2007 by Pearson Education O nvel lgico digital Captulo 3 2007 by Pearson Education CHIPS PROCESSADORES E BARRAMENTOS Chips Processadores Barramentos de Computadores Largura do barramento Arbitragem do barramento Operaes no barramento 2007 by Pearson Education Chips Processadores Todososprocessadoresmodernosesto encapsulados em um nico chip. Cada chip tem um conjunto de pinos. Alguns pinos disponibilizam: 1. Sinaisquevmdedentrodoprocessadorparao mundo exterior; 2. Outros aceitam sinais do mundo exterior; 3. Fazem ambas as coisas; 2007 by Pearson Education Chips Processadores Ospinosdeumchipprocessadorpodemser divididos em 3 tipos: 1. Endereo; 2. Dados; 3. Controle; 2007 by Pearson Education Chips Processadores Onmerodepinosdeendereoeonmerode pinosdedadossodoisparmetrosimportantes, poisinflunciadiretamentenaperfomancedo processador. Umchipprocessadorcommpinosdeendereo pode enderear at 2m posies de memria. Um chip processar com n bits de dados pode ler ou escreverumapalavradenbitsemumanica operao envolvendo a memria. 2007 by Pearson Education Chips Processadores Processodecomunicaoparabuscaruma instruo: 1. Oprocessadorprimeirocolocaoendereode memria da instruo nos pinos de endereo. 2. Eleativaumaoumaislinhasdecontrolepara,por exemplo,informaramemriaqueeladeveefetuar uma operao de leitura de uma palavra. 2007 by Pearson Education Chips Processadores 3. A memria responde colocando nos pinos de dados do processador o contedo da palavra selecionada. 4. Ativando um sinal para informar que a operao foi realizada com sucesso. 5. Quandoreceberessesinal,oprocessadoraceitaa palavra e comea a executar a instruo. 2007 by Pearson Education Chips Processadores Exemplo: Um processador com 8 pinos de dados vai precisar realizar4operaescomamemriaparaleruma palavrade32bits,enquantoumprocessadorcom 32 pinos de dados pode fazer o mesmo trabalho em uma nica operao. 2007 by Pearson Education Chips Processadores Pinos de controle: regulam o fluxo e a temporizao dos dados que entram e saem do processador. 2007 by Pearson Education Chips Processadores 2007 by Pearson Education Chips Processadores Controle:sogeradospeloprocessadore entreguesaobarramento,eleinformaseo processadordesejalerouescreverdamemriaou se deseja fazer alguma outra coisa. Interrupo:sopinosdeentradadoprocessador, alimentados pelos dispositivos E/S. Arbitragem:sonecessriospararegularotrfego no barramento. 2007 by Pearson Education Chips Processadores Co-processadores:presentesemchipspara processamentogrficoeoutros;facilitaa comunicaodoprocessadorcomoco-processador. Miscelnea:diversosoutrospinos.Ex:assegurara compatibilidade com chips de E/S mais antigos. 2007 by Pearson Education Barramento de Computadores umcaminhoeltricocomumqueligadiversos dispositivos. So agrupados pela sua funo. Elespodemserusadosdentrodoprprio processador para transferir dados de/para a ULA ou fora do processador para conect-lo a memria ou a dispositivos E/S. 2007 by Pearson Education Barramento de Computadores Os computadores pessoais modernos tm em geral um barramento proprietrio ligando o processador memria e (no mnimo) um outro de E/S. 2007 by Pearson Education Barramento de Computadores 2007 by Pearson Education Barramento de Computadores Projetistadeveseguirumconjuntoderegrasbem definidas,queespecifiquembemofuncionamento do barramento, pois diversos dispositos de diversos fabricantespodemserconectaraoprocessador atravs do barramento. Disponibilizarasespecificaeseltricase mecnicas do barramento. 2007 by Pearson Education Barramento de Computadores EssasregrassoconhecidascomoProtocolodo Barramento. 2007 by Pearson Education Barramento de Computadores Dispositivos ativos: Mestres Comandam transferncias sobre o barramento. Dispositivos passivos: Escravos Aguardam solicitaoes de servios. 2007 by Pearson Education Barramento de Computadores 2007 by Pearson Education Largura do Barramento Quanto mais linhas de endereo o barramento tiver, maismemriapoderserdiretamenteendereada pelo processador. Seumbarramentotivernlinhasdeendereo,o processadorpoderus-loparaenderear2n posies diferentes de memria. 