Vlastnosti pneumatiky VLB. Technické vlastnosti pneumatik aneb Jak vybrat správné pneumatiky pro auto?! Místní autobusy VLB a PCI
Rozhraní systému uvnitř stroje- systém komunikace a vzájemného propojení počítačových uzlů a bloků je souborem elektrických komunikačních linek (vodičů), propojovacích obvodů s komponentami počítače, protokolů (algoritmů) pro přenos a převod signálů.
Existují dvě možnosti pro uspořádání intramachine rozhraní:
– vícelinkové rozhraní, kde každý PC blok je propojen s ostatními bloky svými lokálními vodiči; rozhraní pro více připojení se zpravidla používá pouze v nejjednodušších domácích počítačích;
– jednolinkové rozhraní kde jsou všechny PC bloky vzájemně propojeny prostřednictvím společné nebo systémové sběrnice.
Naprostá většina moderních PC používá systémová sběrnice. Funkční charakteristiky systémové sběrnice jsou: počet zařízení, které obsluhuje, a její propustnost, tzn. maximální možnou rychlost přenosu informací. Šířka pásma sběrnice závisí na její bitové velikosti (existují 8-, 16-, 32- a 64bitové sběrnice) a hodinové frekvenci, na které sběrnice pracuje.
Následující byly a mohou být použity jako systémová sběrnice v různých počítačích:
– expanzní autobusy univerzální sběrnice, které umožňují připojit velké množství různých zařízení;
– místní autobusy specializující se na servis malého počtu zařízení určité třídy.
Srovnávací technické charakteristiky některých pneumatik jsou uvedeny v tabulce 5.1.
Tabulka 5.1 - Hlavní vlastnosti pneumatik
Expanzní autobusy.
1. Multibus 1 má dvě modifikace: PC/XT sběrnice (Persona) Computer eXtended Technology - PC s pokročilou technologií) a PC/AT sběrnice (PC Advanced Technology - PC s pokročilou technologií).
2. PC/XT sběrnice - 8bitová datová sběrnice a 20bitová adresová sběrnice, navržené pro taktovací frekvenci 4,77 MHz, má 4 linky pro hardwarová přerušení a 4 kanály pro přímý přístup do paměti (DMA kanály - Direct Memory Access). Adresová sběrnice omezila adresní prostor mikroprocesoru na 1 MB. Používá se s MP 8086,8088.
3. PC/AT sběrnice-16bitová datová sběrnice a 24bitová adresová sběrnice, pracovní frekvence hodin až 8 MHz, ale lze použít i MP s taktovací frekvencí 16 MHz, protože řadič sběrnice může frekvenci rozdělit na polovinu; má 7 linek pro hardwarová přerušení a 4 kanály DMA.
4. sběrnice ISA(Industry Standard Architecture) - 16bitová datová sběrnice a 24bitová adresová sběrnice, pracovní hodinová frekvence 8 MHz, ale lze použít i MP s hodinovou frekvencí 50 MHz (zvýší se dělicí poměr). Ve srovnání se sběrnicemi PC/XT a PC/AT se počet linek hardwarového přerušení zvýšil ze 7 na 15 a kanálů přímého přístupu do paměti DMA ze 7 na 11. Díky 24bitové adresové sběrnici se adresový prostor zvětšil z 1 až 16 MB. Teoretická propustnost datové sběrnice je 16 MB/s, reálně je to cca 4-5 MB/s, vzhledem k řadě vlastností jejího použití.
5. sběrnice EISA(Extended ISA) - 32bitová datová sběrnice a 32bitová adresová sběrnice, vytvořená v roce 1989. Adresový prostor sběrnice je 4 GB, šířka pásma je 33 MB/s a rychlost výměny přes MP - Cache - OP kanál je určen parametry paměťových čipů, byl navýšen počet rozšiřujících konektorů (teoreticky lze připojit až 15 zařízení, prakticky až 10). Systém přerušení byl vylepšen, sběrnice EISA zajišťuje automatickou konfiguraci systému a řízení DMA, je plně kompatibilní se sběrnicí ISA (je zde konektor ISA), sběrnice podporuje architekturu víceprocesorových počítačů. Sběrnice EISA se používá ve vysokorychlostních počítačích, síťových serverech a pracovních stanicích.
6. autobus MCA(Micro Channel Architecture) -32bitová sběrnice vytvořená IBM v roce 1987 pro stroje PS/2, šířka pásma 76 MB/s, pracovní frekvence 10-20 MHz. Podle dalších charakteristik se blíží sběrnici EISA, ale není kompatibilní ani s ISA, ani s EISA. Vzhledem k tomu, že počítače PS/2 nejsou široce používány, především kvůli nedostatku vyvinutých aplikačních programů, není sběrnice MCA také příliš rozšířena.
Místní autobusy VLB a PCI
Dva hlavní univerzální standardy místní sběrnice jsou VLB a PCI.
1. Sběrnice VLB (VESA Local Bus) - nazývá se 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. Šířka sběrnice je 32 bitů (je možná i 64bitová verze). Skutečná rychlost přenosu dat přes VLB je 80 MB/s (teoreticky dosažitelných -132 MB/s).
