Объединенные адресные и информационные выводы функционируют следующим образом. При считывании во время первого цикла задающее устройство передает адрес на шину. Во время второго цикла задающее устройство удаляет адрес, и шина переключается таким образом, чтобы подчиненное устройство могло ее использовать. Во время третьего цикла подчиненное устройство выдает запрашиваемые данные. При записи шине не нужно переключаться, поскольку задающее устройство передает в нее и адрес, и данные. Тем не менее минимальная транзакция занимает три цикла. Если подчиненное устройство не может дать ответ в течение трех циклов, то вводится режим ожидания. Допускаются пересылки блоков неограниченного размера, а также некоторые другие типы циклов шины.
Шины PCI являются синхронными, как и все шины PC, восходящие к первой модели IBM PC. Все транзакции в шине PCI осуществляются между задающим и подчиненным устройствами. Чтобы не увеличивать число выводов на плате, адресные и информационные линии объединяются. При этом достаточно 64 выводов для всей совокупности адресных и информационных сигналов, даже если PCI работает с 64-разрядными адресами и 64-разрядными данными.
По своей внутренней структуре мост делится на две части: мост памяти и мост ввода-вывода. Мост памяти соединяет процессор с памятью и графическим адаптером. Мост ввода-вывода соединяет друг с другом контроллер ATAPI, шину PCI и (при необходимости) другие высокоскоростные устройства ввода-вывода. Данные между этими двумя мостами передаются на очень большой скорости.
Рис. 3.50. Компоновка шин в современной системе Pentium 4
В этой системе центральное положение занимает мост между шинами. Он соединяет пять основных компонентов системы: процессор, память, графический адаптер, контроллер ATAPI и шину PCL В отдельных случаях он также обеспечивает работу сетевых плат Ethernet и других высокоскоростных устройств. Устройства, работающие на более низких скоростях, подключаются к шине PCL
К концу 90-х годов шина ISA была окончательно похоронена участниками рынка, и в новых системах ее поддержка уже не предусматривалась. В связи с тем, что разрешение экрана постоянно увеличивалось (достигнув величины 1600 х 1200 точек), равно как и спрос на полноэкранное видео со стандартной частотой кадров, особо актуальное в интерактивных играх, компания Intel разработала новую шину, предназначенную исключительно для обмена данными с графическим адаптером. Эта шина называется AGP (Accelerated Graphics Port - ускоренный графический порт). Ее первая версия, AGP 1.0, работала на скорости 264 Мбайт/с, и эта величина была принята за 1х. Недостаток скорости (по сравнению с PCI) компенсировался узкой специализацией на управлении графическим адаптером. Впоследствии были разработаны новые версии шины - в частности, AGP 3.0 работает на скорости 2,1 Гбайт/с (8х). Компоновку шин в современной системе на базе Pentium 4 иллюстрирует рис. 3.50.
Было бы неплохо, если бы существовал только один тип плат PCL К сожалению, это не так. Платы различаются потребляемой мощностью, разрядностью и синхронизацией. Старые компьютеры обычно используют напряжение 5 В, а новые - 3,3 В, поэтому шина PCI поддерживает то и другое. Коннекторы одни и те же (они различаются только двумя небольшими пластмассовыми вставками, не позволяющими вставить плату на 5 В в шину PCI на 3,3 В и наоборот). К счастью, существуют и универсальные платы, которые поддерживают оба напряжения и которые можно вставить в любой слот. Платы различаются не только напряжением, но и разрядностью. Существует два типа плат: 32-разрядные и 64-разрядные. 32-разрядные платы содержат 120 выводов; 64-разрядные платы содержат те же 120 выводов плюс 64 дополнительных вывода аналогично тому, как шина IBM PC была расширена до 16 бит (см. рис. 3.48). Шина PCI, поддерживающая 64-разрядные платы, может поддерживать и 32-разрядные, но обратное не верно. Наконец, шины PCI и соответствующие платы могут работать на частоте либо 33 МГц, либо 66 МГц. В обоих случаях контакты идентичны. Отличие состоит в том, что один из выводов связывается либо с источником питания, либо с землей.
Преимущество системы, изображенной на рис. 3.49, состоит в том, что шина между центральным процессором и памятью имеет высокую пропускную способность, шина PCI также обладает высокой пропускной способностью и хорошо подходит для взаимодействия с высокоскоростными периферийными устройствами (SCSI-дисками, графическими адаптерами и т. п.), и при этом еще могут использоваться старые платы ISA. На рисунке также изображена шина USB, которую мы будем обсуждать далее в этой главе.
ISA связывает шину PCI с шиной ISA, а также поддерживает один или два IDE-диска. Практически все системы Pentium 4 выпускаются с одним или несколькими свободными PCI-слотами для подключения дополнительных высокоскоростных периферийных устройств и с одним или несколькими ISA-слотами для подключения низкоскоростных периферийных устройств.
Ключевыми компонентами данной архитектуры являются мосты между шинами (эти микросхемы выпускает компания Intel - отсюда такой интерес к проекту). Мост PCI связывает центральный процессор, память и шину PCL Мост
Рис. 3.49. Архитектура типичной системы первых поколений Pentium. (Толщина линий, обозначающих шину, призвана показать ее пропускную способность. Чем толще линия, тем пропускная способность выше.)
Хотя 528 Мбайт/с - достаточно высокая скорость передачи данных, все же здесь есть некоторые проблемы. Во-первых, этого недостаточно для шины памяти. Во-вторых, шина PCI несовместима со всеми старыми платами ISA. По этой причине компания Intel решила разрабатывать компьютеры с тремя и более шинами, как показано на рис. 3.49. Здесь мы видим, что центральный процессор может обмениваться информацией с основной памятью через специальную шину памяти, а шину ISA можно связать с шиной PCI. Такая архитектура в 90-х годах удовлетворяла всем современным на тот момент требованиям и поэтому использовалась в большинстве систем.
Первая шина PCI передавала 32 бита за цикл и работала на частоте 33 МГц (время цикла - 30 не), общая пропускная способность составляла 133 Мбайт/с. В 1993 году появилась шина PCI 2.0, а в 1995 году - PCI 2.1. Шина PCI 2.2 подходит и для портативных компьютеров (где требуется экономия заряда батареи). В конце концов удалось получить шину PCI, которая работает на частоте 66 МГц, способна передавать 64 бита за цикл, а ее общая пропускная способность составляет 528 Мбайт/с. При такой производительности полноэкранное видео вполне достижимо (предполагается, что диск и другие устройства системы справляются со своей работой). Во всяком случае, шина PCI не является "узким местом" системы.
В 1990 году компания Intel разработала новую шину с гораздо более высокой пропускной способностью, чем у шины EISA. Эту шину назвали PCI (Peripheral Component Interconnect - взаимодействие периферийных компонентов). Компания Intel запатентовала шину PCI и сделала все патенты всеобщим достоянием, так что любая компания могла производить периферийные устройства для этой шины без каких-либо выплат за право пользования патентом. Компания Intel также сформировала промышленный консорциум PCI Special Interest Group, который должен был заниматься дальнейшими усовершенствованиями шины PCI. Все эти действия привели к тому, что шина PCI стала чрезвычайно популярной. Фактически в каждом компьютере Intel (начиная с Pentium), а также во многих других компьютерах есть шина PCI. Даже компания Sun выпустила версию UltraSPARC (компьютер UltraSPARC III), в которой используется шина PCI. Шина PCI подробно описана в литературе [185, 193].
Максимальная частота передачи данных шины ISA - 8,33 МГц. Она способна передавать два байта за цикл, поэтому ее максимальная пропускная способность составляет 16,7 Мбайт/с. Шина EISA может передавать 4 байта за цикл. Ее пропускная способность достигает 33,3 Мбайт/с. Ясно, что ни одна из них совершенно не соответствует тому, что требуется для полноэкранного видео.
Давайте произведем небольшие вычисления. Рассмотрим мойитор размером 1024 х 768 в условиях вывода цветного движущегося изображения (3 байта/пиксел). Одно экранное изображение содержит 2,25 Мбайт данных. Для воспроизведения плавных движений требуется 30 кадров в секунду, и, следовательно, скорость передачи данных должна быть 67,5 Мбайт/с. В действительности дело обстоит гораздо хуже, поскольку, чтобы передать изображение, данные нужно передать с жесткого диска, компакт-диска или DVD-диска через шину в память. Затем данные должны поступить в графический адаптер (тоже через шину). Таким образом, только для передачи видео пропускная способность шины должна быть 135 Мбайт/с. Однако в компьютере есть еще центральный процессор и другие устройства, которые тоже должны пользоваться шиной, поэтому пропускная способность должна быть еще выше.
В первых компьютерах IBM PC большинство приложений были текстовыми. С появлением Windows постепенно вошли в употребление графические пользовательские интерфейсы. Ни одно из этих приложений особо не нагружало шину ISA. Однако с течением времени появилось множество различных приложений, в том числе игр, для которых требовалось полноэкранное видео, и ситуация коренным образом изменилась.
Капля никотина убивает - лошадь, а чашка кофе - клавиатуру.
Компьютер окно в виртуальный мир.
Компьютер для девочек
Комментариев нет:
Отправить комментарий