Доклад: Шини (Industrial Standard Architecture)
Незважаючи на снуючі недоліки, VL-bus була безсумнівним лідером на ринку, тому що дозволяла усунути вузьке місце відразу в двох підсистемах - відеопідсистемі і підсистем обміну з твердим диском. Однак лідерство було недовгим, оскільки корпорація Intel розробила свою новинку - шину PCI. На думку компанії, VL-bus базувалася на технологіях 11-літньої давнини і була усього лише "латочкою", компромісом між виробниками. Правда, VESA заявляла, що обидві шини можуть "уживатися" спільно в одній системі. Intel погоджувалася, що таке сусідство можливо, але задавала зустрічне убивче питання: "А навіщо?". Справедливості заради, треба сказати, що PCI дійсно була урятована від більшості недоліків, властивих VL-bus.
Шина PCI (Peripheral Component Interconnect bus)
Отже, переходимо до самого цікавого. Що ж знаходиться на сьогоднішній день усередин більшості наших комп'ютерів? Природно, шина PCI. Інше питання, чому саме ця шина. Спробуємо розібратися.
Отже, розробка шини PCI почалася навесні 1991 року як внутрішній проект корпорац Intel (Release 0.1). Фахівці компанії поставили перед собою ціль розробити недороге рішення, яке б дозволило цілком реалізувати можливості нового покоління процесорів 486/Pentium/P6 (от уже половина відповіді). Особливо підкреслювалося, що розробка проводилася "з нуля", а не була спробою установки нових "латок" на існуючі рішення. У результаті шина PCI з'явилася в червні 1992 року (R1.0). Розроблювачі Intel відмовилися від використання шини процесора і ввели ще одну "антресольну" (mezzanine) шину.
Завдяки такому рішенню шина вийшла, по-перше, процесоро-незалежною (на відміну від VLbus), а по-друге, могла працювати паралельно із шиною процесора, не звертаючи до неї за запитами. Наприклад, процесор працює собі з кешем або системною пам'яттю, а в цей час по мережі на вінчестер пишеться інформація. Просто здорово! Насправді ідилії, звичайно, не виходить, але завантаження шини процесора знижується здорово. Крім того, стандарт шини був оголошений відкритим переданий PCI Special Interest Group, що продовжила роботу з удосконалювання шини (у даний час доступний R2.1), і в цьому, мабуть, друга половина відповід на питання "чому PCI?"
Основн можливості шини наступні.
· Синхронний 32-х або 64-х розрядний обмін даними (правда, наскільки мені відомо, 64-розрядна шина в даний час використовується тільки в Alpha-системах і серверах на базі процесорів Intel Xeon, але, у принципі, за нею майбутнє). При цьому для зменшення числа контактів (і вартості) використовується мультіплексірування, тобто адреса і дані передаються по тим самим лініях.
· Підтримка 5V і 3.3V логіки. Рознімання для 5 і 3.3V плат розрізняються розташуванням ключів
· Частота роботи шини 33MHz або 66MHz (у версії 2.1) дозволя забезпечити широкий діапазон пропускних здібностей (з використанням пакетного режиму):
· 132 МВ/хв при 32-bit/33MHz;
· 264 MB/хв при 32-bit/66MHz;
· 264 MB/хв при 64-bit/33MHz;
· 528 МВ/хв при 64-bit/66MHz.
При цьому для роботи шини на частоті 66MHz необхідно, щоб усі периферійні пристро працювали на цій частоті.
· Повна підтримка multiply bus master (наприклад, кілька контролерів твердих дисків можуть одночасно працювати на шині).
· Підтримка write-back і write-through кеша.
· Автоматичне конфігуровання карт розширення при включенн харчування.
· Специфікація шини дозволяє комбінувати до восьми функцій на одній карті (наприклад, відео + звук і т.д.).
· Шина дозволяє встановлювати до 4 слотов розширення, однак можливе використання моста PCI-PCI для збільшення кількості карт розширення.
· PCI-пристрої обладнані таймером, що використовується для визначення максимального проміжку часу, у плині якого пристрій може займати шину.
