Micro Systèmes n°103 décembre 1989
Micro Systèmes n°103 décembre 1989
  • Prix facial : 30 F

  • Parution : n°103 de décembre 1989

  • Périodicité : mensuel

  • Editeur : Société Parisienne d'Edition

  • Format : (203 x 271) mm

  • Nombre de pages : 222

  • Taille du fichier PDF : 182 Mo

  • Dans ce numéro : la recherche française en informatique.

  • Prix de vente (PDF) : gratuit

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FENETRE SUR Bien qu'il ne s'agisse pas d'une propriété technique, le degré d'ouverture d'un bus est cependant une caractéristique essentielle. De nombreux bus, comme Multibus I et II, le bus VME, NuBus et Futurebus, sont des normes IEEE/ANSI. D'autres bus sont « ouverts », mais leur avenir est aux mains d'un seul constructeur (par exemple, le bus MCA d'IBM). D'autres encore sont des standards de fait, qu'aucun constructeur ne peut se permettre de modifier (comme le bus AT, également baptisé ISA — Industry Standard Architecture). La question du format peut sembler terre à terre, mais il est évident que les concepteurs ne peuvent pas installer autant de logique sur une petite carte que sur une grande. La quantité d'espace disponible sur les cartes d'extension d'un bus peut donc limiter le choix de l'utilisateur par rapport aux cartes utilisables. L'autre problème matériel concerne le type du connecteur, ou des connecteurs, allant du bus à la carte. Les bus industriels (y compris le NuBus utilisé dans le Mac II) ont adopté depuis longtemps le connecteur en deux parties, à la place du connecteur de bord de carte, bien moins fiable, utilisé dans les ordina teurs personnels. Si les performances sont importantes, la vitesse brute n'est pas toujours le critère le plus significatif en ce qui concerne les bus. La vitesse théorique de transfert d'une courte rafale de données ne reflète pas nécessairement les performances réelles. Celles-ci dépendent de la vitesse d'arbitrage du bus et de la possibilité de recouvrement de cette phase d'arbitrage avec le précédent transfert de données. Les performances du bus dépendent également de la capacité des cartes existantes à fonctionner à la vitesse maximale du bus. Si quelques systèmes sont ralentis par la vitesse de transfert des données sur le bus d'E/S, bien d'autres le sont probablement par le manque d'intelligence des cartes installées sur le bus. Certaines caractéristiques des bus, comme le fonctionnement multimaître, peuvent encourager le développement de contrôleurs d'E/S intelligents, qui contribueront aux performances bien plus encore que le facteur vitesse brute. Tous les bus industriels ont des spécifications IEEE, ce qui signifie non seulement que les concepteurs doivent respecter une définition très stricte, mais encore que l'évolution du bus n'est plus aux mains d'un ou deux constructeurs, mais sous la responsa- 188 - MICRO-SYSTEMES bilité d'un organisme démocratique. Si ces comités ne sont pas réputés pour leur créativité, ils sont en revanche très utiles pour codifier les technologies et apporter ainsi une stabilité dans la définition des bus. De la précision des spécifications d'un bus dépend directement sa facilité de mise en oeuvre et la possibilité d'y associer des cartes issues de différents constructeurs. Par exemple, bien qu'il n'y ait pas de spécifications précises pour le bus AT, le marché de masse a instauré un processus évolutionnaire qui élimine tout ordinateur ou carte d'extension incompatible avec la base largement installée des clones AT. Plusieurs bus industriels, notamment NuBus et Futurebus, ont eu comme objectif essentiel d'être indépendant du processeur. C'est-à-dire qu'ils ont été conçus, non pas pour favoriser un style d'unité centrale plutôt qu'un autre, mais plutôt pour offrir un modèle de communication plus général. En revanche, les bus XT et AT sont simplement des versions décodées à partir des signaux d'un microprocesseur Intel. Fonctions standards et options L'objectif de base d'un bus est de déplacer des octets d'une carte à l'autre, de façon efficace et normalisée. Bien des fonctionnalités recouvrent cette « vérité » première. Certaines fonctions sont essentielles pour réaliser des systèmes fiables et d'un fonctionnement parfait, alors que d'autres ne sont que des gadgets. D'une façon générale, la notion de protocole se rapporte aux types de transactions supportées par