Front Side Bus (FSB, системная шина) — шина, обеспечивающая соединение между x86- и x64-совместимым центральным процессором и внутренними устройствами.
Как правило, современный персональный компьютер на базе x86- и x64-совместимого микропроцессора устроен следующим образом: микропроцессор через FSB подключается к системному контроллеру, который обычно называют «северным мостом», (англ. Northbridge). Системный контроллер имеет в своём составе контроллер ОЗУ (в некоторых современных персональных компьютерах контроллер ОЗУ встроен в микропроцессор), а также контроллеры шин, к которым подключаются периферийные устройства. Получил распространение подход, при котором к северному мосту подключаются наиболее производительные периферийные устройства, например, видеокарты с шиной PCI Express 16x, а менее производительные устройства (микросхема BIOS’а, устройства с шиной PCI) подключаются к т. н. «южному мосту» (англ. Southbridge), который соединяется с северным мостом специальной шиной. Набор из «южного» и «северного» мостов называют набором системной логики, но чаще применяется калька с английского языка «чипсет» (англ. chipset).
Таким образом, FSB работает в качестве магистрального канала между процессором и чипсетом.
Некоторые компьютеры имеют внешнюю кэш-память, подключенную через «заднюю» шину (англ. back side bus), которая быстрее, чем FSB, но работает только со специфичными устройствами.
Каждая из вторичных шин работает на своей частоте (которая может быть как выше, так и ниже частоты FSB). Иногда частота вторичной шины является производной от частоты FSB, иногда задаётся независимо.
Частоты, на которых работают центральный процессор и FSB, имеют общую опорную частоту, и в конечном счете определяются, исходя из их коэффициентов умножения (частота устройства = опорная частота * коэффициент умножения).
Современные процессоры имеют встроенный контроллер памяти, поэтому в них очень слабая зависимость производительности процессора от FSB.
Существуют системы, преимущественно старые, где FSB и периферийные шины ISA, PCI, AGP имеют общую опорную частоту, и попытка изменения частоты FSB не посредством её коэффициента умножения, а посредством изменения опорной частоты приведет к изменению частот периферийных шин, и даже внешних интерфейсов, таких, как Parallel ATA. На других системах, преимущественно новых, частоты периферийных шин не зависят от частоты FSB.
В системах с высокой интеграцией контроллеры памяти и периферийных шин могут быть встроены в процессор, и сама FSB в таких процессорах отсутствует принципиально. К таким системам можно отнести персональную платформу Intel LGA1156.
Direct Media Interface, сокр. DMI — последовательная шина, разработанная фирмой Intel для соединения южного моста (ICH) материнской платы c северным (MCH или GMCH). Впервые DMI использована в чипсетах семейства Intel 915 с южным мостом ICH6 в 2004 году. Серверные чипсеты используют похожий интерфейс, называемый Enterprise Southbridge Interface (ESI). Позже интерфейс DMI получил 2 обновления.
DMI 3.0 был представлен в августе 2015. В третьем поколении скорость обменов была увеличена до 8 GT/s (гигатранзакций в секунду) на каждой линии. Интерфейс с 4 линиями позволяет передавать данные со скоростью до 3,93 ГБ/с между процессором и PCH. Используется в процессорах с микроархитектурой Skylake (варианты с 2 чипами) и чипсетах Intel серии 100, например Z170
HyperTransport (ранее известная как Lightning Data Transport (LDT)) —
двунаправленная последовательно-параллельная компьютерная шина с высокой пропускной способностью и малыми задержками. Для разработки и продвижения данной шины был образован консорциум HyperTransport Technology.
HyperTransport работает на частотах от 200 МГц до 3,2 ГГц (у шины PCI — 33 и 66 МГц). Кроме того, она использует DDR, что означает, что данные посылаются как по фронту, так и по срезу сигнала синхронизации, что позволяет осуществлять до 5200 миллионов посылок в секунду при частоте сигнала синхронизации 2,6 ГГц; частота сигнала синхронизации настраивается автоматически.
HyperTransport поддерживает автоматическое определение ширины шины от 2 до 32 бит. Полноразмерная полноскоростная 32-битная шина в двунаправленном режиме способна обеспечить пропускную способность до 51 600 Мбайт/с = 2 (DDR) × 2 × 32/8 (байт) × 3200 (МГц) (максимум в одном направлении — 25 600 Мбайт/с), являясь, таким образом, самой быстрой шиной среди себе подобных. Шина может быть использована как в подсистемах с высокими требованиями к пропускной способности (оперативная память и ЦПУ), так и в подсистемах с низкими требованиями (периферийные устройства). Данная технология также способна обеспечить низкие задержки для других применений в других подсистемах.
