Διαιτησία Αρτηρίας
Η λήψη της απόφασης για το ποιος κύριος αρτηρίας ή απλή συσκευή έχει σειρά να χρησιμοποιήσει την αρτηρία ονομάζεται διαιτησία αρτηρίας (bus arbitration).
Υπάρχει μία μεγάλη ποικιλία σχημάτων για τη διαιτησία αρτηρίας· αυτά μπορεί να περιλαμβάνουν ειδικό υλικό (hardware) ή εξαιρετικά πολύπλοκα πρωτόκολλα αρτηρίας. Σε ένα σχήμα διαιτησίας αρτηρίας, μία συσκευή (ή ο επεξεργαστής) που θέλει να χρησιμοποιήσει την αρτηρία δίνει ένα σήμα αίτησης αρτηρίας (bus request) στο διαιτητή και αργότερα της εκχωρείται (granted) η αρτηρία. Μετά από μία εκχώρηση, η συσκευή μπορεί να χρησιμοποιήσει την αρτηρία, και αργότερα να ειδοποιήσει το διαιτητή πως δε χρειάζεται πλέον την αρτηρία. Ο διαιτητής μπορεί τότε να εκχωρήσει την αρτηρία σε μία άλλη συσκευή.
Οι πιο πολλές αρτηρίες πολλών κυρίων έχουν ένα σύνολο γραμμών για την εκτέλεση των αιτήσεων
και των εκχωρήσεων. Χρειάζεται επίσης μία γραμμή αποδέσμευσης της αρτηρίας, αν κάθε συσκευή δεν έχει τη δική της γραμμή αίτησης. Μερικές φορές τα σήματα που χρησιμοποιούνται για τη διαιτησία αρτηρίας χρησιμοποιούν ξεχωριστές γραμμές, ενώ σε άλλα συστήματα χρησιμοποιούνται για αυτή τη λειτουργία οι γραμμές δεδομένων της αρτηρίας (αν και αυτό αποκλείει τη χρονική επικάλυψη της διαιτησίας με τη μεταφορά δεδομένων).
Κριτήρια
επιλογής από το σχήμα διαιτησίας
Τα σχήματα διαιτησίας συνήθως προσπαθούν να εξισορροπήσουν δύο παράγοντες όταν επιλέγουν τη συσκευή στην οποία θα εκχωρηθεί η αρτηρία.
Εκτός από τους παραπάνω παράγοντες, πιο πολύπλοκα σχήματα βοηθούν στην ελάττωση της επιβάρυνσηςπου επιφέρει η διαιτησία αρτηρίας. Επειδή αυτή η επιβάρυνση αυξάνει τη συνολική καθυστέρηση στην εξυπηρέτηση, θα πρέπει να ελαττωθεί και να επικαλυφθεί με τις μεταφορές αρτηρίας - όποτε αυτό είναι δυνατό.
ΔΡΑΣΤΗΡΙΟΤΗΤΑ 2
Κατηγορίες
σχημάτων διαιτησίας
Τα σχήματα διαιτησίας αρτηρίας μπορούν να χωριστούν σε τέσσερις μεγάλες κατηγορίες:
- Διαιτησία διάταξης (daisy chain arbitration)
- Κεντρική, παράλληλη διαιτησία (centralized, parallel arbitration)
- Κατανεμημένη διαιτησία μέσω αυτεπιλογής (distributed arbitration by self-selection)
- Κατανεμημένη διαιτησία μέσω ανίχνευσης συγκρούσεων (distributed arbitration by collision detection)
Στη συνέχεια αναλύονται τα σχήματα διαιτησίας αρτηρίας.
- Διαιτησία διάταξης (daisy chain arbitration)
Σε αυτό το σχήμα, η γραμμή εκχώρησης αρτηρίας διαπερνά τις συσκευές από αυτές με την υψηλότερη προτεραιότητα προς αυτές με τη χαμηλότερη (οι προτεραιότητες προσδιορίζονται από τη θέση τους στην αρτηρία, δηλαδή οι συσκευές είναι τοποθετημένες στην αρτηρία με βάση την προτεραιότητά τους).
