Централизованный арбитраж
При централизованном арбитраже в системе имеется специальное устройство — центральный арбитр, — ответственное за предоставление доступа к шине только одному из запросивших ведущих. Это устройство, называемое иногда центральным контроллером шины, может быть самостоятельным модулем или частью ЦП. Наличие на шине только одного арбитра означает, что в централизованной схеме имеется единственная точка отказа. В зависимости от того, каким образом ведущие устройства подключены к центральному арбитру, возможные схемы централизованного арбитража можно подразделить на параллельные и последовательные. В параллельном варианте центральный арбитр связан с каждым потенциальным ведущим индивидуальными двухпроводными трактами. Схема централизованного параллельного арбитража: а — общая схема; б — возможная реализация
Децентрализованный арбитраж При децентрализованном или распределенном арбитраже единый арбитр отсутствует. Вместо этого каждый ведущий содержит блок управления доступом к шине, и при совместном использовании шины такие блоки взаимодействуют друг с другом, разделяя между собой ответственность за доступ к шине. По сравнению с централизованной схемой децентрализованный арбитраж менее чувствителен к отказам претендующих на шину устройств. Каждый ведущий имеет уникальный уровень приоритета и обладает собственным контроллером шины, способным формировать сигналы предоставления и занятия шины. Сигналы запроса от любого ведущего поступают на входы всех остальных ведущих. Логика арбитража реализуется в контроллере шины каждого ведущего.
Для повышения эффективности шинного обмена в компьютерных системах можно прибегнуть к ряду методов, направленных на улучшение скорости передачи данных, уменьшение конфликтов и улучшение использования шин. Вот несколько методов, используемых для повышения эффективности шин.
1. Увеличение ширины шины
Увеличение ширины шины (повышение разрядности шины) позволяет передавать больше данных одновременно, что может улучшить пропускную способность шины и увеличить скорость передачи данных.
2. Использование высокоскоростных шин
Использование более высоких частот шиновых часов или переход на технологии с более высокими скоростями передачи данных, такими как DDR (Double Data Rate), способствует увеличению скорости передачи данных.
3. Оптимизация протоколов передачи данных
Оптимизированные протоколы передачи данных, такие как Quick Path Interconnect (QPI) или HyperTransport, могут улучшить эффективность передачи данных и сократить задержки.
4. Использование методов предварительной обработки данных
Методы предварительной обработки данных, такие как предварительное кэширование (Caching) или предварительное выполнение (Speculative Execution), позволяют уменьшить задержки при доступе к данным и инструкциям.
5. Арбитраж и управление конфликтами
Использование более эффективных алгоритмов арбитража и управления конфликтами может повысить эффективность использования шины за счет оптимизации распределения доступа к шине.
6. Параллельные шины
Использование параллельных шин для различных категорий устройств (например, отдельные шины для управления, данных и адресов) может уменьшить конфликты и улучшить скорость передачи данных.
7. Улучшения в архитектуре устройств
Улучшения в архитектуре устройств, такие как внедрение более быстрых и эффективных контроллеров шины, также могут способствовать повышению эффективности шин.
18. Организация систем ввода\вывода. Совмещенное и выделенное адресное пространство. Способы подключений периферийных устройств. Прямой доступ к памяти. Вычислительная машина с канальной системой ввода\вывода.
Назначение системы ввода-вывода– это, обеспечение взаимодействия центральной части машины с внешней средой (пользователи, устройства, процессы), которое реализуется периферийными (или внешними) устройствами (ПУ или ВУ).
Существует два основных способа организации системы ввода вывода.
Прямой ввод-вывод:
Работа внешних устройств и памяти управляется центральным процессором, и все они подключаются к одной системной шине, при этом в зависимости от варианта подключения памяти может быть: в случае 1 - одно пространство адресов памяти и портов внешних устройств, а в случае 2 используются отдельные адреса обращения к памяти и внешним устройствам. Процесс взаимодействия внешних устройств и центральной части машины определяется интерфейсом ввода вывода, под которым понимается совокупность сигналов, линий связи и алгоритмов управления, обеспечивающих заданный протокол взаимодействия внешних устройств и процессора. Под протоколом понимается, последовательность формирования прямых и аквитирующих сигналов взаимодействия