Реферат: Шины

Кто создал USB?

USB была разработана группой из семи компаний, которые видели необходимость во взаимодействии для обеспечения дальнейшего роста и развития расцветающей индустрии интегрированных компьютеров и телефонии. Эти семь компаний, продвигающие USB, следующие: Compaq, Digital Equipment 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. Шина автоматически определяет, какой системный ресурс, включая программный драйвер и пропускную способность, нужен каждому периферийному устройству и делает этот ресурс доступным без вмешательства пользователя. Владельцы компьютеров, оснащенных шиной USB имеют возможность переключать совместимые периферийные устройства, 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 и дисковые накопители, сканеры и принтеры. Скорость прокачки в 12 мегабит/секунду позволяет подключать через USB все современное поколение периферийных устройств, включая аппаратуру для обработки видео данных формата MPEG-2, перчатки для управления виртуальными объектами и дигитайзеры. Также, с ожиданием большого роста в области интеграции компьютеров и телефонии, шина USB может выступать в качестве интерфейса для подключения устройств Цифровой сети с интегрированными услугами (ISDN) и цифровых устройств Private Branch eXchange (PBX), позволяющих подключать большое количество телефонов к небольшому количеству линий связи.

Что означает существование USB для поставщиков систем и периферии?

Совместимость USB строится на основе технологически целостной и открытой спецификации, которая удовлетворяет потребностям 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 связать аппаратное и программное обеспечение для совместной поставки покупателю.

·     USB может снизить риск возможной несовместимости периферийного и программного обеспечения, поставляемого с компьютерами, за счет поставки готовых систем по ключ, которые удовлетворяют требованиям специализированных рыночных ниш.

·     USB-совместимая периферия может предложить частным и корпоративным 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 счет возможности 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 на разработки, 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 периферии с подключением через USB шину уже доступна пользователям.

Так же доступны технологии, используемые для разработки и создания USB систем, таких как коннекторов, чипсетов и материнских 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 для традиционных устройств, подключаемых к PC, таких, как клавиатуры, мыши, джойстики и ручные сканнеры. Тем не менее, пропускная возможность USB в 12 Mb/сек более чем достаточна для большинства применений ее пользователями, включая более продвинутые игровые устройства, высококачественный звук и сжатое видео стандартов MPEG-1 и MPEG-2. Но, что более важно, применение USB не увеличивает стоимость готовой системы в силу интегрирования контроллера в чипсет.

FireWire будет доступна в простейших вариантах не ранее начала 1999. FireWire ориентирована на подключение к персональному компьютеру бытовой электроники, требующей высокой полосы пропускания, например, цифровых камер, проигрывателей цифровых видеодисков и цифровых устройств записи.

Заменит ли FireWire шину USB после своего появления?

Нет. Две технологии ориентированы на подключение разных периферийных устройств и следовательно будут дополнять друг друга. Если FireWire станет превалирующей, где-то через год, все будет зависить от конкретного покупателя и его требований к своему новому компьютеру. Кажется вполне 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 ли это, 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 ее основании продукцию без какой либо платы за это. Разработчики спецификации шины подписали IP соглашение, в котором обещается, что не будет никакого судебного преследования 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 Договор доступен 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 различных аппаратных реализаций встраиваемого контроллера. Многообразие встраиваимых в аппаратную часть систем контроллеров, является естественным развитием и создается в рамках спецификации USB.

Есть ли возможность увеличить длину соединения устройств через шину USB до 50-200 метров (например, используя оптоволокно), если это понадобится пользователям?

Периферийный интерфейс USB предназначен для настольных систем, а расстояние в 200 метров, похоже, соответствует очень большему столу. Многие компании, входящие в сообщество внедрения USB, уже долгое время обсуждают проблему применения шины на больших расстояниях и думают о создании продуктов, которые позволили бы сделать это возможным. Устройство расширения выглядит как два хаба для шины USB, однако использует другие протоколы (например, для оптоволокна) между точками соединения кабеля. На каждом конце электрический сигнал в USB должен быть транслирован в или из сигнала для длинных расстояний. Для того, что бы все это стало возможным, необходимо решить вопросы, связанные с протоколом передачи пакетов данных и временными задержками, которые должны быть совместимы и соответствовать спецификации USB.

Когда устройство отключено, его драйвер выгружается из памяти, если опять подключить это же устройство, будет ли его драйвер снова загружен?

