Реферат: Шины

  Поддерживается как интегрированный кэш процессора, таки кэш на материнской

  плате.

  Напряжение питания - 5 В. Устройства с уровнем выходного сигнала 3.3 В

  поддерживаются при условии, что они могут работать суровнем входного сигнала 5

  В.

Шина VL-bus явилась огромным шагом вперед по сравнению с ISA как

попроизводительности, так и по дизайну. Одним из преимуществ шины являлось то,

что она позволяла создавать карты, работающие с существующими чипсетами и

несодержащие большого количества схем дорогостоящей управляющей логики. В

результате VL-карты получались дешевле аналогичных EISA-карт. Однако и эта

шинане была лишена недостатков, главными из которых являлись следующие.

  Ориентация на 486-ой процессор. VL-bus жестко привязанак шине процессора

  80486, которая отличается от шин Pentium и Pentium Pro/Pentium II.

  Ограниченное быстродействие. Как уже было сказано,реальная частота VL-bus - не

  больше 50 MHz. Причем при использовании процессоров с множителем частоты шина

  использует основную частоту (так, для486DX2-66 частота шины будет 33 MHz).

  Схемотехнические ограничения. К качеству сигналов,передаваемых по шине

  процессора, предъявляются очень жесткие требования, соблюсти которые можно

  только при определенных параметрах нагрузки каждой линиишины. По мнению Intel,

  установка недостаточно аккуратно разработанных VL-плат может привести не

  только к потерям данных и нарушениям синхронизации, но и кповреждению системы.

  Ограничение количества плат. Это ограничение вытекаеттакже из необходимости

  соблюдения ограничений на нагрузку каждой линии.

Несмотря на существующие недостатки, VL-bus была несомненным лидером на рынке,

так как позволяла устранить узкое место сразу вдвух подсистемах -

видеоподсистеме и подсистеме обмена с жестким диском. Однако лидерство было

недолгим, поскольку корпорация Intel разработала свою новинку -шину PCI. По

мнению компании, VL-bus базировалась на технологиях 11-летней давности и

являлась всего лишь "заплаткой", компромиссом междупроизводителями. Правда, VESA

заявляла, что обе шины могут "уживаться" совместно в одной системе. Intel

соглашалась, что такоесоседство возможно, но задавала встречный убийственный

вопрос: "А зачем?". Справедливости ради, надо сказать, что PCI действительно

былаизбавлена от большинства недостатков, присущих VL-bus.

Шина PCI

(Peripheral Component Interconnect bus)

Итак, переходим к самому интересному. Что же находится на сегодняшний день

внутрибольшинства наших компьютеров? Естественно, шина PCI. Другой вопрос,

почему именно эта шина. Попробуем разобраться.

Итак, разработка шины PCI началась весной 1991 года как внутренний проект

корпорацииIntel (Release 0.1). Специалисты компании поставили перед собой цель

разработать недорогое решение, которое бы позволило полностью

реализоватьвозможности нового поколения процессоров 486/Pentium/P6 (вот уже

половина ответа). Особенно подчеркивалось, что разработка проводилась "снуля", а

не была попыткой установки новых "заплат" на существующие решения. В результате

шина PCI появилась в июне 1992 года (R1.0).Разработчики Intel отказались от

использования шины процессора и ввели еще одну "антресольную" (mezzanine) шину.

Благодаря такому решению шина получилась, во-первых, процессоро-независимой (в

отличие отVLbus), а во-вторых, могла работать параллельно с шиной процессора, не

обращаясь к ней за запросами. Например, процессор работает себе с кэшем

илисистемной памятью, а в это время по сети на винчестер пишется информация.

Просто здорово! На самом деле идиллии, конечно, не получается, но загрузка

шиныпроцессора снижается здорово. Кроме того, стандарт шины был объявлен

открытым и передан PCI Special Interest Group, которая продолжила работу

посовершенствованию шины (в настоящее время доступен R2.1), и в этом, пожалуй,

вторая половина ответа на вопрос "почему PCI?"

Основные возможности шины следующие.

  Синхронный 32-х или 64-х разрядный обмен данными (правда, насколько мне

  известно, 64-разрядная шина в настоящее времяиспользуется только в

  Alpha-системах и серверах на базе процессоров Intel Xeon, но, в принципе, за

  ней будущее). При этом для уменьшения числа контактов (истоимости)

  используется мультиплексирование, то есть адрес и данные передаются по одним и

  тем же линиям.

