338. 27 Перспективы развития в области создания компьютерных



Скачать 169.62 Kb.
Pdf просмотр
Дата14.02.2017
Размер169.62 Kb.
Просмотров287
Скачиваний0
ТипРеферат

1
УДК
338.242, 338.27

ПЕРСПЕКТИВЫ
РАЗВИТИЯ В ОБЛАСТИ СОЗДАНИЯ
КОМПЬЮТЕРНЫХ
ШИН

Бойцова
Ю.С.
Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет
информационных технологий, механики и оптики
Санкт-Петербург-2015 год
Содержание

Введение……………………………………………………………………………………….1 1.История развития компьютерных шин…………………………………………….………1 1.1.Первое поколение…………………………………………………………………………1 1.2.Второе поколение…………………………………………………………………………2 1.3.Третье поколение………………………………………………………………………….3 2
Основные «деления» компьютерных шин…………………………………………………3 3.Классификация компьютерных шин…………………………………………….…………4 3.1.Параллельные шины………………………………………………...…….………………4 3.2.Последовательные шины…………………………………………….....…………………7 4.Перспективы развития………………………………………………………………………9 5.Анализ состояния……………………………………………………………………..……10
Заключение…………………………………………………………………………………...10
Список информационных источников……………………………………………………...11


ВВЕДЕНИЕ

Компьютерная шина (от англ. computerbus, bidirectionaluniversalswitch — двунаправленный универсальный коммутатор) —это канал пересылки данных, используемый совместно различными блоками системы.
Ранние компьютерные шины представляли собой параллельные электрические шины с несколькими подключениями, но сейчас данный термин используется для

2 любых физических механизмов, предоставляющих такую же логическую функциональность, как параллельные компьютерные шины.
Компьютерная шина служит для передачи данных между отдельными функциональными блоками компьютера, шина представляет собой набор проводящих линий, вытравленных на печатной плате, провода, припаянные к выводам разъемов, в которые вставляются печатные платы, либо плоский кабель.
Компоненты компьютерной системы физически расположены на одной или нескольких печатных платах, причем их число и функции зависят от конфигурации системы, её изготовителя, а часто и от поколения микропроцессора. Шины могут различаться разрядностью, способом передачи сигнала (последовательные или параллельные, синхронные или асинхронные), пропускной способностью, количеством и типами поддерживаемых устройств, протоколом работы, назначением (внутренняя или интерфейсная).
1.
ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ КОМПЬЮТЕРНЫХ ШИН
1.1.

Первое
поколение
Ранние компьютерные шины были группой проводников, подключающей компьютерную память и периферию к процессору. Почти всегда для памяти и периферии использовались разные шины, с разным способом доступа, задержками, протоколами.
Одним из первых усовершенствований стало использование прерываний. До их внедрения компьютеры выполняли операции ввода-вывода в цикле ожидания готовности периферийного устройства. Это было бесполезной тратой времени для программ, которые могли делать другие задачи. Также, если программа пыталась выполнить другие задачи, она могла проверить состояние устройства слишком поздно и потерять данные.
Поэтому инженеры дали возможность периферии прерывать процессор. Прерывания имели приоритет, так как процессор может выполнять код только для одного прерывания в один момент времени, а также некоторые устройства требовали меньших задержек, чем другие.
Некоторое время спустя компьютеры стали распределять память между процессорами. На них доступ к шине также получил приоритеты. Классический и простой способ обеспечить приоритеты прерываний или доступа к шине заключался в цепном подключении устройств.
DEC отмечала, что две разные шины могут быть излишними и дорогими для малых, серийных компьютеров и предложила отображать периферийные устройства на шину памяти, так, что они выглядели как области памяти. В то время это было очень смелым решением, и критики предсказывали ему провал.
Первые мини-компьютерные шины представляли пассивные объединительные платы, подключенные к контактам микропроцессора. Память и другие устройства подключались к шине с использованием тех же контактов адреса и данных, что и процессор. Все контакты были подключены параллельно. В некоторых случаях,

