КАТЕГОРИИ: Архитектура-(3434)Астрономия-(809)Биология-(7483)Биотехнологии-(1457)Военное дело-(14632)Высокие технологии-(1363)География-(913)Геология-(1438)Государство-(451)Демография-(1065)Дом-(47672)Журналистика и СМИ-(912)Изобретательство-(14524)Иностранные языки-(4268)Информатика-(17799)Искусство-(1338)История-(13644)Компьютеры-(11121)Косметика-(55)Кулинария-(373)Культура-(8427)Лингвистика-(374)Литература-(1642)Маркетинг-(23702)Математика-(16968)Машиностроение-(1700)Медицина-(12668)Менеджмент-(24684)Механика-(15423)Науковедение-(506)Образование-(11852)Охрана труда-(3308)Педагогика-(5571)Полиграфия-(1312)Политика-(7869)Право-(5454)Приборостроение-(1369)Программирование-(2801)Производство-(97182)Промышленность-(8706)Психология-(18388)Религия-(3217)Связь-(10668)Сельское хозяйство-(299)Социология-(6455)Спорт-(42831)Строительство-(4793)Торговля-(5050)Транспорт-(2929)Туризм-(1568)Физика-(3942)Философия-(17015)Финансы-(26596)Химия-(22929)Экология-(12095)Экономика-(9961)Электроника-(8441)Электротехника-(4623)Энергетика-(12629)Юриспруденция-(1492)Ядерная техника-(1748) |
Шины микропроцессора. Шина PCI
Лекция 14.
В первых компьютерах IBM PC большинство приложений имели дело с текстами. Постепенно с появлением Windows вошли в употребление графические интерфейсы пользователя. Ни одно из этих приложений не давало большой нагрузки на шину ISA. Однако с течением времени появилось множество различных приложений, в том числе игр, для которых потребовалось полноэкранное видеоизображение, и ситуация коренным образом изменилась. Давайте произведем небольшое вычисление. Рассмотрим монитор 1024x768 для цветного движущегося изображения (3 байта/пиксел). Одно экранное изображение содержит 2,25 Мбайт данных. Для показа 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 должны перейти с жесткого диска, компакт-диска или DVD-диска через шину в память. Затем данные должны поступить в графический адаптер (тоже через шину). Таким образом, пропускная способность шины должна быть 135 Мбайт/с, и это только для передачи видеоизображения. Но в компьютере есть еще центральный процессор и другие устройства, которые тоже должны пользоваться шиной, поэтому пропускная способность должна быть еще выше. 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. 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 периферические устройства для этой шины без каких-либо выплат за право пользования патентом. Компания Intel также сформировала промышленный консорциум 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 содержится шина PCI. Даже компания Sun выпустила версию UltraSPARC, в которой используется шина PCI (это компьютер UltraSPARC Hi). Подробно шина PCI описывается в книгах [128, 136].
Первая шина PCI передавала 32 бита за цикл и работала с частотой 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). Шина PCI работает с частотой 66 МГц, способна передавать 64 бита за цикл, а ее общая пропускная способность составляет 528 Мбайт/с. При такой производительности полноэкранное видеоизображение вполне достижимо (предполагается, что диск и другие устройства системы справляются со своей работой). Во всяком случае, шина PCI не будет ограничивать производительность системы. Хотя 528 Мбайт/с — достаточно высокая скорость передачи данных, все же здесь есть некоторые проблемы. Во-первых, этого не достаточно для шины памяти. Во-вторых, эта шина не совместима со всеми старыми картами ISA. По этой причине компания Intel решила разрабатывать компьютеры с тремя и более шинами, как показано на рис. 3.47. Здесь мы видим, что центральный процессор может обмениваться информацией с основной памятью через специальную шину памяти и чтошину ISA можно связать с шиной PCI. Такая архитектура используется фактически во всех компьютерах Pentium II, поскольку она удовлетворяет всем требованиям.
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 PCI. Мост ISA связывает шину PCI с шиной ISA, а также поддерживает один или два диска IDE. Практически все системы Pentium II выпускаются с одним или несколькими свободными слотами PCI для подключения дополнительных высокоскоростных периферийных устройств и с одним или несколькими слотами ISA для подключения низкоскоростных периферийных устройств. Преимущество системы, изображенной на рис. 1, 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 связи с быстрыми 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 ниже в этой главе. Мы проиллюстрировали систему с одной шиной PCI и одной шиной ISA. На практике может использоваться и по несколько шин каждого типа. Существуют специальные мосты, которые связывают две шины PCI, поэтому в больших системах может содержаться несколько отдельных шин PCI (2 и более). В системе также может быть несколько мостов (2 и более), которые связывают шину PCI и шину ISA, что дает возможность использовать несколько шин ISA. Рис. 1. Архитектура типичной системы Pentium II. Чем толще стрелка, обозначающая шину, тем выше пропускная способность этой шины
Было бы неплохо, если бы существовал только один тип плат PCI. К сожалению, это не так. Платы различаются по потребляемой мощности, разрядности и синхронизации. Старые компьютеры обычно используют напряжение 5 В, а новые — 3,3 В, поэтому шина PCI поддерживает и то и другое напряжение. Коннекторы одни и те же (они отличаются только двумя кусочками пластмассы, которые предназначены для того, чтобы невозможно было 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 по мощности, но и по разрядности. Существует два типа плат: 32-битные и 64-битные. 32-битные платы содержат 120 выводов; 64-битные платы содержат те же 120 выводов плюс 64 дополнительных вывода (аналогично тому, как шина IBM PC была расширена до 16 битов, см. рис. 3.46). Шина PCI, поддерживающая 64-битные платы, может поддерживать и 32-битные, но обратное не верно. Наконец, шины PCI и соответствующие платы могут работать с частотой или 33 МГц, или 66 МГц. В обоих случаях контакты идентичны. Различие состоит в том, что один из выводов связывается либо с источником питания, либо с «землей».
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-битными адресами и 64-битными данными. Объединенные адресные и информационные выводы функционируют следующим образом. При операции считывания во время цикла 1 задающее устройство передает адрес на шину. Во время цикла 2 задающее устройство удаляет адрес и шина реверсируется таким образом, чтобы подчиненное устройство могло ее использовать. Во время цикла 3 подчиненное устройство выдает запрашиваемые данные. При операциях записи шине не нужно переключаться, поскольку задающее устройство помещает на 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.
Дата добавления: 2014-01-20; Просмотров: 676; Нарушение авторских прав?; Мы поможем в написании вашей работы! Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет |