Vlastnosti pneumatiky VLB. Sběrnice osobních počítačů. Interní přerušení sběrnice PCI

Moderní výpočetní systémy se vyznačují:

rychlý růst rychlosti mikroprocesorů a některých externích zařízení (například pro zobrazení digitálního videa na celé obrazovce vysoká kvalita požadovaná šířka pásma 22 MB/s);

vznik programů, které vyžadují velké množství operací rozhraní (například programy pro zpracování grafiky ve Windows, multimédia).

Za těchto podmínek nestačila propustnost rozšiřujících sběrnic obsluhujících několik zařízení současně pro pohodlný uživatelský zážitek, protože počítače začaly „myslet“ na dlouhou dobu. Vývojáři rozhraní se vydali cestou vytváření lokálních sběrnic připojených přímo ke sběrnici MP, které pracují na hodinové frekvenci MP (ale ne na své interní provozní frekvenci) a poskytují komunikaci s některými vysokorychlostními zařízeními mimo MP: hlavní a externí paměť , video systémy atd. .d.

V současnosti existují tři hlavní univerzální standardy místní sběrnice: VLB, PCI a AGP.

PneumatikaVLB(VL-bus, VESA Local Bus) byl představen v roce 1992 Video Electronics Standards Association (VESA – ochranná známka Video Electronics Standards Association) a často se nazývá sběrnice VESA. Sběrnice VLB je v podstatě rozšířením interní sběrnice MP pro komunikaci s grafickým adaptérem a méně často s pevným diskem, multimediálními kartami a síťovým adaptérem. Zastaralé (cílení pouze MP 80386, 80486).

PneumatikaPCI(Peripheral Component Interconnect, připojení externích komponent) je nejběžnější a univerzální rozhraní pro připojení různých zařízení. Vyvinutý v roce 1993 společností Intel. Sběrnice PCI je mnohem všestrannější než VLB; umožňuje připojení až 10 zařízení; má vlastní adaptér, který umožňuje jeho konfiguraci pro práci s libovolným MP od 80486 po moderní Pentium. Pomocí tohoto rozhraní jsou k základní desce připojeny grafické karty, zvukové karty, modemy, řadiče SCSI a další zařízení.

Sběrnice PCI, i když je místní, také plní mnoho funkcí rozšiřující sběrnice. Rozšiřující sběrnice ISA, EISA, MCA (a je s nimi kompatibilní), pokud existuje sběrnice PCI, se připojují nikoli přímo k MP, ale k samotné sběrnici PCI (přes rozšiřující rozhraní). Díky tomuto řešení je sběrnice nezávislá na procesoru a může pracovat paralelně se sběrnicí procesoru, aniž by k ní přistupovala pro požadavky. Tím se výrazně sníží zatížení procesorové sběrnice. Procesor například pracuje se systémovou pamětí nebo mezipamětí a v tuto chvíli se informace zapisují na pevný disk přes síť.

PneumatikaAGP(Accelerated Graphics Port – zrychlený grafický port) - rozhraní pro připojení grafického adaptéru k samostatné sběrnici AGP, která má přístup přímo do hlavní paměti.

Srovnávací charakteristiky pneumatik

Charakteristický
Kapacita číslic KShD/KShA, bit
Frekvence, MHz
Šířka pásma, MB/s
Počet připojených zařízení, ks.

Místní autobus

Všechny dříve popsané pneumatiky mají společnou nevýhodu - relativně nízkou propustnost. To je způsobeno tím, že sběrnice byly navrženy s ohledem na pomalé procesory. Následně se zvýšila rychlost procesoru a zejména „extenzivně“ se zlepšily vlastnosti sběrnice díky přidání nových linek. Překážkou pro zvýšení frekvence sběrnice bylo obrovské množství uvolněných desek, které nemohly pracovat při vysokých komunikačních rychlostech (u MCA to platí v menší míře, ale z výše uvedených důvodů tato architektura nehrála na trhu výraznější roli ). Zároveň na počátku 90. let došlo ve světě osobních počítačů ke změnám, které vyžadovaly prudké zvýšení rychlosti výměny se zařízeními:

• vytvoření nové generace procesorů, jako je Intel 80486, pracující na frekvencích až 66 MHz;
• zvýšení kapacity pevné disky a vytváření rychlejších ovladačů;
• rozvoje a aktivní propagace na trhu grafická rozhraní uživatel ( Typ Windows nebo OS/2) vedly k vytvoření nových grafických adaptérů, které podporují více vysoké rozlišení a více barev (VGA a SVGA).

Zřejmé východisko z této situace je následující: provádějte některé operace výměny dat, které vyžadují vysokou rychlost ne přes I/O sběrnici, ale přes procesorovou sběrnici, v podstatě stejným způsobem jako připojení externí mezipaměti. Toto provedení se nazývá místní autobus. Čísla jasně ukazují rozdíl mezi konvenční architekturou a architekturou místní sběrnice.

Místní autobus předchozí normy nenahradil, ale doplnil. Hlavní sběrnice v počítači byly stále ISA nebo EISA, ale byl k nim přidán jeden nebo více slotů místní sběrnice. Zpočátku byly tyto sloty používány téměř výhradně pro instalaci grafických adaptérů a do roku 1992 bylo vyvinuto několik nekompatibilních možností místní sběrnice, na které patřila výhradní práva výrobcům. Tento zmatek přirozeně brzdil šíření místních autobusů, takže VESA (Video Electronic Standard Association) - sdružení zastupující více než 100 společností - navrhlo v srpnu 1992 specifikaci místního autobusu.

Místní autobus VESA (VL-bus)

Hlavní charakteristiky VL-bus jsou následující.

• Podpora procesorů řady 80386 a 80486 Sběrnice je navržena pro použití v jednoprocesorových systémech, přičemž specifikace poskytuje možnost podporovat procesory nekompatibilní s x86 pomocí můstkového čipu.
• Maximální počet masterů sběrnice je 3 (bez řadiče sběrnice). V případě potřeby je možné nainstalovat několik subsystémů pro podporu většího počtu masterů.
• Přestože byla sběrnice původně navržena pro podporu grafických řadičů, může podporovat i jiná zařízení (například řadiče pevných disků).
• Norma však umožňuje provoz sběrnice na frekvencích až 66 MHz elektrické charakteristiky Konektor VL-bus jej omezuje na 50 MHz (toto omezení se samozřejmě netýká zařízení integrovaných do základní desky).
• Obousměrná 32bitová datová sběrnice podporuje také 16bitovou komunikaci. Specifikace obsahuje možnost 64bitové výměny.
• Podpora DMA je poskytována pouze pro master bus. Sběrnice nepodporuje speciální "iniciátory" DMA.
• Maximální teoretická šířka pásma sběrnice je 160 MV/s (při frekvenci sběrnice 50 MHz), standardně 107 MV/s při frekvenci 33 MHz.
• Je podporován režim dávkové výměny (pro základní desky 80486, které tento režim podporují). 5 řádků slouží k identifikaci typu a rychlosti procesoru, k aktivaci tohoto režimu se používá signál Burst Last (BLAST#). U systémů, které tento režim nepodporují, je řádek nastaven na 0.
• Sběrnice využívá 58pinový MCA konektor. Podporovány jsou maximálně 3 sloty (na některých 50 MHz sběrnicích lze nainstalovat pouze 1 slot).
• Slot VL-bus je instalován v řadě za sloty ISA/EISA/MCA, takže všechny linky těchto sběrnic jsou dostupné pro desky VL.
• Podporuje integrovanou mezipaměť procesoru i mezipaměť na desce základní deska.
• Napájecí napětí je 5 V. Zařízení s výstupní úrovní 3,3 V jsou podporována za předpokladu, že zvládnou úroveň vstupní signál 5 V.

Sběrnice VL byla oproti ISA obrovským vylepšením jak ve výkonu, tak v designu. Jednou z výhod sběrnice bylo, že umožňovala vytvářet karty, které fungují se stávajícími čipsety a neobsahují velké množství drahé řídicí logické obvody. Ve výsledku byly VL karty levnější než podobné EISA karty. Tato pneumatika však nebyla bez nedostatků, z nichž hlavní jsou následující.

• Orientace na 486. procesor. VL-bus je pevně připojen ke sběrnici procesoru 80486, která se liší od sběrnic Pentium a Pentium Pro/Pentium II.
• Omezený výkon. Jak již bylo zmíněno, skutečná frekvence VL-bus není větší než 50 MHz. Navíc při použití procesorů s násobičem frekvence sběrnice používá hlavní frekvenci (například pro 486DX2-66 bude frekvence sběrnice 33 MHz).
• Omezení okruhu. Na kvalitu signálů přenášených po sběrnici procesoru jsou kladeny velmi přísné požadavky, které lze splnit pouze s určitými parametry zátěže pro každou linku sběrnice. Instalace nedostatečně pečlivě navržených VL desek může podle Intelu vést nejen ke ztrátě dat a problémům se synchronizací, ale také k poškození systému.
• Omezení počtu desek. Toto omezení také vyplývá z nutnosti dodržovat omezení zatížení na každé lince.

Navzdory existujícím nedostatkům byl VL-bus nepochybným lídrem na trhu, protože umožnil odstranit úzké místo ve dvou subsystémech najednou - video subsystému a komunikačním subsystému. pevný disk. Vedení však nemělo dlouhého trvání, protože Intel vyvinul svůj nový produkt – sběrnici PCI. VL-bus byl podle společnosti založen na 11 let starých technologiích a byl jen „záplatou“, kompromisem mezi výrobci. Pravda, VESA uvedla, že oba autobusy mohou „koexistovat“ společně v jednom systému. Intel souhlasil, že takové sousedství je možné, ale položil otázku proti zabíjení: „Proč? Abychom byli spravedliví, je třeba říci, že PCI bylo skutečně zbaveno většiny nevýhod, které vlastní VL-bus.

ZAVEDENÍ

Sběrnice je kanál pro přenos dat sdílený různými jednotkami systému. Sběrnice může být sada vodivých linek vyleptaných na desce plošných spojů, vodičů připájených na svorky konektorů, do kterých se desky plošných spojů zasouvají, nebo plochý kabel.

Komponenty počítačového systému jsou fyzicky umístěny na jedné nebo více deskách plošných spojů, přičemž jejich počet a funkce závisí na konfiguraci systému, jeho výrobci a často i na generaci mikroprocesoru.

Hlavní charakteristiky sběrnic jsou bitová hloubka přenášených dat a rychlost přenosu dat.

Největší zájem je o dva typy autobusů: systémové a místní.

Systémová sběrnice je navržena tak, aby zajišťovala přenos dat mezi periferními zařízeními a centrálním procesorem a také RAM.

Místní sběrnice je zpravidla sběrnice přímo připojená k pinům mikroprocesoru, tzn. sběrnice procesoru.

1. SYSTÉMOVÁ SBĚRNICE

Hlavní odpovědností systémové sběrnice je přenášet informace mezi základním mikroprocesorem a zbytkem elektronických součástek počítače. Prostřednictvím této sběrnice jsou také adresována zařízení a vyměňovány speciální servisní signály. Systémovou sběrnici lze tedy zjednodušeně reprezentovat jako soubor signálových linek, kombinovaných podle jejich účelu (data, adresy, řízení). Přenos informací po sběrnici je řízen jedním z připojených zařízení nebo uzlem speciálně určeným pro tento účel, nazývaným sběrnicový arbitr.

Systémová sběrnice IBM PC a IBM PC/XT byla navržena tak, aby současně přenášela pouze 8 bitů informace, protože mikroprocesor z roku 18088 používaný v počítačích měl 8 datových linek. Systémová sběrnice navíc obsahovala 20 adresních linek, což omezovalo adresní prostor na limit 1 MB. Pro práci s externími zařízeními tato sběrnice také poskytovala 4 linky hardwarového přerušení (IRQ) a 4 linky pro externí zařízení vyžadující přímý přístup do paměti (DMA, Direct Memory Access). Pro připojení rozšiřujících karet byly použity speciální 62pinové konektory. Všimněte si, že systémová sběrnice a mikroprocesor byly synchronizovány z jediného hodinového generátoru s frekvencí 4,77 MHz. Rychlost přenosu dat by tedy teoreticky mohla dosáhnout více než 4,5 MB/s.1.1 Pneumatika

Sběrnice ISA (Industry Standard Architecture) je sběrnice, která se používá od prvních modelů PC a stala se průmyslovým standardem. Modely XT PC využívaly sběrnici s datovou šířkou 8 bitů a šířkou adresy 20 bitů. V AT modelech byla sběrnice rozšířena na 16 datových bitů a 24 adresových bitů, kde zůstala dodnes. Konstrukčně je sběrnice provedena ve formě dvou slotů. Podmnožina ISA-8 používá pouze první 62pinový slot, zatímco ISA-16 používá další 36pinový slot. Frekvence hodin – 8 MHz. Rychlost přenosu dat až 16 MB/s. Má dobrou odolnost proti hluku.

Sběrnice poskytuje svým předplatitelům možnost mapovat 8- nebo 16bitové registry na I/O a paměťový prostor. Rozsah dostupných adres paměti je omezen oblastí UMA ( U sjednocený M emory A architektura je unifikovaná paměťová architektura), ale pro sběrnici ISA-16 mohou speciální možnosti nastavení BIOSu umožnit také prostor v oblasti mezi 15 a 16 megabajty paměti (ačkoli počítač nebude moci využít více než 15 MB paměti). BERAN). Horní hranice rozsahu I/O adres je omezena počtem adresových bitů použitých pro dekódování; spodní hranice je omezena oblastí adres 0-FFh vyhrazenou pro zařízení na základní desce. PC přijalo 10bitové I/O adresování, ve kterém byly řádky adresy A zařízeními ignorovány. Adresový rozsah zařízení sběrnice ISA je tedy omezen na oblast 100h-3FFh, tedy celkem 758 adres 8bitových registrů. Některé oblasti těchto adres jsou také nárokovány systémovými zařízeními. Následně se začalo používat 12bitové adresování (rozsah 100h-FFFh), při jeho použití je však vždy nutné počítat s možností přítomnosti na sběrnici starých 10bitových adaptérů, které budou „odpovídat“ na adresu s odpovídajícími A bity v celé přípustné oblasti čtyřikrát.

