Popište systém a místní sběrnice PC. Místní autobus. Výkon sběrnice PCI
S nárůstem taktů a bitové hloubky procesorů přišel čas naléhavý problém ve zvýšení rychlosti přenosu dat na sběrnicích (k čemu je použít kámen s taktovací frekvencí řekněme 66 MHz, když sběrnice pracuje pouze na 8,33 MHz). V některých případech, jako je klávesnice nebo myš, je vysoká rychlost k ničemu. Ale inženýři výrobců rozšiřujících desek byli připraveni vyrábět zařízení rychlostí, kterou autobusy nemohly poskytnout.
V
bylo nalezeno následující východisko z této situace: některé operace výměny dat, které vyžadují vysokou rychlost, by neměly být prováděny přes standardní vstupně/výstupní konektory sběrnice, ale přes přídavná vysokorychlostní rozhraní - sběrnici procesoru, přibližně stejným způsobem jako spojovací 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 standardy. . 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 umožňuje podporovat procesory nekompatibilní s x86 pomocí můstkového čipu;
Maximální počet masterů sběrnice je 3 (bez řadiče sběrnice). V případě potřeby je možné nainstalovat několik podsystémů na podporu více zvládnout. Navzdory skutečnosti, že sběrnice byla původně navržena pro podporu grafických ovladačů, je možné podporovat další zařízení (např. pevný disk);
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;
maximálně teoretické propustnost sběrnice 160 Mb/s (při frekvenci sběrnice 50 MHz), standardně - 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.
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 na hodinová frekvence 25 MHz by nemělo překročit tři, při 33 MHz - dva, při 40 a 50 MHz - jeden. Při porušení těchto požadavků bude systém nestabilní, protože byla překročena zatěžovací 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 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 nevýhod, z nichž hlavní jsou následující:
zaměřené na procesor 486. VL-bus je pevně 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 obvodu. 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.
Popularita pneumatiky VLB trvala do roku 1994. Hlavní rys pneumatik, které umožnily dosáhnout vysoký výkon, byl 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 doporučila používat maximálně dva sloty s taktovací frekvencí 33 MHz nebo tři sloty, pokud používají vyhrazenou 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.
Sběrnice ISA, MCA a EISA mají jeden obecná nevýhoda- relativně nízký výkon. Čtyři typy autobusů popsané v následujících částech jsou místní. Mezi hlavní typy místních sběrnic používaných v PC patří následující.
- VL-Bus (místní autobus VESA)
Toto omezení existovalo již v dobách prvních počítačů, ve kterých I/O sběrnice fungovala stejnou rychlostí jako sběrnice procesoru. Zvýšila se rychlost procesorové sběrnice a zlepšila se charakteristika I/O sběrnic především díky zvýšení jejich kapacity. Bylo nutné omezit rychlost sběrnic, protože většina vyrobených adaptérových desek neuměla fungovat vyšší rychlosti výměna dat.
Některé uživatele pronásleduje myšlenka, že jejich počítač běží pomaleji, než může. Na rychlosti I/O sběrnice však ve většině případů nezáleží. Například při práci s klávesnicí nebo myší není vyžadován vysoký výkon, protože v této situaci určuje výkon počítače uživatel. Je potřeba opravdu jen v podsystémech, kde jsou důležité vysoké přenosové rychlosti dat, například v grafických a diskových řadičích.
Problém spojený s rychlostí sběrnice se stal aktuálním kvůli rozšíření grafiky uživatelská rozhraní(např. Windows). Zpracovávají tak velké množství dat, že se I/O sběrnice stává úzkým hrdlem systému. Vysoký výkon procesoru s taktovací frekvencí 66 nebo dokonce 450 MHz se nakonec ukazuje jako zcela zbytečný, protože data jsou na I/O sběrnici přenášena několikanásobně pomaleji (taktovací frekvence je cca 8 MHz).
