Реферати українською » Информатика, программирование » Комп'ютерні шини: сутність, види, призначення


Реферат Комп'ютерні шини: сутність, види, призначення

Страница 1 из 2 | Следующая страница

Зміст

Запровадження

1. Внутрішні шини

1.1 PCIexpress

1.1.1 PCI Express 1.0

1.1.2 PCI Express 2.0

1.1.3 PCI Express 3.0

1.2HyperTransport

1.3InfiniBand

2. Зовнішні шини

2.1 USB

2.1.1 USB 2.0

2.1.2 USB 3.0

2.2 IEEE 1394

2.3SATA

2.3.1SATARevision2.x

2.3.2SATARevision3.x

2.3.3eSATA

2.4SerialAttachedSCSI

2.4.1 SAS 2.0

2.4.2 Нові функції SAS 2.0

Укладання

Список інформаційних джерел


Запровадження

Комп'ютернашина (від анг.computerbus,bidirectionaluniversalswitch —двунаправленний універсальний комутатор) — в архітектурі комп'ютера, підсистема, яка передає дані між функціональними блоками комп'ютера. Зазвичай шина управляється драйвером. На відміну від зв'язкуточка-точка, до шині можна підключити кілька пристроїв за одним набору провідників. Кожна шина визначає свою набірконнекторов (сполук) для фізичного підключення пристроїв, карток і кабелів.

Ранні комп'ютерні шини виглядали паралельні електричні шини з кількома підключеннями, а тепер цей термін використовується для будь-яких фізичних механізмів, які надають ті ж самі логічний функціональність, як паралельні комп'ютерні шини.

Комп'ютерна шина служить передачі даних між окремими функціональними блоками комп'ютера та є сукупність сигнальних ліній, які мають якісь електричні характеристики і протоколи передачі. Шини можуть різнитися розрядністю, способом передачі (послідовні чи паралельні, синхронні чи асинхронні), пропускною спроможністю, кількістю і типами підтримуваних пристроїв, протоколом роботи, призначенням (внутрішня, або інтерфейсна).


1. Внутрішні шини

 

1.1 PCIexpress

 

1.1.1 PCI Express 1.0

PCI Express — комп'ютерна шина, яка використовує програмну модель шини PCI і високопродуктивну фізичний протокол, заснований на послідовної передачі даних.

Послідовна шина PCI Express, розроблена Intel і його партнерами, замінить паралельну шину PCI і його розширений і спеціалізований варіантAGP.

Для підключення устрою PCI Express використовуєтьсядвунаправленное послідовне з'єднання типуточка-точка, званеlane; це різко відрізняється від PCI, коли всі устрою підключаються до спільної32-разрядной паралельноїдвунаправленной шині.

Поєднання між двома пристроями PCI Express називаєтьсяlink, і складається з одного (званого1x) чи навіть кількох (>2x,4x,8x,12x,16x і32x) сполукlane. Кожне пристрій має підтримувати з'єднання1x.

На електричному рівні кожне з'єднання використовуєнизковольтную диференціальну передачу сигналу (>LVDS), прийом і передачі інформації виробляється кожним пристроєм PCI Express щодо окремих двом лідерів, в такий спосіб, в найпростішому разі, пристрій підключається до комутатору PCI Express лише чотирма провідниками.

Використання такого підходу має такі переваги:

· карта PCI Express поміщається і коректно працює у будь-якомуслоте тієї самих або більшої пропускну здатність (наприклад, картаx1 працюватиме услотахx4 іx16);

·слот більшого фізичного розміру може використовувати в повному обсязіlane’и (наприклад, дослоту16x можна підвести лінії передачі, відповідні1x чи8x, і це завжди буде нормально функціонувати; проте, у своїй необхідно підключити все лінії «харчування» і «земля», необхіднихслота16x).

У обох випадках, на шині PCI Express використовуватиме якомога більшеlane’ов доступних як карти, такслота. Але це Демшевського не дозволяє влаштуванню працювати услоте, призначений для карт з не меншою пропускною спроможністю шини PCI Express (наприклад, картаx4 фізично не вміститься вслотx1, як і раніше, що вона мала б працювати услотеx4 з допомогою лише однуlane).

PCI Express пересилає всю управляючу інформацію, включаючи переривання, через самі лінії, що йдуть на передачі. Послідовний протокол будь-коли може бути заблоковане, в такий спосіб затримки шини PCI Express цілком порівнянні з такими для шини PCI. В усіх життєвих високошвидкісних послідовних протоколах (наприклад,GigabitEthernet), інформацію про синхронізації мусить бути її вмонтовано в рухаючись сигнал. На фізичному рівні, PCI Express використовує став загальноприйнятим метод кодування8B/10B (8 біт даних вживають 10 біт, переданих на каналі, в такий спосіб 20% трафіку є надмірними), що дозволяє піднятипомехозащищенность.

