e-gradiva				Sistemi	Motorola	Omrežja
						SERŠ Maribor

Vodila

Delovanje računalnika de obravnava z opisom lastnosti in delovanja treh glavnih delov: CPE, glavnega pomnilnika in vhodno-izhodnega sistema. Če naj ti deli tvorijo delujoč sistem, jih je potrebno na nek smiselen način povezati. Običajno te povezave označimo kar s črtami in o njih ne premišljujemo preveč. To je do neke mere razumljivo, ker gladano s stališča programerja različni načini povezovanja pogosto sploh ne vplivajo na njegovo videnje računalnika. Pač pa lahko različne povezovalne strukture zelo močno vplivajo na zmogljivost sistema.

Če naj bo računalnik hiter, je potrebno povezave realizirati na paralelen način. To pomeni, da lahko vsi deli prenašajo eno besedo, pogosto pa tudi več besed, naenkrat. Drugače povedano, po povezavah se naenkrat prenaša več bitov, n.pr. 8,16,32 ali 64, in ne samo eden. Za realizacijo takih povezav seveda potrebujemo ustrezno število povezovalnih linij (žic). Množici takih linij, ki skupaj tvorijo povezavo med dvema ali več deli računalnika, pravimo vodilo. Angleški izraz za vodilo (angl. bus) je okrajšava latinske besede omnibus, ki pomeni za vse. Če upoštevamo, da isto vodilo največkrat uporablja več naprav, ki sestavljajo računalnik, je ta pomen kar ustrezen.

Zanima nas logična organizacija povezav oziroma različni možni načini za povezovanje delov, ki sestavljajo računalnik. V tem smislu lahko definiramo vodilo kot pot, po kateri med seboj komunicirajo različni deli računalnika. Ta pot je sestavljena iz linij, ki prenašajo naslednje tri glavne skupine signalov:

Podatkovni signali

Po njih se prenašajo podatki. Njihovo število je zato enako največjemu številu bitov, ki se prenašajo naenkrat. V zvezi s tem govorimo tudi o širini vodila kot o največjem številu bitov, ki se lahko naenkrat prenašajo.

Naslovni signali

Z njimi je določen naslov pomnilniške lokacije, ali naslov vhodno–izhodne naprave, na katero se nanaša prenos podatkov. Število naslovnih signalov določa velikost naslovnega prostora, ki ni nič drugega kot število vseh možnih naslovov.

Kontrolni signali

Ti signali določajo vrsto prenosa (branje ali pisanje, število besed itd.) ter časovno zaporedje dogodkov med prenosom. Druga izraza za to vrsto signalov tsa še nadzorni in upravljalski signali.

Naslovni, še pogosteje pa podatkovni signali, so včasih razširjeni s takoimenovanimi paritetnimi signali, ki omogočajo kontrolo pravilnosti prenosov po vodilu in ki v primeru napak signalizirajo napako ali sprožijo nek drug mehanizem (n.pr. ponovitev prenosa). Na nekaterih sistemih se za podatkovne in naslovne signale uporabljajo iste linije tako, da se v enem trenutku prenaša naslov in v drugem podatek. Temu pravimo multipleksiranje signalov in omogoča zmanjšanje števila fizičnih linij ob nekoliko počasnejši hitrosti prenašanja.

Na sliki je prikazana preprosta povezovalna struktura, ki uporablja dve vodili. Ta struktura se danes uporablja samo pri majhnih računalnikih in še pri njih razmeroma redko. CPE komunicira z glavnim pomnilnikom preko pomnilniškega vodila in z vhodno/izhodnim sistemom preko vhodno–izhodnega vodila. Pomnilniško vodilo vsebuje linije za naslovne, podatkovne in kontrolne signale in podobno je tudi vhodno–izhodno vodilo, čeprav je število signalov običajno drugačno