  Поддержка 5V и 3.3V логики. Разъемы для 5 и 3.3V платразличаются расположением

  ключей

  Частота работы шины 33MHz или 66MHz (в версии 2.1)позволяет обеспечить широкий

  диапазон пропускных способностей (с использованием пакетного режима):

  132 МВ/сек при 32-bit/33MHz;

  264 MB/сек при 32-bit/66MHz;

  264 MB/сек при 64-bit/33MHz;

  528 МВ/сек при 64-bit/66MHz.

При этом для работы шины на частоте 66MHz необходимо, чтобы все периферийные

устройстваработали на этой частоте.

  Полная поддержка multiply bus master (например, несколько контроллеров жестких

  дисков могут одновременно работатьна шине).

  Поддержка write-back и write-through кэша.

  Автоматическое конфигурирование карт расширения привключении питания.

  Спецификация шины позволяет комбинировать до восьмифункций на одной карте

  (например, видео + звук и т.д.).

  Шина позволяет устанавливать до 4 слотов расширения,однако возможно

  использование моста PCI-PCI для увеличения количества карт расширения.

  PCI-устройства оборудованы таймером, который используется для определения

  максимального промежутка времени, в течениикоторого устройство может занимать

  шину.

При разработке шины в ее архитектуру были заложены передовые технические

решения, позволяющиеповысить пропускную способность.

Шина поддерживает метод передачи данных, называемый "linear burst" (метод

линейных пакетов). Этотметод предполагает, что пакет информации считывается (или

записывается) "одним куском", то есть адрес автоматически увеличивается

дляследующего байта. Естественным образом при этом увеличивается скорость

передачи собственно данных за счет уменьшения числа передаваемых адресов.

Шина PCI является той черепахой, на которой стоят слоны, поддерживающие "Землю"

-архитектуру Microsoft/Intel Plug and Play (PnP) PC architecture. Спецификация

шины PCI определяет три типа ресурсов: два обычных (диапазон памяти и

диапазонввода/вывода, как их называет компания Microsoft) и configuration space

- "конфигурационное пространство".

Конфигурационное пространство состоит из трех регионов:

  заголовка, независимого от устройства (device-independent header region);

  региона, определяемого типом устройства (header-typeregion);

  региона, определяемого пользователем (user-definedregion).

В заголовке содержится информация о производителе и типе устройства - поле Class

Code(сетевой адаптер, контроллер диска, мультимедиа и т.д.) и прочая служебная

информация.

Следующий регион содержит регистры диапазонов памяти и ввода/вывода, которые

позволяют динамически выделять устройству областьсистемной памяти и адресного

пространства. В зависимости от реализации системы конфигурация устройств

производится либо BIOS (при выполнении POST - power-onself test), либо

программно. Базовый регистр expansion ROM аналогично позволяет отображать ROM

устройства в системную память. Поле CIS (Card Information Structure) pointer

используется картами cardbus (PCMCIA R3.0). С Subsystemvendor/Subsystem ID все

понятно, а последние 4 байта региона используются для определения прерывания и

времени запроса/владения.

Рисунок 4. Конфигурационное пространство.

Accelerated Graphic Port

Все хорошее когда-нибудь кончается. Обидно - но истинно. Сколько писали про то,

что шина PCI наконец-то устранила "узкоеместо" РС - обмен с видеокартами - но не

тут-то было! Прогресс, как известно, не стоит на месте. Появление разных там 3D

ускорителей привело ктому, что ребром встал вопрос: что делать? Либо увеличивать

количество дорогой памяти непосредственно на видеокарте, либо хранить часть

информации в дешевойсистемной памяти, но при этом каким-нибудь образом

организовать к ней быстрый доступ.

Как это практически всегда бывает в компьютерной индустрии, вопрос решен не

был.Казалось бы, вот вам простейшее решение: переходите на 66-мегагерцовую

64-разрядную шину PCI с огромной пропускной способностью, так нет же. Intel

набазе того же стандарта PCI R2.1 разрабатывает новую шину - AGP (R1.0, затем

2.0), которая отличается от своего "родителя" в следующем:

1. шина способна передавать два блока данных за один 66 MHz цикл (AGP 2x);

2. устранена мультиплексированность линий адреса и данных (напомню, что в PCI

для удешевления конструкции адрес и данные передавались поодним и тем же

линиям);

3. дальнейшая конвейеризация операций чтения/записи, по мнению разработчиков,

позволяет устранить влияние задержек в модулях памяти наскорость выполнения этих

операций.