Předplatitelé sběrnice ISA-8 mohou mít k dispozici až 6 linek IRQ (Interrupt Request) pro ISA-16 jejich počet dosahuje 11. Všimněte si, že při konfiguraci nastavení BIOSu mohou být některé z těchto požadavků vybrány zařízeními na základní desce nebo PCI; autobus.

Předplatitelé sběrnice mohou využívat až tři 8bitové kanály DMA ( D přímý M emory A ccess - přímý přístup do paměti) a na 16bitové sběrnici mohou být k dispozici další tři 16bitové kanály. 16bitové signály kanálu lze také použít k získání přímého řízení sběrnice zařízením Bus-Master. V tomto případě je kanál DMA použit pro arbitráž řízení sběrnice a adaptér Bus-Master generuje všechny adresové a řídicí signály sběrnice, přičemž nezapomíná „předat“ řízení sběrnice procesoru nejpozději po 15 mikrosekundách ( aby nedošlo k narušení regenerace paměti).

Všechny uvedené prostředky systémové sběrnice musí být distribuovány mezi účastníky bez konfliktu. Nekonflikt znamená následující:

Každý účastník musí během operací čtení ovládat datovou sběrnici (produkovat informace) pouze svými adresami nebo přístupem k DMA kanálu, který používá. Čtené adresní oblasti se nesmí překrývat. Není zakázáno „šmírovat“ operace zápisu, které mu nejsou adresovány.

Určená linka požadavku přerušení IRQx musí být účastníkem udržována na nízké úrovni v pasivním stavu a zvýšena na vysokou, aby se požadavek aktivoval.

Účastník nemá právo ovládat nevyužité požadavkové linky, musí být ve třetím stavu elektricky odpojeny nebo připojeny k vyrovnávací paměti. Pouze jedno zařízení může používat jednu linku požadavku. Taková absurdita (z hlediska návrhu obvodů TTL) byla u prvních PC povolena a za oběti kompatibility byla po mnoho let pilně replikována.

Problém distribuce zdrojů ve starých adaptérech byl vyřešen pomocí propojek, poté se objevila softwarově definovaná zařízení, která byla prakticky nahrazena automaticky nakonfigurovanými PnP deskami.

Pro sběrnice ISA vyrábí řada firem prototypové karty (Protitype Card), což jsou desky plošných spojů plného nebo zmenšeného formátu s montážním držákem. Desky jsou vybaveny povinnými obvody rozhraní - datový buffer, dekodér adres a některé další. Zbytek pole desky je „slepá deska“, na kterou může vývojář umístit prototypovou verzi svého zařízení. Tyto desky jsou vhodné pro testování prkénka nového produktu, stejně jako pro montáž jednotlivých kopií zařízení, když je vývoj a výroba desky s plošnými spoji nerentabilní.

S příchodem 32bitových procesorů došlo k pokusům o rozšíření šířky sběrnice, ale všechny 32bitové sběrnice ISA nejsou standardizovány, kromě sběrnice EISA.1.2 Pneumatika

S příchodem 32bitových mikroprocesorů 80386 (verze DX) firem Compaq, NEC a řady dalších společností vznikla 32bitová sběrnice EISA, plně kompatibilní s ISA.

Sběrnice EISA (Extended ISA) je přísně standardizované rozšíření ISA až na 32 bitů. Konstrukce zajišťuje kompatibilitu s běžnými ISA adaptéry. Úzké přídavné rozšiřující kolíky jsou umístěny mezi lopatkami ISA konektoru a pod nimi tak, aby k nim nedosáhl ISA adaptér, který nemá další klíčové sloty v hranovém konektoru. Instalace karet EISA do slotů ISA není povolena, protože jejich specifické obvody skončí na kolících obvodu ISA a základní deska bude nefunkční.

Rozšíření sběrnice není jen o zvětšování šířky dat a adresy: režimy EISA využívají další řídicí signály, které umožňují efektivnější režimy přenosu. V normálním (non-burst) režimu přenosu lze přenést až 32 bitů dat na pár hodinových cyklů (jeden takt na fázi adresy, jeden takt na datovou fázi). Maximálního výkonu sběrnice je dosaženo pomocí Burst Mode, vysokorychlostního režimu pro odesílání datových paketů bez uvedení aktuální adresy uvnitř paketu. V rámci paketu mohou být další data přenášena v každém taktu sběrnice, délka paketu může dosáhnout 1024 bajtů. Pneumatika také poskytuje vyšší produktivitu DMA režimy, při které rychlost výměny může dosáhnout 33 MB/s. Linky požadavku přerušení umožňují sdílené použití a je zachována kompatibilita s kartami ISA: každá linka požadavku může být naprogramována na citlivost hran, jak v ISA, tak na nízké úrovni. Sběrnice umožňuje každé rozšiřující kartě spotřebovat až 45 W energie, ale plný výkon, zpravidla nespotřebovává žádný adaptér.

Každý slot (maximálně 8) a systémová deska mohou mít selektivní rozlišení I/O adresování a samostatné požadavky na řízení sběrnice a potvrzovací linky. Rozhodování požadavků provádí zařízení ISP (Integrated System Peripheral). Povinnou součástí základní desky se sběrnicí EISA je energeticky nezávislá konfigurační paměť NVRAM, která ukládá informace o zařízeních EISA pro každý slot. Formát záznamu je standardizován pro úpravu konfiguračních informací; Architektura umožňuje softwarově definovaným adaptérům automaticky řešit konflikty ve využívání systémových prostředků programově, ale na rozdíl od specifikace PnP EISA neumožňuje dynamickou rekonfiguraci. Veškeré změny konfigurace jsou možné pouze v konfiguračním režimu, po jehož ukončení je nutné restartovat počítač. Izolovaný přístup k I/O portům každé karty během konfigurace je zajištěn jednoduše: signál AEN, který umožňuje dekódování adresy v I/O cyklu, přichází do každého slotu samostatnou linkou AENx, v tuto chvíli řízenou softwarem. Tímto způsobem můžete přistupovat k oběma samostatně běžné karty ISA, ale to je zbytečné, protože karty ISA nepodporují výměnu konfiguračních informací poskytovaných sběrnicí EISA. Specifikace PnP pro sběrnici ISA vyrostla z některých nápadů na konfiguraci EISA (formát konfiguračního záznamu ESCD je podobný NVRAM společnosti EISA).

EISA je drahá, ale užitečná architektura používaná v multitaskingových systémech, souborových serverech a všude tam, kde je vyžadováno vysoce efektivní rozšíření I/O sběrnice.

1.3 PneumatikaM.C.A.

Sběrnici MCA (MicroChannel Architecture) – mikrokanálovou architekturu – představila navzdory konkurentům IBM pro své počítače PS/2 počínaje modelem 50 v roce 1987. Poskytuje rychlou výměnu dat mezi jednotlivými zařízeními, zejména s RAM. Sběrnice MCA je zcela nekompatibilní s ISA/EISA a dalšími adaptéry. Složení řídicích signálů, protokol a architektura jsou orientovány na asynchronní provoz sběrnice a procesoru, čímž odpadá problém sladění rychlostí procesoru a periferních zařízení. Adaptéry MCA široce využívají Bus-Mastering, všechny požadavky jdou přes zařízení CACP (Central Arbitration Control Point). Architektura umožňuje, aby všechna zařízení byla konfigurována efektivně a automaticky pomocí softwaru (v MCA PS/2 nejsou žádné přepínače).

Přes veškerou progresivitu architektury (vzhledem k ISA) není sběrnice MCA oblíbená kvůli úzkému okruhu výrobců zařízení MCA a jejich naprosté nekompatibilitě s sériově vyráběnými systémy ISA. MCA však stále nachází uplatnění na výkonných souborových serverech, kde je vyžadován vysoce spolehlivý I/O výkon.

2. MÍSTNÍ AUTOBUS

Vývojáři počítačů, jejichž základní desky byly založeny na mikroprocesorech 180386/486, začali používat samostatné sběrnice pro paměť a vstupně/výstupní zařízení, což umožnilo maximálně využít možnosti RAM, protože právě v tomto případě může paměť fungovat ve své nejvyšší rychlosti. S tímto přístupem však celý systém nemůže poskytnout dostatečný výkon, protože zařízení připojená přes rozšiřující konektory nedokážou dosáhnout přenosové rychlosti srovnatelné s procesorem. Týká se to především práce s řadiči úložiště a grafickými adaptéry. K vyřešení tohoto problému se začaly používat tzv. lokální sběrnice, které přímo propojují procesor s ovladači periferních zařízení.

První počítače kompatibilní s IBM PC s lokálními sběrnicemi samozřejmě nebyly standardizovány. Jedním z předních výrobců osobních počítačů, který byl průkopníkem implementace video subsystému s místní sběrnicí, byl NEC Technologies. Již v roce 1991 tato společnost představila svůj původní vývoj Image Video.

V v poslední době Objevily se dvě místní sběrnice, uznávané jako průmyslové: sběrnice VLB, navržená VESA (Video Electronics Standards Association), a PCI (Peripheral Component Interconnect), vyvinutá společností Intel. Obě tyto sběrnice jsou určeny, obecně řečeno, ke stejnému účelu - ke zvýšení rychlosti počítače, což umožňuje periferním zařízením, jako jsou grafické adaptéry a řadiče pohonů, pracovat s taktovací frekvencí až 33 MHz a vyšší. Obě sběrnice používají MCA konektory. Tím však jejich podobnost končí, neboť požadovaného cíle je dosaženo různými prostředky.

Pokud je VL-bus ve skutečnosti rozšířením procesorové sběrnice (vzpomeňte si na IBM PC/XT sběrnici), pak se PCI ve své organizaci více podobá systémovým sběrnicím, například EISA, a jde o zcela nový vývoj. Přísně vzato, PCI patří do třídy takzvaných mezzaninových sběrnic, tedy „add-on“ sběrnic, protože mezi místní sběrnicí procesoru a samotným PCI existuje speciální odpovídající „můstkový“ čip.

2.1 PneumatikaVLB

Místní autobusový standard VLB (VESA Local Bus, VESA – Video Equipment Standard Association) byl vyvinut v roce 1992. Hlavní nevýhodou sběrnice VLB je nemožnost použití s ​​procesory, které nahradily MP 80486 nebo s ním paralelně existují (Alpha, PowerPC atd.).

I/O sběrnice ISA, MCA, EISA mají nízký výkon vzhledem ke svému místu ve struktuře PC. Moderní aplikace (zejména grafické aplikace) vyžadují výrazné zvýšení propustnosti, kterou mohou poskytnout moderní procesory. Jedním z řešení problému zvýšení propustnosti bylo využití lokální sběrnice procesoru 80486 jako sběrnice pro připojení periferních zařízení Sběrnice procesoru byla použita jako přípojný bod pro vestavěné periferie základní desky (řadič disku, grafický adaptér ).

VLB je standardizovaná 32bitová místní sběrnice, která v podstatě představuje signály systémové sběrnice procesoru 486 směrované do dalších konektorů základní desky. Sběrnice je silně zaměřena na procesor 486, i když ji lze použít i s procesory třídy 386 Pro procesory Pentium byla přijata specifikace 2.0, ve které byla šířka datové sběrnice zvýšena na 64, ale nebyla široce používána. Hardwarové převodníky sběrnic nových procesorů na sběrnici VLB, které jsou umělými „výrůstky“ na architektuře sběrnice, se neujaly a VLB se nedočkalo dalšího rozvoje.

Strukturálně je VLB slot podobný 16bitovému běžnému MCA slotu, ale je rozšířením systémové ISA-16, EISA nebo MCA sběrnice, umístěné za ním v blízkosti procesoru. Vzhledem k omezené kapacitě zátěže procesorové sběrnice nejsou na základní desce instalovány více než tři VLB sloty. Maximální taktovací frekvence sběrnice je 66 MHz, i když sběrnice pracuje spolehlivěji na 33 MHz. Zároveň je deklarována špičková propustnost 132 MB/s (33 MHz x 4 bajty), které je však dosaženo pouze v rámci paketového cyklu při datových přenosech. Ve skutečnosti v burst cyklu vyžaduje přenos 4 x 4 = 16 bajtů dat 5 hodinových cyklů sběrnice, takže i v burst režimu je propustnost 105,6 MB/s a v normálním režimu (cyklus na fázi adresy a takt na datovou fázi ) - pouze 66 MB/s, i když je to výrazně více než ISA. Přísné požadavky na časovací charakteristiky procesorové sběrnice při velké zátěži (včetně externích cache čipů) mohou vést k nestabilnímu provozu: všechny tři VLB sloty lze používat pouze na frekvenci 40 MHz se zatíženou základní deskou, fungovat může pouze 50 MHz; jeden slot. Sběrnice v zásadě umožňuje použití aktivních (Bus-Master) adaptérů, ale rozhodování o žádostech spočívá na samotných adaptérech. Sběrnice obvykle umožňuje instalaci maximálně dvou adaptérů Bus-Master, z nichž jeden je instalován do slotu „Master“.

Sběrnice VLB se běžně používala pro připojení grafického adaptéru a řadiče disku. LAN adaptéry pro VLB se prakticky nenacházejí. Někdy existují základní desky, jejichž popisy naznačují, že mají vestavěný grafický a diskový adaptér se sběrnicí VLB, ale samotné sloty VLB nejsou. To znamená, že deska obsahuje čipy uvedených adaptérů, určených pro připojení na sběrnici VLB. Taková implicitní sběrnice přirozeně není ve výkonu horší než sběrnice s explicitními sloty. Z hlediska spolehlivosti a kompatibility je to ještě lepší, protože problémy s kompatibilitou karet a základních desek pro sběrnici VLB jsou obzvláště akutní.

2.2 PneumatikaPCI

PCI sběrnice (Peripheral Component Interconnect bus - propojení periferních komponent) - sběrnice pro připojení periferních komponent. Společnost Intel jej oznámila v červnu 1992 na PC Expo.