3 например, в IBM PC, необходимы дополнительные инструкции процессора для генерации сигналов, чтобы шина была настоящей шиной ввода-вывода.
Во многих микроконтроллерах и встраиваемых системах шины ввода-вывода до сих пор не существует. Процесс передачи контролируется ЦПУ, который в большинстве случаев читает и пишет информацию в устройства, так, как будто они являются блоками памяти. Все устройства используют общий источник тактового сигнала. Периферия может запросить обработку информации путём подачи сигналов на специальные контакты ЦПУ, используя какие-либо формы прерываний. Например, контроллер жёсткого диска уведомит процессор о готовности новой порции данных для чтения, после чего процессор должен считать их из области памяти, соответствующей контроллеру.
Почти все ранние компьютеры были построены по таким принципам, начиная от Altair с шиной S-100, заканчивая IBM PC в 1980 х.[4]
Такие простые шины имели серьёзный недостаток для универсальных компьютеров. Всё оборудование на шине должно было передавать информацию на одной скорости и использовать один источник синхросигнала. Увеличение скорости процессора было непростым, так как требовало такого же ускорения всех устройств. Это часто приводило к ситуации, когда очень быстрым процессорам приходилось замедляться для возможности передачи информации некоторым устройствам. Хотя это допустимо для встраиваемых систем, данная проблема непозволительна для коммерческих компьютеров.
Другая проблема состоит в том, что процессор требуется для любых операций, и когда он занят другими операциями, реальная пропускная способность шины может значительно страдать.
Такие компьютерные шины были сложны в настройке, при наличии широкого спектра оборудования. Например, каждая добавляемая карта расширения могла требовать установки множества переключателей для задания адреса памяти, адреса ввода-вывода, приоритетов и номеров прерываний

1.2.

Второе
поколение

Компьютерные шины «второго поколения», например, NuBus решали некоторые из вышеперечисленных проблем. Они обычно разделяли компьютер на две «части», процессор и память в одной и различные устройства в другой. Между частями устанавливался специальный контроллер шин (buscontroller). Такая архитектура позволила ускорять скорость процессора без влияния на шину, разгрузить процессор от задач управления шиной. При помощи контроллера устройства на шине могли взаимодействовать друг с другом без вмешательства центрального процессора. Новые шины имели лучшую производительность, но также требовали более сложных карт расширения. Проблемы скорости часто решались увеличением разрядности шины данных, с 8-ми битных шин первого поколения до 16 или 32-х битных шин во втором поколении. Также появилась программная настройка устройств для упрощения подключения новых устройств, ныне стандартизованная как Plug-n-play.[1]

4
Однако новые шины, так же, как и предыдущее поколение, требовали одинаковых скоростей от устройств на одной шине. Процессор и память теперь были изолированы на собственной шине, и их скорость росла быстрее, чем скорость периферийной шины. В результате, шины были слишком медленны для новых систем и машины страдали от нехватки данных. Один из примеров данной проблемы: видеокарты быстро совершенствовались, и им не хватало пропускной способности даже новых шин (PCI).
Компьютеры стали включать в себя (AGP) только для работы с видеоадаптерами. В 2004 году AGP снова стало недостаточно быстрым для мощных видеокарт и AGP стал замещаться новой шиной PCI Express.[4]
Увеличивающееся число внешних устройств стало применять собственные шины.
Когда были изобретены приводы дисков, они присоединялись к машине при помощи карты, подключаемой к шине. Из-за этого компьютеры имели много слотов расширения.
Но в 1980 х и 1990 х были изобретены новые шины IDE решившие эту проблему, и оставив большую часть разъёмов расширения в новых системах пустыми. В наше время типичная машина поддерживает около пяти различных шин.
Шины стали разделять: внутренние (localbus) и внешние (externalbus). Первые разработаны для подключения внутренних устройств, таких как видеоадаптеры и звуковые платы, а вторые предназначались для подключения внешних устройств, например, сканеров. IDE является внешней шиной по своему предназначению, но почти всегда используется внутри компьютера.
1.3.

Третье
поколение

Шины «третьего поколения» (например, PCI-Express) обычно позволяют использовать как большие скорости, необходимые для памяти, видеокарт и межпроцессорного взаимодействия, так и небольшие при работе с медленными устройствами, например, приводами дисков. Также они стремятся к большей гибкости в терминах физических подключений, позволяя использовать себя и как внутренние и как внешние шины, например, для объединения компьютеров. Это приводит к сложным проблемам при удовлетворении различных требований, так что большая часть работ по данным шинам связана с программным обеспечением, а не с самой аппаратурой. В общем, шины третьего поколения больше похожи на компьютерные сети, чем на изначальные идеи шин, с большими накладными расходами, чем у ранних систем. Также они позволяют использовать шину нескольким устройствам одновременно.
Современные интегральные схемы часто разрабатываются из заранее созданных частей. Разработаны шины (напримерWishbone) для более простой интеграции различных частей интегральных схем. [6]
Таблица 1 - Примеры компьютерных шин разных поколений
Первое
Второе поколение
Третье поколение