2007 by Pearson Education Largura do Barramento Oaumentodonmerodelinhasdeendereo: aumentaonmerodefios,osbarramentosmais largosprecisamqueosfiossejammaisestreitos, ocupam mais espao fsico e conectores maiores. 2007 by Pearson Education Largura do Barramento 2007 by Pearson Education Pesquisa Faaumlevantamentodosprincipaischips processadoresdecomputadorespessoais existentesnomercadoatualmente.Descrevaas suas principais caractersticas. 2007 by Pearson Education Temporizao do Barramento Refere-seacoordenaodeeventosno barramento. Barramento sncrono: Eventos so determinados pelo relgio (clock). Barramentodecontroleincluilinhadeclockpara todos os dispositivos. Empregadotipicamentoembarramentosde memria. 2007 by Pearson Education Temporizao do Barramento Barramento sncrono: Vantagens:poucalgicaparatransao,rapideze baixo custo. Desvantagens:operanamesmavelociadadee possui comprimento limitado. 2007 by Pearson Education Temporizao do Barramento 2007 by Pearson Education Temporizao do Barramento Barramento assncrono: Ciclosdebarramentocomduraovarivel(sem clock). Controleporsinaisespecficos:MSYN(Master SYNchronisation) e SSYN (Slave SYNchronisation). Oseventossoindependentesdotempo.Cada evento causado por um evento anterior e no por um pulso de relgio. 2007 by Pearson Education Temporizao do Barramento Usado tipicamente em barramentos de E/S. Vantagens:maisadaptvelesuportabarramentos mais compridos. Desvantagem: necessita de lgica dedicada. 2007 by Pearson Education Temporizao do Barramento 2007 by Pearson Education Arbitragem do Barramento Oqueacontecequandodoisoumaisdispositivos querem se tornar mestres do barramento ao mesmo tempo? Podeexistirumainviabilidadedeoperaes(caos) do sistema se no houver um mecanismo adequado de arbitragem do barramento. 2007 by Pearson Education Arbitragem do Barramento Aarbitragemdecidequalmestreterocontroledo barramento num dado instante: 1. Arbitragem centralizada 2. Arbitragem descentralizada 2007 by Pearson Education Arbitragem do Barramento 1. Arbitragem centralizada Aarbitragemcentralizadaprecisadeumrbitro para controlar o acesso ao barramento. 2007 by Pearson Education Arbitragem do Barramento (a) rbitro de barramento centralizado de um nvel usando encadeamento em srie (daisy chaining). (b) O mesmo rbitro usando dois nveis. 2007 by Pearson Education Arbitragem do Barramento 1. Arbitragem centralizada a) Um nvel de prioridade: Umnicorbitrodeterminaquemseroprximo mestre do barramento. Quandoexergaarequisiodobarramento,o rbitroenviaumsinaldegarantiadeusopormeio deumalinhaexistenteparaessefim.Essalinha est ligada em srie. 2007 by Pearson Education Arbitragem do Barramento 1. Arbitragem centralizada b) Dois nveis de prioridade: Para cada nvel de prioridade deve haver uma linha derequisioeumalinhadegarantiadeusodo barramento. 2007 by Pearson Education Arbitragem do Barramento 2. Arbitragem descentralizada nousarbitroparacontrolaroacessoao barramento. Nesteesquema,quandoumdispositivoprecisarusaro barramento,odispositivodeveativaralinhaderequisio. Todososdispositivosmonitoramtodasaslinhasde requisio- portanto, ao final de um ciclo do barramento, cada dispositivosabesefoiounodelearequisiodemaior prioridadee,consequentemente,seelepodeounousaro barramento do prximo ciclo. 2007 by Pearson Education Arbitragem do Barramento Arbitragem de barramento descentralizada. 2007 by Pearson Education Operaes no Barramento Em geral a transferncia nos barramentos envolvem 1 s palavra. Porm quando existe memria cache interessante ler-seumblocodepalavras(exemplo:16palavras de 32 bits consecutivas.) dispositivomestreinformaendereoeenmerode palavras dispositivoescravocolocanobarramento, sequencialmente, as palavras solicitadas 2007 by Pearson Education Operaes no Barramento Emcicloscompletosparasistema multiprocessamento: cadaprocessadorle_modifica_escrevesemliberar barramento utilizam-se chips controlador de interrupo (ex chip 8259A):quedefinequaldosdispositivostemo direito de usar o barramento. 2007 by Pearson Education Pesquisa Faaumlevantamentodosprincipaisbarramentos disponveis atualmente no mercado.