1 / 55

Hardware

Výpočetní technika II. Hardware. Sběrnice. Obsah přednášky. Sběrnice – definice Sběrnicová architektura PC Synchronní a asynchronní sběrnice Sběrnice – přidělování Sběrnice požívané v PC. Sběrnice. Sběrnice tvoří spojovací systém počítače

homer
Télécharger la présentation

Hardware

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. Výpočetní technika II Hardware Sběrnice

  2. Obsah přednášky • Sběrnice – definice • Sběrnicová architektura PC • Synchronní a asynchronní sběrnice • Sběrnice – přidělování • Sběrnice požívané v PC

  3. Sběrnice • Sběrnice tvoří spojovací systém počítače • Slouží ke komunikaci jednotlivých částí počítače • Definice: Sběrnice je tvořena soustavou vodičů, budičů a přijímačů, které umožňují komunikaci mezi dvěma a více jednotkami pomocí datových, adresových, řídicích a stavových signálů.

  4. Synchronní a asynchronní sběrnice • Problém (na straně přijímače): kdy vyhodnocovat signál, • aby to bylo vždy, když vysílač vyšle jednu hodnotu, • aby to nebylo zrovna v okamžiku, kdy dochází ke změně signálu (hodnoty). • Řešení: • pevné intervaly dané zdrojem časových pulzů o určité frekvenci – synchronní sběrnice, • řízení přenosu vysílačem, přijímačem nebo oběma současně – asynchronní sběrnice.

  5. Parametry sběrnic • Sběrnice lze identifikovat propojovanými moduly (např. CPU–Memory) • Nejdůležitější parametry jsou • rychlost přenosu (množství přenesených dat za jednotku času) • přístupová doba (doba čekání na přístup ke sběrnici) • doba odezvy připojeného zařízení • chování připojeného zařízení (IN/OUT, R/W)

  6. Sběrnicové hierarchie • Různé I/O jednotky mají různou přenosovou rychlost, která se liší až v řádu milionů (displej/klávesnice) • Proto je použití jedné sběrnice velmi neefektivní • Pro různé skupiny komponent počítače používáme různé druhy sběrnic

  7. Parametry sběrnic • Počet přenesených bitů v jednom taktu nebo najednou (šířka sběrnice): • 1 – sériová sběrnice • 8, 16, 32, 64 – paralelní sběrnice • Frekvence sběrnice (pouzeu synchronních – např. v MHz) • Rychlost (propustnost) sběrnice – např.v MB/s (zpravidla součin šířky a frekvence)

  8. Zařízení připojená sběrnicemi jednotka chování partner přenos. rychl. (kB/s) klávesnice I člověk 0,01 myš I člověk 0,02 skener I člověk 10 000 laserová tiskárna O člověk 10 000 grafický display O člověk 1 000 000 síť LAN I, O stroj 10 000 pevný disk R, W stroj 50 000

  9. Paralelní sběrnice • Skládá se z několika desítek vodičů, které lze rozdělit do tří skupin: • datová část sběrnice – šířka (tzn. počet vodičů) určuje, kolik dat lze přenést najednou (v jednom taktu) • adresová část – šířka n definuje max. velikost použitelné paměti (2n B) • řídicí část sběrnice

  10. Typické vodiče: memory write (zápis do paměti), memory read (čteníz paměti), I/O write (zápis dat na I/O zařízení), I/O read (čtení dat z I/O zařízení), transfer acknowledge (potvrzení o převzetí dat ze sběrnice nebo o uložen dat na sběrnici), bus request (žádosto sběrnici), bus grant (udělení sběrnice), interrupt request (žádosto přerušení) interrupt acknowledge (potvrzení žádostio přerušení) clock (hodinové pulzy – synchronizují činnost sběrnice) Řídicí sběrnice

  11. M = master (řídí komunikaci) S = slave Synchronní přenosčtení dat

  12. Synchronní přenoszápis dat • M = master (řídí komunikaci) • S = slave

  13. Asynchronní přenos 1/2 • Řízený jednostranně – zdrojem (Source) nebo příjemcem (Acceptor) datová sběrnice data data data platná žádost o data řídicí sběrnice Řízený příjemcem Řízený zdrojem

  14. Asynchronní přenos 2/2 • Řízený oboustranně — navíc i potvrzovací signál

  15. Rozhodování • Rozhodování o přidělení sběrnice je základní úlohou při jejím řízení • Využívá se při současné žádostio sběrnici z více jednotek

  16. Klasifikace rozhodování CENTRÁLNÍ DECENTRALIZOVANÉ PRIORITNÍ SPRAVEDLIVÉ

  17. Centrální řízení • Používá centrální rozhodovací jednotku (arbiter, bus controller) • Spravedlivé rozhodování – podle pořadí žádostí nebo cyklicky nebo náhodně • Pokud rozhoduje prioritně – prioritní dekodér – oznámí jednotce s nejvyšší prioritou, že získala sběrnici

  18. Prioritní dekodér • Oznamuje buď • vyzýváním – na datovou (nebo adresovou nebo rozhodovací) sběrnici vyšle číslo vítěze • pomocí speciálního vodiče přímok jednotce

