Rechnerarchitektur (Subject) / Busse (Lesson)

Verbindungsnetz

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• Bus Existenz eines gemeinsamen physikalischen Verbindungsnetzes aus mehreren Leitungen, an dem mehrere Komponenten angeschlossen sind
• Struktur Steuerleitungen- Anfragen und Bestätigungen- zeigen den Informationstyp auf den Datenleitungen an Datenleitungen- transportieren Informationen zwischen Quelle und Ziel Adressleitungen- transportieren Adressinformationen vom Master zum Slave
• Vorteile / Nachteile Vorteile: Vielseitigkeit niedrige Kosten Nachteile: Erzeugung eines Kommunikationsflaschenhalses Maximale Busgeschwindigkeit ist begrenzt
• Master aktiver Knoten kann selbständig Buszugriffe durchführen
• Slave passiver Knoten Gegenstück zum Master Buszugriffe müssen von Master gesteuert werden Slave reagiert auf Kommandos
• Betriebsarten simplex halbduplex vollduplex
• Übertragungsarten synchron asynchron seriell parallel
• Geschwindigkeitsbegriffe Übertragungsrate: Anzahl übertragener Bit/Byte pro Sekunde Transfergeschwindigkeit: Nettoübertragungsrate ohne Steuerinformationen Schrittgeschwindigkeit: Anzahl Takte pro Sekunde
• Übertragungsrate/Schrittgeschwindigkeit parallel: Mehrere Signale folgen zusammen nahezu der gleichen Route zu nahezu der gleichen Zeit
• Bushierarchie Prozessorbus Speicherbus Peripheriebus Ein/Ausgabebus
• Bus-Topologien physikalischer Bus Segmentierter Bus Ring Stern Stern-Strang-Struktur Baum
• Repeater einfachste Form der Koppeleinheiten dient zur Verbindung zweier identischer Busse Aufgaben:- elektrische Verstärkung- zeitliche Regenerierung - (Re)Synchronisierung der Bussignale
• Hub Kopplung identischer Busse mit gleicher Adressierung, jedoch eines hierarchisch übergeordneten Busses mit mehreren untergeordneten Bussen selbstständiger Auf- und Abbau einer Verbindung sowie Wiederaufbau einer unterbrochenen Verbindung
• Bridge Kopplung zweier identischer oder unterschiedlicher Busse besitzt die busspezifischen Schnittstellen beider Busse verfügt über Pufferspeicher zur zeitlichen und protokollspezifischen Anpassung der Datenübertragung auf beiden Bussen übernimmt Umsetzung und Filterung der angelegten Adressen,daher unterschiedliche Adressräume für die Verbundenen Busse möglich
• dedizierter Bus Bus heißt dediziert, wenn er nur eine spiezielle Kommunikation durchführt > im Extremfall nur zwischen zwei Partnern
• nichtdedizierter Bus Ein Bus heißt nicht dediziert, wenn er mehrere verschiedene Kommunikationen alternativ durchführt
• ressourcenpartitionierter Bus wenn Ressourcen des gleichen Typs (CPU, Speicher, E/A) zusammengepackt werden und zwischen diesen „Paketen“ über den Bus kommuniziert wird
• funktionspartitionierter Bus wenn Komponenten verbunden werden, von denen angenommen wird, daß sie halbautonom Funktionen ausführen können
• Bustransaktion eine Sequenz von der Anforderung des Busses bis zur Beendigung des Datentransfers
• Bustransaktion multiplexed - non multiplexed multiplexed: Adresse und Daten werden sequentiell auf denselben Leitungen übertragen non multiplexed: Gegenteil
• Blocktransfer (Burst Transaktion) dient hauptsächlich zum Nachladen/Rückschreiben von Cache-Blöcken aus/in den Hauptspeicher Speichercontroller erkennt selbstständig, dass diese Adresse zu einem Cacheblock gehört, er signalisiert Bereitschaft zur Burst Übertragung Prozessor akzeptiert Aufforderung und stoppt Ausgabe der nächsten Blockadressen diese werden vom Speichercontroller durch fortlaufendes Inkrementieren erzeugt Über Signal kann Speicher Wartezyklen anfordern
• Übertragungsarten::WRITE-Operation Die multiplexierte Operationsweise spart Leitungen, kostet aber Zeit, da die Datenerst nach vollständiger Übermittlung der Adresse gesendet werden können
• Adressierung Der Master adressiert immer den Slave. Komponente heißt selektiert, falls ihre Adresse mit der gewünschten übereinstimmt
• logische Adressierung ortsunabhängig:jede Komponente hat eine eindeutige Adresse Vorteil: Man kann eine Komponente in den Bus einstecken, wo man will
• geographische Adressierung ortsabhängig:Jeder Steckplatz hat eine eindeutige Adresse
• Adressierung:Unicast Adressierung für Empfang durch eine einzige Komponente
• Adressierung:Multicast Gleichzeitige Adressierung für gleichzeitigen Empfang der Daten durch mehrere Komponenten
• Adressierung:Broadcast gleichzeitige Adressierung aller Slaves
• Wofür Busprotokolle beim Datentransfer sind zwei Partner beteiligt, die so gut wie nichts voneinander wissen
• Protokoll:zeitlicher Ablauf synchron:- alle Ereignisse finden zu festgelegten Zeitpunkten statt asynchron:- Ereignisse können zu beliebigen Zeitpunkten ausgelöst werden semisynchron:- Ereignisse können zu beliebigen Zeitpunkten – allerdings in einem starren Taktraster – stattfinden
• Busarbitrierung Wie wird der Bus für eine Komponente reserviert, die ihn nutzen möchte? Chaos wird durch Master-Slave-Zuordnung vermieden:- nur Bus-Master kann Zugriff zum Bus kontrollieren, denn er initiiert und steuert alle Busanfragen- Slave reagiert lediglich auf Lese- und Schreib-Anfragen entscheidet darüber, welcher Master den Bus als nächstes belegen darf
• Zuteilung:Klassen Daisy-Chain-Zuteilung zentralisierte, parallele Zuteilung verteilte Zuteilung durch Selbstauswahl verteilte Zuteilung durch Kollisionsdetektion
• statische Zuteilung Zeitscheiben werden zyklisch den Mastern zugeteilt Master macht ggf. gebraucht davon
• dynamische Zuteilung auf Anforderung Verteilung nach Priorität Fairnessprinzip oder kombinierte Verfahrenverkehrsabhängige Ampelschaltung
• zentrale Buszuteilung - dezentrale Buszuteilung zentale Buszuteilung: eine Einheit, die zentral den Bus verwaltet dezentrale Buszuteilung: angeschlossenen Einheiten regeln „unter sich“, wer Bus-Master werden darf
• Zuteilung:Freigabe Release on Request:Master behält Bus, solange niemand anders ihn will, auch wenn er nichts sendetRelease when Done:Master behält Bus für seine Transaktion, gibt Bus dann frei.Preemption:Master kann während Transaktion durch Master höherer Priorität unterbrochen werden
• PCI-Conventional-Bus / PCI-Express-Bus conventional: - synchroner Parallelbus- Multiplex 32/64 Adress/Datenleitungen - prozessorunabhängig express: - geschaltete Punkt-zu-Punkt-Verbindung- serielle differentielle Übertragung- Datenrate jeweils pro Steckplatz in beide Richtungen verfügbar- paketbasierte Übertragung- abwärtskompatibel

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