Zřejmým řešením tohoto problému je, že část výměny dat nebude prováděna přes konektory I/O sběrnice, ale přes další vysokorychlostní konektory. Nejlepším přístupem k vyřešení tohoto problému je umístění dalších I/O konektorů na nejrychlejší sběrnici, tzn. na sběrnici procesoru (toto je podobné připojení externí mezipaměť). Odpovídající blokové schéma je znázorněno na obrázku níže. Tento návrh se nazývá lokální sběrnice, protože externí zařízení (adaptérové desky) mají nyní přístup ke sběrnici procesoru (tj. ke sběrnici, která je k ní nejblíže). Konektory místní sběrnice se samozřejmě musí lišit od slotů I/O sběrnice, aby do nich nebylo možné zasunout „pomalé“ adaptérové karty.
Je zajímavé poznamenat, že první 8- a 16bitové ISA sběrnice měly lokální sběrnicovou architekturu. Tyto systémy využívaly sběrnici procesoru jako primární sběrnici a všechna zařízení pracovala s rychlostí procesoru. Při překročení taktu v systémech ISA 8 MHz došlo k oddělení hlavní sběrnice počítače od sběrnice procesoru, která tyto funkce již nemohla plnit. Vylepšená verze sběrnice ISA, nazvaná VESA Local Bus (nebo VL-Bus), představená v roce 1992, znamenala návrat k architektuře lokální sběrnice. Následně byla místní sběrnice VESA nahrazena sběrnicí PCI a jejím doplněním byla sběrnice AGP.
Poznámka!
Pro uspořádání místní sběrnice v počítači není vůbec nutné instalovat rozšiřující sloty: zařízení, které využívá místní sběrnici, lze namontovat přímo na základní desku. První počítače místní sběrnice používaly přesně tento přístup.
Místní autobus předchozí standardy nenahrazuje, ale doplňuje. Hlavní počítačové sběrnice, stejně jako dříve, zůstávají ISA a EISA, ale je k nim přidán jeden nebo více slotů místní sběrnice. Zároveň je zachována kompatibilita se staršími rozšiřujícími kartami a do slotů lokální sběrnice jsou instalovány vysokorychlostní adaptéry, přičemž jsou realizovány všechny jejich schopnosti. Dosud tedy nejběžnějšími konektory jsou AGP, PCI a ISA. U starších desek se někdy ukáže, že jsou kompatibilní s novými konektory, ale všechny možnosti místních sběrnic AGP a PCI umožňují používat pouze nové modely adaptérů. Jak klesá obliba sběrnice ISA a důraz se přesouvá na rozhraní LPC, role sběrnice ISA se postupně snižuje a místo ní se používají jiné sběrnice.
Výkon grafického uživatelského rozhraní Windows nebo Linuxu (jako je KDE nebo GNOME) se výrazně zvýšil, protože grafické adaptéry založené na ISA byly nahrazeny adaptéry s PCI rozhraní a AGP.
Organizace vstup-výstup
Ve výpočetním systému sestávajícím z mnoha subsystémů je zapotřebí mechanismus pro jejich interakci. Tyto subsystémy si musí vyměňovat data rychle a efektivně. Například procesor musí být na jedné straně připojen k paměti, na druhé straně musí být procesor připojen k I/O zařízením.
V moderních počítačích lze takový mechanismus rozdělit do několika úrovní:
Systémové a místní autobusy;
I/O sběrnice.
BIOS (Basic Input/Output System) – základní vstupně/výstupní systém pevně zapojený do ROM (odtud název ROM BIOS). Jedná se o sadu programů pro kontrolu a údržbu počítačového hardwaru a funguje jako prostředník mezi DOSem a hardwarem. BIOS přebírá kontrolu při zapnutí a resetu základní desky, testuje samotnou desku a hlavní součásti počítače – grafický adaptér, klávesnici, řadiče disků a vstupní/výstupní porty, konfiguruje čipovou sadu desky a načte externí operační systém. Když běží pod DOSem, BIOS systému Windows ovládá hlavní zařízení při práci pod OS/2, UNIX, WinNT se BIOS prakticky nepoužívá, provádí pouze počáteční kontrolu a konfiguraci.
Základní deska má obvykle pouze ROM s hlavním, systémovým BIOSem, který je zodpovědný za samotnou desku a řadiče FDD, HDD, portů a klávesnice; Systém BIOS téměř vždy obsahuje System Setup – program pro konfiguraci systému. Video adaptéry a řadiče HDD s rozhraními ST-506 (MFM) a SCSI mají vlastní BIOS v samostatných ROM; Mohou je mít i jiné desky - inteligentní řadiče disků a portů, síťové karty atd.
