10 . Объясните, как реализуется децентрализованный параллельный арбитраж.

В чем его достоинства и недостатки.

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.

Одна из возможных схем, которую можно условно назвать схемой децентрализованного параллельного арбитража, показана на рис. 4.13. 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.

Под децентрализованный арбитраж может быть модифицирована также схема, приведенная на рис. 4.12. Подобный вариант, называемый кольцевой схемой, показан на рис. 4.14.

В целом схемы децентрализованного арбитража потенциально более надежны, поскольку отказ контроллера шины в одном из ведущих не нарушает работу с шиной на общем уровне. Тем не менее должны быть предусмотрены средства для обнаружения неисправных контроллеров, например на основе тайм-аута. Основной недостаток децентрализованных схем — в относительной сложности логики арбитража, которая должна быть реализована в аппаратуре каждого ведущего.

11. Проклассифицируйте такие шины расширения, как ISA-8, ISA-16, EISA, LPC, PCI, PCI-X, PCX Express, AGP по разрядности шин адреса и данных. К какому поколению относится каждая из этих шин? В чем принципиальные отличия этих поколений?Шина расширения ISA

ISA Bus (Industry Standard Architecture) — шина расширения, применявшаяся с первых моделей PC и ставшая промышленным стандартом, В компьютере XT использовалась шина с разрядностью данных 8 бит и адреса — 20 бит. В компьютерах AT ее расширили до 16 бит данных и 24 бит адреса. Конструктивно шина выполнена в виде двух щелевых разъемов с шагом выводов 2,54 мм (0,1 дюйма). В подмножестве ISA-8 используется только 62-контактный слот (ряды А, В), в ISА-16 применяется дополнительный 36-контактный слот (ряды С, D). Шина РС/104, разработанная для встраиваемых контроллеров на базе PC, отличается от обычной ISA только конструктивно. В шине EISA — дорогом 32-разрядном расширении ISA — используется «двухэтажный» слот, позволяющий устанавливать и обычные карты ISA. Таким образом, диапазон адресов устройств шины ISА ограничивается областью lOOh— 3FFh. Впоследствии стали применять 12-битную адресацию (диапазон lOOh-FFFh). При этом приходится учитывать возможность присутствия на шине старых 10-битных адаптеров, которые «отзовутся» на адрес с подходящими ему битами А[9:0] во всей допустимой области 12- битного адреса четыре раза (у каждого 10-битного адреса будет еще по три 12-битных псевдонима) . Полный 16-битный адрес используется только в шинах EISA и PCI.

Шина ISA-8 может предоставить до 6 линий запросов прерываний, ISА-16 — 11. Часть из них могут «отобрать» устройства системной платы или шина PCI.

Шина ISA-8 позволяет использовать до трех 8-битных каналов DMA. На 16-битной шине доступны еще три 16-битных и один 8-битный канал.

У шины LPC синхронный интерфейс 32 разрядная адресация и сипользуется все 16 разрядовдя пространства в/в.

Шина расширения PCIPCI (Peripheral Component Interconnect) local bus — шина соединения периферийных компонентов является основной шиной расширения современных компьютеров.

Шина является синхронной — фиксация всех сигналов выполняется по положительному перепаду (фронту) сигнала CLK.

Номинальная разрядность шины данных — 32 бита, спецификация определяет и расширение разрядности до 64 бит. При частоте шины 33 МГц теоретическая пропускная способность достигает 132 Мбайт/с для 32-битной шины и 264 Мбайт/с для 64-битной; при частоте синхронизации 66 МГц — 264 и 528 соответственно. Однако эти пиковые значения достигаются лишь во время передачи пакета, а из-за протокольных накладных расходов реальная средняя суммарная (для всех задатчиков) пропускная способность шины оказывается ниже.

