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ARQUITETURA DE COMPUTADORES II. Barramentos. Prof. César Augusto M. Marcon. Introdução. Definição Barramento é uma infra-estrutura de comunicação que provê meio físico para interligar sistemas a ele conectados Classificação Infra-estrutura do tipo multiponto e temporal Acesso

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Presentation Transcript


Barramentos

ARQUITETURA DE COMPUTADORES II

Barramentos

Prof. César Augusto M. Marcon


Introdu o

Introdução

  • Definição

    • Barramento é uma infra-estrutura de comunicação que provê meio físico para interligar sistemas a ele conectados

  • Classificação

    • Infra-estrutura do tipo multiponto e temporal

  • Acesso

    • Sistemas que usam o barramento apenas para leitura podem ter uma conexão direta (normalmente com chaves para não sobrecarregar o barramento)

    • Sistemas que usam o barramento para escrita requerem componentes tipo tri-state para compartilhar o mesmo ponto em instantes distintos

    • Permite uma transação (escrita) por vez, porém podem existir diversas leituras (unicast, multicast ou broadcast)


Vantagens

Vantagens

  • Simplicidade

    • Quando integrado tem poucos fios facilitando o posicionamento dos mesmos

    • Quando discreto: fácil de instalar e dar manutenção

  • Baixo custo

    • Quando integrado: pouca área de placa ou silício

    • Quando discreto: é uma infra-estrutura passiva  apenas um cabo coaxial

    • Quando comparando com demais infra-estruturas de comunicação, tem menor tamanho total de conexões

  • Usabilidade

    • Topologia mais comum entre as infra-estruturas de comunicação

    • Excelente para operações broadcast e multicast (um escritor e múltiplos leitores)

  • Confiabilidade

    • Se nodo (subsistema conectado ao barramento) falha, não afeta o barramento (a menos que a falha seja na conexão e altere, por exemplo, a impedância do barramento)

  • Latência

    • Latência média/baixa, quando comparado com outras infra-estruturas de comunicação


Desvantagens

Desvantagens

  • Confiabilidade

    • Se cabo, conector ou terminal falhar, toda infra-estrutura falha

  • Tolerância a falhas

    • Falha do barramento implica particionamento total

  • Paralelismo

    • Não é adequado para tráfego pesado com múltiplos escritores

    • Infra-estrutura altamente bloqueante

  • Vazão de dados

    • Vazão média/baixa, quando comparado com outras infra-estruturas de comunicação

  • Escalabilidade

    • Baixa: limitada a algumas dezenas de nodos

  • Necessidade de hardware auxiliar

    • Requer mecanismos e políticas para controlar o uso do barramento


Arquiteturas de barramento

Arquiteturas de Barramento

  • Barramento Único

    • Periféricos e CPU estão ligados através de um único meio físico compartilhado

    • Hardware requer portas tipo tri-state, que permitem o compartilhamento temporal

    • Forma simples de interconexão

    • Barramento acomoda dispositivos com características e velocidades diferentes  Desempenho da comunicação cai

  • Barramento Segmentado

    • Dois níveis

    • Hierárquico

    • Irregular


Arquiteturas de barramento1

Arquiteturas de Barramento

  • Barramento em dois níveis

    • Processador e memória se comunicam através de barramento principal

    • Barramentos de E/S estão ligados ao barramento principal através de adaptadores, compondo um segundo nível na arquitetura de barramentos

    • Barramento principal pode funcionar a uma maior velocidade

      • Adaptadores se encarregam da comunicação com barramentos de E/S mais lentos


Arquiteturas de barramento2

Arquiteturas de Barramento

  • Barramento hierárquico

    • Processador e memória se comunicam através de um barramento principal

    • Backplane concentra toda E/S do sistema e é ligado ao barramento principal (só um adaptador é ligado ao barramento principal)

    • Ao backplane estão ligados diferentes barramentos de E/S através de adaptadores


