Κατασκευή: Βουρόπουλος Ηλίας, Γιολδάσης Νεκτάριος, Σαράφης Ιωάννης

 

Εισαγωγή
Ιεραρχία διαύλων

Εισαγωγή

Κατά την εκτέλεση των προγραμμάτων πρέπει να γινεί μεταφορά δεδομένων από και προς τη μνήμη. Αυτό γίνεται μέσω των αποκαλούμενων διαύλων ή αρτηριών (Busses). Γενικότερα, η επικοινωνία όλων των συσκευών του υπολογιστή γίνεται μέσω διαύλων. Ένας δίαυλος είναι στην πραγματικότητα ένα κανάλι επικοινωνίας, πάνω στο οποίο ρέει η πληροφορία μεταξύ δύο ή περισσοτέρων συσκευών. Πάνω σε ένα δίαυλο υπάρχουν σημεία πρόσβασης, ή χώροι στους οποίους μπορούν να συνδεδούν οι διάφορες συσκευές και να γίνουν μέλη του διαύλου, τα οποία μέλη μπορούν να στείλουν και να λάβουν πληροφορίες. Υπάρχουν τρεις τύποι διαύλων, δίαυλος διευθύνσεων, δεδομένων και ελέγχου. Οι δίαυλοι αυτοί απαρτίζονται από διάφορες γραμμές, σε κάθε μία από τις οποίες μπορεί να περάσει ένα ηλεκτρικό σήμα, που πάντα αντιστοιχεί σε ένα δυαδικό σύμβολο "0" ή "1". Όταν η μονάδα ελέγχου θέλει να ανακαλέσει ένα δεδομένο που βρίσκεται στη μνήμη, στέλνει τη διεύθυσνη αυτής της θέσης μνήμης στο δίαυλο διευθύνσεων (address bus). Ένα άμεσο αποτέλεσμα αυτού είναι ότι το μέγεθος του διαύλου διευθύνσεων καθορίζει και το μέγιστο πλήθος των θέσεων μνήμης που ο επεξεργαστής μπορεί να προσπελάσει άμεσα. Το μέγεθος αυτό είναι 2n, όπου n είναι το πλήθος των γραμμών του διαύλου διευθύνσεων. Έτσι για παράδειγμα, ένας επεξεργαστής με δίαυλο διευθύνσεων 16 γραμμών μπορεί να προσπελάσει άμεσα 216 = 64 KB μνήμης. Αν τώρα καθοριστεί η επιθυμητή διεύθυνση, το περιεχόμενο της θέσης αυτής μπορεί να μεταφερθεί προς ή από τον επεξεργαστή, μέσω του διαύλου δεδομένων (data bus). Το πλήθος των γραμμών του διαύλου δεδομένων, καθορίζει και την ποσότητα (πλήθος) των στοιχείων που διακινούνται από και προς τη μνήμη με μια ενέργεια μεταφοράς (ανάγνωσης / εγγραφής). Έτσι, ένας δίαυλος δεδομένων 8 γραμμών, μεταφέρει κάθε φορά δεδομένα μεγέθους ενός byte. Τέλος, ο δίαυλος ελέγχου (control bus) απαρτίζεται από γραμμές, μέσα από τις οποίες στέλνονται από τη μονάδα ελέγχου διάφορα σήματα για τη διαχείριση των διευθύνσεων, τη μεταφορά των δεδομένων κ.α. Για παράδειγμα το σήμα ανάγνωσης ή εγγραφής στη μνήμη διέρχεται από το δίαυλο αυτό.

 

Διαδικασία ανάκλησης δεδομένων από τη μνήμη

 

Υπάρχουν πολλοί διαφορετικοί τύποι διαύλων, οι οποίοι χρησιμοποιούνται σήμερα και φυσικά θα τους δούμε αναλυτικά. Σε επίπεδο επεξεργαστή όμως, οι πιο σημαντικοί δίαυλοι είναι δύο: ο δίαυλος επεξεργαστή (Processor bus) και ο δίαυλος μνήμης (memory bus) τους οποίους και θα εξετάσουμε πρώτα απ' όλους.

Στην κορυφή της σελίδας


Ιεραρχία διαύλων

Ένας υπολογιστής έχει, κατά κάποιο τρόπο, μία ιεραρχία διαφορετικών διαύλων. Η ιεραρχία αυτή προκύπτει από το γεγονός, ότι κάθε ένας από αυτούς τους διαύλους είναι λίγο πιο "μακριά" από τον επεξεργαστή, σε σχέση με εκείνον που είναι στο προηγούμενο επίπεδο της ιεραρχίας. Κάθε ένας συνδέεται με το πάνω από αυτόν επίπεδο, ενώνοντας τα διάφορα μέρη του υπολογιστή και επίσης κάθε δίαυλος είναι γενικά πιο αργός από αυτόν του προηγούμενου επιπέδου. Η ιεραρχία αυτή αποτελείται από τους ακόλουθους διαύλους:

  • Δίαυλος επεξεργαστή (Processor Bus): Το υψηλότερο επίπεδο διαύλου, τον οποίο χρησιμοποιεί το chipset για να διακινεί πληροφορία από και προς τον επεξεργαστή.

