________________________ ___________________________________ 34
© VJJ
___________________________________ ___________________________________
snímek 35
___________________________________
Programová obsluha propojení
___________________________________ • • • •
programová obsluha, obsluha s využitím přerušení, použití přístupu DMA, samostatné procesory (kanály).
___________________________________ ___________________________________ ___________________________________ 35
© VJJ
___________________________________ ___________________________________
snímek 36
___________________________________
Programová obsluha
___________________________________
Počátek obsluhy
Test stavu propojení
___________________________________
Hlídání poruchy propojení Ne
Zařízení připraveno?
Konec obsluhy
Ano
Ano
Předej data
Konec dat?
___________________________________
Ne
___________________________________
Stavový signál, stavové slovo © VJJ
36
___________________________________ ___________________________________
snímek 37
___________________________________
Přerušení + Výsledná adresa vektoru přerušení
0
0
1
1
2
2
n
n
Maska
___________________________________
Signály přerušení od vnějších jednotek
Kodér
Ukazatel na tabulku přerušovacích vektorů b
___________________________________ ___________________________________
Zachycení přerušovacího signálu
___________________________________
•vyvolání obslužného programu •reentrantní program 37
© VJJ
___________________________________ ___________________________________
snímek 38
___________________________________
Přidělování sběrnice (blokové přenosy)
___________________________________
•kradení cyklů
___________________________________
•přímý přístup (do paměti) - DMA Datová sběrnice
___________________________________
Adresová sběrnice
ARP
DRP
HOLD
CNT
ARR
___________________________________
DRR
HLDA CPU
Řadič 38
© VJJ
___________________________________ ___________________________________
snímek 39
___________________________________
Samostatné procesory
___________________________________
• speciálně navrženy • obsahují speciální sadu instrukcí orientovanou na operace přenosu dat • kanálové programy • kanál • spolupráce na úrovni kombinovaných sekvencí přerušení a přímého přístupu do paměti © VJJ
___________________________________ ___________________________________ ___________________________________ 39
___________________________________ ___________________________________