Да, динамическое конфигурирование и инициализация операционной системой включает в себя автоматическую загрузку и выгрузку из памяти драйверов, при возникновении необходимости.

Существуют ли планы по увеличению пропускной способности шины USB вдвое, втрое?

Нет, шина USB была разработана в качестве периферийного интерфеса для настольных систем и имеет оптимальное соотношение производительности и цены на сегодняшний день. Новый интерфейс, такой как FireWire, для будущих высокоскоростных периферийных устройств, уже в стадии внедрения.

Может ли кто нибудь разъяснить разницу между соединителями серии "A" и "B"?

Коннекторы серии "A" разработаны для всех устройств USB, и являются разъемом для периферии и гнездом для персонального компьютера. В большинстве случаев, кабель USB должен быть встроен в периферийное устройство. Это снижает стоимость соединителей, избавляет от несовместимости, возможной в случае разного сопротивления кабелей, и упрощает действия пользователей по подключению. Однако в некоторых случаях встроенный кабель нельзя использовать. Хорошим примером могут служить очень большие и тяжелые устройства, плохо сочетатающиеся с тонким кабелем, который нельзя удалить, а так же устройства, подключаемые только изредка, которые интенсивно используются, когда не являются подключенными. Для таких случаев и были созданы коннекторы серии "B". Две серии коннекторов различаются внешне, это сделано для предотвращения соединений, которые бы могли нарушить топологию архитектуры USB.

В чем разница между основным хабом и обычным с точки зрения аппаратной реализации и программного обеспечения?

Все хабы совершенно одинаковы с точки зрения программного обеспечения (кроме разницы, как устройств имеющих питание и нет). Основной хаб (или корневой), это просто первый хаб, обнаруженный при нумерации. Во многих реализациях основной хаб может быть интегрирован в ту же микросхему, что и основной контроллер, это позволяет снизить стоимость.

Возможно ли использование шины USB для подключения таких периферийных устройств, как CD-R, ленточных накопителей или жестких дисков?

Возможность применения основана на приемлемости уровня производительности. Если какое-то из этих устройств предполагается часто использовать, то, обычно предъявляются требования, что бы оно было механически интегрированно в систему и имело высокую производительность, опять же соответствующую уровню системы в целом. Шина USB не разрабатывалась для обеспечения постоянного соединения высокоскоростных периферийных устройств внутри корпуса компьютера. Если устройство используется время от времени или подключается к разным компьютерам, тогда, производительность, обеспечиваемая шиной USB будет более чем достаточной. Удобства использования и подключения устройств, обеспечиваемые USB с лихвой перевешивают параметры скорости предачи данных. Но все таки, USB обеспечивает скорость передачи на уровне 4x или 6x скоростных приводов CD (чего недостаточно для перезаписывающих устройств), но при этом лучшую, чем обеспечивают обычные ленточные накопители, подключенные через параллельный порт, дисководы для гибких магнитных дисков или съемные жесткие диски типа SyQuest.

IEEE 1394 (Firewire) - новая последовательная шина

IEEE 1394 или Firewire - это последовательная высокоскоростная шина, предназначенная для обмена цифровой информацией между компьютером и другими электронными устройствами. Благодаря невысокой цене и большой скорости передачи данных эта шина становится новым стандартом шины ввода-вывода для персонального компьютера. Ее изменяемая архитектура и одноранговая топология делают Fireware идеальным вариантом для подключения жестких дисков и устройств обработки аудио- и видеоинформации. Эта шина также идеально подходит для работы мультимедийных приложений в реальном времени. В этом материале приведены некоторые общие сведения о стандарте IEEE 1394.

Зачем нужен новый интерфейс

Прежде всего, посмотрите на заднюю стенку своего компьютера. Там можно найти множество всяких разъемов: последовательный порт для модема, принтерный порт для принтера, разъемы для клавиатуры, мыши и монитора, SCSI-интерфейс, предназначенный для подключения внешних носителей информации и сканеров, разъемы для подключения аудио и MIDI устройств, а также для устройств захвата и работы с видеоизображениями. Это изобилие сбивает с толка пользователей и создает беспорядок из соединительных кабелей. Причем, нередко производители ноутбуков используют и другие типы коннекторов.