В результате пропускная способность шины была оценена в 500 МВ/сек, и

предназначалась онадля того, чтобы видеокарты хранили текстуры в системной

памяти, соответственно имели меньше памяти на плате, и, соответственно,

дешевели.

Парадокс в том, что видеокарты все-таки предпочитают иметь БОЛЬШЕ памяти, и

ПОЧТИ НИКТО не хранит текстуры в системной памяти,поскольку текстур такого

объема пока (подчеркиваю - пока) практически нет. При этом в силу удешевления

памяти вообще, карты особенно и не дорожают. Однакопрактически все считают, что

будущее - за AGP, а бурное развитие мультимедиа-приложений (в особенности - игр)

может скоро привести к тому, чтотекстуры перестанут влезать и в системную

память. Поэтому имеет смысл, особо не вдаваясь в технические подробности,

рассказать, как же это все работает.

Итак, начнем с начала, то есть с AGP 1.0. Шина имеет два основных режима работы:

Execute и DMA. В режиме DMA основной памятьюявляется память карты. Текстуры

хранятся в системной памяти, но перед использованием (тот самый execute)

копируются в локальную память карты. Такимобразом, AGP действует в качестве

"тыловой структуры", обеспечивающей своевременную "доставку патронов" (текстур)

на передний край (влокальную память). Обмен ведется большими последовательными

пакетами.

В режиме Execute локальная и системная память для видеокарты логически

равноправны.Текстуры не копируются в локальную память, а выбираются

непосредственно из системной. Таким образом, приходится выбирать из памяти

относительно малыеслучайно расположенные куски. Поскольку системная память

выделяется динамически, блоками по 4К, в этом режиме для обеспечения

приемлемогобыстродействия необходимо предусмотреть механизм, отображающий

последовательные адреса на реальные адреса 4-х килобайтных блоков в системной

памяти. Этанелегкая задача выполняется с использованием специальной таблицы

(Graphic Address Re-mapping Table или GART), расположенной в памяти.

При этом адреса, не попадающие в диапазон GART (GART range), не изменяются и

непосредственно отображаются на системную память илиобласть памяти устройства

(device specific range). На рисунке в качестве такой области показан локальный

фрейм-буфер карты (Local Frame Buffer или LFB).Точный вид и функционирование

GART не определены и зависят от управляющей логики карты.

Шина AGP полностью поддерживает операции шины PCI, поэтому AGP-траффик может

представлять из себя смесь чередующихся AGP и PCI операций

чтения/записи.Операции шины AGP являются раздельными (split). Это означает, что

запрос на проведение операции отделен от собственно пересылки данных.

Такой подход позволяет AGP-устройству генерировать очередь запросов, не

дожидаясь завершениятекущей операции, что также повышает быстродействие шины.

В 1998 году спецификация шины AGP получила дальнейшее развитие - вышел Revision

2.0. В результате использования новыхнизковольтных электрических спецификаций

появилась возможность осуществлять 4 транзакции (пересылки блока данных) за один

66-мегагерцовый такт (AGP 4x), чтоозначает пропускную способность шины в

1GB/сек! Единственное, чего не хватает для полного счастья, так это чтобы

устройство могло динамически переключаться междурежимами 1х, 2х и 4х, но с

другой стороны, это никому и не нужно.

Однако потребности и запросы в области обработки видеосигналов все возрастают, и

Intelготовит новуюспецификацию - AGP Pro (в настоящее время доступен Revision

0.9) - направленную на удовлетворение потребностей

высокопроизводительныхграфических станций. Новый стандарт не видоизменяет шину

AGP. Основное направление - увеличение энергоснабжения графических карт. С этой

целью вразъем AGP Pro добавлены новые линии питания.

Предполагается, что будет существовать два типа карт AGP Pro - High Power и Low

Power. Карты High Power могут потреблять от 50 до110W. Естественно, такие карты

нуждаются в хорошем охлаждении. С этой целью спецификация требует наличия двух

свободных слотов PCI с component side(стороны, на которой размещены основные

чипы) карты.

При этом данные слоты могут использоваться картой как дополнительные крепления,

дляподвода дополнительного питания и даже для обмена по шине PCI! При этом на

использование этих слотов накладываются лишь незначительные ограничения.

При использовании слотов для подвода дополнительного питания:

  Не использовать для питания линии V I/O;

  Не устанавливать линию M66EN (контакт 49В) в GND (чтовполне естественно, так

  как это переводит шину PCI в режим 33 MHz).