Tato sběrnice zaujímá zvláštní místo v moderní architektuře PC (mezzanine bus), je mostem mezi lokální procesorovou sběrnicí a ISA/EISA nebo MCA I/O sběrnicí. Tato sběrnice byla navržena s ohledem na systémy Pentium, ale funguje dobře s procesory 486 i s procesory jiných výrobců. Sběrnice PCI je vysoce standardizovaná, vysoce výkonná rozšiřující sběrnice PCI. K dispozici je také 64bitová verze 20-33 MHz standardu PCI 2.1 umožňuje teoretickou maximální rychlost 132/264 MB/s při 33 MHz a 528 MB/s při 66 MHz pro připojení adaptéru (na rozdíl od VLB), na základní desce může koexistovat s kteroukoli z I/O sběrnic a dokonce i s VLB (i když to není nutné).

Na jedné sběrnici PCI nemohou být více než čtyři zařízení (sloty). PCI Bus Bridge (PCI Bridge) je hardware pro připojení PCI sběrnice k jiným sběrnicím. Host Bridge - hlavní můstek - slouží k připojení PCI k systémové sběrnici (procesorové sběrnici nebo procesorům). Peer-to-Peer Bridge - peer-to-peer bridge - slouží k propojení dvou PCI sběrnic. Dvě nebo více sběrnic PCI se používají ve výkonných serverové platformy- další sběrnice PCI umožňují zvýšit počet připojených zařízení.

Automatická konfigurace zařízení (výběr adres, požadavky na přerušení) je podporována nástroji BIOS a je orientována na technologii Plug and Play. Standard PCI definuje konfigurační prostor pro každý slot až 256 osmibitových registrů, které nejsou přiřazeny ani paměťovému prostoru, ani I/O prostoru. Jsou přístupné prostřednictvím speciálních cyklů sběrnice Configuration Read a Configuration Write, které generuje řadič, když procesor přistupuje k registrům řadiče sběrnice PCI umístěným v jeho I/O prostoru.

Sběrnice PCI obsahuje signály pro testování adaptérů přes rozhraní JTAG. Na základní desce nejsou tyto signály vždy aktivovány, ale také mohou organizovat logický řetězec testovaných adaptérů.

Sběrnice PCI zachází se všemi výměnami jako s pakety: každý rámec začíná fází adresy, po které může následovat jedna nebo více datových fází. Počet datových fází v paketu je neurčitý, ale je omezen časovačem, který určuje maximální dobu, po kterou může zařízení využívat sběrnici. Každé zařízení má svůj vlastní časovač, jehož hodnota se nastavuje při konfiguraci sběrnicových zařízení.

Každá ústředna zahrnuje dvě zařízení – iniciátor výměny (Initiator) a cílové zařízení (Target). Arbitráž žádostí o použití sběrnice je řešena speciální funkční jednotkou, která je součástí čipové sady základní desky. Pro koordinaci rychlosti zařízení účastnících se výměny jsou poskytovány dva signály připravenosti IRDY# a TRDY#. Pro adresu a data na sběrnici se používají běžné multiplexní AD linky. Čtyři multiplexované linky C/BE se používají ke kódování instrukcí ve fázi adresy a povolení bajtů v datové fázi.

Sběrnice má verze s napájením 5 V, 3,3 V. Existuje i univerzální verze (s přepínáním +V I/O linek z 5 V na 3,3 V). Klíče jsou chybějící řady kolíků 12, 13 a 50, 51. Pro 5V slot je klíč umístěn na kolících 50, 51; pro 3 V - 12, 13; pro univerzální - dva klíče: 12, 13 a 50, 51. Klíče neumožňují instalaci karty do slotu s nevhodným napájecím napětím. 32bitový slot končí piny A62/B62, 64bitový slot končí piny A94/B94.

Na rozdíl od jiných sběrnicových adaptérů jsou komponenty PCI karty umístěny na levém povrchu desek. Z tohoto důvodu nejvzdálenější slot PCI obvykle sdílí půdorys adaptéru se sousedním slotem ISA (Shared slot).

Donedávna byla sběrnice PCI druhou (po ISA) nejoblíbenější aplikací. V moderní systémy Sběrnice ISA jsou opuštěny a do centra pozornosti se dostává sběrnice PCI. Některé firmy vyrábějí prototypové karty pro tuto sběrnici, ale samozřejmě vybavit je periferním adaptérem nebo zařízením vlastní konstrukce je mnohem obtížnější než ISA kartu. Zde mají vliv složitější protokoly a vyšší frekvence (8 MHz pro sběrnici ISA oproti 33 nebo 66 MHz pro sběrnici PCI). Sběrnice PCI má také špatnou odolnost proti rušení, takže se stále poměrně zřídka používá pro budování měřicích systémů a průmyslových počítačů.

Některé systémy (základní desky) mají malý konektor zvaný Media Bus. Je umístěn za konektorem sběrnice PCI jednoho ze slotů. Tento konektor vydává signály z běžné sběrnice ISA a je navržen tak, aby grafický adaptér se sběrnicí PCI pojal i levnou čipovou sadu zvukové karty určenou pro sběrnici ISA. Tento konektor a zejména takové kombinované audio-video karty se příliš nepoužívají.

ZÁVĚR

Od svého vývoje až do současnosti byla I/O sběrnice úzkým hrdlem moderních osobních počítačů, což negativně ovlivňuje celkovou rychlostní charakteristiku systému. Objevily se nové autobusy, zvýšila se bitová kapacita, rychlost autobusů a jejich propustnost. Vývoj nových norem pro pneumatiky ale pokračuje. Mnoho firem spojuje své síly při vývoji nových standardů.

Na příkladech existujících norem je zřejmé, že každá norma pneumatik má své výhody, ale také své nevýhody. Některé pneumatiky vám umožňují dosáhnout docela uspokojivého výkonu, ale jsou velmi drahé a obtížně vyrobitelné a náklady se často nevrací. Jiné jsou levné, ale velmi náročné na systém jako celek.

Seznam použitých zdrojů

1. Informatika: Workshop o výpočetní technice: Učebnice pro vysoké školy / Ed. N.V. Makarova. – M.: Finance a statistika, 1997. - 384 s.

2. Mogilev A.V. a další Informatika: Učebnice pro studenty pedagogiky. univerzity / A.V. Mogilev, N.I. Pak - M.: Akademie, 1999. - 816 s.

3. Ostreykovsky V.A. Informatika: Učebnice pro technické univerzity - M.: postgraduální škola, 1999. – 511 s.

4. Informatika: Základní kurz: Učebnice pro vysoké školy / Edited by S.V. Šimonovič - Petrohrad. : Peter, 2003. – 640 s.

5. Khokhlova N.V. a další Informatika: Učebnice pro vysoké školy / N.V. Khokhlova, A.I. Istemenko, B.V. Petrenko. – M.: Vyšší škola, 1990. – 195 s.

Pneumatiky jsou rozděleny do řad místní pneumatiky, kůže... takové mikroobvody. Navíc obnova norma Ještě častěji se objevuje na periferii...

S nárůstem taktů a bitové hloubky procesorů vyvstal naléhavý problém se zvýšením rychlosti přenosu dat na sběrnicích (k čemu je použít kámen s taktovací frekvencí řekněme 66 MHz, pokud sběrnice pracuje na frekvence pouze 8,33 MHz). V některých případech, jako je klávesnice nebo myš, vysoká rychlost k ničemu. Ale inženýři výrobců rozšiřujících desek byli připraveni vyrábět zařízení rychlostí, kterou autobusy nemohly poskytnout.

V
Cesta z této situace byla nalezena následovně: některé operace výměny dat, které vyžadují vysokou rychlost, by neměly být prováděny prostřednictvím standardních konektorů I/O sběrnice, ale prostřednictvím dalších vysokorychlostních rozhraní - sběrnice procesoru, v podstatě stejně. tak, jak je připojena externí mezipaměť.

Faktem je, že tato velmi vysokorychlostní rozhraní jsou připojena ke sběrnici procesoru. Z toho vyplývá, že připojené desky budou mít přístup přímo k procesoru přes jeho sběrnici. Tento design byl tzv místní autobus (LB, místní autobus). Místní autobus předchozí normy nenahradil, ale doplnil. Obrázek ukazuje rozdíl mezi konvenční architekturou a architekturou lokální sběrnice. Mimochodem, první sběrnice ISA byly lokální, ale když jejich hodinová frekvence přesáhla 8 MHz, došlo k oddělení.

Hlavní sběrnice v počítači byly stále ISA nebo EISA, ale byl k nim přidán jeden nebo více slotů místní sběrnice. Zpočátku byly tyto sloty používány téměř výhradně pro instalaci grafických adaptérů a do roku 1992 bylo vyvinuto několik nekompatibilních možností místní sběrnice, na které patřila výhradní práva výrobcům.

Tato rozmanitost brzdila šíření místních autobusů, takže Video Electronic Standard Association, zastupující více než 100 společností, navrhlo v srpnu 1992 svou specifikaci VESA Local Bus (VL-bus nebo VLB), která se nezměnila, ale doplnila stávající normy. Sběrnice VLB byla navržena pro zvýšení šířky pásma mezi hlavním procesorem a grafickou kartou jednoduchým přidáním několika nových vysokorychlostních lokálních slotů k hlavním sběrnicím. Hlavní funkcí, pro kterou byla nová sběrnice určena, byla výměna dat s grafickým adaptérem.

Jednalo se o 32bitovou sběrnici, která používala třetí a čtvrtý konektor jako rozšíření běžného ISA slotu. Sběrnice pracovala na nominální frekvenci 33 MHz a poskytovala výrazné zvýšení výkonu ve srovnání s ISA. Následně sběrnici VLB začali používat výrobci řadičů pevných disků a dalších zařízení, která to vyžadují vysokorychlostní přenos data. Vyráběly se dokonce i 100Mbitové ethernetové řadiče se sběrnicí VLB. Rozšířené použití sběrnice VESA je způsobeno její relativně nízkou cenou a kompatibilitou shora dolů s jejím předchůdcem, sběrnicí ISA. Konektor VLB je konektor ISA s „pokračováním“.

Hlavní vlastnosti VL-bus jsou:

• 
  podpora procesorů řady 80386 a 80486 Sběrnice je navržena pro použití v jednoprocesorových systémech, přičemž specifikace poskytuje možnost podpory x86-nekompatibilních procesorů pomocí můstkového čipu;
• 
  Maximální počet masterů sběrnice je 3 (bez řadiče sběrnice). V případě potřeby je možné nainstalovat několik subsystémů pro podporu většího počtu masterů. Navzdory skutečnosti, že sběrnice byla původně navržena pro podporu grafických řadičů, může podporovat i jiná zařízení (například řadiče pevných disků);
• 
  sběrnice může pracovat na frekvencích až 66 MHz, ale elektrická charakteristika konektoru VL-bus ji omezuje na 50 MHz (toto omezení se samozřejmě netýká zařízení integrovaných do základní desky);
• 
  Obousměrná 32bitová datová sběrnice podporuje také 16bitovou komunikaci. Specifikace zahrnuje možnost 64bitové výměny;
• 
  Podpora DMA je poskytována pouze pro master bus. Sběrnice nepodporuje speciální "iniciátory" DMA;
• 
  maximální teoretická šířka pásma sběrnice 160 Mb/s (při frekvenci sběrnice 50 MHz), standard - 107 Mb/s při frekvenci 33 MHz;
• 
  podpora režimu dávkové výměny (pro základní desky 80486, které tento režim podporují). K identifikaci typu a rychlosti procesoru se používá pět řádků, k aktivaci tohoto režimu se používá signál Burst Last (BLAST#). U systémů, které tento režim nepodporují, je řádek nastaven na 0;
• 
  pomocí 58pinového konektoru MCA. Podporovány jsou maximálně 3 sloty (na některých 50 MHz sběrnicích lze nainstalovat pouze 1 slot). Slot VL-bus je instalován v řadě za sloty ISA/EISA/MCA, takže všechny linky těchto sběrnic jsou dostupné pro desky VL;
• 
  podpora integrovaného procesoru cache i mezipaměti na základní desce. Napájecí napětí je 5 V. Zařízení s výstupem 3,3 V jsou podporována za předpokladu, že zvládnou vstup 5 V.

Konstrukčně je sběrnice VLB dalším konektorem (116-pin) ke konektoru ISA. Elektricky je sběrnice navržena jako rozšíření lokální sběrnice procesoru – většina vstupních a výstupních signálů procesoru je přenášena přímo na desky VLB bez mezilehlého vyrovnávací paměti.

Tato 32/32bitová sběrnice byla navržena pro stroje s procesory 386, 486 a Pentium. Sběrnice VLB je nejrozšířenější na 486 základních deskách Na nich je VESA adresní, datové a řídicí linky procesoru, výstup do konektoru. Tato okolnost klade na rozšiřující karty VLB značná omezení – musí být striktně dodrženy parametry času a zatížení. Jak je uvedeno v pokynech pro mnoho základních desek, počet karet VLB při taktovací frekvenci 25 MHz by neměl překročit tři, při 33 MHz - dvě, při 40 a 50 MHz - jednu. Pokud jsou tyto požadavky porušeny, systém se stane nestabilním, protože byla překročena zátěžová kapacita procesoru.

Chcete-li odhadnout rychlost sběrnice, můžete provést následující výpočet: pokud rozšiřující karta pracuje na frekvenci 50 MHz, bude šířka pásma sběrnice rovna 32 * 50 * 10 6 = 1,6 * 10 9 Mbit/s = 200 MB /s, což je docela hodně. Neměli bychom však zapomínat, že takovou rychlost nelze téměř nikdy použít, protože data z video paměti nelze číst takovou rychlostí. Při přístupu na VLB kartu navíc procesor nemůže dělat nic jiného, ​​ať je zařízení na této kartě jakkoli pomalé (například sériový port).

