Sběrnice a přerušení.

Prezentace na téma: "Sběrnice a přerušení."— Transkript prezentace:

1 Sběrnice a přerušení

2 Typy přerušení programové (výsledek vykonání instrukce)
přetečení v ALU, dělení nulou … pokus vykonat nepovolenou instrukci pokus o přístup na nepovolenou adresu v paměti generované časovačem (na procesoru) pro vykonávání „cyklických“ činností OS generované I/O zařízením normální dokončení I/O operace signalizace různých typů chyb porucha HW

3 Průběh přerušení vznik, vyslání žádosti
rozhodnutí o přijetí/nepřijetí (+maskování) identifikace zdroje určení adresy obslužného programu úschova aktuálního stavu CPU provedení obslužného programu obnova stavu CPU návrat do přerušeného programu

4 Přijetí přerušení programové přerušení – ihned (vždy jde o chybu, rozdělanou instrukci netřeba nebo nelze dokončit) ostatní přerušení – jen mezi instrukcemi (nutno zachovat definovaný stav CPU)

5 Výběr mezi žadateli o přerušení
sekvenční obsluha přerušení při obsluze přerušení jsou všechna ostatní přerušení maskována (nepovolena) ̶ neumožňuje různé priority, málo pružné + jednoduchost obslužných rutin obsluha podle priorit přerušení s vyšší prioritou může přerušit provádění obsluhy přerušení s nižší prioritou ̶ složitější obslužné rutiny + je to daleko pružnější

6 Identifikace zdroje čistě programová s pomocí technických prostředků
jediný obslužný program, zjistí si sám (pružné, ale pomalé; např. Motorola 6800) s pomocí technických prostředků žadatel poskytne vektor přerušení, podle něj se rozhodne o obslužném programu: adresa obslužného programu index do tabulky adres strojová instrukce

7 Sběrnice struktura propojující je to sdílená struktura
procesor (CPU) paměť I/O zařízení je to sdílená struktura všechna zařízení na sběrnici mohou číst všechny signály po ní posílané každé připojené zařízení po ní může signály posílat – nutnost sběrnici přidělovat (arbitrace) jiné typy (nesdílených) propojovacích struktur se už v podstatě nepoužívají

8 Struktura sběrnice datové linky adresové linky řídící linky

9 Sběrnicové systémy Výhody: Nevýhody: přidávání dalších zařízení
nízká cena lehké zvládnutí složitosti systému Nevýhody: potenciální bottleneck rychlost obvykle omezena délkou a počtem zařízení potřeba spojit různorodá zařízení

10 Přidělování sběrnice centrální (řízené arbitrem) distribuované náhodné
dle pořadí vzniku prioritní distribuované kolizní (CSMA/CD) token bus prioritní linka (daisy chain)

11 Synchronní vs. asynchronní přenos
vznik událostí je dán hodinovým signálem asynchronní přenos vznik události je určen (a následuje po) předcházející události

12 Synchronní přenos

13 Asynchronní přenos a) Řízení zdrojem b) Řízení příjemcem Data
Data platná a) Řízení zdrojem Data Žádost o data b) Řízení příjemcem

14 Přenos dat po sběrnici za účasti procesoru: zdroj  CPU  cíl „programmed I/O“ bez účasti procesoru – proces není řízen instrukcemi, ale řadičem sběrnice: dávkový režim kradení cyklů transparentní režim

15 Dávkový režim Procesor Řadič: [odkud, co, kolik, kam]
ŘP: HOLD (mám připraveno) PŘ: HLDA (OK, udělej, sběrnici nechci) přenos Ř P: HOLD (hotovo) PŘ: HLDA (beru na vědomí a sběrnici)

16 Kradení cyklů Řadič „uspí“ procesor provede vlastní přenos
probudí procesor – nelze uspat na dlouho – technicky náročnější

