Структура подсистемы взаимодействия

Сентябрь 2, 2022

Главная
Алгебра
Структура подсистемы взаимодействия

Содержание

2. Все устройства компьютера должны быть соединены между собой - Оперативная память - Модуль ввода-вывода - Процессор
3. Оперативная память
4. Оперативная память Модуль памяти можно рассматривать как совокупность слов одинаковой длины Если таких слов в модуле
5. Оперативная память Получает адреса ячеек Получает и выдает данные Принимает управляющие сигналы - Чтение; - Запись;
6. Модуль ввода-вывода
7. Модуль ввода-вывода Характер выполняемых им операций не отличается от характера операций блока оперативной памяти Вход -
8. Модуль ввода-вывода (продолжение) Получает управляющие сигналы от компьютера Направляет управляющие сигналы на периферийные устройства например, запустить
9. Процессор CPU - Central Processing Unit
10. Процессор Считывает команду или элемент данных из памяти Записывает элемент данных в память после обработки Посылает
11. Подсистема взаимодействия На подсистему возлагается задача обеспечения выполнения следующих видов операций передачи данных: - Из памяти
12. Подсистема взаимодействия - Из модуля ввода-вывода в процессор. Процессор считывает данные из внешнего устройства через модуль
13. Подсистема взаимодействия - Из модуля ввода-вывода в память или из памяти в модуль ввода-вывода. Эти два
14. Подсистема взаимодействия В процессе развития вычислительной техники было опробовано несколько вариантов структур подсистемы взаимодействия между компонентами,
15. Магистраль (шина) Магистралью или шиной называется совокупность электрических связей и обслуживающих электронных приборов, обеспечивающих обмен данными
16. Магистраль (шина) Сигналы, передаваемые по магистрали одним устройством, доступны всем другим, подключенным к этой магистрали Если
17. Магистраль (шина) Поэтому в электронном обрамлении магистрали должны быть предусмотрены средства, обеспечивающие в каждый момент времени
18. Магистраль (шина) По одной линии может передаваться развернутая во времени последовательность двоичных сигналов Часто сигналы передаются
19. Магистраль (шина) В таком случае говорят о параллельной передаче двоичных сигналов Например, можно по восьми линиям
20. Системная магистраль Магистраль, связывающая основные компоненты — процессор, память, модули ввода-вывода, называется системной магистралью (system bus)
21. Структура линий системной магистрали
22. Структура линий системной магистрали Системная магистраль включает от 50 до 100 отдельных линий, по каждой из
23. Линии данных Передаются данные одним из подключенных модулей ^ следует помнить, что под термином данные подразумеваются
24. Линии адреса Определяют источник или приемник данных, выставленных на линии данных - напр., процессору нужно прочитать
25. Линии адреса Порты модулей ввода-вывода адресуются по этим же линиям адреса Формат кода адреса порта выбирается
26. Линии адреса Например, если магистраль адреса 8-разрядная, то коды 01111111 и меньшие задают адреса ячеек в
27. Линии управляющих сигналов Используются для управления доступом к линиям данных и адреса - сигналы Чтения и
28. Конструкция компьютера с системной магистралью
29. Конструкция компьютера с системной магистралью Конструктивно системная магистраль представляет собой множество проводников, подключенных к одноименным контактам
30. Конструкция компьютера с системной магистралью При комплектации небольших компьютеров обычно остаются свободные разъемы, что позволяет в
31. Проблемы шинной архитектуры Чем больше устройств подключается к магистрали, тем больше ее физические размеры, а следовательно,
32. Проблемы шинной архитектуры Большинство современных компьютерных систем используют несколько магистралей, организуя их по иерархическому принципу До
33. Архитектура традиционной магистрали
34. Архитектура традиционной магистрали Локальная магистраль объединяет процессор, кэш-память и одно или несколько локальных периферийных устройств Контроллер
35. Архитектура традиционной магистрали Магистраль расширения (Expansion Bus) используется для подключения модулей ввода-вывода Модуль связи, включенный между
36. Магистраль расширения позволяет организовать в системе поддержку самых разнообразных внешних устройств и в то же время
37. Магистраль расширения Модули ввода-вывода, которые подключаются к магистрали расширения: - адаптеры ЛВС (локальной вычислительной сети) Ethernet
38. Магистраль расширения - интерфейс SCSI (small computer system interface) используется для поддержки обмена данными с локальными
39. Высокоскоростная архитектура соединений
40. Высокоскоростная архитектура соединений Локальная магистраль объединяет процессор и контроллер кэш-памяти, который, в свою очередь, связан с
41. Высокоскоростная магистраль обеспечивает связь с контроллерами периферийных высокопроизводительных устройств: - адаптерами ЛВС, например Fast Ethernet с
42. Высокоскоростная магистраль - контроллерами высокоскоростных локальных интерфейсов типа SCSI и FireWire (P1394). P1394 представляет собой специализированную
43. Магистраль расширения Применяется для связи с внешними устройствами, обладающими низкой производительностью Подключается к высокоскоростной магистрали через
44. Высокоскоростная архитектура соединений Преимущества: - периферийные устройства с высокой производительностью довольно тесно интегрируются с процессором; -
45. Магистраль PCI (peripheral component interconnect )
46. Магистраль PCI Комбинированный контроллер DRAM-памяти/согласователь PCI-магистрали обеспечивает высокую скорость обмена данными с памятью и процессором
47. Магистраль PCI Достоинства магистрали PCI особенно проявляются в системах, включающих множество высокоскоростных периферийных устройств (графических адаптеров,
48. Магистраль PCI Стандарт поддерживается многочисленными изготовителями микросхем Это позволяет с минимальными затратами организовать соединение магистрали PCI
49. Мультипроцессорный вариант серверной системы
51. Скачать презентацию

