システム LSI 工学 第 12 回 PC, WDM/BIOS, PCI バス， TCP/IP, UDP

1. システムLSI工学第12回PC,WDM/BIOS,PCI バス，TCP/IP,　UDP 関根　優年

2. Personal Computerへの変遷 大型計算機→小型計算機(VAX11)→Engineering Working Machine（EWS)→PC（MAC，IBM)→Laptop EWS（TOSHIBA)→PC（NEC9801)

3. IBM ComputerSystem360 Wikipediaから引用

4. 360/65の操作パネル　　　　　　　　　 VAX-11/730@1982 DIGITAL Computing Timelineから引用 Wikipediaから引用

5. EWS,WS EWS全盛期を代表するモデルのひとつ、SunのSPARCstation シリコングラフィックス(SGI) の ワークステーション、Octane Wikipediaから引用 Wikipediaから引用

6. Personal Computer IBM PC5150Macintosh 128k transparency

7. Personal Computer Osborne 1, 1981, $1795 PC9801, 1982, ２９８，０００円（本体のみ）　 14インチ（別売　215,000円） ８インチ（388,000円）及び5インチ接続可（ｵﾌﾟｼｮﾝ）

8. Labtop/tablet/携帯電話

9. 現在の電子機器の構成 • PCから必要な部分を抜き出して使用 • プロセッサ＋メモリ＋周辺機器 • PC関連部品は安価に入手が可能であるため • WEB/LAN/無線（Bluetooth)との接続を用意 • USBによる外部機器との接続 • WINDOWS/MAC/LINUX • どれかのOSの一部を使用 • ASICとFPGAが混在

10. 今後の電子機器は　??? • Tablet型端末＋クラウド • デスクトップ→NoteBook→NETBook • Net上のコンテンツを見るだけの機器 • PCの機能が不要なユーザーが多い • 高性能＋高機能 • 自動車 • 安全運転、ネットからの情報 • ロボット • 介護、監視など • パーソナル・スパコン

11. 計算機の構成 Central Processing Unit（CPU)+Main Memory（MM)+記憶装置＋入力装置（Key Board)＋出力装置(Console)＋周辺装置 • CPU：8086→80286/386/486→Pentium→Now

12. Personal Computer：OS,etc. • OS：Apple(M68000)→MAC,　UNIXのPC版，VAX11系統，リニア・アドレッシング, X window機能を当初から実現 • IBM-AT系統：CPM→ DOS(CPM類似) Disk Operating System　WINDOWS(2.0/3.0 文字を使ったWindowを実現)→ Windows95/98/NT→win2000/XP→VISTA/7　仮想化に苦労

13. Personal Computer • リソースの全てをアドレスでアクセス • 大型機の仮想記憶機能を初期に導入 • メモリ空間を分割し小領域に分ける • カーネル領域とユーザー領域に分ける • IO空間（初期は周辺装置に割り当て）→メモリ空間と一体化

14. 仮想メモリ空間でのメモリ構成

15. MS-DOSでのIOアクセス

16. MSDOS.SYS/IO.SYS/BIOS • Basic IO System(BIOS)　DOS/vで整備 • CPUのINT命令で実現 • AHに命令コード，ALに　データを設定して　INT　割り込みコード　で実行する． • 例：文字゛!゛をスクリーンに表示 mov ah, 0x0a mov al, '!' int 0x10

17. 割り込みテーブル • Interrupt table • INT(0x10); ビデオ関係 • INT(0x11); 周辺機器リストの取得 † • INT(0x12); 使用可能メモリのサイズ取得 † • INT(0x13); ディスク関係 • INT(0x14); シリアルポート • INT(0x15); その他のサービス • INT(0x16); キーボード関係 † • NT(0x17); パラレルポート † • INT(0x18); ROM-BASICを起動 † • INT(0x19); 再起動 • INT(0x1a); 時間関係 †

18. PC-BUS • CPUから周辺装置を • 周辺装置を統一して利用したい • 接続の仕方も同一にしたい 　　=>　　一つの場所に取り付ける • BUSをアクセスする，周辺装置もBUSをアクセスする • バスに繋がった全ての装置がBUSの状態を監視する．　共通バス • 接続装置が増加→バスを階層化する→BUS Bridge

19. PC-BUS • Industry Standard Architecture(ISA) • Extended ISA（EISA) • CPUのローカルバスを引き出したもの(16bit 10MHz程度)，　バス・ブリッジに移行して標準化 • Micro Channel Architecture(MCA) • Peripheral Component Interface(PCI) • 32ビット，33MHz • 1993　PCI2.0　2000 PCI 2.3 • CARD BUS　は　PCI　をカード用に流用 • 2002 PCI Express 1.0（parallel　→　Serial)

20. 一世代前のボード構成

21. 最近のボード構成

22. ファイル・システム/デバイス・ドライバー • UNIX/ファイル・システム→周辺装置に対しても流用 • 周辺装置の入出力もファイルへのRead/Writeと同じ様にする • Open/Close→周辺装置のAttach/Detach • デバイス・ドライバー • IOCONTROL（）で統一：　READ，WRITE • カーネル領域のバッファーから周辺デバイス間でデータを送受信 • 送信アドレス//RW//バッファ・アドレス/データ・サイズ • Window Device Model(WDM)

23. ハードへのアクセスを一元管理 ret = DeviceIoControl( handle, HM_IOCTL_GET_ATTR, param, sizeof( HM_ATTR ), attr, aSize, &rSize, NULL );