Jeden z nejjednodušších mechanismů, který umožňuje organizovat interakci různých subsystémů, je jediný centrální autobus, ke kterému jsou připojeny všechny subsystémy. Přístup k takové sběrnici je sdílený mezi všemi subsystémy. Taková organizace má dvě hlavní výhody: nízké náklady a všestrannost. Jelikož je taková sběrnice jediným přípojným bodem pro různá zařízení, lze snadno přidávat nová zařízení a to samé periferie lze dokonce použít v různých počítačových systémech používajících stejný typ sběrnice. Náklady na takovou organizaci jsou poměrně nízké, protože jediná sada sběrnicových linek sdílených mnoha zařízeními se používá k implementaci více cest přenosu informací.
Hlavní nevýhodou organizace jediné sběrnice je to, že sběrnice vytváří úzké hrdlo, které možná omezuje maximální I/O propustnost. Pokud musí veškerý I/O tok procházet centrální sběrnicí, je toto omezení šířky pásma velmi reálné. V komerční systémy,kde jsou I/O velmi časté, a také v superpočítačích, kde jsou požadované I/O rychlosti velmi vysoké kvůli vysokému výkonu procesoru, je jedním z hlavních problémů návrhu vytvořit multisběrnicový systém, který dokáže uspokojit všechny požadavky.
Jedním z důvodů, proč je vývoj pneumatik tak náročný, je ten maximální rychlost Sběrnici primárně omezují fyzikální faktory: délka sběrnice a počet připojených zařízení (a tedy zatížení sběrnice). Tato fyzická omezení brání svévolnému zrychlování pneumatik. Požadavky na rychlý (nízká latence) I/O systém a vysokou propustnost jsou protichůdné. Dnešní velké systémy využívají komplex vzájemně propojených sběrnic, z nichž každá poskytuje zjednodušenou interakci mezi různými subsystémy, vysokou propustnost, redundanci (pro zvýšení odolnosti proti chybám) a efektivitu.
Tradičně se sběrnice dělí na sběrnice, které zajišťují komunikaci mezi procesorem a pamětí, a I/O sběrnice. I/O sběrnice mohou být velké, podporovat mnoho typů zařízení a obvykle se řídí jedním standardem sběrnice. Na druhé straně sběrnice mezi procesory a pamětí jsou relativně krátké, typicky vysokorychlostní a odpovídají organizaci paměťového systému, aby byla zajištěna maximální propustnost spojení mezi pamětí a procesorem. Ve fázi vývoje systému jsou u sběrnice procesor-paměť předem známy všechny typy a parametry zařízení, která musí být propojena, zatímco návrhář I/O sběrnice se musí zabývat zařízeními, která se liší latencí a šířkou pásma.
Jak již bylo uvedeno, za účelem snížení nákladů mají některé počítače jednu sběrnici pro paměť a I/O zařízení. Tato pneumatika je často tzv systémové. Osobní počítače jsou obvykle postaveny na jedné systémové sběrnici ve standardech ISA, EISA nebo MCA. Potřeba udržovat rovnováhu výkonu se zvyšující se rychlostí mikroprocesorů vedla k dvouúrovňové organizaci sběrnic v osobních počítačích na bázi místní sběrnice. Místní sběrnice je sběrnice, která se elektricky připojuje přímo k pinům mikroprocesoru. Obvykle kombinuje procesor, paměť, vyrovnávací obvody pro systémovou sběrnici a její řadič a také některé pomocné obvody. Typickými příklady místních sběrnic jsou VL-Bus a PCI.
Podívejme se na typický transakce v autobuse. Sběrnicová transakce zahrnuje dvě části: odeslání adresy a příjem (nebo odeslání) dat. Transakce sběrnice jsou obvykle určeny povahou interakce s pamětí: transakce čtení přenáší data z paměti (buď do CPU nebo I/O zařízení), transakce zápisu zapisuje data do paměti. Při transakci čtení je adresa nejprve odeslána do paměti spolu s příslušnými řídicími signály indikujícími čtení. Paměť reaguje vrácením dat do sběrnice příslušnými řídicími signály. Transakce zápisu vyžaduje, aby CPU nebo I/O zařízení odeslalo adresu a data do paměti a nečeká na vrácení dat. CPU obvykle musí nečinně sedět během intervalu mezi odesláním adresy a přijetím dat při provádění čtení, ale často nečeká na dokončení operace při zápisu dat do paměti.