Tipos de barramentos

Tipos de Barramentos

  • Back-side cache

    • Conecta cache diretamente ao processador

    • Funciona na mesma freqüência do processador

    • É uma porta

  • Processador-memória (front-side)

    • Curtos

    • Alta velocidade

    • Projetados de acordo com sistema de memória da placa

    • Protocolo proprietários do fabricante

  • Backplane

    • Base para ligação de outros barramentos (espinha dorsal – backbone em redes)

    • Projetados para possibilitar a ligação de vários grupos de dispositivos de E/S através de um único adaptador ao barramento PM (Processador-Memória)

      • Maximiza velocidade do barramento PM

  • Entrada / Saída

    • Conecta dispositivos de E/S

    • Longos

    • Taxas de transmissão variadas

    • Padrão seguido por fabricantes. Exemplo: SCSI, NuBus

    • Normalmente não conectam diretamente periféricos ao sistema de memória


Estudos de casos texas instruments pc architecture

Estudos de Casos - Texas Instruments PC Architecture


Estudos de casos power macintosh g3

Estudos de Casos - Power Macintosh G3


Estudos de casos apple imac

Estudos de Casos - Apple iMac

Matriz de Chaveamento ao invés de barramento


Estudos de casos pentium 4

Estudos de Casos - Pentium 4

Matriz de Chaveamento ao invés de barramento


Compartilhamento do barramento

Compartilhamento do Barramento

  • Processador mestre

    • Um PE (Elemento de processamento) é eleito mestre que controla acesso ao barramento

    • PE mestre utiliza um algoritmo de escalonamento para determinar o próximo candidato ao uso do barramento. E.g. uma fila sem prioridade

    • O escalonamento determina a prioridade de acesso ao barramento

    • PE mestre realiza pollings, conforme algoritmo de escalonamento, para ver se o PE escalonado deseja usar o barramento

    • Exemplo: processador é o PE mestre, controlando todos os acessos ao barramento, porém perde muito tempo de CPU. Além de fazer diversos pollings infrutíferos


Compartilhamento do barramento1

Compartilhamento do Barramento

  • Arbitragem

    • Um árbitro decido qual PE terá o controle do barramento

    • Cada PE tem sua própria linha de requisição (Req_i), normalmente gerando uma interrupção para o árbitro

    • PE permanece aguardando o sinal de confirmação do árbitro (Ack_i) para então controlar o barramento

    • A arbitragem deve balancear os seguintes critérios

      • PEs com maior prioridade devem ser atendidos primeiro

      • PEs de menor prioridade não podem ter atendimento postergado indefinidamente

    • Gargalo

      • Muitos fios de controle


Compartilhamento do barramento2

Compartilhamento do Barramento

  • Daisy chain

    • PEs são encadeados fisicamente

    • Prioridade implícita pela ordem das conexões entre PEs

      • PE mais próximo a CPU tem maior prioridade

    • PEs tem sinais de pedido de uso do barramento (PI) e aviso de que ele pode usar o barramento (PO)

    • Se um PE deseja usar o barramento, ativa sinal PI e espera pela confirmação em PO

    • PEs que receberem PI ativo, propagam o mesmo na sua porta de saída PI

    • Se um PE tiver em sua entrada o sinal PI ativo, mas deseja usar o barramento, apenas propaga o PI, mas não propaga o recebimento do PO

    • Caso típico dos barramentos SCSI e FireWire


Compartilhamento do barramento3

Compartilhamento do Barramento

Colisão (CSMA/CD)

  • PEs escutam o barramento para ver se não tem mensagem trafegando

  • Caso o barramento esteja livre, podem enviar mensagem, passando a ser temporariamente o dono do barramento

  • Caso dois ou mais PE lançaram mensagens praticamente ao mesmo tempo, gera colisão e PEs envolvidos retentam um tempo pseudo-aleatório depois