Sběrnice VL byla oproti ISA obrovským vylepšením jak ve výkonu, tak v designu. Jednou z výhod sběrnice bylo, že umožňovala tvorbu karet, které pracovaly se stávajícími čipsety a neobsahovaly velké množství drahých řídicích logických obvodů. Ve výsledku byly VL karty levnější než podobné EISA karty. Tato pneumatika však nebyla bez nevýhod, z nichž hlavní jsou následující:

• 
  zaměřené na procesor 486. VL-bus je přísně svázán se sběrnicí procesoru 80486, která se liší od sběrnic Pentium a Pentium Pro / Pentium II.
• 
  omezený výkon. Jak již bylo zmíněno, skutečná frekvence VL-bus není větší než 50 MHz. Navíc při použití procesorů s násobičem frekvence sběrnice používá hlavní frekvenci (například pro 486DX2-66 bude frekvence sběrnice 33 MHz);
• 
  omezení okruhu. Na kvalitu signálů přenášených po sběrnici procesoru jsou kladeny velmi přísné požadavky, které lze splnit pouze s určitými parametry zátěže pro každou linku sběrnice. Instalace nedostatečně pečlivě navržených VL desek může podle Intelu vést nejen ke ztrátě dat a problémům se synchronizací, ale také k poškození systému;
• 
  omezení počtu desek. Toto omezení také vyplývá z nutnosti dodržovat omezení zatížení na každé lince.

Navzdory existujícím nedostatkům byl VL-bus nepochybným lídrem na trhu, protože umožnil odstranit úzké hrdlo ve dvou subsystémech najednou - video subsystému a subsystému výměny pevných disků. Vedení však nemělo dlouhého trvání, protože Intel vyvinul svůj nový produkt – sběrnici PCI. VL-bus byl podle společnosti založen na 11 let starých technologiích a byl jen „záplatou“, kompromisem mezi výrobci. Abychom byli spravedliví, je třeba říci, že PCI bylo skutečně zbaveno většiny nevýhod vlastních VL-bus.

Popularita pneumatiky VLB trvala až do roku 1994. Hlavní vlastnost pneumatiky, která umožňovala dosahovat vysokého výkonu, byla také důvodem odchodu VLB z trhu. Sběrnice byla přímým rozšířením sběrnice procesor/paměť 486, běžící stejnou rychlostí jako procesor (odtud název místní sběrnice). Přímé připojení znamená, že při připojení příliš mnoha zařízení hrozilo rušení samotného procesoru, zvláště pokud signály procházely slotem. VESA doporučuje používat maximálně dva sloty na každý rychlosti hodin 33 MHz nebo tři sloty, pokud použili speciální vyrovnávací paměť. Při vyšších taktech by neměla být připojena více než dvě zařízení a při 50 MHz by měla být obě zařízení VLB zabudována do základní desky.

Protože sběrnice VLB pracuje synchronně s procesorem, zvýšení frekvence procesoru vedlo k problémům s periferiemi VLB. Čím rychleji periferie potřebovaly pracovat, tím byly dražší kvůli potížím spojeným s výrobou vysokorychlostních komponent. Jen málo zařízení VLB podporovalo rychlosti nad 40 MHz.

Komponenty v počítači spolu navzájem komunikují různými způsoby. Většina vnitřních součástí, včetně procesoru, mezipaměti, paměti, rozšiřujících karet a úložných zařízení, spolu komunikuje pomocí jednoho nebo více pneumatiky(autobusy).

Sběrnice v počítačích je kanál, přes který se přenášejí informace mezi dvěma nebo více zařízeními (obvykle se nazývá sběrnice, která spojuje pouze dvě zařízení přístav- přístav). Sběrnice má obvykle přístupové body nebo místa, ke kterým se může zařízení připojit, aby se stalo součástí sběrnice, a zařízení na sběrnici mohou odesílat informace a přijímat informace od jiných zařízení. Pojem sběrnice je poměrně obecný jak pro „vnitřek“ PC, tak pro vnější svět. Například telefonní spojení v domě si lze představit jako autobus: informace putují po vodičích v domě a člověk se může připojit k „autobusu“ instalací telefonní zásuvky, zapojením telefonu do ní a vyzvednutím telefon. Všechny telefony v autobuse mohou sdílet informace, tzn. řeč.

Tento materiál je věnován pneumatikám moderních počítačů. Nejprve jsou probrány pneumatiky a jejich vlastnosti a poté jsou podrobně rozebrány nejběžnější pneumatiky na světě. I/O sběrnice(Input/Output bus), také nazývaná expanzní autobusy(expanzní autobusy).

Funkce a vlastnosti pneumatik

Sběrnice PC jsou hlavní datové „cesty“ na základní desce. Hlavní je systémová sběrnice(systémová sběrnice), která spojuje procesor a hlavní paměť RAM. Dříve se tato sběrnice nazývala místní, ale v moderních počítačích se nazývá přední pneumatika(Front Side Bus - FSB). Charakteristiky systémové sběrnice jsou určeny procesorem; Moderní systémová sběrnice je široká 64 bitů a pracuje na 66, 100 nebo 133 MHz. Tyto vysokofrekvenční signály vytvářejí elektrický šum a další problémy. Proto je třeba snížit frekvenci, aby data dosáhla rozšiřující karty(rozšiřující karta), popř adaptéry(adaptéry) a další vzdálenější komponenty.

První počítače však měly pouze jednu sběrnici, kterou sdílel procesor, paměť RAM a I/O komponenty. Procesory první a druhé generace pracovaly na nízké taktovací frekvenci a všechny systémové komponenty mohly tuto frekvenci podporovat. Tato architektura umožnila zejména rozšířit kapacitu RAM pomocí rozšiřujících karet.

V roce 1987 se vývojáři společnosti Compaq rozhodli oddělit systémovou sběrnici od I/O sběrnice, aby mohly pracovat různými rychlostmi. Od té doby se tato vícesběrnicová architektura stala průmyslovým standardem. Kromě toho mají moderní počítače několik I/O sběrnic.

Hierarchie pneumatik

PC má hierarchickou organizaci různých sběrnic. Většina moderních počítačů má alespoň čtyři sběrnice. Hierarchie sběrnice se vysvětluje tím, že každá sběrnice se stále více vzdaluje od procesoru; každá sběrnice se připojuje k úrovni nad ní a kombinuje různé komponenty RS. Každá pneumatika je obvykle pomalejší než pneumatika nad ní (o zřejmý důvod- procesor je nejrychlejší zařízení v PC):

• Interní sběrnice mezipaměti: Jedná se o nejrychlejší sběrnici, která spojuje procesor a interní L1 cache.
• Systémová sběrnice: Jedná se o systémovou sběrnici druhé úrovně, která spojuje paměťový subsystém s čipovou sadou a procesorem. Na některých systémech jsou sběrnice procesoru a paměti stejné. Tato sběrnice pracovala na rychlosti (taktovací frekvenci) 66 MHz až do roku 1998 a poté byla zvýšena na 100 MHz a dokonce 133 MHz. Procesory Pentium II a vyšší implementují architekturu s dvojitý nezávislý autobus(Dual Independent Bus - DIB) - jediná systémová sběrnice je nahrazena dvěma nezávislými sběrnicemi. Jeden z nich je určen pro přístup k hlavní paměti a je volán přední pneumatika(frontside bus) a druhý je pro přístup k L2 cache a je volán zadní pneumatika(zadní autobus). Přítomnost dvou sběrnic zvyšuje výkon PC, protože procesor může současně přijímat data z obou sběrnic. U základních desek a čipových sad páté generace je L2 cache připojena ke standardní paměťové sběrnici. Všimněte si, že se také nazývá systémová sběrnice hlavní autobus(hlavní autobus), sběrnice procesoru(procesorová sběrnice), paměťová sběrnice(paměťová sběrnice) a dokonce místní autobus(místní autobus).
• Místní I/O sběrnice: Tato vysokorychlostní I/O sběrnice se používá k připojení rychlých periferních zařízení k paměti, čipové sadě a procesoru. Tuto sběrnici využívají grafické karty, diskové jednotky a síťová rozhraní. Nejběžnější místní I/O sběrnice jsou VESA Local Bus (VLB) a Peripheral Component Interconnect (PCI).
• Standardní I/O sběrnice: Ke třem uvažovaným sběrnicím je připojena „zasloužená“ standardní I/O sběrnice, která se používá pro pomalá periferní zařízení (myš, modem, zvukové karty atd.), stejně jako pro kompatibilitu se staršími zařízeními. Téměř ve všech moderních PC je takovou sběrnicí sběrnice ISA (Industry Standard Architecture).
• Univerzální sériová sběrnice(Universal Serial Bus - USB), což umožňuje připojit až 127 pomalých periferních zařízení pomocí rozbočovač(rozbočovač) nebo řetězová zařízení.
• Vysokorychlostní sériová sběrnice IEEE 1394 (FireWire), určený pro připojení digitálních fotoaparátů, tiskáren, televizorů a dalších zařízení, která vyžadují extrémně vysokou šířku pásma, k PC.

Různé I/O sběrnice propojující různé periferie s procesorem připojeným k systémové sběrnici pomocí most(most), implementovaný v čipsetu. Systémová čipová sada spravuje všechny sběrnice a zajišťuje, aby každé zařízení v systému správně komunikovalo s každým dalším zařízením.

Nové počítače mají další „sběrnici“, která je speciálně navržena pouze pro grafickou interakci. Ve skutečnosti se nejedná o pneumatiku, ale přístav- Accelerated Graphics Port (AGP). Rozdíl mezi sběrnicí a portem je v tom, že sběrnice je obvykle navržena pro sdílení médií mezi více zařízeními, zatímco port je navržen pro sdílení pouze dvou zařízení.

Jak bylo ukázáno dříve, I/O sběrnice jsou ve skutečnosti rozšířením systémové sběrnice. Na základní desce končí systémová sběrnice u čipu čipové sady, který tvoří můstek k I/O sběrnici. Sběrnice hrají zásadní roli při výměně dat v PC. Ve skutečnosti všechny komponenty PC, s výjimkou procesoru, interagují mezi sebou navzájem a se systémem paměti RAM přes různé I/O sběrnice, jak je znázorněno na obrázku vlevo.

Adresní a datové sběrnice

Každá pneumatika se skládá ze dvou různé části: datová sběrnice(datová sběrnice) a adresní sběrnice(adresní autobus). Když většina lidí mluví o sběrnici, myslí si datovou sběrnici; Samotná data jsou přenášena po linkách této sběrnice. Adresová sběrnice je sada linek, jejichž signály určují, kam se mají odesílat nebo přijímat data.

Samozřejmostí jsou signální vedení pro řízení chodu sběrnice a signalizaci dostupnosti dat. Někdy se tyto řádky nazývají řídící sběrnice(řídící sběrnice), i když se o nich často nezmiňuje.

Šířka pneumatiky

Sběrnice je kanál, kterým „proudí“ informace. Čím širší je sběrnice, tím více informací může „proudit“ kanálem. První ISA sběrnice na IBM PC byla 8 bitů široká; V současnosti používaná sběrnice ISA pro obecné účely má šířku 16 bitů. Ostatní I/O sběrnice, včetně VLB a PCI, jsou široké 32 bitů. Šířka systémové sběrnice na počítačích s procesory Pentium je 64 bitů.

Šířku adresové sběrnice lze určit nezávisle na šířce datové sběrnice. Šířka adresové sběrnice udává, kolik paměťových buněk lze adresovat během přenosu dat. V moderních PC je šířka adresové sběrnice 36 bitů, což poskytuje adresovací paměť s kapacitou 64 GB.

Rychlost autobusu

Rychlost autobusu(rychlost sběrnice) ukazuje, kolik bitů informací lze přenést na každý vodič sběrnice za sekundu. Většina sběrnic přenáší jeden bit na hodinový cyklus na jednom vodiči, ačkoli novější sběrnice, jako je AGP, mohou přenášet dva bity dat na takt, čímž se výkon zdvojnásobí. Stará sběrnice ISA vyžaduje k přenosu jednoho bitu dva hodinové cykly, což snižuje výkon na polovinu.

Šířka pásma autobusu

Šířka (bity) Rychlost (MHz) Propustnost (MB/s) 8bitový ISA 16bitový ISA 64bitový PCI 2.1 AGP (režim x2) AGP (režim x4)

Šířka pásma(šířka pásma) také nazýván propustnost(propustnost) a zobrazuje celkové množství dat, které lze přenést po sběrnici za danou jednotku času. Tabulka ukazuje teoretickýšířka pásma moderních I/O sběrnic. Ve skutečnosti pneumatiky nedosahují teoretické hodnoty kvůli režii pro provádění příkazů a dalším faktorům. Většina pneumatik může pracovat při různých rychlostech; Následující tabulka ukazuje nejtypičtější hodnoty.

Udělejme si poznámku k posledním čtyřem řádkům. Teoreticky lze sběrnici PCI rozšířit na 64 bitů a rychlost 66 MHz. Z důvodů kompatibility jsou však téměř všechny sběrnice PCI a zařízení na sběrnici dimenzovány pouze na 33 MHz a 32 bitů. AGP staví na teoretickém standardu a pracuje na 66 MHz, ale zachovává si 32bitovou šířku. AGP má další režimy x2 a x4, které umožňují portu provádět přenosy dat dvakrát nebo čtyřikrát za cyklus hodin, čímž se efektivní rychlost sběrnice zvyšuje na 133 nebo 266 MHz.

Sběrnicové rozhraní

V systému s více sběrnicemi musí čipová sada poskytovat obvody pro spojení sběrnic a komunikaci mezi zařízením na jedné sběrnici a zařízením na jiné sběrnici. Taková schémata se nazývají most(most) (všimněte si, že most je také síťové zařízení pro propojení dvou různých typů sítí). Nejběžnější je PCI-ISA bridge, který je součástí systémové čipové sady pro PC s procesory Pentium. Sběrnice PCI má také most k systémové sběrnici.

Bus mastering

Ve vysokokapacitních sběrnicích se každou sekundu přenáší obrovské množství informací přes kanál. K řízení těchto přenosů je obvykle vyžadován procesor. Procesor ve skutečnosti funguje jako „prostředník“ a jak už to v reálném světě často bývá, je mnohem efektivnější prostředníka odstranit a provádět převody přímo. Pro tento účel byla vyvinuta zařízení, která dokážou řídit sběrnici a působit samostatně, tzn. přenos dat přímo do systémové paměti RAM; taková zařízení se nazývají jízdní pneumatiky(mistři autobusů). Teoreticky může procesor současně s datovými přenosy na sběrnici vykonávat další práci; V praxi situaci komplikuje několik faktorů. Pro správné provedení bus mastering(bus mastering) je vyžadována arbitráž požadavků na sběrnici, kterou zajišťuje čipová sada. Mastering sběrnice se také nazývá DMA "první strany", protože operace je řízena zařízením provádějícím přenos.