Слайд 2

Все устройства компьютера должны быть соединены между собой
- Оперативная память

- Модуль ввода-вывода
- Процессор
Различные типы устройств требуют различных типов соединений

Слайд 3

Оперативная память

Слайд 4

Оперативная память
Модуль памяти можно рассматривать как совокупность слов одинаковой длины
Если таких

слов в модуле памяти N, то каждое из них имеет свой уникальный числовой атрибут — адрес (0, 1, ..., N-1)
Порцию данных длиной в одно слово можно одним приемом записать в память или считать ее из памяти

Слайд 5

Оперативная память
Получает адреса ячеек
Получает и выдает данные
Принимает управляющие сигналы

- Чтение;
- Запись;
- Синхронизирующие сигналы.
Выдает данные в процессор и модули ввода-вывода

Слайд 6

Модуль ввода-вывода

Слайд 7

Модуль ввода-вывода
Характер выполняемых им операций не отличается от характера операций

блока оперативной памяти
Вход
- получает данные от периферийных устройств;
- получает данные от компьютера.
Выход
- посылает данные на периферийные устройства;
- посылает данные в компьютер.

Слайд 8

Модуль ввода-вывода (продолжение)
Получает управляющие сигналы от компьютера
Направляет управляющие сигналы на периферийные устройства

например, запустить диск
Получает адреса от компьютера
например, номер порта для идентификации периферийного устройства
Посылает сигналы прерываний в процессор

Слайд 9

Процессор CPU - Central Processing Unit

Слайд 10

Процессор
Считывает команду или элемент данных из памяти
Записывает элемент данных в память

после обработки
Посылает управляющие сигналы в другие устройства
Принимает и обрабатывает сигналы прерываний

Слайд 11

Подсистема взаимодействия
На подсистему возлагается задача обеспечения выполнения следующих видов операций

передачи данных:
- Из памяти в процессор. Процессор считывает команду или элемент данных из памяти
- Из процессора в память. Процессор записывает элемент данных в память

Слайд 12

Подсистема взаимодействия
- Из модуля ввода-вывода в процессор. Процессор считывает данные

из внешнего устройства через модуль ввода-вывода
- Из процессора в модуль ввода-вывода. Процессор посылает данные во внешнее устройство через модуль ввода-вывода