  19. Centrální řízení

  20. Decentralizované řízení • Prioritní linkou – prioritní – priority dané pořadím zapojení: • Cyklické (token) – zapojení do kruhu, jednotky si předávají příznak oprávnění, jednotka vlastnící tento příznak může přistupovat ke sběrnici (nebo jej pošle dál) • Pokud zařízení neuspěje, čeká náhodnou dobu

  21. IRQ (Interupt Request) • Požadavek přerušení • IRQ jsou využívány některými zařízeními pro přerušení činnosti CPU. V okamžiku, kdy je takové přerušení vyvoláno, CPU přeruší svou dosavadní činnost a zavede obslužný program, který žádost o přerušení vyřídí. Tento mechanismus je nutný, protože některé akce v počítači nesnesou odklad. • Aby mohlo zařízení požádat o přerušení, musí mít na sběrnici přidělený vodič vyhrazený pouze pro něj (tzn. nelze sdílet 1 IRQ více zařízeními).

  22. Standardní obsazení některých IRQ u PC AT IRQ Zařízení Poznámka 0 Časovač (timer) 1 Klávesnice 2 [Cascade] Pouze u počítačů AT se sběrnicí ISA. Slouží jako vstupní bod pro přerušení IRQ 8 až IRQ 15 3 COM 2 Druhý sériový port 4 COM 1 První sériový port 5 Volné/LPT 2 U počítačů XT obsazeno pevným diskem 6 Floppy disk Mechanika pružného disku 7 LPT 1 První paralelní port 8 Hodiny/Kalendář 9 VGA (SVGA) Videokarta, síťová karta nebo volné 10 a 11 Volné 12 PS/2 Myš nebo volné 13 FPU Numerický koprocesor 14 HDD Pevný disk – Primární EIDE kanál 15 HDD Pevný disk – Sekundární EIDE kanál nebo volné

  23. DMA (Direct Memory Access) Channels • Kanály přímého přístupu do paměti jsou mechanismy využívané některými zařízeními k přenosu dat z/do hlavní paměti bez účasti procesoru počítače. • Umožňují zařízením a vnějším pamětem přenášet přenášet data přímo z/do operační paměti, aniž by se tím zatěžoval procesor. V opačném případě by totiž přenos mohl být velmi pomalý. Přenos řídí řadič DMA (DMA controller). • Výhody: • přenos je rychlejší, než když ho řídí procesor, • procesor se může věnovat jiným úlohám (přenášená data jím neprocházejí).

  24. Vývoj sběrnic pro PC

  25. Sběrnice PC bus • Od firmy IBM, pro počítače PC XT s procesorem 8086 • Celkem 62 vodičů • 8bitová datová část sběrnice, 20bitová adresová • 6 vodičů pro přerušení IRQ, 3 vodiče pro DMA • Centrálně řízená, frekvence až 8 MHz • Zařízení (rozšiřující karty) se připojují do tzv. slotů • Sloty zapojeny paralelně, je tedy jedno, kam zařízení připojíme

  26. Sběrnice ISA(Industry Standard Architecture) • Opět od IBM, uvedena v roce 1981 pro 80286 • Dalších 36 vodičů • 16bitová datová a 24bitová adresová sběrnice • 8 MHz • Další 4 DMA kanály • Dalších 5 vodičů pro IRQ • Zpětná kompatibilita s PC bus (tzn. použitelnost starších karet)

  27. Sloty sběrnice ISA (4×)a PC bus (1×)

  28. Sloty sběrnic PC bus a ISA

  29. Sběrnice MCA(MicroChannel Architecture) • Zavedena v roce 1987 firmou IBM pro počítače PS/2 • Nekompatibilní s ISA a EISA (viz dále) • 24 nebo 32bitová adresová sběrnice • 16 nebo 32bitová datová sběrnice • Frekvence až 10 MHz

  30. EISA(Extended Industry Standard Architecture) • Rozšířená ISA, reakce 9 firem (např. Compaq, Epson, NEC, Olivetti) na MCA • Cíl: rychlejší sběrnice než ISA, ale kompatibilní • Datová i adresová část sběrnice mají 32 bitů • Z důvodu kompatibility s ISA pracuje na 8 MHz • Přenosová rychlost maximálně 32 MB/s • 62+36+59 vývodů

  31. Rozmístění vývodů ISA a EISA

  32. Sběrnice VL-BUS(VESA Local Bus) • Navržena v roce 1992 konsorciem VESA (Video Electronic Standards Association) pro počítačes procesorem 386 nebo 486 • 32bitová datová i adresová část sběrnice • Taktovaná frekvencí procesoru nebo podílem(1/2 nebo 1/3) – tedy 33–50 MHz • Přenosová rychlost kolem 132 MB/s • Na zákl. desce musí být i ISA • Závislá na typu procesoru (Intel) • Max. 3 připojená zařízení