Шина HyperTransport основана на передаче пакетов. Каждый пакет состоит из 32- разрядных слов, вне зависимости от физической ширины шины (количества информационных линий). Первое слово в пакете — всегда управляющее слово. Если пакет содержит адрес, то последние 8 бит управляющего слова сцеплены со следующим 32-битным словом, в результате образуя 40-битный адрес. Шина поддерживает 64-разрядную адресацию — в этом случае пакет начинается со специального 32-разрядного управляющего слова, указывающего на 64-разрядную адресацию, и содержащего разряды адреса с 40 по 63 (разряды адреса нумеруются начиная с 0). Остальные 32-битные слова пакета содержат непосредственно передаваемые данные. Данные всегда передаются 32-битными словами, вне зависимости от их реальной длины (например, в ответ на запрос на чтение одного байта по шине будет передан пакет, содержащий 32 бита данных и флагом-признаком того, что значимыми из этих 32 бит являются только 8).
Пакеты HyperTransport передаются по шине последовательно. Увеличение пропускной способности влечёт за собой увеличение ширины шины. HyperTransport может использоваться для передачи служебных сообщений системы, для передачи прерываний, для конфигурирования устройств, подключённых к шине, и для передачи данных.
Операция записи на шине бывает двух видов — posted и non-posted. Posted-операция записи заключается в передаче единственного пакета, содержащего адрес, по которому необходимо произвести запись, и данные. Эта операция обычно используется для обмена данными с высокоскоростными устройствами, например, для DMA-передачи. Non-posted операция записи состоит из посылки двух пакетов: устройство, инициирующее операцию записи, посылает устройству-адресату пакет, содержащий адрес и данные. Устройство-адресат, получив такой пакет, проводит операцию записи и отсылает устройству-инициатору пакет, содержащий информацию о том, успешно ли произведена запись. Таким образом, posted-запись позволяет получить максимальную скорость передачи данных (нет затрат на пересылку пакета-подтверждения), а non-posted-запись позволяет обеспечить надёжную передачу данных (приход пакета-подтверждения гарантирует, что данные дошли до адресата).
Шина HyperTransport поддерживает технологии энергосбережения, а именно ACPI. Это значит, что при изменении состояния процессора (C-state) на энергосберегающее изменяется также и состояние устройств (D-state). Например, при отключении процессора жёсткие диски также отключаются.
Электрический интерфейс HyperTransport/LDT — низковольтные дифференциальные сигналы с напряжением 1,2 В.
Intel QuickPath Interconnect или просто QuickPath, сокр. QPI (ранее Common System Interface, CSI) — последовательная кэш-когерентная шина типа точка-точка для соединения между процессорами и чипсетом, разработанная фирмой Intel. QPI создавалась в ответ на разработанную ранее консорциумом во главе с фирмой AMD шину HyperTransport.
Шина QuickPath была создана для замены применявшейся ранее шины Front Side Bus, которая осуществляла связь между центральным процессором и северным мостом материнской платы. По состоянию на начало 2010 года, внешний интерфейс QuickPath используется только в сериях процессоров Xeon и Core i7 с ядром Nehalem для разъема LGA 1366, а также будет использоваться в следующем поколении Itanium (ядро Tukwila). При этом чипсеты для разъёма LGA 1366 используют шину DMI для связи между северным и южным мостом. Процессоры для разъёма LGA 1156 не имеют внешнего интерфейса QuickPath, поскольку чипсеты для данного разъёма поддерживают только однопроцессорную конфигурацию, а функциональность северного моста встроена в сам процессор (и, следовательно, для связи процессора с аналогом южного моста используется шина DMI). Однако внутри процессора LGA 1156 связь между ядрами и встроенным контроллером PCIe осуществляется через встроенную шину QuickPath
Каждое соединение шины QuickPath состоит из пары односторонних каналов, каждый из которых физически реализован как 20 дифференциальных пар проводов. Данные передаются в виде пакетов (дейтаграмм). Пропускная способность одного канала составляет от 4,8 до 6,4 GT/s (гигатранзакций в секунду). Одна передача содержит 16 бит полезной нагрузки, следовательно, теоретическая суммарная пропускная способность одного соединения (в двух направлениях) — от 19,2 до 25,6 гигабайт в секунду (то есть от 9,6 до 12,8 гигабайт/с в каждую сторону); при этом один процессор может иметь несколько соединений.
MultiDrop шина (MDB) является компьютерной шиной, в которой все компоненты подсоединены в одной электрической цепи. Процесс арбитража определяет, какое устройство посылает информацию в любой точке. Другие устройства прослушивания данные по шине, которые им необходимо получить.
MultiDrop шина используется в торговых автоматах, контроллеры обмениваться данными с компонентами торгового автомата, таких как приемники денежных средств.
Современные внутренние шины – смена приоритетов!
Всё течёт, всё меняется. В сфере компьютерных технологий эта фраза никогда не потеряет актуальности, равно как и девиз «Быстрее! Выше! Сильнее!». И действительно, последние несколько лет можно назвать «временами перемен» компьютерной индустрии. В полной мере это коснулось и такой специфичной области, как шины передачи данных.
Среди наиболее динамично развивающихся областей компьютерной техники стоит отметить сферу технологий передачи данных: в отличие от сферы вычислений, где наблюдается продолжительное и устойчивое развитие параллельных архитектур, в «шинной» 1 сфере, как среди внутренних, так и среди периферийных шин, наблюдается тенденция перехода от синхронных параллельных шин к высокочастотным последовательным. (Заметьте, «последовательные» – не обязательно значит «однобитные», здесь возможны и 2, и 8, и 32 бит ширины при сохранении присущей последовательным шинам пакетной передачи данных, то есть в пакете импульсов данные, адрес, CRC и другая служебная информация разделены на логическом уровне 2 ).