5 поколение
Примеры шин
S-100
NuBu s
PCI
SCSI
IDE
PCI-
Express
Wishbone
Года создания
1974 1978 1991 1979 1987 2002 2000 2.
ОСНОВНЫЕ «ДЕЛЕНИЯ» КОМПЬЮТЕРНЫХ ШИН
Наибольший интерес вызывают два типа шин – системный и локальный.
Системная шина
Системная шина предназначена для обеспечения передачи данных между периферийными устройствами и центральным процессором, а также оперативной памятью.
Локальная шина
Локальная шина, как правило, называется шина, непосредственно подключенная к контактам микропроцессора, т.е. шина процессора.
Шина данных
По этой шине происходит обмен данными между процессором, картами расширения и памятью. Особую роль здесь играет так называемый DMA-контроллер
(DirectMemoyAccess), через который происходит управление транспортировкой данных, минуя процессор. Такой способ хорош тем, что освобождает ресурсы CPU для других нужд. Разрядность шины данных может составлять 8 бит, 16 бит, 32 бит и так далее.
Адресная шина
Данные, которые в большом количестве кочуют по шине через материнскую плату, должны, в конце концов, сделать где-нибудь промежуточную остановку. Местом для этой остановки являются отдельные ячейки памяти. Каждая ячейка должна иметь свой адрес.
Следовательно, объем памяти, который может адресовать процессор, зависит от разрядности адресной шины. Его можно вычислить по формуле: объем адресуемой памяти = 2
n
, где n - число линий в адресной шине.
Процессор 8088, например, имел в своем распоряжении 20 адресных линий и, таким образом, мог адресовать всего 1 Mb памяти (2 20
=1048576). В компьютерах на базе процессора 80286 адресная шина была уже 24-разрядной, а процессоры 80486 имеют уже
32-разрядную шину, которая позволяет адресовать 4 им гигабайта памяти.
Шина управления
Конечно же, незачем просто транспортировать данные по шине и располагать их в памяти, если непонятно, куда их нужно переслать и какое устройство в них нуждается.
Разрешение этой проблемы на себя шина контроллера, называемая также системной шиной, или шиной управления.
В качестве конечных пунктов системной шины можно рассматривать слоты расширения, интегрированные на материнскую плату контроллеры и прочее. Все эти устройства соединены между собой шиной управления. Логично предположить, что от ее

6 производительности во многом зависит производительность всей системы, и чем больше тактовая частота и разрядность этой шины, тем лучше. Внешний вид слотов расширения, которые установлены на материнской плате, зависит именно от типа шины управления.
Понятно, что, например, разъемы 32-разрядной системной шины будут отличаться от разъемов 16-разрядной шины. [3]
3.
КЛАССИФИКАЦИЯ ШИН

3.1.

Параллельные

Шина ISA
Шина ISA (IndustryStandartArchitecture) – шина, применявшаяся с первых моделей
PC и ставшая промышленным стандартом. В PC моделей XT применялась шина с разрядностью данных 8 бит и адреса – 20 бит. В моделях AT шина была расширена до 16 бит данных и 24 бита адреса, какой она остается до сих пор. Конструктивно шина выполнена в виде двух слотов. Подмножество ISA-8 использует только первый 62- контактный слот, в ISA-16 применяется дополнительный 36-контактный слот. Тактовая частота – 8 МГц. Скорость передачи данных до 16 Мбайт\с. Обладает хорошей помехоустойчивостью.
Шина обеспечивает своим абонентам возможность отображения 8- или 16-битных регистров на пространство ввода-вывода и памяти. Диапазон доступных адресов памяти ограничен областью UMA (UnifiedMemoryArchitecture - унифицированная архитектура памяти), но для шины ISA-16 специальными опциями BIOS Setup может быть разрешено и пространство в области между15-м и 16-м мегабайтом памяти (правда при этом компьютер не сможет использовать более 15 Мбайт ОЗУ). Диапазон адресов ввода- вывода сверху ограничен количеством используемых для дешифрации бит адреса, нижняя граница ограничена областью адресов 0-FFh, зарезервированных под устройствасистемной платы. В PC была принята 10-битная адресация ввода-вывода, при которой линии адреса A[15:10] устройствами игнорировались.[2]
Таким образом, диапазон адресов устройств шины ISA ограничивается областью
100h-3FFh, то есть всего 758 адресов 8-битных регистров. На некоторые области этих адресов претендуют и системные устройства. Впоследствии стали применять и 12- битную адресацию (диапазон 100h-FFFh), но при ее использовании всегда необходимо учитывать возможность присутствия на шине и старых 10-битных адаптеров, которые "отзовутся" на адрес с подходящими ему битами A[9:0] во всей допустимой области четыре раза.
В распоряжении абонентов шины ISA-8 может быть до 6 линий запросов прерываний IRQ (InterruptRequest), для ISA-16 их число достигает 11. Заметим, что при конфигурировании BIOS Setup часть из этих запросов могут отобрать устройства системной платы или шина PCI.
Абоненты шины могут использовать до трех 8-битных каналов DMA
(DirectMemoryAccess - прямой доступ к памяти), а на 16-битной шине могут быть доступными еще три 16-битных канала. Сигналы 16-битных каналов могут