Vývoj pneumatiky je spojen s implementací řady další funkce. Rozhodnutí o výběru konkrétní schopnosti závisí na nákladech a cílech výkonu. První tři možnosti jsou zřejmé: samostatné adresní a datové linky, širší datové sběrnice (větší bitová šířka) a režim víceslovného přenosu (odesílání více slov) poskytují zvýšený výkon na úkor zvýšených nákladů.
Hlavní sběrnice je zařízení, které může iniciovat transakce čtení nebo zápisu. CPU je například vždy master sběrnice. Sběrnice má více masterů, když existuje více CPU nebo když I/O zařízení mohou iniciovat transakce na sběrnici. Pokud existuje více takových zařízení, pak je vyžadován rozhodčí obvod, který rozhodne, kdo převezme sběrnici jako další. Arbitráž je často založena buď na schématu s pevnou prioritou, nebo na „spravedlivějším“ schématu, které náhodně vybírá, který master převezme sběrnici.
V současné době se používají dva typy sběrnic, které se liší způsobem přepínání: sběrnice s přepojováním okruhů a sběrnice s přepojováním paketů, které dostaly svá jména analogicky se způsoby přepínání v datových sítích. Sběrnice s přepojováním paketů s více mastery sběrnice poskytuje výrazně větší propustnost než sběrnice s přepínáním okruhů, protože transakci rozděluje na dvě logické části: požadavek sběrnice a odpověď. Tato technika se nazývá „rozdělená transakce“. (V některých systémech se tato schopnost nazývá sběrnice připojení/odpojení nebo zřetězená sběrnice.) Transakce čtení je rozdělena na transakci s žádostí o čtení, která obsahuje adresu, a transakci s odezvou paměti, která musí obsahovat data nyní musí být správně označeny (označeny), aby CPU a paměť mohly říct, co je co.
Sběrnice s přepojováním okruhů nerozděluje transakce, žádná transakce na ní je nedělitelná. Hlavní zařízení požaduje sběrnici, po arbitráži na ni umístí adresu a zablokuje sběrnici, dokud není požadavek obsluhován. Většina Tento servisní čas se nespotřebovává na operace sběrnice (například zpoždění přístupu do paměti). V autobusech s přepínáním okruhů se tedy tento čas jednoduše ztrácí. Rozdělené transakce zpřístupní sběrnici ostatním hostitelům, zatímco paměť čte slovo na požadované adrese. To však také znamená, že CPU musí bojovat o to, aby sběrnice odeslala data, a paměť musí bojovat o to, aby sběrnice vrátila data. Rozdělená transakční sběrnice má tedy vyšší propustnost, ale obvykle má také vyšší latenci než sběrnice, která je zachycena po celou dobu trvání transakce. O transakci se říká, že je rozdělená, protože libovolný počet dalších paketů nebo transakcí může sdílet sběrnici mezi požadavkem a odpovědí.
Poslední otázka spojené s volbou typu synchronizace a určuje, zda je sběrnice synchronní nebo asynchronní. Pokud je sběrnice synchronní, zahrnuje hodinové signály, které jsou přenášeny na řídicích linkách sběrnice, a pevný protokol, který definuje umístění adresových a datových signálů vzhledem k hodinových signálů. Vzhledem k tomu, že pro rozhodování o dalším postupu není potřeba prakticky žádná další logika, mohou být tyto autobusy rychlé i levné. Mají však dvě hlavní nevýhody. Vše na sběrnici se musí vyskytovat na stejné hodinové frekvenci, takže kvůli problému se zkosením hodin nemohou být synchronní sběrnice dlouhé. Sběrnice procesor-paměť jsou obvykle synchronní.