При розробці шини в її архітектуру були закладені передові технічні рішення, що дозволяють підвищити пропускну здатність.
Шина підтримує метод передачі даних, називаний "linear burst" (метод лінійних пакетів). Цей метод припускає, що пакет інформації зчитується (або записується) "одним шматком", тобто адреса автоматично збільшується для наступного байта. Природним образом при цьому збільшується швидкість передачі власне даних за рахунок зменшення числа переданих адрес.
Шина PCI є тією черепахою, на якій коштують слони, що підтримують "Землю" - архітектуру Microsoft/Intel Plug and Play (Pn) PC architecture. Специфікація шини PCI визначає три типи ресурсів: два звичайних (діапазони пам'ят діапазон уведення/висновку, як них називає компанія Microsoft) і configuration space - "конфігураційний простір".
Конфігураційний простір складається з трьох регіонів:
· заголовка, незалежного від пристрою (device-independent header region);
· регіону, обумовленого типом пристрою (header-type region);
· регіону, обумовленого користувачем (user-defined region).
У заголовку утримується інформація про виробника і тип пристрою - поле Class Code (мережний адаптер, контролер диска, мультімедіа і т.д.) і інша службова інформація.
Наступний регіон містить регістри діапазонів пам'яті і введення/висновку, що дозволяють динамічно виділяти пристроєві область системної пам'яті й адресного простору. У залежності від реалізації системи конфігурація пристроїв виробляється або BIOS (при виконанні POST - power-on self test), або програмно. Базовий регістр expansion ROM аналогічно дозволяє відображати ROM пристрою в системну пам'ять. Поле CIS (Card Information Structure) pointer використовується картами cardbus (PCMCIA R3.0). З Subsystem vendor/Subsystem ID усі зрозуміло, а останні 4 байти регіону використовуються для визначення переривання і часу запиту/володіння.
Малюнок 4.
Конфігураційний простір.
Усе гарне коли-небудь кінчається. Кривдно - але істинно. Скільки писали про те, що шина PCI нарешті-те усунула "вузьке місце" РС - обмін з відеокартами - але та ба! Прогрес, як відомо, не коштує на місці. Поява різних там 3D прискорювачів привело до того, що ребром устав питання: що робити? Або збільшувати кількість дорогої пам'яті безпосередньо на відеокарті, або зберігати частина інформації в дешевій системній пам'яті, але при цьому яким-небудь образом організувати до неї швидкий доступ.
Як це практично завжди буває в комп'ютерній індустрії, питання вирішене не був. Здавалося б, от вам найпростіше рішення: переходите на 66-мегагерцовую 64-розрядну шину PCI з величезною пропускною здатністю, так немає ж. Intel на базі того ж стандарту PCI R2.1 розробляє нову шину - AGP (R1.0, потім 2.0), що відрізняється від свого "батька" у наступному:
1. шина здатна передавати два блоки даних за один 66 MHz цикл (AGP 2x);
2. усунута мультіплексованість ліній адреси і даних (нагадаю, що в PCI для здешевлення конструкції адреса і дані передавалися по тим самим лініях);
3. подальша конвеєризація операцій читання/запису, на думку розроблювачів, дозволяє усунути вплив затримок у модулях пам'яті на швидкість виконання цих операцій.
У результаті пропускна здатність шини була оцінена в 500 МВ/хв, і призначалася вона для того, щоб відеокарти зберігали текстури в системній пам'яті, відповідно мали менше пам'яті на платі, і, відповідно, дешевшали.
Парадокс у тім, що відеокарти усе-таки воліють мати БІЛЬШЕ пам'яті, і МАЙЖЕ НІХТО не зберіга текстури в системній пам'яті, оскільки текстур такого обсягу поки (підкреслюю - поки) практично немає. При цьому в силу здешевлення пам'яті взагалі, карти особливо і не дорожчають. Однак практично усі вважають, що майбутнє - за AGP, а бурхливий розвиток мультімедіа-додатків (особливо - ігор) може незабаром привести до того, що текстури перестануть влазити й у системну пам'ять. Тому має сенс, особливо не вдаючись у технічні подробиці, розповісти, як же це все працює.
