Πρότυπα Αρτηρίας
Οι περισσότεροι υπολογιστές επιτρέπουν στους χρήστες να προσθέτουν επιπλέον ή ακόμα και νέους τύπους περιφερειακών. Η αρτηρία I/O βοηθά στο να επεκτείνουμε τη μηχανή και να συνδέσουμε σ'αυτή νέα περιφερειακά. Για να διευκολυνθούν τα παραπάνω, η βιομηχανία υπολογιστών έχει αναπτύξει διάφορα πρότυπα αρτηρίας (bus standards).
Τα πρότυπα αρτηρίας αποτελούν προδιαγραφές που βοηθούν τόσο τον κατασκευαστή υπολογιστών όσο και τον κατασκευαστή περιφερειακών. Ενα πρότυπο αρτηρίας εξασφαλίζει στον κατασκευαστή υπολογιστών ότι θα υπάρχουν διαθέσιμα περιφερειακά για μία καινούρια μηχανή και στον κατασκευαστή περιφερειακών ότι οι χρήστες θα μπορέσουν να εγκαταστήσουν το νέο τους εξοπλισμό.
Βασικά χαρακτηριστικά προτύπων
αρτηρίας
Το σχήμα 5.4.2 συνοψίζει τα βασικά χαρακτηριστικά διάφορων προτύπων αρτηρίας. Δύο διαφορετικοί τύποι αρτηριών περιλαμβάνονται σε αυτή την εικόνα. Οι τρεις πρώτες αρτηρίες (VME, NuBus και FutureBus) είναι αρτηρίες κεντρικής πλακέτας γενικού σκοπού, σχεδιασμένες για τη διασύνδεση επεξεργαστών, μνήμης και συσκευών I/O. Οι δύο τελευταίες (IPI και SCSI) είναι αρτηρίες I/O. Η σύνδεση αυτών των αρτηριών με τη μνήμη απαιτεί έναν ελεγκτή που παρέχει διασύνδεση ανάμεσα στις συσκευές με την αρτηρία I/O και σε μία αρτηρία επεξεργαστή-μνήμης. Ο ελεγκτής συντονίζει τις μεταφορές από μία συσκευή συνδεδεμένη στην αρτηρία I/O με τη μνήμη, μέσω της αρτηρίας επεξεργαστή-μνήμης.
| Χαρακτηριστικό | VME Bus | NuBus | FutureBus | IPI | SCSI |
|---|---|---|---|---|---|
| Τύπος αρτηρίας | Κεντρικής πλακέτας | Κεντρικής πλακέτας | Κεντρικής πλακέτας | I/O | I/O |
| Εύρος αρτηρίας (σήματα) | 128 | 96 | 96 | 16 | 8 |
| Πολυπλεξία διευθύνσεων/δεδομένων | Oχι | Ναί | Ναί | - | - |
| Εύρος δεδομένων (κύριο) | 16-32bits | 32bits | 32bits | 16bits | 8bits |
| Πλήθος Κυρίων αρτηρίας | Πολλοί | Πολλοί | Πολλοί | Eνας | Πολλοί |
| Διαιτησία | Πολλαπλών διατάξεων | Κατανεμημένη αυτεπιλογής | Κατανεμημένη αυτεπιλογής | - | Αυτεπιλογής |
| Χρονορύθμιση | Ασύγχρονη | Σύγχρονη | Ασύγχρονη | Ασύγχρονη | Οποιαδήποτε |
| Εύρος ζώνης,μνήμη 150 ns, μία λέξη | 12.9 MB/sec | 13.2 MB/sec | 15.5 MB/sec | 25.0 MB/sec | 5.0 MB/sec ή1.5 MB/sec |
| Εύρος ζώνης,μνήμη 150 ns, πολλές λέξεις (άπειρο μήκος) | 13.6 MB/sec | 26.4 MB/sec | 20.8 MB/sec | 25.0 MB/sec | 5.0 MB/sec ή1.5 MB/sec |