Nevýhody pneumatiky:
– navrženo pro práci s MP 80386, 80486, není přizpůsobeno pro procesory Pentium, Pentium Pro, Power PC;
– přísná závislost na taktovací frekvenci MP (každá sběrnice VLB je navržena pouze pro konkrétní frekvenci);
– malý počet připojených zařízení – na sběrnici VLB (pouze čtyři zařízení);
– nedochází k arbitráži sběrnice – může docházet ke konfliktům mezi připojenými zařízeními.
2. PCI sběrnice. (Peripheral Component Interconnect - připojení externích zařízení). Sběrnice PCI je univerzálnější než VLB, má svůj vlastní adaptér, který umožňuje její konfiguraci pro práci s libovolným MP, umožňuje připojit 10 zařízení velmi odlišných konfigurací s možností automatické konfigurace, má vlastní „ arbitráž“ a nástroje pro kontrolu přenosu dat.
Kapacita PCI je 32 bitů, rozšiřitelná na 64 bitů při frekvenci sběrnice 33 MHz, teoretická propustnost je 132 MB/s a v 64bitové verzi -263 MB/s (reálná je o polovinu nižší).
Možnosti konfigurace pro systémy se sběrnicemi VLB a PCI jsou znázorněny na obrázku 5.1 a obrázku 5.2. Použití sběrnic VLB a PCI v PC je možné pouze v případě, že máte vhodnou základní desku VLB nebo PCI.
Obrázek 5.1 - Konfigurace systému se sběrnicí VLB
Obrázek 5.2 - Konfigurace systému se sběrnicí PCI
Pro připojení PCI sběrnice k dalším sběrnicím se používá speciální hardware - PCI bus bridge (PCI Bridge). Host Bridge se používá k připojení PCI k systémové sběrnici (procesorové sběrnici nebo procesorům). Peer-to-Peer Bridge se používá k propojení dvou sběrnic PCI. V serverových platformách se používají dvě nebo více sběrnic PCI - další sběrnice PCI umožňují zvýšit počet připojených zařízení. Kolekce mostů umístěných kolem sběrnice PCI tedy provádí směrování požadavků přes všechny přidružené sběrnice. Obecně se má za to, že zařízení se specifickou adresou může být přítomno pouze na jedné ze sběrnic daného počítače a naprogramované mosty „vědí“, která z nich.
Základní možnosti autobusu.
1. Synchronní 32bitová nebo 64bitová výměna dat. V tomto případě se pro snížení počtu kontaktů používá multiplexování, to znamená, že adresa a data jsou přenášeny po stejných linkách.
2. Podpora 5V a 3,3V logiky. Konektory pro 5 a 3,3V desky se liší umístěním kláves (existují univerzální desky, které podporují obě napětí, ale frekvenci 66MHz podporuje pouze 3,3V logika).
3. Frekvence sběrnice 33MHz nebo 66MHz (ve verzi 2.1) umožňuje široký rozsah propustnosti (pomocí burst režimu):
– 132 MV/s při 32 bitech/33 MHz;
– 264 MB/s při 32 bitech/66 MHz;
– 264 MB/s při 64-bit/33 MHz;
– 528 MV/s při 64-bit/66 MHz.
4. Aby sběrnice fungovala na frekvenci 66MHz, je nutné, aby na této frekvenci pracovala všechna periferní zařízení.
5. Plná podpora pro multiple bus master (např. několik řadičů pevných disků může současně pracovat na sběrnici).
6. Podpora pro zpětný zápis a vyrovnávací paměť.
7. Automatická konfigurace rozšiřujících karet při zapnutí napájení.
8. Specifikace sběrnice umožňuje kombinovat až osm funkcí na jedné kartě (například video + audio atd.).
9. Sběrnice umožňuje osadit až 5 rozšiřujících slotů, ale pro zvýšení počtu rozšiřujících karet je možné použít PCI-PCI bridge.
10. PCI zařízení jsou vybavena časovačem, který slouží k určení maximální doby, po kterou může zařízení obsadit sběrnici.
11. Sběrnice podporuje metodu přenosu dat nazývanou "lineární burst". Tato metoda předpokládá, že se paket informací čte (nebo zapisuje) do souvislého paměťového prostoru, to znamená, že adresa se automaticky zvyšuje o další bajt. To přirozeně zvyšuje přenosovou rychlost samotných dat snížením počtu přenášených adres.
Specifikace sběrnice PCI definuje tři typy zdrojů – dva běžné (rozsah paměti a rozsah I/O) a konfigurační prostor. Automatická konfigurace zařízení (výběr adres, požadavky na přerušení) je podporována nástroji BIOS a je zaměřena na technologii architektury PC Microsoft/Intel Plug and Play (PnP).
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. Další informace o sběrnici PCI naleznete v příloze E.
Rozhraní PCI Express (3GIO).
Zkratka 3GIO znamená „3rd Generation I/O Bus“ (Vstupně/výstupní propojení třetí generace).
Škálovatelnosti výkonu je dosaženo zvýšením frekvence a přidáním linek do sběrnice. PCI Express je navržen tak, aby poskytoval vysokou propustnost na pin s nízkou režií a nízkou latencí. Je podporováno několik virtuálních kanálů na fyzický kanál.