Слайд 13

Подсистема взаимодействия
- Из модуля ввода-вывода в память или из памяти

в модуль ввода-вывода. Эти два варианта операций производятся в случае, если модулю ввода-вывода предоставлена возможность работать в режиме прямого доступа к памяти и обмениваться данными с блоком памяти, минуя процессор

Слайд 14

Подсистема взаимодействия
В процессе развития вычислительной техники было опробовано несколько вариантов структур

подсистемы взаимодействия между компонентами, но в конце концов предпочтение было отдано структурам на основе многоканальных магистралей

Слайд 15

Магистраль (шина)
Магистралью или шиной называется совокупность электрических связей и обслуживающих

электронных приборов, обеспечивающих обмен данными между двумя или более устройствами
Характерной особенностью магистрали является совместное использование ее множеством взаимодействующих друг с другом устройств

Слайд 16

Магистраль (шина)
Сигналы, передаваемые по магистрали одним устройством, доступны всем другим, подключенным

к этой магистрали
Если в одно и то же время два устройства попытаются передавать сигналы по магистрали, то произойдет наложение этих сигналов друг на друга и их искажение

Слайд 17

Магистраль (шина)
Поэтому в электронном обрамлении магистрали должны быть предусмотрены средства, обеспечивающие

в каждый момент времени передачу по магистрали сигналов только от одного из подключенных к ней устройств
В состав магистрали входит множество электрических связей — линий магистрали, — по каждой из которых может передаваться двоичный сигнал, т.е. сигнал, имеющий два четко различимых уровня — "лог. 0" и "лог. 1"

Слайд 18

Магистраль (шина)
По одной линии может передаваться развернутая во времени последовательность двоичных

сигналов
Часто сигналы передаются по нескольким линиям одновременно и воспринимаются в совокупности

Слайд 19

Магистраль (шина)
В таком случае говорят о параллельной передаче двоичных сигналов
Например, можно

по восьми линиям параллельно передать один 8-разрядный байт данных
В конструкции компьютерной системы может быть предусмотрено несколько магистралей, обеспечивающих коммуникацию между компонентами на разных уровнях иерархии системы

Слайд 20

Системная магистраль
Магистраль, связывающая основные компоненты — процессор, память, модули ввода-вывода, называется

системной магистралью (system bus)
Большинство распространенных на сегодняшний день вариантов структуры подсистемы взаимодействия компонентов компьютерной системы основано на использовании одной или даже нескольких системных магистралей

Слайд 21

Структура линий системной магистрали

Слайд 22

Структура линий системной магистрали
Системная магистраль включает от 50 до 100 отдельных

линий, по каждой из которых передаются сигналы определенного функционального назначения
Линии магистрали можно разделить на три больших группы:
- линии данных
- линии адреса
- линии управляющих сигналов
В состав магистрали могут входить и силовые линии питания

Слайд 23

Линии данных
Передаются данные одним из подключенных модулей
^ следует помнить,

что под термином данные подразумеваются как команды, так и операнды
Разрядность или ширина (width) магистрали является ключевым фактором, влияющим на производительность всей системы
^ 8, 16, 32 или 64

Слайд 24

Линии адреса
Определяют источник или приемник данных, выставленных на линии данных

- напр., процессору нужно прочитать данные (команду) из заданной ячейки памяти.
Разрядность магистрали адреса определяет максимальный объем памяти системы
- напр., 8080 имел 16-ти разрядную шину адреса, позволяющую адресовать 64К памяти

Слайд 25

Линии адреса
Порты модулей ввода-вывода адресуются по этим же линиям адреса
Формат кода

адреса порта выбирается таким образом, что старшие разряды задают определенный модуль ввода-вывода из подключенных к магистрали, а младшие — адрес в памяти или порт в модуле ввода-вывода

Слайд 26

Линии адреса
Например, если магистраль адреса 8-разрядная, то коды 01111111 и меньшие

задают адреса ячеек в модуле памяти (модуле с адресом 0), а коды, начиная с 10000000, задают порты устройств ввода-вывода, находящихся под управлением модуля ввода-вывода (модуля с
адресом 1)

Слайд 27

Линии управляющих сигналов
Используются для управления доступом к линиям данных и

адреса
- сигналы Чтения и Записи в оперативную память;
- сигналы запросов прерываний;
- сигналы синхронизации определяют те моменты времени, когда код, выставленный на линиях данных и адреса, можно считать достоверным.