Na druhé straně asynchronní sběrnice není taktována. Místo toho se mezi zdrojem a cílem dat na sběrnici obvykle používá přenosový režim start-stop a protokol handshake. Tato konstrukce umožňuje mnohem snazší umístění široké škály zařízení a rozšíření sběrnice bez obav ze zkreslení hodinového signálu a hodinového systému. Pokud lze použít synchronní sběrnici, je obvykle rychlejší než asynchronní, protože neexistuje režie synchronizace sběrnice pro každou transakci. Volba typu sběrnice (synchronní nebo asynchronní) určuje nejen propustnost, ale přímo ovlivňuje kapacitu I/O systému z hlediska fyzické vzdálenosti a počtu zařízení, která lze na sběrnici připojit. Asynchronní sběrnice se při změnách technologie lépe škálují. I/O sběrnice jsou obvykle asynchronní.
Počet a typy vstupně/výstupních zařízení v počítačových systémech nejsou obvykle pevně dané, což umožňuje uživateli vybrat požadovaná konfigurace. I/O sběrnici počítače lze považovat za rozšiřující sběrnici, která umožňuje postupné rozšiřování I/O zařízení. Proto normy hrají obrovskou roli v tom, že umožňují návrhářům počítačů a I/O zařízení pracovat nezávisle. Vznik norem je dán různými okolnostmi.
Někdy široká dostupnost a popularita konkrétního stroje způsobí, že se jeho I/O sběrnice stane de facto standardem. Příklady takových sběrnic jsou PDP-11 Unibus a IBM PC-AT Bus. Někdy normy také vznikají jako výsledek určitých standardizačních úspěchů v některém sektoru I/O trhu. Intelligent Peripheral Interface (IPI) a Ethernet jsou příklady standardů, které se objevily jako výsledek spolupráce dodavatelů. Úspěch standardu je do značné míry určen jeho přijetím organizacemi, jako je ANSI (National Standards Institute) nebo IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers). Někdy může být standard pro sběrnici přímo vyvinut jedním z výborů pro standardy: příkladem takového standardu pro sběrnici je FutureBus.
Jedna z oblíbených pneumatik osobní počítače existovala systémová sběrnice XT-Bus - sběrnice architektury XT - první v rodině IBM PC. Relativně jednoduchý, podporuje 8bitovou výměnu dat v rámci 20bitového (1 MB) adresního prostoru (označovaného jako „8/20-bit“), pracuje na frekvenci 4,77 MHz. Sdílení Linky IRQ obecně nejsou možné. Konstrukčně navrženo v 62-pinových konektorech.
ISA (Industry Standard Architecture) je hlavní sběrnice na počítačích PC AT (jiný název je AT-Bus). Jedná se o rozšíření XT-Bus, bitová šířka - 16/24 (16 MB), taktovací frekvence - 8 MHz, maximální propustnost -5,55 Mb/s. Oddělení IRQ také není možné. Nestandardní Bus Mastering je možný, ale vyžaduje naprogramovaný 16bitový DMA kanál. Konstrukčně je navržen jako 62pinový XT-Bus konektor s přilehlým 36pinovým rozšiřujícím konektorem.
EISA (Enhanced ISA) je funkční a strukturální rozšíření ISA. Externě mají konektory stejný vzhled jako ISA a mohou přijímat karty ISA, ale v hloubce konektoru jsou další řady kontaktů EISA a karty EISA mají vyšší lopatkovou část konektoru s dalšími řadami kontaktů. Bitová kapacita - 32/32 (adresový prostor - 4 GB), pracuje rovněž na frekvenci 8 MHz. Maximální propustnost - 32 Mb/s. Podporuje Bus Mastering - režim řízení sběrnice z libovolného zařízení na sběrnici, má arbitrážní systém pro řízení přístupu zařízení ke sběrnici, umožňuje automatickou konfiguraci parametrů zařízení a umí oddělit kanály IRQ a DMA.
Bus Mastering- schopnost externího zařízení samostatně, bez účasti procesoru, řídit sběrnici (odesílat data, vydávat příkazy a řídicí signály). Během výměny zařízení převezme sběrnici a stane se hlavním, neboli master, zařízením. Tento přístup se obvykle používá k osvobození procesoru od odesílání příkazů a/nebo dat mezi dvěma zařízeními ve stejném výklenku. Speciálním případem Bus Mastering je režim DMA, který provádí pouze přenos dat mimo procesor; v klasické architektuře PC to zajišťuje řadič DMA, společný pro všechna zařízení. Každé zařízení Bus Mastering má svůj vlastní podobný řadič, který vám umožňuje zbavit se problémů s distribucí kanálů DMA a překonat omezení standardního řadiče DMA (16bitový, schopnost adresovat pouze prvních 16 MB RAM, nízká výkon, atd.).
