Ім'я файлу: 00 Шини розширення та інтерфейси.doc
Розширення: doc
Розмір: 910кб.
Дата: 22.08.2020
скачати
Пов'язані файли:
Розширення: doc
Розмір: 910кб.
Дата: 22.08.2020
скачати
Пов'язані файли:
Шини розширення та інтерфейси.
Комп'ю́терна ши́на (англ. computerbus, походить від латинського omnibus, що означає — «для всіх») служить для передачі даних між окремими функціональними блоками комп'ютера і є сукупністю сигнальних ліній, які мають певні електричні характеристики і протоколи передачі інформації.
Основна задача шин - об'єднати в єдину систему всю номенклатуру модулів обчислювальної системи, забезпечити їх належну роботу.
До системи шин ставляться наступні вимоги:
відкритість - можливість модернізувати одні рівні системи без порушення інших;
сумісність - системи з різним виконанням підсистем повинні бути взаємозамінюваними, сумісність повинна виконуватися на рівнях hardware i software;
однотипність - модернізація системи не повинна приводити до необхідності заміни раніш використаних типів пристроїв;
гнучкість - можливість підключення різних підсистем без порушення функціонування вже існуючих;
надійність - будь-яка модернізація системи не повинна знижувати показників надійності;
ремонтопридатність - модернізація системи не повинна приводити до необхідності конструктивних змін, ускладнення її конструкції;
ефективність - виконання перерахованих вище умов повинно бути економічно оправданим.
Сутність цих вимог можна сформулювати так: заміна одних шин іншими не повинна приводити до архітектурних змін.
Шинний інтерфейс - це сукупність правил уніфікованої взаємодії між окремими пристроями комп'ютера, а також сукупність схемних, програмних і конструктивних засобів, необхідних для реалізації цих правил. Основою побудови шинних інтерфейсів є уніфікація і стандартизація. Вона забезпечується:
Інформаційною сумісністю - єдиними вимогами до складу ліній та шин інтерфейсу, алгоритмів взаємодії, способів кодування і форматів даних, керуючої та адресної інформації, часовим співвідношенням між сигналами.
Електричною сумісністю - погодженістю параметрів електричних сигналів, що передаються інтерфейсом, погодженістю логічних рівнів сигналів. Електрична сумісність визначає вимоги до навантажувальної спроможності компонентів та характеристик ліній передачі сигналів (довжина, допустима активна та реактивна складові навантаження, порядок підключення схем погодження і т.д.).
Конструктивною сумісністю - можливістю механічного з'єднання електричних ланцюгів, а інколи і механічного підключення декількох блоків. Цей вид сумісності забезпечується стандартизацією з'єднувальних елементів, кабелів, конструкцій плат і т.д.
Шина входить до складу материнської плати, на якій розташовуються її провідники і роз'єми (слоти) для підключення плат адаптерів пристроїв (відеокарти, звукові карти, внутрішні модеми, накопичувачі інформації, пристрої введення/виведення і т. д.)
Шини розрізняються:
розрядністю, (кількість даних, переданих по шині одночасно, за один такт)
способом передачі сигналу (послідовні або паралельні, синхронні або асинхронні),
пропускною здатністю,
кількістю і типами підтримуваних пристроїв,
протоколом роботи,
призначенням (адреси, даних, керування)
За призначеннямшинні інтерфейси ПК поділяються на внутрішньосистемні і зовнішні. Перші служать для забезпечення взаємозв'язку компонентів ядра обчислювальної системи, другі - для приєднання різних периферійних пристроїв. Зовнішні інтерфейси ПЕОМ будуть розглянути на наступної лекції.
Слід відзначити, що частина внутрішньосистемних шин є вузькоспеціалізованими, друга частина – універсальними шинами розширення, що призначені для підключення до ядра системи додаткових компонентів – карт розширення, адаптерів або контролерів зовнішніх пристроїв.
За способом передачі інформаціїшинні інтерфейси ПК поділяються на паралельні і послідовні. Паралельний шинний інтерфейс для передачі кодових слів використовує окремі сигнальні лінії, по яким окремі біти передаються одночасно. Послідовний шинний інтерфейс передає кодові слова побітовим способом, звичайно починаючи з молодшого біту.
По способу синхронізації інтерфейси поділяються на асинхронні і синхронні. асинхронні.