24. WINDOWS－NTでのIOアクセス

25. PCIバス • Initiator側の動作 • FRAME:バス占有を通知 • 他のデバイスはTargetとしてバスを読む　 • AD：アドレスとデータとを共有 • アドレスをFRAMEに同期して送出 • C/BE:命令をFRAMEに同期して送出、その後データ-のバイト・イネーブルとして使用 • IRDY：　セットしてデータを送出 • Target側の応答信号 • Devsel:自分のアドレスの時、通知 • TRDY：TargetがInitiatorからの要求完了を通知

26. PCIバス　プロトコル a：　configuration read　

27. PCI バースト・アクセス • 連続したアドレスへのデータ転送 • TRDYが下がったまま

28. アプリソフトから　PCIデバイスへのアクセス

29. 仮想メモリ空間でのシステム・アプリの使用領域仮想メモリ空間でのシステム・アプリの使用領域

30. Application　Program Interface (API) • アプリソフトからハードを隠蔽 • 単にアドレスを指定してアクセスしたい • 全てのアドレスをOSが管理 • OSとの手続きを簡素化 • Win32　ライブライを仕様 • メッセージでOSとやり取りをする • 回路が仮想化した場合 • 仮想回路をアクセス、APIと矛盾する

31. Local Area Network(LAN) • アドレスが一意に定まれば，通信可 • MAC（カード）アドレス：48bit，octet表現 • 05-B4-54-60-54-34, 15:C5:65:71:65:45 等と書く • 最初の24bit：ベンダーID　 ← OUI(Organizationally Unique Identifier)) • 次の8ビット：機種ID • 最後の16ビット：シリアルID • 一つのOUI，残り24ビットで1677万個の製品IDが可能

32. ネットワーク用語 • パケット： • 送信先のアドレスなど制御情報＋データの小さなまとまり • パケット通信：データをパケットに分割して送受信する通信方式 • MACアドレス： • & ネット上で，各ノードを識別するネット機器固有の物理アドレス • MACとはMulti Access Controlの略． • IPアドレス ： • IPネットに接続されたコンピュータ/通信機器1台1台に割り振られた識別番号変更可能 • ポート番号： • インターネット上の通信において，複数の相手と同時に接続を行なうためにIPアドレスの下に設けられたサブアドレス 0-65535まで利用できる．単にポートと略されることもある.

33. TCP/IPの基本知識その１ • 送信側：各層でヘッダーを付けていく。データをパケット化。 • ヘッダーに記録されている情報：アプリ（ポート）番号、IP、MAC。 • 受信側：各層でヘッダーを外す。

34. OSI参照モデル • Open　System　Interconnection:

35. OSI参照モデル • アプリケーション層 • データ通信を利用した様々なサービスを提供． • プレゼンテーション層 • セッション層からのデータを変換，上位層から送られてくるデータを通信に適した形式に変換等を行う． • セッション層 • 通信プログラム同士がデータ送受信を行なうための仮想的な経路（コネクション）の確立や解放を行う． • トランスポート層 • 相手まで確実に効率よくデータを届けるためのデータ圧縮や誤り訂正，再送制御などを行う．

36. OSI参照モデル • ネットワーク層 • 相手までデータを届けるための通信経路の選択や，通信経路内のアドレス（住所）の管理を行う． • データリンク層 • 通信相手との物理的な通信路を確保し，通信路を流れるデータのエラー検出などを行う． • 物理層 • データを通信回線に送出するための電気的な変換や機械的な作業を受け持つ．ピンの形状やケーブルの特性なども物理層で定められる

37. TCP/IP • IPアドレス • 32ビット，　(例） 192.168.0.1 • Domain Name　System（DNS) • 人が読める文字列とIPアドレスとを対応 • TCP • プロトコル・スタック • Transmission Control Protocol（TCP)　Internet Protocol(IP)

38. 3 4 1 2 TCP/IPの基本知識その2 • 転送層のTCPプロトコルの特徴： • 受信側の確認応答 • 窓の仕組み 送信中 次の送信 窓外 送信済み 確認を待つ • 再整理

39. TCP

40. イーサネット • OSI参照モデルでは物理層とデータリンク層が対象 • IMACアドレスは世界中で一意に決る

41. IPヘッダ

42. プロトコル・スタックとカプセル化 IPデータグラム TCPセグメント

43. TCPヘッダ

44. ソケット？ • アプリプログラムからアクセス • TCPソケット　>TCPポート　>TCP>IP • TCP：1～65535　、　UDP：1～65535 • OSレベルでIOCONTROLに置き換え • Network　機器へアクセスする int socket(int protocolFamily, int type, int protokol) client： connect, send, recv server: bind, listen, accept

45. ハード実現:概略図

46. SRAMのタイプ

47. SRAMの基本動作

48. SRAMへのアクセス • SRAMのアクセスはとても容易

49. SRAM module SRAM(input clk, reset, we, input [7:0] data, 　　　　　　　　　　　　　 input [3:0]addr, output [7:0] out); reg [7:0] mem[0:16]; reg [7:0] oR=0; assign out = oR; always @(posedge clk)begin 　　　if(we)begin mem[addr] <= data; 　　　 end else begin oR <= mem[addr]; 　　　end end endmodule

50. DRAMの構造 • 絶縁分離したポリシリコン中に電荷を保存