1 Компьютерная шина (магистраль передачи данных между отдельными функциональными блоками компьютера) – совокупность сигнальных линий, объединённых по их назначению (данные, адреса, управление), которые имеют определённые электрические характеристики и протоколы передачи информации. Шины отличаются разрядностью, способом передачи сигнала (последовательные или параллельные), пропускной способностью, количеством и типами поддерживаемых устройств, протоколом работы, назначением (внутренняя, интерфейсная).
Шины могут быть синхронными (осуществляющими передачу данных только по тактовым импульсам) и асинхронными (осуществляющими передачу данных в произвольные моменты времени), а также могут использовать мультиплексирование (передачу адреса и данных по одним и тем же линиям) и различные схемы арбитража (то есть способа совместного использования шины несколькими устройствами).
2 Основным отличием параллельных шин от последовательных является сам способ передачи данных. В параллельных шинах понятие «ширина шины» соответствует её разрядности – количеству сигнальных линий, или, другими словами, количеству одновременно передаваемых («выставляемых на шину») битов информации. Сигналом для старта и завершения цикла приёма/передачи данных служит внешний синхросигнал. В последовательных же каналах передачи используется одна сигнальная линия (возможно использование двух отдельных каналов для разделения потоков приёма-передачи). Соответственно, информационные биты здесь передаются последовательно. Данные для передачи через последовательную шину облекаются в пакеты (пакет – единица информации, передаваемая как целое между двумя устройствами), в которые, помимо собственно полезных данных, включается некоторое количество служебной информации: старт-биты, заголовки пакетов, синхросигналы, биты чётности или контрольные суммы, стоп-биты и т. п. Но в свете последних достижений в «железной» сфере компьютерной индустрии малое количество сигнальных линий и логически более сложный механизм передачи данных последовательных шин оборачиваются для них существенным преимуществом – возможностью практически безболезненного наращивания рабочих частот в таких пределах, каких никогда не достичь громоздким параллельным шинам с их высокочастотными проблемами ожидания доставки каждого бита к месту назначения. Проблема в том, что каждая линия такой шины имеет свою длину, свою паразитную ёмкость и индуктивность и, соответственно, своё время прохождения сигнала от источника к приёмнику, который вынужден выжидать дополнительное время для гарантии получения данных по всем линиям. Так, к примеру, каждый байт, передаваемый через линк шины PCIExpress, для увеличения помехозащищённости «раздувается» до 10 бит, что, однако, не мешает шине передавать до 0,25 ГБ за секунду по одной паре проводов. Да, ширина последовательной шины на самом деле является количеством одновременно задействованных отдельных последовательных каналов передачи.
Все эти нововведения и смена приоритетов преследуют в конечном итоге одну цель – повышение суммарного быстродействия системы, ибо не все существующие архитектурные решения способны эффективно масштабироваться. Несоответствие пропускной способности шин потребностям обслуживаемых ими устройств приводит к эффекту «бутылочного горлышка» и препятствует росту быстродействия даже при дальнейшем увеличении производительности вычислительных компонентов – процессора, оперативной памяти, видеосистемы и так далее.
Процессорная шина
Любой процессор архитектуры x86CPU обязательно оснащён процессорной шиной. Эта шина служит каналом связи между процессором и всеми остальными устройствами в компьютере: памятью, видеокартой, жёстким диском и так далее. Так, классическая схема организации внешнего интерфейса процессора (используемая, к примеру, компанией Intel в своих процессорах архитектуры х86) предполагает, что параллельная мультиплексированная процессорная шина, которую принято называть FSB (Front Side Bus), соединяет процессор (иногда два процессора или даже больше) и контроллер, обеспечивающий доступ к оперативной памяти и внешним устройствам. Этот контроллер обычно называют северным мостом , он входит в состав набора системной логики ( чипсета ).
Используемая Intel в настоящее время эволюция FSB – QPB , или Quad-Pumped Bus, способна передавать четыре блока данных за такт и два адреса за такт! То есть за каждый такт синхронизации шины по ней может быть передана команда либо четыре порции данных (напомним, что шина FSB–QPB имеет ширину 64 бит, то есть за такт может быть передано до 4х64=256 бит, или 32 байт данных). Итого, скажем, для частоты FSB, равной 200 МГц, эффективная частота передачи адреса для выборки данных будет эквивалентна 400 МГц (2х200 МГц), а самих данных – 800 МГц (4х200 МГц) 3 .
3 Кстати, именно результирующей «учетверённой» частотой передачи данных (как и в случае с «удвоенной» передачей DDR-шины, где данные передаются дважды за такт) хвастаются производители и продавцы, умалчивая тот факт, что для многочисленных мелких запросов, где данные в большинстве своём умещаются в одну 64-байтную порцию (и, соответственно, не используются возможности DDR или QDR/QPB), на чтение/запись важнее именно частота тактирования.