При использовании слота для обмена по шине:

  Подсистема PCI I/O должна разрабатываться под напряжение 3.3V c возможностью

  функционирования при 5 V.

Поддержка 64-разрядного или 66 MHz режимов не требуется.

Карты Low Power могут потреблять 25-50W, поэтому для обеспечения охлаждения

спецификациятребует наличия одного свободного слота PCI.

При этом все retail-карты AGP Pro должны иметь специальную накладку шириной

соответственно в 3 или 2 слота, при этом картаприобретает вид достаточно

устрашающий.

В общем, как представлю себе графическую станцию с двумя процессорами Xeon и

видеокартой AGP Pro High Power... Можно здоровосэкономить на отоплении...

Закрадывается крамольная мысль, что в спецификацию PC 200? будет заложено

жидкостное охлаждение. Опять-таки поживем – увидим…

Шина USB

(Universal Serial Bus)

Что такое USB?

Спецификация периферийной шины USB разработана лидерами компьютерной и

телекоммуникационнойпромышленности -- Compaq, DEC, IBM, Intel, Microsoft, NEC и

Northern Telecom -- для подключения компьютерной периферии вне корпуса машины по

стандартуplug'n'play, в результате отпадает необходимость в установке

дополнительных плат в слоты расширения и переконфигурировании системы.

Персональныекомпьютеры, имеющие шину USB, позволяют подключать периферийные

устройства и осуществляют их автоматическое конфигурирование, как только

устройствофизически будет присоединено к машине, и при этом нет необходимость

перезагружать или выключать компьютер, а так же запускать программы установки

иконфигурирования. Шина USB позволяет одновременно подключать последовательно до

127 устройств, таких, как мониторы или клавиатуры, выполняющие рольдополнительно

подключенных компонентов, или хабов (т.е. устройство, через которое подключается

еще несколько).

Кто создал USB?

USB была разработана группой из семи компаний, которые видели необходимость во

взаимодействии для обеспечениядальнейшего роста и развития расцветающей

индустрии интегрированных компьютеров и телефонии. Эти семь компаний,

продвигающие USB, следующие: Compaq, DigitalEquipment Corp, IBM PC Co., Intel,

Microsoft, NEC и Northern Telecom.

Как это работает?

USB определяет, добавлено устройство или отключено, благодаря своей разумности,

обеспечиваемой основной системой. Шинаавтоматически определяет, какой системный

ресурс, включая программный драйвер и пропускную способность, нужен каждому

периферийному устройству и делает этотресурс доступным без вмешательства

пользователя. Владельцы компьютеров, оснащенных шиной USB имеют возможность

переключать совместимые периферийныеустройства, так же просто, как они

вкручивают новуюлампочку в лампу.

Какие виды периферийного оборудования поддерживает USB для подключения к моему

PC?

Вы знаете эти устройства: телефоны, модемы, клавиатуры, мыши, устройства чтения

CD ROM, джойстики, ленточные идисковые накопители, сканеры и принтеры. Скорость

прокачки в 12 мегабит/секунду позволяет подключать через USB все современное

поколение периферийныхустройств, включая аппаратуру для обработки видео данных

формата MPEG-2, перчатки для управления виртуальными объектами и дигитайзеры.

Также, сожиданием большого роста в области интеграции компьютеров и телефонии,

шина USB может выступать в качестве интерфейса для подключения устройств

Цифровой сети синтегрированными услугами (ISDN) и цифровых устройств Private

Branch eXchange (PBX), позволяющих подключать большое количество телефонов к

небольшомуколичеству линий связи.

Что означает существование USB для поставщиков систем и периферии?

Совместимость USB строится на основе технологически целостной и открытой

спецификации, которая удовлетворяетпотребностям потребителей в легко расширяемых

компьютерах. В свою очередь, для поставщиков и реселлеров компьютеров, периферии

и программного обеспечения,совместимость USB принесет прибыль, за счет

использования новых методов маркетинга:

  "Готовая платформа" позволяет логично связатьаппаратное и программное

  обеспечение для совместной поставки покупателю.

  USB может снизить риск возможной несовместимости периферийного и программного

  обеспечения, поставляемого с компьютерами, за счетпоставки готовых систем по

  ключ, которые удовлетворяют требованиям специализированных рыночных ниш.

  USB-совместимая периферия может предложить частным икорпоративным покупателям

  больший выбор оборудования, без страха снижения функциональных возможностей

  аппаратных средств.

  Реселлеры получают большую гибкость в подборе аппаратуры и готовых систем, для

  стимуляции покупательского спроса, за счетвозможности комбинирования

  комплектов поставляемой периферии, без опасений, что что-то с чем-то не будет

  работать в паре.

