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高等計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)-資料下載頁(yè)

2025-08-01 14:32本頁(yè)面
  

【正文】 稱為一個(gè)“通道(channel)” ) ? CPU的存儲(chǔ)總線:高速、 與存儲(chǔ)系統(tǒng)匹配以獲得最大的存儲(chǔ)器 CPU帶寬,單一設(shè)備 (有時(shí)也稱為“ backplane”) ? 為降低成本,將低成本 (較舊的 ) 系統(tǒng)聯(lián)接起來(lái) ? 總線事務(wù) ? 發(fā)送地址,并接收或發(fā)送數(shù)據(jù) 北京大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)系 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)教研室 總線協(xié)議 主設(shè)備 從設(shè)備 控制線 地址線 數(shù)據(jù)線 Multibus: 20根地址線、 16根數(shù)據(jù)線、 5根控制線, 50ns暫停 總線主設(shè)備 : 具有控制總線的能力,發(fā)起總線事務(wù) 總線從設(shè)備: 被總線事務(wù)激活的模塊 總線通信協(xié)議: 在傳輸信息中的事件序列的規(guī)范和定時(shí)需求規(guī)范。 異步總線傳輸:控制線(請(qǐng)求、應(yīng)答)用于控制事件序列。 同步總線傳輸:事件序列與公共時(shí)鐘相符 北京大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)系 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)教研室 同步總線協(xié)議 地址 數(shù)據(jù) 讀操作 等待 時(shí)鐘 地址 數(shù)據(jù) 等待 流水化 /分離事務(wù)總線協(xié)議( Pipelined/Split transaction Bus Protocol) addr 1 data 0 addr 2 wait 1 data 1 addr 3 OK 1 data 2 開(kāi)始讀操作 讀操作完成 北京大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)系 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)教研室 異步握手 地址 數(shù)據(jù) 讀 請(qǐng)求 應(yīng)答 主設(shè)備聲明地址 主設(shè)備聲明數(shù)據(jù) 下一地址 寫(xiě)事務(wù) t0 t1 t2 t3 t4 t5 t0 : 主設(shè)備獲得控制權(quán),聲明地址、方向和數(shù)據(jù) 等待一定的事件,以便從設(shè)備來(lái)譯碼目標(biāo) t1: 主設(shè)備占用請(qǐng)求線 t2: 從設(shè)備發(fā)出應(yīng)答,說(shuō)明已接收到數(shù)據(jù) t3: 主設(shè)備釋放請(qǐng)求線 t4: 從設(shè)備釋放應(yīng)答線 4 周期握手 北京大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)系 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)教研室 讀事務(wù) 地址 數(shù)據(jù) 讀 請(qǐng)求 應(yīng)答 主設(shè)備聲明地址 下一地址 t0 t1 t2 t3 t4 t5 時(shí)間復(fù)用總線:地址和數(shù)據(jù)共享連線 t0 : 主設(shè)備獲得控制權(quán),聲明地址、方向和數(shù)據(jù) 等待一定的事件,以便從設(shè)備來(lái)譯碼目標(biāo) t1: 主設(shè)備占用請(qǐng)求線 t2: 從設(shè)備占用應(yīng)答線,說(shuō)明準(zhǔn)備傳輸數(shù)據(jù) t3: 主設(shè)備釋放請(qǐng)求線,數(shù)據(jù)接收 t4: 從設(shè)備釋放應(yīng)答線 4 周期握手 北京大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)系 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)教研室 總線仲裁 并行 (集中)仲裁 BR BG M BR BG M BR BG M M BGi BGo BR M BGi BGo BR M BGi BGo BR BG BR . BR A C M BR A C M BR A C M BR A . BR:總線請(qǐng)求( Bus Request) BG:總線授予( Bus Grant) 輪詢 串行 (菊花鏈) 北京大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)系 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)教研室 總線選項(xiàng) 選項(xiàng) 高性能 低成本 總線寬度 分離數(shù)據(jù)和地址線 復(fù)用地址和數(shù)據(jù)線 數(shù)據(jù)寬度 越寬越快 越窄越便宜 (例如, 32位 ) (例如, 8位 ) 傳輸大小 多字傳輸?shù)目偩€開(kāi)銷(xiāo)小 單字傳輸簡(jiǎn)單 總線主設(shè)備 多(需要仲裁) 一個(gè)(無(wú)需仲裁) 分離( split) 是 否 事務(wù)處理 分離請(qǐng)求和應(yīng)答信息包 連續(xù)連接 具有高帶寬 便宜 (需要多個(gè)主部件) 具有低延遲 時(shí)序 同步 異步 北京大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)系 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)教研室 SCSI: Small Computer System Interface ? 時(shí)鐘頻率 : 5 MHz / 10 MHz (fast) / 20 MHz (ultra) ? 寬度 : n = 8位 / 16位 (寬 )。 多達(dá)( n 1)個(gè)設(shè)備可以在一套總線上通信 ? 設(shè)備可以是從設(shè)備(目標(biāo))或 主設(shè)備(發(fā)起方) ? SCSI協(xié)議: 控制器和 SCSI磁盤(pán)進(jìn)行特定動(dòng)作的一系列狀態(tài)(階段) ? 總線空閑 :當(dāng)前沒(méi)有設(shè)備訪問(wèn)總線 ? 仲裁 : 當(dāng) SCSI總線空閑,多個(gè)設(shè)備可能發(fā)出總線請(qǐng)求;根據(jù)地址分別具有固定的優(yōu)先級(jí) ? 