Máté: Számítógép architektúrák

Átírás

1 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. Máté: rchitektúrák 5. előadás 1 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 (sávszélesség: 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 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 3 Nyomtató angkártya IS-híd Modem IS I.30. ábra. Egy tipikus I, SSI és IS nel 000 körül Máté: rchitektúrák 5. előadás 4 I ütemezés (kiosztás): request, grant. I ütemező REQ# GNT# I eszköz REQ# GNT# I eszköz REQ# GNT# I eszköz REQ# GNT# I eszköz ábra. I centrális ütemezőt használ. Máté: rchitektúrák 5. előadás 5 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 gépet, ne kelljen újra boot-olni, ne kelljen áramellátásról gondoskodni, Plug n Play (csatlakoztasd és működik) perifériák. Máté: rchitektúrák 5. előadás 5. előadás 1

2 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). 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. Máté: rchitektúrák 5. előadás 7 Máté: rchitektúrák 5. előadás 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. 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. Máté: rchitektúrák 5. előadás Máté: rchitektúrák 5. előadás 10 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 ellenőrzésére). andshake kézfogás: K: az előző adatcsomagot hibátlanul vettem, NK: R hibát észleltem, STLL: kérem, várjon, el vagyok foglalva. Special speciális. Máté: rchitektúrák 5. előadás 11 Másodlagos gyorsító tár SSI Gyorsító tár Egér US Monitor PU Gyorsító tár illentyűzet IDE diszk IS angkártya IS-híd I-híd Nyomtató Grafikus illesztő Monitor I Fő Szabad I bővítő hely Szabad IS bővítő helyek 3.5. ábra. Egy korai Pentium rendszer architektúrája Máté: rchitektúrák 5. előadás 1 5. előadás

3 Monitor I Express 1. szintű gyorsítótárak. szintű gyorsítótár SSI Pentium 4 PU I Lokális D US Grafikus kártya satoló lapka TPI GP Fő Szabad bővítőhely. szintű gyorsítótár Soros kapcsolatot biztosító csatorna párok Egy csatorna csak két vezeték PU satoló lapka Kapcsoló I Egér ábra. Egy modern Pentium 4 rendszer struktúrája Máté: rchitektúrák 5. előadás 13 Grafika illentyűzet Mágneslemezegység DVDmeghajtó Mágneslemezek álózat US Egyéb ábra. Egy tipikus I Express rendszer vázlata Máté: rchitektúrák 5. előadás 14 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 15 Rétegek Szoftver Tranzakciós Kapcsolati Fizikai Keret Seq# Seq# Fejléc Fejléc Fejléc asznos adat asznos adat asznos adat R R 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 1 Keret 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 17 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. #S 0-1 #WR #RD RESET D0-D7 55 párhuzamos /K lapka Port Port Port Máté: rchitektúrák 5. előadás 1 5. előadás 3

4 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 ábra. Teljes cím dekódolás. 15 a legmagasabb helyértékű bit. K EPROM a 0 címnél K RM a 000 címnél 4 PIO az FFF címnél 0 3 K 4 K 0 K EPROM a 0 címnél K RM a 000 címnél 4 PIO az FFF címnél K 4 K Máté: rchitektúrák 5. előadás 1 #S #S #S EPROM RM PIO Máté: rchitektúrák 5. előadás ábra. Részleges cím dekódolás. K EPROM a 0 címnél K RM a 000 címnél 4 PIO az FFF címnél 0 3 K 4 K 0 15 #S EPROM #S RM #S PIO 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 a mikroarchitektúra szintjén valósulnak meg (mikroprogram). mikroprogram változói (a ) definiálják a számítógép állapotát, pl.: (Program ounter, utasításszámláló). Máté: rchitektúrák 5. előadás 1 Máté: rchitektúrák 5. előadás 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. MR PP O LU LU re a t a Pl. = + 1 LU: +1 Máté: rchitektúrák 5. előadás 3 Máté: rchitektúrák 5. előadás 4 5. előadás 4