  USB может обеспечить поставщикам периферии дополнительную выгоду, за счет

  поставки нового оборудования для систем,использующих технологию MMX™.

  USB может помочь поставщикам снизить их затраты наразработки, что в свою

  очередь позволит им устанавливать новые, более конкурентноспособные, цены.

Как много USB-совместимых компьютеров можно ожидать на рынке?

Компания Dataquest считает, что до 30 миллионов USB-совместимых персональных

компьютеров было продано в течение 1997,а в 1998-99 году, все персональные

компьютеры будут оснащены шиной USB.

Есть ли уже устройства для USB шины?

Персональные компьютеры с шиной USB начали поставляться на рынок еще в середине

1996 года, и первая волна перифериис подключением через USB шину уже доступна

пользователям.

Так же доступны технологии, используемые для разработки и создания USB систем,

таких как коннекторов, чипсетов иматеринских плат.

Как может применяться USB при наличие двух систем, например ноутбука и

настольного компьютера?

Ответом является применение маленького адаптера, который будет определен в

качестве устройства для каждой USB системы,которая входит в соединение. Два USB

контроллера периферии с общим буфером памяти будет наиболее оптимальным

решением, стоимость которого не должна превысить$50. Корпус адаптера может

выглядеть, как маленькая капля в середине кабеля или, может быть, небольшое

утолщение, расположенное на одном из его концов.Кабель, подобный описанному,

сможет выполнять так же и функции хаба, всего лишь за небольшую дополнительную

плату, а это уже гораздо более ценный продукт.

Как можно сравнить USB со стандартом Sony FireWire/IEEE 1394?

Основные отличия состоят в области применения, доступности и цене. Использование

USB доступно уже сейчас длятрадиционных устройств, подключаемых к PC, таких, как

клавиатуры, мыши, джойстики и ручные сканнеры. Тем не менее, пропускная

возможность USB в 12Mb/сек более чем достаточна для большинства применений ее

пользователями, включая более продвинутые игровые устройства, высококачественный

звук и сжатоевидео стандартов MPEG-1 и MPEG-2. Но, что более важно, применение

USB не увеличивает стоимость готовой системы в силу интегрирования контроллера

вчипсет.

FireWire будет доступна в простейших вариантах не ранее начала 1999. FireWire

ориентирована на подключение кперсональному компьютеру бытовой электроники,

требующей высокой полосы пропускания, например, цифровых камер, проигрывателей

цифровых видеодисков и цифровыхустройств записи.

      ШинаСкорость передачи данныхТопологияДлина соединительного

      кабеляПоддерживаемые устройства

      USB 12 Мб/с Звезда 5 м на сегмент Периферия: устройства ввода,

      телекоммуникационное оборудование, принтеры, аудио/видео устройства

      Firewire (IEEE P1394) 100 Мб/с Дерево 4.5 м Устройства хранения данных и

      цифровая видеоэлектроника

Заменит ли FireWire шину USB после своего появления?

Нет. Две технологии ориентированы на подключение разных периферийных устройств и

следовательно будут дополнять другдруга. Если FireWire станет превалирующей,

где-то через год, все будет зависить от конкретного покупателя и его требований

к своему новому компьютеру. Кажетсявполне вероятным, что в будущем персональные

компьютеры будут одновременно оснащены соединительными портами шины USB и

FireWire.

Что такое интеллектуальные вопросы собственности (Intellectual Property - IP) в

отношении USB, лицензия лиэто, сколько она стоит, что такое "Обратный

Договор"(Reciprocal Covenent Agreement) о котором я слышал?

Использование USB свободно от авторского гонорара, т.е. создатели спецификации

разрешают любому разрабатывать на ееосновании продукцию без какой либо платы за

это. Разработчики спецификации шины подписали IP соглашение, в котором

обещается, что не будет никакого судебногопреследования по любому включенному

пункту в IP в пределах спецификации. Обратный Договор является копией этого

соглашения с возможностью для любого,кто внедряет шину USB, подписать этот

договор и вернуть его в администрацию USB-IF, для внесения записи о том, что

соглашение прочитано и понято. Обратный Договордоступен каждому (членам USB-IF

или нет) для разъяснения лицензионного соглашения на USB.

Что такое сцпецификации OHCI и UHCI?

OHCI и UHCI,являются спецификациями, совместимыми с USB, и описывают интерфейс

Страницы: 1, 2, 3