В архитектуре же AMD64 (и её микроархитектуре K8), используемой компанией AMD в своих процессорах линеек Athlon 64/Sempron/Opteron, применён революционно новый подход к организации интерфейса центрального процессора – здесь имеет место наличие в самом процессоре нескольких отдельных шин. Одна (или две – в случае двухканального контроллера памяти) шина служит для непосредственной связи процессора с памятью, а вместо процессорной шины FSB и для сообщения с другими процессорами используются высокоскоростные шины HyperTransport. Преимуществом данной схемы является уменьшение задержек (латентности) при обращении процессора к оперативной памяти, ведь из пути следования данных по маршруту «процессор – ОЗУ» (и обратно) исключаются такие весьма загруженные элементы, как интерфейсная шина и контроллер северного моста.
Различия реализации классической архитектуры и АМD-K8
Различия реализации классической архитектуры и АМD-K8
Ещё одним довольно заметным отличием архитектуры К8 является отказ от асинхронности, то есть обеспечение синхронной работы процессорного ядра, ОЗУ и шины HyperTransport, частоты которых привязаны к «шине» тактового генератора (НТТ), которая в этом случае является опорной. Таким образом, для процессора архитектуры К8 частоты ядра и шины HyperTransport задаются множителями по отношению к НТТ, а частота шины памяти выставляется делителем от частоты ядра процессора 4
4 Пример: для системы на базе процессора Athlon 64-3000+ (1,8 ГГц) с установленной памятью DDR-333 стандартная частота ядра (1,8 ГГц) достигается умножением на 9 частоты НТТ, равной 200 МГц, стандартная частота шины HyperTransport (1 ГГц) – умножением НТТ на 5, а частота шины памяти (166 МГц) – делением частоты ядра на 11.
В классической же схеме с шиной FSB и контроллером памяти, вынесенным в северный мост, возможна (и используется) асинхронность шин FSB и ОЗУ, а опорной частотой для процессора выступает частота тактирования 5 (а не передачи данных) шины FSB, частота же тактирования шины памяти может задаваться отдельно. Из наиболее свежих чипсетов возможностью раздельного задания частот FSB и памяти обладает NVIDIA nForce 680i SLI, что делает его отличным выбором для тонкой настройки системы (разгона).
Шина гипертранспорт принцип работы характеристики область применения
HyperTransport — двунаправленная системная шина. Принцип работы и скорость.
Hyper Transport Bus (системная шина) – высокоскоростная, двунаправленная системная шина по принципу точка-точка, разработанная для соединения низко скоростных системных шин, компонентов компьютеров, серверов, сетевых центров и телекоммуникационного оборудования, предоставляя до 48 x прирост скорости.
Помогает сократить количество шин в системе и используется чаще всего в ПК, для соединения с контроллёром и оперативной памятью, позволяя им работать быстрее в одной среде и с меньшими задержками ввода-вывода. Очень часто шина используется и для соединения ядер процессора между собой.
При разработке, основными критериями были:
o Скорость передачи данных должна быть выше, чем у конкурентов.
o Низкие задержки ввода-вывода и малое количество контактов.
o Совместимость с самыми распространёнными шинами входящими в SNA .
o Без проблемное распознавание операционными системами.
Разработкой и лицензированием технологии занимается специально созданный для этого консорциум — HyperTransport Technology Consortium .
Используется в продуктах компаний AMD , Transmeta ( X 86); VIA , NVidia , SiS , Apple , HP (лицензия для производства системной логики); Broadcom , Raza — Microelectronics ( MIPS — архитектура процессоров); HP , SUN , DELL , IBM (для серверов); компания Cisco к примеру, использует данную шину в маршрутизаторах.
Основное применение шина HyperTransport нашла в качестве процессорной шины. Являясь гибко масштабируемой и совместимой со всем распространёнными периферийными шинами, стала основной для платформ с процессорами производства AMD . Даже конкурирующая с AMD компания Intel , в своё время купила права на использование HyperTransport , так как некоторые технологии передачи в их собственных шинах могли идти вразрез с патентами конкурента.
Описание принципа работы:
Шина является последовательной. Скорость передачи зависит от двух параметров – ширины шины и частоты её функционирования. Шина, кроме передачи самих данных, может использоваться для передачи прерывания, служебных, системных и конфигурационных сообщений.
Шина может работать в двух режимах: Posted и Non — Posted . Первый обычно используется в настольных потребительских системах (для DMA -передачи к примеру) и обеспечивает максимальную скорость передачи данных. Posted операция записи просто посылает пакет с данными на определённый адрес, данные записываются и на этом всё. Non — Posted подразумевает передачу данных на определённый адрес, а после успешной записи в обратном направлении отправляется пакет с подтверждением успешной записи. Данный тип записи работает значительно медленней, но исключает возникновение ошибок передачи. Потому он используется преимущественно в серверных, научных, высокоточных машинах.
Шина поддерживает энерго-сберерегающие режимы, предусмотренные в ACPI . А именно – C / D — state .