Отже, почнемо з початку, тобто з AGP 1.0. Шина має два основних режими роботи: Execute і DMA. У режимі DMA основною пам'яттю є пам'ять карти. Текстури зберігаються в системній пам'яті, але перед використанням (той самий execute) копіюються в локальну пам'ять карти. Таким чином, AGP діє в якості "тилової структури", що забезпечує своєчасну "доставку патронів" (текстур) на передній край (у локальну пам'ять). Обмін ведеться великими послідовними пакетами.
У режимі Execute локальна і системна пам'ять для відеокарти логічно рівноправні. Текстури не копіюються в локальну пам'ять, а вибираються безпосередньо із системної. Таким чином, приходиться вибирати з пам'яті відносно малі випадково розташовані шматки. Оскільки системна пам'ять виділяється динамічно, блоками по 4ДО, у цьому режимі для забезпечення прийнятної швидкодії необхідно передбачити механізм, що відображає послідовні адреси на реальні адреси 4-х кілобайтних блоків у системній пам'яті. Ця нелегка задача виконується з використанням спеціальної таблиці (Graphic Address Re-mapping Table або GART), розташованої в пам'яті.
При цьому адреси, що не попадають у діапазон GART (GART range), не змінюються і безпосередньо відображаються на системну пам'ять або область пам'яті пристрою (device specific range). На малюнку як таку область показаний локальний фрейм-буфер карти (Local Frame Buffer або LFB). Точний вид і функціонування GART не визначені і залежать від керуючої логіки карти.
Шина AGP цілком підтримує операції шини PCI, тому AGP-трафік може представляти із себе суміш що чергуються AGP і PCI операцій читання/запису. Операції шини AGP роздільними (split). Це означає, що запит на проведення операції відділений від власне пересилання даних.
Такий підхід дозволяє Устрі-AGP-пристроєві генерувати черга запитів, не чекаючи завершення поточної операції, що також підвищує швидкодію шини.
У 1998 роц специфікація шини AGP одержала подальший розвиток - вийшов Revision 2.0. У результаті використання нових низьковольтних електричних специфікацій з'явилася можливість здійснювати 4 транзакции (пересилання блоку даних) за один 66-мегагерцовый такт (AGP 4x), що означає пропускну здатність шини в 1GB/хв! Єдине, чого не вистачає для повного щастя, так це щоб пристрій міг динамічно переключатися між режимами 1х, 2х і 4х, але з іншого боку, це нікому і не потрібно.
Однак потреби і запити в області обробки відеосигналів усі зростають, і Intel готу нову специфікацію - AGP Pro (у даний час доступний Revision 0.9) - спрямовану на задоволення потреб високопродуктивних графічних станцій. Новий стандарт не видозмінює шину AGP. Основний напрямок - збільшення енергопостачання графічних карт. З цією метою в рознімання AGP Pro додані нові лінії харчування.
Передбачається, що буде існувати два типи карт AGP Pro - High Power і Low Power. Карти High Power можуть споживати від 50 до 110W. Природно, такі карти мають потребу в гарному охолодженні. З цією метою специфікація вимагає наявності двох вільних слотів PCI з component side (сторони, на якій розміщені основні чіпи) карти.
При цьому дані слоти можуть використовуватися картою як додаткові кріплення, для підведення додаткового харчування і навіть для обміну по шині PCI! При цьому на використання цих слотів накладаються лише незначні обмеження.
При використанні слотів для підведення додаткового харчування:
· Не використовувати для харчування лінії V I/O;
· Не встановлювати лінію M66EN (контакт 49В) у GND (що цілком природно, тому що це переводить шину PCI у режим 33 MHz).
При використанні слоту для обміну по шині:
· Підсистема PCI I/O повинна розроблятися під напругу 3.3V c можливістю функціонування при 5 V.
Підтримка 64-розрядного або 66 MHz режимів не потрібно.
Карти Low Power можуть споживати 25-50W, тому для забезпечення охолодження специфікація вимагає наявності одного вільного слоту PCI.
При цьому вс retail-карти AGP Pro повинні мати спеціальну накладку шириною відповідно в 3 або 2 слоту, при цьому карта здобуває вид досить застрашливий.
