Máté: Számítógép architektúrák

Átírás

1 szinkron : Minden eseményt egy előző esemény okoz! Nincs órajel, WIT, van viszont: MSYN# (kérés Master SYNchronization), SSYN# (kész Slave SYNchronization). Ugyanazon a en gyors és lassú mester szolga pár is lehet. Máté: rchitektúrák 4. előadás 1 szinkron működése (3.39. ábra) kkor indulhat újabb tranzakció, ha SSYN# negált. cím MREQ# RD# kiolvasandó rekesz címe MSYN# adat adat SSYN# Ugyanazon a en gyors és lassú mester szolga pár is lehet. Máté: rchitektúrák 4. előadás Teljes kézfogás (full handshake): kkor indulhat, ha SSYN# negált! Mester: kívánságok beállítása, majd MSYN#, vár, Szolga: látja MSYN# t: dolgozik, majd SSYN#, vár, Mester: látja SSYN# t(a szolga kész), dolgozik, ha kell, majd negálja MSYN# t, Szolga: látja MSYN# negálását, negálja SSYN# t. Sínütemezés (kiosztás) a egyszerre többen is igénylik a t (PU, I/O ), akkor a ütemező (bus arbiter) dönt. Általában I/O elsőbbséget kap (cikluslopás). Máté: rchitektúrák 4. előadás 3 Máté: rchitektúrák 4. előadás 4 Sínütemezés (kiosztás bus arbitration) entralizált (3.40. (a) ábra): (margaréta) láncolás (daisy chaining), egy vagy többszintű lehet. 3.40b.swf 3.40a.swf a van kérés és a szabad: foglalási engedély. 3.40a.swf Máté: rchitektúrák 4. előadás 5 Néha további vezeték van az engedély fogadásának jelzésére (újabb kérés kezdődhet a használata közben). 4. előadás Máté: rchitektúrák 3.40b.swf 1

2 decentralizált pl. 1 prioritású: 1 eszközhöz 1 kérés vonal, minden eszköz minden kérés vonalat figyel, tudja, hogy a saját kérése volt e a legmagasabb prioritású ábra: ha nem foglalt és be, akkor kérheti a t (ki negálása, foglalt beállítása). I ütemezés (kiosztás): request, grant. I ütemező REQ# GNT# REQ# GNT# REQ# GNT# REQ# GNT# I eszköz I eszköz I eszköz I eszköz 3.41.swf 3.41.swf Máté: rchitektúrák 4. előadás ábra. I centrális ütemezőt használ Máté: rchitektúrák 4. előadás Sín műveletek z eddigiek közönséges műveletek voltak. lokkos átvitel (3.4. ábra): kezdő címen kívül az adatre kell tenni a mozgatandó adatok számát. Esetleges várakozó ciklusok után ciklusonként egy adat mozgatása történik. Megszakítás kezelés: később tárgyaljuk részletesen. Több processzoros rendszerekben: olvasás módosítás visszaírás ciklus: szemafor. Példák ekre z első IM (3.37. ábra) vonalas (vezeték, line), 0 címnek, adatnak + DM, megszakítás /T szinkron (3.51. ábra): további 3 vezeték (címnek összesen 4, adatnak 1, ). Microchannel (IM OS/ gépekhez), szabadalmak IS (Industry Standard rchitecture) lényegében.33 Mz es /T (á (sávszélesség: é 1.7 M/s). /) EIS (Extended IS) 3 bitesre bővített IS (sávszélesség: 33.3 M/s). Színes TV hez 135 M/s sávszélesség kellene (104*7 pixel, 3 bájt*, 30 kép/sec). lemez képernyő Máté: rchitektúrák 5. előadás 9 Máté: rchitektúrák 5. előadás 10 I (Peripheral omponent Interconnect): 3 bites adat átvitel (33,3 Mz, sávszélesség: 133 M/s) szabadon felhasználható licensz. Multiplexelt cím és adatkivezetések. Új változatai: 4 bites adat, Mz, 5 M/s. SSI PU Gyorsító tár SSIszkenner SSIlemez SSI I híd Video Központi álózati Problémák: a memóriához lassú, nem kompatíbilis az IS bővítőkártyákkal. Megoldás (3.5. vagy.30. ábra): több első, I híd, I, IS híd, IS. Máté: rchitektúrák 5. előadás 11 I Nyomtató angkártya IS híd Modem IS.30. ábra. Egy tipikus I, SSI és IS nel 000 körül Nem kell Máté: rchitektúrák 5. előadás 1

