Реферат на тему:
Мікросхеми процесорів і шини.
План.
1. Вступ.
2. Мікросхеми процесорів.
3. Шини.
Вступ
Нам уже відома деяка інформація микросхеми пам’яті, то ми можемо скласти
всі складові частини разом і вивчати цілі системи. Оскільки центральні
процесори тісно пов’язані із шинами, які вони використовують, ми також
коротко викладемо основні принципи розробки шин.
Мікросхеми процесорів
Всі сучасні процесори містяться на одній мікросхемі. Це робить повністю
зваженою їх взаємодію з іншими частинами системи. Кожна мікросхема
процесора містить набір виходів, через які відбувається обмін
інформацією із зовнішнми пристоями. Одні виходи передають сигнали від
центрального процесора, інші приймають сигнали від інших компонентів.
Вивчивши функції всіх виводів, ми зможемо довідатися, як процесор
взаємодіє з пам’яттю й пристроями виводу на цифровому логічноу рівні.
Виводи мікросхеми центрального процесора можна розділити на три типи:
адресні, інформаційні й керуючі. Ці виводи пов’язані із відповідними
виводами на мікросхемах пам’яті й мікросхемах пристроїв ввводу виводу
через набір паралельних проводів (так звану шину). Щоб викликати
команду, центральний процесор спочатку посилає в память адресу цієї
команди по адресних виводах. Потім він запускає одну або кілька ліній
управління, щоб повідомити пам’яті, що йому потрібно, наприклад,
прочитати слово. Пам’ять видає відповідь, поміщаючи необхідне слово на
інформаційні виводи процесора й посилає сигнал про те, що це зроблено.
Коли центральний процесор одержує даний сигнал, він приймає слово й
виконує викликану команду.
Команда може вимагати читання або запису слів, що містять дані. У цьому
випадку весь процес повторюється для кожного додаткового слова. Як
проходить процес зчитування та запису, розглянемо пізніше.
Важливо розуміти, що центральний процесор обмінюється інформацією з
пам’яттю й пристроями вводу-виводу, подаючи сигнали на виводу й
приймаючи сигнали на входи. Другого способу обміну інформацією не існує.
Число адресних виводів і число інформаційних вививодів – два ключових
параметри, які визначають продуктивність процесора. Мікросхема, що
містить m адресних висновків, може звертатися до 2т коміркам пам’яті.
Звично m дорівнює 16, 20, 32 або 64. Мікросхема, що містить n
інформаційних виводів, може зчитувати або записувати n-бітне слово за
одну операцію. Звичайно n дорівнює 8,16,32,36 або 64. Центральному
процесору з 8 інформаційними вивовдами знадобиться 4 операції, щоб
зчитати 32-бітне слово, тоді як процессор, що має 32 інформаційних
виводів, може зробити ту ж роботу в одну операцію. Отже, мікросхема з 32
інформаційними виводами працює набагато швидше, але й коштує набагато
дорожче.
Крім адресних і інформаційних виводів кожний процесор містить виводи
керування. Виводи керування регулюють і синхронізують потік даних до
процесора й від нього, а також виконують інші різноманітні функції.
Всі процесори містять виводи для живлення (звичайно +3,3 В або +5В),
та синхронізуючого сигналу. Виводи управління можна розділити на кілька
основних категорій:
1. Управління шиною.
2. Переривання.
3. Арбітраж шини.
4. Стан.
5. Різне.
Ми опишемо кожну із цих категорій прирозгляді мікросхеми поцесора
Pentіum ІІ. Схема типового центрального процесора, у якому
використуються ці типи сигналів, зображена на рис.1.
Рис. 1. Цоколівка типового центрального процесора. Стрілочки вказують
вхідні
й вихідні сигнали. Короткі діагональні лінії вказують на наявність
декількох
виводів. Для конкретних процесорів з дане число цих виводів
Виводи управління шиною здебільшого являють собою виводи із центрального
процесора в шину ( отже, входи в мікросхеми пам’яті та мікросхеми
пристроїв вводу-виводу). Вони повідомляють, що процесор хоче считати
інформацію з пам’яті, або записати інформацію в пямять.
Виводи переривання – це входи із пристроїв виводу в процесор. У
більшості систем процессор може дати сигнал пристрою вводу-виводу почати
операцію, а потім розпочати іншу дію, поки пристрій вводу-виводу виконує
свою роботу. Коли пристрій вводу-виводу закінчує свою роботу, контролер
вводу-виводу посилає сигнал на один з виводів переривання, щоб перервати
роботу процесора й змусити його обслуговувати пристрій вводу-виводу
(наприклад, перевіряти помилки вводу-вививоду). Деякі процесори містять
вихідний вивід, щоб підтверджувати одержання сигналу переривання.
Виводи дозволу конфліктів у шині потрібні для того, щоб регулювати
потік інформації в шині, тобто не допускати таких ситуацій, коли два
пристрої намагаються скористатися шиною одночасно. З метою вирішння
конфліктів центральний процесор вважається пристроєм.
Деякі центральні процесори можуть працювати з різними сопроцессорами
(наприклад, із графічними процесорами, процесорами із плаваючої точкою і
т.п. ). Щоб забезпечити обмін інформації між процесором і сопроцессором,
потрібні спеціальні виводи для передачі сигналів.
Крім цих виводів у деяких процесорів є різні доповнюючі виводи. Одні з
них видають або приймають інформацію про стан, інші потрібні для
перезавантаження комп’ютера, а треті – для забезпечення сумісності зі
старими мікросхемами пристроїв вводу-виводу.