選擇 : 通知目的方,它將參予(如果斷連,需要重選) ? 命令 : 發(fā)起方從主機(jī)存儲(chǔ)器讀取 SCSI命令,并送到目的方 ? 數(shù)據(jù)傳輸 : 數(shù)據(jù)輸入或輸出,開(kāi)始方:目的方 ? 消息(信報(bào))階段 : 消息輸入 或 輸出 發(fā)起方:目的方 (識(shí)別、存儲(chǔ) /恢復(fù)數(shù)據(jù)指針、斷連、命令完成 ) ? 狀態(tài)階段( Status Phase) : 目的方,命令剛完成后 北京大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)系 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)教研室 并行 I/O總線示例 北京大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)系 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)教研室 串行 I/O總線示例 北京大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)系 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)教研室 SCSI “bus”: Channel Architecture C om m a nd S e t upA rb i t r a t i onS e l e c t i onM e s s a ge O ut ( Id e nt i f y)C om m a ndD i s c onn e c t t o s e e k/ ? l l b uf fe rM e s s a ge I n ( D i s c onn e c t ) B us F r e e A rb i t r a t i onR e s e l e c t i onM e s s a ge I n ( Id e nt i fy)D a t a T ra ns fe rD a t a I nD i s c onn e c t t o ? l l b uf fe rM e s s a ge I n ( S a ve D a t a P t r)M e s s a ge I n ( D i s c onn e c t ) B us F r e e A rb i t r a t i onR e s e l e c t i onM e s s a ge I n ( Id e nt i fy)C om m a nd C om p l e t i onS t a t usM e s s a ge I n ( C om m a nd C om p l e t e )If no di s c o nne c t i s ne e de dC om p l e t i onM e s s a ge I n ( R e s t or e D a t a P t r)點(diǎn)到點(diǎn)協(xié)議 發(fā)起方 /目的方 線性字節(jié)流 斷連 /重連 北京大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)系 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)教研室 通信網(wǎng)絡(luò) 性能受限于存儲(chǔ)系統(tǒng)、操作系統(tǒng)開(kāi)銷(xiāo) N odeP ro c e s s orC ont r olR e g. I / FN e tI/ FM e m or yR e q u e s tB l o c kR e c e i v eB l o c kM e di aN e t w or k C ont ro l l e rP e r i phe ra l B a c kpl a ne B usD M A. . .P ro c e s s or M e m or yL i s t o f r e q u e s t b l o c k sD a t a t o b e t r a n s m i t t e d. . .L i s t o f r e c e i v e b l o c k sD a t a r e c e i v e dD M A. . .L i s t o f f r e e b l o c k s? 發(fā)送 /接收 在處理器存儲(chǔ)器中排隊(duì) ? 網(wǎng)絡(luò)控制器 通過(guò) DMA進(jìn)行向前 /向后 拷貝 ? 無(wú)需要主機(jī)干涉 ? 當(dāng)消息發(fā)送或接收時(shí),中斷主機(jī) 北京大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)系 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)教研室 I/O 控制器體系結(jié)構(gòu) Peripheral Bus (VME, FutureBus, etc.) Host Memory Processor Cache Host Processor Peripheral Bus Interface/DMA I/O Channel Interface Buf fer Memory ROM 181。Proc I/O Contr oller 請(qǐng)求 /響應(yīng) 阻塞接口( block interface) 訪問(wèn)主機(jī)存儲(chǔ)器的后門(mén) 北京大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)系 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)教研室 I/O 數(shù)據(jù)流 高性能的障礙:多拷貝、復(fù)雜層次 存儲(chǔ)器到存儲(chǔ)器拷貝 外設(shè)總線上的 DMA 磁盤(pán)通道上的傳輸 串行接口上的傳輸 應(yīng)用 地址空間 操作系統(tǒng)緩沖器( 10M字節(jié)) 緩沖器( 1M~4M字節(jié)) Track緩沖器( 32K~256K字節(jié)) I/O設(shè)備 主處理器 I/O控制器 嵌入式控制器 磁頭 /磁盤(pán) 北京大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)系 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)教研室 Main ponents of Intel Chipset: Pentium 4 ? Northbridge: ? Handles memory ? Graphics ? Southbridge: I/O ? PCI bus ? Disk controllers ? USB controllers ? Audio ? Serial I/O ? Interrupt controller ? Timers
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