17 Transparentní režim Řadič rozezná, kdy procesor sběrnici nepoužívá a tehdy provede přenos + nijak nezdržuje procesor, je pro procesor neviditelné – větší přenosy obvykle nelze najednou

18 Použití řadiče DMA (Direct Memory Access)

19 Sběrnice „v PC“

20

21 Historický vývoj sběrnic v osobních počítačích
PC Bus pro PC/XT (8088) 8bit datová, 20bit adresová sběrnice, 8MHz ISA – Industry Standard Architecture pro PC/AT 16bit datová, 24bit adresová sběrnice, 8MHz

22 EISA – Extended Industry Standard Architecture
MCA – MicroChannel pro IBM PS/2 10MHz, nekompatibilní s ISA, odolnější proti šumu 16/32/64bit data, 24/32bit adresy EISA – Extended Industry Standard Architecture odpověď na MCA 32bit data, 32bit adresy 8MHz (kompatibilita!) programové nastavení desek VL Bus – VESA Local Bus (Video Electronic Standards Association) až 50MHz, při plném osazení 33MHz přímo zapojená na systémovou sběrnici

23 DMA standard, regular, „third-party“ DMA – zvláštní jednotka, která provádí vlastní přenos výkonem dostačovalo pro ISA (EISA, VLB): Single word Mode 0 … 2.1MB/s „first-party” DMA – zařízení si řídí přenos samo, tzv. „bus mastering“ (MCA, PCI) Ultra DMA Mode 0 (ATA/ATAPI-4) 16.7MB/s Ultra DMA Mode 5 100MB/s

24 ATA/ATAPI AT Attachment /with Packet Interface
16bit, UltraDMA Vývoj: PIO 02,1MB/s-416,7MB/s, MultiwordDMA 04,2MB/s-216,7MB/s, UltraDMA016,7MB/s-5100MB/s Serial-ATA od 1,5 Gb/s pro SW transparentní pouze asynchronní

25 UltraDMA double transition clocking
ATA/ATAPI-4 Mode0-2 (16.7, 25, 33.3MB/s) ATA/ATAPI-5 Mode3-4 (44.4, 66.7MB/s) ATA/ATAPI-6 Mode5 (100MB/s => „Ultra ATA/100“)

26 SCSI Small Computer System Interface
paralelní interface, od r.1986 ANSI standard inteligentní zařízení 8/16 bit data (narrow/wide) až 160 MB/s (SCSI Fast-80 Wide) zřetězení až 15 zařízení (hard disky, scannery, páskové jednotky)

27 PCI, PCI-X Peripheral Component Interconnect Bus
připojení k systémové sběrnici přes můstek (PCI nezávislá na taktu procesoru) 64bit data, 64bit adresy 1992 v1.0: 33MHz, 1995 v2.1: 66MHz multiplex dat a adres synchronní PCI-X v1.0: 66 a 133 MTS, v2.0: 266 a 533 MTS + další vylepšení (např. ECC), zpětná kompatibilita HW i SW

28 AGP Advanced Graphics Port
„point-to-point“ 4x frekvence PCI, tj. 133MHz využita náběžná i sestupná hrana hodin pipelining (paralelismus)

29 PCI Express (PCIe) Seriová, paketový protokol
256 MB/s (PCIe x1) – 8 GB/s (PCIe x16 duplex)

30 Motivace pro nový typ sběrnice
Uživatel nemusí otevřít počítač, aby připojil novou periferii Jediný kabel na připojování všech typů zařízení Zařízení napájena z tohoto kabelu Připojení velkého počtu zařízení Podpora real-time zařízení (zvuk, video) Instalace zařízení za chodu Bez nutnosti rebootu při instalaci zařízení Levné na výrobu

31 USB – Universal Serial Bus 1,5/12/480 Mb/s
stromová struktura – koncová zařízení / hub plug–and–play FireWire (IEEE 1394) synchronní i asynchronní 100/200/400 Mb/s pakety