При асинхронній передачі перед кожним байтом передається старт-біт, що сигналізує приймачу про начало посилки. За старт-бітом слідують біти даних і, можливо, біт паритету (парності). Закінчує посилку байту стоп-біт, що гарантує паузу між посилками. Старт-біт наступного байту посилається в будь який момент після стоп-біта, тобто між передачами можливі паузи довільної довжини.
Синхронний режим передачі передбачає постійну активність каналу зв'язку. Посилка починається з синхробайту, за яким слідує потік інформаційних бітів. Коли у передавача немає даних для передачі, він заповнює паузу посилкою байтів синхронізації.
Очевидно, що послідовний шинній інтерфейс може бути як асинхронним, так і синхронним, паралельний – тільки синхронним.
Практично очевидним здається, що паралельний інтерфейс спроможний забезпечити значно більшу швидкість передавання інформації, ніж послідовний. Тому декілька десятиріч у всіх, без виключення, ПЕОМ використовувався паралельний внутрішньосистемний інтерфейс. Але у останні роки ситуація суттєво змінилась, тому що суттєво збільшились частоти сигналів, що передаються по шинам ПЕОМ. Сутність проблеми використання паралельного інтерфейсу з високою робочою частотою полягає у тому, що зі збільшенням частоти порушується синхронізація сигналів, що передаються по окремим лініям шини. Це обумовлено різною довжиною окремих ліній шини і взаємними перешкодами та перекрученнями сигналів, що розповсюджуються. Крім меншої вимогливості до точності синхронізації, послідовні інтерфейси мають, порівняно з послідовними, ще деякі переваги:
- мала кількість сигнальних ліній;
- можливість використання довгих з’єднувальних кабелів;
- можливість з’єднання пристроїв, які знаходяться під різними електричними потенціалами.
Для шинного інтерфейсу, що з'єднує (фізично або логічно) два пристрої, розрізняють три можливихрежими обміну інформацією -- дуплексний, напівдуплексний і симплексний.
Дуплексний режим дозволяє по одному каналу зв'язку одночасно передавати інформацію в обох напрямках. Він може бути асиметричним, якщо пропускна здатність у напрямках "туди" і "назад" має істотно різні значення, або симетричним.
Напівдуплексний режим дозволяє передавати інформацію "туди" і "назад" по черзі, при цьому інтерфейс має засоби переключення напрямку каналу.
Симплексний (односторонній) режим передбачає тільки один напрямок передачі інформації (у зустрічному напрямку передаються тільки допоміжні сигнали інтерфейсу).
Чипсет і шини сучасної ПЕОМ.
Взаємодію окремих компонентів ЕОМ між собою в узагальненій структурі обчислювальної системи забезпечує системна шина. У реальної ПЕОМ для об'єднання модулів і інших компонентів у єдине ціле служить материнська (системна) плата. Архітектура системної плати схематично зображена на рис.1.
Фізична реалізація системного інтерфейсу в узагальненій структурі представленого системною шиною і сукупністю портів введення-виводу, являє собою ряд шин, що розрізняються по призначенню, продуктивності, пропускній здатності (USB, PCІ, ІSA, AGP, FSB, шина пам'яті) і чіпсет материнської плати.
Чіпсетом називається багатофункціональний цифровий пристрій, звичайно реалізований у вигляді двох ВІС та призначений для забезпечення підтримки мікропроцесора і забезпечення взаємозв'язку між різними шинами й інтерфейсами.
Сучасні чіпсети містять цілий ряд основних, базових контролерів пристроїв, що підключаються до материнської плати:
- контролер дисководу FDC (Floppy Dіsk Controller), до нього можна підключити 2 дисководи;
- контролер жорсткого диска (ІDE Controller), причому вбудований у чіпсет контролер підтримує два порти для підключення жорстких дисків, а до кожного порту можна підключити по 2 диски, тобто до стандартної материнської плати можна підключити до чотирьох накопичувачів на жорстких магнітних дисках. Слід зазначити, що цей же контролер забезпечує і підключення накопичувачів на оптичних компакт-дисках;
- контролері зовнішніх портів (інтерфейсів периферійних пристроїв), що будуть розглянути на наступному занятті.
Чіпсет материнської плати звичайно складається з двох компонентів. Називаються ці компоненти Північний і Південний міст. Назви „Північний” і „Південний” -- історичні. Вони означають "розташування" чіпсета - моста щодо шини PCІ (по швидкості роботи): Північний знаходиться "вище", а Південний - "нижче". Назва „міст” дали чіпсетам по виконаним ними функціями: вони служать для зв'язку різних шин і інтерфейсів. Північний міст працює із самими швидкісними пристроями (пам'ять, AGP, системна шина процесора і шина зв'язку з Південним мостом), тому сам повинний працювати дуже швидко. Південний міст працює з повільними пристроями, такими як накопичувачі інформації та периферійні пристрої.