7 использоваться и для получения прямого управления шиной устройством Bus-Master.
При этом канал DMA используется для обеспечения арбитража управления шиной, а адаптер Bus-Master формирует все адресные и управляющие сигналы шины, не забывая "отдать" управление шиной процессору не более, чем через 15 микросекунд (чтобы не нарушить регенерацию памяти).
Все перечисленные ресурсы системной шины должны быть бесконфликтно распределены между абонентами. Бесконфликтность подразумевает следующее:
-Каждый абонент должен при операциях чтения управлять шиной данных
(выдавать информацию) только по своим адресам или по обращению к используемому им каналу DMA. Области адресов для чтения не должны пересекаться. "Подсматривать" не ему адресованные операции записи не возбраняется. [1]
-Назначенную линию запроса прерывания IRQx абонент должен держать на низком уровне в пассивном состоянии и переводить в высокий уровень для активации запроса.
Неиспользуемыми линиями запросов абонент управлять не имеет права, они должны быть электрически откоммутированы или подключаться к буферу, находящемуся в третьем состоянии. Одной линией запроса может пользоваться только одно устройство.
Такая нелепость (с точки зрения схемотехники ТТЛ) была допущена в первых PC и в жертву совместимости старательно тиражируется уже много лет.
Задача распределения ресурсов в старых адаптерах решалась с помощью джамперов, затем появились программно-конфигурируемые устройства, которые практически вытеснены автоматически конфигурируемыми платами PnP.
Для шин
ISA ряд фирм выпускает карты-прототипы
(ProtitypeCard), представляющие собой печатные платы полного или уменьшенного формата с крепежной скобой. На платах установлены обязательные интерфейсные цепи - буфер данных, дешифратор адреса и некоторые другие. Остальное поле платы представляет собой "слепыш", на котором разработчик может разместить макетный вариант своего устройства. Эти платы удобны для макетной проверки нового изделия, а также для монтажа единичных экземпляров устройства, когда разработка и изготовление печатной платы нерентабельно. [7]
С появлением 32-битных процессоров делались попытки расширения разрядности шины, но все 32-битные шины ISA не являются стандартизованными, кроме шины EISA.

Шина EISA
С появлением 32-разрядных микропроцессоров 80386 (версия DX) фирмами
Compaq, NEC и рядом других фирм, была создана 32-разрядная шина EISA, полностью совместимая с ISA.
Шина EISA (Extended ISA) - жестко стандартизованное расширение ISA до 32 бит.
Конструктивное исполнение обеспечивает совместимость с ней и обычных ISA- адаптеров. Узкие дополнительные контакты расширения расположены между ламелями разъема ISA и ниже таким образом, что адаптер ISA, не имеющий дополнительных ключевых прорезей в краевом разъеме, не достает до них. Установка карт EISA в слоты