Версии шины и скорость работы :
Реферат: «Технология Hyper Transport»
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ
Запорожский национальный технический университет
«Технология Hyper Transport»
1. История развития и возникновения.
2. Обзор, характеристики, принцип работы.
4. Применение и реализации.
1. История развития и возникновения
Этот стандарт продвигается на рынок HyperTransport Technology Consortium, который в настоящий момент насчитывает около 150 участников, больших и малых фирм, занимающихся разработкой программного и аппаратного обеспечения. Консорциум был организован в 1997 году с целью развития архитектуры системной шины компьютера. Большое число фирм объявили о своем участии в проекте после того, как один из участников консорциума, NVIDIA, заявил о поддержке HyperTransport в своем чипcете nForce. Наиболее яркие представители являются известными сторонниками открытой архитектуры.
Кроме выпуска первых десктопных 64 битных процессоров, чем АМД конечно годится,( причем гордится настолько, что решила отказаться от магических циферок 64 в названии процессора -мол если написано Athlon, то и так ясно, что процессор 64 битный) у компании есть еще один мощный предмет для гордости.
Шина HyperTransport (HT), ранее известная как Lightning Data Transport (LDT), — это двунаправленная последовательно/параллельная компьютерная шина, с высокой пропускной способностью и малыми задержками.
Исторически HyperTransport разрабатывался AMD в качестве процессорной шины нового поколения специально для чипов с интегрированным контроллером памяти (архитектура AMD64). В многопроцессорных системах на основе AMD Opteron подсистема памяти “размазана” по всем процессорам — у каждого есть своя локальная память, подключенная через интегрированный контроллер, и каждый может обращаться к памяти любого другого процессора. Локальная память “быстрая”, а память соседа — “медленная”, причем чем “дальше” расположен сосед, тем медленнее память. Медлительность является следствием того, что для обращения к соседу требуется проделать целый ряд операций — переслать по межпроцессорной шине запрос, дождаться его выполнения контроллером памяти адресата, вернуть данные по шине обратно. Очевидно, что чем быстрее при этом шина, тем более “однородна” память.
Исходя из этих соображений и проектировалась новая шина, призванная обеспечить пропускную способность не меньшую, чем у оперативной памяти, и минимальные задержки на передачу данных и сообщений. Получилось действительно неплохо, что даже дало AMD повод назвать свою архитектуру не NUMA, а SUMA — Slightly Uniform Memory Architecture, то есть “почти однородная” архитектура памяти.(напомню NUMA -неоднородный доступ к памяти).
Но разработчики не стали делать типичную быструю узкоспециализированную процессорную (системную) шину. Напротив, в соответствии с веяниями времени они соорудили очень быструю последовательную шину данных и предусмотрели возможности для ее “переноса” в более простые и медленные варианты с уменьшенными частотами и разрядностью (в отличие от PCI Express, которая масштабируется “вверх” — от x1 к х16 и x32).
Поэтому HT (минимальная ширина которой — 2 бита) с полным правом может называться последовательной шиной — любые данные, передаваемые по ней, упаковываются в пакеты стандартного вида. Правда, требования скорости наложили на протокол передачи данных сильнейшие ограничения — столь изящной “layered architecture”, как у Intel, мы здесь не увидим, да и влияние физической реализации линков HT на общую архитектуру шины очень заметно.
2. Обзор, характеристики, принцип работы
HyperTransport работает на частотах от 200 МГц до 2,6 ГГц (сравните с шиной PCI и её 33 или 66 МГц). Кроме того, она использует DDR, что означает, что данные посылаются как по переднему, так и по заднему фронтам сигнала синхронизации, что позволяет осуществлять до 5200 миллионов посылок в секунду при частоте сигнала синхронизации 2,6 ГГц; частота сигнала синхронизации настраивается автоматически.
HyperTransport поддерживает автоматическое определение ширины шины, от 2-х битных линий до 32-х битных линий. Полноразмерная, полноскоростная, 32-х битная шина в двунаправленном режиме способна обеспечить пропускную способность до 41600 МБ/с (2[ddr]*2*(32/8)*2600) (20800 МБ/с — max в одном направлении), являясь, таким образом, самой быстрой шиной среди себе подобных.
Шина HyperTransport основана на передаче пакетов. Каждый пакет состоит из 32 разрядных слов, вне зависимости от физической ширины шины (количества информационных линий). Первое слово в пакете — всегда управляющее слово. Если пакет содержит адрес, то последние 8 бит управляющего слова сцеплены со следующим 32-битным словом, в результате образуя 40 битный адрес. Шина поддерживает 64 разрядную адресацию — в этом случае пакет начинается со специального 32 разрядного управляющего слова, указывающего на 64 разрядную адресацию, и содержащего разряды адреса с 40 по 63 (разряды адреса нумеруются начиная с 0). Остальные 32-х битные слова пакета содержат непосредственно передаваемые данные. Данные всегда передаются 32-х битными словами, вне зависимости от их реальной длины (например, в ответ на запрос на чтение одного байта по шине будет передан пакет, содержащий 32 бита данных и флагом-признаком того, что значимыми из этих 32 бит являются только 8).
Пакеты HyperTransport передаются по шине последовательно. Увеличение пропускной способности влечёт за собой увеличение ширины шины.
Операция записи на шине бывает двух видов — posted и non-posted . Posted-операция записи заключается в передаче единственного пакета, содержащего адрес, по которому необходимо произвести запись, и данные. Эта операция обычно используется для обмена данными с высокоскоростными устройствами, например, для DMA передачи. Non-posted операция записи состоит из посылки двух пакетов: устройство, инициирующее операцию записи посылает устройству-адресату пакет, содержащий адрес и данные. Устройство-адресат, получив такой пакет, проводит операцию записи и отсылает устройству-инициатору пакет, содержащий информацию о том, успешно ли произведена запись.
Электрический интерфейс HyperTransport/LDT — низковольтные дифференциальные сигналы (Low Voltage Differential Signaling (LVDS)), с напряжением 2,5 В.
Давайте попробуем выделить основные приемущества:
1). HyperTransport, ранее носившая название, позиционируется как дополнение к технологии InfiniBand на рынок телекоммуникационных и встроенных систем, что налагает свои требования на спецификацию, реализующую преимущества обоих направлений. По заявлению руководства HTTC, технология может быть с одинаковым успехом использована как в серверных системах, так и в настольных и мобильных устройствах. Результатом этого станет некоторое изменение в архитектуре компьютера: связь между контроллерами периферийных устройств будет обеспечивать шина HyperTransport.
2). Технология позволяет производителям аппаратного обеспечения изменять количество сигнальных линий, что влечет за собой изменение количества выводов на плате, если этого требует реализация, а также изменение потребляемой мощности, так как лишние выводы требуют дополнительного питания. Этот факт может повлиять на широкое распространение технологии в мобильных системах. Кроме того, HyperTransport— это peer-to-peer шина, позволяющая обмениваться информацией между периферийными устройствами без задействования процессора и памяти. Протокол использует пакетированную передачу данных; за передачу данных между устройствами отвечает контроллер шины. Подключение контроллера в двухпроцессорной системе показано на рисунке:
3). Возможность передачи асимметричных потоков данных от(к) периферийных(м) устройств(ам). Симметричная, то есть одинаковая в обоих направлениях, пропускная способность не всегда нужна в компьютере. Примером могут служить системы, преимущественно отображающие графическую информацию, или системы, активно посылающие запросы в сеть для получения больших объемов информации.
4). Шина HyperTransport поддерживает технологии энергосбережения, а именно ACPI. Это значит, что при изменении состояния процессора (C-state) на энергосберегающее, изменяется также и состояние устройств (D-state). Например, при отключении процессора НЖМД также отключаются.
5). Высокая скорость работы (до 12.8 ГБ/с).
1) Замена шины процессора
Шина HyperTransport нашла широкое применение, в основном, в качестве замены шины процессора. Для примера, к процессору Pentium нельзя напрямую подключать устройства с шиной PCI, так как этот процессор использует свою специализированную шину (которая может быть различной у разных поколений процессоров). Для подключения дополнительных устройств (например с шиной PCI) в таких системах необходимы дополнительные устройства для сопряжения шины процессора с шиной периферийных устройств (мосты). Данные адаптеры обычно включают в специализированные наборы системной логики, называемые северный мост и южный мост.
Процессоры разных производителей могут использовать разные шины, а значит для них нужны разные мосты для соединения шины процессора с периферийными шинами. Компьютеры, использующие шину HyperTransport более универсальны и просты, а также более производительны. Однажды разработанный мост PCI-HyperTransport позволяет взаимодействовать любому процессору, поддерживающиму шину HyperTransport и любому устройству шины PCI. Для примера, NVIDIA nForce чипсет использует шину HyperTransport для соединения между северным и южным мостами.
2) Межпроцессорная шина
Другое применение HyperTransport — шина NUMA многопроцессорных компьютеров. AMD использует HyperTransport как часть проприетарной архитектуры Direct Connect Architecture в своей линейке процессоров Opteron и Athlon 64. Технология HORUS interconnect компании Newisys расширяет концепцию до уровня кластерных систем.
3) Применение в маршрутизаторах и коммутаторах
HyperTransport так же может быть использована в маршрутизаторах и коммутаторах. Коммутаторы и маршрутизаторы могут иметь множество портов, данные между которыми должны перенаправляться как можно быстрее. Например, 4-х портовый 100 Мбит/с Ethernet коммутатор нуждается во внутренней шине с пропускной способностью не менее 800 Мбит/с (100 Мбит/с * 4 порта * 2 направления). Пропускная способность шины HyperTransport значительно превосходит 800 Мбит/с, что позволяет применить её для построения такого коммутатора.
4) HTX и сопроцессорные соединения
Возможность простой интеграции с материнской платой. Современное поколение ПЛИС от основных производителей (Altera и Xilinx) могут получить прямую поддержку интерфейса HyperTransport уже в ближайшее время.