MSA (Micro (Channel Architecture - microchannel architecture) - počítače se sběrnicí PS/2 od IBM. Nekompatibilní s žádným jiným, bitová šířka - 32/32, (základní - 8/24, zbytek - jako rozšíření). Podporuje Bus Mastering, má arbitráž a automatickou konfiguraci, synchronní (délka výměnného cyklu je pevně stanovena), maximální propustnost - 40 Mb/s Strukturálně vypadá jako třídílný konektor (stejný jako VLB). hlavní sekce je 8bitová (90 kontaktů), druhá - 16bitová rozšíření (22 kontaktů), třetí - 32bitová rozšíření (52 kontaktů). rozšiřující video konektor (20 kontaktů) lze instalovat vedle jednoho z konektorů EISA a MCA jsou paralelní v mnoha ohledech díky vlastnictví architektury MCA společností IBM.
VLB (VESA Local Bus - místní sběrnice standardu VESA) - 32-bit (doplněk ke sběrnici ISA. Konstrukčně se jedná o přídavný konektor (116-pin, jako MCA) s konektorem ISA. Bitová kapacita - 32/ 32, taktovací frekvence - 25. .50 MHz, maximální směnný rychlost - 130 Mb/s Elektricky navrženo jako rozšíření lokální sběrnice procesoru - většina vstupních a výstupních signálů procesoru je přenášena přímo na desky VLB zvyšuje zátěž koncových stupňů procesoru a zhoršuje kvalitu signálů na místní sběrnici a snižuje se spolehlivost výměny na ní. Proto má VLB striktní omezení na počet instalovaných zařízení: na 33 MHz - tři, na 40 MHz - dva a na 50 MHz - jeden, nejlépe integrovaný do základní desky.
PCI (Peripheral Component Interconnect - připojení externích komponent) - vývoj VLB směrem k EISA/MCA. Není kompatibilní s jinými, bitová hloubka - 32/32 (rozšířená verze - 64/64), taktovací frekvence - až 33 MHz (PCI 2.1 - až 66 MHz), šířka pásma - až 132 Mb/s (264 Mb/ s pro 32/32 při 66 MHz a 528 Mb/s pro 64/64 při 66 MHz), podpora Bus Mastering a automatická konfigurace. Počet sběrnicových konektorů na jednom segmentu je omezen na čtyři. Může existovat několik segmentů, které jsou navzájem spojeny můstky. Segmenty lze kombinovat do různých topologií (strom, hvězda atd.). V současnosti nejpopulárnější sběrnice, používá se i na jiných počítačích. Konektor je podobný MCA/VLB, ale o něco delší (124 pinů). 64bitový konektor má další 64pinovou sekci s vlastním klíčem. Všechny konektory a karty k nim jsou rozděleny na ty podporující úrovně signálu 5V, 3,3V a univerzální; první dva typy si musí odpovídat univerzální karty lze umístit do libovolného slotu.
Existuje také rozšíření MediaBus představené společností ASUSTek - další konektor obsahuje signály sběrnice ISA.
PCMCIA (Personal Computer Memory Card International Association - sdružení výrobců paměťových karet pro osobní počítače) je externí sběrnice pro počítače třídy NoteBook. Jiný název pro modul PCMCIA je PC Card. Je extrémně jednoduchý, bitová hloubka - 16/26 (adresový prostor - 64 MB), podporuje automatickou konfiguraci, je možné připojovat a odpojovat zařízení za chodu počítače. Konstrukce je miniaturní 68pinový konektor. Napájecí kontakty jsou delší, což umožňuje vkládat a vyjímat kartu, když je počítač zapnutý.