8
ISA недопустима, поскольку ее специфические цепи попадут на контакты цепей ISA, в результате чего системная плата окажется неработоспособной. [11]
Расширение шины касается не только увеличения разрядности данных и адреса: для режимов
EISA используются дополнительные управляющие сигналы, обеспечивающие возможность применения более эффективных режимов передачи. В обычном (не пакетном) режиме передачи за каждую пару тактов может быть передано до
32 бит данных (один такт на фазу адреса, один - на фазу данных). Максимальную производительность шины реализует пакетный режим (BurstMode) – скоростной режим пересылки пакетов данных без указания текущего адреса внутри пакета. Внутри пакета очередные данные могут передаваться в каждом такте шины, длина пакета может достигать 1024 байт. Шина предусматривает и более производительные режимы DMA, при которых скорость обмена может достигать 33 Мбайт/с. Линии запросов прерываний допускают разделяемое использование, причем сохраняется и совместимость с ISA- картами: каждая линия запроса может программироваться на чувствительность как по перепаду, как в ISA, так и по низкому уровню. Шина допускает потребление каждой картой расширения мощности до 45 Вт, но полную мощность, как правило не потребляет ни один адаптер.[8]
Каждый слот (максимум - 8) и системная плата могут иметь селективное разрешение адресации ввода-вывода и отдельные линии запроса и подтверждения управления шиной.
Арбитраж запросов выполняет устройство
ISP
(IntegratedSystemPeripheral). Обязательной принадлежностью системной платы с шиной
EISA является энергонезависимая память конфигурации NVRAM, в которой хранится информация об устройствах EISA для каждого слота. Формат записей стандартизован, для модификации конфигурационной информации применяется специальная утилита
ECU (EISA ConfigurationUtility). Архитектура позволяет при использовании программно- конфигурируемых адаптеров автоматически разрешать конфликты использования системных ресурсов программным путем, но в отличие от спецификации PnP, EISA не допускает динамического реконфигурирования. Все изменения конфигурации возможны только в режиме конфигурирования, после выхода, из которого необходима перезагрузка компьютера. Изолированный доступ к портам ввода-вывода каждой карты во время конфигурирования обеспечивает просто: сигнал AEN, разрешающий декодирования адреса в цикле ввода-вывода, на каждый слот приходит по отдельной линии AENx, в это время программно-управляемой. Таким образом можно по отдельности обращаться и к обычным картам ISA, но из это бесполезно, поскольку карты ISA не поддерживают обмена конфигурационной информацией, предусмотренного шиной EISA. На некоторых идеях конфигурирования EISA выросла спецификация PnP для шины ISA (формат конфигурационных записей ESCD во многом напоминает NVRAM EISA).
EISA - дорогая, но оправдывающая себя архитектура, применяющаяся в многозадачных системах, на файл-серверах и везде, где требуется высокоэффективное расширение шины ввода-вывода.[8]


9
Шина MCA
Шина MCA (MicroChannelArchitecture) - микроканальная архитектура - была введена в пику конкурентам фирмой IBM для своих компьютеров PS/2 начиная с модели
50 в 1987году. Обеспечивает быстрый обмен данными между отдельными устройствами, в частности с оперативной памятью. Шина MCA абсолютно несовместима с ISA/EISA другими адаптерами. Состав управляющих сигналов, протокол и архитектура ориентированы на асинхронное функционирование шины и процессора, что снимает проблемы согласования скоростей процессора и периферийных устройств. Адаптеры
MCA широко используют Bus-Mastering, все запросы идут через устройство CACP
(CentralArbitrationControlPoint). Архитектура позволяет эффективно и автоматически конфигурировать все устройства программным путем (в MCA PS/2 нет ни одного переключателя).
При всей прогрессивности архитектуры (относительно ISA) шина MCA не пользуется популярностью из-за узости круга производителей MCA-устройств и полной их несовместимости с массовыми ISA-системами. Однако MCA еще находит применение в мощных файл-серверах, где требуется обеспечение высоконадежного производительного ввода-вывода.

Локальная шина VLB
Локальная шина стандарта
VLB
(VESA
LocalBus,
VESA

VideoEquipmentStandartAssociation

Ассоциация стандартов видеооборудования) разработана в 1992 году. Главным недостатком шины VLB является невозможность её использования с процессорами, пришедшими на замену МП 80486 или существующими параллельно с ним (Alpha, PowerPC и др.).
Шины ввода-вывода ISA, MCA, EISA имеют низкую производительность, обусловленную их местом в структуре PC. Современные приложения (особенно графические) требуют существенного повышения пропускной способности, которое могут обеспечить современные процессоры. Одним из решений проблемы повышения пропускной способности было применение в качестве шины подключения периферийных устройств локальной шины процессора 80486. Шину процессора использовали как место подключения встроенной периферии системной платы (контроллер дисков, графического адаптера). [11]
VLB - стандартизованная 32-битная локальная шина, практически представляющая собой сигналы системной шины процессора 486, выведенные на дополнительные разъемы системной платы. Шина сильно ориентирована на 486 процессор, хотя возможно ее использование и с процессорами класса 386. Для процессоров Pentium была принята спецификация 2.0, в которой разрядность шины данных увеличена до 64, но она распространения не получила. Аппаратные преобразователи шины новых процессоров в шину VLB, будучи искусственными "наростами" на шинной архитектуре, не прижились, и VLB дальнейшего развития не получила.
Конструктивно VLB-слот аналогичен 16-битному обычному MCA-слоту, но является расширением системного слота шины ISA-16, EISA или MCA, располагаясь

