Architecture des machines 2004-2005 Joëlle Delacroix 1
Interfaces et bus
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Processeur Central
Hor
loge
Cache Niveau 2
CachesNiveau 1
SCSI Ethernet
Bus
P
CI
33
MH
z
Bus
IS
A8
MH
Z
Réseau
Réseau
Car
te p
aral
lèle
Car
te sé
rie Modem RTC
Slots d’extension
Pont
PCI/ISA
Ports USB
ProcesseurGraphique
Mémoire Locale
Pont
PC
I
Bus
AG
P
Mémoire Centrale
100 MHZ
66 MH
Z
Disques IDE
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Caractéristiques d’un bus
• Bus : ensemble de fils reliant différents composants
• Caractéristiques :– Largeur du bus : nombre de bits que le bus peut véhiculer en parallèle
– Multiplexage temporel du bus : une partie des fils transportent alternativement des données ou des adresses (AD0-AD15)
CPUCPU
AD0A0 A0D0
A3
AD15A19D15
Mots de 16 bits : AD0-AD15Adresse de 20 bits : AD0-AD15-A0-A3Largeur 20 fils
Mots de 16 bitsAdresse de 20 bitsLargeur 36 fils
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Caractéristiques d’un bus
• Caractéristiques :
– Débit du bus ou bande passante : nombre d’octets véhiculés par seconde exprimés en Moctets/s
– Cadencement du bus : bus synchrones ou bus asynchrones
• Bus synchrone : dispose d’un horloge propre qui définit le cycle du bus. Les échanges s’effectuent en un nombre entier de cycle de bus.Exemple : F = 66 MHz, cycle = 15 ns.
• Bus asynchone : il n’y a pas d’horloge associée au bus. Les dispositifs dialoguent par le biais de signaux de disponibilité (protocole de la poignée de main handskake)
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Caractéristiques d’un bus
• Caractéristiques :– Protocole de gestion de bus
Le bus est une ressource partagée entre différents éléments. Un protocole d’arbitrage détermine à un moment donné qui peut prendre possession du bus et devenir le maître.
– Exemple : Bus SCSI (Small computer System Interface)
SCSI ID3
SCSI ID2
SCSI ID1
Arbitre de bus
BR BRBG
Le dispositif de plus fort identifiant voulant émettre obtient le busBR : bus request
BG : bus granted
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Caractéristiques d’un bus
• Caractéristiques :– Topologie du bus. Elle désigne la configuration du bus et la manière
dont les unités lui sont raccordées.
– Exemples:
AnneauEtoile Bus
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Caractéristiques d’un bus
type fréquence largeur débit divers
Bus ISA(Industry standard architecture)
synchrone 8,33 MHZ 16 bits 16,7 Mo/s Périphériques lents
Bus PCI(Peripheralcomputer
interface)
synchrone 33 ou 66 MHZ
32 ou 64 bits
132, 264 ou 528 Mo/s
Multiplexé.Périphériques avec des débits plus importants(carte vidéo, carte réseau, etc)Plug and Play
Bus AGP(Advanced graphicport)
synchrone 66 MHZ 32 bits 266 Mo/s528 Mo/s
PCI amélioréDédié au traitement graphique
Bus SCSI(Small computer System Interface)
synchrone 10 à 40 Mhz
8 à 16 bits 40 à 80 Mo/s
7 à 31 périphériques selon la version
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Caractéristiques d’un busLes ponts nord et sud
• Deux circuits permettent la gestion et l’interconnexion des bus :
– Pont Nord ou pont PCI : interconnecte le processeur, la mémoire centrale, le bus AGP et le bus PCI;
– Pont Sud ou pont PCI/ISA : interconnecte le bus PCI et le bus ISA, pilote les interfaces séries, parallèles, les disques IDE et les ports USB.
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Communication entre deux ordinateurs distantsau travers d’une liaison série
Processeur Central
Hor
loge
Cache Niveau 2
CachesNiveau 1
M M U
SCSI Ethernet
Bus
P
CI
Bus
IS
A
RéseauRTC
Modem RTC(ETCD : équipement terminal de circuit de données)
Slots d’extension
Pont
PCI/ISA
Ports USB
ProcesseurGraphique
Mémoire Locale
Pont
PC
I
Bus
AG
P
Mémoire Centrale
U A
R T
Connecteurs V 24C
hips
et A
GP
(ETTD : équipement terminal de traitement de données)
Protocole RS232
PiloteComposer n°téléphone modem distantAttendre acceptation modem distantÉchanger données
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Réception
Transmission.
ValiderInterruptions
Statut ligne
Ident.Interruption
Diviseur
Contrôle ligne
Contrôle Modem
Statut Modem
Logiquecommunication
Réceptionà décalage
Transmissionà décalage
Logiqued’interruption
INTR
RTSDTRCTSDSRRSLDRI
Donnée reçue
Donnée transmise
U A R T (universal Asynchronous Receiver Transmitter)
18
BUS
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Connecteur V.24signal broche te
rre
contrôle données de vers
terre de protection 1 X
terre de signalisation
7 X
émission de données
2 X ETTD ETCD
réception de données
3 X ETCD ETTD
demande pour émettre RTS
4 X ETTD ETCD
prêt à émettre CTS 5 X ETCD ETTD
poste de données prêt DSR
6 X ETCD ETTD
terminal de données prêt DTR
20 X ETTD ETCD
indicateur d’appel 22 X ETCD ETTD
détection de signal 8 X ETCD ETTD
13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1
25 24 23 22 21 20 19 18 17 16 15 14
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demande pour émettre RTS
prêt à émettre CTS
poste de données prêt DSR
terminal de données prêt DTR
Protocole RS232
Emission Réception
DTR
DSR
RTS
CTS
Données
E T
T D
E T
C D
DTR
DonnéesE T
T D
E T
C D
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Interfaçage contrôleur/périphérique disque
• Rôle : gérer les échanges de données et leur encodage entre le disque et le processeur
• Différents types de contrôleurs
IDE (Integraded Drive Electronic) Disque de 20 à 528 MoTransfert à 8,3 Mo/s
EIDE (ATA-2, Fast ATA 2)
> 500 Mo, 13.3 Mo/s
Ultra-ATA/33 33,3 Mo/s
Ultra-ATA/66 66.6 Mo/s
SCSI De 80 Mo/s à 160 Mo/s
Interfaçage contrôleur/périphérique disque
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plateau
Face : 20 à 1500 pistes
Piste : ensemble de secteurs (4 à 32)
Adresse d'un secteur : n°face, n°cylindre,n°secteurbloc : ensemble de secteurs : unité de transfert
avec la mémoire
Cylindre : ensemble des pistes accessibles sans déplacement des têtes
Bloc : n secteurs
Secteur : plus petite unité d'information accessible32 à 4096 octets
512
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Interfaçage contrôleur/périphérique disque
mise en route, initialisationn° secteur sélectionnén° cylindre sélectionné
n° face sélectionnéeordre de lecture
horlogeordre d'écriture
donnéesindicateurs d'états (prêt, occupé, erreurs ...)
indicateur début de pisteindicateur début de secteur
Contrôleur
Unitéde
disque
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BUS USB (Universal Serial Bus)
• Né de la volonté de simplifier la manipulation des connecteurs, et de généraliser la reconnaissance automatique des dispositifs connectés.
• Caractéristiques :– Débit au plus 12 Mbits/s (version 1.1) ; 480Mbits (USB 2.0)– Bus série;– Gère de 1 à 127 périphériques.
• Cablage
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BUS USB• Un système USB est composé de trois
composants :– Un hôte USB (l’ordinateur en général) ;– Une interconnexion USB formée de
l’ensemble des connecteurs aux unités et concentrateurs (127 au plus);
– Des unités USB.
• Sa topologie est un arbre :– Un nœud est un concentrateur (hub);– Une feuille est une unité USB;– Chaque unité à une adresse unique,
l’adresse 0 est pour l’Hôte racine de l’arbre.