РСI и РСI-Х — синхронные параллельные шины расширения ввода-вывода, обеспечивающие надежный высокопроизводительный обмен и автоматическое конфигурирование устройств. Шины РСI и РСI-Х являются ближайшими «родственниками» с полной взаимной совместимостью устройств. Большинство положений, относящихся к РСI, относится и к РСI- Х.

Особенности шины РСI- Х

Протокол шины РСI-Х во многом совпадает с РСI, изменения протокола нацелены на повышение эффективности использования тактов шины. В РСI-Х транзакции по длине разделены на два типа:

пакетные транзакции — все команды, обращенные к памяти (кроме команд чтения

двойного слова); одиночные транзакции размером в двойное слово — остальные команды.

В каждой транзакции после фазы адреса присутствует новая фаза передачи атрибутов транзакции, в которой инициатор сообщает свой идентификатор (номера шины, устройства и функции), тег, счетчик байтов и характеристики области памяти, к которой относится транзакция. Идентификатор инициатора вместе с тегом определяют последовательность — одну или несколько транзакций, обеспечивающих одну логическую передачу данных, запланированную инициатором. Каждый инициатор может одновременно выполнять до 32 логических передач. Логическая передача (последовательность) может иметь длину до 4096 байт; в атрибутах каждой транзакции указывается количество байтов, которые должны быть переданы до конца данной последовательности. Общее количество байтов, передаваемых в данной транзакции, заранее не определено.

В РСI-Х 2.0 вдобавок к вышеописанным изменениям протокола появился новый режим Моdе 2, отличающийся ускорением блочной записи в память и применением ЕСС-контроля. В Моdе 2 есть возможность применения 16-битной шины (с 32-или 64-битной адресацией памяти).

В РСI-Х 2.0 введена возможность передачи информации (сообщений) устройству, адресуясь с помощью идентификатора (номеров шины, устройства и функции).

Особенности организации шины PCI Express

РСI Express — новая архитектура соединения компонентов, введенная под эгидой организации РСI SIG, известная и под названием 3GIO ( ввод-вывод 3-го поколения ) [3]. Здесь шинное соединение устройств с параллельным интерфейсом заменено двухточечными последовательными соединениями через коммутаторы. Шиной РСI Express можно соединять и микросхемы на плате между собой и использовать ее для межплатных разъемных и кабельных соединений. Соединение РСI Express (РСI Express Link) — это пара встречных симплексных каналов, соединяющих два компонента. По этим каналам передаются пакеты, несущие команды и данные транзакций, сообщения и управляющие посылки. Канал может быть образован одной или несколькими линиями передачи сигналов (Lane) ; применение нескольких линий позволяет масштабировать пропускную способность канала.

Для масштабирования пропускной способности возможно агрегирование сигнальных линий ( сигнальных пар в электрическом интерфейсе) по одинаковому числу в обоих направлениях. Спецификация рассматривает варианты соединений из 1, 2, 4, 8, 12, 16 и 32 линий ( обозначаются как х1, х2, х4, х8, х12, х16 и х32); передаваемые данные между ними распределяются побайтно. Таким образом, достижима скорость до 32 х 2,5 = 80 Гбит/с, что примерно соответствует пиковой скорости 8 Гбайт/с.

Физический уровень интерфейса допускает как электрическую, так и оптическую реализацию. Базовое соединение электрического интерфейса (х1) состоит из двух дифференциальных низковольтных сигнальных пар — передающей (сигналы RETp0, RETn0) и принимающей (RERp0, REPn0).

В РСI Express с помощью пакетного протокола реализуются все транзакции чтения и записи, используемые в РСI, причем в расщепленном варианте (как в РСI-Х).

В РСI Express рассматриваются четыре пространства: памяти, ввода-вывода, конфигурационное и сообщений. Новое (по сравнению с РСI) пространство сообщений используется для передачи в виде пакетов «внеполосных» сигналов РСI: прерываний по линиям INТх, сигналов управления потреблением и т. п. Таким образом реализуются «виртуальные провода».