10 позади него вблизи от процессора. Из-за ограниченной нагрузочной способности шины процессора больше трех слотов VLB на системной плате не устанавливают.
Максимальная тактовая частота шины - 66 МГц, хотя надежнее шина работает на частоте
33 МГц. При этом декларируется пиковая пропускная способность 132 Мбайт/с (33 МГц x 4 байта), но она достигается только внутри пакетного цикла во время передач данных.
Реально в пакетном цикле передача 4 x 4 = 16 байт данных требует 5 тактов шины, так что даже в пакетном режиме пропускная способность составляет 105.6 Мбайт/с, а в обычном режиме (такт на фазу адреса и такт на фазу данных) - всего 66 Мбайт/с, хотя это и значительно больше, чем у ISA. Жесткие требования к временным характеристикам процессорной шины при большой нагрузке (в т. ч. и микросхемами внешнего кэша) могут привести к неустойчивой работе: все три VLB-слота могут использоваться только на частоте 40 МГц, при нагруженной системной плате на 50 МГц может работать только один слот. Шина в принципе допускает и применение активных (Bus-Master) адаптеров, но арбитраж запросов возлагается на сами адаптеры.
Шину VLB обычно использовали для подключения графического адаптера и контроллера дисков. Адаптеры локальных сетей для VLB практически не встречаются.
Иногда встречаются системные платы, у которых в описании указано, что они имеют встроенный графический и дисковый адаптер с шиной VLB, но самих слотов VLB нет.
Это означает, что на плате установлены микросхемы указанных адаптеров, предназначенные для подключения к шине VLB. Такая неявная шина по производительности, естественно, не уступает шине с явными слотами. С точки зрения надежности и совместимости- это даже лучше, поскольку проблемы совместимости карт и системных плат для шины VLB стоят особенно остро.

3.2.

Последовательные


USB
USB (англ. UniversalSerialBus — «универсальная последовательная шина») — последовательный интерфейс передачи данных для среднескоростныхнизкоскоростных периферийных устройств в вычислительной технике.
Кабель USB состоит из 4 медных проводников — 2 проводника питания и 2 проводника данных в витой паре, и заземленной оплётки/экрана.
Шина строго ориентирована, имеет понятие «главное устройство» (хост, он же
USB контроллер, обычно встроен в микросхему южного моста на материнской плате) и
«периферийные устройства». Шина имеет древовидную топологию, поскольку периферийным устройством может быть разветвитель (hub), в свою очередь имеющий несколько нисходящих разъемов «от хоста». Соединение 2 компьютеров — или 2 периферийных устройств — пассивным USB кабелем невозможно. Существуют активные
USB кабели для соединения 2 компьютеров, но они включают в себя сложную электронику, эмулирующую Ethernet адаптер, и требуют установки драйверов с обеих сторон.

11
Устройства могут быть запитаны от шины, но могут и требовать внешний источник питания. Поддерживается и дежурный режим для устройств и разветвителей по команде с шины со снятием основного питания при сохранении дежурного питания и включением по команде с шины.
USB поддерживает «горячее» подключение и отключение устройств. Это достигнуто увеличенной длиной заземляющего контакта разъёма по отношению к сигнальным. При подключении разъёма USB первыми замыкаются заземляющие контакты, потенциалы корпусов двух устройств становятся равны и дальнейшее соединение сигнальных проводников не приводит к перенапряжениям, даже если устройства питаются от разных фаз силовой трёхфазной сети.