З випуском чіпсета і815 корпорація Іntel відмовилася від використання архітектури мостів, і перейшла до схожої архітектури, у якій використовуються хаби. На перший погляд - усе теж саме: два компоненти, один був раніше Північним мостом, а тепер називається "Хаб контролю пам'яті" ("Memory Controller Hub"), інший нагадує Південний міст і називається "Хаб контролю за введенням/виводом" (І/O Controller Hub). Функції чіпсетів - хабів не помінялися, просто в них додано кілька конструктивних змін: зокрема чіпсеты стали більш незалежні, а інтерфейс являє собою зв'язок "один-до-одного" (poіnt-to-poіnt). Такий підхід виявився кращим, ніж класичний, який, можна сказати, всі пристрої "саджає" на шину PCІ і по ній же передає дані в Північний міст.
Системна шина ПК, фізично реалізована у вигляді цілого набору шин, що розрізняються по призначенню, розрядності адреси і даних, продуктивності, пропускній здатності й іншим характеристикам. Це зв'язано з використанням одночасно декількох незалежних потоків даних між компонентами системної плати ПК. Сучасна типова структура шин в ПК IBM PC включає локальну шину (Local Bus), до якої підключається МП, локальну шину пам'яті (Memory Bus), до якої підключається оперативна пам'ять, системну шину (System Bus), що пов'язує роботу всіх модулів ПК в єдине ціле і зовнішню (периферійну) шину (eXternal Bus), зв'язану з периферійними модулями. Крім цих шин може бути в наявності спеціальна шина між процесором, пам’яттю та відеографічним акселератором для прискореної передачі графічної інформації наприклад шина AGP.
Взаємодія шин забезпечується контролерами шин (КШ), системна шина має з'єднувачі розширення, а до зовнішньої шини підключені контролери управління зовнішніми пристроями. Всі шини складаються з трьох складових: шини адреси (ШA), шини даних (ШД), шини керування (ШК).
Під самою системною шиною часто розуміють шину FSB (Front Sіde Bas), що зв'язує МП із чіпсетом. Типові значення частот, на яких може працювати ця шина (у залежності від типу процесора і чіпсета): 66 (точніше, 66,6), 100, 133, 200 Мгц. Тактову частоту, на якій працює МП, звичайно одержують множенням частоти системної шини на фіксований для визначеного типу процесора множник. Наприклад, для процесора Celeron 733 тактова частота ядра процесора визначається як 66,6*11=733 Мгц. У старих чіпсетах (наприклад, для процесорів Pentіum), оперативна пам'ять завжди працювала на частоті системної шини. У системах же із шиною AGP, призначеної для підключення графічного акселератора, вимоги до пропускної здатності шини пам'яті істотно підвищуються, і при низькій частоті FSB пам'ять може стати "вузьким місцем" системи в цілому. Тому шина пам'яті в сучасних чіпсетах може працювати асинхронно із системною шиною - на більш високій частоті (наприклад, 100 МГЦ при частоті FSB, рівної 66 МГЦ). Слід розуміти, що асинхронність тут не означає можливість завдання абсолютно довільних частот для різних шин, тому що опорний генератор на материнській платі все ж-таки один, і всі тактові частоти для різних її пристроїв одержують множенням частоти опорного генератора на різні коефіцієнти.
Приклади шин:
ISA (від англ. Industry Standard Architecture, ISA bus — укр. Промислова стандартна архітектура) — 8-ми або 16-ти розрядна шина введення/виведення IBM PC-сумісних комп'ютерів. Служить для підключення плат розширення стандарту ISA. Конструктивно виконують у вигляді 62-х або 98-контактного роз'єму на материнській платі
EISA (англ. Extended Industry Standard Architecture — укр. Розширена промислова стандартна архітектура) — шина для IBM PC-сумісних комп'ютерів. Була анонсована в кінці 1988 групою виробників IBM PC-сумісних комп'ютерів у відповідь на введення фірмою IBM закритої шини MCA в комп'ютерах серії PS/2.