Adresovací systém je plně kompatibilní se specifikací PCI, což umožňuje připojení zařízení PCI k nové sběrnici. Mechanismus pro automatickou konfiguraci zařízení (Plug-and-Play) zůstal nezměněn. Data jsou odesílána v paketech po 8 nebo 10 bitech (v druhém případě jsou dva bity určeny k podpoře mechanismu parity a opravy chyb).
Specifikace rozhraní PCI Express poskytuje několik úrovní interakce a protokolů:
- fyzický;
– data (Datový odkaz);
– transakce (doprava);
– aplikace a ovladače;
– konfigurace.
Fyzickým základem PCI Express jsou sériové nízkonapěťové diferenciální komunikační linky, každá po jednom páru pro přenos a příjem dat. Škálovatelnosti sběrnice je dosaženo násobným (1, 2, 4, 8, 16, 32) zvýšením počtu linek. Mezi účastníky výměny dat je prostřednictvím sběrnice PCI Express zřízen vyhrazený komunikační kanál, jehož šířku a taktovací frekvenci si zařízení dohodnou během procesu inicializace kanálu. Zde jsou data prezentována v 8 nebo 10 bitovém formátu. V případě potřeby se ke sledování integrity dat použijí 2 bity. To implementuje koncept výměny dat z bodu do bodu.
Teoreticky dosahuje šířka pásma nejužšího kanálu 2,5 Gbit/s v každém směru.
Systém adresování a příkazů obsahuje tři standardní pole kompatibilní s rozhraním PCI (paměťová oblast, I/O adresa, inicializace a konfigurace), jakož i další pole zpráv (Message).
Sběrnice rozhraní AGP
Sběrnice rozhraní vyhrazená pro tok video dat - AGP (Accelerated Graphics Port)(Obrázek 5.3) .
Obrázek 5.3 – Blokové schéma grafického akcelerátoru s AGP
Výhodou nového autobusu byla jeho vysoká propustnost. Pokud by ISA sběrnice umožňovala přenosy až 5,5 MB/s, VLB - až 130 MB/s (přetěžovala však centrální procesor) a PCI až 133 MB/s, pak má AGP sběrnice teoreticky špičkovou propustnost až 2132 MB/s (v režimu 32bitového přenosu slov).
Rozhraní AGP poskytuje přímé spojení mezi grafickým subsystémem a RAM. Jsou tak splněny požadavky na výstup 3D grafiky v reálném čase a navíc je efektivněji využívána vyrovnávací paměť snímků, čímž se zvyšuje rychlost zpracování 3D grafiky. Sběrnice AGP spojuje grafický subsystém s řadičem systémové paměti a sdílí přístup s centrálním procesorem počítače. Grafické karty lze připojit přes AGP.
Hlavní rysy AGP, které ovlivňují výkon, jsou:
Sběrnice je schopna přenášet dva (AGP2x), čtyři (AGP4x) nebo osm (AGP8x) bloky dat za cyklus;
Bylo eliminováno multiplexování adresních a datových linek (v PCI se kvůli snížení nákladů na základní desky přenášejí adresy a data po stejných linkách);
Zřetězení operací čtení/zápisu eliminuje dopad latence v paměťových modulech na rychlost těchto operací.
Sběrnice AGP pracuje ve dvou hlavních režimech – DIME (Direct Memory Execute) a DMA (Direct Memory Access). V režimu DMA je hlavní pamětí paměť na kartě. Textury lze ukládat do systémové paměti, ale před použitím se zkopírují do místní paměti grafické karty. Výměna se provádí ve velkých sekvenčních datových paketech.
V režimu Execute jsou místní a systémová paměť grafické karty logicky stejné. Textury se nekopírují do místní paměti, ale vybírají se přímo ze systémové paměti. Je tedy nutné přenášet relativně malé náhodně umístěné kusy. Protože systémovou paměť vyžadují i jiná zařízení, je alokována dynamicky po 4 KB blocích. Pro zajištění přijatelného výkonu je proto k dispozici speciální mechanismus, který mapuje sekvenční adresy na skutečné blokové adresy v systémové paměti.
Sběrnice AGP podporuje všechny standardní operace sběrnice PCI, takže tok dat podél ní může být reprezentován jako směs střídajících se operací AGP a PCI čtení/zápis. Operace sběrnice AGP jsou rozděleny. To znamená, že požadavek na operaci je oddělen od samotného přenosu dat.
Nová specifikace - AGP Pro. Hlavním rozdílem mezi tímto rozhraním je schopnost spravovat napájení. Za tímto účelem byly do konektoru AGP Pro přidány nové linky.
Rozhraní AGP Pro je určeno pro grafické stanice. Dvojnásobného zvýšení propustnosti bylo dosaženo zvýšením taktovací frekvence sběrnice na 66 MHz a použitím nové úrovně signálu 0,8 V (v AGP 2.0 byla použita úroveň 1,5 V). Při zachování základních parametrů rozhraní je tedy zvýšena propustnost sběrnice na 2132 MB/s.