Новый интерфейс призван избавить пользователей от этой мешанины и к тому же имеет полностью цифровой интерфейс. Таким образом, данные с компакт-дисков и цифровых магнитофонов смогут передаваться без искажений, потому что в настоящее время эти данные сначала конвертируются в аналоговый сигнал, а затем обратно оцифровываются устройством-получателем сигнала. Кабельное телевидение, радиовещание и видео CD передают данные также в цифровом формате.

Цифровые устройства генерируют большие объемы данных, необходимые для передачи качественной мультимедиа-информации. Например:

Высококачественное видео
Цифровые данные = (30 frames / second) (640 x 480 pels) (24-bit color / pel) = 221 Mbps

Видео среднего качества
Цифровые данные = (15 frames / second) (320 x 240 pels) (16-bit color / pel) = 18 Mbps

Высококачественное аудио
Цифровые данные = (44,100 audio samples / sec) (16-bit audio samples) (2 audio channels for stereo) = 1.4 Mbps

Аудио среднего качества
Цифровые данные = (11,050 audio samples / sec) (8-bit audio samples) (1 audio channel for monaural) = 0.1 Mbps

Обозначение Mbps - мегабит в секунду.

Для решения всех этих проблем и высокоскоростной передачи данных была разработана шина IEEE 1394 (Firewire).

IEEE 1394 - высокоскоростная последовательная шина

Стандарт поддерживает пропускную способность шины на уровнях 100, 200 и 400 Мбит/с. В зависимости от возможностей подключенных устройств одна пара устройств может обмениваться сигналами на скорости 100 Мбит/с, в то время как другая на той же шине - на скорости 400 Мбит/с. В начале следующего года будут реализованы две новые скорости - 800 и 1600 Мбит/с, которые в настоящее время предлагаются как расширение стандарта. Такие высокие показатели пропускной способности последовательной шины практически исключают необходимость использования параллельных шин, основной задачей которых станет передача потоков данных, например несжатых видеосигналов, внутри компьютера.

Таким образом, Firewire удовлетворяет всем вышеперечисленным требованиям, включая:

• Цифровой интерфейс - позволяет передавать данные между цифровыми устройствами без потерь информации
• Небольшой размер - тонкий кабель заменяет груду громоздких проводов
• Простота в использовании - отсутствие терминаторов, идентификаторов устройств или предварительной установки
• Горячее подключение - возможность переконфигурировать шину без выключения компьютера
• Небольшая стоимость для конечных пользователей
• Различная скорость передачи данных - 100, 200 и 400 Мбит/с
• Гибкая топология - равноправие устройств, допускающее различные конфигурации
• Высокая скорость - возможность обработки мультимедиа-сигнала в реальном времени
• Открытая архитектура - отсутствие необходимости использования специального программного обеспечения

Благодаря этому шина IEEE 1394 может использоваться с:

• Компьютерами
• Аудио и видео мультимедийными устройствами
• Принтерами и сканерами
• Жесткими дисками, массивами RAID
• Цифровыми видеокамерами и видеомагнитофонами

Простейшая система для видеоконференций, построенная на шине IEEE 1394, использующая два 15 fps аудио/видео канала загрузит всего третью часть 100Mbps интерфейса 1394. Но, в принципе, для этой задачи возможно и использование 400Mbps интерфейса.

                Шесть контактов FireWire подсоединены к двум проводам, идущим к источнику питания, и двум витым парам сигнальных проводов. Каждая витая пара и весь кабель в целом экранированы. Провода питания рассчитаны на ток до 1,5 А при напряжении от 8 до 40 В, поддерживают работу всей шины, даже когда некоторые устройства выключены. Они также делают ненужными кабели питания во многих устройствах. Не так давно инженеры Sony разработали еще более тонкий четырехпроводный кабель, в котором отсутствуют провода питания. (Они намерены добавить свою разработку к стандарту.) Этот так называемый AV-разъем будет связывать небольшие устройства, как "листья" с "ветками" 1394.

Гнездо разъема имеет небольшие размеры. Ширина его составляет 1/10 ширины гнезда разъема SCSI, у него всего шесть контактов (у SCSI - 25 или 50 разъемов).

К тому же кабель 1394 тонкий - приблизительно в три раза тоньше, чем кабель SCSI. Секрет тут прост - ведь это последовательная шина. Все данные посылаются последовательно, а не параллельно по разным проводам, как это делает шина SCSI.