V současnosti je sběrnice mastering implementována na sběrnici PCI; Byla také přidána podpora pro pevné disky IDE/ATA pro implementaci masteringu sběrnice na PCI za určitých podmínek.

Princip místní autobusové dopravy

Počátek 90. ​​let je charakteristický přechodem od textových aplikací ke grafickým a rostoucí oblibou operačního systému Windows. To vedlo k obrovskému nárůstu množství informací, které se musí přenášet mezi procesorem, pamětí, videem a pevnými disky. Standardní monochromatická (černobílá) textová obrazovka obsahuje pouze 4 000 bajtů informací (2 000 pro kódy znaků a 2 000 pro atributy obrazovky), ale standardní 256barevná obrazovka Windows vyžaduje přes 300 000 bajtů! Navíc moderní rozlišení 1600x1200 s 16 miliony barev vyžaduje 5,8 milionů bajtů informací na obrazovku!

Přechod softwarového světa z textu na grafiku znamenal také větší velikosti programů a zvýšené nároky na paměť. Z hlediska I/O vyžaduje zpracování dodatečných dat pro grafickou kartu a velkokapacitní pevné disky mnohem větší I/O šířku pásma. Této situaci bylo třeba čelit s příchodem procesoru 80486, jehož výkon byl mnohem vyšší předchozí procesory. Sběrnice ISA již nesplňovala zvýšené požadavky a stala se úzkým hrdlem ve zvyšování výkonu PC. Zvýšení rychlosti procesoru dělá málo, pokud musí na přenos dat čekat na pomalé systémové sběrnici.

Řešení bylo nalezeno ve vývoji nové, rychlejší sběrnice, která měla doplňovat sběrnici ISA a měla být použita speciálně pro tak vysokorychlostní zařízení, jako jsou grafické karty. Tato sběrnice musela být umístěna na (nebo blízko) mnohem rychlejší paměťové sběrnice a běžet přibližně vnější rychlostí procesoru, aby přenášela data mnohem rychleji než standardní sběrnice ISA. Když byla taková zařízení umístěna v blízkosti ("lokálně") procesoru, místní autobus. První místní sběrnicí byla místní sběrnice VESA (VLB) a moderní místní sběrnicí ve většině počítačů je sběrnice PCI (Peripheral Component Interconnect).

Systémová sběrnice

Systémová sběrnice(systémová sběrnice) spojuje procesor s hlavní pamětí RAM a případně s mezipamětí L2. Je to centrální sběrnice počítače a ostatní sběrnice se z ní „větví“. Systémová sběrnice je implementována jako sada vodičů na základní desce a musí odpovídat konkrétnímu typu procesoru. Je to procesor, který určuje vlastnosti systémové sběrnice. Zároveň platí, že čím rychlejší systémová sběrnice, tím rychlejší by měly být i ostatní elektronické součástky RS.

Staré CPU Šířka pneumatiky Rychlost autobusu 8088 8 bitů 4,77 MHz 8086 16 bitů 8 MHz 80286-12 16 bitů 12 MHz 80386SX-16 16 bitů 16 MHz 80386DX-25 32 bitů 25 MHz

Uvažujme systémové sběrnice PC s procesory několika generací. U procesorů první, druhé a třetí generace byla frekvence systémové sběrnice určena pracovní frekvencí procesoru. S rostoucí rychlostí procesoru rostla i rychlost systémové sběrnice. Současně se zvětšil adresní prostor: u procesorů 8088/8086 to byl 1 MB (20bitová adresa), u procesoru 80286 byl adresní prostor zvětšen na 16 MB (24bitová adresa) a počínaje 80386, adresní prostor byl 4 GB (32bitová adresa).

Rodina 80486 Šířka pneumatiky Rychlost autobusu 80486SX-25 32 bitů 25 MHz 80486DX-33 32 bitů 33 MHz 80486DX2-50 32 bitů 25 MHz 80486DX-50 32 bitů 50 MHz 80486DX2-66 32 bitů 33 MHz 80486DX4-100 32 bitů 40 MHz 5X86-133 32 bitů 33 MHz

Jak je patrné z tabulky u procesorů čtvrté generace, rychlost systémové sběrnice zpočátku odpovídala pracovní frekvenci procesoru. Technologický pokrok však umožnil zvýšit frekvenci procesoru a přizpůsobení rychlosti systémové sběrnice vyžadovalo zvýšení rychlosti externích komponent, hlavně systémové paměti, což bylo spojeno se značnými obtížemi a omezením nákladů. Proto byl poprvé použit procesor 80486DX2-50 zdvojnásobení frekvence(zdvojení hodin): procesor pracoval s vnitřní hodinová frekvence 50 MHz a externí Rychlost systémové sběrnice byla 25 MHz, tzn. pouze poloviční pracovní frekvence procesoru. Tato technika výrazně zlepšuje výkon počítače, zejména díky přítomnosti interní L1 cache, která uspokojuje většinu přístupu procesoru k systémové paměti. Od té doby násobení frekvence(hodinové násobení) se stalo standardním způsobem zvýšení výkonu počítače a používá se ve všech moderních procesorech, přičemž násobič frekvence je zvýšen na 8, 10 nebo více.

Rodina Pentium Šířka pneumatiky Rychlost autobusu Intel P60 64 bitů 60 MHz Intel P100 64 bitů 66 MHz Cyrix 6X86 P133+ 64 bitů 55 MHz AMD K5-133 64 bitů 66 MHz Intel P150 64 bitů 60 MHz Intel P166 64 bitů 66 MHz Cyrix 6X86 P166+ 64 bitů 66 MHz Pentium Pro 200 64 bitů 66 MHz Cyrix 6X86 P200+ 64 bitů 75 MHz Pentium II 64 bitů 66 MHz

Systémové sběrnice PC s procesory páté generace pracovaly dlouhou dobu na rychlostech 60 MHz a 66 MHz. Výrazným krokem vpřed bylo zvětšení datové šířky na 64 bitů a rozšíření adresního prostoru na 64 GB (36bitová adresa).

Rychlost systémové sběrnice byla zvýšena na 100 MHz v roce 1998 díky rozvoji výroby čipů PC100 SDRAM. Paměťové čipy RDRAM mohou dále zvýšit rychlost systémové sběrnice. Přechod z 66 MHz na 100 MHz měl však významný dopad na procesory a základní desky se Socketem 7. V modulech Pentium II se až 70–80 % provozu (přenosů informací) uskutečňuje uvnitř nové SEC (Single Edge Cartridge ), ve kterém je umístěn procesor a obě mezipaměti jsou L1 cache a L2 cache. Tato kazeta pracuje svou vlastní rychlostí, nezávislou na rychlosti systémové sběrnice.

CPU Čipová sada Rychlost pneumatiky rychlost CPU Intel Pentium II 82440BX 82440GX 100 MHz 350 400 450 MHz AMD K6-2 Přes MVP3, Aladin V 100 MHz 250 300 400 MHz Intel Pentium II Xeon 82450NX 100 MHz 450,500 MHz Intel Pentium III i815 i820 133 MHz 600,667+ MHz AMD Athlon VIA KT133 200 MHz 600 - 1000 MHz

Čipové sady i820 a i815, určené pro procesor Pentium III, jsou určeny pro systémovou sběrnici 133 MHz. Konečně, v procesor AMD Athlon zavedl výrazné změny v architektuře a koncept systémové sběrnice se ukázal jako zbytečný. Tento procesor umí pracovat různé typy RAM na maximální frekvenci 200 MHz.

Typy I/O sběrnic

Tato část se bude zabývat různými I/O sběrnicemi, přičemž velká část je věnována moderním sběrnicím. Obecný přehled o použití I/O sběrnic je dáno následujícím obrázkem, který jasně ukazuje účel různých I/O sběrnic moderního PC.

Následující tabulka shrnuje různé I/O sběrnice používané v moderních počítačích:

Pneumatika	Rok	Šířka	Rychlost	Max. kontrolní bod schopnost
PC a XT	1980-82	8 bitů	Synchronní: 4,77-6 MHz	4-6 MB/s
ISA (AT)	1984	16 bitů	Synchronní: 8-10 MHz	8 MB/s
M.C.A.	1987	32 bitů	Asynchronní: 10,33 MHz	40 MB/s
EISA (pro servery)	1988	32 bitů	Synchronní: max. 8 MHz	32 MB/s
VLB, za 486	1993	32 bitů	Synchronní: 33-50 MHz	100-160 MB/s
PCI	1993	32/64 bit	Asynchronní: 33 MHz	132 MB/s
USB	1996	Sekvenční		1,2 MB/s
FireWire (IEEE1394)	1999	Sekvenční		80 MB/s
USB 2.0	2001	Sekvenční		12-40 MB/s

Staré pneumatiky

Nová moderní sběrnice PCI a port AGP se „zrodily“ ze starých sběrnic, které lze stále nalézt v počítačích. Navíc nejstarší sběrnice ISA se stále používá i v nejnovějších počítačích. Dále se podíváme na staré PC pneumatiky trochu podrobněji.

Sběrnice Industry Standard Architecture (ISA).

Jedná se o nejrozšířenější a skutečně standardní sběrnici pro PC, která se používá i v nejnovějších počítačích přesto, že se prakticky nezměnila od svého rozšíření na 16 bitů v roce 1984. Samozřejmě je nyní doplněna o rychlejší sběrnice, ale „přežije“ díky přítomnosti obrovské základny periferních zařízení určených pro tento standard. Kromě toho existuje mnoho zařízení, pro které je rychlost ISA více než dostatečná, jako jsou modemy. Podle některých odborníků bude trvat nejméně 5-6 let, než sběrnice ISA „umře“.

Volbu šířky a rychlosti sběrnice ISA určovaly procesory, se kterými pracovala v prvních PC. Původní ISA sběrnice na IBM PC byla 8 bitů široká, což odpovídalo 8 bitům externí datové sběrnice procesoru 8088, a běžela na 4,77 MHz, což je také rychlost procesoru 8088 V roce 1984 IBM AT se objevil počítač s procesorem 80286 a šířka sběrnice byla zdvojnásobena na 16 bitů, jako u externí datové sběrnice procesoru 80286. Zároveň byla zvýšena rychlost sběrnice na 8 MHz, což odpovídalo i rychlosti procesoru. Teoreticky je propustnost sběrnice 8 MB/s, ale v praxi nepřesahuje 1-2 MB/s.

V moderních počítačích se sběrnice ISA chová jako vnitřní sběrnice, který se používá pro klávesnici, disketu, sériové a paralelní porty a jak externí sběrnice rozšíření, ke kterému můžete připojit 16bitové adaptéry, například zvukovou kartu.

Následně se procesory AT zrychlily a následně byla navýšena jejich datová sběrnice, nyní však požadavek na kompatibilitu se stávajícími zařízeními donutil výrobce k dodržování standardu a sběrnice ISA se od té doby prakticky nezměnila. Sběrnice ISA poskytuje dostatečnou šířku pásma pro pomalá zařízení a je jisté, že zaručuje kompatibilitu s téměř každým vydaným PC.

Mnoho rozšiřujících karet, i těch moderních, je stále 8bitových (poznáte to podle konektoru karty – 8bitové karty využívají pouze první část ISA konektoru, zatímco 16bitové obě části). U těchto karet nezáleží na nízké šířce pásma sběrnice ISA. Přístup k přerušením IRQ 9 až IRQ 15 je však poskytován prostřednictvím vodičů v 16bitové části konektorů sběrnice. To je důvod, proč většinu modemů nelze připojit k IRQ s velkým počtem. Linky IRQ mezi zařízeními ISA nelze sdílet.

Dokument Průvodce návrhem systému PC99, připravený Intelem a Microsoftem, kategoricky vyžaduje odstranění slotů pro sběrnice ISA ze základních desek, takže lze očekávat, že dny této „zasloužené“ sběrnice jsou sečteny.

Sběrnice MicroChannel Architecture (MCA).

Tato sběrnice byla pokusem IBM udělat sběrnici ISA "větší a lepší." Když byl v polovině 80. let představen procesor 80386DX s 32bitovou datovou sběrnicí, IBM se rozhodlo vyvinout sběrnici, která by odpovídala této šířce datové sběrnice. Sběrnice MCA byla 32 bitů široká a měla několik výhod oproti sběrnici ISA.

Sběrnice MCA měla některé skvělé vlastnosti vzhledem k tomu, že byla představena v roce 1987, tzn. sedm let před příchodem sběrnice PCI s podobnými schopnostmi. V některých ohledech autobus MCA prostě předběhl dobu:

• Šířka 32 bitů: Sběrnice byla široká 32 bitů, jako místní sběrnice VESA a PCI. Její propustnost byla ve srovnání se sběrnicí ISA mnohem vyšší.
• Zvládnutí sběrnice: Sběrnice MCA efektivně podporovala adaptéry pro mastering sběrnice, včetně správného rozhodování sběrnice.
• Sběrnice MCA automaticky nakonfigurovala karty adaptéru, takže propojky nejsou nutné. Stalo se to 8 let předtím, než Windows 95 učinil technologii PnP obecně akceptovanou na počítačích.

Autobus MCA měl obrovský potenciál. Bohužel IBM učinila dvě taková rozhodnutí, která přijetí této sběrnice nepodporovala. Za prvé, sběrnice MCA byla nekompatibilní se sběrnicí ISA, tzn. ISA karty v PC se sběrnicí MCA vůbec nefungovaly a počítačový trh je na problém zpětné kompatibility velmi citlivý. Zadruhé, IBM se rozhodlo udělat si sběrnici MCA vlastní, aniž by licencovala její použití.

Tyto dva faktory v kombinaci s vyššími náklady na sběrnicové systémy MCA vedly k zapomenutí sběrnice MCA. Vzhledem k tomu, že počítače PS/2 se již nevyrábějí, je sběrnice MCA pro trh PC „mrtvá“, ačkoli ji IBM stále používá ve svých serverech RISC 6000 UNIX. Příběh sběrnice MCA je jedním z klasických příkladů toho, jak ve světě počítačů netechnické problémy často dominují technickým problémům.