| Μέγιστο πλήθος συσκευών | 21 | 16 | 20 | 8 | 7 |
| Μέγιστο μήκος αρτηρίας | 0.5 μέτρα | 0.5 μέτρα | 0.5 μέτρα | 50 μέτρα | 25 μέτρα |
| Ονομασία προτύπου | IEEE 1014 | Εκκρεμεί | IEEE 896.1 | ANSI X3.129 | ANSI X3.131 |
Σχήμα 5.4.2 - Κύρια χαρακτηριστικά πέντε διαφορετικών προτύπων αρτηρίας. Οι δύο πρώτες αρτηρίες είναι αρτηρίες κεντρικής πλακέτας, οι δύο επόμενες είναι αρτηρίες I/O, και η τελευταία είναι αρτηρία επεξεργαστή-μνήμης. Για τις αρτηρίες κεντρικής πλακέτας οι υπολογισμοί εύρους ζώνης υποθέτουν ότι η αρτηρία είναι πλήρως φορτωμένη (fully loaded) και δίνονται τόσο για μεταφορές μίας λέξης όσο και για μεταφορές μπλοκ απεριόριστου μήκους· οι μετρήσεις παρουσιάζονται υποθέτοντας ότι ο χρόνος προσπέλασης είναι 150 ns. Όλες αυτές οι αρτηρίες μπορούν να εκτελέσουν μεταφορές μίας ή πολλών λέξεων. Το εύρος ζώνης για τις αρτηρίες I/O δίνεται ως ο μέγιστος ρυθμός μεταφοράς δεδομένων.
Υπολογισμός εύρους ζώνης
αρτηρίας.Το εύρος ζώνης για μία αρτηρία
γενικού σκοπού που συνδέεται με τη μνήμη δεν
είναι κάτι που μπορεί εύκολα να υπολογιστεί.
Λόγω της επιβάρυνσης της αρτηρίας, το μέγεθος της
μεταφοράς επηρεάζει σημαντικά το εύρος ζώνης. Η ταχύτητα
της μνήμης επηρεάζει επίσης το εύρος ζώνης,
αφού η αρτηρία εκτελεί μεταφορές συνήθως από και
προς τη μνήμη.
Σχεδιαστικές δυνατότητες των
συστημάτων
Τα διαφορετικά χαρακτηριστικά των αρτηριών επιτρέπουν τη δημιουργία αρτηριών που είναι κατάλληλες για μία μεγάλη ποικιλία από διαφορετικές συσκευές, για ένα μεγάλο πλήθος συσκευών καθώς και για διάφορες απαιτήσεις σε εύρος ζώνης.
Το σχήμα 5.4.3 δείχνει μερικές από τις εναλλακτικές σχεδιάσεις που έχουμε μελετήσει και ποιες επιλογές θα μπορούσαν να γίνουν σε συστήματα χαμηλού κόστους έναντι συστημάτων υψηλής απόδοσης.
Γενικά, τα συστήματα υψηλότερου κόστους
χρησιμοποιούν ευρύτερες και ταχύτερες αρτηρίες
με πολυπλοκότερα πρωτόκολλα – τυπικά μία
σύγχρονη αρτηρία, για λόγους που θα δούμε στο
επόμενο κεφάλαιο.
Αντίθετα, σε ένα σύστημα χαμηλού κόστους
προτιμάται μία στενότερη αρτηρία η οποία
επιπλέον δεν απαιτεί από τις συσκευές να
συμπεριλαμβάνουν πρόσθετους μηχανισμούς
(συνεπώς είναι μία αρτηρία ενός μόνο κυρίου
- βλέπε ενότητα 6) και είναι ασύγχρονη, ώστε οι
συσκευές χαμηλής ταχύτητας να μπορούν να
διασυνδεθούν με φθηνό τρόπο.