Топология

Стандарт 1394 определяет общую структуру шины, а также протокол передачи данных и разделения носителя. Древообразная структура шины всегда имеет "корневое" устройство, от которого происходит ветвление к логическим "узлам", находящимся в других физических устройствах.

Корневое устройство отвечает за определен-ные функции управле-ния. Так, если это ПК, он может содержать мост между шинами 1394 и PCI и выпол-нять некоторые дополнительные функ-ции по управлению шиной. Корневое устр-ойство определяется во время инициализации и, будучи однажды выбранным, остается таковым на все время подключения к шине.

Сеть 1394 может включать до 63 узлов, каждый из которых имеет свой 6-разрядный физический идентификационный номер. Несколько сетей могут быть соединены между собой мостами. Максимальное количество соединенных шин в системе - 1023. При этом каждая шина идентифицируется отдельным 10-разрядным номером. Таким образом, 16-разрядный адрес позволяет иметь до 64449 узлов в системе. Поскольку разрядность адресов устройств 64 бита, а 16 из них используются для спецификации узлов и сетей, остается 48 бит для адресного пространства, максимальный размер которого 256 Терабайт (256х10244 байт) для каждого узла.

Конструкция шины удивительно проста. Устройства могут подключаться к любому доступному порту (на каждом устройстве обычно 1 - 3 порта). Шина допускает "горячее" подключение - соединение или разъединение при включенном питании. Нет также необходимости в каких-либо адресных переключателях, поскольку отсутствуют электронные адреса. Каждый раз, когда узел добавляется или изымается из сети, топология шины автоматически переконфигурируется в соответствии с шинным протоколом.

Однако есть несколько ограничений. Между любыми двумя узлами может существовать не больше 16 сетевых сегментов, а в результате соединения устройств не должны образовываться петли. К тому же для поддержки качества сигналов длина стандартного кабеля, соединяющего два узла, не должна превышать 4,5 м.

Протокол

Интерфейс позволяет осуществлять два типа передачи данных: синхронный и асинхронный. При асинхронном методе получатель подтверждает получение данных, а синхронная передача гарантирует доставку данных в необходимом объеме, что особенно важно для мультимедийных приложений.

Протокол IEEE 1394 реализует три нижних уровня эталонной модели Международной организации по стандартизации OSI: физический, канальный и сетевой. Кроме того, существует "менеджер шины", которому доступны все три уровня. На физическом уровне обеспечивается электрическое и механическое соединение с коннектором, на других уровнях - соединение с прикладной программой.

На физическом уровне осуществляется передача и получение данных, выполняются арбитражные функции - для того чтобы все устройства, подключенные к шине Firewire, имели равные права доступа.

На канальном уровне обеспечивается надежная передача данных через физический канал, осуществляется обслуживание двух типов доставки пакетов - синхронного и асинхронного.

На сетевом уровне поддерживается асинхронный протокол записи, чтения и блокировки команд, обеспечивая передачу данных от отправителя к получателю и чтение полученных данных. Блокировка объединяет функции команд записи/чтения и производит маршрутизацию данных между отправителем и получателем в обоих направлениях.

"Менеджер шины" обеспечивает общее управление ее конфигурацией, выполняя следующие действия: оптимизацию арбитражной синхронизации, управление потреблением электрической энергии устройствами, подключенными к шине, назначение ведущего устройства в цикле, присвоение идентификатора синхронного канала и уведомление об ошибках.

Чтобы передать данные, устройство сначала запрашивает контроль над физическим уровнем. При асинхронной передаче в пакете, кроме данных, содержатся адреса отправителя и получателя. Если получатель принимает пакет, то подтверждение возвращается отправителю. Для улучшения производительности отправитель может осуществлять до 64 транзакций, не дожидаясь обработки. Если возвращено отрицательное подтверждение, то происходит повторная передача пакета.

В случае синхронной передачи отправитель просит предоставить синхронный канал, имеющий полосу частот, соответствующую его потребностям. Идентификатор синхронного канала передается вместе с данными пакета. Получатель проверяет идентификатор канала и принимает только те данные, которые имеют определенный идентификатор. Количество каналов и полоса частот для каждого зависят от приложения пользователя. Может быть организовано до 64 синхронных каналов.