IEEE 1394
IEEE 1394 — последовательная высокоскоростная шина, предназначенная для обмена цифровой информацией между компьютером и другими электронными устройствами.
Стандарт 1394 является шинным протоколом, который может подключать до 63 устройств. В отличие от сетей на коаксиальном кабеле или SCSI, устройства IEEE 1394 можно подключать не только последовательно, но и организовывать ветви. Кабель не нужно терминировать резистором, а адреса устройств раздаются динамически без какого- либо участия пользователя.
Интерфейс основан на шести контактах, которые переходят в две витые пары проводов для передачи данных и два провода для питания. Эта конфигурация позволяет подавать напряжение между 8 и 30В с током до 1,5А.
Максимальная длина кабеля от одного устройства к другому составляет 4,5 метра на полной скорости. В то же время, напрямую в цепь можно подключать, максимум, 17 устройств. Замкнутые цепи и петли не позволяются. Впрочем, самые распространённые конфигурации состоят из 1-3 устройств. [9]
Устройства IEEE 1394 организованы по трехуровневой схеме — Transaction, Link и
Physical, соответствующие трем нижним уровням модели OSI.
TransactionLayer — маршрутизация потоков данных с поддержкой асинхронного протокола записи-чтения.
LinkLayer — формирует пакеты данных и обеспечивает их доставку.
PhysicalLayer — преобразование цифровой информации в аналоговую для передачи и наоборот, контроль уровня сигнала на шине, управление доступом к шине.
Связьмеждушиной PCI и Transaction Layer осуществляет Bus Manager. Он назначает вид устройств на шине, номера и типы логических каналов, обнаруживает ошибки.
Данные передаются кадрами длиной 125 мкс. В кадре размещаются временные слоты для каналов. Возможен как синхронный, так и асинхронный режимы работы.
Каждый канал может занимать один или несколько временных слотов. Для передачи данных устройство-передатчик просит предоставить синхронный канал требуемой пропускной способности. Если в передаваемом кадре есть требуемое количество

12 временных слотов для данного канала, поступает утвердительный ответ и канал предоставляется. [12]

SATA
SATA (англ. Serial ATA) — последовательный интерфейс обмена данными с накопителями информации. SATA является развитием параллельного интерфейса ATA
(IDE).
SATA использует 7-контактный разъём (Рисунок 3) вместо 40-контактного разъёма у PATA. SATA-кабель имеет меньшую площадь, за счёт чего уменьшается сопротивление воздуху, обдувающему комплектующие компьютера, упрощается разводка проводов внутри системного блока.
SATA-кабель за счёт своей формы более устойчив к многократному подключению.
Питающий шнур SATA также разработан с учётом многократных подключений. Разъём питания SATA подаёт 3 напряжения питания: +12 В, +5 В и +3,3 В, однако современные устройства могут работать без напряжения +3,3 В, что даёт возможность использовать пассивный переходник со стандартного разъёма питания IDE на SATA. Ряд SATA- устройств поставляется с двумя разъёмами питания.
Стандарт SATA отказался от традиционного для PATA подключения по два устройства на шлейф; каждому устройству полагается отдельный кабель, что снимает проблему невозможности одновременной работы устройств, находящихся на одном кабеле (и возникавших отсюда задержек), уменьшает возможные проблемы при сборке
(проблема конфликта Slave/Master устройств для SATA отсутствует), устраняет возможность ошибок при использовании не терминированных PATA-шлейфов.
Стандарт SATA поддерживает функцию очереди команд (NCQ, начиная с SATA
Revision 2.x). Стандарт SATA предусматривает горячую замену активного устройства.
Стоит отметить, что операционные системы младше WindowsVista, а также Mac OS X и
Linux 2-3 летней давности не поддерживают AdvancedHostControllerInterface (AHCI) без специальных драйверов. А именно AHCI обеспечивает работу NCQ и горячего подключения. Интерфейс SATA имеет два канала передачи данных, от контроллера к устройству и от устройства к контроллеру. Для передачи сигнала используется технология LVDS, провода каждой пары являются экранированными витыми парами.
4.
ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ

Шины расширения –это наиболее консервативная часть системной платы.
Например, окончательно устаревшая шина ISA не сдается из-за наличия у пользователей огромного числа различных карт, предназначенных для установки в слот ISA, поэтому до сих пор выпускаются системные платы, на которых можно найти от 1 до 3 таких слотов.
А поскольку конкуренция среди производителей компьютерного оборудования колоссальная, даже размышления крупнейших разработчиков не могут заставить всех производителей перестать выпускать системные платы с такой шиной- если существует спрос, то будет и предложение.

13
Устранение узких мест
Узким местом становится шина ввода-вывода, в зависимости от того, как развивается быстродействие микропроцессоров. Это отрицательно влияет на скоростных характеристиках системы. Производительность ПК обычно сдерживается низкой скоростью обработки графических изображений и доступа к дисковым накопителям.
Сейчас функции ввода-вывода в ПК реализуются при помощи стандартных шин расширения ISA, EISA или MCA. Пропускную способность этих машин можно повысить только при помощи дополнительных средств и встроенных специализированных процессоров.
Уже есть платы, которые содержат оригинальные локальные шины, но отсутствием стандартного интерфейса развитие этого направления до сих пор сдерживается. Это означает, что стоимость таких систем будет очень высока и будут ограниченные возможности выбора.
Анализ состояния
На примерах существующих стандартов видно, что у каждого стандарта шин есть свои достоинства, но есть и свои недостатки. Одни шины позволяют получать вполне удовлетворительное быстродействие, но очень дороги и сложны в изготовлении, и зачастую затраты не окупаются. Другие дешевы, но очень требовательны к системе в целом.
Все 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 и препятствия роста быстродействия даже при дальнейшем увеличении производительности вычислительных компонентов – процессора, оперативной памяти, видеосистемы и так далее. [1]
Существуют 16 - и 32-разрядные, высокопроизводительные (VESA, VLB, AGP и
РКИ с тактовой частотой более 16 МГц) и низкопродуктивные (ISA и EISA с тактовой частотой 8 и 16 МГц) системные шины. Также шины, разработанные по современным стандартам (VESA, VLB и РКИ), допускают подключение нескольких одинаковых устройств, например, несколько жестких дисков, а шина РКИ обеспечивает самостоятельную конфигурацию периферийного (дополнительного) оборудования - поддержку стандарта PlugandPlay, что исключает ручную конфигурацию аппаратных параметров периферийного оборудования при его изменении или наращивании.
Операционная система, поддерживающая этот стандарт, сама настраивает оборудование, подключенное через шину РКИ, без вмешательства пользователя.
Существуют как 64-разрядные расширения шины РКИ, так и 32-разрядные, работающие на частоте 66 МГц. [10]



14
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Шина - это несколько проводников, соединяющих различные устройства. Шины можно разделить на категории в соответствии с выполняемыми функциями. Они могут быть внутренними по отношению к процессору и служить для передачи данных, а также могут быть внешними по отношению к процессору и связывать процессор с памятью или устройствами ввода-вывода. Каждый тип шины обладает определенными свойствами, и к каждому из них предъявляются определенные требования. В этом и следующих подразделах мы сосредоточимся на шинах, которые связывают центральный процессор с памятью и устройствами ввода-вывода.
С самого развития и до сих пор шина ввода/вывода является узким местом современных персональных компьютеров, что отрицательно сказывается на общих скоростных характеристиках системы. Появлялись новые шины, увеличивалась разрядность, быстродействие шин, их пропускная способность. Но разработки новых стандартов шин продолжаются. Многие фирмы объединяют свои усилия для разработки новых стандартов.
СПИСОК ИНФОРМАЦИОННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1.
Газета "КомпьютерИнфо" (СПб.), 1998/2-6, 19-22 2.
Гук Михаил "Аппаратные средства IBM PC. Энциклопедия", Москва, 1998 год.
3.
Архитектура ЭВМ и вычислительные системы. Авторы: Максимов Николай, Попов
Игорь, Партыка Татьяна 5-е издание 2013 г.
4.
Раздел: Рефераты по информатике, программированию [Электронный ресурс]: реферат.
Добавлен 06:31:54 20 декабря 2010 года URL: http://www.bestreferat.ru/referat-
189950.html (Дата обращения: 22.11.2015)
5.
Прохоров Н.Л., ПеселевК.В. Перспективы развития вычислительной техники:
Книга 5.
Малые ЭВМ. Учебное пособие - М.: Высшая школа, 1989.
6.
Воройский Ф. С. Информатика. Новый систематизированный толковый словарь- справочник. — 3-е изд. — М.: ФИЗМАТЛИТ, 2003.
7.
Стрижов. В Самый простой интерфейс для PCI. // Компоненты и Технологии. 2000. № 1.
8.
Э.Таненбаум «Архитектура компьютера» -4-е изд- С: Питер, 2003 9.
Электронная энциклопедия «Википедия», статья «Компьютерные шины» [Электронный ресурс]: http:// ru.wikipedia.org/wiki/Шина_(компьютер)
10.
Электронная энциклопедия «Википедия», статья «Закон Мура» [Электронный ресурс]: http:// ru.wikipedia.org/wiki/Закон_Мура
11.
Анализ на основании каталога товаров «Яндекс. Маркет» [Электронный ресурс]: http://market.yandex.ru/catalogmodels.xml?CAT_ID=651600&hid=91019 12.
Анализ на основании статьи из электронной энциклопедии «Википедия», статья
«Квантовый компьютер» [Электронный ресурс]: http://ru.wikipedia.org/wiki/Квантовый_компьютер

15



Поделитесь с Вашими друзьями:


База данных защищена авторским правом ©nethash.ru 2019
обратиться к администрации

войти | регистрация
    Главная страница


загрузить материал