7.3. I/O sběrnice
ZAVEDENÍ
Sběrnice je sdílený kanál pro přenos dat různé bloky systémy. 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 a 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
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 jednoho generátor hodin s frekvencí 4,77 MHz. Rychlost přenosu dat by tedy teoreticky mohla dosáhnout více než 4,5 MB/s.
1.1 PneumatikaISA
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 modelech AT 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 nejsou adresovány jemu.
Určená linka požadavku na 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
EISA
S příchodem 32bitových mikroprocesorů 80386 (verze DX) firem Compaq, NEC a řady dalších společností vznikla 32bitová sběrnice EISA, plně kompatibilní s ISA.
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. Sběrnice také poskytuje efektivnější režimy DMA, ve kterých může přenosová rychlost 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 zpravidla žádný adaptér nespotřebovává plný výkon.
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, je odeslán do každého slotu samostatná linka AENx, v současné době řízená softwarem. Tímto způsobem můžete také přistupovat k běžným ISA kartám samostatně, ale to je zbytečné, protože ISA karty 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 softwarově (v MCA PS/2 není jediný přepínač).
Přes veškerou progresivitu architektury (vzhledem k ISA) není sběrnice MCA oblíbená kvůli úzkému okruhu výrobců MCA zařízení a jejich naprosté nekompatibilitě s masově prodávanými ISA systémy. 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 I/O 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 jako první implementoval video subsystém 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 paketovém cyklu vyžaduje přenos 4 x 4 = 16 bajtů dat 5 cyklů sběrnice, takže i v dávkový režim Propustnost je 105,6 MB/s a v normálním režimu (takty na fázi adresy a takty na fázi dat) - pouze 66 MB/s, i když je to výrazně více než u 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. Na výkonných serverových platformách se používají dvě nebo více sběrnic PCI – 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 se tyto signály nepoužívají vždy, 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 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 také 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 umístěné na levém povrchu desek. Z tohoto důvodu nejvzdálenější PCI slot obvykle sdílí půdorys adaptéru se sousedním ISA slotem (Shared slot).
Donedávna byla sběrnice PCI druhou (po ISA) nejoblíbenější aplikací. V moderních systémech se od ISA sběrnic upouští a do hlavní pozice se přesouvá 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.
Pomocí příkladů stávající normy Je vidět, že každá norma pneumatik má své výhody, ale i 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. Makarová. – 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 aktualizováno norma Ještě častěji se objevuje na periferii...
Moderní výpočetní systémy vyznačuje se:
□ rychlý růst rychlost mikroprocesorů a některých externích zařízení (například pro zobrazení digitálního videa na celé obrazovce ve vysoké kvalitě je vyžadována 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 vnitřní provozní frekvenci) a zajišťují komunikaci s některými vysokorychlostními zařízeními mimo MP: hlavní a externí paměť, video systémy atd.
V současnosti existují tři hlavní univerzální standardy místní sběrnice: VLB, PCI a AGP.
sběrnice VLB(VL-bus, VESA Local Bus) zavedena v roce 1992 Video Electronics Standards Association (VESA - ochranná známka Video Electronics Standards Association), a proto je často nazývána sběrnicí VESA. Sběrnice VLB je v podstatě rozšířením interní sběrnice MP pro komunikaci s grafickým adaptérem a méně často s pevným diskem, multimediálními kartami, síťový adaptér. Šířka sběrnice pro data - 32 bitů, pro adresu - 30, skutečnou rychlostí přenos dat přes VLB - 80 MB/s, teoreticky dosažitelný - 132 MB/s (ve verzi 2 - 400 MB/s).
Nevýhody sběrnice VLB:
□ cílení pouze na MP 80386, 80486 (není přizpůsobeno pro procesory třídy Pentium);
□ přísná závislost na taktovací frekvenci MP (každá sběrnice VLB je navržena pouze pro konkrétní frekvenci do 33 MHz);
□ malý počet připojených zařízení - na sběrnici VLB lze připojit pouze 4 zařízení;
□ nedochází k arbitráži sběrnice – může docházet ke konfliktům mezi připojenými zařízeními.