Шина конфигурируется таким образом, чтобы передача кадра начиналась во время интервала синхронизации. В начале кадра располагается индикатор начала и далее последовательно во времени следуют синхронные каналы 1, 2… На рисунке изображен кадр с двумя синхронными каналами и одним асинхронным

Оставшееся время в кадре используется для асинхронной передачи. В случае установления для каждого синхронного канала окна в кадре шина гарантирует необходимую для передачи полосу частот и успешную доставку данных.

Резюме

Таким образом, в скором будущем, на задней панели компьютера можно будет увидеть выходы всего двух последовательных шин: USB для низкоскоростных применений и Firewire - для высокоскоростных. Причем путь в жизнь у шины IEEE 1394 произойдет гораздо быстрее, чем у USB. В этом случае производители программных продуктов и аппаратуры действуют сообща. Уже сейчас доступны различные виды устройств с шиной Firewire, поддержка этой шины будет встроена в операционную систему Windows 98 и в ближайшем будущем ведущие производители чипсетов для PC встроят поддержку этой шины в свои продукты. Так что 1999 год станет годом Firewire.

(Intelligent Input/Output)

I2O (Intelligent Input/Output) - спецификация, определяющая стандартную архитектуру интеллектуального ввода/вывода, не зависящую от специфических устройств и операционной системы. Спецификация I2O призвана решить две ключевые проблемы:

• Занятость процессора операциями ввода-вывода
• Необходимость в разработке драйверов для каждого устройства и для каждой операционной системы

Суть архитектуры I2O заключается в обработке низкоуровневых прерываний ввода-вывода, поступающих от устройств, не центральным процессором (CPU), а специализированным процессором ввода-вывода (IOP), разработанным специально для этой цели. В настоящий момент эта задача решается применением RISC-процессора i960, работающего на частоте 66 МГц со своей собственной памятью, объёмом до 64 МБ. При поддержке обмена сообщениями между несколькими процессорами, архитектура I2O разгружает центральный процессор и позволяет выполнение задач, требующих интенсивного ввода-вывода и широкой полосы пропускания, например видеоприложений или работы в среде клиент-сервер. Применения I2O не ограничены и она может быть использована как в однопроцессорных, так и многопроцессорных и кластерных системах.

 Спецификация I2O определяет разбиение драйвера устройства на две части: ОС-зависимого и аппаратно-зависимого модуля, созданного для конкретного устройства. Эти модули работают автономно и могут выполнять задачи независимо. В настоящее время поддержка I2O обеспечивается в NetWare 4, Windows NT Server 5.0 и UnixWare. Таким образом, технология с разбиением драйвера, уменьшает общее число требуемых драйверов: производители операционных систем пишут по одному драйверу на каждый класс устройств, например дисковые контроллеры, а производители оборудования - по одному драйверу на каждое свое устройство, который может быть использован с любой операционной системой поддерживающий I2O.

Одна из целей создания открытой архитектуры I2O - обеспечение возможности легкого подключения устройств и написания драйверов, расширяющей возможности для создания новых систем.

Краткий обзор

Две части драйвера I2O устройства представляют собой Operating System Services Module (OSM), модуль обслуживания операционной системы, обеспечивающий интерфейс с ней и Hardware Device Module (HDM), модуль устройства, обеспечивающий управление оборудованием. OSM работает со внешним устройством посредством HDM. Общение между этими модулями происходит на двух уровнях - уровне сообщений, на котором происходит установление связи и транспортном уровне, определяющим способы разделения информации. Как и в большинстве протоколов связи, уровень сообщений базируется на транспортном уровне.

Модель связи I2O, в комбинации со средой выполнения и конфигурационным интерфейсом, обеспечивает независимый интерфейс с HDM. Модули способны связаться друг с другом без знания архитектуры шины или топологии системы. Передаваемые сообщения формируют некий метаязык, не зависящий от аппаратной реализации. Вся эта технология сильно напоминает сеть TCP/IP. Такая реализация I2O, кроме всего прочего, обеспечивает мобильность устройств ввода-вывода.

Модель связи I2O

Модель связи для I2O - это система обмена сообщениями. Когда OSM получает запрос от операционной системы, он транслирует его в запрос I2O и передает его HDM для обработки. После обработки запроса, HDM возвращает результат обратно OSM, посылая сообщение посредством уровня сообщений I2O. Далее результат передается операционной системе, как от любого другого драйвера устройства.

