計算機體系結構中的單共享匯流排是什麼?


最著名的互連網路之一是單共享匯流排。首先,它的組織結構是對單處理器中所用匯流排的簡單概括和擴充套件,並增加了一些額外的線路來解決當多個處理器同時想要使用共享匯流排時的爭用問題。這些線路稱為仲裁線,在共享匯流排的實現中起著至關重要的作用。

其次,共享匯流排是一種非常經濟高效的互連方案。增加處理器的數量不會提高共享匯流排的成本。但是,共享總線上的爭用對應用程式處理器的數量構成很大的限制。

顯然,隨著總線上處理器數量的增加,爭用的機率也成比例地增加,最終達到匯流排的整個頻寬都被處理器耗盡的地步,因此,新增新的處理器不會導致多處理器有任何潛在的加速。共享匯流排多處理器的一個主要設計問題是透過不同的方法來提高適用處理器的數量。

三種最重要的技術如下:

  • 可以引入私有記憶體。
  • 可以引入一致性快取記憶體。
  • 可以引入多條匯流排。

如果沒有這些改進,適用處理器的數量在 3-5 個範圍內。透過引入私有記憶體和一致性快取記憶體,處理器的數量可以增加一個數量級,最多可達 30 個處理器。匯流排層次結構為構建基於匯流排互連的可擴充套件共享記憶體系統開闢了道路。

圖中顯示了沒有一致性快取的單匯流排多處理器的典型結構。相對於單處理器而言,系統的新元件是匯流排仲裁器邏輯,其作用是在多個同時發出匯流排請求的情況下分配匯流排,以及支援仲裁器工作的額外匯流排交換線路。

匯流排交換線路通常包括一條或多條匯流排請求線路,處理器或其他臨時匯流排主控器可以使用這些線路請求為其傳輸分配匯流排。根據匯流排請求線路的狀態和所應用的匯流排分配策略,仲裁器透過授權線路向其中一個請求者授予授權。

記憶體寫訪問需要兩個階段,如下所示:

  • 地址和資料透過匯流排傳輸到記憶體控制器。

  • 記憶體控制器執行記憶體寫操作,包括奇偶校驗、糾錯等。

雖然單處理器和多處理器匯流排非常相似,但它們的操作模式存在重要區別。單處理器和第一代多處理器系統使用鎖定匯流排。第二代多處理器使用掛起匯流排。

記憶體讀訪問可以分為三個階段,如下所示:

  • 地址透過匯流排傳輸到記憶體控制器。

  • 記憶體控制器執行記憶體讀操作。

  • 資料透過匯流排傳輸到請求處理器。

更新於:2021年7月23日

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