Загалом, як уявлю соб графічну станцію з двома процесорами Xeon і відеокартою AGP Pro High Power... Можна здорово заощадити на опаленні... Закрадається крамольна думка, що в специфікацію PC 200? буде закладене рідинне охолодження. Знов-таки поживемо побачимо…
Шина USB (Universal Serial Bus)
Що таке USB?
Специфікація периферійної шини USB розроблена лідерами комп'ютерної і телекомунікаційної промисловості -і Compaq, DEC, IBM, Intel, Microsoft, NEC і Northern Telecom -і для підключення комп'ютерно периферії поза корпусом машини по стандарті рlug'n'рlау, у результаті відпада необхідність в установці додаткових плат у слоти розширення і переконфігуруванн системи. Персональні комп'ютери, що мають шину USB, дозволяють підключати периферійні пристрої і здійснюють їхній автоматичне конфігурування, як тільки пристрій фізично буде приєднано до машини, і при цьому немає необхідність перезавантажувати або виключати комп'ютер, а так само запускати програми установки і конфігурування. Шина USB дозволяє одночасно підключати послідовно до 127 пристроїв, таких, як монітори або клавіатури, що виконують роль додатково підключених компонентів, або хабов (тобто пристрій, через яке підключається ще трохи).
Хто створив USB?
USB була розроблена групою із семи компаній, що бачили необхідність у взаємодії для забезпечення подальшого росту і розвитку розквітаючої індустрії інтегрованих комп'ютерів і телефонії. Ці сім компаній, що просувають USB, що випливають: Compaq, Digital Equipment Corp, IBM PC Co., Intel, Microsoft, NEC і Northern Telecom.
Як це працює?
USB визначає, додані пристрій або відключений, завдяки своїй розумності, забезпечуваною основною системою. Шина автоматично визначає, який системний ресурс, включаючи програмний драйвер і пропускну здатність, потрібний кожному периферійному пристроєві і робить цей ресурс доступним без утручання користувача. Власники комп'ютерів, оснащених шиною USB мають можливість переключати сумісні периферійні пристрої, так само просто, як вони вкручують нову лампочку в лампу.
Ви знаєте ці пристрої: телефони, модеми, клавіатури, миші, пристрої читання CD ROM, джойстики, стрічкові і дисков нагромаджувачі, сканери і принтери. Швидкість прокачування в 12 мегабит/хвунду дозволяє підключати через USB усе сучасне покоління периферійних пристроїв, включаючи апаратуру для обробки відео даних формату MPEG-2, рукавички для керування віртуальними об'єктами і дигитайзеры. Також, з чеканням великого росту в області інтеграції комп'ютерів і телефонії, шина USB може виступати як нтерфейс для підключення пристроїв Цифрової мережі з інтегрованими послугами (ISDN) і цифрових пристроїв Private Branch eXchange (PBX), що дозволяють підключати велику кількість телефонів до невеликої кількості ліній зв'язку.
Що означає існування USB для постачальників систем і периферії?
Сумісність USB будується на основі технологічно цілісної і відкритої специфікації, що задовольняє потреби споживачів у легко розширюваних комп'ютерах. У свою чергу, для постачальників і реселерів комп'ютерів, периферії і програмного забезпечення, сумісність USB принесе прибуток, за рахунок використання нових методів маркетингу:
· "Готова платформа" дозволяє логічно зв'язати апаратне програмне забезпечення для спільного постачання покупцеві.
· USB може знизити ризик можливої несумісності периферійного програмного забезпечення, що поставляється з комп'ютерами, за рахунок постачання готових систем по ключ, що задовольняють вимогам спеціалізованих ринкових ніш.
· USB-сумісна периферія може запропонувати приватним і корпоративним покупцям більший вибір устаткування, без страху зниження функціональних можливостей апаратних засобів.
· Реселери одержують велику гнучкість у підборі апаратури і готових систем, для стимуляції купівельного попиту, за рахунок можливості комбінування комплектів периферії, що поставляється, без побоювань, що щось з чимось не буде працювати в парі.