Уровень сообщений

Уровень сообщений определяет открытый, стандартный и абстрактный механизм для связи между сервисными модулями, обеспечивая основу для интеллектуального ввода - вывода. Этот уровень, управляя пересылкой всех запросов, а также обеспечивая функционирование API (Application Programming Interface), связывает модель драйверов I2O.

Уровень сообщений состоит из трех основных компонент: дескриптора сообщения, сервисной программы сообщения (Message Service Routine - MSR), и очереди сообщений. Дескриптор по существу является адресом ресурса, к которому идет обращение. Для каждого сообщения, проходящего на уровне сообщений создается свой дескриптор. Очередь сообщений организуется между передающим и приемным устройствами.

Когда драйвер формирует сообщение, оно помещается в очередь и для его обработки активизируется MSR. Сообщение содержит две части - заголовок и тело. Заголовок содержит тип сообщения и адрес его отправителя.

I2O базируется на очереди между MSR и отправителем. Инициатор запроса и сервисный модуль обслуживаются IOP. I2O определяет также формат памяти, необходимой для функционирования технологии, не зависящий от организации операционной системы.

Модуль обслуживания операционной системы - OSM

OSM обеспечивает интерфейс между операционной системой и уровнем сообщений I2O. В используемой модели драйверов, OSM представляет собой ту часть драйвера, которая обеспечивает интерфейс между системно-зависимым API и абстрактным форматом сообщений, посылаемых в HDM для обработки. OSM зависят от операционных систем и создаются их разработчиками.

OSM переводит сообщения операционной системы в формат, который может быть понят HDM. Передача информации обратно, от HDM к операционной системе реализуется также через OSM посредством уровня сообщений I2O.

Один OSM может обслуживать множественные HDM. Благодаря существованию дескрипторов на уровне сообщений, OSM обладает возможностью рассылать свои сообщения многим адресатам, а также организовывать пересылку информации между ними.

Аппаратный модуль устройства - HDM

HDM - низкоуровневый модуль в среде I2O. HDM представляет собой аппартно-зависимую часть драйвера, обеспечивающую взаимодействие с контроллером или непосредственно устройством. Можно провести аналогию между HDM и аппаратно зависимой частью драйвера сети или драйвером SCSI в том виде, в котором он существует сегодня. Каждый HDM уникален для каждого конкретного устройства и производителя. Он поддерживает все низкоуровневые операции устройства, такие как синхронные и асинхронные запросы, а также транзакции управляемые событиями.

HDM окружен средой I2O, которая изолирует его от общения с операционной системой и шинными протоколами. Таким образом, один HDM может быть использован не только с различными операционными системами, но даже с различными платформами. HDM пишется производителем устройства и обычно прошивается в адаптер.

Системная среда

Модель I2O может быть применена в любых условиях - как и в однопроцессорных, так и многопроцессорных системах.

Интерфейсы OSM и HDM входят в основной API I2O. Среда выполнения OSM зависит от операционной системы, что оказывает влияние на реализацию некоторых функций API. В задачи OSM входит реализация связи между API, используемого операционной системой, и HDM, управляющим устройством.

Кроме основных функций в API HDM может быть введен дополнительный набор команд. Этот набор необходим для прямого общения операционной системы с HDM и применяется при ее загрузке для инициализации ядра. Примерно это и реализуется в основных многозадачных средах. Однако этот дополнительный набор также является единым для всех устройств одного класса. Так что технология I2O не несет в себе никаких ограничений для области ее использования.

Реализация архитектуры I2O

Гибкая, открытая архитектура I2O предоставляет разработчикам различные варианты для реализации. Основные три подхода следующие:

• Установка IOP на материнскую плату. IOP устанавливается на материнскую плату и используется при интеллектуальном вводе-выводе. В этом случае IOP используется в качестве стандартного PCI Bridge и добавляет "интеллектуальности" к шине PCI
• Установка IOP на дополнительной плате расширения. Интеллектуальный контроллер I2O инсталлируется как, например, обычная сетевая карта
• Установка опциональной платы расширения с IOP в специализированный слот на материнской плате. Этот процессор будет функционировать со всеми устройствами, требующими интеллектуальный ввод-вывод

Практика использования I2O

Устройства, совместимые с технологией I2O будут маркироваться производителями как "I2O ready". Однако в одной системе можно будет применять, как и I2O устройства, так и обычные, неинтеллектуальные устройства. Это позволит организовать легкий переход к новой архитектуре. Тем более стоимость материнской платы с IOP возрастет максимум на $10-15.