 

Δίαυλος επεξεργαστή

 

  • Δίαυλος κρυφής μνήμης (Cache Bus): Χρησιμοποιείται σε αρχιτεκτονικές υψηλού επιπέδου, όπως αυτή των Pentium Pro και Pentium II και είναι ειδικός δίαυλος, ο οποίος συνδέει τον επεξεργαστή με την κρυφή μνήμη. Κοινοί όμως επεξεργαστές, που χρησιμοποιούν 5ης γενιάς motherboards και chipsets, έχουν την κρυφή μνήμη συνδεδεμένη πάνω στο δίαυλο μνήμης.

 

Διασύνδεση κρυφής μνήμης
σε συστήματα νέας αρχιτεκτονικής

 

Διασύνδεση κρυφής μνήμης
σε παλιότερης αρχιτεκτονικής συστήματα

 

  • Δίαυλος μνήμης (Memory Bus): Είναι ένας δευτέρου επιπέδου δίαυλος, ο οποίος συνδέει το υποσύστημα της κύριας μνήμης με τον επεξεργαστή και το chipset. Σε πολλά συστήματα, ο δίαυλος μνήμης και ο δίαυλος επεξεργαστή είναι στην ουσία το ίδιο πράγμα.

 

Δίαυλος μνήμης

 

  • Τοπικός δίαυλος εισόδου-εξόδου (Local I/O Bus): Αυτός είναι ένας υψηλής ταχύτητας δίαυλος εισόδου-εξόδου, που χρησιμοποιείται για να συνδέει περιφερειακά, σημαντικά για την απόδοση του συστήματος, με την κύρια μνήμη, τον επεξεργαστή και το chipset. Για παράδειγμα, κάρτες video, σκληροί δίσκοι, αλλά και υψηλής ταχύτητας διασυνδέσεις δικτύων, χρησιμοποιούν τέτοιου είδους διαύλο. Οι δύο πιο κοινοί δίαυλοι εισόδου-εξόδου είναι ο VLB (VESA Local Bus) και ο PCI (Peripheral Component Interconnect Bus).
  • Τυπικός δίαυλος εισόδου-εξόδου (Standard I/O Bus): Ο δίαυλος αυτός είναι συνδεδεμένος στους τρείς παραπάνω διαύλους και χρησιμοποιείται για αργότερα περιφερειακά (ποντίκια, modems, κανονικές κάρτες ήχου κλπ). Επίσης, ο δίαυλος αυτός χρησιμοποιείται και για συμβατότητα με παλιότερες συσκευές. Στα περισσότερα σύγχρονα PCs ο δίαυλος αυτός είναι τύπου ISA.

Οι δύο τελευταίοι δίαυλοι συνδέονται πάνω στο δίαυλο μνήμης μέσω μιας γέφυρας.

 

Δίαυλοι Ε/Ε ( PCI και ISA)

 

Το chipset συστήματος είναι ο μηχανισμός που ελέγχει όλη τη διαδικασία της επικοινωνίας και εξασφαλίζει ότι κάθε συσκευή του συστήματος επικοινωνεί σωστά με τις υπόλοιπες. Μερικά σύγχρονα PCs χρησιμοποιούν ένα επιπρόσθετο δίαυλο, ο οποίος είναι ειδικά σχεδιασμένος για επικοινωνίες γραφικών (Graphics). Πρέπει όμως να πούμε, ότι αυτό δεν είναι ένας πραγματικός δίαυλος αλλά μία θύρα επικοινωνίας, όπως λέει και το όνομά του: AGP (Accelerated raphics Port). Η διαφορά μεταξύ ενός διαύλου και μίας θύρας, είναι ότι ένας δίαυλος είναι γενικά σχεδιασμένος για πολλές συσκευές, οι οποίες θα τον διαμοιράζονται, ενώ μία θύρα είναι σχεδιασμένη μόνο για δύο συσκευές.

Στην κορυφή της σελίδας


Εργαστήριο παράλληλης και κατανεμημένης επεξεργασίας Κατασκευή: Βουρόπουλος Ηλίας, Γιολδάσης Νεκτάριος, Σαράφης Ιωάννης