Zvýšenou propustnost portu AGP zajišťují následující tři faktory:
– zřetězení operací přístupu do paměti;
– duální datové přenosy;
– demultiplexování adresových a datových sběrnic.
rozhraní SCSI
SCSI (Small Computer System Interface) byl standardizován organizací ANSI v roce 1986. Rozhraní je určeno pro připojení zařízení různých tříd - paměti s přímým a sekvenčním přístupem, CD-ROM, jednorázové a přepisovatelné optické disky, automatické měniče médií, tiskárny, skenery, komunikační zařízení a procesory. Zařízení SCSI se nazývá hostitelský adaptér, který připojuje sběrnici SCSI k libovolné interní sběrnici počítače, a řadič cílového zařízení, pomocí kterého se připojuje ke sběrnici SCSI. K jednomu ovladači lze připojit několik periferních zařízení, přičemž ovladač může být interní nebo externí.
Rozhraní je podle fyzické implementace 8bitová paralelní sběrnice s taktovací frekvencí 5 MHz. Sběrnice umožňuje připojení až 8 zařízení, rychlost přenosu dat v původní verzi dosahovala 5 MB/s.
Specifikace je SCSI-2, která rozšiřuje možnosti sběrnice jak z kvantitativního, tak z kvalitativního hlediska. Hodinová frekvence rychlé sběrnice SCSI-2 dosahuje 10 MHz a Ultra SCSI-2 - 20 MHz. Šířku dat lze zvětšit na 16 bitů – tato verze se nazývá Wide SCSI-2 (wide) a 8bitová verze se nazývá Narrow (úzká). 16bitová sběrnice umožňuje zvýšit počet zařízení na 16. Standard SCSI-2 také definuje 32bitovou verzi rozhraní. Kombinace rychlosti hodin a bitové hloubky poskytují široký rozsah propustnosti, dosahující 40 MB/s u skutečné verze Ultra Wide SCSI-2.
Specifikace SCSI-2 definuje příkazový systém, který obsahuje sadu základních příkazů pro všechna periferní zařízení a specifické příkazy pro různé třídy periferních zařízení.
Specifikace - SCSI-3 - další vývoj standardu zaměřený na zvýšení počtu připojených zařízení. SCSI-3 existuje v celé řadě dokumentů, které definují jednotlivé aspekty rozhraní.
Moderní zařízení SCSI jsou vyráběna v souladu se standardem SCSI-2 nebo SCSI-3. Standard SCSI-3 poskytuje různé možnosti protokolu a fyzického rozhraní, včetně paralelních i sériových sběrnic.
U paralelních sběrnic je rychlost přenosu dat určena přenosovou frekvencí měřenou v milionech přenosů za sekundu – MT/s (Mega Transfer/s) a bitovou hloubkou.
Rychlosti přenosu dat pro různé možnosti paralelní sběrnice jsou uvedeny v tabulce 5.2.
Tabulka 5.2 - Rychlost přenosu dat na paralelní sběrnici SCSI
Sériové rozhraní FCAL (Fibre Channel Arbitrated Loop) je implementací blíže rozhraním lokální sítě. Toto rozhraní, také známé jako Fibre Channel SCSI, může být buď elektrické (koaxiální kabel) nebo optické. V obou případech poskytuje frekvence 800 MHz rychlost přenosu dat 100 MB/s. Měděný kabel umožňuje délku sběrnice až 30 m, optický - až 10 km. Používá jiný protokol a úroveň fyzického rozhraní a má schopnost připojit ke sběrnici až 126 zařízení (a ne 8 nebo 16, jako u paralelního rozhraní). Zařízení se dvěma porty mohou dosahovat maximální přenosové rychlosti až 200 MB/s.
Fyzické rozhraní.
Fyzicky je 8bitové rozhraní SCSI sběrnicí skládající se z 25 signálových obvodů. Pro zajištění odolnosti proti rušení má každý signálový obvod svůj vlastní samostatný zpětný vodič. Každé zařízení SCSI připojené ke sběrnici musí mít během konfigurace přidělenou svou vlastní jedinečnou adresu. Pro 8bitovou sběrnici je rozsah hodnot adres 0-7, pro 16bitovou sběrnici - 0-15. Adresa se nastavuje přednastavenými přepínači nebo propojkami, softwarová konfigurace je možná i pro hostitelský adaptér. Další informace jsou uvedeny v příloze G.
Rozhraní HyperTransport
Vysokorychlostní I/O sběrnice HyperTransport (HT) je navržena pro použití v počítačových systémech, především jako interní lokální sběrnice. Ve srovnání s PCI sběrnicí HyperTransport snižuje počet vodičů na základní desce, eliminuje latenci spojenou s monopolizací sběrnice zařízeními s nízkým výkonem, snižuje spotřebu energie a zvyšuje propustnost.
Autobus HyperTransport je organizován na různých úrovních:
Na fyzické úrovni je sběrnice reprezentována datovými linkami,
ovládání, hodiny, stejně jako ovladače a standardní elektrické signály;
Na úrovni přenosu dat je určen postup pro inicializaci a konfiguraci zařízení, navázání a ukončení komunikační relace, cyklické sledování adekvátnosti dat a přidělování paketů pro přenos dat;
Na úrovni protokolu jsou definovány příkazy pro přidělování virtuálních komunikačních kanálů a pravidla řízení toku dat;
Na transakční úrovni jsou protokolové příkazy konkretizovány do řídicích signálů, jako je čtení nebo zápis;
Na úrovni relace jsou definována pravidla energetického managementu a další obecné příkazy.