Sběrnice Extended Industry Standard Architecture (EISA).

Tato sběrnice se nikdy nestala standardem jako sběrnice ISA a nebyla široce používána. Ve skutečnosti to byla odpověď společnosti Compaq na sběrnici MCA a vedla k podobným výsledkům.

Compaq se při vývoji sběrnice EISA vyvaroval dvou největších chyb IBM. Za prvé byla sběrnice EISA kompatibilní se sběrnicí ISA a za druhé ji mohli používat všichni výrobci PC. Obecně měla sběrnice EISA oproti sběrnici ISA značné technické výhody, ale trh je nepřijal. Hlavní vlastnosti sběrnice EISA:

• Kompatibilita sběrnice ISA: ISA karty by mohly fungovat ve slotech EISA.
• Šířka sběrnice 32 bitů:Šířka sběrnice zvýšena na 32 bitů.
• Zvládnutí sběrnice: Sběrnice EISA efektivně podporovala adaptéry pro správu sběrnice, včetně správného rozhodování sběrnice.
• Technologie Plug and Play (PnP): Sběrnice EISA automaticky konfigurovala karty adaptérů podobné standardu PnP moderních systémů.

Systémy založené na EISA se nyní někdy nacházejí na síťových souborových serverech, ale ve stolních počítačích se nepoužívají kvůli vyšším nákladům a nedostatku širokého výběru adaptérů. A konečně, jeho propustnost je výrazně nižší než místní sběrnice VESA Local Bus a PCI. Ve skutečnosti je nyní sběrnice EISA blízko smrti.

Místní autobus VESA (VLB)

První z nich je docela populární místní autobus VESA Local Bus (VL-Bus nebo VLB) se objevil v roce 1992. Zkratka VESA znamená Video Electronics Standards Association a toto sdružení bylo vytvořeno koncem 80. let k řešení problémů video systémů v PC. Hlavním důvodem pro vývoj sběrnice VLB bylo zlepšení výkonu videosystémů PC.

Sběrnice VLB je 32bitová sběrnice, která je přímým rozšířením paměťové sběrnice procesoru 486. Slot sběrnice VLB je 16bitový ISA slot s třetím a čtvrtým slotem přidaným na konci. VLB obvykle pracuje na 33 MHz, i když na některých systémech jsou možné vyšší rychlosti. Vzhledem k tomu, že se jedná o rozšíření sběrnice ISA, lze ISA kartu použít ve slotu VLB, ale má smysl nejprve obsadit běžné sloty ISA a ponechat malý počet slotů VLB pro karty VLB, které samozřejmě nefungují ve slotech ISA. Použití grafické karty VLB a I/O řadiče výrazně zlepšuje výkon systému ve srovnání se systémem pouze s jedinou sběrnicí ISA.

Navzdory tomu, že sběrnice VLB byla u PC s procesorem 486 velmi oblíbená, nástup procesoru Pentium a jeho lokální sběrnice PCI v roce 1994 vedl k postupnému „zapomnění“ sběrnice VLB. Jedním z důvodů byla snaha Intelu propagovat sběrnici PCI, ale s implementací VLB bylo spojeno také několik technických problémů. Za prvé, návrh sběrnice je velmi svázán s procesorem 486 a přechod na Pentium způsobil problémy s kompatibilitou a další problémy. Za druhé, pneumatika samotná měla technické nedostatky: malý počet karet na sběrnici (často dvě nebo dokonce jedna), problémy se synchronizací při použití více karet a nedostatek podpory pro mastering sběrnice a technologie Plug and Play.

Nyní je sběrnice VLB považována za zastaralou a dokonce i nejnovější základní desky s procesorem 486 používají sběrnici PCI, zatímco procesory Pentium používají pouze PCI. Počítače se sběrnicí VLB jsou však levné a někdy je lze stále najít.

Sběrnice PCI (Peripheral Component Interconnect).

Momentálně nejoblíbenější I/O sběrnice interakce mezi periferními komponenty(Peripheral Component Interconnect - PCI) byl vyvinut společností Intel v roce 1993. Byl zaměřen na systémy páté a šesté generace, ale byl použit i v nejnovější generaci základních desek s procesorem 486.

Stejně jako místní sběrnice VESA je sběrnice PCI široká 32 bitů a obvykle běží na 33 MHz. Hlavní výhoda PCI oproti VESA Local Bus spočívá v čipové sadě, která sběrnici řídí. Sběrnice PCI je řízena speciálními obvody v čipsetu a sběrnice VLB byla v podstatě jen rozšířením sběrnice procesoru 486 Sběrnice PCI není v tomto ohledu "svázána" s procesorem 486 a její čipset zajišťuje správné řízení sběrnice a. arbitráž sběrnice, umožňující PCI dělat mnohem více, než by mohla sběrnice VLB. Sběrnice PCI se používá i mimo platformu PC, poskytuje všestrannost a snižuje náklady na vývoj systému.

V moderních počítačích se sběrnice PCI chová jako vnitřní sběrnice který se připojuje ke kanálu EIDE na základní desce a jak externí expanzní sběrnice, který má 3-4 rozšiřující sloty pro PCI adaptéry.

Sběrnice PCI je připojena k systémové sběrnici přes speciální „můstek“ a pracuje na pevné frekvenci bez ohledu na taktovací frekvenci procesoru. Je omezen na pět rozšiřujících slotů, ale každý z nich lze nahradit dvěma zařízeními zabudovanými v základní desce. Procesor může také podporovat více můstkových čipů. Sběrnice PCI je přesněji specifikována než sběrnice VL-Bus a poskytuje několik dalších funkcí. Podporuje zejména karty s napájecím napětím +3,3 V a 5 V pomocí speciálních kláves, které zabrání vložení karty do špatného slotu. Dále je podrobněji rozebrána činnost sběrnice PCI.

Výkon sběrnice PCI

Sběrnice PCI má ve skutečnosti nejvyšší výkon mezi běžnými I/O sběrnicemi v moderních počítačích. Je to způsobeno několika faktory:

• Burst režim: Sběrnice PCI může přenášet informace v burst režimu, kdy po počátečním adresování lze přenést několik sad dat za sebou. Tento režim je podobný přerušování mezipaměti.
• Zvládnutí sběrnice: Sběrnice PCI podporuje plné mastering, což zlepšuje výkon.
• Možnosti vysoké šířky pásma: Verze 2.1 specifikace sběrnice PCI umožňuje rozšíření na 64 bitů a 66 MHz, což zvyšuje aktuální výkon čtyřnásobně. V praxi 64bitová sběrnice PCI ještě není v PC implementována (ačkoli se již na některých serverech používá) a rychlost je v současné době omezena na 33 MHz, zejména kvůli problémům s kompatibilitou. Nějakou dobu se budete muset omezit na 32 bitů a 33 MHz. Vyšší výkon však bude díky AGP realizován v mírně upravené podobě.

V závislosti na čipové sadě a základní desce lze rychlost sběrnice PCI nastavit jako synchronní nebo asynchronní. V synchronním nastavení (používaném ve většině počítačů) PCI sběrnice pracuje poloviční rychlostí než paměťová sběrnice; protože paměťová sběrnice obvykle běží na 50, 60 nebo 66 MHz, sběrnice PCI běží na 25, 30 nebo 33 MHz. Při asynchronním nastavení lze rychlost sběrnice PCI nastavit nezávisle na rychlosti paměťové sběrnice. To se většinou ovládá pomocí propojek na základní desce popř nastavení BIOSu. "Přetaktování" systémové sběrnice v počítači, který používá synchronní sběrnici PCI, způsobí "přetaktování" periferií PCI zařízení, což často způsobuje problémy s nestabilitou systému.

Původní implementace PCI sběrnice běžela na 33 MHz a následná specifikace PCI 2.1 udávala frekvenci 66 MHz, což odpovídá propustnosti 266 MB/s. Sběrnici PCI lze nakonfigurovat pro 32bitové a 64bitové datové šířky a umožňuje 32bitové a 64bitové karty a také sdílení přerušení, což je užitečné ve vysoce výkonných systémech, které postrádají linky IRQ. Od poloviny roku 1995 spolu všechna vysokorychlostní PC zařízení komunikují prostřednictvím sběrnice PCI. Nejčastěji se používá pro řadiče pevných disků a grafické řadiče, které se montují přímo na základní desku nebo na rozšiřující karty do slotů PCI sběrnice.

rozšiřující sloty sběrnice PCI

Sběrnice PCI umožňuje více rozšiřujících slotů než sběrnice VLB, aniž by způsobovala technické problémy. Většina systémů PCI podporuje 3 nebo 4 sloty PCI a některé podporují podstatně více.

Poznámka: Na některých systémech ne všechny sloty podporují mastering sběrnice. To je nyní méně obvyklé, ale přesto se doporučuje podívat se do manuálu základní desky.

Sběrnice PCI umožňuje větší rozmanitost rozšiřujících karet ve srovnání se sběrnicí VLB. Nejběžnějšími typy jsou grafické karty, hostitelské adaptéry SCSI a vysokorychlostní síťové karty. (Pevné disky také fungují na sběrnici PCI, ale obvykle jsou připojeny přímo k základní desce.) Upozorňujeme však, že sběrnice PCI neimplementuje některé funkce, například sériové a paralelní porty musí zůstat na sběrnici ISA. Naštěstí i dnes zůstává sběrnice ISA pro tato zařízení více než dostačující.

Interní přerušení sběrnice PCI

Sběrnice PCI využívá jeho vnitřní systém přerušení pro zpracování požadavků z karet na sběrnici. Tato přerušení se často nazývají „#A“, „#B“, „#C“ a „#D“, aby se předešlo záměně s běžně číslovanými systémovými IRQ, ačkoli se někdy také nazývají „#1“ až „#4“. Tyto úrovně přerušení jsou obvykle pro uživatele neviditelné, s výjimkou obrazovky nastavení PCI BIOS, kde je lze použít k ovládání provozu karet PCI.

Tato přerušení, pokud to karty ve slotech vyžadují, jsou mapována na běžná přerušení, nejčastěji na IRQ9 - IRQ12. PCI sloty na většině systémů lze mapovat na většinu ze čtyř běžných IRQ. V systémech s více než čtyřmi PCI sloty nebo mají čtyři sloty a řadič USB (který používá PCI), dvě nebo více zařízení PCI sdílí IRQ.

Mastering sběrnice PCI

Připomeňme, že mastering sběrnice je schopnost zařízení na sběrnici PCI (samozřejmě odlišných od systémové čipové sady) převzít kontrolu nad sběrnicí a přímo provádět přenosy. Sběrnice PCI byla první sběrnicí, která vedla k popularitě sběrnicového masteringu (pravděpodobně proto, že operační systém a programy toho dokázaly využít).

Sběrnice PCI podporuje úplné řízení sběrnice a poskytuje prostředek pro rozhodování sběrnice prostřednictvím systémové čipové sady. Konstrukce PCI umožňuje více zařízení ovládat sběrnici současně a arbitrážní obvod zajišťuje, že žádné zařízení na sběrnici (včetně procesoru!) nebude blokovat žádné jiné zařízení. Jedno zařízení však může využívat celou šířku pásma sběrnice, pokud žádná jiná zařízení nic nevysílají. Jinými slovy, sběrnice PCI funguje jako malá místní síť uvnitř počítače, ve které může více zařízení mezi sebou komunikovat a sdílet komunikační kanál, a který je řízen čipovou sadou.

Technologie Plug and Play pro sběrnici PCI

Sběrnice PCI je součástí standardu Plug and Play (PnP) vyvinutého společnostmi Intel, Microsoft a mnoha dalšími. PCI sběrnicové systémy byly první, které popularizovaly použití PnP. Obvody čipové sady PCI spravují identifikaci karet a spolupracují s operačním systémem a BIOSem na automatickém přidělování zdrojů kompatibilním kartám.

Sběrnice PCI je neustále vylepšována a vývoj vede PCI Special Interest Group, která zahrnuje Intel, IBM, Apple atd. Výsledkem tohoto vývoje bylo zvýšení frekvence sběrnice na 66 MHz a rozšíření dat na 64 bitů. Vytvářejí se však alternativy, jako je vysokorychlostní sériová sběrnice Accelerated Graphics Port (AGP) a FireWire (IEEE 1394). AGP je vlastně 66 MHz PCI sběrnice (verze 2.1), která přináší některá vylepšení zaměřená na grafické systémy.

Další iniciativou je pneumatika PCI-X, nazývané také „Project One“ a „Future I/O“. IBM, Mylex, 3Com, Adaptec, Hewlett-Packard a Compaq chtějí vyvinout speciální vysokorychlostní serverovou verzi sběrnice PCI. Tato sběrnice bude mít šířku pásma 1 GB/s (64 bitů, 133 MHz). Společnosti Intel a Dell Computer nejsou do tohoto projektu zapojeny.

Dell Computer, Hitachi, NEC, Siemens, Sun Microsystems a Intel v reakci na Project One převzaly iniciativu vyvinout I/O sběrnici nové generace ( NGIO), zaměřené na nová architektura I/O pro servery.

V srpnu 1999 oznámilo sedm předních společností (Compaq, Dell, Hewlett-Packard, IBM, Intel, Microsoft, Sun Microsystems) svůj záměr spojit nejlepší nápady budoucích I/O a I/O sběrnic nové generace. Nová otevřená I/O architektura pro servery by měla poskytovat propustnost až 6 GB/s. Očekává se, že nový standard NGIO bude přijat do konce roku 2001.

Zrychlený grafický port

Potřeba zvětšit šířku pásma mezi procesorem a video systémem zpočátku vedla k vývoji lokální I/O sběrnice v PC, počínaje VESA Local Bus a konče moderní PCI sběrnicí. Tento trend pokračuje a požadavek na větší šířku pásma videa již neuspokojuje ani sběrnice PCI se standardní šířkou pásma 132 MB/s. 3D grafika(3D grafika) umožňuje simulovat virtuální a skutečné světy s nejmenšími detaily. Zobrazení textur a skrývání objektů vyžaduje obrovské množství dat a grafická karta musí mít rychlý přístup k těmto datům, aby je podporovala vysoká frekvence regenerace.

