Τύποι Αρτηριών

Οι αρτηρίες κατηγοριοποιούνται παραδοσιακά σε έναν από τρεις τύπους:

• Αρτηρίες επεξεργαστή-μνήμης (processor-memory buses) - Οι αρτηρίες αυτές συνδέουν τον επεξεργαστή ενός υπολογιστή με τη μνήμη του. Είναι μικρές, έχουν γενικά υψηλή ταχύτητα και είναι προσαρμοσμένες στο σύστημα μνήμης, έτσι ώστε να μεγιστοποιηθεί το εύρος ζώνης μεταξύ μνήμης και επεξεργαστή, που απαιτείται να είναι υψηλό.
• Αρτηρίες I/O (I/O buses) - Οι αρτηρίες Ι/Ο (εισόδου/εξόδου) συνδέουν τις συσκευές εισόδου/εξόδου με το υπόλοιπο υπολογιστικό σύστημα, δηλαδή με τον επεξεργαστή και τη μνήμη. Αντίθετα με τις αρτηρίες επεξεργαστή-μνήμης, οι αρτηρίες I/O μπορεί να είναι μεγάλες σε μήκος και να έχουν πολλούς τύπους συσκευών συνδεδεμένες με αυτές, οι οποίες συσκευές μάλιστα συχνά έχουν διαφορετικές απαιτήσεις σε εύρος ζώνης δεδομένων από την αρτηρία. Οι αρτηρίες I/O τυπικά δε διασυνδέονται απευθείας με τη μνήμη, αλλά χρησιμοποιούν μια άλλη αρτηρία , είτε επεξεργαστή-μνήμης είτε κεντρικής πλακέτας, για να διασυνδεθούν με αυτή.
• Aρτηρίες κεντρικής πλακέτας (backplane buses) - oι αρτηρίες κεντρικής πλακέτας έχουν σχεδιαστεί έτσι, ώστε να επιτρέπουν σε επεξεργαστές, μνήμη και συσκευές I/O να συνυπάρχουν σε μία μόνο αρτηρία· μοιράζουν το εύρος ζώνης τους για τις ανάγκες της επικοινωνίας επεξεργαστή - μνήμης και της επικοινωνίας συσκευών I/O - μνήμης. Οι αρτηρίες κεντρικής πλακέτας ονομάζονται έτσι, επειδή κατασκευάζονταν συχνά μέσα στην κεντρική πλακέτα (backplane), μία δομή διασύνδεσης μέσα στο κουτί (chassis) του συστήματος, έτσι, οι πλακέτες του επεξεργαστή, της μνήμης και του I/O μπορούσαν να συνδεθούν πάνω στην κεντρική πλακέτα, χρησιμοποιώντας την αρτηρία για να επικοινωνήσουν.

Πρότυπες αρτηρίες-Ιδιοκατασκευές

Οι αρτηρίες επεξεργαστή-μνήμης συχνά εξαρτώνται από τη σχεδίαση του συγκεκριμένου υπολογιστικού συστήματος, ενώ τόσο οι αρτηρίες I/O όσο και οι αρτηρίες κεντρικής πλακέτας ξαναχρησιμοποιούνται πολύ συχνά και σε διαφορετικές μηχανές.
Στην πραγματικότητα, οι αρτηρίες I/O και κεντρικής πλακέτας αποτελούν συχνά πρότυπες αρτηρίες (standard buses), και χρησιμοποιούνται σε πολλούς διαφορετικούς υπολογιστές που κατασκευάζονται από διαφορετικές εταιρίες. Σε αντίθεση, οι αρτηρίες επεξεργαστή-μνήμης αποτελούν συχνά ιδιοκατασκευές, κατασκευάζονται δηλαδή ειδικά για ένα συγκεκριμένο σύστημα επεξεργαστή-μνήμης με βάση τις ιδιαιτερότητές του,  και εξαρτούνται από αυτό, αν και σε πολλές πρόσφατες μηχανές είναι πιθανό αυτές ν’αποτελούν την αρτηρία κεντρικής πλακέτας και οι πρότυπες αρτηρίες ή οι αρτηρίες I/O να συνδέονται στην αρτηρία επεξεργαστή-μνήμης. Σε πολλές πρόσφατες μηχανές, η διάκριση ανάμεσα σε αυτούς τους τύπους αρτηρίας, ειδικά ανάμεσα στις αρτηρίες κεντρικής πλακέτας και στις αρτηρίες επεξεργαστή-μνήμης, μπορεί να είναι πολύ δύσκολη.

ΔΡΑΣΤΗΡΙΟΤΗΤΑ 1

Να απαριθμήσετε τους τύπους αρτηρίας και να αναφέρετε τα χαρακτηριστικά που έχει κάθε τύπος έτσι ώστε να εξυπηρετεί το σκοπό του. Στην περίπτωση που δυσκολεύεστε να απαντήσετε κρίνεται σκόπιμο να επαναλάβετε την ανάγνωση της ενότητα που μόλις διαβάσατε: «Τύποι αρτηριών».

Αλλες διαφορές μεταξύ των διαφορετικών τύπων αρτηριών

Κατά τη διάρκεια της φάσης του σχεδιασμού, ο σχεδιαστής μίας αρτηρίας επεξεργαστή-μνήμης γνωρίζει τους τύπους των συσκευών που πρέπει να συνδεθούν με την αρτηρία. Αντίθετα , ο σχεδιαστής αρτηριών I/O ή κεντρικής πλακέτας πρέπει να σχεδιάσει την αρτηρία με τέτοιο τρόπο ώστε αυτή να μπορεί να διαχειριστεί άγνωστες συσκευές που έχουν ποικίλα χαρακτηριστικά καθώς και μεγάλες διαφορές μεταξύ τους όσον αφορά στη χρονική καθυστέρηση αποστολής των δεδομένων και το εύρους ζώνης που απαιτούν.