3 Általános soros (US) Universal Serial us Igény: bármikor könnyen, azonos módon lehessen sokféle perifériát kapcsolni a géphez, akár a gép működése közben, hardver ismeretek nélkül: ne kelljen kikapcsolni a gépet, ne kelljen szétszedni a gp gépet, ne kelljen újra boot olni, ne kelljen áramellátásról gondoskodni, Plug n Play (csatlakoztasd és működik) perifériák. Máté: rchitektúrák 5. előadás 13 US (Universal Serial us általános soros ): Négy vezeték: adatok (), tápfeszültség (1), föld (1). US 1.0 1,5 Mbps (billentyűzet, egér, ) US Mbps (nyomtató, fényképezőgép, ) US.0 40 Mbps (DVD lejátszó, ) központi elosztó (root hub) ) 1 ms onként üzenetekkel (frame, ábra) kommunikál az eszközökkel. frissen csatlakoztatott eszköz címe 0. a a központi elosztó tudja fogadni az eszközt, akkor egyedi címet (1 17) ad neki (konfigurálja). Máté: rchitektúrák 5. előadás 14 Frame keret Egy vagy több csomagból áll. z egyes csomagok haladhatnak a központból az eszközök felé vagy fordítva. haladási irány egy kereten belül is változhat. z első csomag mindig SOF: Start Of Frame keret kezdet, szinkronizálja az eszközöket. keret lehet ontrol : Eszköz konfigurálás, Parancs, Állapot lekérdezés. Isochronous izoszinkron: valós idejű eszközök használják, pl. telefon. iba esetén nem kell ismételni az üzenetet. ulk csoportos: nagy tömegű adat átvitelére szolgál. Interrupt megszakítás: z US nem támogatja a megszakítást, helyette pl. 50 ms enként lekérdezhető az eszköz állapota. Máté: rchitektúrák 5. előadás 15 Máté: rchitektúrák 5. előadás 1 csomag lehet Token parancs (központ küldi az eszköznek): SOF. IN be: adatokat kér az eszköztől. z IN parancsban meg lehet adni, melyik eszköztől milyen adatokra van szükség. OUT ki: adatok fogadására kéri az eszközt. SETUP beállítás: konfigurálja az eszközt. csomag lehet (folytatás) Data adat: 4 bájt információ mozgatása akármelyik irányban. Data csomag részei: SYN: bit szinkronizáció, PID: a csomag típusa ( bites), PYLOD: hasznos adat, R: yclic Redundancy ode ciklikus redundancia kód (1 bit az adatátvitel helyességének é ellenőrzésére). ő é andshake kézfogás: K: az előző adatcsomagot hibátlanul vettem, NK: R hibát észleltem, STLL: kérem, várjon, el vagyok foglalva. Special speciális. Máté: rchitektúrák 5. előadás 17 Máté: rchitektúrák 5. előadás 1 3

4 Másodlagos gyorsító tár SSI Gyorsító tár Egér US PU Gyorsító tár illentyűzet IDE diszk IS IS híd I híd Grafikus illesztő Monitor I Fő Szabad I bővítő hely 1. szintű gyorsítótárak. szintű gyorsítótár SSI Pentium 4 PU I Lokális US D Monitor Grafikus kártya satoló lapka TPI GP Fő Szabad bővítőhely Monitor angkártya Nyomtató Szabad IS bővítő helyek 3.5. ábra. Egy korai Pentium rendszer architektúrája Nem kell Máté: rchitektúrák 5. előadás 19 I Egér ábra. Egy modern Pentium 4 rendszer struktúrája Máté: rchitektúrák 5. előadás 0 Nem kell. szintű gyorsítótár Soros kapcsolatot biztosító csatorna párok Egy csatorna csak két vezeték Grafika PU illentyűzet Mágneslemezegység DVDmeghajtó Mágneslemezek I Express satoló lapka Kapcsoló álózat US Egyéb ábra. Egy tipikus I Express rendszer vázlata Máté: rchitektúrák 5. előadás 1 agyományos I Express Több leágazású Központosított kapcsoló Széles, párhuzamos Keskeny, közvetlen soros kapcsolat onyolult mester szolga kapcsolat Kicsi, csomagkapcsolt hálózat R kód: nagyobb megbízhatóság csatlakozó kábel > 50 cm lehet z eszköz kapcsoló is lehet Meleg csatlakoztatási lehetőség Kisebb csatlakozók: kisebb gép Nem kell nagy bővítőkártyával csatlakozni a hez winchester a monitorba is kerülhet Egy csatorna hasznos sávszélessége minimum Gbps, de bíznak benne, hogy hamarosan 10 Gbps Máté: rchitektúrák 5. előadás Rétegek Szoftver Tranzakciós Fejléc asznos adat Kapcsolati Seq# Fejléc asznos adat R Fizikai Keret Seq# Fejléc asznos adat R Keret 3.5. ábra. I Express protokollrendszer csomagok formátuma Fejléc cím, magas/alacsony prioritás, Seq# az üzenet sorszáma R ciklikus redundanciakód (yclic Redundancy heck) a a számított és kapott R megegyezik, akkor nyugtázza, különben újra kéri az adatot. Máté: rchitektúrák 5. előadás 3 Input, output, interfész, I/O lapkák URT (Universal synchronous Receiver and Transmitter) egy bájtot tud olvasni az adatről, és aztán sorosan továbbítja az eszközhöz (vagy fordítva), programmal konfigurálható (belső regiszterének beállításával): 5 bit szélesség, sebesség ( bps), paritás ellenőrzés (páros, páratlan, nincs). USRT (Universal Synchronous synchronous Receiver and Transmitter): szinkron és aszinkron módon is tud működni. Máté: rchitektúrák 5. előadás 4 4

5 PIO (Parallel Input/Output, 3.0. ábra) 4 /K vonal, amellyel TTL kompatibilis eszközökhöz (billentyűzet, kapcsolók, nyomtatók) tud kapcsolódni. Konfigurálható. Leggyakoribb az ábrán látható használat. szinkron eszközökhöz kézfogás logika van beépítve. eviteli/kiviteli (/K, Input/Output, I/O) eszközök használata (chip selection): Valódi /K eszköz. Memóriára leképezett /K (memory mapped I/O). Pl.: 3.1. ábra. 0 1 #WR #RD RESET D0 D7 55 párhuzamos /K lapka Port Port Port K EPROM a 0 címnél K RM a 000 címnél 4 PIO az FFF címnél 0 3 K 4 K Máté: rchitektúrák 5. előadás 5 Máté: rchitektúrák 5. előadás ábra. Teljes cím dekódolás. 15 a legmagasabb helyértékű bit. K EPROM a 0 címnél K RM a 000 címnél 4 PIO az FFF címnél 3.1. ábra. Részleges cím dekódolás. K EPROM a 0 címnél K RM a 000 címnél 4 PIO az FFF címnél 0 3 K 4 K K 4 K EPROM RM PIO Máté: rchitektúrák 5. előadás 7 EPROM RM PIO Máté: rchitektúrák 5. előadás Mikroarchitektúra szint Feladata az IS (Instruction Set rchitecture gépi utasítás szint) megvalósítása. Nincs rá általánosan elfogadott, egységes elv. IS szintű utasítások függvények, ezeket egy főprogram hívja meg végtelen ciklusban. függvények eka mikroarchitektúra szintjén valósulnak lnak meg (mikroprogram). mikroprogram változói (a ) definiálják a számítógép állapotát, pl.: (Program ounter, utasításszámláló). MR PP O LU LU re a t a Mic 1 datút (Data Path, 4.1. ábra) 3 bites, ek, LU, léptető SLL bittel balra, SR1 1 bittel jobbra léptet. LU bemenetei: (olding tartó),. Egy cikluson belül lehetséges egy regiszterből olvasni és az eredményt akár ugyanoda visszaírni 4.3. ábra. N 1, ha az eredmény <0, különben 0, Z 1, ha az eredmény = 0, különben 0. Máté: rchitektúrák 5. előadás 9 Máté: rchitektúrák 5. előadás 30 5