Fyzická zařízení v rozhraní HyperTransport jsou rozdělena do několika typů:
Cave („jeskyně“) - koncové zařízení na obousměrném komunikačním kanálu;
Tunel („tunel“) je zařízení na obousměrném komunikačním kanálu instalované „na uličce“ (nikoli však na mostě);
Bridge (“bridge”) je zařízení na obousměrných komunikačních kanálech, z nichž jeden je považován za hlavní a spojuje zařízení s řadičem sběrnice (Host) a ostatní jsou připojena k dalším zařízením.
Topologie sady zařízení na sběrnici HyperTransport může být postavena ve formě řetězce nebo stromu. AMD nabízí od výrobců hotové obvody, které podporují sběrnici Hyper Transport: tunel HT - AGP (AMD-8151), rozbočovač I/O kanálů (AMD-8111) a tunel HT - PCI-X (AMD- 8131). To zajišťuje kompatibilitu s jinými, včetně zastaralých, rozhraní a hladký přechod na novou sběrnici. Pokud jde o obvody sběrnice HyperTransport, je třeba poznamenat, že je škálovatelné v závislosti na řešených úlohách. V minimální konfiguraci (šířka kanálu 2 bity, každý bit vyžaduje dvě fyzické linky) budete potřebovat 24 pinů (8 pro data + 4 pro hodinové signály + 4 pro řídicí linky + 2 signály + 4 zem + 1 napájení + 1 reset), v maximální konfiguraci (šířka kanálu 32 bitů) mluvíme o 197 pinech. Pro srovnání upozorňujeme, že specifikace PCI 2.1 poskytuje 84 pinů a PCI-X - 150 pinů.
Fyzicky je technologie HyperTransport založena na vylepšené verzi nízkonapěťových diferenciálních signálů ( Nízkonapěťová diferenciální signalizace, LVDS). Pro všechny linky (datové, řídící, hodinové) jsou použity sběrnice s rozdílovým odporem 100 Ohmů. Úroveň signálu je 1,2 V (oproti 2,5 V specifikovaným specifikací IEEE LVDS). Díky tomu může délka sběrnice dosáhnout 24 palců (asi 61 cm) s šířkou pásma jedné linky až 800 Mbps. Je třeba poznamenat, že specifikace HyperTransport zajišťuje oddělení „upstream“ a „downstream“ datových toků (asynchronie). Tento přístup umožňuje výrazně vyšší taktovací frekvence než stávající architektury, protože každý signál LVDS funguje v rámci vlastního fyzického spojení. Navíc paket kombinující adresy, příkazy a data je vždy násobkem 32 bitů. Proto je zajištěn jeho bezchybný přenos přes škálovatelné kanály o šířce 2 až 32 bitů. To umožňuje použití jediné technologie HyperTransport pro připojení sběrnicových zdrojů různých úrovní výkonu: procesor, RAM, video řadič, nízkorychlostní I/O zařízení, v každém případě s použitím minimálního požadovaného počtu linek. Špičková propustnost připojení Hyper Transport dosahuje 12,8 GB/s (6,4 GB/s na downstream a upstream kanálech s šířkou 32 bitů na frekvenci 800 MHz a datovým přenosem na náběžné a sestupné hraně signálu). Pro srovnání upozorňujeme, že špičková šířka pásma systémové sběrnice (200 MHz) procesoru AMD Athlon je 2,128 GB/s. Důležitou vlastností technologie HyperTransport je kompatibilita se zařízeními PCI na úrovni protokolu.
rozhraní USB
Sběrnice USB (Universal Serial Bus) je rozšíření průmyslové standardní architektury osobní počítače (PC), zaměřené na integraci se zařízeními telefonie a spotřební elektroniky.
Architektura USB je určena následujícími kritérii:
– snadno realizovatelné rozšíření periferie RS;
– levné řešení, které podporuje přenosové rychlosti až 12 Mbit/s (verze 1.0) a až 480 Mbit/s (verze 2.0);
– plná podpora přenosu audio a video dat v reálném čase;
– flexibilita smíšeného přenosového protokolu, izochronních dat a asynchronních zpráv;
– integrace s vyrobenými zařízeními;
– dostupnost na PC všech konfigurací a velikostí;
– vytváření nových tříd zařízení rozšiřujících PC;
– jednoduchost kabelového systému a připojení;
– skrytí podrobností o připojení před koncovým uživatelem;
– samoidentifikační řídicí jednotky, automatické propojení zařízení s ovladači a konfigurace;
– schopnost dynamicky propojovat řídicí jednotky a konfigurovat je.
Od poloviny roku 1996 se vyrábí počítače s vestavěným USB řadičem implementovaným čipovou sadou.