Шини
Шина – це група провідників, що з’єднують різні пристрої. Шини можна
розділити на групи відповідно до виконуваних функцій. Вони можуть бути
внутрішніми стосовно процесора й служити для передачі даний в АЛП та з
АЛП, а можуть бути зовнішніми стосовно процесора та звязвати процесор з
пам’яттю або пристроями вводу-виводу. Кожний тип шини має певні
властивості, і до кожного з них пред’являються конкретні вимоги.
Вперше персональні комп’ютери мали одну зовнішню шину, що називалась
системною шиною. Вона складалася з декількох мідних проводів (від 50 до
100), які вбудовувалися в материнську плату. На материнській платі
знаходились розєми на однакових відстанях для мікросхем пам’яті та
пристроїв вводу-виводу. Сучасні персональні комп’ютери звичайно містять
спеціальну шину між центральним процесором і пам’яттю та принаймні ще
одну шину для пристроїв вводу-виводу. На рис.2 зображена система з
однією шиною пам’яті та однією шиною виводу.
У літературі шини звичайно зображуються у вигляді жирних стрілок, як
показано на цьому малюнку. Коли всі біти одного типу, наприклад адресні
або інформаційні, рисується звичайна стрілка. Коли включаються адресні
лінії, лінії даних і управління, використається жирна стрілка.
Хоча розроблювачі процесорів можуть використати будь-який тип шини для
микросхеми, повинні бути уведені чіткі правила – як працює шина, і всі
пристрою, пов’язані із шиною, повинні підкорятися цим правилам, щоб
плати, які випускаються третіми особами, підходили до системній шині. Ці
правила називаються протоколом шини. Крім того, повинні існувати деякі
технічні вимоги, щоб плати від третіх виробників мали однакові розєми,
що відповідають материнскій платі механічно та з погляду потужностей,
синхронізації.
Рис.2. Комп’ютерна система з декількома шинами
Існує ряд широко використовуваних у комп’ютерному світі шин. Приведемо
кілька прикладів: ІBM PC (PC/XT), ІSA (PC/AT), EІSA (80386),
MіcroChannel (PC/2), PCІ (різні персональні компьютери), SCSІ (різні
персональні комп’ютери й робочі станції), Nubus (Macіntosh), Unіversal
Serіal Bus (сучасні персональні комп’ютери), Fіre Wіre (побутова
електроніка).
Почнемо з того, як працюють шини. Деякі пристрої, пов’язані із шиною, є
активними й можуть ініціювати передачу інформації з шини, тоді як інші є
пасивними й чекають запитів. Активний пристрій називається пристроєм,
що задає, пасивне – підлеглим пристроєм.
Коли центральний процесор потребує від контролера диска зчитати або
записати блок інформації, центральний процесор діє як задаючий пристрій,
а контролер диска – як підлеглий пристрій. Контролер диску може діяти
як,задаючий пристрій, коли він задає пам’яті прийняти слова, які
зчитуюються з диска. Кілька типових комбінацій задаючих та підлеглих
пристроїв зазначені в таблиці 1. Пам’ять ні за яких умов не може бути
задаючим пристроєм.
Таблиця 1. Приклади задаючих та підлеглих пристроїв.
Двійкові сигнали, які видають пристрої комп’ютера, часто недостатньо
інтенсивні, щоб активізувати шину, особливо якщо вона досить довга і
якщо до неї приєднане багато пристроїв. Із цієї причини більшість
задаючих пристроїв шини звичайно пов’язані з нею через мікросхему, що
називається драйвером шини, по суті являющуюся двійковим підсилювачем.
Подібним чином більшість підлеглих пристроїв пов’язані із шиною
приймачем шини. Для пристроїв, які можуть бути підлеглими та задаючими,
використається приймач-передатчик шини.
Ці мікросхеми взаимодії із шиною часто є пристроями із трьома станами,
що дає їм можливість від’єднуватися, коли вони не потрібні. Іноді вони
підключаються через відкритий колектор, що дає подібний ефект. Коли одне
або кілька пристроїв на відкритому колекторі вимагають доступу до шини в
той самийчас, результатом є булева операція АБО над всіма цими
сигналами. Така угода називається монтажним АБО. У більшості шин одні
лінії являются пристроями із трьома станами, а інші, котрим потрібне
властивість монтажного АБО, – відкритим колектором.
Як і процесор, шина має адресні лінії, інформаційні лінії та лінії
зчитування та управління. Проте між виводми процесора й сигналами шини
може й не бути взаємно однозначної відповідності. Наприклад, деякі
процессори містять три виводи, які видають сигнал зчитування з пам’яті
або запису в память, або зчитування з пристрою вводу-виводу, або запису
в пристрій вво-
та-виводу, або якої-небудь іншої операції.
Звичайна шина може містити одну лінію для читання з пам’яті, другу
лінію для запису в память, третю – для читання з пристрою вводу-виводу,
четверту – для запису на пристрій вводу-виводу і т.д.
Мікросхема-декодер повинна тоді зв’язувати даний процесор з такою шиною,
щоб перетворювати 3-бітний кодований сигнал в окремі сигнали, які можуть
управляти лініями шини.
Принциповими питаннями в розробці шин є ширина шини, синхронізація шини,
арбітраж шини й функціонування шини. Всі ці параметри істотно впливають
на швидкість і пропускну здатність шини.
Нашли опечатку? Выделите и нажмите CTRL+Enter