Шина PCI дбає про частоті 33 чи 66 МГц і відданість забезпечує пропускну спроможність 133 чи 266Мб/сек, але це пропускну здатність ділиться між всіма пристроями PCI. Частота, де працює шина PCI Express - 2.5 ГГц, що дозволяє пропускну спроможність 2500 МГц / 10 * 8 = 250 * 8Мбит/сек = 250Мб/сек кожному за устрою PCI Expressx1 щодо одного напрямі. За наявності кількох ліній для обчислення пропускну здатність величину 250Мб/сек треба помножити на число ліній і 2,т.к. PCI Express єдвунаправленной шиною (Табл.1).


Табл.1 таблиця пропускну здатність PCI.

Кількість ліній PCI Express Пропускна здатність у потрібний одному напрямку Сумарна пропускну здатність
1 250Мб/сек 500Мб/сек
2 500Мб/сек 1Гб/сек
4 1Гб/сек 2Гб/сек
8 2Гб/сек 4Гб/сек
16 4Гб/сек 8Гб/сек
32 8Гб/сек 16Гб/сек

З іншого боку, шиною PCI Express підтримується:

· гаряча заміна карт;

· гарантована смуга пропускання (>QoS);

· управління енергоспоживанням;

· контроль цілісності переданих даних.

 

1.1.2 PCI Express 2.0

ГрупаPCI-SIG випустила специфікацію PCI Express 2.0 15 січня 2007 року. Основні нововведення в PCI Express 2.0:

·Увеличенная пропускну здатність — специфікація PCI Express 2.0 визначає максимальну пропускну спроможність одного сполукиlane як 5Гбит/с. Внесено удосконалення до протокол передачі між пристроями і програмну модель.

· Динамічний управління швидкістю — керувати швидкістю роботи зв'язку.

·Оповещение про пропускну здатність — для оповіщення ПО (ОС, драйверів пристроїв тощо.) про зміни швидкості і ширини шини.

·Расширения структури можливостей — розширення управляючих регістрів для кращого управління пристроями, слотами іинтерконнектом.

· Служби управління доступом —опциональние можливості управління транзакціямиточка-точка.

 

1.1.3 PCI Express 3.0

>PCI-SIG у середині серпня 2010 року представила версію 0.9 специфікації PCI Express 3.0.

Для користувачів основна відмінність між PCI Express 2.0 і PCI Express 3.0 полягатиме у великій збільшенні максимальної пропускну здатність. У PCI Express 2.0 сигнальна швидкість передачі становить 5ГТ/с (>гигатранзакций в секунду), тобто пропускну здатність дорівнює 500Мбайт/с кожної лінії. Отже, основний графічнийслот PCI Express 2.0, який звичайно використовує 16 ліній, забезпечує двонаправлену пропускну спроможність до 8Гбайт/с.

У PCI Express 3.0 ми матимемо подвоєння цих показників. PCI Express 3.0 використовує сигнальну швидкість 8ГТ/с, що дає пропускну спроможність 1Гбайт/с на лінію. Отже, основнийслот для відеокарти отримає пропускну спроможність до 16Гбайт/с.

На погляд збільшення сигнальною швидкості з п'ятьмаГТ/с до 8ГТ/с не здається подвоєнням. Проте стандарт PCI Express 2.0 використовує схему кодування8B/10B.

PCI Express 3.0 переходить на набагато більше ефективну схему кодування128B/130B, усуваючи 20% надмірність. Тому 8ГТ/с – це не є "теоретична" швидкість; фактичне швидкість, порівнянна продуктивністю з сигнальній швидкістю 10ГТ/с, якби використовувався принцип кодування8b/10b.


1.2HyperTransport

ШинаHyperTransport (>HT)— цедвунаправленнаяпоследовательно-параллельная комп'ютерна шина із високим пропускною спроможністю і малими затримками.

>HyperTransport дбає про частотах від 200 МГц до 3,2 ГГц (у шини PCI — 33 і 66 МГц). З іншого боку, вона використовуєDDR, що означає, що ці посилаються як у переднього, і по задньому фронтах сигналу синхронізації, що дозволяє здійснювати до 5200 мільйонів посилок в секунду за частоти сигналу синхронізації 2,6 ГГц; частота сигналу синхронізації налаштовується автоматично.