Можно ожидать, что в связи со введением дополнительных устройств (IOP) и разбиения драйвера на части, скорость обмена информацией может упасть. В принципе, это мнение оправдано. Однако, в связи с тем что во-первых упрощается задача написания драйверов, а во-вторых разгружается центральный процессор, общая эффективность системы должна возрасти. Пример подобного роста эффективности - применение IDE Bus Master драйверов.

Внедрение технологии интеллектуального ввода-вывода должно произойти в ближайшее время, тем более что ведущие производители материнских плат уже представили свои изделия с установленным на борту IOP i960, единственным на настоящее время процессором для реализации I2O. Первое время I2O будет использоваться в серверах, однако в ближайшем будущем может распространиться и на домашние системы.

Заключение

Таким образом, I2O предлагает новый подход к организации интеллектуального ввода-вывода, упрощая жизнь, как разработчиком устройств, так и производителям операционных систем благодаря разделению функций драйверов. Кроме того, I2O призвана реализовать новую высокопроизводительную концепцию высокопроизводительного и платформенно-независимого интеллектуального ввода-вывода. Открытость этого стандарта позволяет легко перейти от сегодняшних реалий в мир интеллектуального обмена информацией.

EV-6

Одной из главных сенсаций Microprocessor Forum’98 стало заявление компании Advanced Micro Devices (AMD). По словам основателя и исполнительного директора (CEO или Chief Executive Officer) компании Джерри Сандерса (Jerry Sanders), новый процессор К7 будет выпушен в 1999 году в картридже, физически совместимом (то есть, имеющем такое же количество и расположение контактов) с патентованным разъемом Slot 1 компании Intel. При этом новый разъем компании AMD (рабочее название - Slot A) не будет электрически совместим со Slot 1, то есть AMD не собирается нарушать патенты Intel. В качестве системной шины К7 будет использовать шину ввода/вывода процессора Alpha 21264 (внутреннее название EV-6) компании Digital Equipment.

Техника

Что же представляет собой эта шина? Если Intel еще только  подняла частоту системной шины для процессоров серии Р6 до 100 MHz, EV-6 уже сейчас работает на частоте 333 MHz, что обеспечивает ей пропускную способность 2.6 GBps. По этому показателю EV-6 более чем в три раза превосходит 100-мегагерцовые шины Socket 7 и Р6. Кроме того, хотя спецификация EV-6 не определяет специальной шины для обмена с кэшем L2, разработчики могут добавлять ее при необходимости - так, например, "верхние" модели процессора Digital 21264 имеют 128-разрядную дополнительную шину, что в два раза "шире", чем у Pentium II.

Возникает резонный вопрос: как удалось заставить EV-6 работать на такой частоте, если переход даже с 66 MHz на 100MHz сопряжен с громадными техническими сложностями. Дело в том, что EV-6, в общем-то, не является шиной в привычном понимании этого слова. На системной шине Socket 7 "висит" собственно процессор (или процессоры в многопроцессорных системах), кэш L2, системная память, шина PCI и, если она присутствует в системе, шина AGP. Архитектура Р6 отличается только тем, что с системной шины "сняли" кэш L2, выделив для него специальную 64-разрядную шину. EV-6 же представляет собой просто 64-битный канал обмена между процессором и чипсетом. Каждый процессор в многопроцессорной системе должен иметь свою шину EV-6. Обмен с системной памятью, PCI и AGP осуществляется чипсетом, причем каждая шина может работать на своей частоте.

Преимущества EV-6, в общем-то, очевидны. Поскольку главным "узким местом" современных процессоров является обмен с системной памятью, повышенная пропускная способность позволит уменьшить время простоя процессора при заполнении линии кэша. Кроме того, "излишек" пропускной способности можно, например, использовать в High-end системах, применяя 128-разрядную шину обмена с системной памятью. Недостатки этой архитектуры также лежат на поверхности: разработка чипсетов становится более сложной и дорогостоящей, особенно для многопроцессорных систем (по некоторым сообщениям, например, журнала BYTE, AMD ведет переговоры с VIA о разработке чипсетов EV-6).

