Архитектура ЭВМ Дмитриев Андрей Владиславович

Лекция 4. Системная шина Варианты организации внутримашинного интерфейса. Системная шина. Основные характеристики. Шины расширений.

Классическая шинная архитектура

Общие сведения Системная шина - соединение, по которому передаются данные внутри компьютера. Основная функция - передача информации между микропроцессором и остальными компонентами компьютера. Разрядность шины (бит), определяет, сколько минимальных единиц информации может быть передано по шине за один такт.

Частота шины Частота определяет количество тактов за 1 сек. Различают режимы передачи данных: – Полудуплекс (half duplex) – передающий узел полностью занимает канал. – Дуплекс (full duplex) – передача данных может происходить одновременно в две стороны. Одновременная передача при полудуплексе называется коллизией. Передача двух сигналов при дуплексе может быть осуществлена: – По раздельным каналам – Методом вычитания сигналов

Трехшинная архитектура Возможностей одной шины недостаточно для безостановочной работы быстрых устройств.

Многошинная архитектура Различие в производительности модулей может потребовать дополнительного уровня их изоляции.

Состав шины Системная шина представляет из себя совокупность сигнальных линий, объединённых по их назначению: – Линии данных, адреса, управления Передачей информации управляет одно из подключённых устройств или специально выделенный для этого узел (арбитр шины)

Двухуровневый арбитраж Порядок устройства не определяет приоритет.

Шины расширений ISA (Industry Standard Architecture) – 8 бит. Открытость стандарта позволила завоевать популярность. Поддержка режима DMA. EISA (Extended ISA) – улучшена производительность. «Серверный» вариант. MCA (MicroChannel Architecture) - закрытый стандарт от IBM. Перестал использоваться вместе с системой IBM PS/2. VLB (VESA Local Bus) - локальная шина VLB. Использовалась для графических и дисковых адаптеров. Направленность на конкретную архитектуру ЦП (i486).

Шины расширений (cont.) PCMCI (Personal Computer Memory Card International Association) – шина для «нерасширяемых»(переносных) компьютеров (PC Card). PCI (Peripheral Component Interconnect bus ) – появилась вместе с i486. Является «локальной» шиной, к которой подсоединяются внешние шины (ISA).

Эволюция Развитие шины PCI идет по направлениям: – специализированные форм- факторы (Mini PCI, Compact PCI, CARDBUS); – Увеличение разрядности; – Увеличение тактовой частоты и применение DDR/QDR схем передачи данных. – Специализированные модификаций (AGP – Accelerated Graphics Port);

PCI-Express Последовательная системная шина общего назначения; 22 июля 2002 года опубликована базовая спецификация протокола; совокупность независимых самостоятельных последовательных каналов передачи данных; Каждый канал состоит из двух сигнальных пар. избыточное кодирование; Повышенная пропускная способность; Стандартизированы варианты до 32 каналов; предусматривает альтернативные носители сигнала; динамическое подключение устройств; распознавание и использование улучшенных протоколов обмена.

FireWire 1394 Многофункциональность: сканеры, принтеры, камеры, дисковые накопители и т.д. обеспечивает цифровую связь до 63 устройств без применения дополнительной аппаратуры (хабов). Высокая скорость обмена. Низкая цена компонентов и кабеля. Легкость установки и использования: PnP. Питание от шины.

Общие возможности шины Передача запросов на прерывание – предоставление линий для передачи прерываний. Количество и разрядность линий могут варьироваться. Доступ к памяти – отображение регистров процессора на область памяти. Адресация портов – отображение регистров на область аппаратных портов. Организация прямого доступа (Direct Memory Access) – передача управления шиной устройству на ограниченное время.

Проблема распределения ресурсов Каждое устройство резервирует за собой определенные ресурсы компьютера. Выделение этих ресурсов может быть осуществлено: – пользователем (перемычки, конфигурация) – автоматически (Plug&Play, PnP).

Правда ли что… Разрядность шины – основная ее характеристика? Все шины поддерживают Hot-plug? Частота системной шины это то же самое, что и частота ЦП?

Порты COM LPT IrDA USB Video PS/2 …

COM порт Последовательный порт порт последовательного интерфейса RS-232. Разработан в 1969 году. Ранее применялся для подключения мыши, модема и др. В настоящее время – для подключения спец. оборудования.

LPT порт Порт принтера (параллельный порт, line printer terminal) однонаправленный разъём расширения. Имеет несколько расширений стандарта.

IrDA порт Infra-red Data Association - позволяет соединяться с периферийным оборудованием без кабеля при помощи ИК-излучения (880nm). Порт IrDA позволяет устанавливать связь на коротком расстоянии до 1 метра в режиме точка- точка. Малая мощность потребления. Основан на архитектуре COM порта.

Universal Serial Bus Ориентирован на интеграцию с телефонией и устройствами бытовой электроники. Сегмент до 5 м. Легко реализуемое расширение. Дешевое решение. Высокая скорость передачи данных. Интеграция с выпускаемыми устройствами. Доступность в PC всех конфигураций. Простота кабельной системы и подключений. Самоидентификация. Горячее подключение.

Энергосбережение Важность проблемы. Аспекты аппаратной поддержки. Программная поддержка.

Стандарт ACPI Система предполагает несколько состояний: G0 - нормальное состояние G1 – ожидание G2 – готовность к включению (soft-off) G3 – механическое отключение

Стандарт OnNow По сравнению с ACPI уровень G2 подразделяется на подуровни: S1: - ожидание уровень 1 S2: -ожидание уровень 2 S3: - ожидание в памяти (sleep) S4: - ожидание во внешней памяти (hibernate)

Энергосбережение Результаты. Перспективы.

Правда ли что… Энергосбережение наиболее актуально для переносных систем Для быстрой загрузки компьютера, при завершении работы, нужно выбрать опцию Logout Операционная система осуществляет энергетический контроль

Дополнительная информация М. Гук «Архитектура ЭВМ» Э. Таненбаум «Архитектура компьютера», гл. 3. Цифровой логический уровень. Краткий обзор шин: htm

Спасибо! Дмитриев Андрей Владиславович