Слайд 28

Конструкция компьютера с системной магистралью

Слайд 29

Конструкция компьютера с системной магистралью
Конструктивно системная магистраль представляет собой множество проводников,

подключенных к одноименным контактам всех разъемов, в которые вставляются платы модулей
Проводники выполняются на многослойной печатной плате (генпанели), в которую впаиваются разъемы для модулей

Слайд 30

Конструкция компьютера с системной магистралью
При комплектации небольших компьютеров обычно остаются свободные

разъемы, что позволяет в дальнейшем наращивать их функциональные возможности, вставляя в эти разъемы дополнительные модули памяти или модули управления дополнительными устройствами ввода-вывода
Если какой-либо модуль выходит из строя, его довольно просто извлечь и заменить новым, исправным

Слайд 31

Проблемы шинной архитектуры
Чем больше устройств подключается к магистрали, тем больше ее

физические размеры, а следовательно, и длина электрических связей
Магистраль может стать узким местом всей системы, когда суммарный поток данных, которыми обмениваются модули, приближается к пропускной способности магистрали

Слайд 32

Проблемы шинной архитектуры
Большинство современных компьютерных систем используют несколько магистралей, организуя их

по иерархическому принципу
До последнего времени наибольшее распространение имел вариант структуры компьютерной системы с несколькими магистралями

Слайд 33

Архитектура традиционной магистрали

Слайд 34

Архитектура традиционной магистрали
Локальная магистраль объединяет процессор, кэш-память и одно или несколько

локальных периферийных устройств
Контроллер кэш-памяти обеспечивает связь кэша не только с локальной магистралью, но и с системной магистралью, к которой подключены все модули оперативной памяти

Слайд 35

Архитектура традиционной магистрали
Магистраль расширения (Expansion Bus) используется для подключения модулей ввода-вывода
Модуль

связи, включенный между магистралью расширения и системной магистралью, буферизирует данные, которыми обмениваются оперативная память и контроллеры периферийных устройств

Слайд 36

Магистраль расширения
позволяет организовать в системе поддержку самых разнообразных внешних устройств и

в то же время разделить информационные потоки "процессор—оперативная память" и "оперативная память—контроллеры ввода-вывода"

Слайд 37

Магистраль расширения
Модули ввода-вывода, которые подключаются к магистрали расширения:
- адаптеры ЛВС (локальной

вычислительной сети) Ethernet с пропускной способностью до 10 Мбит/с;
- адаптеры глобальных сетей;

Слайд 38

Магистраль расширения
- интерфейс SCSI (small computer system interface) используется для

поддержки обмена данными с локальными дисками и другими периферийными устройствами;
- порт последовательного обмена используется для работы с принтером или сканером.

Слайд 39

Высокоскоростная архитектура соединений

Слайд 40

Высокоскоростная архитектура соединений
Локальная магистраль объединяет процессор и контроллер кэш-памяти, который, в

свою очередь, связан с модулями оперативной памяти через системную магистраль
Контроллер кэш-памяти составляет единый модуль с согласователем высокоскоростной магистрали, оснащенным буферной памятью

Слайд 41

Высокоскоростная магистраль
обеспечивает связь с контроллерами периферийных высокопроизводительных устройств:
-

адаптерами ЛВС, например Fast Ethernet с пропускной способностью до 100 Мбит/с;
- видеоконтроллерами;
- контроллерами устройств вывода графической информации

Слайд 42

Высокоскоростная магистраль
- контроллерами высокоскоростных локальных интерфейсов типа SCSI и FireWire

(P1394).
P1394 представляет собой специализированную магистраль для поддержки функционирования внешних устройств большой информационной емкости (разработчик - Apple)

Слайд 43

Магистраль расширения
Применяется для связи с внешними устройствами, обладающими низкой производительностью
Подключается

к высокоскоростной магистрали через специальный модуль расширения, оснащенный буферной памятью

Слайд 44

Высокоскоростная архитектура соединений
Преимущества:
- периферийные устройства с высокой производительностью довольно тесно

интегрируются с процессором;
- периферийные устройства могут функционировать самостоятельно, не загружая процессор;
- изменение архитектуры используемого процессора никак не затрагивает функционирование высокоскоростной магистрали.