Κανονικά, μία αρτηρία I/O παρουσιάζει μία σχετικά απλή και χαμηλού επιπέδου διασύνδεση (interface) σε μία συσκευή, απαιτώντας ελάχιστη πρόσθετη ηλεκτρολογική δουλειά για να διασυνδεθεί μαζί της. Μία αρτηρία κεντρικής πλακέτας συνήθως απαιτεί πρόσθετη λογική για τη διασύνδεση της με μια συσκευή ή με μια αρτηρία I/O χαμηλότερου επιπέδου.

Μία αρτηρία κεντρικής πλακέτας έχει χαμηλότερο κόστος από το συνδυασμό των αρτηριών επεξεργαστή-μνήμης και Ι/Ο-μνήμης, γεγονός που απορρέει από τη χρησιμοποίηση μίας μόνο αρτηρίας για τη σύνδεση των βασικών στοιχείων του συστήματος.

Σχήμα 5.4.1 - Πολλές μηχανές χρησιμοποιούν μία μόνο αρτηρία κεντρικής πλακέτας για τη μεταφορά δεδομένων τόσο μεταξύ επεξεργαστή και μνήμης όσο και των συσκευών I/O. Μερικές μηχανές υψηλής απόδοσης χρησιμοποιούν μία ξεχωριστή αρτηρία επεξεργαστή-μνήμης στην οποία “κουμπώνουν” οι αρτηρίες I/O. Μερικά συστήματα κάνουν χρήση και των τριών τύπων αρτηριών, οργανωμένες σε μία ιεραρχία.

Το σχήμα 5.4.1 δείχνει ένα σύστημα που χρησιμοποιεί μία μόνο αρτηρία κεντρικής πλακέτας, ένα σύστημα που χρησιμοποιεί μία αρτηρία επεξεργαστή-μνήμης με προσαρτημένες αρτηρίες I/O και ένα σύστημα που χρησιμοποιεί και τους τρεις τύπους αρτηρίας.

(α) - Μία μονή αρτηρία που χρησιμοποιείται για την επικοινωνία μεταξύ επεξεργαστή και μνήμης, καθώς επίσης και για την επικοινωνία ανάμεσα στις συσκευές I/O και τη μνήμη. Η αρτηρία που χρησιμοποιείται σε έναν IBM PC έχει αυτή τη δομή.

(β) - Μία ξεχωριστή αρτηρία χρησιμοποιείται για την επικοινωνία του επεξεργαστή και της μνήμης. Για την ανταλλαγή δεδομένων ανάμεσα στη μνήμη και τις συσκευές I/O, οι αρτηρίες I/O διασυνδέονται με την αρτηρία επεξεργαστή-μνήμης, χρησιμοποιώντας έναν προσαρμοστή αρτηρίας (bus adapter).

Ο προσαρμοστής αρτηρίας παρέχει συγχρονισμό ταχύτητας ανάμεσα στις αρτηρίες.

Σε έναν Apple Macintosh-II, η αρτηρία επεξεργαστή-μνήμης είναι μία αρτηρία NuBus (τύπος αρτηρίας κεντρικής πλακέτας) στην οποία συσκευές I/O διασυνδέονται απευθείας, όπως επίσης συνδέεται απευθείας στην NuBus και μία αρτηρία I/O· η τελευταία είναι τύπου SCSI (small computer system interface).

(γ) - Μία ξεχωριστή αρτηρία χρησιμοποιείται για τη μεταφορά των δεδομένων μεταξύ επεξεργαστή και μνήμης. Ενας μικρός αριθμός αρτηριών κεντρικής πλακέτας εφαρμόζουν στην αρτηρία επεξεργαστή-μνήμης. Οι αρτηρίες επεξεργαστή-μνήμης διασυνδέονται με τη χαμηλότερου επιπέδου αρτηρία I/O. Αυτό γίνεται συνήθως με έναν ολοκληρωμένο ελεγκτή (single-chip controller), όπως ο ελεγκτής αρτηρίας SCSI.
Ενα πλεονέκτημα αυτής της οργάνωσης είναι ότι η υψηλής ταχύτητας αρτηρία επεξεργαστή-μνήμης δέχεται μικρό αριθμό συνδέσεων, και έτσι δεν περιορίζεται σημαντικά η απόδοσή της.

Πολλοί υπολογιστές χρησιμοποιούν μία μόνο αρτηρία κεντρικής πλακέτας για τη μεταφορά δεδομένων τόσο μεταξύ επεξεργαστή και μνήμης όσο και των συσκευών I/O. Μερικοί υπολογιστές υψηλής απόδοσης χρησιμοποιούν μία ξεχωριστή αρτηρία επεξεργαστή-μνήμης στην οποία “κουμπώνουν” οι αρτηρίες I/O. Μερικά συστήματα κάνουν χρήση και των τριών τύπων αρτηριών, οργανωμένες σε μία ιεραρχία.

ΔΡΑΣΤΗΡΙΟΤΗΤΑ 2

Ποια είναι τα πλεονεκτήματα που προκύπτουν από το συνδυασμό των τριών τύπων αρτηρίας σε ένα υπολογιστικό σύστημα (σχήμα 5.4.1(γ));

 

ΑΠΑΝΤΗΣΗ ΔΡΑΣΤΗΡΙΟΤΗΤΑΣ 2