un bus. Les actions de base consistent à lire et à écrire. Elles sont d'ailleurs tout à fait suffisantes pour la plupart des systèmes. Il peut également exister une lecture de blocs et une écriture de blocs, qui consistent à transférer des groupes de données en une seule transaction par rafale. Ainsi, Futurebus définit une fonction « broadcast » qui est une écriture vers plusieurs cartes esclaves et une fonction « broadcall », une lecture qui effectue une opération logique OU sur les données provenant de plusieurs cartes esclaves. La largeur du bus de données est une information de base essentielle. Elle indique le nombre de fils du bus, chacun de ces fils positionnant un bit dans une adresse. La largeur d'un bus est généralement de 8, 16 ou 32 bits. La plupart des bus VME sont des bus 32 bits, mais certains sous-ensembles disposent de 16 bits uniquement. Nu- Bus et Futurebus ont 32 bits et il n'existe pas pour eux de sous-ensembles d'une largeur inférieure. Le MCA est présenté comme un bus 32 bits, mais la plupart des connecteurs MCA ne font que 16 bits. Une des limitations du bus AT tient à la taille de l'espace adressable. Avec 24 bits d'espace adressable, on ne peut utiliser que 16 méga-octets (224) de mémoire physique. Cette capacité de stockage paraissait énorme en 1983, mais elle sera bientôt insuffisante. Tous les bus industriels ont un espace adressable de 32 bits, bien que la taille réelle de l'espace adressable puisse varier (le bus VME peut avoir 24 ou 32 bits). Autrefois, lorsque les concepteurs de bus se réunissaient, leurs discussions les plus chaudes concernaient le choix entre un bus synchrone et un bus asynchrone. Le premier type de bus utilise un signal d'horloge unique, propagé vers tous les connecteurs pour synchroniser tous les transferts de données et de commandes. Généralement, les signaux de données et de commandes ne sont valides que pendant un certain laps de temps. Dans un bus asynchrone, il n'y a pas d'horloge centrale, c'est une forme de handshake qui remplace la fonction d'horloge. En deux mots, le fonctionnement du bus asynchrone n'impose pas de limite supérieure à la vitesse du bus, alors que les bus synchrones peuvent faciliter le développement de systèmes plus fiables et plus performants. Nu- Bus et Multibus II sont synchrones, le bus VME et Futurebus sont asynchrones. L'école asynchrone affirme que les bus synchrones sont limités de façon inhérente par la technologie contemporaine. L'école synchrone affirme qu'il est difficile de créer et de mettre en oeuvre de véritables bus asynchrones offrant une fiabilité suffisante et qu'en réalité le gain de performances promis pour l'avenir est assez mince. Comme les interruptions semblent plutôt fondamentales et cruciales, il peut paraître surprenant que ni Multibus II ni Futurebus n'en possèdent et que la ligne d'interruption de NuBus n'ait été ajoutée que tardivement et à contre-coeur dans son cycle de conception. Le principe de base d'une interruption : une carte « tire sur un fil » a besoin d'un traitement de la part d'une unité centrale. Mais que se passe-t-il lorsqu'il y a plusieurs unités centrales ? Il serait intéressant pour Décembre 1989
Les cartes d'extension, plus précisément leurs connecteurs et leurs chemins logiques, représentent la réalisation physique des bus d'ordinateurs. Les cartes ci-contre, dans le sens des aiguilles d'une montre à partir du haut à gauche, représentent les six familles de bus de micro-ordinateur les plus répandues : NuBus du Mac Il, le bus MCA, le bus S-100, le bus Apple Il, le bus IBM PC 8 bits et le bus IBM PC 16 bits. Les bus industriels, y compris NuBus utilisé dans le Mac II, ont adopté depuis longtemps le connecteur en deux parties, à la place du connecteur de bord de carte, bien moins fiable, utilisé dans les ordinateurs personnels. une carte d'E/S de pouvoir envoyer une interruption vers une des nombreuses unités centrales du système. Les unités centrales devraient aussi avoir la possibilité d'interrompre les cartes d'E/S et, le cas échéant, d'autres unités centrales sur des cartes coprocesseurs. La ligne d'interruption conventionnelle pilotée par la carte d'E/S est insuffisante parce que tous les dispositifs qui doivent interrompre l'unité centrale doivent être multiplexés sur une seule ligne. Les bus plus avancés utilisent la transaction standard d'écriture sur