Μία συσκευή υψηλής προτεραιότητας που επιθυμεί πρόσβαση στην αρτηρία απλά δεσμεύει το σήμα
εκχώρησης αρτηρίας, απαγορεύοντας σε μία συσκευή χαμηλότερης προτεραιότητας να δει το σήμα. Το σχήμα 5.6.2 δείχνει πώς είναι οργανωμένη μία αρτηρία διάταξης. Μια περαιτέρω μελέτη αυτού του πρωτοκόλλου δίνεται ξεχωριστά μετά την περιγραφή όλων των σχημάτων διαιτησίας.
Το πλεονέκτημα μίας αρτηρίας διάταξης είναι η απλότητα της· τα μειονεκτήματα είναι η αδυναμία
εξασφάλισης δικαιοκρισίας – μία αίτηση χαμηλής προτεραιότητας μπορεί να αγνοηθεί για αόριστο χρονικό διάστημα – και επιπλέον η χρήση του σήματος εκχώρησης διάταξης περιορίζει την ταχύτητα της αρτηρίας.
Η αρτηρία VME(τα
χαρακτηριστικά της φαίνονται στον πίνακα της ενότητας 4), μία πρότυπη αρτηρία κεντρικής πλακέτας, χρησιμοποιεί ένα πλήθος σχημάτων διαιτησίας διάταξης για διαιτησία.
Σχήμα 5.6.2 - Μία αρτηρία διάταξης (daisy chain bus) χρησιμοποιεί μία γραμμή εκχώρησης αρτηρίας η οποία διατρέχει κάθε συσκευή από την υψηλότερη στη χαμηλότερη προτεραιότητα. Αν η συσκευή έχει ζητήσει πρόσβαση στην αρτηρία, χρησιμοποιεί τη γραμμή εκχώρησης για να δείξει ότι απέκτησε πρόσβαση. Επειδή η γραμμή εκχώρησης ενεργοποιείται μόνο αν μία συσκευή δε θέλει πρόσβαση, η προτεραιότητα είναι χτισμένη μέσα στο σχήμα. Η ονομασία “daisy chain” προκύπτει από τη δομή της γραμμής εκχώρησης η οποία μεταβαίνει (chains) από συσκευή σε συσκευή.
- Κεντρική, παράλληλη διαιτησία
Αυτό το σχήμα χρησιμοποιεί πολλαπλές γραμμές αιτήσεων και οι συσκευές ζητούν την αρτηρία ανεξάρτητα.
Ενας κεντρικός διαιτητής επιλέγει μεταξύ των συσκευών που ζητούν πρόσβαση στο αρτηρία
και επισημαίνει στη συσκευή που επέλεξε ότι είναι τώρα κύριος της αρτηρίας.
Το μειονέκτημα αυτού του σχήματος είναι πως απαιτεί έναν κεντρικό διαιτητή, ο οποίος μπορεί να προκαλέσει συμφόρηση στη χρήση της αρτηρίας.
- Κατανεμημένη διαιτησία μέσω αυτεπιλογής
Αυτά τα σχήματα χρησιμοποιούν επίσης πολλαπλές γραμμές αιτήσεων, αλλά οι ίδιες οι συσκευές
που ζητούν πρόσβαση στην αρτηρία καθορίζουν σε ποιον θα εκχωρηθεί η πρόσβαση.
Κάθε συσκευή που επιθυμεί πρόσβαση στην αρτηρία τοποθετεί στην αρτηρία ένα κωδικό που δηλώνει την
ταυτότητά της. Εξετάζοντας την αρτηρία, οι συσκευές μπορούν να διακρίνουν εκείνη τη συσκευή που έχει τη μέγιστη προτεραιότητα, από όσες έχουν κάνει κάποια αίτηση. Δεν υπάρχει ανάγκη ύπαρξης κεντρικού διαιτητή· κάθε
συσκευή προσδιορίζει ανεξάρτητα από τις άλλες αν έχει την υψηλότερη προτεραιότητα από τις υπόλοιπες συσκευές που αιτούνται για την αρτηρία.