  • Necessita de um hardware especial que interfacia com o barramento e detecta se ocorreu ou não colisão

  • Não necessita de fios extras de controle


Compartilhamento do barramento4

Compartilhamento do Barramento

  • Token

    • O acesso ao barramento é determinado com auxílio de uma mensagem especial chamada de token

    • O PE que está com o token controla o barramento. Os demais aguardam o recebimento do mesmo

    • Quando dispositivo inicia sua operação na rede, este recebe uma identificação e sabe para quem deve transmitir o token após recebê-lo

    • O token é transmitido de dispositivo para dispositivo, normalmente em uma ordem tipo fila, ou com uma prioridade pré-determinada (número de vezes que recebe o token pode ser diferenciada)

    • Rede deve ter mecanismos para recuperar o token em caso de falha


Compara o entre m todos de compartilhamento de barramento

Comparação Entre Métodos de Compartilhamento de Barramento


Compromissos entre vaz o e custos

Compromissos Entre Vazão e Custos


Alguns padr es de barramentos

Alguns Padrões de Barramentos


Exerc cios

Exercícios

  • Qual a função básica dos barramentos?

  • Qual a vantagem de normatizar barramentos? Existe alguma desvantagem?

  • Para que tipo de aplicação barramento é mais adequado? Por quê?

  • Cite três elementos que afetam o desempenho de um barramento

  • Quais os principais métodos para compartilhar barramentos?

    • Como funciona cada método?

    • Compara cada método de compartilhamento falando em vantagens e desvantagens

  • O que são barramentos segmentados? Como comparar com barramentos monolíticos?

  • Quais são os tipos básicos de barramentos? Diga características de cada tipo

  • Para haver alto desempenho em um barramento, quais as características que dever ter:

    • Grande largura do barramento (muitos dados transmitidos em paralelo)

    • Grande comprimento do barramento com muitos periféricos conectados

    • Comunicação com blocos que suportem muitos dados

    • Vários árbitros de barramento

    • Alta freqüência de operação


Exerc cios1

Exercícios

  • (POSCOMP 2012, Questão 48) Com relação a barramento, atribua V (verdadeiro) ou F (falso) às afirmativas a seguir:

    ( ) Um barramento possui linhas de controle, de dados e de endereço

    ( ) Um barramento síncrono permite a melhor utilização de dispositivos com diferentes taxas de transferência

    ( ) A arbitração de um barramento pode ser centralizada ou distribuída

    ( ) A largura do barramento de endereço determina a quantidade de bits que podem ser transferidos de cada vez

    ( ) Um barramento multiplexado permite uma menor disputa de acesso por parte dos dispositivos do sistema

    Assinale a alternativa que contém, de cima para baixo, a sequência correta

    a) V, F, V, F, F

    b) V, F, F, V, V

    c) F, V, V, V, F

    d) F, V, F, V, V

    e) F, F, V, F, V


Resposta de exerc cios

Resposta de Exercícios

  • (POSCOMP 2012, Questão 48) Com relação a barramento, atribua V (verdadeiro) ou F (falso) às afirmativas a seguir:

    ( ) Um barramento possui linhas de controle, de dados e de endereço

    ( ) Um barramento síncrono permite a melhor utilização de dispositivos com diferentes taxas de transferência

    ( ) A arbitração de um barramento pode ser centralizada ou distribuída

    ( ) A largura do barramento de endereço determina a quantidade de bits que podem ser transferidos de cada vez

    ( ) Um barramento multiplexado permite uma menor disputa de acesso por parte dos dispositivos do sistema

    Assinale a alternativa que contém, de cima para baixo, a sequência correta

    a) V, F, V, F, F

    b) V, F, F, V, V

    c) F, V, V, V, F

    d) F, V, F, V, V

    e) F, F, V, F, V

Não concordo com a resposta. Quem elaborou a questão pensou em barramento como um sistema com endereçamento, dados e controle 


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