le bus pour transporter l'information qu'une carte doit adresser à une autre carte. Les interruptions de viennent un cas particulier de transaction d'écriture en mémoire, offrant souplesse et facilité d'utilisation, éliminant les signaux et les circuits spéciaux qui auraient sinon été nécessaires. Bien entendu, les ordinateurs personnels d'aujourd'hui n'ont généralement qu'une seule unité centrale, mais les micro-ordinateurs multiprocesseurs arrivent en force. L'accès direct à la mémoire est une fonction que possèdent à la fois les ordinateurs personnels et les machines plus importantes. Mais l'appellation n'a pas la même signification dans chacun de ces deux mondes. Sur le bus VME, une carte contrôleur qui gère l'accès direct à la mémoire peut transférer des données vers la mémoire sans recourir à la carte processeur principale. Cette simple possibilité doit être considérée comme un point capital pour l'utilisation de bus multimaître en environnement micro. Les ordinateurs personnels ont un nombre fixe de canaux DMA sur la carte mère. L'appellation d'accès mémoire « indirect » conviendrait mieux Décembre 1989 parce que le DMA du micro-ordinateur n'est pas tant assuré par la carte d'E/S que par les circuits DMA de la carte mère. Sur les mini-ordinateurs, des contrôleurs sont souvent développés pour lire des blocs de contrôle dans la mémoire, effectuer la fonction indiquée, replacer l'information d'état dans la mémoire et, en option, interrompre l'unité centrale assurant le contrôle. Les bus multimaîtres rendent ce type d'opération également possible sur les micro-ordinateurs. La magie du muldprocessing Les systèmes les plus sophistiqués, désormais accessibles grâce aux bus multimaîtres, sont ceux équipés de véritables fonctions de multiprocessing. Il y a parfois confusion entre les concepts de multimaître et de multiprocessing. Pour créer un vrai fonctionnement multiprocesseur, le fonctionnement multimaître est nécessaire, mais il est loin d'être suffisant. Un véritable bus multiprocesseur doit également avoir un système d'interruptions qui laisse n'importe quelle carte interrompre n'importe quelle autre, une méthode d'arbitrage efficace et de quoi supporter des cartes multiples avec des caches. L'arbitrage évite que les maîtres utilisent tous les bus en même temps. Les méthodes utilisées pour y parvenir diffèrent d'un bus à l'autre. Multibus I et le bus VME utilisent des systèmes d'arbitrage à base de signaux chaînés (daisy chained). Cette méthode n'est pas toujours pratique parce que les connecteurs inutilisés doivent être équipés de cavaliers spéciaux afin d'assurer la continuité de la chaîne. Sur les bus plus modernes, l'arbitrage pour le prochain transfert de données s'effectue sur un jeu de lignes séparées de celles qui servent au transfert des données. Ceci permet de faire concourir opérations d'arbitrage et transferts des données. Il en résulte que la phase d'arbitrage ne rallonge pas le temps de transaction. Quand un transfert de données est terminé, le suivant peut commencer immédiatement. Le MCA constitue une exception à cette pratique : l'arbitrage y est effectué à la suite du transfert de données. Par conséquent, la phase d'arbitrage s'ajoute à la durée totale de la transaction. Les caches prennent de l'importance à la fois sur le marché des ordinateurs personnels et sur celui des super-micros. Les processeurs sont si rapides que les DRAM ne peuvent pas suivre. Le cache de RAM statique est la seule solution pour que l'unité centrale ait toujours des données à traiter. Les caches peuvent être complexes et, dans un système multiprocesseur, ils peuvent même être extrêmement sophistiqués. Certains bus offrent un support matériel pour ce que l'on appelle le problème de cohérence du cache. En dehors de quelques bus propriétaires utilisés sur les ordinateurs haut de gamme, Futurebus est le seul bus ouvert muni de cette fonction. Nous venons donc de passer en revue les principales caractéristiques qui aujourd'hui font la différence d'un bus à un autre. Si les bus industriels et les bus des ordinateurs personnels continuent à converger, nous pouvons nous attendre à voir apparaître certaines fonctionnalités avancées, telles que l'adressage géographique, les transactions broadcall et la cohérence de cache. MICRO-SYSTEMES — 189



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