sběrnice PCI(propojení periferních součástí, připojení externích komponent) - nejběžnější a univerzální rozhraní pro připojení různá zařízení. Vyvinutý v roce 1993 společností Intel. Sběrnice PCI je mnohem všestrannější než VLB; umožňuje připojení až 10 zařízení; má svůj vlastní adaptér, který umožňuje jeho konfiguraci pro práci s libovolným MP od 80486 až po moderní Pentium. Taktovací frekvence PCI je 33 MHz, bitová šířka 32 bitů pro data a 32 bitů pro adresu rozšiřitelná na 64 bitů, teoretická propustnost je 132 MB/s a v 64bitové verzi - 264 MB/s. Modifikace 2.1 místní sběrnice PCI pracuje na taktovací frekvenci až 66 MHz a při 64 bitech má propustnost až 528 MB/s. Jsou podporovány režimy Plug and Play, Bus Mastering a automatické konfigurace adaptéru.
Konstrukčně se konektor sběrnice na systémové desce skládá ze dvou po sobě jdoucích sekcí po 64 kontaktech (každý s vlastním klíčem). Pomocí tohoto rozhraní jsou k základní desce připojeny grafické karty, zvukové karty, modemy, řadiče SCSI a další zařízení. Základní deska má obvykle několik PCI slotů. Sběrnice PCI, i když je místní, také plní mnoho funkcí rozšiřující sběrnice. Rozšiřující sběrnice ISA, EISA, MCA (a je s nimi kompatibilní) se za přítomnosti sběrnice PCI nepřipojují přímo k MP (jako je tomu při použití sběrnice VLB), ale k samotné sběrnici PCI ( přes rozšiřující rozhraní). Díky tomuto řešení je sběrnice nezávislá na procesoru (na rozdíl od VLB) 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. Konfigurace systému sběrnice PCI je znázorněna na Obr. 5.8.
Autobus AGP(Accelerated Graphics Port - akcelerovaný grafický port) - rozhraní pro připojení grafického adaptéru k samostatnému kmeni AGP, který má
Kapitola 5. Mikroprocesory a základní desky
výstup přímo do systémové paměti. Byla vyvinuta sběrnice založená na standardu PCI v2.1. Sběrnice AGP může pracovat na frekvencích systémové sběrnice až do 133 MHz a poskytuje nejvyšší rychlost přenos grafických dat. Jeho špičková propustnost v režimu čtyřnásobného násobení AGP4x (za takt jsou přeneseny 4 datové bloky) je 1066 MB/s a v režimu osminásobného násobení AGP8x je to 2112 MB/s. Ve srovnání se sběrnicí PCI sběrnice AGP eliminuje multiplexování adresních a datových linek (v PCI se pro snížení nákladů na návrh přenáší adresa a data po stejných linkách) a zlepšuje zřetězení operací čtení a zápisu, což eliminuje dopad zpoždění v paměťových modulech na rychlost provádění těchto operací.
Rýže. 5.8. Konfigurace PCI systému
Sběrnice AGP má dva provozní režimy: DMA A Vykonat. V režimu DMA je hlavní pamětí paměť grafické karty. Grafické objekty jsou uloženy v systémové paměti, ale jsou do ní zkopírovány lokální paměť karty. Výměna se provádí ve velkých sekvenčních paketech. V režimu Execute jsou systémová paměť a místní paměť grafické karty logicky stejné. Grafické objekty se nekopírují do lokální paměti, ale vybírají se přímo ze systémové. V tomto případě musíte z paměti vybrat relativně malé náhodně umístěné kousky. Protože je v tomto režimu systémová paměť přidělována dynamicky v blocích po 4 kB, aby byl zajištěn přijatelný výkon, je k dispozici mechanismus, který mapuje sekvenční adresy fragmentů na skutečné adresy 4kilobajtové bloky v systémové paměti. Tento postup se provádí pomocí speciální tabulky (Graphic Address Re-mapping Table nebo GART) umístěné v paměti. Rozhraní je navrženo jako samostatný konektor, do kterého je instalován grafický adaptér AGP. Konfigurace systému se sběrnicí AGP je na Obr. 5.9.
Systém ve stroji a periferní rozhraní
Rýže. 5.9. Konfigurace systému se sběrnicí AGP
Vše, co bylo uvedeno výše ohledně pneumatik, je shrnuto v tabulce. 5.4. Tabulka 5.4. Hlavní vlastnosti pneumatik
