Bus di comunicazione

1. Facoltà di Medicina e Chirurgia Cdl in Scienze Infermieristiche P.O. Elena D’Aosta BUS DI COMUNICAZIONE CORSO D’INFORMATICA

2. Sommario Linguaggio e comunicazione Concetto di bit e byte Tipologie di bit Trasmissione dati I Bus di comunicazione Tipologie chip Progettazione Storia e sviluppo Architettura Tipologie Bus Tipologie di bus: bus dati Tipologie bus: indirizzi Tipologie bus: controlli Schema funzionale Gestione ed Utilizzo dati Meccanismi funzionamento Transazione bus e ruoli

3. Concetto di bit e byte Linguaggio e comunicazione Ogni informazione o dato debba essere inserito in un computer, sia esso relativo ad un tasto premuto, alla scansione di un’immagine o al movimento del mouse, deve essere espresso in formato binario tramite i “bit”. Un bit è l'unità di misura dell'informazione (dall'inglese "binary information unit"), definita come la quantità minima di informazione che serve a discernere tra due possibili eventi equiprobabili. Una stringa di 8 bit rappresenta un "byte", nella cui struttura 7 bit sequenziano l’informazione mentre 1 bit funge da controllo, assumendo il nome di bit di parità o di controllo. Facoltà di Medicina e Chirurgia Cdl in Scienze Infermieristiche P.O. Elena D’Aosta 1 0 Bit Bit Byte 01110001 Torna al Sommario

4. Linguaggio e comunicazione L’importanza del bit di parità, all’interno della verifica della trasmissione dei comandi e delle informazioni, è tale d’aver dato forma a tre tipologie differenti:  None: nessun tipo di parità, cioè nessun bit aggiunto  Pari / Even: il numero di mark (incluso il bit di parità) è sempre pari  Dispari / Odd: il numero di mark (incluso il bit di parità) è sempre dispari Tipologie di bit Facoltà di Medicina e Chirurgia Cdl in Scienze Infermieristiche P.O. Elena D’Aosta 7 bit Byte con bit di parità Bit Pari/Even Bit Dispari/Odd 1101001 01101001 11101001 1111111 11111111 01111111 Torna al Sommario

5. I Bus di comunicazione Trasmissione dati La trasmissione dati viene veicolata dalla CPU, ovvero il processore, le cui caratteristiche principali si vincolano a velocità ed ampiezza dei bus dati esterni, incidendo sulla velocità di trasmissione in entrata ed in uscita. Tecnicamente la trasmissione dati del linguaggio avviene su induzione di segnali elettrici basati sui bit, la cui velocità varia in funzione del ciclo di clock e del numero di bit inviati simultaneamente (trasmissione parrallela o seriale). Facoltà di Medicina e Chirurgia Cdl in Scienze Infermieristiche P.O. Elena D’Aosta Torna al Sommario

6. Tipologie Chip Trasmissione dati Facoltà di Medicina e Chirurgia Cdl in Scienze Infermieristiche P.O. Elena D’Aosta Ciò è consentito da circuiti stampati le cui linee sono state potenziate, ognuna di queste trasmette 1 byte alla volta, ovvero una stringa da 8 bit, dando vita a diverse tipologie di chip: Bus dati 16 bit: 2 byte alla volta Bus dati 32 bit: 4 byte alla volta Bus dati 64 bit: 8 byte alla volta Torna al Sommario

7. Storia e sviluppo Progettazione Facoltà di Medicina e Chirurgia Cdl in Scienze Infermieristiche P.O. Elena D’Aosta Negli anni i bus dati del processore sono passati da 8 bit a 64 bit di ampiezza. Più collegamenti abbiamo, più bit possiamo inviare nello stesso intervallo: tutti i processori più moderni hanno bus dati ampi 64 bit (8 byte), e perciò possono trasferire 64 bit di dati alla volta da, e verso, il chipset della motherboard o la memoria di sistema. * Infografica Intel Torna al Sommario