Основные шины компьютера
Компьютер состоит из множества различных компонентов, это центральный процессор, память, жесткий диск, а также огромное количество дополнительных и внешних устройств, таких как экран, мышка клавиатура, подключаемые флешки и так далее. Всем этим должен управлять процессор, передавать и получать данные, отправлять сигналы, изменять состояние.
Для реализации этого взаимодействия все устройства компьютера связаны между собой и с процессором через шины. Шина — это общий путь, по которому информация передается от одного компонента к другому. В этой статье мы рассмотрим основные шины компьютера, их типы, а также для соединения каких устройств они используются и зачем это нужно.
Что такое шина компьютера
Как я уже сказал — шина — это устройство, которое позволяет связать между собой несколько компонентов компьютера. Но к одной шине могут быть подключены несколько устройств и у каждой шины есть свой набор слотов для подключения кабелей или карт.
Фактически, шина — это набор электрических проводов, собранных в пучок, среди них есть провода питания, а также сигнальные провода для передачи данных. Шины также могут быть сделаны не в виде внешних проводов, а вмонтированы в схему материнской платы.
По способу передачи данных шины делятся на последовательные и параллельные. Последовательные шины передают данные по одному проводнику, один бит за один раз, в параллельных шинах передача данных разделена между несколькими проводниками и поэтому можно передать большее количество данных.
Виды системных шин
Все шины компьютера можно разделить за их предназначением на несколько типов. Вот они:
- Шины данных — все шины, которые используются для передачи данных между процессором компьютера и периферией. Для передачи могут использоваться как последовательный, так и параллельный методы, можно передавать от одного до восьми бит за один раз. По размеру данных, которые можно передать за один раз такие шины делятся на 8, 16, 32 и даже 64 битные;
- Адресные шины — связаны с определенными участками процессора и позволяют записывать и читать данные из оперативной памяти;
- Шины питания — эти шины питают электричеством различные, подключенные к ним устройства;
- Шина таймера — эта шина передает системный тактовый сигнал для синхронизации периферийных устройств, подключенных к компьютеру;
- Шина расширений — позволяет подключать дополнительные компоненты, такие как звуковые или ТВ карты;
В то же время, все шины можно разделить на два типа. Это системные шины или внутренние шины компьютера, с помощью которых процессор соединяется с основными компонентами компьютера на материнской плате, такими как память. Второй вид — это шины ввода/вывода, которые предназначены для подключения различных периферийных устройств. Эти шины подключаются к системной шине через мост, который реализован в виде микросхем процессора.
Также к шинам ввода/вывода подключается шина расширений. Именно к этим шинам подключаются такие компоненты компьютера, как сетевая карта, видеокарта, звуковая карта, жесткий диск и другие и их мы более подробно рассмотрим в этой статье.
Вот наиболее распространенные типы шин в компьютере для расширений:
- ISA — Industry Standard Architecture;
- EISA — Extended Industry Standard Architecture;
- MCA — Micro Channel Architecture;
- VESA — Video Electronics Standards Association;
- PCI — Peripheral Component Interconnect;
- PCI-E — Peripheral Component Interconnect Express;
- PCMCIA — Personal Computer Memory Card Industry Association (также известна как PC bus);
- AGP — Accelerated Graphics Port;
- SCSI — Small Computer Systems Interface.
А теперь давайте более подробно разберем все эти шины персональных компьютеров.
Шина ISA
Раньше это был наиболее распространенный тип шины расширения. Он был разработан компанией IBM для использования в компьютере IBM PC-XT. Эта шина имела разрядность 8 бит. Это значит что можно было передавать 8 бит или один байт за один раз. Шина работала с тактовой частотой 4,77 МГц.
Для процессора 80286 на базе IBM PC-AT была сделана модификация конструкции шины, и теперь она могла передавать 16 бит данных за раз. Иногда 16 битную версию шины ISA называют AT.
Из других усовершенствований этой шины можно отметить использование 24 адресных линий, что позволяло адресовать 16 мегабайт памяти. Эта шина имела обратную совместимость с 8 битным вариантом, поэтому здесь можно было использовать все старые карты. Первая версия шины работала на частоте процессора — 4,77 МГц, во второй реализации частота была увеличена до 8 МГц.
Шина MCA
Компания IBM разработала эту шину в качестве замены для ISA, для компьютера PS/2, который вышел в 1987 году. Шина получила еще больше усовершенствований по сравнению с ISA. Например, была увеличена частота до 10 МГц, а это привело к увеличению скорости, а также шина могла передавать 16 или 32 бит данных за раз.
Также была добавлена технология Bus Mastering. На плате каждого расширения помещался мини-процессор, эти процессоры контролировали большую часть процессов передачи данных освобождая ресурсы основного процессора.
Одним из преимуществ этой шины было то, что подключаемые устройства имели свое программное обеспечение, а это значит что требовалось минимальное вмешательство пользователя для настройки. Шина MCA уже не поддерживала карты ISA и IBM решила брать деньги от других производителей за использование этой технологии, это сделало ее непопулярной с сейчас она нигде не используется.