5 LU MR PP O LU re a t a Pl. = + 1 LU: +1 MR PP O LU LU re a t a Pl. = + 1 LU: +1 Máté: rchitektúrák 5. előadás 5 Máté: rchitektúrák 5. előadás MR PP O LU LU re a t a Pl. = + 1 LU: +1 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 kétfajta értelmezése (két jel): MR: MR előjel kiterjesztéssel kerül a re, MRU: MR előjel nélküli kiterjesztéssel kerül a re. Máté: rchitektúrák 5. előadás 7 Máté: rchitektúrák 5. előadás MR PP O LU LU z adatút e (4.1. ábra) jel: a re írás a ből, jel: az LU és a léptető ére, jel: a ről be írás, 3 jel: a eléréshez jel: szó íráshoz/olvasáshoz 1 jel: bájt olvasáshoz. Összesen jel szükséges N Z re csak egy regiszter írhat egyszerre, ezért helyett elég 4 jel, összesen 4 jelre van szükség. Mikroutasítások 4 bit: az adatút éhez bit: a következő utasítás címének megadásához, 3 bit: a következő utasítás kiválasztásának módjára. Ez adja a 3 bites mikroutasítást: 4.5. ábra. NEXT DDRESS JM JMN JMZ SLL SR1 F0 F1 EN EN INV IN O WRITE RED FET ddr 0 = 5 = 3 JM 1 = = PP LU = MR 7 = 3 = MRU = O 3 Mem 4 = -15 semmi 4 Máté: rchitektúrák 5. előadás Máté: rchitektúrák. előadás előadás 5

6 4.1.swf ; LU ; ciklus ciklus az adatút végén kezdődik (a ről a feltöltése után), ezért MR ha a címet módosította ez a mikroutasítás, akkor a cím a módosított ill. regiszter 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. Máté: rchitektúrák 5. előadás 31 Máté: rchitektúrák 5. előadás 3 ciklus: = ; rd; = Nem megengedett pl. = ; rd; = a és a ről egyszerre kapna értéket! 4.1.swf 4.1.swf Máté: rchitektúrák 5. előadás 33 Máté: rchitektúrák 5. előadás 34 mikroprogram Mic-1: 4.. ábra. 51x3 bites tár a mikroprogramnak, M (MicroProgram ounter): mikroprogram-utasításszámláló. MIR (MicroInstruction Register): mikroutasítás-regiszter. z adatút ciklus (4.. ábra) elején MIR feltöltődik a tár M által mutatott szavával. 51x3 bites tár (ROM) a mikroprogram tárolására ddr J M MIR LU M 4-ről 1-ra dekódoló MR PP O LU N Z datút ciklus (4.. ábra): (MIR feltöltődik a tár M által mutatott szavával.) Kialakul a kívánt tartalma, LU és a léptető megtudja, mit kell csinálnia, z LU és a léptető elvégzi a feladatát, a, N (Negative) és Z (Zero) megkapja az új értékét, feltöltődnek a ről. MR/ megkapja az értékét, ha az előző ciklus adatot kért a. Kialakul M új értéke. ciklus kezdete. Máté: rchitektúrák 5. előadás 35 Máté: rchitektúrák 5. előadás 3 5. előadás

7 MR 1 bites flip-flopok M új tartalmának kialakítása VGY (N&JMN) VGY (Z&JMZ) N Z 3 M JM Mic-1: 4.. ábra. ddr J MIR LU M Máté: rchitektúrák 5. előadás 37 JMN/JMZ 51x3 bites tár (ROM) a mikroprogram tárolására 1 M új tartalma, JMN/JMZ bites következő cím (ddr) az M-be kerül. (JMN ÉS N) VGY (JMZ ÉS Z) és M legmagasabb bitjének logikai vagy kapcsolata képződik M legmagasabb helyértékén. Pl.: ím 0x75 ddr 0x0 JM 001 datút bitek... JMZ =1 esetén a mikroprogram a 0x0 címen folytatódik, ha Z = 0, 0x1 címen folytatódik, ha Z = 1. Feltételes ugrás elágazás a mikroprogramban. Máté: rchitektúrák 5. előadás 3 JMN: if(- < 0) goto L1; else goto L 4.1b.swf Milyen műveleteket ismer? Miért előnyös a blokkos átvitel? L + 0x100= L1 Máté: rchitektúrák 5. előadás 3 Máté: rchitektúrák 5. előadás 40 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 eszköz US 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 41 Máté: rchitektúrák 5. előadás 4 5. előadás 7

8 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 43 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 44 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 teljes/részleges cím dekódolásnak? 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 45 Máté: rchitektúrák 5. előadás 4 z előadáshoz kapcsolódó Fontosabb tételek 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. z előadáshoz kapcsolódó Fontosabb tételek 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 47 Máté: rchitektúrák 5. előadás 4 5. előadás