Na sliki je pri vhodno–izhodnih napravah označen tudi krmilnik naprave, ki ga pogosto označujemo tudi z drugimi besedami: na primer kontroler, adapter, formater, itd. Na krmilnik vhodno–izhodne naprave lahko gledamo kot na poseben računalnik s fiksnim programom, ki je specializiran za vodenje vseh podrobnosti, ki so potrebne pri delu z napravo. Pri nekaterih napravah, kot so n.pr. veliki magnetni diski, je krmilnik lahko v resnici večji in bolj zapleten od celotnega manjšega računalnika. Ker so taki krmilniki dragi, so običajno narejeni tako, da je na enega mogoče priključiti več naprav. Pri preprostih napravah so krmilniki lahko v celoti vgrajeni v samo napravo, njihovo delovanje pa trivialno preprosto.

Na prvi pogled je ta struktura z enim vodilom videti slabša od tiste z dvema. V danem trenutku lahko vodilo služi samo za en prenos in sta torej naenkrat aktivni vedno samo dve od na vodilo priključenih enot. To, kar naredi strukturo z enim vodilom boljšo, je možnost, da vhodno–izhodne naprave lahko komunicirajo neposredno z glavnim pomnilnikom.

Prenos podatkov med vhodno–izhodno napravo in glavnim pomnilnikom, ki ne gre skozi CPE, imenujemo neposreden dostop do pomnilnika (angl. Direct Memory Access, DMA). Neposreden dostop do pomnilnika je možen samo, če ima vhodno–izhodna naprava ustrezen krmilnik. Če ga nima, ali če iz kakršnegakoli drugega razloga ne želimo uporabiti neposrednega dostopa, lahko pri eno- vodilni povezovalni strukturi uporabimo tudi programski vhod–izhod. Pri počasnejših vhodno–izhodnih napravah se ta možnost pogosto uporablja, ker omogoča uporabo bistveno preprostejših in cenejših krmilnikov.

Osnovne značilnosti povezovalnih struktur lahko združimo v naslednji dve točki:

Vhodno/izhodni procesorji.

Ti procesorji, ki jim nekateri proizvajalci pravijo tudi vhodno–izhodni kanali ali periferni procesorji, so v bistvu specializirane CPE in skrbijo za podrobnosti pri prenosu podatkov med vhodno–izhodna napravami in glavnim pomnilnikom. Običajen postopek je, da CPE sproži prenos s posredovanjem ustreznega ukaza v vhodno–izhodna procesor, ki potem prevzame nadzor nad samim prenosom in na koncu obvesti CPE, da je prenos opravljen. Število vhodno–izhodna procesorjev v nekem računalniku je običajno odvisno od števila in vrste vhodno–izhodna naprav ter od zahtevane hitrosti prenosov.

Več vodil

Poleg CPE vodila in vhodno–izhodna vodila tudi več vodil vhodno–izhodna procesorjev. V resnici imamo v večjih sistemih pogosto več paralelnih CPE vodil in več paralelnih vhodno–izhodna vodil, s pomočjo katerih lahko istočasno poteka več prenosov v in iz glavnega pomnilnika. V tem primeru je seveda potrebno, da je temu ustrezno zasnovan tudi glavni pomnilnik in njegov kontrolni del, ki je na sliki označen kot krmilnik pomnilnika. Ta mora v primeru istočasnih zahtev za dostop z dveh ali več vodil poskrbeti, da se vse zahteve pravilno izvršijo. Pogosto mora v takih primerih ena od zahtev čakati, da se izvrši druga.

Ni težko razumeti zakaj imajo različne povezovalne strukture močan vpliv na zmogljivost računalnikov. Kljub temu pa gledano z arhitekturnega stališča niso bistvene za razumevanje delovanja. Osnovni principi delovanja računalnika so v resnici praktično neodvisni od uporabljene povezovalne strukture.

Gor     Sistemi     Motorola 68XX      Lastnosti signalov     Prenosi v računalniku 

SERŠ Maribor, Strokovna gimnazija, leto: 2002, avtor: Darko Golob