Независимость всех основных шин и разделение кэШа.
Дополнительные характеристики для ПЭВМ:
Память Кэш 3уровневая с различной латентностью (скоростью доступа к памяти).
Технология напыления (чем меньше толщина, тем быстрее процессы).
Материнская плата обеспечивает работу процессора и должна содержать набор микросхем.
Каждый процессор работает со своим типом памяти.
б) Виды Системных шин: ISA, VL – bus, PCI, AGP
Шина – совокупность линий связи.
Шина - это канал пересылки данных, используемый совместно различными блоками системы. Шина может представлять собой набор проводящих линий в печатной плате, провода, припаянные к выводам разъемов, в которые вставляются печатные платы, либо плоский кабель. Информация передается по шине в виде групп битов. В состав шины для каждого бита слова может быть предусмотрена отдельная линия (параллельная шина), или все биты слова могут последовательно во времени использовать одну линию (последовательная шина). К шине может быть подключено много приемных устройств - получателей. Обычно данные на шине предназначаются только для одного из них. Сочетание управляющих и адресных сигналов, определяет для кого именно. Управляющая логика возбуждает специальные стробирующие сигналы, чтобы указать получателю, когда ему следует принимать данные. Получатели и отправители могут быть однонаправленными и двунаправленными. Различают несколько типов шин.
(в конспекте они называются подшинами).
Шина данных. Служит для пересылки данных между процессором и памятью или процессором и устройствами ввода-вывода. Эти данные могут представлять собой как команды микропроцессора, так и информацию, которую он посылает в порты ввода-вывода или принимает оттуда.
Шина адресов. Используется ЦП для выбора требуемой ячейки памяти или устройства ввода-вывода путем установки на шине конкретного адреса, соответствующего одной из ячеек памяти или одного из элементов ввода-вывода, входящих в систему.
Шина управления. По ней передаются управляющие сигналы, предназначенные памяти и устройствам ввода-вывода. Эти сигналы указывают направление передачи данных (в процессор или из него).
Системная шина [bus] – система объединённых проводов для передачи информации между подключёнными к ней устройствами ЭВМ. По шине передаётся информация трёх типов: данные, адреса данных, команды.
Тактовая частота шины измеряется в МГц и определяет, сколько раз за секунду может быть передана порция данных. Размер этой порции определяется разрядностью шины, которая измеряется в битах.
Ширина шины – число битов, передаваемых за 1 такт.
Производительность шины (пропускная способность) – произведение ширины шины на частоту.
Арбитры шины – устройства, управляющие шиной.
Арбитры:
- Bus Master - управляют шиной
- Bus Slaves - выполняют команды
Socket – разъемы, позволяющие подключать различные устройства к шинам.
Каждая шина содержит КЭШ, контроллеры, адапторы.
ISA
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 с 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.
VESA Local Bus
ESA 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).
Используется для
- подключения видеокарт,
- подключения цифровых устройств.
PCI
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); 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 пространстве 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 байта); адресное пространство портов ввода-вывода — 32 бита (4 байта); конфигурационное адресное пространство (для одной функции) 256 байт; напряжение 3,3 или 5 вольт.
AGP
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. Доступ к памяти DMA (Direct Memory Access) — доступ к памяти, в этом режиме основной памятью считается встроенная видеопамять на карте, текстуры копируются туда перед использованием из системной памяти компьютера. Этот режим работы не был новым, по тому же принципу работают звуковые карты, некоторые контроллеры и т. п. DME (Direct in Memory Execute) — в этом режиме основная и видеопамять находятся как бы в общем адресном пространстве. Общее пространство эмулируется с помощью таблицы отображения адресов GART (Graphic Address Remapping Table) блоками по 4 Кб. Таким образом копировать данные из основной памяти в видеопамять уже не требуется, этот процесс называют AGP-текстурированием. Очередь запросов Передача данных из основной памяти в видеопамять карты осуществляется в два этапа, сначала передаётся 64-битный адрес, откуда данные нужно считать, затем идут сами данные. Шина AGP предусматривает два варианта передачи, первый — совместим с шиной PCI — запросы данных и адреса происходят по одному каналу; второй — в режиме SBA (Sideband Addressing), по отдельной боковой шине, таким образом, можно посылать запросы на новые данные, не дожидаясь получения предыдущих.
в) Подсистема ввода-вывода, видеосистемы – принципы работы.
Память и устройство ввода-вывода:
С точки зрения ЦП это расширение RAM, т.е. добавление новых ячеек памяти, следовательно и появление новых прерываний.
Последовательный порт – используется только 1 ячейка памяти (однонаправленные устройства: мышь, световое перо и т.п.)
Параллельный порт – использование 2 ячеек.
Порт – устройство сопряжения компьютера с внешним устройством.
Адаптер – Преобразовывает данные для обработки компьютером.
Контроллер – пересылает и обрабатывает данные с целью управления внешнего устройства.
Модуляция – кодирование идущего сигнала.
Способы передачи сигнала:
- Изменение амплитуды – амплитудная модуляция. ЭВМ цифровым устройствам передает данные вместе с тактовым импульсами.
- Частотный метод. Между тактовыми импульсами следуют положительные импульсы с различной частотой.
- Фазовая модуляция. Если между тактами пришел положительный сигнал: 1; отрицательный сигнал: 0.
Подсистема ввода-вывода:
При разработке подсистемы ввода/вывода должны быть решены следующие проблемы.
- Должна быть обеспечена возможность реализации машины с переменной конфигурацией (то есть с переменным составом оборудования). В первую очередь, пользователь должен иметь возможность легко дополнять машину новыми устройствами, изменять состав периферийных устройств в соответствии с назначением ЭВМ.
- Должна реализовываться параллельная во времени работа процессора над программой и выполнение периферийными устройствами процедур ввода/вывода.
- Для пользователя должно быть упрощено и стандартизировано программирование операций ввода/вывода, обеспечена независимость программирования ввода/вывода от особенностей того или иного периферийного устройства.
- Должны быть обеспечены автоматическое распознавание различных ситуаций, возникающих в периферийных устройствах, и реакция ядра ЭВМ на эти ситуации (будь то готовность устройства, различные нарушения его работы или отсутствие носителей).
Наиболее актуально решение этих проблем для ЭВМ с большим количеством разнообразных устройств.
Основные пути решения указанных проблем:
- Модульность. Средства современной ВТ проектируются на основе модульного (или агрегатного) принципа. Он заключается в том, что отдельные устройства выполняются в виде конструктивно законченных модулей (агрегатов), которые могут сравнительно просто в нужных количествах и номенклатуре объединяться, образуя ЭВМ.
- Унифицированные (не зависящие от типа периферийных устройств) форматы данных, которыми периферийные устройства обмениваются с ядром ЭВМ, в том числе и унифицированный формат сообщения, которое периферийное устройство посылает в ядро о своем состоянии. Преобразование в индивидуальные форматы данных осуществляют контроллеры и адаптеры.
- Унифицированный интерфейс, т.е. унифицированный по составу и назначению набор линий и шин, унифицированные схемы подключения, сигналы и алгоритмы (протоколы) управления обменом информацией между ПУ и ядром ЭВМ.
- Унифицированные (не зависящие от типа ПУ) формат и выбор команд процессора для операций ввода-вывода. Операция ввода-вывода с любым ПУ представляет для процессора просто операцию передачи данных независимо от особенностей принципа действия данного ПУ, типа его носителя и т.п..
Многие функции управления операциями ввода-вывода (как например управление прямым доступом к памяти) являются общими, они не зависят от типа ПУ. Другие являются специфичными для данного типа устройств. Выполнение общих функций возлагают на общие для групп ПУ унифицированные устройства - контроллеры прямого доступа к памяти, процессоры (каналы) ввода-вывода, а специфических -- на специализированные для данного типа ПУ электронные блоки управления (адаптеры).
Использование множества периферийных устройств ПУ с относительно небольшим быстродействием приводит к тому, что основное время работы процессора занято обработкой операций ввода-вывода и ожиданием готовности внешних устройств к обмену. Это существенно снижает быстродействие ЭВМ. Эффективность работы ЭВМ можно повысить путем разделения функций управления центральным процессором и периферийными устройствами.