• Un concentrateur dispose :– Un port amont pour le connecter à la
racine– Un ou plusieurs ports aval pour le relier
aux unités USB;– Détecte automatique les connexions et
déconnexions sur ses ports aval;– Contient un contrôleur (registres
d’interface pour la communication avec l’hôte) et un répéteur.
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BUS USB : protocole
• Le bus a un maître unique : l’hôte. Ce maître initie toutes les transactions sur le bus. Il scrute les différents ports de l’arborescence à un rythme régulier (ms)
• Les concentrateurs et unités USB disposent de registres (appelésterminaisons) pour stocker les informations à destination ou en provenance de l’hôte :
– Terminaison de données– Terminaison de contrôle– Terminaison d’interruptions
• Le dialogue (transaction) sur le bus est régi par un protocole.
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BUS USB : protocole
• Le bus a un maître unique : l’hôte. Ce maître initie toutes les transactions sur le bus. Il scrute les différents ports de l’arborescence à un rythme régulier (ms)
• Les concentrateurs et unités USB disposent de registres (appelésterminaisons) pour stocker les informations à destination ou en provenance de l’hôte :
– Terminaison de données– Terminaison de contrôle– Terminaison d’interruptions
• Le dialogue (transaction) sur le bus est régi par un protocole.
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BUS USB : protocole
• Le protocole s’appuie sur l’échange d’un ensemble de paquets groupés dans des trames:
Paquets de commandes
SOF Début de trame.
IN Paquet d’interrogation d’un périphérique
OUT Paquet d’émission vers le périphérique
SETUP Paquet d’initialisation
Paquets de données DATA Contiennent les données (8 octets max)
Paquets d’acquittement
ACK Transmission OK
NACK Transmission NOK
STALL Attente, périphérique occupé
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BUS USB : protocole
• Exemple 1 : Identification d’un nouveau périphérique.
• On appelle énumération le processus de détection d’un nouvel appareil. Ce processus comporte les étapes suivantes initialisées par l’hôte:
– Détection de la connexion via les résistances de l’appareil liées aux fils de données;
– Emission d’une commande RESET mettant l’appareil dans l’état par défaut (l’appareil répond à l’adresse 0).
– Assignation d’une adresse à l’appareil (numéro entre 1 et 127);
– Demande du descripteur d’appareil;
– Chargement d’un pilote pour le périphérique identifié.
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BUS USB : protocole
• Exemple 1 : Identification d’un nouveau périphérique (lecture du descripteur d’appareil) .
PériphériqueHôte
SOF SOF SOF
Demande d’identification au périphériqueSOF SYN DATA demande descripteur d’appareil CRC
Lecture du périphérique pour récupérer le paquet d’identificationSOF SYN IN ADDR CRC
Validation de la demandeSYN ACK
Validation de la demandeSYN ACK
Réponse envoi du descripteurSYN DATA descripteur CRC
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BUS USB : protocole
• Exemple 2 : Lecture de données depuis un périphérique (appareil photo)
Hôte Périphérique
SOF SOF SOF
Lecture du périphérique SOF SYN IN ADDR CRC
Validation de la demandeSYN ACK
Réponse envoi du descripteurSYN DATA données CRC
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BUS USB : protocole
• Exemple 3 : Envoi de données vers un périphérique (imprimante)
Hôte Périphérique
SOF SOF SOF
Lecture du périphérique SOF SYN OUT ADDR données CRC
Validation de la demandeSYN ACK
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BUS USB : protocole
• Exemple 4 : Relevé d’interruption en provenance d’un périphérique
• Un descripteur de terminaison est associé à la terminaison d’interruption. Il spécifie le rythme avec lequel le relevé d’interruption doit être fait.
Hôte Périphérique
SOF SOF SOF
Lecture du périphérique SOF SYN IN ADDR CRC
Validation de la demandeSYN ACK
Réponse envoi des données d’interruptionSYN DATA données IRQCRC
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