Arquitectura de Computadores

Tema 15 Buses Eduardo Daniel Cohen – [email protected] http://www.herrera.unt.edu.ar/arqcom

Buses – D. Cohen

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CONCEPTO DE BUS Un Bus es: °  Un conjunto de cables que se usa para conectar múltiples sistemas. Processor Input Control

Memory

Datapath

Output

°  Un bus constituye una herramienta sistemática de arquitectura para armar sistemas complejos

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¿Qué define a un Bus?

Protocolo de Transacciones Especificación de Señales y Tiempos Paquete de Cables Especificación Eléctrica

Características físicas y mecánicas – conectores

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Características Esenciales °  Protocolos Standards. •  Compatibilidad: Aseguran que dispositivos de terceras partes puedan funcionar. •  Efectividad: asegurar que las transacciones se realicen correctamente. •  Eficiencia: -  - 

Productividad (ancho de banda). Latencia (tiempo de espera de los dispositivos).

°  Organización. •  Posibilidad de conectar diversos standards. - 

Historia: multiplicidad de standards.

•  Mejorar la Eficiencia. -  - 

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Buses rápidos para dispositivos rápidos. Ej. Autopistas, Rutas, Avenidas, Calles.

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Clasificación de Buses °  Por la cantidad de líneas. •  Paralelos. •  Seriales.

Por la cantidad de dispositivos conectados. •  Punto a Punto. •  Múltiples.

°  ¿Paralelo es más rápido? °  ¿Consumo de Potencia? °  ¿Complejidad de la Placa? °  ¿Pins de los chips? °  ¿Cantidad de dispositivos en el bus? °  ¿Ancho de Banda Fijo o Variable? °  ¿Confiabilidad? Buses – D. Cohen

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Clasificación °  Por la sincronización de la información. •  Sincrónicos. -  - 

Una línea lleva la señal de reloj (paralelos). La señal de reloj está implícita en la señal (Seriales).

–  Ej. Manchester.

•  Asincrónicos. - 

Se incluye señales de sincronización: Handshaking.

°  Buses paralelos rápidos: •  Pocos dispositivos, similar velocidad. •  Sincrónicos (control simple y rápido).

°  Buses paralelos lentos: •  Multiplicidad de dispositivos y velocidades. •  Asincrónicos. Buses – D. Cohen

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Buses Paralelos

CPU

I/O Device

I/O Device

I/O Device

Memory

°  Para mejorar velocidad: •  Sacrificar número de dispositivos. •  Complicar cableado (pares retorcidos). •  Incrementar Consumo (mejorar señal/ruido).

°  Ventaja •  Simplicidad. •  Un único conjunto de cables que se comparten. Buses – D. Cohen

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Enlaces Seriales Punto a Punto °  Conectores dedicados a cada dispositivo. °  Frecuencias Mayores. °  Conmutación de Paquetes. •  ¿Para qué? °  Ancho de Banda Variable. •  Más Pistas al más rápido. •  Pistas independientes - 

D1

D4

No hay carreras (skew).

°  Menos pins por chip. °  Latencia baja en el link. •  No tanto entre Switchs. °  ¿Es modular? °  ¿Es eficiente? (consumo vs ancho de banda). Buses – D. Cohen

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4 Port Switch

D2

D3

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Ejemplos de Standards El ancho de banda se mide en base 10, ej 1GB/s = 109 bytes/seg

Ejemplos de Buses

Ancho de Banda

Comentarios

Frecuencia

Ancho

(MHz)

(bits)

PCI-X

66 a 533

32-64

hasta 4,2 GB/s

Basado en Bus, Paralelo, Sincrónico

PCI Express

2,5 Gbps

Hasta 32

hasta 8 GB/s

Punto a Punto

5 para V 2.0

pistas

16 para V 2.0

200 - 2600

2-32

hasta 20,8 GB/s

Punto a Punto DDR

66

16

hasta 133 MB/s

Basado en Bus, Paralelo

SATA

1

1.5 a 3 Gb/s

Punto a Punto

USB2

1

hasta 480 Mb/s

Distribuye Potencia, 5m

Hypertransport ATA

ATA – advanced technology attach.

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Tendencia °  Mayor parte de los sistemas están migrando: •  De paralelo a serie. -  -  -  - 

FSB a Hypertransport. PCI, PCI-X a PCI Express (PCIe) ATA a SATA SCASI a SAS.

°  Todavía y por mucho tiempo habrá una mezcla •  Buses Paralelos. •  Nexos Seriales.

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Arquitectura Server North/South Bridge: Intel 5000 Chip Set Xeon 5300

Xeon 5300

FSB: 10,5 GB/s

FB DDR2 667 5,3 GB/seg

DIMM

North Bridge

ESI (Enterprise Southbridge Interface) 2 GB/seg 6 SATA 300 MB/s c/u Disco 2 PCI-X 1 GB/s c/u

CD/DVD

PCIe x16 (o 2 PCIe x 8) 4 GB/s PCIe x 8 2 GB/sec 2 PCIe x 4 1 GB/sec c/u

South Bridge

LPC (Low Pin count) 1 MB/s 60 MB/s

Parallel ATA (100 MB/s)

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Servidor Cada Socket: 4 CPUs.

Teclado / Mouse

Hasta 5 USB 2.0

www.sun.com/servers/x64/x4150 UNT – Arq. de Computadoras - 2014

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Sistema de E/S – Problemas Típicos °  Validar configuración frente a requerimientos. •  Ver cuellos de botella y comparar con requisitos.

°  En función de configuración, encontrar productividad máxima.

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Ejemplo Validación °  Configuración Server presentada (libro pp 610): •  Cada Procesador procesa 109 instruc/seg. (hay 8) •  Cada Operación E/S requiere 200.000 instrucciones del programa de usuario. •  El SO debe ejecutar 100.000 instrucciones por cada operación E/S. •  Cada operación E/S consiste en lecturas de 64 KB. •  8 Discos SAS (serial SCASI), en cluster. Conectados a un PCIex8 a la salida de North Bridge. -  - 

Seek t. = 2,9 ms, 15.000 rpm, 112 MB/s sustained transfer rate. Localidad – 0,25 seek time

°  Suponga: •  Una operación siempre se puede realizar en un disco libre (si existe). •  El controlador RAID no es cuello de botella. Buses – D. Cohen

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Validación I °  Cant Operaciones máxima por cada Procesador. •  109/(200+100)x103 = 3.333 Ops/seg •  8 Procesadores  26.667 Ops/seg

°  Por cada disco. •  Si las lecturas fueran al azar: -  -  - 

Seek + latencia + transfer = 2,9 . 0,25 + 2 + 64K/112MB/s = 3,3 ms. Cada disco 1 ops/3,3ms = 303 ops/seg 8 Discos = 8 x 303 = 2420 ops/seg

•  Peor caso – todas las lecturas seguidas: -  - 

Ops/seg = transfer rate / tamaño op = 112 MBs/64KB = 1750 8 Discos  14.000 Ops/seg.

•  Conclusión: Los procesadores aguantan. •  ¿Aguantan los buses y Mem? Buses – D. Cohen

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Validación II °  De discos a North Bridge – PCIex8  2 GB/s •  Cada OP = 64KB  ops/seg = 2 G/64K = 31250 Ops/seg •  Comparando con un máx. de ops de discos de 14000, no es cuello de botella.

°  De NB a DRAM, bus FBDIMM a 5,3 GB/s •  Ops/seg = 5,3 GBs/64K = 83.000 Ops/seg (aprox). •  No es cuello de botella con un único DIMM, y hay 4 de estos (4 veces más Ops/seg todavía!).

°  De NB a CPUs hay 10,5 GB/s – por supuesto alcanza. °  Pregunta: esto es para datos, ¿las instrucciones no ocupan buses?

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