Шина EISA
Эта шина была разработана группой производителей в качестве альтернативы для MCA. Шина была приспособлена для передачи данных по 32 битному каналу с возможностью доступа к 4 Гб памяти. Подобно MCA для каждой карты использовался микропроцессор, и была возможность установить драйвера с помощью диска. Но шина все еще работала на частоте 8 МГц для поддержки карт ISA.
Слоты EISA в два раза глубже чем ISA, если вставляется карта ISA, то она использует только верхний ряд разъемов, а EISA использует все разъемы. Карты EISA были дорогими и использовались обычно на серверах.
Шина VESA
Шина VESA была разработана для стандартизации способов передачи видеосигнала и решить проблему попыток каждого производителя придумать свою шину.
Шина VESA имеет 32 битный канал передачи данных и может работать на частоте 25 и 33 МГц. Она работала на той же тактовой частоте, что и центральный процессор. Но это стало проблемой, частота процессора увеличивается и должна была расти скорость видеокарт, а чем быстрее периферийные устройства, тем они дороже. Из-за этой проблемы шина VESA со временем была заменена на PCI.
Слоты VESA имели дополнительные наборы разъемов, а поэтому сами карты были крупными. Тем не менее сохранялась совместимость с ISA.
Шина PCI
Peripheral Component Interconnect (PCI) — это самая новая разработка в области шин расширений. Она является текущем стандартом для карт расширений персональных компьютеров. Intel разработала эту технологию в 1993 году для процессора Pentium. С помощью этой шины соединяется процессор с памятью и другими периферийными устройствами.
PCI поддерживает передачу 32 и 64 разрядных данных, количество передаваемых данных равно разрядности процессора, 32 битный процессор будет использовать 32 битную шину, а 64 битный — 64 битную. Работает шина на частоте 33 МГц.
В PCI можно использовать технологию Plug and Play (PnP). Все карты PCI поддерживают PnP. Это значит, что пользователь может подключить новую карту, включить компьютер и она будет автоматически распознана и настроена.
Также тут поддерживается управление шиной, есть некоторые возможности обработки данных, поэтому процессор тратит меньше времени на их обработку. Большинство PCI карт работают на напряжении 5 Вольт, но есть карты, которым нужно 3 Вольта.
Шина AGP
Необходимость передачи видео высокого качества с большой скоростью привела к разработке AGP. Accelerated Graphics Port (AGP) подключается к процессору и работает со скоростью шины процессора. Это значит, что видеосигналы будут намного быстрее передаваться на видеокарту для обработки.
AGP использует оперативную память компьютера для хранения 3D изображений. По сути, это дает видеокарте неограниченный объем видеопамяти. Чтобы ускорить передачу данных Intel разработала AGP как прямой путь передачи данных в память. Диапазон скоростей передачи — 264 Мбит до 1,5 Гбит.
PCI-Express
Это модифицированная версия стандарта PCI, которая вышла в 2002 году. Особенность этой шины в том что вместо параллельного подключения всех устройств к шине используется подключение точка-точка, между двумя устройствами. Таких подключений может быть до 16.
Это дает максимальную скорость передачи данных. Также новый стандарт поддерживает горячую замену устройств во время работы компьютера.
PC Card
Шина Personal Computer Memory Card Industry Association (PCICIA) была создана для стандартизации шин передачи данных в портативных компьютерах.
Шина SCSI
Шина SCSI была разработана М. Шугартом и стандартизирована в 1986 году. Эта шина используется для подключения различных устройств для хранения данных, таких как жесткие диски, DVD приводы и так далее, а также принтеры и сканеры. Целью этого стандарта было обеспечить единый интерфейс для управления всеми запоминающими устройствами на максимальной скорости.
Шина USB
Это стандарт внешней шины, который поддерживает скорость передачи данных до 12 Мбит/сек. Один порт USB (Universal Serial Bus) позволяет подключить до 127 периферийных устройств, таких как мыши, модемы, клавиатуры, и другие устройства USB. Также поддерживается горячее удаление и вставка оборудования. На данный момент существуют такие внешние шины компьютера USB, это USB 1.0, USB 2.0, USB 3.0, USB 3.1 и USB Type-C.
USB 1.0 был выпущен в 1996 году и поддерживал скорость передачи данных до 1,5 Мбит/сек. Стандарт USB 1.1 уже поддерживал скорость 12 Мбит/сек для таких устройств, как жесткие диски.
Более новая спецификация — USB 2.0 появилась в 2002 году. Скорость передачи данных выросла до 480 Мбит/сек, а это в 40 раз быстрее чем раньше.
USB 3.0 появился в 2008 году и поднял стандарт скорости еще выше, теперь данные могут передаваться со скоростью 5 Гбит/сек. Также было увеличено количество устройств, которые можно питать от одного порта. USB 3.1 был выпущен в 2013 и тут уже поддерживалась скорость до 10 Гбит/с. Также для этой версии был разработан компактный разъем Type-C, к которому коннектор может подключаться любой стороной.
Выводы
В этой статье мы рассмотрели основные шины компьютера, историю их развития, назначение шин компьютера, их типы и виды. Надеюсь эта статья была для вас полезной и вы узнали много нового.