8. Storia e sviluppo Progettazione Facoltà di Medicina e Chirurgia Cdl in Scienze Infermieristiche P.O. Elena D’Aosta Dopo aver raggiunto bus ampi 64 bit i progettisti dei chip hanno scoperto come non fosse possibile aumentare ulteriormente la velocità, ciò a causa della difficoltà nel sincronizzare tutti i 64 bit. Si è però osservato come tornando ad un minor numero di linee fosse possibile aumentare la velocità dei bit – agendo sul ciclo di clock - in modo da consentire larghezze di banda superiori. Per questo motivo molti nuovi processori hanno bus dati ampi solo 4 o 16 bit, eppure offrono larghezze di banda maggiori rispetto ai precedenti bus a 64 bit. * Infografica Intel Torna al Sommario

9. Progettazione Un altro miglioramento nei nuovi processori sta nell'uso di bus multipli separati per operazioni differenti. Il progetto tradizionale dei processori richiede che tutti i dati passino da un singolo bus, mentre i nuovi processori hanno bus fisici separati per dati, da e verso il chipset, memoria e slot grafico. Facoltà di Medicina e Chirurgia Cdl in Scienze Infermieristiche P.O. Elena D’Aosta Storia e sviluppo * Infografica Intel Torna al Sommario

10. Tipologie Bus Non tutti i bus sono però uguali tra loro ed a seconda dell’utilizzo vengono effettuate delle distinzioni. Un bus che collega 2 componenti appartenenti alla stessa scheda integrata è definito bus interno (internal bus, generalmente proprietario), se collega due componenti esterni alla stessa scheda è detto bus esterno (external bus). Facoltà di Medicina e Chirurgia Cdl in Scienze Infermieristiche Architettura P.O. Elena D’Aosta Il bus di sistema si divide in 3 bus minori: Bus di sistema Bus dati Bus indirizzi Bus controlli Torna al Sommario

11. Facoltà di Medicina e Chirurgia Cdl in Scienze Infermieristiche Tipologie Bus: bus dati Architettura P.O. Elena D’Aosta Il bus dati è bidirezionale poiché consente di leggere o di scrivere informazioni sulla memoria o sulle unità periferiche, è quindi usufruibile da tutti i componenti di sistema sia in lettura che in scrittura. Tra i più comuni troviamo:  USB (Universal Serial Bus): diretto al collegamento di periferiche lente, vanta come caratteristiche principali flessibilità e la semplicità. Non sono necessari dispositivi di controllo, è facilmente espandibile, economico, possiede connessioni a caldo e supporto dispositivi in tempo reale. Il cavo è composto da 4 fili: massa, alimentazione (5V), dati+ e dati-.  PCI, PCI-Express, SCSI, IDE Torna al Sommario

12. Facoltà di Medicina e Chirurgia Cdl in Scienze Infermieristiche Tipologie Bus: bus indirizzi Architettura P.O. Elena D’Aosta Il bus indirizzi è il bus attraverso il quale la CPU decide in quale indirizzo andare a leggere o scrivere le informazioni, operazioni di read and write, dopo aver comunicato gli indirizzi di locazione le operazioni vengono svolte tramite il ricorso al bus dati. Naturalmente questo bus è utilizzabile in fase di scrittura solo dalla CPU, ed in fase di lettura dagli altri componenti, poiché svolge il solo compito d’indicare l’indirizzo della cella, che è decisa dalla CPU. Torna al Sommario

13. Architettura Facoltà di Medicina e Chirurgia Cdl in Scienze Infermieristiche P.O. Elena D’Aosta Rappresenta quindi un elemento importante nella struttura dei moderni processori, ciò grazie alla sua struttura realizzata su di un insieme di fili o “piste” che trasportano l'informazione, descrivendo la locazione di memoria nella quale il dato è stato inviato o da cui il dato è stato recuperato. Similmente al bus dati, ogni filo in un bus indirizzi trasporta un singolo bit d'informazione. Tipologie Bus: bus indirizzi Torna al Sommario