Политика

Что же явилось причиной такого заявления компании AMD, по некоторым данным, ставшего неожиданным даже для партнера AMD - компании Digital? Во-первых, Intel расширяет свое присутствие в секторе персональных компьютеров начального уровня - традиционной вотчине AMD. Анонсированный Covington, представляющий собой Pentium II без кэша L2, предназначен для компьютеров стоимостью до $1000. С другой стороны, после того, как в 1996 году AMD проиграла судебный процесс, в ходе которого пыталась оспорить право собственности компании Intel на архитектуру P6, в печати начали появляться предположения, что AMD не готова к дальнейшей конкуренции с Intel и не может предложить альтернативы Slot1. Своим заявлением Джерри Сандерс, по-видимому, стремиться опровергнуть эти утверждения и "перевести борьбу на половину поля соперника" - на рынок систем верхнего уровня.

Экономика

Для того, чтобы любая, даже самая великая идея в области компьютерной техники воплотилась в жизнь, она должна завоевать рынок. Простое перечисление безвременно погибших идей и изобретений займет больше страницы. Хрестоматийный пример - архитектура MicroChannel компании IBM. Какие же перспективы у EV-6? С одной стороны, практически полная физическая идентичность разъемов Slot1 и Slot A (за исключением, возможно, другого расположения "ключей" во избежание повреждения материнских плат при неправильной установке К7 вместо Pentium II и наоборот) облегчает жизнь производителям материнских плат - достаточно заменить чипсет и сделать минимальные изменения в разводке. Компания Digital, в свою очередь, получает прекрасную возможность сделать Alpha-системы общедоступными. Поскольку для установки процессора 21164 на материнскую плату с разъемом Slot А требуется только изменение BIOS (что сводится к перезаписи Flash ROM), цена такой системы может быть менее $1500. Кроме того, агрессивная политика Intel на рынке чипсетов и материнских плат приводит к вытеснению с него ряда компаний. В результате им ничего не остается, кроме как поддерживать альтернативные архитектуры. Поскольку компания Digital заявила, что предоставит лицензию на EV-6 всем желающим, это дает неплохой шанс новой архитектуре.

                С другой стороны, уже ясно, что два других конкурента Intel - Cyrix и Centaur Technology, не будут поддерживать Slot А. Cyrix, недавно приобретенная компанией National Semiconductor, надеется изыскать лазейки в соглашении о перекрестном лицензировании между последней и Intel и клонировать Slot1. Правда, у Intel другой взгляд на это соглашение, так что дело, по-видимому, будет решаться в суде. Что касается Centaur, то компания полностью ориентируется на рынок компьютеров начального уровня и, видимо, не собирается в ближайшем будущем отказываться от Socket 7.

Как говорится - "поживем - увидим". Лично я бы с удовольствием протестировал плату с шиной EV-6, разъемом Slot A и процессором К7. С другой стороны, непонятно, какой выигрыш даст EV-6 при работе со стандартной (на данный момент) шиной обмена с системной памятью. И опять-таки, пока неясно, не будет ли существенной потери производительности процессора Alpha 21264 при работе на системной плате, "общей" с К7. Будем надеяться, что тех 10 процентов компьютерного рынка, которые сейчас контролирует AMD, хватит для "раскрутки" новой архитектуры. Тогда и посмотрим, и померяем.

Список использованных материалов:

1.   http://ixbt.stack.net

2.   http://developer.intel.com/design/iio/

3.   http://firewire.org/

4.   http://www.skipstone.com/

5.   http://www.sel.sony.com/SEL/consumer/camcorder/dcr_vx1000.html

6.   http://www.ti.com/sc/docs/msp/1394/1394.htm

7.   http://www.usb.org

8.   http://developers.intel.com/technology/agp

9.   http://…

[1] Контакт В8 по-разному использовался в ХТ и АТ. Для обеспечения совместимости IBM XT со специфической системой под названием 3270 РС, восьмой (ближайший к блоку питания) слот расширения ХТ был особенным. В него можно было устанавливать лишь платы, выдающие на контакт В8 сигнал "выбор платы" или, как его еще называют, "сигнал J8" - например, плату клавиатуры/таймера от 3270 РС. К этим платам, кроме того, предъявлялись другие требования по синхронизации. В IBM AT такую хитрую совместимость обеспечивать не стали, а контакт В8 приспособили для подачи сигнала NOWS - No Wait State