Provoz na sběrnici PCI je na moderních počítačích velmi zaneprázdněn, když video, pevné disky a další periferie spolu soutěží o jedinou šířku pásma I/O. Aby se zabránilo saturaci sběrnice PCI video informacemi, vyvinul Intel nové rozhraní speciálně pro video systém, tzv zrychlený grafický port(Accelerated Graphics Port - AGP).

Port AGP je navržen v reakci na rostoucí požadavky na video výkon. Protože programy a počítače využívají oblasti, jako je 3D akcelerace a přehrávání videa v plném rozsahu, musí procesor a video čipová sada zpracovávat stále více informací. V takových aplikacích dosáhla sběrnice PCI svého limitu, zejména proto, že ji používají také pevné disky a další periferní zařízení.

Navíc je potřeba stále více video paměti. Trojrozměrná grafika vyžaduje více paměti nejen pro obraz na obrazovce, ale také pro výpočty. Tradičně se tento problém řeší umístěním stále více paměti na grafickou kartu, ale to přináší dva problémy:

• Cena: Videopaměť je dražší běžná paměť BERAN.
• Omezená kapacita: Kapacita paměti na grafické kartě je omezená: pokud na kartu vložíte 6 MB a 4 MB jsou vyžadovány pro vyrovnávací paměť snímků, zbývají pro zpracování pouze 2 MB. Tuto paměť není snadné rozšířit a nelze ji použít na nic jiného, ​​pokud není potřeba zpracování videa.

AGP řeší tyto problémy tím, že umožňuje videoprocesoru přístup k hlavní systémové paměti za účelem provádění výpočtů. Tato technika je mnohem efektivnější, protože tato paměť může být dynamicky rozdělena mezi systémový procesor a video procesor v závislosti na potřebách systému.

Myšlenka implementace AGP je docela jednoduchá: vytvořit rychlé, specializované rozhraní mezi video čipovou sadou a systémovým procesorem. Rozhraní je implementováno pouze mezi těmito dvěma zařízeními, což poskytuje tři hlavní výhody: je jednodušší implementovat port, je snazší zvýšit rychlost AGP a do rozhraní lze zavést vylepšení specifická pro video. Čipová sada AGP funguje jako prostředník mezi procesorem, mezipamětí Pentium II L2, systémovou pamětí, grafickou kartou a sběrnicí PCI, realizující tzv. quad port(Quad Port).

AGP je považován za port, nikoli za sběrnici, protože propojuje pouze dvě zařízení (procesor a grafickou kartu) a neumožňuje rozšíření. Jednou z hlavních výhod AGP je, že izoluje video systém od ostatních komponent PC, čímž eliminuje konkurenci o šířku pásma. Protože je grafická karta vyjmuta ze sběrnice PCI, mohou ostatní zařízení běžet rychleji. Pro AGP má základní deska speciální patici, která je podobná patici sběrnice PCI, ale je umístěna na jiném místě na desce. Na následujícím obrázku můžete vidět dvě zásuvky sběrnice ISA (černé), dále dvě zásuvky sběrnice PCI (bílé) a zásuvku ADP (hnědá).

AGP se objevil na konci roku 1997 a jako první byl podporován čipovou sadou 440LX Pentium II. V následujícím roce se objevily čipové sady AGP od jiných společností. Další informace o AGP naleznete na webových stránkách http://developer.intel.com/technology/agp/.

Rozhraní AGP

Rozhraní AGP je v mnoha ohledech podobné sběrnici PCI. Samotný slot má stejný fyzický tvar a rozměry, ale je odsazen dále od okraje základní desky než sloty PCI. Specifikace AGP ve skutečnosti spoléhá na specifikaci PCI 2.1, která umožňuje rychlosti 66 MHz, ale tato rychlost není v PC implementována. Základní desky AGP mají jeden rozšiřující slot pro grafickou kartu AGP a jeden slot PCI méně, ale jinak jsou podobné základním deskám PCI.

Šířka sběrnice, rychlost a šířka pásma

Sběrnice AGP je široká 32 bitů, stejně jako sběrnice PCI, ale místo aby běžela poloviční rychlostí paměťové sběrnice jako PCI, běží plnou rychlostí. Například na standardní základní desce Pentium II běží sběrnice AGP na 66 MHz namísto 33 MHz PCI sběrnice. Tím se okamžitě zdvojnásobí šířka pásma portu - namísto limitu 132 MB/s pro PCI port AGP má šířku pásma 264 MB/s v režimu nejnižší rychlosti. Navíc nesdílí žádnou šířku pásma s jinými zařízeními sběrnice PCI.

Kromě zdvojnásobení rychlosti sběrnice AGP definuje režim 2X, který pomocí speciálních signálů umožňuje přenos dvojnásobného množství dat přes port při stejné taktovací frekvenci. V tomto režimu jsou přenášeny informace o náběžné a sestupné hraně synchronizačního signálu. Zatímco sběrnice PCI přenáší data pouze na jedné hraně, AGP přenáší data na obou hranách. Díky tomu se výkon ještě zdvojnásobí a teoreticky dosahuje 528 MB/s. Plánuje se také zavedení režimu 4X, ve kterém probíhají čtyři přenosy v každém taktu, což zvýší výkon na 1056 MB/s.

To vše je samozřejmě působivé a šířka pásma 1 GB/s je pro grafickou kartu velmi dobrá, ale je tu jeden problém: moderní PC má několik sběrnic. Připomeňme, že procesory třídy Pentium mají 64bitovou šířku datové sběrnice a pracují na 66 MHz, což poskytuje teoretickou propustnost 524 MB/s, takže šířka pásma 1 GB/s nezajistí významný zisk, pokud se nezvýší rychlost datové sběrnice. nad 66 MHz. Nové základní desky zvýšily rychlost systémové sběrnice na 100 MHz, což zvyšuje propustnost na 800 MB/s, ale to nestačí k ospravedlnění přenosů režimů 4X.

Kromě toho musí procesor přistupovat k systémové paměti, nejen k videosystému. Pokud celou systémovou šířku pásma 524 MB/s zabírá video přes AGP, co procesor umí? V tomto případě přechod na systémovou rychlost 100 MHz přinese určitou výhodu.

Video Pipelining portu AGP

Jednou z výhod AGP je jeho schopnost zpracovávat požadavky na data. Pipelining byl poprvé použit v moderních procesorech jako způsob, jak zlepšit výkon překrýváním sekvenčních bloků úloh. Díky AGP může video chipset použít podobnou techniku ​​při vyžádání informací z paměti, což výrazně zlepšuje výkon.

AGP přístup k systémové paměti

Nejdůležitější vlastností AGP je možnost sdílet hlavní systémovou paměť s video čipovou sadou. To poskytuje videosystému přístup k větší paměti pro 3D grafiku a další zpracování, aniž by vyžadoval velké množství video paměti na grafické kartě. Paměť na grafické kartě je sdílena mezi vyrovnávací pamětí snímků a jinými účely. Protože framebuffer vyžaduje rychlou a drahou paměť, jako je VRAM, většina karet vše paměť je vykonávána ve VRAM, ačkoli to je vyžadováno pro paměťové oblasti jiné než framebuffer.

Všimněte si, že AGP Ne odkazuje na architekturu sjednocené paměti (UMA). V této architektuře vše Paměť grafické karty, včetně vyrovnávací paměti snímků, je převzata z hlavní systémové paměti. V AGP zůstává vyrovnávací paměť snímků na grafické kartě, kde je umístěna. Vyrovnávací paměť snímků je nejdůležitější složkou video paměti a vyžaduje nejvyšší výkon, takže je smysluplnější ji ponechat na grafické kartě a použít pro ni VRAM.

AGP umožňuje videoprocesoru přístup k systémové paměti pro další paměťově náročné úkoly, jako je texturování a další 3D grafické operace. Tato paměť není tak kritická jako vyrovnávací paměť snímků, což umožňuje levnější grafické karty snížením kapacity paměti VRAM. Zavolá se přístup k systémové paměti přímé spuštění z paměti(Přímé spuštění paměti - DIME). Speciální zařízení, volal grafická tabulka přemapování apertury(Graphics Aperture Remapping Table - GART), pracuje s adresami RAM takovým způsobem, že je lze v systémové paměti distribuovat v malých blocích, nikoli v jedné velké sekci, a poskytuje je grafické kartě, jako by byla součástí video paměti. . Vizuální znázornění funkcí AGP je uvedeno na následujícím obrázku:

Požadavky AGP

Pro použití AGP v systému musí být splněno několik požadavků:

• Dostupnost grafické karty AGP: Tento požadavek je zcela zřejmý.
• Dostupnost základní desky s čipovou sadou AGP:Čipset na základní desce samozřejmě musí podporovat AGP.
• Podpora operačního systému: Operační systém musí podporovat nové rozhraní pomocí svých interních ovladačů a rutin.
• Podpora ovladačů: Grafická karta samozřejmě vyžaduje speciální ovladače pro podporu AGP a využití jejích speciálních funkcí, jako je např 3X.

Nové sériové autobusy

Již 20 let je mnoho periferních zařízení připojeno ke stejnému paralelnímu a sériové porty, který se objevil v prvním PC, a s výjimkou standardu Plug and Play se „technologie vstupu/výstupu“ od roku 1081 jen málo změnila. Koncem 90. let minulého století však uživatelé stále více začali pociťovat omezení standardních paralelních a sériových portů:

• Šířka pásma: Sériové porty mají maximální propustnost 115,2 Kb/s a paralelní porty (v závislosti na typu) přibližně 500 Kb/s. Zařízení, jako jsou digitální videokamery, však vyžadují výrazně vyšší šířku pásma.
• Snadné použití: Připojování zařízení ke starým portům je velmi nepohodlné, zejména prostřednictvím adaptérů pro paralelní porty. Všechny porty jsou navíc umístěny na zadní straně počítače.
• Hardwarové prostředky: Každý port vyžaduje vlastní linku IRQ. PC má pouze 16 linek IRQ, z nichž většina je již obsazena. Některé počítače mají pouze pět volných linek IRQ pro připojení nových zařízení.
• Omezený počet portů: Mnoho počítačů má dva sériové porty COM a jeden paralelní port LPT. Je možné přidat více portů, ale za cenu použití cenných linek IRQ.

V posledních letech se I/O technologie ukázala jako jedna z nejdynamičtějších oblastí vývoje stolních počítačů a dva standardy sériové komunikace dramaticky změnily způsob připojení periferií a posunuly Plug and Play do nových výšin. Díky novým standardům bude moci každý uživatel připojit k PC během několika sekund téměř neomezený počet zařízení, aniž by měl nějaké speciální technické znalosti.

Univerzální sériová sběrnice

Vyvinuto společnostmi Compaq, Digital, IBM, Intel, Microsoft, NEC a Northern Telecom univerzální sériová sběrnice(Universal Serial Bus - USB) poskytuje nový konektor pro připojení všech běžných I/O zařízení, čímž eliminuje mnoho dnešních portů a konektorů.

Sběrnice USB umožňuje připojení až 127 zařízení pomocí daisy chain spojení(daisy-chaining) nebo použijte USB hub(USB rozbočovač). Samotný náboj, popř rozbočovač, má několik zásuvek a vkládá se do PC nebo jiného zařízení. Každý USB hub může připojit sedm periferních zařízení. Mezi nimi může být druhý hub, ke kterému lze připojit dalších sedm periferních zařízení atd. Sběrnice USB také přenáší napájení +5 V spolu s datovými signály, takže malá zařízení, jako jsou ruční skenery, nemusí mít vlastní napájení.

Zařízení se zapojují přímo do 4kolíkové zásuvky na počítači nebo rozbočovači jako obdélníková zásuvka typu A Všechny kabely, které jsou trvale připojeny k zařízení, mají zástrčku typu A. Zařízení, která používají samostatný kabel, mají čtvercovou zásuvku typu B. a kabel, který je spojuje, má zástrčku typu A nebo typu B.

Sběrnice USB odstraňuje omezení rychlosti sériových portů založených na UART. Pracuje rychlostí 12 Mbps, která je kompatibilní se síťovými technologiemi Ethernet a Token Ring a poskytuje dostatečnou šířku pásma pro všechna moderní periferní zařízení. Například sběrnice USB má dostatečnou šířku pásma pro podporu zařízení, jako jsou externí jednotky CD-ROM a páskové jednotky, stejně jako rozhraní ISDN. běžné telefony. Postačí i pro přenos signálů digitální zvuk přímo do reproduktorů vybavených digitálně-analogovými převodníky, což eliminuje potřebu zvukové karty. Sběrnice USB však není určena k nahrazení sítí. Pro dosažení přijatelných nízkých nákladů je vzdálenost mezi zařízeními omezena na 5 m. U pomalých zařízení, jako jsou klávesnice a myši, lze rychlost přenosu dat nastavit na 1,5 Mb/s, což šetří šířku pásma pro rychlejší zařízení.

Sběrnice USB plně podporuje technologii Plug and Play. Odpadá nutnost instalace rozšiřujících karet do PC a následné překonfigurování systému. Sběrnice umožňuje připojovat, konfigurovat, používat a v případě potřeby odpojovat periferní zařízení, zatímco PC a další zařízení pracují. Není potřeba instalovat ovladače, vybírat sériové a paralelní porty nebo definovat linky IRQ, kanály DMA a I/O adresy. Toho všeho je dosaženo ovládáním periferních zařízení pomocí hostitelského řadiče na základní desce nebo PCI kartě. Hostitelský řadič a podřízené řadiče v rozbočovačích řídí periferní zařízení, snižují zátěž procesoru a zlepšují celkový výkon systému. Samotný hostitelský řadič je řízen systémovým softwarem v rámci operačního systému.

Data jsou přenášena přes obousměrný kanál řízený hostitelským řadičem a podřízenými hubovými řadiči. Vylepšené řízení sběrnice umožňuje, aby části celkové šířky pásma byly trvale vyhrazeny pro konkrétní periferie; tato metoda se nazývá izochronní přenos dat(izochronní přenos dat). Rozhraní sběrnice USB obsahuje dva hlavní moduly: stroj se sériovým rozhraním(Serial Interface Engine - SIE), zodpovědný za protokol sběrnice a kořenový náboj(Root Hub), slouží k rozšíření počtu portů sběrnice USB.