6 Pl. = + 1 LU: +1 MR re a t a PP O N 1, ha az eredmény <0, különben 0, LU Z 1, ha az eredmény = 0, különben 0. LU LU MR PP O LU re a t a Pl. = + 1 LU: +1 N 1, ha az eredmény <0, különben 0, Z 1, ha az eredmény = 0, különben 0. Máté: rchitektúrák 5. előadás 31 Máté: rchitektúrák 5. előadás 3 MR PP O LU LU re a t a Pl. = + 1 LU: +1 N 1, ha az eredmény <0, különben 0, Z 1, ha az eredmény = 0, különben 0. MR PP O LU LU re a t a Pl. = + 1 LU: +1 N 1, ha az eredmény <0, különben 0, Z 1, ha az eredmény = 0, különben 0. Máté: rchitektúrák 5. előadás 33 Máté: rchitektúrák 5. előadás 34 műveletek (4.1. ábra) Szócímzés: 3 bites adat írása, olvasása. szó cím = 4 * (bájt cím), a túlcsorduló bitek elvesznek (Memory ddress Register) (Memory Data Register) ájtcímzés: gépi szintű utasítás bájt olvasás. (Program ounter): bájt cím, MR (Memory yte Register): bájt. MR MR PP O z adatút e (4.1. ábra) 9 jel: a re írás a ből, jel: az LU és a léptető ére, 9 jel: a ről be írás, 3 jel: a eléréshez jel: szó íráshoz/olvasáshoz 1 jel: bájt olvasáshoz. Összesen 9 jel szükséges MR kétfajta értelmezése (két jel): MR: MR előjel kiterjesztéssel kerül a re, MRU: MR előjel nélküli kiterjesztéssel kerül a re. LU LU N Z re csak egy regiszter írhat egyszerre, ezért 9 helyett elég 4 jel, összesen 4 jelre van szükség. Máté: rchitektúrák 5. előadás 35 Máté: rchitektúrák 5. előadás 3

7 Mikroutasítások 4 bit: az adatút éhez 9 bit: a következő utasítás címének megadásához, 3 bit: a következő utasítás kiválasztásának módjára. Ez adja a 3 bites mikroutasítást: 4.5. ábra. ; LU ; NEXT DDRES JM JMN JMZ SLL SR1 F0 F1 EN EN INV IN O WRITE RED FET SS E ddr JM LU Mem 0 = 1 = = MR 3 = MRU 4 = 5 = = PP 7 = = O 9 15 semmi Máté: rchitektúrák. előadás swf mic1_1.swf Máté: rchitektúrák 5. előadás 3 ciklus ciklus az adatút végén kezdődik (a ről a feltöltése után), ezért ha a címet módosította ez a mikroutasítás, MR akkor a cím a módosított ill. regiszter éték értéke lesz. z olvasás eredménye csak két ciklussal később használható az LU ban, mert ill. MR csak a következő adatút ciklus vége felé töltődik fel a, addig ill. MR régi értéke érhető el. 4.1.swf ciklus: = ; rd; = Máté: rchitektúrák 5. előadás 39 mic1_1.swf Máté: rchitektúrák 5. előadás 40 = ; rd = 4.1.swf Nem megengedett! a és a ről egyszerre kapna értéket! Mi a időzítés, és miért fontos? ogy működik a szinkron/aszinkron? Mire szolgál a mester/szolga szinkronizáció? Mi a teljes kézfogás? Milyen ütemezőket ismer? ogyműködik a centralizált ütemező? ogy működik a decentralizált ütemező? ogy működik a I ütemezője? Milyen műveleteket ismer? Miért előnyös a blokkos átvitel? mic1_1.swf Máté: rchitektúrák 5. előadás 41 Máté: rchitektúrák 4. előadás 4 7

