Тема 3.2 Внутренние интерфейсы

Студент должен:

иметь представление:

· об интерфейсных подключениях периферийных устройств ПК

знать:

· назначение и технические характеристики интерфейсов: ISA, EISA, PCI, AGP;

· структуру разъемов шин ISA, EISA, PCI, AGP

уметь:

· определять тип разъема для подключения периферийного устройства вычислительной техники;

Внутренние интерфейсы ISA, EISA, PCI, AGP. Назначение и технические характеристики. Структура разъемов шин. Подключение карт расширения.

Методические указания

PCI (англ. Peripheral component interconnect, дословно: взаимосвязь периферийных компонентов) — системная шина для подключения периферийных устройств к материнской плате компьютера.

Стандарт на шину PCI определяет:

· физические параметры (например, разъёмы и разводку сигнальных линий);

· электрические параметры (например, напряжения);

· логическую модель (например, типы циклов шины, адресацию на шине);

· Развитием стандарта PCI занимается организация PCI Special Interest Group.

Конфигурирование

PCI-устройства с точки зрения пользователя самонастраиваемы (plug and play). После старта компьютера, системное программное обеспечение обследует конфигурационное пространство PCI каждого устройства, подключённого к шине и распределяет ресурсы. Каждое устройство может затребовать до семи диапазонов в адресном прострастве памяти PCI или в адресном пространстве ввода-вывода PCI. Кроме того, устройства могут иметь ПЗУ, содержащее исполняемый код для процессоров x86 или PA-RISC, Open Firmware (системное ПО компьютеров на базе SPARC) или драйвер EFI. Настройка прерываний осуществляется также системным программным обеспечением (в отличии от шины ISA, где настройка прерываний осуществлялась переключателями на карте). Запрос на прерывание на шине PCI передаётся с помощью изменения уровня сигнала на одной из линий IRQ, поэтому имеется возможность работы нескольких устройств с одной линией запроса прерывания; обычно системное ПО пытается выделить каждому устройству отдельное прерывание для увеличения производительности.

Спецификация шины PCI

· частота шины — 33,33 МГц или 66,66 МГц, передача синхронная;

· разрядность шины — 32 или 64 бита, шина мультиплексированная (адрес и данные передаются по одним и тем же линиям);

· пиковая пропускная способность для 32-разрядного варианта, работающего на частоте 33,33 МГц — 133 Мб в секунду;

· адресное пространство памяти — 32 бита (4 Гибибайта);

· адресное пространство портов ввода-вывода — 32 бита (4 Гибибайта);

· конфигурационное адресное пространство (для одной функции) 256 байт;

· напряжение 3,3 или 5 вольт.

ISA (от англ. Industry Standard Architecture, ISA bus) — 8-ми или 16-ти разрядная системная шина IBM PC-совместимых компьютеров. Служит для подключения плат расширения стандарта ISA. Конструктивно выполняется в виде 62-х или 98-контактного разъёма на материнской плате.

С появлением материнских плат формата ATX — шина ISA перестала широко использоваться в компьютерах, хотя встречаются ATX-платы и AGP 4x, 6 PCI и одним(или двумя) портами ISA. Но пока её ещё можно встретить в старых AT-компьютерах, а также в промышленных компьютерах.

Для встроенных систем существует вариант компоновки шины ISA, отличающийся применяемыми разъёмами — шина PC/104.

EISA (англ. Extended Industry Standard Architecture) — шина для IBM-совместимых компьютеров. Была анонсирована в конце 1988 группой производителей IBM-совместимых компьютеров в ответ на введение фирмой IBM закрытой шины MCA в компьютерах серии PS/2.

Со временем возникла потребность в шине с более высокой пропускной способностью, и шина EISA была вытеснена более совершенными, но уже локальными шинами VESA Local Bus и PCI.

Таблица 2- Характеристики шины EISA

VESA local bus — VL-Bus или VLB — тип локальной шины, разработанный ассоциацией VESA для ПК с процессором фирмы Intel. Шина VLB, по существу, является расширением внутренней шины МП Intel 80486 для связи с видеоадаптером и реже с контроллером HDD. Реальная скорость передачи данных по VLB — 80 Мбайт/с (теоретически достижимая - 132 Мбайт/с).

AGP (от англ. Accelerated Graphics Port, ускоренный графический порт) — разработанная в 1997 году компанией Intel, специализированная 32-битная системная шина для видеокарты. Появилась одновременно с чипсетами для процессора Intel Pentium II. Основной задачей разработчиков было увеличение производительности и уменьшение стоимости видеокарты, за счёт уменьшения количества встроенной видеопамяти. По замыслу Intel большие объёмы видеопамяти для AGP-карт были бы не нужны, поскольку технология предусматривала высокоскоростной доступ к общей памяти.

· Её отличия от предшественницы, шины PCI:

· работа на тактовой частоте 66 МГц;

· увеличенная пропускная способность;

· режим работы с памятью DMA и DME;

· разделение запросов на операцию и передачу данных;

В настоящее время, шина практически исчерпала свои возможности и, может быть, в скором времени её полностью заменит шина PCI Express.

PCI Express

Слоты PCI Express x4, x16, x1, опять x16, внизу стандартный 32-разрядный слот PCI, на материнской плате DFI LanParty nForce4 SLI-DR

PCI Express или PCIe или PCI-E, (также известная как 3GIO for 3rd Generation I/O; не путать с PCI-X или PXI) — компьютерная шина, использующая программную модель шины PCI и высокопроизводительный физический протокол, основанный на последовательной передаче данных.

В отличие от шины PCI, использовавшей для передачи данных общую шину, PCI Express, в общем случае, является пакетной сетью с топологией типа звезда, устройства PCI Express взаимодействуют между собой через среду, образованную коммутаторами, при этом каждое устройство напрямую связано соединением типа точка-точка с коммутатором.

Кроме того, шиной PCI Express поддерживается:

· горячая замена карт;

· гарантированная полоса пропускания (QoS);

· управление энергопотреблением;

· контроль целостности передаваемых данных.

Шина PCI Express нацелена на использование только в качестве локальной шины. Так, как программная модель PCI Express во многом унаследована от PCI, то существующие системы и контроллеры могут быть доработаны для использования шины PCI Express заменой только физического уровня, без доработки программного обеспечения. Высокая пиковая производительность шины PCI Express позволяет использовать её вместо шин AGP и тем более PCI и PCI-X, ожидается, что PCI Express заменит эти шины в персональных компьютерах.

Графическая карта для PCI Express

Для подключения устройства PCI Express используется двунаправленное последовательное соединение типа точка-точка, называемое lane; это резко отличается от PCI, в которой все устройства подключаются к общей 32-разрядной параллельной однонаправленной шине.

Соединение между двумя устройствами PCI Express называется link, и состоит из одного (называемого 1x) или нескольких (2x, 4x, 8x, 12x, 16x и 32x) двунаправленных последовательных соединений lane. Каждое устройство должно поддерживать соединение 1x.

Hyper-Transport

Шина HyperTransport (HT), ранее известная как Lightning Data Transport (LDT), — это двунаправленная последовательно/параллельная компьютерная шина, с высокой пропускной способностью и малыми задержками. Для разработки и продвижения данной шины был образован консорциум HyperTransport Technology. Технология используется компаниями AMD и Transmeta в x86 процессорах, PMC-Sierra, Broadcom и Raza Microelectronics в MIPS микропроцессорах, NVIDIA, VIA, SiS, ULi/ALi, AMD, Apple Computer и HP в наборах системной логики для ПК, HP, Sun Microsystems, IBM, и IWill в серверах, Cray, Newisys и PathScale в сверхкомпьютерах, а так же компанией Cisco Systems в маршрутизаторах.

Обзор шины

HyperTransport работает на частотах от 200 МГц до 2,6 ГГц (сравните с шиной PCI и её 33 или 66 МГц). Кроме того, она использует DDR, что означает, что данные посылаются как по переднему, так и по заднему фронтам сигнала синхронизации, что позволяет осуществлять до 5200 миллионов посылок в секунду при частоте сигнала синхронизации 2,6 ГГц; частота сигнала синхронизации настраивается автоматически.

HyperTransport поддерживает автоматическое определение ширины шины, от 2-х битных линий до 32-х битных линий. Полноразмерная, полноскоростная, 32-х битная шина в двунаправленном режиме способна обеспечить пропускную способность до 20800 МБ/с (2*(32/8)*2600), являясь, таким образом, самой быстрой шиной среди себе подобных. Шина может быть использована как в подсистемах с высокими требованиями к пропускной способности (оперативная память и ЦПУ), так и в подсистемах с низкими требованиями (переферийные устройства). Данная технология также способна обеспечить низкие задержки для других применений в других подсистемах.

Шина HyperTransport поддерживает технологии энергосбережения, а именно ACPI. Это значит, что при изменении состояния процессора (C-state) на энергосберегающее, изменяется также и состояние устройств (D-state). Например, при отключении процессора НЖМД также отключаются.

Электрический интерфейс HyperTransport/LDT — низковольтные дифференциальные сигналы (Low Voltage Differential Signaling (LVDS)), с напряжением 2,5 В.

Применение HyperTransport

Шина HyperTransport нашла широкое применение, в основном, в качестве замены шины процессора. Для примера, к процессору Pentium нельзя напрямую подключать устройства с шиной PCI, так как этот процессор использует свою специализированную шину (которая может быть различной у разных поколений процессоров). Для подключения дополнительных устройств (например с шиной PCI) в таких системах необходимы дополнительные устройства для сопряжения шины процессора с шиной периферийных устройств (мосты). Данные адаптеры обычно включают в специализированные наборы системной логики, называемые северный мост и южный мост.

Процессоры разных производителей могут использовать разные шины, а значит для них нужны разные мосты для соединения шины процессора с периферийными шинами. Компьютеры, использующие шину HyperTransport более универсальны и просты, а также более производительны. Однажды разработанный мост PCI-HyperTransport позволяет взаимодействовать любому процессору, поддерживающиму шину HyperTransport и любому устройству шины PCI. Для примера, NVIDIA nForce чипсет использует шину HyperTransport для соединения между северным и южным мостами.

RapidIO — это высокопроизводительная пакетная шина для соединения микросхем в рамках одной печатной платы, а также для соединения между собой нескольких печатных плат. Данная шина была разработана для применения во встраиваемых системах.

Основными конкурентами шины RapidIO являются шины HyperTransport, Infiniband и PCI Express, которые, однако, предназначены для решения других задач.

Шина RapidIO разработана компаниями Mercury Computer Systems и Motorola (ныне Freescale), как развитие шины, применявшейся в многопроцессорных системах цифровой обработки сигналов компании Mercury.

Стандарт на шину RapidIO разработан организацией RapidIO Trade Association. На настоящий момент последней является версия 1.3 стандарта.

Стандарт RapidIO определяет физический (соответствует физическому и канальному уровню модели OSI), транспортный (соответствует сетевому уровню модели OSI) и логический (соответствует транспортному уровню модели OSI) уровни.

Fibre Channel — высокоскоростной интерфейс передачи данных, используемый для соединения вместе рабочих станций, мейнфреймов, суперкомпьютеров и устройств хранения данных.

Порты устройств могут быть подключены напрямую друг к другу (point-to-point), быть включены в управляемую петлю (arbitrated loop) или в коммутируемую сеть, называемую фабрикой (fabric).

Поддерживается как оптическая, так и электрическая среда, со скоростью передачи данных от 133 мегабит/с до 8 гигабит/с на расстояния до 10 километров.

В большинстве случаев используется как несущий для SCSI-3. (Может использоваться как несущий и для других протоколов — например, ATM, IP, HIPPI и других.

VMEbus (или VME) — стандарт на компьютерную шину, первоначально разработанный для семейства микропроцессоров Motorola 68000, и в дальнейшем нашедший применение для множества других приложений. Шина VME была стандартизирована IEC как ANSI/IEEE 1014-1987. VME базируется на оснастке Eurocard, но использует собственную систему сигналов, не принятую в Eurocard. Впервые разработанная в 1981, шина VME находит широкое применение вплоть до сегодняшнего дня.

Характеристики шины

Разрядность шины — 32/64

Адрес/Данные — раздельные (VME32), мульиплексируемые (VME64)

Тип шины — Асинхроная

Конструктив — Eurocard 3U, 6U, 9U

Максимальное количество модулей в крейте — 21 штука

Пропускная способность в 32 разрядном варианте — 40 Мбайт/с (VME32), 80 Мбайт/с (VME64)

В режиме блочных передач (когда на 1-у передачу адреса идёт несколько передачь данных) скорость может достигать 320 Мбайт/с (VME64).

Описание шины

Во многом шина VMEbus представляет собой внешние интерфейсы процессора 68000, доработанные для соединения нескольких печатных плат. Во многих отношениях, это является недостатком, так как принуждает создавать системы подобные тем, для которых шина применялась изначально. Однако, одной из ключевых особенностей процессора 68000 была плоская, 32-битная модель памяти и свободное деление памяти на сегменты, так, что похожесть VME на шину процессора 68000, для большинства применений не имеет значения.

Логически все устройства шины VME делятся на три типа:

1. ведущий;

2. ведомый;

3. арбитр.

Ведущий — инициирует циклы на шине. Ведомый — осуществляет операции по команде ведущего. Арбитр — осуществляет контроль за занятостью шины.

Вопросы для самоконтроля:

1. Стандарт шины PCI;

2. ISA;

3. EISA;

4. VESA local bus;

5. AGP;

6. PCI Express;

7. Hyper-Transport;

8. RapidIO;

9. VMEbus

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: