Arquitectura de
Computadoras
Clase 8
Jerarquía de Buses
• Como hemos visto existen muchos buses para manejar diferentes
aspectos del computador.
• Por ejemplo tenemos líneas de muy alta velocidad para comunicar
diferentes tipos de memoria, por ejemplo caché y memoria RAM.
• Dado que existen muchos buses es importante poder establecer
algún orden para los mismos, a esto llamaremos jerarquía de Buses.
• Clasificaremos a los buses de dos maneras: por velocidad y por
ubicación.
Jerarquía de Buses
Fuente: Computer Organization and Architecture, William Stallings
Jerarquía de Buses
• Si empezamos a conectar muchos dispositivos en este arreglo, el
desempeño del sistema sufrirá debido a las siguientes razones:
• Mientras más componentes se coloquen las longitudes de los buses serán
mayores y por lo tanto los retardos de propagación.
• El Bus puede convertirse en el principal cuello de botella conforme la data
que se va agregando se acerca a la capacidad del bus.
Jerarquía de Buses
Fuente: Computer Organization and Architecture, William Stallings
Jerarquía de Buses
• Este esquema ayuda a mitigar bastante los problemas que surgen
respecto a la cantidad de dispositivos, veremos que aún pueden
existir ciertos problemas a este esquema.
• Cuando requerimos de mayor desempeño de los dispositivos de I/O,
empezamos a ver que tendremos que definir diferentes buses que
acomoden a estos dispositivos.
Jerarquía de Buses
Fuente: Computer Organization and Architecture, William Stallings
Northbridge
• Dado que tenemos una organización ya especificada en términos de
velocidad podemos hacer lo mismo en términos de ubicación,
utilizando componentes especializados que manejen los buses de
acuerdo a que tan cerca estén del procesador.
• El Northbridge es un componente de ese estilo, es un chip conectado
directamente al procesador y que se encarga de manejar los buses de
memoria e interactuar con el resto de buses (y por ende
componentes) a través de otro componente denominado
Southbridge.
• El Northbridge constituye el elemento fundamental de cualquier
Chipset.
Northbridge
Fuente:http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/b/bd/Motherboard_diagram.svg
Southbridge
• El Southbridge por su parte se encarga de manejar todos los bus de
dispositivos I/O.
• El Southbridge se conecta con el Northbridge para enviar información
de los periféricos I/O al procesador y viceversa.
• El Southbridge, junto con el Northbridge, conforma el núcleo de
cualquier Chipset.
Southbridge
Southbridge
Fuente: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/5/51/Chipset_schematic.svg
Elementos de diseño de un bus
Fuente: Computer Organization and Architecture, William Stallings
Tipos de buses
• Los buses pueden ser dedicados o multiplexados, una línea dedicada de
bus está permanente asignada ya sea a una función o un subgrupo físico de
componentes del computador.
• Un ejemplo de líneas dedicadas por su función sería el uso de líneas
separadas para direcciones y datos, algo común en varios buses, por
ejemplo en SPI.
• Este tipo de separación de funciones no es necesario, ya que podemos
utilizar las mismas líneas para transmitir datos y direcciones, a esto
llamamos multiplexación de bus.
• Cuando nos referimos a dedicación física, estamos hablando de buses que
están conectados solo a un grupo de periféricos, por ejemplo el bus I/O.
Métodos de control (Arbitraje del bus)
• Dado que en la mayoría de buses es posible que muchos dispositivos
requieran del uso del bus para sus operaciones es necesario poder
determinar qué dispositivo tendrá control del bus en qué momento.
• Una forma de arbitrar el bus es mediante un esquema centralizado, en este
caso un único dispositivo es el encargado de asignar el tiempo de uso del
bus.
• Por otro lado en un esquema distribuido, cada dispositivo tiene acceso a
las líneas de control dado que no hay un control central y todos los
dispositivos colaboran para compartir el bus.
• En ambos casos, en todo momento existe un dispositivo asignado como
maestro y otro como esclavo para poder realizar una transacción en el bus.
Métodos de control (Arbitraje del bus)
Fuente: http://www.esacademy.com/en/library/technical-articles-and-documents/miscellaneous/i2c-bus/generalintroduction/bus-arbitration.html
Temporización
• Este es el modo en el que se coordinarán los eventos en el bus,
veremos la existencia de buses síncronos y buses asíncronos.
Temporización
Fuente: Computer Organization and Architecture, William Stallings
Temporización
Fuente: Computer Organization and Architecture, William Stallings
Temporización
Fuente: Computer Organization and Architecture, William Stallings
Ancho de bus
• Como es de esperarse el ancho de bus juega un papel importante
dado que mientras más grande el bus (más líneas para direccionar),
mejor será el desempeño pues se podrán enviar más bits por vez y se
podrá tener un mayor rango de direccionamiento.
• Al mismo tiempo, mientras mayor el ancho de bus, mayor el costo y
complejidad de acomodar este tipo de bus en tarjetas de circuito
impreso.
Tipos de transferencia de datos
Fuente: Computer Organization and Architecture, William Stallings
Tipos de transferencia de datos
Fuente: Computer Organization and Architecture, William Stallings
Tipos de transferencia de datos
Fuente: Computer Organization and Architecture, William Stallings
Tipos de transferencia de datos
Fuente: Computer Organization and Architecture, William Stallings