Φυσιολογικό είναι αυτό το σχήμα να απαιτεί περισσότερες γραμμές για σήματα αίτησης. Η NuBus(βλέπε
χαρακτηριστικά στον πίνακα της ενότητας 4), η οποία είναι η αρτηρία κεντρικής πλακέτας στον Apple Macintosh II, χρησιμοποιεί αυτό το σχήμα.
- Κατανεμημένη διαιτησία μέσω ανίχνευσης συγκρούσεων
Σε αυτό το σχήμα, κάθε συσκευή ζητά ανεξάρτητα την αρτηρία. Πολλαπλές ταυτόχρονες αιτήσεις καταλήγουν σε μία σύγκρουση (collision). Η σύγκρουση διαπιστώνεται και χρησιμοποιείται ένα σχήμα για την επίλυση της. Τα Ethernet δίκτυα χρησιμοποιούν αυτό το σχήμα.
Η καταλληλότητα των διαφορετικών σχημάτων διαιτησίας καθορίζεται από ένα πλήθος παραγόντων όπως το πόσο επεκτάσιμη πρέπει να είναι η αρτηρία με βάση τόσο το πλήθος των συσκευών I/O όσο και το μήκος της αρτηρίας, πόσο γρήγορη πρέπει να είναι η διαιτησία της αρτηρίας και πόσο δίκαιοι χρειάζεται να είμαστε.
Περαιτέρω
μελέτη του πρωτοκόλλου αρτηρίας διάταξης
Τα βήματα που ακολουθούνται από μία συσκευή σε μία αρτηρία που χρησιμοποιεί το πρωτόκολλο διάταξης είναι:
- Ειδοποίησε τη γραμμή αίτησης.
- Περίμενε για την ενεργοποίηση της γραμμής εκχώρησης (μία μετάβαση της γραμμής εκχώρησης από τη χαμηλή στην υψηλή προτεραιότητα) πράγμα που δηλώνει ότι η αρτηρία επανεκχωρείται. Δέσμευσε το σήμα εκχώρησης και απαγόρευσε σε συσκευές χαμηλότερης προτεραιότητας να το δουν. Ρίξε το σήμα αίτησης.
- Χρησιμοποίησε την αρτηρία.
- Ειδοποίησε πως δεν απαιτείται πλέον η αρτηρία, ενεργοποιώντας τη γραμμή αποδέσμευσης.
Για να βελτιώσουμε τη δικαιοκρισία σε ένα σχήμα διάταξης, μπορούμε απλώς να εφαρμόσουμε τον
κανόνα πως μία συσκευή που έχει μόλις χρησιμοποιήσει την αρτηρία δε μπορεί να ξαναζητήσει την αρτηρία μέχρι να δει τη γραμμή αίτησης να είναι ελεύθερη. Από τη στιγμή που μία συσκευή δε θα αποδεσμεύσει τη γραμμή αίτησης μέχρι
η αίτησή της να ικανοποιηθεί, όλες οι συσκευές θα έχουν μία ευκαιρία να χρησιμοποιήσουν την αρτηρία, προτού μία συγκεκριμένη συσκευή τη χρησιμοποιήσει δύο φορές. Μερικά συστήματα αρτηρίας – για παράδειγμα η VME - χρησιμοποιούν
πολλαπλές διατάξεις με ξεχωριστό σύνολο γραμμών αίτησης και εκχώρησης για κάθε διάταξη και έναν κωδικοποιητή προτεραιότητας για την επιλογή ανάμεσα σε πολλές αιτήσεις.
ΔΡΑΣΤΗΡΙΟΤΗΤΑ 3