ШинаHyperTransport полягає в передачі пакетів. Кожен пакет складається з32-разрядних слів, незалежно від фізичного ширини шини (кількості інформаційних ліній). Перше слово у пакеті — завжди котра управляє слово. Якщо пакет містить адресу, то останні 8 біт управляючого слова зчеплені з наступним32-битним словом, внаслідок створюючи40-битний адресу. Шина підтримує64-разрядную адресацію — у разі пакет починається з спеціального 32разрядного управляючого слова, яке зазначає на 64 розрядну адресацію, і що містить розряди адреси з 40 по 63 (розряди адреси нумеруються починаючи з 0). Інші32-битние слова пакета містять безпосередньо передані дані. Дані завжди передаються32-битними словами, незалежно від реальної довжини (наприклад, у відповідь запит для читання одного байта по шині буде передано пакет, у якому 32 біта даних, іфлагом-признаком те, що значимими з цих 32 біт є лише 8).

ПакетиHyperTransport передаються по шині послідовно. Збільшення пропускну здатністьвлечет збільшення ширини шини.HyperTransport можна використовувати передачі службових повідомлень системи, передачі переривань, дляконфигурирования пристроїв,подключенних до шині й у передачі.

ШинаHyperTransport знайшла широке використання у роліпроцессорной шини. Вона має оригінальну топологію (Мал.1) з урахуванням лінків, тунелів, ланцюгів і мостів, що дозволяє цієї архітектурі легкомасштабироваться.HyperTransport покликана спростити внутрішньосистемні повідомлення у вигляді заміни існуючого фізичного рівня передачі існуючих шин і мостів, і навіть знизити кількість вузьких місць і затримок. За всіх цих достоїнствахHyperTransport характеризується також малим числом висновків (>lowpincounts) і низької вартістю впровадження.HyperTransport підтримує автоматичне визначення ширини шини, допускаючи ширину від 2 до 32 біт у кожному напрямі (Таблиця 2), ще, вона дозволяє передавати асиметричні потоки даних до периферійним пристроям і їх.


Малюнок 1. Топологія шиниHyperTransport.

>HyperTransportv3 застосовується у таких процесорах як: нове покоління AMDK8 і всіK10,Turion 64X2/Phenom/Phenom II.


Табл.2 ВерсіїHyperTransport.

Версія Рік максимальна частота максимальна ширина пікова пропускну здатність (в обидва напрями)
1.0 2001 800 МГц 32 біт 12,8Гбайт/c
1.1 2002 800 МГц 32 біт 12,8Гбайт/c
2.0 2004 1,4 ГГц 32 біт 22,4Гбайт/c
3.0 2006 2,6 ГГц 32 біт 41,6Гбайт/c
3.1 2008 3,2 ГГц 32 біт 51,6Гбайт/c

 

1.3InfiniBand

>Infiniband — високошвидкіснакоммутируемая послідовна шина,применяющаяся як внутрішніх (внутрісистемних), так міжсистемних сполук.

ПортиInfiniBand (комутаторVoltaireISR-6000)

Подібно PCI Express,Infiniband використовує двонаправлену послідовну шину. Базова швидкість — 2,5Гбит/с у кожному напрямі, застосовуються порти, які з груп у1x,4x і12x базовихдвунаправленних шин (анг.lanes). Існують режимиSingleDataRate (>SDR) - роботу з базової швидкістю,DoubleDataRate (>DDR) - бітова швидкість дорівнює подвоєною базової іQuadDataRate (>QDR) - відповідно,утчетверенной. Нині застосовуються, найчастіше порти4xDDR. Основне призначенняInfiniband —межсерверние сполуки, зокрема й у організаціїRDMA (>Remote DirectMemoryAccess).

Пропускна здатність приведено в таблиці 3.

>Табл.3 Пропускна здатність інтерфейсуInfiniband,raw /data

>SDR >DDR >QDR
>1X 2,5 / 2Гбит/с 5 / 4Гбит/с 10 / 8Гбит/с
>4X 10 / 8Гбит/с 20 / 16Гбит/с 40 / 32Гбит/с
>12X 30 / 24Гбит/с 60 / 48Гбит/с 120 / 96Гбит/с

>Infiniband використовується такими протоколами і АПІ:

>RDMA (анг.Remote DirectMemoryAccess) — група протоколівудаленного прямого доступу до пам'яті, у якому передача даних із пам'яті одного комп'ютера на згадку про іншого комп'ютера не викликає участі ОС, у своїй виключена участьCPU у фортепіанній обробці коду перенесення й необхідність пересилки даних із пам'яті докладання в буферну область ОС, тобто дані пересилаються безпосередньо на відповідний мережевий контролер.

>uDAPL (анг.User DirectAccessProgrammingLibrary) — бібліотека АПІ для абстрактного транспорту прямого доступу (анг. DirectAccessTransport, DAT).uDAPL (та інші АПІ — зокремаkDAPL —kernelDAPL) розробляється і підтримується організацією DATCollaborative.