8 Milyen t ismer? Ismertesse az IS t! Ismertesse az EIS t! Ismertesse az I t! ogy használható több egy gépen belül? Miért volt fontos az IS megtartása fejlettebb alkalmazása esetén? ogy történik a I ütemezése? Miért használnak külön t a eléréséhez? ogy illeszkedik a I a hez? Milyen igények kielégítésére szolgál az általános soros (US)? Milyen vezetékeket tartalmaz az US, és miért? Miért kényelmes az US használata? Mi a központi elosztó (root hub), és hogy működik? Mi történik eszközus porthoz csatlakoztatásakor? Mit jelent egy eszköz konfigurálása? Mi a keret (frame), és milyen kereteket ismer? Mi a csomag, és milyen csomagokat ismer? Milyen irányban haladhatnak a csomagok? Máté: rchitektúrák 5. előadás 43 Máté: rchitektúrák 5. előadás 44 Mire szolgál a SOF csomag? Mire szolgál az IN/OUT csomag? Mire szolgál az K/NK csomag? Mi a R? Mire szolgál a I Express? ogy kapcsolódik a I Express a PU hoz? ogy kapcsolódik a I Express az eszközökhöz? Milyen előnyei vannak a I Express nek a nel szemben? Milyen rétegei vannak a I Express protokollnak? Máté: rchitektúrák 5. előadás 45 Mi az URT? Mire szolgál az URT? Paritás ellenőrzés szempontjából hogy működhet az URT? Mi az USRT? Milyen digitális áramkörök segítségével tudja megvalósítani a párhuzamos soros átalakítást? Mit jelent a S# jelölés egy chip lábán? Mit jelent a PIO rövidítés? Milyen lábai vannak PIO lapkának? ány regisztere van PIO lapkának? Máté: rchitektúrák 5. előadás 4 Mi biztosítja, hogy kapcsolók állapotának lekérdezésére és lámpák működtetésére is használható a PIO lapka? Mit jelent a valódi/memóriára leképezett I/O? Melyiknek mi az előnye, hátránya? Mit nevezünk ktlj teljes/részleges /é l cím dkódlá dekódolásnak? k? Melyiknek mi az előnye, hátránya? Mit nevezünk port nak? Mi a mikroarchitektúra szint feladata? ogy valósítja meg a feladatát? Mi az adatút? Milyen jei vannak a Mic 1 nek? Mely csatlakoznak az hez? Mely csatlakoznak a hez? Mely csatlakoznak a hez? Milyen jelek szükségesek az adatút éhez? Mire szolgál az regiszter két bemenete? Mire szolgál az MR regiszter két bemenete? Máté: rchitektúrák 5. előadás 47 Máté: rchitektúrák 5. előadás 4

9 z előadáshoz kapcsolódó Fontosabb témák PU részei, feladatai, adatút IS és a RIS kialakulása Utasítás és processzor szintű párhuzamosítás dat típusok, karakter kódolás PU, Sínek. Sín protokoll. Mester szolga. Sín, vevő, adóvevő. Sáv szélesség, szélesség. Sokszorozott. Sín időzítés: szinkron, aszinkron, teljes kézfogás. Sín ütemezés. Máté: rchitektúrák 4. előadás 49 z előadáshoz kapcsolódó Fontosabb témák Sín műveletek. Általános soros. I express Parallel Input/Output (PIO), valódi és memóriára leképezett I/O eszköz. Teljes és részleges cím dekódolás Mikroarchitektúra szint. Mikroutasítások: Mic 1. Mic 1 működése. műveletek. LU és az adatút e. Máté: rchitektúrák 5. előadás 50 9