Архитектура PCI Express

Дата: 2025-05-01; Просмотры: 7
Оценка:
0.00 из 5.00 — оценок
Скачиваний: 0

Суть технологии PCI Express заключается в замене параллельной шины высокоскоростными двухточеч­ными последовательными соединениями.

Это решение знаменует собой оконча­тельный отход от шинной топологии, реализованной в шипах ISA/EISA/PCI

Основная идея такова: по сути, ПК — это набор микросхем процессо­ра, памяти и устройств ввода-вывода, которые необходимо соединить между со­бой.

 


PCI Express выполняет роль универсального коммутатора, соединяющего микросхемы по последовательным каналам передачи данных. Стан­дартная конфигурация PCI Express изображена па рис. 3,53.

Процессор, память и кэш подключены к мосту тради­ционным способом.

К шине памяти через мост подключается коммутатор (иногда он встраивается непосредственно в микросхему моста).

Ме­жду каждой микросхемой устройства ввода-вывода, с одной стороны, и коммута­тором, с другой, устанавливается двухточечное соединение.

Любое такое соеди­нение состоит из двух однонаправленных каналов — по одному в каждом из направлений между устройством и коммутатором.

Каналы состоят из двух про­водов (сигнального и заземляющего), что обеспечивает высокую помехозащи­щенность в ходе высокоскоростной передачи сигналов.

Такая архитектура отли­чается от предыдущей большей унификацией и равноправием всех устройств.

Три основных момента отличают архитектуру PCI Express от архитектуры PCI.

· наличие централизованного коммутатора, пришедшего на смену принципу многоотводной шины,

· применение узких последовательных двухточечных соединений вместо широкой параллель­ной шины.

· отправку пакетов данных от одного устройства другому.

Помимо этих изменений, есть и менее за­метные.

использован более надежный по сравнению с PCI код обнаружения ошибок.

до 50 см увеличилась физическая длина соеди­нения между микросхемой и коммутатором,.

поддержка "горячего" подключения устройств, то есть подключать и отключать в процессе работы.

последовательные разъемы значительно меньше PCI-коннекторов, (меньше количество проводов) это позволяет разрабатывать компактные устройства и ком­пьютеры.

 

SCSI-интерфейс

В 1986 году был разработан интерфейс шины SCSI (Small Computer System Interface — интерфейс малых вычислительных систем). Аббревиатура SCSJ произносится как "скази"

Первая шина реализующая этот интерфейс SCSI-1 обеспечивала скорость передачи данных 5 Мбайт/с

Версии, работающие с более вы­сокой скоростью, получили названия Fast SCSI (10 МГц), Ultra SCSI (20 МГц), Ultra2 SCSI (40 МГц), Ultra3 SCSI (80 МГц) и Ultra4 SCSI (160 МГц).

SCSI - это шина, к которой могут подсоединяться 8 SCSI-контроллеров. Ими могут быть один или несколько жестких SCSI-дисков, устройства для чтения и записи компакт-дисков, сканеры, накопители на магнитной ленте и другие пери­ферийные устройства.

Каждое устройство имеет свой идентификационный код от 0 до 7. У каждого устройства есть два разъе­ма: один — входной, другой — выходной. Кабели соединяют выходной разъем одного устройства с входным разъемом следующего устройства и т, д. Это похоже на соединение лампочек в елочной гирлянде.

Контроллер SCSI помещается на встроенной карте и является первым звеном цепи,.

Обычный кабель для 8-разрядного SCSJ-устройства имеет 50 прово­дов, 25 из которых (заземление) спарены с 25 другими, за счет чего обеспечива­ется хорошая помехоустойчивость, которая необходима для высокой скорости работы.

Из 25 проводов 8 используются для данных, 1 — для контроля четности, 9 — для управления, а оставшиеся сохраняются для будущего применения.

16-и 32-разрядным устройствам требуется еще 1 кабель для дополнительных сигна­лов. Длина кабеля может быть несколько метров, для обеспечения связи с внеш­ними устройствами (сканерами и т, п.),

SCSI-контроллеры и периферийные SCSI-устройства могут быть источни­ками или приемниками команд. Обычно контроллер, действующий как источ­ник, посылает команды дискам и другим периферийным устройствам, которые, в свою очередь, являются приемниками.

Команды представляют собой блоки до 16 байтов, которые сообщают приемнику, что нужно делать. Команды и от­веты на них оформляются в виде фраз, при этом используются различные сиг­налы контроля для разграничения фраз и разрешения конфликтных ситуаций, которые возникают, если несколько устройств одновременно пытаются исполь­зовать шину.