Tabulka 5.3 - Pinout diagram
Tabulka 5.4 - Názvy a funkční přiřazení pinů
Obrázek 5.4 - Topologie sběrnice USB
Na vrcholu této pyramidy, v kořenovém uzlu, je hostitelské zařízení a všechny ostatní uzly jsou funkční zařízení (funkcí) nebo konektory (náboje).
USB systém se skládá ze tří hlavních částí:
– hostitelské zařízení USB;
– USB rozbočovač (hub);
– USB zařízení (funkce).
USB hostitelské zařízení(zařízení - master rozhraní) - toto je hlavní zařízení v každém systému USB, které organizuje všechny přenosy dat a příkazů přes sběrnici rozhraní.
rozhraní USB V počítačovém systému je vícenásobný přístup realizován hostitelským řadičem, který je kombinací hardwaru a softwaru.
Hostitelský ovladač je umístěn v kořenovém uzlu hlavního systému (na základní desce) počítače a zpravidla poskytuje dva upevňovací body.
Hlavní funkce hostitelského řadiče:
– určení připojení a odpojení USB zařízení;
– řídit tok příkazů mezi kořenovým uzlem a zařízením USB;
Typy a vlastnosti standardních pneumatik, které se v současnosti používají, jsou uvedeny v tabulce 10.1.
Vlastnosti standardních pneumatik.
| Typ/účel | Bitová hloubka | Frekvence hodin (MHz) | Šířka pásma (Mbps) |
| ISA/obecné | |||
| EISA/obecné | |||
| VLB (VESA) | |||
| VLB2/místní | |||
| PCI/I/O | 33, 66 | 120, 133 | |
| SBUS/I/O | 32, 64 | 20, 25 | 80, 100 |
| MBUS/procesor-paměť | 125 (400) | ||
| XDBUS/paměť procesoru | 310 (400) | ||
| AGP/místní grafika | |||
| PCI-X |
Systémová sběrnice ISA(Industry Standard Architecture) byla poprvé použita v IBM PC/AT založeném na procesoru 12826 Tato sběrnice umožňuje paralelně přenášet 16 bitů dat a přistupovat k 16 MB systémové paměti. V moderních počítačích se používá jako vstupně/výstupní sběrnice pro organizaci komunikace s pomalu působícími periferními zařízeními. S příchodem procesorů i386 a i486 se systémová sběrnice ISA stala úzkým hrdlem počítačů na nich založených.
Systémová sběrnice EISA(Extended Industry Standard Architecture), vyvinutý v roce 1988, poskytuje 4 GB adresního prostoru, 32bitový přenos dat, taktuje přibližně 8 MHz, má maximální teoretickou rychlost přenosu dat 33 MB/s a je kompatibilní se sběrnicí ISA.
autobus MCA poskytuje také 32bitový přenos dat, taktovaný na 10 MHz, ale není kompatibilní se sběrnicí ISA a používá se pouze na počítačích IBM.
Místní autobus VESA-Local-Bus(VLB) byl určen ke zvýšení výkonu grafických adaptérů a řadičů diskových jednotek. Připojoval se přímo k procesoru i486 a pouze k němu. Po představení procesoru Pentium začala asociace VESA pracovat na novém standardu VLB verze 2, který počítá s využitím 64bitové datové sběrnice a zvýšením počtu rozšiřujících konektorů. Předpokládaná rychlost přenosu dat je až 400 MB/s.
sběrnice PCI(Peripheral Component Interconnection) v první verzi sloužila jako lokální sběrnice a byla určena pro stejné účely jako předchozí sběrnice (VLB). V současné druhé možnosti se sběrnice PCI týká I/O sběrnic. V tomto případě se spojení mezi centrálním procesorem a PCI sběrnicemi provádí přes tzv. PC1 jumper, PCI bridge nebo řadič, který koordinuje sběrnici centrálního procesoru se sběrnicí PCI. To znamená, že PCI může pracovat s procesory různých platforem a generací.
sběrnice VME si získal velkou oblibu jako vstupní/výstupní sběrnice v pracovních stanicích a serverech založených na RISC procesorech. Tato sběrnice je vysoce standardizovaná a má několik verzí tohoto standardu: VME32, VME64.
Jednoprocesorové a víceprocesorové pracovní stanice a servery založené na mikroprocesorech architektury SPARC současně využívají několik typů sběrnic: Sbus, Mbus A XDBus, přičemž sběrnice Sbus se používá jako vstupně/výstupní sběrnice a Mbus a XDBus jako sběrnice pro kombinaci velkého počtu procesorů a paměti.
Místní sběrnice AGP(Accelerated Graphics Port) byl původně určen výhradně pro grafiku a dokázal zlepšit výkon video aplikací. Chcete-li používat technologii AGP, potřebujete čipovou sadu Intel 440LX, která vám umožní vyjmout relativně „úzkou“ (133 MB/s) sběrnici PCI z grafického adaptéru náročného na zdroje a připojit jej k „širšímu“ (528 MB/s). s) Sběrnice AGP pro to speciálně navržená . Na PCI zbývají pomalejší zařízení, jejichž fungování se výrazně zlepšuje odpojováním rychlejších zařízení od sběrnice, která neustále vytvářejí dopravní zácpy v rychlém toku dat. Nejen, že 440LX podporuje AGP, ale také umožňuje strojům založeným na Pentiu II používat vysokorychlostní SDRAM, která poskytuje vyšší výkon než EDO DRAM používaná ve strojích Pentium II se starší čipovou sadou.
Rozšíření PCI-X PCI sběrnice, která pracuje na taktovací frekvenci 133 MHz. Sběrnice PCI-X je zpětně kompatibilní s PCI, vyžaduje novou čipovou sadu Intel 450 NX a nabízí nový design komunikace mezi registrem a registrem, který dosahuje propustnosti 1,06 Gb/s (8 Gb/s) a poskytuje téměř šestinásobek výkonu. zisk. PCI-X je primárně určen pro připojení vysoce výkonných adaptérů, jako je Gigabit Ethernet, Ultra 3SCSI a Fibre Channel (FC-AL).
Moderní výpočetní systémy se vyznačují:
□ rychlý růst rychlosti 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 pohodlnou práci uživatelů, 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.
Nyní existují tři základní 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 z tohoto důvodu 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 a síťovým adaptérem. Šířka datové sběrnice je 32 bitů, pro adresu - 30, skutečná rychlost přenosu dat přes VLB je 80 MB/s, teoreticky dosažitelná - 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 – dochází ke konfliktům mezi připojenými zařízeními.
sběrnice PCI(propojení periferních součástí, připojení externích komponent) je nejběžnějším a univerzálním rozhraním pro připojení různých 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. Takt PCI je 33 MHz, bitová šířka 32 bitů pro data a 32 bitů pro adresy, 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. Zatížení sběrnice procesoru je však výrazně sníženo. 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.
sběrnice 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 při rychlostech systémové sběrnice až 133 MHz a poskytuje nejvyšší přenosové rychlosti grafiky. 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 vliv zpoždění v paměťových modulech na rychlost 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 před použitím jsou zkopírovány do místní paměti 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 systémová paměť je v tomto režimu alokována dynamicky v blocích po 4 KB, aby byl zajištěn přijatelný výkon, je k dispozici mechanismus, který mapuje sekvenční adresy fragmentů na skutečné adresy bloků o velikosti 4 KB 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.
Publikováno na ref.rf
Konfigurace systému se sběrnicí AGP je na Obr. 5.9.
Rozhraní vnitřního systému a periferií
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
Místní autobusy - koncepce a typy. Klasifikace a vlastnosti kategorie "Místní autobusy" 2017, 2018.
Místní autobus VLB
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 k jejich umístění 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 zatížitelnosti 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.
Accelerated Graphics Port (AGP)
Standard AGP (Accelerated Graphics Port) byl vyvinut společností Intel, aby beze změny stávajícího standardu pro sběrnici PCI zrychlil vstup/výstup dat na grafickou kartu a navíc zvýšil výkon počítače při zpracování trojrozměrných obrázků. bez instalace drahé dvouprocesorové grafické karty s velkým množstvím video paměti i paměti pro textury, z-buffer atd. Tento standard byl podporován velkým počtem společností zahrnutých do AGP Implementors Forum, organizace vytvořené na dobrovolné bázi implementovat tento standard. Proto byl vývoj AGP poměrně rychlý. Počáteční verze standardu je AGP 1.0.
Design je samostatný slot s napájením 3,3 V, připomínající PCI slot, ale ve skutečnosti s ním nijak nekompatibilní. Do tohoto slotu nelze nainstalovat běžnou grafickou kartu a naopak.
Rychlosti přenosu dat až 532 MB/s jsou způsobeny frekvencí sběrnice AGP až 132 MHz a chybějícím multiplexováním adresové a datové sběrnice (na PCI je adresa nejprve vydána po stejných fyzických linkách a poté data). AGP má frekvenci sběrnice 66 MHz a stejnou bitovou hloubku a ve standardním režimu (přesněji „1x“) dokáže propustit 266 MB/s. Pro zvýšení propustnosti sběrnice AGP standard obsahuje možnost přenášet data pomocí náběžné i sestupné hrany hodinového signálu – režim 2x. V režimu 2x je propustnost 532 MB/s. Když frekvence sběrnice dosáhne 100 MHz, rychlost výměny se zvýší na 800 MB/s.
Kromě „klasické“ metody adresování, jako na PCI, může AGP používat režim adresování postranního pásma, nazývaný „adresování postranního pásma“. V tomto případě se používají speciální signály SBA (SideBand Addressing), které nejsou dostupné v PCI. Na rozdíl od sběrnice PCI má AGP zřetězené zpracování dat.
Většina zpracování 3D obrazu se provádí v hlavní paměti počítače jak centrálním procesorem, tak procesorem grafické karty. Mechanismus pro přístup k paměti procesorem grafické karty se nazývá DIrect Memory Execute (DIME - přímé provádění v paměti). Je třeba zmínit, že ne všechny grafické karty AGP v současné době podporují tento mechanismus. Některé karty mají v současnosti pouze mechanismus podobný sběrnici master na sběrnici PCI. Tento princip by se neměl zaměňovat s UMA, který se používá v levných grafických kartách, obvykle umístěných na základní desce. Hlavní rozdíly: . Oblast hlavní paměti počítače, kterou lze použít kartou AGP (také nazývaná „paměť AGP“), nenahrazuje paměť obrazovky. V
Hlavní paměť UMA se používá jako paměť obrazovky a paměť AGP ji pouze doplňuje. . Šířka pásma paměti u grafické karty UMA je menší než u sběrnice
PCI. . U výpočtů textur jsou zapojeny pouze centrální procesor a procesor grafické karty. . CPU zapisuje data pro grafickou kartu přímo do oblasti konvenční paměti, ke které má také přístup procesor grafické karty. . Provádějí se pouze operace čtení/zápis do paměti. Na sběrnici není žádná arbitráž (vždy je jeden AGP port) a žádné časové náklady na to
Běžná paměť (i SDRAM) je výrazně levnější než videopaměť pro grafické karty.
V prosinci 1997 Intel vydal předběžnou verzi standardu AGP 2.0 a v květnu 1998 finální verzi. Hlavní rozdíly oproti předchozí verzi: . Přenosová rychlost může být dále zdvojnásobena oproti
1.0 – tento režim se nazývá „4x“ – a dosahují hodnoty 1064
MB/s . Rychlost přenosu adresy v režimu "adresování v postranním pásmu" lze také zdvojnásobit. Přidán mechanismus rychlého zápisu (FW). Hlavní myšlenkou je zapisovat data/řídicí příkazy přímo do zařízení AGP a obejít tak mezilehlé ukládání dat v hlavní paměti. Pro eliminaci možných chyb je k dispozici nový signál WBF# (Write
Buffer Full - vyrovnávací paměť pro nahrávání je plná). Pokud je signál aktivní, režim FW není možný.
V červenci 1998 Intel vydal verzi 0.9 specifikace AGP Pro, která se výrazně liší designem od AGP 2.0. Stručná podstata rozdílů je následující: . Konektor AGP byl změněn - po okrajích stávajícího konektoru byly přidány piny pro připojení dalších 12V a 3,3V napájecích obvodů. Kompatibilní s AGP 2.0 pouze zdola nahoru - desky s AGP 2.0 lze nainstalovat do slotu AGP Pro, ale ne naopak. . AGP Pro je určen pouze pro systémy s formátem ATX. . Vzhledem k tomu, že AGP Pro karta má povolenou spotřebu až 110 Wt (!!), může výška prvků na desce (včetně případných chladicích prvků) dosáhnout 55 mm, takže dva sousední PCI sloty musí zůstat volné. Navíc dva sousední PCI sloty může deska AGP Pro využít pro své vlastní účely. . Z hlediska návrhu obvodů nová specifikace nepřidává nic jiného než speciální piny, které informují systém o spotřebě desky AGP Pro.
AGP se díky své nízké ceně a rychlosti rychle zakořenilo v běžných stolních systémech a grafické karty AGP téměř nahradily běžné grafické karty PCI.
VLB(VESA Local Bus - místní sběrnice standardu VESA) - 32bitový doplněk ke sběrnici ISA. Konstrukčně se jedná o přídavný konektor (116pinový, jako MCA) pro konektor ISA. Bitová hloubka - 32/32, taktovací frekvence - 25..50 MHz, maximální rychlost výměny - 130 Mb/s. Elektricky navrženo jako rozšíření místní sběrnice procesoru - většina vstupních a výstupních signálů procesoru je přenášena přímo na desky VLB bez mezipaměti. Kvůli tomu se zvyšuje zatížení koncových stupňů procesoru, zhoršuje se kvalita signálů na místní sběrnici a snižuje se spolehlivost výměny na ní. Proto má VLB přísné omezení na počet instalovaných zařízení: na 33 MHz - tři, na 40 MHz - dvě a na 50 MHz - jedno, nejlépe integrované do základní desky.
VLB sloty na mateřské kartě
Místní autobus(místní sběrnice) se obvykle nazývá sběrnice, která jde elektricky přímo na kontakty mikroprocesoru, tzn. Toto je sběrnice procesoru. Obvykle kombinuje procesor, paměť, vyrovnávací obvody pro systémovou sběrnici a její řadič a také některé další pomocné obvody. Práce na vytvoření místní sběrnice prováděly různé společnosti paralelně, ale nakonec byla vytvořena Video Equipment Standard Association (VESA). První standardní specifikace místního autobusu se objevila v roce 1992. Mnoho bylo vypůjčeno z architektury místní sběrnice 80486. Byl vyvinut pouze nový protokol zpracování signálu a topologie konektoru. Výhodou VLB je vysoká rychlost výměny informací (sběrnice může pracovat v systému s procesorem 80486DX-50). Ale je tu závislost na frekvenci procesoru (navrhování desek s širokým frekvenčním rozsahem). Elektrická zátěž neumožňuje připojení více než tří desek. VLB navíc není určeno pro použití s procesory, které nahradily 486 nebo s nimi paralelně existujícími: Alpha, PowerPC atd. Od poloviny roku 1993 proto řada výrobců v čele s Intelem asociaci VESA opustila. Tyto firmy vytvořily speciální skupinu pro vývoj nového alternativního standardu nazvaného Peripheral Component Interconnect (PCI).