14. Architettura Facoltà di Medicina e Chirurgia Cdl in Scienze Infermieristiche P.O. Elena D’Aosta Il bus dati e ed il bus indirizzi sono indipendenti ed i progettisti dei chip possono ricorrere alla dimensione ritenuta più opportuna in base alle proprie valutazioni, tenendo presente come chip con bus dati ampi presentino bus indirizzi più grandi. Proprio la dimensione può fornire un'importante informazione circa la potenza del chip, valutandola sui: Bus dati • Indica la capacità del chip di spostare l’informazione Bus Indirizzi • Indica la capacità del chip in termini di gestione memoria Tipologie Bus: bus indirizzi Torna al Sommario

15. Tipologie Bus: bus controlli Architettura Il bus controlli può essere inteso come un insieme di collegamenti il cui scopo è quello di coordinare le attività di sistema. Tramite quest ultimo, infatti, la CPU può decidere a quale componente assegnare una singola operazione evitando conflitti. La memoria e tutti gli altri componenti comunicano con la CPU attraverso un unico BUS condiviso, ciò significa che senza controllo della CPU si creerebbero conflitti i collisioni. Facoltà di Medicina e Chirurgia Cdl in Scienze Infermieristiche P.O. Elena D’Aosta Esempio: selezione del componente che scrive sul bus dati in un periodo di tempo, indicare quale può leggere sul bus indirizzi, ecc.. Torna al Sommario

16. Tipologie Bus: schema funzionale Architettura Facoltà di Medicina e Chirurgia Cdl in Scienze Infermieristiche P.O. Elena D’Aosta UNITA’ DI I/O SCHEMA DI FUNZIONAMENTO DEI BUS CPU MEMORIA CENTRALE BUS INDIRIZZI BUS CONTROLLI BUS DATI Torna al Sommario

17. Meccanismi di funzionamento Gestione ed utilizzo dati Facoltà di Medicina e Chirurgia Cdl in Scienze Infermieristiche P.O. Elena D’Aosta La maggior parte dei calcolatori moderni si dota, nella propria architettura, di due bus esterni: • Bus di memoria per collegare CPU ed unità funzionali • Bus di I/O per collegare CPU ed unità periferiche I/O In ogni istante, e durante qualsiasi processo, soltanto una sola unità funzionale assume il controllo del bus, decidendo quali operazione eseguire. Generalmente tale compito è assunto dalla CPU, ma non è esclusa la cessione del ruolo, temporaneamente, ad altre unità funzionali secondo un preciso schema che svela l’andamento per cicli di dati. Torna al Sommario

18. Facoltà di Medicina e Chirurgia Cdl in Scienze Infermieristiche P.O. Elena D’Aosta Transazioni bus e ruoli Gestione ed utilizzo dati In ogni transazione sul bus:  Un dispositivo prende il controllo del bus  Invia una richiesta (I/O) ad un secondo dispositivo  Svolta la richiesta, il bus viene liberato per un’altra comunicazione. I ruoli, nelle varie fasi, assumono i nomi di: • Master: dispositivo che prende il controllo del bus, inizia l’interazione • Slave: dispositivo che risponde al master Il ruolo di un dispositivo può cambiare nel tempo; un dispositivo può comportarsi da master o da slave in contesti differenti. Lo standard che definisce il bus deve fornire le regole per gestire tali condizioni o vietarle. Ruolo Master Ruolo Slave Operazione conclusa. Bus libero Torna al Sommario

19. Autori Daniela Di Petrillo Ciro Lentano Giovanni Rebbecchi Vincenzo Palladino Annadonata Sorrentino Valeria Vignone Torna alla Presentazione

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