Интерфейс SCSI позволяет всем устрой­ствам работать одновременно, что значительно повышает производительность среды, поскольку активизируются сразу несколько процессов ввода вывода.

Шина USB

Шины PCI и PCI Express подходят для соединения высокоскоро­стных периферийных устройств, но использовать интерфейс PCI для низкоско­ростных устройств ввода-вывода (например, мыши и клавиатуры) неэффективно.

Кроме того, для добавления новых уст­ройств использовались свободные ISA- и PCI-слоты, в которые вставлялись платы контроллеров УВВ.

При этом пользователь должен сам установить пе­реключатели и перемычки на, затем должен открыть систем­ный блок, вставить плату, закрыть системный блок и включить ком­пьютер.

Для многих этот процесс очень сложен и часто приводит к ошибкам. Кроме того, количество ISA- и PCI-слотов очень мало (обычно два или три).

В 1993 году представители семи компаний (Compaq, DEC, IBM, Intel, Micro­soft, NEC и Nothern Telecom) разработали шину, опти­мально подходящую для подсоединения низкоскоростных устройств.

Результатом их работы стала шина USB (Universal Serial Bus — универсальная последовательная шина), удовлетворяющую следующим требованиям:

Общая пропускная способность первой версии шины (USB 1.0) составляет 1,5 Мбайт/с. Версия 1,1 работает на скорости 12 Мбайт/с, что вполне достаточно для принтеров, цифровых камер и многих других устройств. Предел был выбран для того, чтобы снизить стоимость шипы.

Шина USB состоит из корневого хаба (root hub), который вставляется в разъем главной шины (см, рис. 3.49). Этот корневой хаб (часто называемый корневым концентратором) содержит разъемы для кабелей, которые могут подсоединяться к устройствам ввода-вывода или к дополнительным хабам, чтобы увеличить ко­личество разъемов.

Таким образом, топология шины USB представляет собой дерево с корнем в корневом хабе, который находится внутри компьютера.

Кон­некторы (разъемы) кабеля со стороны устройства отличаются от коннекторов со стороны хаба, чтобы пользователь случайно не подсоединил кабель другой стороной.

Кабель состоит из четырех проводов: два из них предназначены для переда­чи данных, один — для питания (+5 В) и один — для земли. Система передает 0 изменением напряжения, а 1 — отсутствием изменения напряжения» поэтому длинная последовательность нулевых битов порождает поток регулярных им­пульсов.

Когда соединяется новое устройство ввода-вывода, корневой хаб обнаружи­вает этот факт и прерывает работу операционной системы.

Затем операционная система запрашивает новое устройство» выясняя, что оно собой представляет и какая пропускная способность шины для него требуется.

Если операционная система решает, что для этого устройства пропускной способности достаточно, она приписывает ему уникальный адрес (1-127) и загружает этот адрес и другую информацию в конфигурационные регистры внутри устройства.

Таким образом, новые устройства могут подсоединяться *ша лету», при этом пользователю не нужно устанавливать новые платы ISA или PCI.

Неинициализированные платы начинаются с адреса 0, поэтому к ним можно обращаться. Многие устройства снабжены встроенными сетевыми концентраторами для дополнительных уст­ройств. Например, монитор может содержать два хаба для правой и левой ко­лонок.

Шипа USB представляет собой ряд каналов между корневым хабом и устрой­ствами ввода-вывода. Каждое устройство может разбить свой канал максимум на 16 подканалов для различных типов данных (например, аудио и видео).

В ка­ждом канале или подканале данные перемещаются от корневого хаба к устройст­ву и обратно- Между двумя устройствами ввода-вывода обмена информацией не происходит.

Ровно через каждую миллисекунду (±0,05 мс) корневой хаб передает новый кадр, чтобы синхронизировать все устройства во времени. Кадр состоит из пакетов, первый из которых передается от хаба к устройству. Следующие пакеты кадра могут передаваться в том же направлении, а могут и в противоположном (от уст­ройства к хабу). На рис. 3,55 показаны четыре последовательных кадра.

В 1998 году была создана высокоскоростная версии USB, названной USB 2.0. Этот стандарт во многом аналогичен USB 1A и совместим с ним, однако к двум прежним скоростям в нем добавляется новая — 480 Мбайт/с.

АРХИТЕКТУРА ЭВМ

Системы RISC и CISC

Центральный процессор выполняет каждую команду в соответствии с алгоритмом, включающим следующую последовательность шагов:

1. Вызов следующей команды из памяти и перенос ее в регистр команд,

2. Изменение положения счетчика команд, который после этого указывает на следующую команду,

3. Определение типа вызванной команды,

4. Если команда использует слово из памяти, определение адреса этого слова,