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Estructuras de Interconexión

• Todas las unidades deben estar interconectadas.
• Existen distintos tipos de interconexiones para cada tipo de unidad.
• Tipos de unidades: Memoria, Módulo de E/S, Procesador.

Interconexión de la Memoria

• Recibe y envía datos.
• Recibe direcciones (situación).
• Recibe señales de control (leer, escribir, temporizar).

Interconexión del Módulo E/S (1)

• Desde un punto de vista interno, la E/S es funcionalmente similar a la memoria.
• Salida: recibe datos del computador, envía datos al periférico.
• Entrada: recibe datos del periférico, envía datos al computador.

Interconexión del Módulo E/S (2)

• Recibe señales de control del computador.
• Envía las señales de control a los periféricos (ejemplo: disco).
• Recibe direcciones del computador (ejemplo: número del puerto).
• Envía señales de interrupción (de control).

Interconexión del Procesador

• Lee instrucciones y datos.
• Escribe datos (una vez procesados).
• Envía señales de control a otras unidades.
• Recibe (y utiliza) señales de interrupción.

Buses

• Existe una serie de sistemas de interconexión.
• Las estructuras sencillas y múltiples son las más comunes.
• Ejemplo: control/dirección/bus de datos (PC)
• Ejemplo: unibus (DEC-PDP).

¿Qué es un Bus?

• Es un camino de comunicación entre 2 o más dispositivos.
• Normalmente, medio de transmisión.
• Suele constituirse en grupos (caminos de comunicación, o líneas).
• Ejemplo: datos de 8 bits se transmiten mediante 8 líneas del bus.
• Puede que las líneas no sean visibles.

Bus de Datos

• Transmite datos.
• No hay diferencia entre datos e instrucciones a este nivel.
• El ancho del bus es clave para determinar las prestaciones (8, 16, 32, 64 bits).

Bus de Dirección

• Designa la fuente o destino del dato.
• Ejemplo: cuando el procesador desea leer una palabra (datos) de una determinada parte de la memoria.
• La anchura del bus determina la capacidad máxima de memoria en el sistema. (ejemplo: 8080 tiene un bus de 16 bits, lo que supone 64k de espacio para direcciones).

Bus de Control

• Información sobre señales de control y sobre temporización.
• Señal de escritura/lectura de memoria.
• Petición de interrupción.
• Señales de reloj.

Esquema de Interconexión mediante un Bus

• Muestra la conexión entre CPU, Memoria, y E/S a través de líneas de control, dirección y datos.

¿Cómo son los buses?

• Conjunto de conductores eléctricos paralelos.
• Líneas de metal.
• Conectores grabados en la placa madre (ejemplo: PCI).
• Varias tarjetas.

Problemas Encontrados en el Bus

• Si se conectan muchos dispositivos se producen retrasos de propagación.
• El control del bus entre dispositivos puede afectar sensiblemente a las prestaciones.
• Usar varios buses para solucionar los problemas.

Arquitectura de Bus Tradicional

• Muestra la arquitectura tradicional, incluyendo componentes como procesador, cache, memoria principal, bus del sistema, bus de expansión, etc.

Arquitectura de Altas Prestaciones

• Muestra una arquitectura de altas prestaciones, con un bus local, cache, memoria, bus del sistema, interfaces más avanzadas (SCSI, FireWire, Gráficos, Vídeo), otros buses externos (LAN, Serie, Modem), y buses de alta velocidad.

Tipos de Buses

• Dedicados: Uso de líneas separadas para direcciones y datos.
• Multiplexados: Uso de las mismas líneas. Línea de control de dirección válida o de datos válida. (Ventaja: usa menos líneas. Desventaja: circuitería más compleja, posible reducción de prestaciones).

Arbitraje del Bus

• El control del bus puede necesitar más de un módulo (ejemplo: CPU y controlador DMA).
• Sólo una unidad puede transmitir datos a través del bus en un instante dado.
• Métodos de arbitraje se clasifican como centralizados o distribuidos.

Arbitraje Centralizado

• Un único dispositivo (controlador del bus/árbitro) es responsable de asignar tiempos en el bus.

Arbitraje Distribuido

• Cada módulo puede controlar el acceso al bus.
• Cada módulo tiene lógica para controlar el acceso.

Temporización

• Forma de coordinar eventos en el bus.
• Temporización síncrona: La presencia de un evento está determinada por un reloj. El bus incluye una línea de reloj, un único intervalo de cero a uno es un ciclo de bus. Todos los dispositivos pueden leer la línea de reloj. La sincronización suele ser al flanco de subida. La mayoría de los eventos duran un único ciclo de reloj.

Temporización Síncrona (diagrama)

• Muestra un diagrama de ejemplo de temporización síncrona, con etapas como reloj, inicio, lectura, direcciones, líneas de datos y reconocimiento.

Bus PCI

• Interconexión de componentes periféricos.
• Intel cedió sus patentes al dominio público.
• Ancho del bus 32 o 64 bits.
• 50 líneas.

Líneas de Señal PCI (Obligatorias)

• Líneas del sistema (reloj y registro).
• Terminales de direcciones y datos (32 líneas multiplexadas).
• Líneas de interrupciones y válidas.
• Terminales de control de interfaz.
• Terminales de arbitraje (líneas no compartidas).
• Terminales para señales de error.

Líneas de Señal PCI (Opcionales)

• Líneas de interrupción (no compartidas).
• Soporte de cache (extensión a bus de 64 bits, 32 líneas adicionales, líneas multiplexadas, 2 líneas para transferencia de 64 bits).
• Líneas de test (JTAG/Boundary Scan).
• Utilizadas para definición de procedimientos de test.

Órdenes del PCI

• Transacción entre maestro y objetivo.
• El maestro adquiere el control del bus.
• Determina el tipo de transacción (ejemplo: lectura/escritura en E/S).
• Fase de direccionamiento.
• Una o más fases de datos.

Operación de Lectura PCI (diagrama)

• Diagrama que ilustra la operación de lectura en PCI, con las diferentes señales y fases.

Arbitraje del Bus PCI entre dos Maestros (diagrama)

• Diagrama que muestra el arbitraje entre dos maestros en el bus PCI.

Lecturas Recomendadas

• Stallings, Capítulo 3.
• www.pcguide.com/ref/mbsys/buses/
• www.pcguide.com/ (página web completa).