Sběrnice USB přiděluje každému portu 500 mA. Díky tomu lze přes kabel napájet zařízení s nízkou spotřebou, která by normálně vyžadovala samostatný AC adaptér - USB umožňuje PC automaticky detekovat potřebný výkon a dodat jej do zařízení. Rozbočovače přijímají plné napájení ze sběrnice USB (napájené ze sběrnice), ale mohou mít svůj vlastní AC převodník. Samonapájené rozbočovače dodávající 500 mA na port poskytují maximální flexibilitu pro budoucí zařízení. Rozbočovače pro přepínání portů od sebe izolují všechny porty, takže jeden zkratovaný neruší ostatní.

Sběrnice USB slibuje vytvoření PC pouze s jedním USB port místo moderních čtyř nebo pěti různých konektorů. Můžete k němu připojit jedno velké výkonné zařízení, jako je monitor nebo tiskárna, které bude fungovat jako hub poskytující konektivitu dalším menším zařízením, jako je myš, klávesnice, modem, skener, digitální fotoaparát atd. To však bude vyžadovat vývoj speciálních ovladačů zařízení. Tato konfigurace PC má však nevýhody. Někteří odborníci se domnívají, že architektura USB je poměrně složitá a potřeba podporovat mnoho různých typů periferních zařízení vyžaduje vývoj celé sady protokolů. Jiní věří, že princip rozbočovače jednoduše posouvá náklady a složitost pryč systémová jednotka do klávesnice nebo monitoru. Ale hlavní překážkou úspěchu USB je standard IEEE 1394 FireWire.

IEEE 1394 FireWire sběrnice

Tento standard vysokorychlostní periferní sběrnice byl vyvinut společnostmi Apple Computer, Texas Instruments a Sony. Byl navržen jako doplněk ke sběrnici USB, nikoli jako její alternativa, protože obě sběrnice mohou být použity ve stejném systému, podobně jako moderní paralelní a sériové porty. Velcí výrobci digitálních fotoaparátů a tiskáren se však více zajímají o sběrnici IEEE 1394 než o sběrnici USB, protože digitální fotoaparáty jsou vhodnější pro zásuvku 1394 spíše než port USB.

IEEE 1394 (běžně nazývaný FireWire) je velmi podobný USB, také sériová sběrnice vyměnitelná za provozu, ale mnohem rychlejší. IEEE 1394 má dvě vrstvy rozhraní: jednu pro sběrnici na základní desce počítače a jednu pro rozhraní point-to-point mezi periferním zařízením a počítačem přes sériový kabel. Tyto dvě úrovně spojuje jednoduchý most. Sběrnicové rozhraní podporuje rychlosti přenosu dat 12,5, 25 nebo 50 MB/s a kabelové rozhraní podporuje 100, 200 a 400 MB/s, což je mnohem rychlejší než rychlost sběrnice USB 1,5 MB/s nebo 12 MB/s. . Specifikace 1394b definuje další způsoby kódování a přenosu dat a umožňuje zvýšení rychlosti na 800 Mb/s, 1,6 Gb/s nebo více. Tato vysoká rychlost umožňuje použít IEEE 1394 k připojení digitálních fotoaparátů, tiskáren, televizorů, síťových karet a externích paměťových zařízení k počítačům.

Kabelové konektory IEEE 1394 jsou navrženy tak, že elektrické kontakty jsou obsaženy v těle konektoru, což zabraňuje možnosti úrazu uživatele elektrickým proudem a kontaminaci kontaktů rukama uživatele. Tyto konektory jsou malé a pohodlné, podobně jako herní konektor Nintendo GameBoy, u kterého se prokázala vynikající odolnost. Tyto konektory lze navíc zasunout naslepo do zadní části PC. Nejsou nutná žádná koncová zařízení (terminátory) ani ruční instalace identifikátorů.

Sběrnice IEEE 1394 je určena pro 6-žilový kabel o délce až 4,5 m, který obsahuje dva páry vodičů pro přenos dat a jeden pár pro napájení zařízení. Každý signálový pár je stíněný a stíněný je také celý kabel. Kabel umožňuje napětí od 8V do 400V a proudy až 1,5A a zachovává fyzickou kontinuitu zařízení, když je zařízení vypnuté nebo vadné (což je velmi důležité pro sériovou topologii). Kabel zajišťuje napájení zařízení připojených ke sběrnici. Jak standard dospívá, očekává se, že sběrnice poskytne delší vzdálenosti bez opakovačů a ještě větší propustnost.

Základem každého připojení IEEE 1394 je mikroobvod fyzické úrovni a komunikační úroveň a zařízení vyžaduje dva čipy. Fyzické rozhraní (PHY) jednoho zařízení se připojuje k PHY jiného zařízení. Obsahuje obvody potřebné k provádění arbitrážních a inicializačních funkcí. Komunikační rozhraní propojuje PHY i vnitřní obvody zařízení. Přenáší a přijímá pakety ve formátu IEEE 1394 a podporuje asynchronní nebo izochronní datové přenosy. Schopnost podporovat asynchronní a izochronní formáty ve stejném rozhraní umožňuje, aby na sběrnici běžely aplikace, které nejsou kritické z hlediska času, jako jsou skenery nebo tiskárny, a také aplikace v reálném čase, jako je video a zvuk. Všechny čipy fyzické vrstvy používají stejnou technologii, zatímco čipy komunikační vrstvy jsou specifické pro každé zařízení. Tento přístup umožňuje sběrnici IEEE 1394 fungovat jako systém peer-to-peer, na rozdíl od přístupu klient-server sběrnice USB. Výsledkem je, že systém IEEE 1394 nevyžaduje obsluhujícího hostitele ani PC.

Asynchronní přenos je tradiční způsob přenosu dat mezi počítači a periferními zařízeními. Zde jsou data přenášena jedním směrem a jsou doprovázena následným potvrzením zdroji. Asynchronní přenos dat klade důraz spíše na doručení než na výkon. Přenos dat je zaručen a jsou podporovány opakované přenosy. Izochronní přenos dat proudí data předem stanovenou rychlostí, takže je aplikace může zpracovat na základě načasování. To je důležité zejména pro časově kritická mediální data, kde dodání just-in-time eliminuje potřebu drahého ukládání do vyrovnávací paměti. Izochronní datové přenosy fungují na principu broadcastingu, kdy jedno nebo více zařízení může „poslouchat“ přenášená data. Sběrnice IEEE 1394 může současně přenášet více kanálů (až 63) izochronních dat. Protože izochronní přenosy mohou zabírat maximálně 80 % šířky pásma sběrnice, zbývá dostatečná šířka pásma pro další asynchronní přenosy.

Škálovatelná architektura sběrnice IEEE 1394 a flexibilní topologie jej činí ideálním pro připojení vysokorychlostních zařízení, od počítačů a pevných disků až po digitální audio a video zařízení. Zařízení lze zapojit do řetězové nebo stromové topologie. Obrázek vlevo ukazuje dvě samostatné pracovní oblasti propojené můstkem sběrnice IEEE 1394 Pracovní oblast č. 1 se skládá z videokamery, počítače a videorekordéru, které jsou všechny připojeny přes IEEE 1394. Počítač je také fyzicky připojen k síti. vzdálená tiskárna přes opakovač 1394, který zvyšuje vzdálenost mezi zařízeními zesilující signály sběrnice. Na sběrnici IEEE 1394 je povoleno až 16 skoků mezi libovolnými dvěma zařízeními. Mezi můstkem a tiskárnou se používá rozbočovač 1394, který poskytuje další port pro připojení můstku sběrnice IEEE 1394. Rozbočovače poskytují uživatelům větší flexibilitu topologie.

Pracovní oblast č. 2 obsahuje pouze PC a tiskárnu na sběrnicovém segmentu 1394 a také připojení ke sběrnicovému mostu. Most izoluje datový provoz v rámci každého pracovního prostoru. Sběrnicové mosty IEEE 1394 umožňují přenos vybraných dat z jednoho segmentu sběrnice do druhého. Proto PC #2 může vyžadovat obrazy z videorekordéru v pracovní oblasti #1. Vzhledem k tomu, že kabel sběrnice také přenáší napájení, signálové rozhraní PHY je vždy napájeno a data jsou přenášena, i když je PC #1 vypnuto.

Každý segment sběrnice IEEE 1394 umožňuje připojení až 63 zařízení. Nyní může být každé zařízení umístěno na vzdálenost až 4,5 m; dlouhé vzdálenosti jsou možné jak s opakovači, tak bez nich. Vylepšení kabelů umožní zařízení přenášet na delší vzdálenosti. Mosty mohou propojit více než 1 000 segmentů, což poskytuje významný potenciál rozšíření. Další výhodou je možnost provádět transakce různými rychlostmi na jediném médiu na zařízení. Některá zařízení mohou například běžet rychlostí 100 Mbps, zatímco jiná mohou běžet rychlostí 200 Mbps a 400 Mbps. Hot swapping (připojování nebo odpojování zařízení) na sběrnici je povoleno, i když je sběrnice plně funkční. Změny v topologii sběrnice jsou automaticky detekovány. To eliminuje potřebu přepínačů adres a dalších uživatelských zásahů pro překonfigurování sběrnice.

Díky technologii paketového přenosu lze sběrnici IEEE 1394 organizovat tak, jako by byl paměťový prostor rozdělen mezi zařízení, nebo jako kdyby byla zařízení ve slotech na základní desce. Adresa zařízení se skládá z 64 bitů, přičemž 10 bitů je přiděleno pro ID sítě, 6 bitů pro ID uzlu a 48 bitů pro adresy paměti. Výsledkem je, že lze adresovat 1023 sítí se 63 uzly, každý s 281 TB paměti. Adresování paměti spíše než kanály zachází se zdroji jako s registry nebo pamětí, ke které lze přistupovat pomocí transakcí mezi procesorem a pamětí. To vše poskytuje jednoduchou organizaci sítě; například digitální fotoaparát může snadno přenášet obrázky přímo do digitální tiskárny bez zprostředkujícího počítače. Sběrnice IEEE 1394 ukazuje, že PC ztrácí dominantní roli v propojování prostředí a lze jej považovat za velmi inteligentní uzel.

Nutnost používat dva čipy místo jednoho činí periferie IEEE 1394 dražšími než periferie SCSI, IDE nebo USB, takže nejsou vhodné pro pomalá zařízení. Nicméně jeho výhody pro vysokorychlostní aplikace, jako je střih digitálního videa, činí z IEEE 1394 primární rozhraní pro spotřební elektroniku.

Navzdory výhodám sběrnice IEEE 1394 a vzhledu základních desek s vestavěnými řadiči pro tuto sběrnici v roce 2000 není budoucí úspěch FireWire zaručen. Příchod specifikace USB 2.0 situaci značně zkomplikoval.

Specifikace USB 2.0

Na vývoji této specifikace zaměřené na podporu vysokorychlostních periferních zařízení se podílely společnosti Compaq, Hewlett-Packard, Intel, Lucent, Microsoft, NEC a Philips. V únoru 1999 bylo oznámeno 10 až 20násobné zvýšení výkonu a v září 1999 inženýrské studie zvýšily odhady na 30 až 40násobek oproti USB 1.1. Byly vyjádřeny obavy, že s takovým výkonem sběrnice USB navždy „pohřbí“ sběrnici IEEE 1394. Obecná shoda však je, že tyto dvě sběrnice jsou orientovány různé aplikace. Cílem USB 2.0 je poskytovat podporu pro všechny současné i budoucí populární PC periferie, zatímco IEEE 1394 je zaměřen na připojení spotřebitelských audio a video zařízení, jako jsou digitální videorekordéry, DVD a digitální televize.

Podle USB 2.0 se propustnost zvyšuje z 12 Mb/s na 360-480 Mb/s. Očekává se, že USB 2.0 bude kompatibilní s USB 1.1, což uživatelům zajistí bezproblémový přechod na novou sběrnici. Budou pro něj vyvíjeny nové vysokorychlostní periferní zařízení, která rozšíří nabídku PC aplikací. Rychlosti 12 MB/s jsou dostatečné pro zařízení, jako jsou telefony, digitální fotoaparáty, klávesnice, myši, digitální joysticky, páskové jednotky, disketové jednotky, digitální reproduktory, skenery a tiskárny. Zvýšená šířka pásma USB 2.0 rozšíří funkčnost periferních zařízení a poskytne podporu pro kamery s vysokým rozlišením pro videokonference, stejně jako vysokorychlostní skenery a tiskárny nové generace.

Stávající USB periferie budou fungovat beze změny v systému USB 2.0. Zařízení, jako jsou klávesnice a myši, nevyžadují zvýšenou šířku pásma USB 2.0 a budou fungovat jako zařízení USB 1.1. Zvýšená šířka pásma USB 2.0 rozšíří řadu periferních zařízení, která lze připojit k PC, a také umožní více USB zařízením sdílet dostupnou šířku pásma sběrnice až do architektonických limitů sběrnice USB. Zpětná kompatibilita USB 2.0 s USB 1.1 by mohla být rozhodující výhodou v boji proti sběrnici IEEE 1394 pro rozhraní spotřebitelských zařízení.

Standard DeviceBay

Zařízení Bay je nový standard, který navazuje na standardy IEEE 1394 a USB sběrnice. Tyto sběrnice umožňují připojování a odpojování zařízení za chodu, tzn. během provozu PC. Tato příležitost hot swap(hot swap, hot plug) vyžadoval nové speciální propojení mezi zařízeními a standard DeviceBay se stal odpovědí na tento požadavek. Standardizuje pozice, do kterých lze vkládat pevné disky, jednotky CD-ROM a další zařízení. Montážní rám se instaluje bez nářadí a za provozu PC. Pokud se standard DeviceBay rozšíří, odstraní ploché kabely uvnitř počítačových skříní. Celé PC může být navrženo jako modulární, ve kterém jsou všechny moduly připojeny ke sběrnicím USB nebo FireWire jako zařízení DeviceBay. V tomto případě lze zařízení libovolně přesouvat mezi PC a jinými domácími zařízeními.

Standard DeviceBay je navržen pro připojení zařízení, jako jsou jednotky Zip, jednotky CD-ROM, páskové jednotky, modemy, pevné disky, čtečky PC karet atd.