Шина EISA є подальшим розвитком шини ISA. Вона була розроблена фірмами Epson, Hewlett-Packard, NEC, Compaq i Wyse, і має такі переваги:
повна сумісність слота EISA з слотом ISA, що дає можливість встановлювати карти ISA в слоти EISA, а це, в свою чергу, відкидає необхідність замінювати всі карти розширення;
шина EISA є 32-розрядною, що робить можливим використання відповідних карт — мережних, графічних, жорсткого диску;
шина EISA (як і МСА) є інтелектуальною, тобто конфігурація карт розширення виконується не апаратно за допомогою DIP-перемикача і джамперів, а програмне.
PCI (англ. Peripheral component interconnect, дослівно: взаємозв'язок периферійних компонентів) — шина вводу/виводу для підключення периферійних пристроїв до материнської плати комп'ютера.
Стандарт на шину PCI визначає:
фізичні параметри (наприклад, роз'єми і розведення сигнальних ліній);
електричні параметри (наприклад, напруги);
логічну модель (наприклад, типи циклів шини, адресацію на шині);
Розвитком стандарту PCI займається організація PCI Special Interest Group.
AGP (від англ Accelerated Graphics Port, прискорений графічний роз'єм) — розроблена в 1997 році компанією Intel, спеціалізована 32-бітова системна шина для AIMM. З'явилася одночасно з чипсетами для процесора Intel Pentium MMX чипсет MVP3, MVP5 з Super Socket 7. Основним завданням розробників було збільшення продуктивності та зменшення вартості відеокарти, за рахунок зменшення кількості вбудованої відеопам'яті. За задумом «Intel», великі обсяги відеопам'яті для AGP-карт були б не потрібні, оскільки технологія передбачала високошвидкісний доступ до загальної пам'яті.
Її відмінності від попередниці, шини PCI:
робота на тактовій частоті 66 МГц;
збільшена пропускна здатність;
режим роботи з пам'яттю DMA і DME;
поділ запитів на операцію і передачу даних;
можливість використання відеокарт з енергоспоживанням більшим, ніж PCI
PCI Express PCI Express або PCIe або PCI-E, (також відома як 3GIO for 3rd Generation I/O; не плутати з PCI-X або PXI) — комп'ютерна шина, що використовує програмну модель шини PCI і високопродуктивний фізичний протокол, заснований на послідовній передачі даних. Започаткована у липні 2002 року компанією Intel.
ATA (англ. Advanced Technology Attachment) — стандартний інтерфейс для підключення зовнішніх пристроїв, на кшталт жорстких дисків та CD-ROM приводів до персональних комп'ютерів. Для нього існує чимало синонімів, серед яких IDE, ATAPI та UDMA.
Serial ATA (англ. Serial ATA) — послідовний інтерфейс обміну даними з накопичувачами інформації (як правило, з жорсткими дисками). SATA є розвитком інтерфейсу ATA (IDE), який після появи SATA був перейменований в PATA (Parallel ATA). За даними аналітиків IDC, в 2008 році диски S-ATA склали 98% від всіх продажів дисків у світ
Fibre Channel (англ. fibre channel) — сімейство протоколів для високошвидкісного передавання даних. Стандартизацією протоколів займається Технічний комітет T11, що входить до складу Міжнародного комітету із стандартів у сфері ІТ (InterNational Committee for Information Technology Standards — INCITS), акредитованого Американським національним інститутом стандартів (ANSI). Початкове застосування FC в області суперкомп'ютерів згодом практично повністю перейшло в сферу мереж зберігання даних, де FC використовується як стандартний спосіб підключення до систем зберігання даних рівня підприємства.
USB (англ. Universal Serial Bus, абревіатура читається ю-ес-бі) — укр. універсальна послідовна шина, призначена для з'єднання периферійних пристроїв обчислювальної техніки.
Метою створення USB стандарту є:
уніфікація роз'ємів і кабелів;
нормування використання енергії;
створення протоколів обміну даними;
уніфікація функціональності і драйверів приладів;
можливість "гарячого" приєднання пристроїв.
LPC (LPC bus ) — шина, використовувана в IBM PC-сумісних персональних комп'ютерах для підключення до центрального процесора пристроїв, що не вимагають великої пропускної здатності. До таких пристроїв відносяться постійна пам'ять (BIOS ROM) і контролери «застарілих» інтерфейсів передачі даних, таких як послідовний і паралельні інтерфейси, інтерфейс підключення маніпулятора «миша» і клавіатури, НГМД, а з недавнього часу і пристроїв зберігання криптографічної інформації. Зазвичай контролер шини LPC розташований в південному мосту на материнській платі.
1 2 3 4 5 6 7