ΔΡΑΣΤΗΡΙΟΤΗΤΑ 4
Σύμφωνα με όσα έχουμε πει μέχρι τώρα για το σχεδιασμό των υπολογιστικών συστημάτων όσον αφορά στις αρτηρίες, να συμπληρώσετε τον παρακάτω πίνακα. Στη συνέχεια να συγκρίνετε την απάντησή σας με το πίνακα του σχήματος 5.4.3.
| Επιλογή | Υψηλή απόδοση | Χαμηλό κόστος |
| Εύρος αρτηρίας | ||
| Εύρος Δεδομένων | ||
| Μέγεθος μεταφοράς | ||
| Κύριοι αρτηρίας | ||
| Χρονορύθμιση |
| Επιλογή | Υψηλή απόδοση | Χαμηλό κόστος |
| Εύρος αρτηρίας | Ξεχωριστές γραμμές διευθύνσεων και δεδομένων | Πολυπλεγμένες γραμμές διευθύνσεων και δεδομένων |
| Εύρος Δεδομένων | Οσο ευρύτερη τόσο ταχύτερη(π.χ. 32 bits) | Οσο στενότερη τόσο φθηνότερη(π.χ. 8 bits) |
| Μέγεθος μεταφοράς | Πολλές λέξεις απαιτούν λιγότερη επιβάρυνση της αρτηρίας | Η μεταφορά μίας λέξης είναι απλούστερη |
| Κύριοι αρτηρίας | Πολλοί κύριοι (απαιτεί διαιτησία) | Ενας κύριος (δεν απαιτεί διαιτησία) |
| Χρονορύθμιση | Σύγχρονη | Ασύγχρονη |
Σχήμα 5.4.3 - Τα χαρακτηριστικά των αρτηριών I/O καθορίζουν την απόδοση των μεταφορών I/O. Το πλήθος των συσκευών I/O που μπορούν να συνδεθούν και το κόστος σύνδεσης των συσκευών. Οι μικρότερες αρτηρίες μπορεί να είναι ταχύτερες αλλά όχι και επεκτάσιμες. Ανάλογα, οι ευρύτερες αρτηρίες μπορεί να έχουν υψηλότερο εύρος ζώνης, αλλά θα είναι ακριβότερες. Οι αρτηρίες διαχωρισμού συναλλαγών είναι ένας άλλος τρόπος για να αυξήσουμε το εύρος ζώνης, αυξάνοντας όμως αναπόφευκτα και το κόστος.
Η Δημιουργία των προτύπων
Οι μηχανές μερικές φορές γίνονται τόσο δημοφιλείς ώστε οι I/O αρτηρίες τους να γίνονται de facto πρότυπα, όπως στην περίπτωση της αρτηρίας του IBM PC-AT. Από τη στιγμή που ένα πρότυπο αρτηρίας χρησιμοποιείται ευρέως από τους σχεδιαστές περιφερειακών, οι άλλοι κατασκευαστές υπολογιστών ενσωματώνουν αυτή την αρτηρία στο σύστημά τους και προσφέρουν μία μεγάλη σειρά περιφερειακών που μπορούν να εγκατασταθούν σ’αυτό. Μερικές φορές τα πρότυπα δημιουργούνται από ομάδες που προσπαθούν να αντιμετωπίσουν ένα κοινό πρόβλημα. Η ευφυής διασύνδεση περιφερειακών (intelligent peripheral interface – IPI), η διασύνδεση μικρών υπολογιστικών συστημάτων (small computer system interface – SCSI) και το Ethernet είναι παραδείγματα προτύπων που προέκυψαν από τη συνεργασία των κατασκευαστών. Σωματεία εγκρίσεων, όπως τα ANSI και IEEE επίσης δημιουργούν και εγκρίνουν πρότυπα, όπως το πρότυπο FutureBus που δημιουργήθηκε από μία επιτροπή προτύπων του IEEE.
Οι αρτηρίες παρέχουν την
ηλεκτρική διασύνδεση ανάμεσα σε συσκευές I/O,
επεξεργαστές και τη μνήμη και επίσης ορίζουν το
χαμηλότερου επιπέδου πρωτόκολλο επικοινωνίας.
Πάνω από αυτό το βασικό επίπεδο, πρέπει να
ορίσουμε πρωτόκολλα υλικού και λογισμικού για
τον έλεγχο των μεταφορών δεδομένων ανάμεσα στις
συσκευές I/O και τη μνήμη και να καθορίσουμε τις
εντολές που θα δίνονται από τον επεξεργαστή στις
συσκευές I/O.
