Digitális technika

VI.) Buszrendszerek

Sínrendszerek lényege, sínprotokoll

• Jelvezetékek összetartozó csoportja, amelyen keresztül például egy számítógép egységei adatokat és információkat cserélnek ki egymással.

• Attól függően, hogy milyen feladatokat látnak el és milyen adatok áramolnak rajtuk keresztül különböző típusú buszokat különböztetünk meg. Például a memóriacellák kiválasztásához használt buszt címbusznak, míg a kiválasztás után az adatok írását/olvasását lehetővé tevő buszt adatbusznak hívjuk.

• A buszok fontos jellemzője szélességük, amely azt mondja meg, hogy hány különálló jelvezetékből áll össze a busz, azaz egyszerre hány bitnyi adat képes azon átáramolni. Ha egy busz például 32-bites, akkor egyszerre 32 bitnyi adatot lehet átvinni.

• A buszok másik fontos jellemzője a működési frekvenciájuk amit MHz-ben mérnek. Ez a mérőszám azt mondja meg, hogy az adott buszon egyetlen másodperc alatt hányszor változhat a jelvezetékek állapota az átvitel során.

• A busz teljes sávszélességét, azaz azt, hogy adott időegység alatt milyen mennyiségű adat vihető át rajta a buszszélesség és a buszfrekvencia szorzata adja. Például egy 32-bites és 33 MHz-en üzemelő buszon elméletileg 32*33 millió bit, azaz 1056 megabitnyi adat vihető át egyetlen másodperc alatt.

• A buszokon az adatok áramlásának szabályait protokollok rögzítik.• A legismertebb PC-s buszrendszerek az ISA, a PCI, PCIe, USB, IEEE 1394.

Sínrendszerek felépítése,a sín használói

• Master (Mester): az adatátvitel kezdeményezője

• Slave (Szolga): az adatátvitel kiszolgálója

• Adó (Source, Transmitter): az információ köldője

• Vevő (Receiver): az adat fogadója

• Probléma: multimaster-es rendszerben egy időben egyszerre ne tudjon több Master is adatátvitelt kezdeményezni. Ezt a sínprotokollnak kell definiálnia.Sín lefoglalásának folyamata: Arbitráció

Master1

Master2

Slave1

Slave2

Slave3

SlaveN

Sínrendszer működése

A vezérlés módja

Aszinkron Szinkron

Master és Slave közötti adatkommunikáció közös órajellel van időzítva

Multimaster-as rendszernél az órajel forrását a protokoll definiálja

Master és Slave közötti

adatkommunikáció órajel nélkül történik

Sín / buszrendszerek

Recommended Standard XXX (RSXXX)

RS232• Áramgenerátoros táplálás (20mA → logikai „1”)• Bitek átjátszása fordított sorrendben (LSB-vel kezdik)• Aszinkron átvitel• Full Duplex• Startbitek száma: 1• Adatbitek száma: 5, 6, 7, 8• Paritásbit: 1• Stopbitek száma: 1, 1.5, 2• Bitsebesség diszkrét érték lehet: 9600 bit/s, 19200 bit/s, stb• Adatsebesség a reszli miatt a fentiek töredéke: 9600 bit/s → 800 B/s

RxD

TxD

RxD

TxD

RS422

• Szimmetrikus jelek használata

RS485

• Továbbfejlesztett RS422 (lehet több adó a sínen)

I2C buszrendszer(Inter-Integrated Circuit)

I2C rendszer felépítés

MasterN

Slave1

SlaveN

Master1

+Ut

SCL

SDA

• Philips• Minden egyes, a sínre kacsolódó elem open

collector-os kimenettel rendelkezik.• Minden egyes, a sínre kacsolódó elem saját,

egyedi 8-32 bites azonosító címmel rendelkezik.

1 byte átvitele a buszon

S(erial) P(eripheral) I(nterface) buszrendszer

SPI buszrendszer

SPI architektúra, egyetlen M és S esetén

Daisy chain SPI konfiguráció

Motorola által kifejlesztett full duplex adatkommunikáció

U(niversal) S(erial) B(us)

USB

• elsősorban PC – periféria összeköttetésre tervezték• egy Masterhez (Host) 127 periféria• Plug and Play• 3 féle szabványleírás:

USB 1.0: 1.5 Mbps, 12 Mbps => kihaltUSB 1.1: javítottUSB 2.0: 480 Mbps

• többszintű csillag topológia (Host, Hub, Device)• Host biztosít tápfeszültséget (5 V, 500 mA)• szimmetrikus jelvezetékek, 3.3 V-os logikával

USB

USB működése

USB működéseEnumeráció

1. jelzés a hostnak

2. 0 cím kiádása

3. Device Desciptorok lekérdezése

4. címbeállító utasítás a device – nak

USBEgy chip - es IC gyártók

• Cypress• Atmel• Microchip• PHILIPS• National• TI• SMSC• Maxim• Altera• Netchip, Agere, Kawasaki, Nutshell, Transdimension, …

Ethernet• 1983: IEEE 802.3 szabvány:

– Maximálisan 10Mb/s adatátviteli sebesség– Átvitel speciális 50Ω-os koax kábelen– Maximálisan 500 (2500) m-es átvitel– Maximálisan 256 gép fűzhető egy kábelre

• 802.4: vezérjeles sín (token bus)• 802.5: vezérjeles gyűrű (token ring)• 1992: 802.3u (gyors Ethernet)

– 100Mb/s-os adatátviteli sebesség– Valós idejű adatforgalom továbbítás– Digitális hang közvetítés– 3-as kategóriájú (KAT3) „UTP” kábel (4 db sodrott érpár), vagy optika– Pont-pont közötti összeköttetés (elosztók / kapcsolók alkalmazása)

• 1995: 802.3z (gigabites Ethernet)– 1000MB/s-os adatátviteli sebesség– KAT5-ös árnyékolt kábel, vagy optika

Az Ethernet (802.3) család

• Az Ethernet egy állomása a közvetítő közeggel (kábel) való állandó kapcsolatot kihasználva bele tud hallgatni a csatornába, így ki tudja várni, amíg a csatorna felszabadul, és a saját üzenetét leadhatja anélkül, hogy ezzel más üzenet sérüljön, tehát a torlódás elkerülhető. A csatornát az állomások folyamatosan figyelik, ha ütközést tapasztalnak, akkor zavarni kezdik a csatornát, hogy figyelmeztessék a küldőket, ezután véletlen ideig várnak, majd adni kezdenek. Ha ezek után további ütközések történnek, az eljárás ugyanez, de a véletlenszerű várakozás idejét kétszeresére növelik, így időben szétszórják a versenyhelyzeteket, esélyt adva arra, hogy valaki adni tudjon.