Слайд 45

Магистраль PCI (peripheral component interconnect )

Слайд 46

Магистраль PCI
Комбинированный контроллер DRAM-памяти/согласователь PCI-магистрали обеспечивает высокую скорость обмена данными с

памятью и процессором

Слайд 47

Магистраль PCI
Достоинства магистрали PCI особенно проявляются в системах, включающих множество

высокоскоростных периферийных устройств (графических адаптеров, контроллеров локальной сети, контроллеров дисков и т.д.).
Существующая на сегодняшний день версия стандарта PCI позволяет использовать до 64 линий данных при частоте 66 МГц, что примерно соответствует пропускной способности 528 Мбайт/с или 4.224 Гбит/с.

Слайд 48

Магистраль PCI
Стандарт поддерживается многочисленными изготовителями микросхем
Это позволяет с минимальными затратами

организовать соединение магистрали PCI с магистралями других типов

Слайд 49

Структура подсистемы взаимодействия

Содержание

Все устройства компьютера должны быть соединены между собой - Оперативная память

Оперативная память

Оперативная памятьМодуль памяти можно рассматривать как совокупность слов одинаковой длиныЕсли таких

Оперативная память Получает адреса ячеек Получает и выдает данныеПринимает управляющие сигналы

Модуль ввода-вывода

Модуль ввода-вывода Характер выполняемых им операций не отличается от характера операций

Модуль ввода-вывода (продолжение)Получает управляющие сигналы от компьютераНаправляет управляющие сигналы на периферийные устройства

Процессор CPU - Central Processing Unit

ПроцессорСчитывает команду или элемент данных из памятиЗаписывает элемент данных в память

Подсистема взаимодействия На подсистему возлагается задача обеспечения выполнения следующих видов операций

Подсистема взаимодействия - Из модуля ввода-вывода в процессор. Процессор считывает данные

Подсистема взаимодействия - Из модуля ввода-вывода в память или из памяти

Подсистема взаимодействияВ процессе развития вычислительной техники было опробовано несколько вариантов структур

Магистраль (шина) Магистралью или шиной называется совокупность электрических связей и обслуживающих

Магистраль (шина)Сигналы, передаваемые по магистрали одним устройством, доступны всем другим, подключенным

Магистраль (шина)Поэтому в электронном обрамлении магистрали должны быть предусмотрены средства, обеспечивающие

Магистраль (шина)По одной линии может передаваться развернутая во времени последовательность двоичных

Магистраль (шина)В таком случае говорят о параллельной передаче двоичных сигналовНапример, можно

Системная магистральМагистраль, связывающая основные компоненты — процессор, память, модули ввода-вывода, называется

Структура линий системной магистрали

Структура линий системной магистралиСистемная магистраль включает от 50 до 100 отдельных

Линии данных Передаются данные одним из подключенных модулей ^ следует помнить,

Линии адреса Определяют источник или приемник данных, выставленных на линии данных

Линии адресаПорты модулей ввода-вывода адресуются по этим же линиям адресаФормат кода

Линии адресаНапример, если магистраль адреса 8-разрядная, то коды 01111111 и меньшие

Линии управляющих сигналов Используются для управления доступом к линиям данных и

Конструкция компьютера с системной магистралью

Конструкция компьютера с системной магистральюКонструктивно системная магистраль представляет собой множество проводников,

Конструкция компьютера с системной магистральюПри комплектации небольших компьютеров обычно остаются свободные

Проблемы шинной архитектурыЧем больше устройств подключается к магистрали, тем больше ее

Проблемы шинной архитектурыБольшинство современных компьютерных систем используют несколько магистралей, организуя их