>IPoIB (IPoverInfiniband) — група протоколів, що описують передачуIP-пакетов поверхInfiniband:

>RFC 4390DynamicHostConfigurationProtocol (>DHCP)overInfiniBand

>RFC 4391Transmission of IPoverInfiniBand (>IPoIB)

>RFC 4392 IPoverInfiniBand (>IPoIB)Architecture

>SRP (анг.SCSIRDMAProtocol) — протокол обміну даними міжSCSI-устройствами з допомогоюRDMA.

>DDP (анг. DirectDataPlacement):RFC 4296 TheArchitecture of DirectDataPlacement (>DDP) andRemote DirectMemoryAccess (>RDMA) on InternetProtocols

>SDP (анг.Socket DirectProtocol) — протокол встановлення віртуальних сполук та обміну даними міжсокетами поверхInfiniband, передача даних не використовуєTCP стік ОС, проте використовує IP-адреси і може використовуватиIPoIB їхнього дозволу.

Тести виробників показують пропускну спроможність лише на рівніMPI близько 800МБ/сек та палестинці час затримки 1—7 мкс.

Топологія:коммутируемая з допомогоюFat Tree для великих конфігурацій, існуючі комутатори підтримують дуже багато портів.

Програмне забезпечення: драйвери від виробників апаратних коштів, різні бібліотекиMPI як різні комерційні і відкриті.

Корпорацією Oracle Corporation розробили спеціальний протоколRDS, орієнтований роботи з цієї шиною.

ШинаInfiniBand має архітектуру наведену малюнку 2.

Малюнок 2. АрхітектураInfiniBand


2. Зовнішні шини

 

2.1 USB

USB (анг. UniversalSerialBus — «універсальна послідовна шина») — послідовний інтерфейс передачі длясреднескоростних інизкоскоростних периферійних пристроїв в обчислювальної техніки.

Кабель USB складається з 4-х мідних провідників — 2 провідника харчування і 2 провідника даних в кручений парі, і заземленоїоплетки/екрана.

Шина суворо орієнтована, має поняття «головне пристрій» (>хост, він також USB контролер, зазвичай вмонтований в мікросхему південного мосту на материнської платі) і «периферійні устрою». Шина має деревоподібну топологію, оскільки периферійним пристроєм то, можливоразветвитель (>hub), своєю чергою має кілька спадних рознімань «відхоста». Поєднання 2 комп'ютерів — чи 2 периферійних пристроїв — пасивним USB кабелем неможливо. Існують активні USB кабелі для сполуки 2 комп'ютерів, але де вони містять у собі складну електроніку,емулирующую Ethernet адаптер, і вимагають установки драйверів по обидва боки.

>Устройства може бути заживлені від шини, але можуть бути вимагати зовнішній джерело харчування. Підтримується і черговий режим для пристроїв іразветвителей за командою з шини зі зняттям основного харчування за збереження чергового харчування і включенням за командою з шини.

USB підтримує «гаряче» підключення і відключення пристроїв. Це досягнуто збільшеною довжиноюзаземляющего контактуразъема стосовно сигнальним. При підключенніразъема USB першими замикаютьсязаземляющие контакти, потенціали корпусів два пристрої стають рівні й подальше з'єднання сигнальних провідників не призводить доперенапряжениям, навіть якщо устрою харчуються від різних фаз силовийтрехфазной мережі.

 

2.1.1 USB 2.0

>Спецификация випущена у квітні 2000 року. USB 2.0 відрізняється від USB 1.1 запровадженням режимуHi-speed.

Для пристроїв USB 2.0 регламентовано три режиму роботи:

·Low-speed, 10—1500Кбит/c (використовується для інтерактивних пристроїв: клавіатури, миші,джойстика)

·Full-speed, 0,5—12 Мбіт/с (аудіо-,видеоустройства)

·Hi-speed, 25—480 Мбіт/с (>видеоустройства, устрою зберігання інформації)

 

2.1.2 USB 3.0

Новий стандарт значно перевершує межа в 480 Мбіт/с для USB 2.0, встановлюючи планку теоретичної максимальної швидкості передачі навколо оцінки в 4.8Гбит/с. Природно, стоїть віддавати усвідомлювали у цьому, що таке реальна продуктивність буде трохи нижче заявленої. До того ж контролери USB 3.0 поки що недосконалі, і навряд чи за комерційному старті потенціал технології буде реалізовано повністю. Проте, існуючі вже нині зразки досягають відмінних швидкісних характеристик. Наприклад, 27ГбHD фільм копіюється зі швидкістю 3.2Гбит/с трохи більш ніж за хвилину, тоді і з USB 2.0 за інших рівних умов необхідно 15 хвилин.

На

Страница 1 из 2 | Следующая страница

Схожі реферати:

Навігація