BUS DI COMUNICAZION

E CORSO D’INFORMATICA

Facoltà di Medicina e Chirurgia Cdl in Scienze Infermieristiche

P.O. Elena D’Aosta

Sommario

Linguaggio e comunicazione

Concetto di bit e byte

Tipologie di bit

Trasmissione datiI 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

Concetto di bit e byte

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.

Linguaggio e comunicazione

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0

Bit

Byte 01110001

1

Bit

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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 bitFacoltà di Medicina e Chirurgia Cdl in Scienze Infermieristiche

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7 bitByte con bit di parità

Bit Pari/Even Bit Dispari/Odd

1101001 01101001 11101001

1111111 11111111 01111111

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Trasmissione dati

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).

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.

I Bus di comunicazione

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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:

Tipologie ChipTrasmissione dati

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Bus dati 16 bit: 2 byte alla volta

Bus dati 32 bit: 4 byte alla volta

Bus dati 64 bit: 8 byte alla volta

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Progettazione

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.

Storia e sviluppo

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* Infografica Intel

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Storia e sviluppoProgettazione

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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

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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.

Progettazione

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P.O. Elena D’AostaStoria e sviluppo

* Infografica Intel

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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).

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P.O. Elena D’AostaArchitettura Tipologie Bus

Bus di sistema

Bus dati

Bus indirizzi

Bus controll

i

Il bus di sistema si divide in 3 bus minori:

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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:

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P.O. Elena D’AostaArchitettura Tipologie Bus: bus dati

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

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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.

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P.O. Elena D’AostaArchitettura Tipologie Bus: bus indirizzi

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Architettura

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.

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Similmente al bus dati, ogni filo in un bus indirizzi trasporta un singolo bit d'informazione.

Tipologie Bus: bus indirizzi

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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:

Architettura

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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

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Architettura Tipologie Bus: bus controlli

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.

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Esempio: selezione del componente che scrive sul bus dati in un periodo di tempo, indicare quale può leggere sul bus indirizzi, ecc..

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Tipologie Bus: schema funzionaleArchitettura

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UNITA’ DII/O

CPUMEMORIA CENTRALE

BUS INDIRIZZI

BUS CONTROLLI

BUS DATI

SCHEMA DI FUNZIONAMENTO DEI BUS

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Gestione ed utilizzo dati

Meccanismi di funzionamento

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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.

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Facoltà di Medicina e Chirurgia Cdl in Scienze Infermieristiche

P.O. Elena D’AostaTransazioni bus e ruoliGestione 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 SlaveOperazio

ne conclusa

. Bus

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Autori

Daniela Di Petrillo

Ciro Lentano

Giovanni Rebbecchi

Vincenzo Palladino

Annadonata Sorrentino

Valeria Vignone

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