【正文】 同步總線傳輸：事件序列與公共時鐘相符 北京大學計算機科學技術(shù)系 計算機系統(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 開始讀操作 讀操作完成 北京大學計算機科學技術(shù)系 計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)教研室 異步握手 地址 數(shù)據(jù) 讀 請求 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)備來譯碼目標 t1: 主設(shè)備占用請求線 t2: 從設(shè)備發(fā)出應(yīng)答，說明已接收到數(shù)據(jù) t3: 主設(shè)備釋放請求線 t4: 從設(shè)備釋放應(yīng)答線 4 周期握手 北京大學計算機科學技術(shù)系 計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)教研室 讀事務(wù) 地址 數(shù)據(jù) 讀 請求 應(yīng)答 主設(shè)備聲明地址 下一地址 t0 t1 t2 t3 t4 t5 時間復(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)備來譯碼目標 t1: 主設(shè)備占用請求線 t2: 從設(shè)備占用應(yīng)答線，說明準備傳輸數(shù)據(jù) t3: 主設(shè)備釋放請求線，數(shù)據(jù)接收 t4: 從設(shè)備釋放應(yīng)答線 4 周期握手 北京大學計算機科學技術(shù)系 計算機系統(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：總線請求（ Bus Request） BG：總線授予（ Bus Grant） 輪詢 串行 （菊花鏈） 北京大學計算機科學技術(shù)系 計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)教研室 總線選項 選項 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€開銷小 單字傳輸簡單 總線主設(shè)備 多（需要仲裁） 一個（無需仲裁） 分離（ split） 是 否 事務(wù)處理 分離請求和應(yīng)答信息包 連續(xù)連接 具有高帶寬 便宜 （需要多個主部件） 具有低延遲 時序 同步 異步 北京大學計算機科學技術(shù)系 計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)教研室 SCSI: Small Computer System Interface ? 時鐘頻率 : 5 MHz / 10 MHz (fast) / 20 MHz (ultra) ? 寬度 : n = 8位 / 16位 (寬 )。s) high Byte Parity 距離 帶寬 延遲 可靠性 ? 互聯(lián) = 計算機系統(tǒng)中部件間的連接 ? 高速硬件接口 + 邏輯協(xié)議 ? 網(wǎng)絡(luò)、通道、底板 存儲器映射 通路寬 集中式仲裁 基于消息 通路窄 分布式仲裁 北京大學計算機科學技術(shù)系 計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)教研室 底板的體系結(jié)構(gòu) 差異在不斷縮小 : SCSI通道很像一條總線 FutureBus很像通道 (斷接 /連接 ) HIPPI形成高速交換網(wǎng)的聯(lián)路 度量 VM E F u t u r e Bu s M u l t i B u s I I SCSI I總線寬度 ( 信號數(shù) ) 128 96 96 25地址 / 數(shù)據(jù) 復(fù)用 否 是 是 Na數(shù)據(jù)寬度 1 6 3 2 32 32 8傳輸大小 單 / 多 單 / 多 單 / 多 單 / 多總線主設(shè)備數(shù)目 多 多 多 多分離事務(wù) ( s p l i t t r a n s a c t i o n s ) 否 可選 可選 可選時序 異步 異步 同步 異步 / 同步帶寬，單字 （ 0 n s 存儲器） 25 37 20 5 , 1 . 5帶寬，單字 （ 1 5 0 ns 存儲器） 1 2 . 9 1 5 . 5 10 5 , 1 . 5帶寬，多字 （ 0 n s 存儲器） 2 7 . 9 9 5 . 2 40 5 , 1 . 5帶寬，多字 （ 1 5 0 ns 存儲器） 1 3 . 6 2 0 . 8 1 3 . 3 5 , 1 . 5最大設(shè)備數(shù) 21 20 21 7最大總線長度 5 m 0 . 5 m 0 . 5 m 2 5 m標準 I EE E 1 0 1 4 I EE E 8 9 6 A NSI / I EE E 1 2 9 6 A NSI X3 . 1 3 1北京大學計算機科學技術(shù)系 計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)教研室 基于總線的互聯(lián) ? 總線：子系統(tǒng)間的共享通信聯(lián)路 ? 低成本：一組線路被多種需要而共享 ? 多功能性：易于增加新設(shè)備，甚至可以利用公共總線在多計算機之間公用外設(shè) ? 缺點 ? 通信瓶頸，可能會限制最大 I/O吞吐率 ? 總線速度受限于一些物理因素 ? 總線長度 ? 設(shè)備的數(shù)量 (總線負載 )。 新數(shù)據(jù) 舊數(shù)據(jù) 舊奇偶位 XOR XOR (1. 讀 ) (2. 讀 ) (3. 寫 ) (4. 寫 ) RAID5: Small Write Algorithm 1次邏輯寫 = 2次物理讀 + 2次物理寫 北京大學計算機科學技術(shù)系 計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)教研室 子系統(tǒng)組成 主機 陣列 控制器 單板 磁盤控制器 單板 磁盤控制器 單板 磁盤控制器 單板 磁盤控制器 主機 適配器 管理 與主機的接口、 DMA 控制、緩沖、 奇偶邏輯 物理設(shè)備控制 often piggybacked in small format devices 條塊化軟件從主機下載到陣列控制器 不修改應(yīng)用程序 不降低主機性能 北京大學計算機科學技術(shù)系 計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)教研室 系統(tǒng)可用性：正交 RAID Array Controller String Controller String Controller String Controller String Controller String Controller String Controller . . . . . . . . . . . . . . . . . . 數(shù)據(jù)恢復(fù)組：數(shù)據(jù)冗余的單位 冗余支持部件：風扇、供電設(shè)施、控制器、電纜 端點到端點的數(shù)據(jù)完整性：具有內(nèi)在奇偶保護的數(shù)據(jù)通路 北京大學計算機科學技術(shù)系 計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)教研室 系統(tǒng)級可用性 完全雙冗余 I/O控制器 I/O控制器 陣列控制器 陣列控制器 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 恢復(fù)組 目標：無單失效點 主機 主機 通過備份的通路，在沒有失效時可以達到更高的性能 北京大學計算機科學技術(shù)系 計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)教研室 Berkeley History: RAIDI ? RAIDI (1989) ? Consisted of a Sun 4/280 workstation with 128 MB of DRAM, four dualstring SCSI controllers, 28 SCSI disks and specialized disk striping software ? Today RAID is $24 billion dollar industry, 80% nonPC disks sold in RAIDs 北京大學計算機科學技術(shù)系 計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)教研室 小結(jié) : RAID技術(shù) ? Disk Mirroring, Shadowing (RAID 1) Each disk is fully duplicated onto its shadow Logical write = two physical writes 100% capacity overhead ? Parity Data Bandwidth Array (RAID 3) Parity puted horizontally Logically a single high data bw disk ? High I/O Rate Parity Array (RAID 5) Interleaved parity blocks Independent reads and writes Logical write = 2 reads + 2 writes 1 0 0 1 0 0 1 1 1 1 0 0 1 1 0 1 1 0 0 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 0 1 0 0 1 0 0 1 1 1 0 0 1 0 0 1 1 北京大學計算機科學技術(shù)系 計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)教研室 磁盤 I/O性能 響應(yīng)時間 = 排隊 + 設(shè)備服務(wù)時間 100% 響應(yīng)時間 (ms) 吞吐率 （總帶寬百分比） 0 100 200 300 0% 處理器 隊列 I/O控制 設(shè)備 度量： 響應(yīng)時間 吞吐率 北