  33. Sběrnice PCI(Peripheral Component Interconnect) • Od firmy Intel pro procesory Pentium (verze 1.0 r. 1992, verze 2.0 r. 1993, verze 3.0 r. 2004) • Paralelní 32bitová (pro 80486) nebo 64bitová (pro Pentium) pracující na frekvenci 33 (od verze 2.1 až66) MHz • Propustnost 132 až 528 MB/s • Podporuje Bus Mastering (řízení sběrnice nejen procesorem – stejně jako MCA a EISA, ne však VL-BUS), podporuje Plug and Play (automat. konfigurace) • Nezávislá na frekvenci procesoru

  34. Sběrnice PCIhttp://www.pcisig.com • K sběrnici se připojují zařízení dvou typů: • řídící zařízení sběrnice (bus masters) – zařízení schopná převzít řízení sběrnice a iniciovat přenos dat, • cílová zařízení (targets) – zařízení schopná data přijímat. • Moderní zařízení připojitelná na sběrnici PCI umožňují jak provoz jako master tak i jako target. • Sběrnice PCI je sběrnicí arbitrovanou, tzn. že součástí řadiče je řídicí obvod starající se o všechny přenosy na sběrnici. Rozhodování je prioritní, zařízení s menším číslem IRQ mají vyšší prioritu.

  35. Sběrnice PCI • Přenosy po sběrnici jsou blokové. Nejprve se přenese adresa požadovaných dat (čtení) nebo jejich cílová adresa (ukládání) a poté se už jen posílají data z (na) následujících adres. • Blokové přenosy nemají v PCI pevně stanovenou délku (narozdíl od ostatních typů sběrnic, které vyžadují pevně stanovenou délku přenášených bloků). Přenos trvá tak dlouho, dokud jedno ze zařízení, ať už řídící nebo cílové, nepožádá o ukončení přenosu.

  36. Sloty sběrnice PCI

  37. Sběrnice PCI-X • Vytvořena v roce 1999 společnosti IBM, Hewlett-Packard a Compaq • Určena pro potřeby zařízení, která potřebovala velkou paměťovou propustnost – gigabitový ethernet, fibre channel, Ultra3 SCSI a nejvýkonnější grafika • 64bitová paralelní sběrnice kompatibilní s PCI • 66–533 MHz • Max. přenosová rychlost 4266 MB/s • Zpětně kompatibilní s PCI

  38. Sběrnice PCI Express • Sériová sběrnice (pro současně probíhající obousměrný přenos) • Vytvoření inicioval Intel, frekvence 2,5 GHz, víc verzí • Hot Plug/Hot Swap – umožňuje vyjmutí karty za běhu počítače

  39. Sběrnice PCI Express • Verze 2.0 přichází s frekvencí 5 GHz  zdvojnásobení propustnosti • Více o PCI, PCI-X a PCI Express: http://www.pcisig.com

  40. Sloty sběrnice PCI Express

  41. Zleva: slot PCIExpress x16, dva sloty PCIExpress x1 a slot PCI-X

  42. Sloty PCI Express, PCI 2 krátké bílé: PCI Express x1 3 dlouhé bílé: PCI černý: PCI Express x16

  43. Dosavadní vývoj sběrnic PCI od v. 1.0 po PCI-X a Express

  44. FSB(FrontSide Bus) • Sběrnice pro přístup procesoru do operační paměti • Frekvence 66–100–133–200 MHz • Často se využívají obě hrany signálu (náběhová i sestupná) – efektivní frekvence je tedy např. 400 MHz při skutečné frekvenci 200 MHz. • Systémy s Pentiem 4 přenášejí v jednom cyklu např. 4 B, efektivní frekvence je tedy 800 MHz • Sběrnice PCI a AGP bývají taktovány zlomkem frekvence FSB (1/2, 1/3, 2/3, …) • BackSide Bus je pak sběrnice, která slouží k propojení procesoru s vyrovnávací pamětí druhé úrovně (L2 cache)

  45. Pozice FrontSide Bus a BackSide Bus

  46. Frekvence FSB a CPU – ukázka

  47. AGP(Accelerated Graphics Port) • Sběrnice speciálně pro komunikaci s grafickou kartou • 32bitová, 66 MHz • Přenosová rychlost až 264 MB/s • Může pracovat přímo s operační pamětí • AGP 2× – využívá pro přenos dat náběhovou i sestupnou hranu taktovacího signálu • AGP 4× – přenos 16 B v jednom taktu (> 1 GB/s) • AGP 8× – přenos 32 B v jednom taktu

  48. Sloty ISA, PCI, AGP

  49. USB(Universal Serial Bus) • Vnější sériová sběrnice • Lze připojit až 127 zařízení (flash disk, myš, klávesnice, tiskárna, skener, digitální fotoaparát nebo kamera, ...) • Může sloužit i k jejich napájení • Až 12 Mb/s (spec. 1.1) • Až 480 Mb/s (spec. 2.0) • Později i bezdrátová verze USB Wireless: rychlost až 480 Mbit/s do vzdálenosti 3 m nebo až 110 Mbit/s do vzdálenosti 10 m • Více např zde: http://www.dsl.cz/clanky.php?clanek=567 • Oficiální stránky USB konsorcia: http://www.usb.org

More Related