13-ma'ruza Shinalarga misollar

---

13-ma'ruza

Shinalarga misollar

13.1. PCI avtobus

13.2. PCI Express

13.3. USB-avtobus

13.1. PCI avtobus

Dastlab IBM kompyuterlarida ko'pgina dasturlar matnga

asoslangan edi.

Windows paydo bo'lishi bilan, foydalanuvchilarning grafik

interfeyslari asta-sekin foydalanishga kirishdi. Ushbu ilovalarning hech

biri ISA avtobusiga jiddiy ta'sir ko'rsatmadi. Biroq, vaqt o'tishi bilan

ko'plab turli xil ilovalar paydo bo'ldi, shu jumladan to'liq ekranli

videolarni talab qiladigan o'yinlar va bu sezilarli darajada o'zgardi.

Bir oz hisob-kitob qilaylik. Bir piksel uchun 3 bayt bo'lgan 1024

768 monitorni ko'rib chiqing. Bitta ekran rasmida 2,25 MB

ma'lumotlar mavjud. Silliq harakatlarini takrorlash uchun sekundiga 30

kadr kerak bo'ladi va shuning uchun ma'lumotlarni uzatish tezligi 67,5

MB / s bo'lishi kerak. Aslida vaziyat yanada og'irroq, chunki tasvirni

uzatish uchun ma'lumotni qattiq diskdan, CD yoki DVD-dan avtobus

orqali xotiraga o'tkazish kerak. Keyin ma'lumotlar grafika adapteriga

(shuningdek, avtobus orqali) o'tishi kerak. Shunday qilib, faqat video

uzatish uchun avtobusning o'tkazish qobiliyati markaziy protsessor va

boshqa qurilmalarning ehtiyojlarini hisobga olmagan holda, 135 MB / s

bo'lishi kerak.

PCI salafiysi - ISA avtobusining maksimal ma'lumot uzatish tezligi

- 8,33 MGts. ISA avtobusi bir tsiklda ikki baytni uzatishga qodir,

shuning uchun uning maksimal o'tkazish qobiliyati 16,7 MB / s ni

tashkil qiladi.

EISA avtobusi sikliga 4 baytni o'tkazishi mumkin. Uning o'tkazish

qobiliyati 33,3 MB / s ga etadi. Bularning hech biri to'liq ekranli video

uchun zarur bo'lgan narsalarga to'liq mos kelmasligi aniq.

Bugungi Full HD video bundan ham battar. Bunda soniyasiga 30

kadr tezlikda 1920 1920 1080 ijro etish talab etiladi, shuning uchun

ma'lumot uzatish tezligi 155 MB / s (yoki agar ma'lumot avtobus orqali

ikki marta o'tishi kerak bo'lsa, 310 MB / s) bo'lishi kerak. Albatta, EISA

avtobusi ham

ushbu talablarga javob berishga yaqinlashmadi.

---

1990 yilda Intel EISA avtobusiga qaraganda yuqori o'tkazish

qobiliyatiga ega yangi avtobusni ishlab chiqdi. Ushbu avtobus PCI deb

nomlangan

(Periferik

Component

Interconnect

-

periferik

komponentlarning o'zaro ta'siri).

Intel PCI avtobusini patentlashtirdi va barcha patentlarni umumiy

domenga aylantirdi, shunda har qanday kompaniya PCI avtobuslari

uchun qo'shimcha uskunalarni hech qanday patent to'lovisiz ishlab

chiqarishi mumkin. Bundan tashqari, Intel PCI avtobusini yanada

takomillashtirish uchun PCI Special Interest Group - sanoat

konsorsiumini tashkil etdi. Bu harakatlarning barchasi PCI avtobusi juda

mashhur bo'lib qolishiga olib keldi. Deyarli har bir Intel kompyuteri

(Pentium-dan beri) va boshqa ko'plab kompyuterlarda PCI-avtobus

mavjud. PCI avtobusi adabiyotda batafsil tavsiflangan [Shanley and

Anderson, 1999; Solari va Uillse, 2004].

Birinchi PCI avtobusi tsikl uchun 32 bitni uzatdi va 33 MGts

chastotada ishlaydi (tsikl vaqti - 30 ns), umumiy o'tkazuvchanligi 133

MB / s.

1993 yilda PCI 2.0 avtobusi paydo bo'ldi, 1995 yilda esa PCI 2.1.

PCI 2.2 avtobusi noutbuk kompyuterlari uchun ham javob beradi

(batareyani tejash kerak bo'lganda).

Oxir-oqibat, biz 66 MGts chastotada 64 bitni uzatishga qodir PCI

avtobusini oldik va uning umumiy o'tkazish qobiliyati 528 MB / s ni

tashkil etdi. Bunday ishlash bilan to'liq ekranli videoga erishish mumkin

(agar disk va tizimdagi boshqa qurilmalar o'z hissalarini qo'shishsa).

Qanday bo'lmasin, PCI avtobusi tizimning "muammosi" emas.

528 MB / s tezlikda ma'lumot uzatish tezligi yuqori bo'lishiga

qaramay, bu erda ba'zi muammolar mavjud. Birinchidan, bu xotira

avtobusi uchun etarli emas. Ikkinchidan, PCI avtobusi barcha eski ISA

kartalariga mos kelmaydi. Shu sababli, Intel sek. Da ko'rsatilganidek,

uch yoki undan ko'p avtobusli kompyuterlarni loyihalashga qaror qildi.

3.48. Bu erda biz markaziy protsessor asosiy xotira bilan maxsus xotira

avtobusi orqali bog'lanishini va ISA avtobusini PCI avtobusiga ulash

mumkinligini ko'ramiz. 90-yillarda bunday arxitektura o'sha davrdagi

barcha zamonaviy talablarni qondirdi va shuning uchun ko'pgina

tizimlarda ishlatilgan.

---

Shakl: 3.48. Odatda birinchi avlod Pentium tizimining arxitekturasi.

(Avtobus yo'nalishlarining qalinligi uning o'tkazuvchanligini ko'rsatadi.

Chiziq qanchalik qalin bo'lsa, o'tkazish qobiliyati shuncha yuqori

bo'ladi).

Ushbu arxitekturaning asosiy tarkibiy qismlari bu avtobus

ko'priklari (bu mikrosxemalar Intel tomonidan ishlab chiqarilgan -

shuning uchun loyihaga qiziqish katta). PCI ko'prigi CPU, xotira va PCI

avtobusini bog'laydi.

ISA ko'prigi PCI avtobusini ISA avtobusiga bog'laydi va bitta yoki

ikkita IDE drayverlarini qo'llab-quvvatlaydi. Ushbu arxitekturadan

foydalanadigan deyarli barcha shaxsiy kompyuterlar yuqori tezlikda

ishlaydigan qo'shimcha qurilmalarni ulash uchun bir yoki bir nechta

bepul PCI uyalari va past tezlikda ishlaydigan atrof-muhitlarni ulash

uchun bir yoki bir nechta ISA uyalariga ega.

Zamonaviy Core i7 tizimida protsessor chipiga bir qator

interfeyslar o'rnatilgan. 1333 TP / s tezlik bilan ishlaydigan DDR3

xotirasining ikkita kanali asosiy xotiraga ulangan va kanalning umumiy

o'tkazish qobiliyatini 10 Gb / s ni tashkil qiladi. Protsessor 16 qatorli

PCI Express kanalini birlashtiradi, uni bitta 16 bitli PCI Express avtobus

yoki ikkita mustaqil 8 bitli PCI Express avtobus sifatida ishlashga

sozlash mumkin. Birgalikda, 16 bo'lak I / O qurilmalari uchun 16 Gb / s

o'tkazish qobiliyatini beradi.

---

Shakl: 3.49. Zamonaviy Core i7 tizimidagi avtobuslar tarkibi

Protsessor asosiy P67 ko'prigi chipiga DMI (Direct Media

Interface) ketma-ket interfeysi orqali 20 Gbit / s (2 Gb / s) orqali ulanadi.

P67 bir nechta zamonaviy yuqori samarali I / O interfeyslariga interfeys

beradi. 8 qo'shimcha PCI Express va SATA disk interfeyslarini qo'llab-

quvvatlaydi. P67 shuningdek, 15 ta USB 2.0 interfeysi, 10G Ethernet va

audio interfeysini ham amalga oshiradi.

ICH10 chipi eski qurilmalar uchun interfeys qo'llab-quvvatlaydi.

Sekin DMI interfeysi orqali P67-ga ulanadi. ICH10 PCI avtobusini, 1G

Ethernet, USB portlarini va eski PCI Express va SATA-ni amalga

oshiradi. Yangi ICH10 tizimlarida chip bo'lmasligi mumkin; bu faqat

tizim eski interfeyslarni qo'llab-quvvatlashi kerak bo'lsa kerak.

13.2. PCI Express

PCI avtobus imkoniyatlari aksariyat zamonaviy dasturlar uchun

etarli, ammo I / O tezlashishiga bo'lgan ehtiyoj asta-sekin ingichka ichki

kompyuter arxitekturasini murakkablashtirmoqda. 3.50-rasm PCI

avtobusi endi PC tarkibiy qismlarini birlashtiradigan markaziy qism

emasligini aniq ko'rsatmoqda. Endi bu rolni ko'prik o'ynaydi.

Muammoning mohiyati shundaki, vaqt o'tishi bilan PCI avtobusi

uchun juda tez ishlaydigan tobora ko'proq / ko'p qurilmalar paydo

bo'ladi. Avtobusni haddan tashqari oshirib yuborish eng yaxshi

echimdan uzoqdir, chunki bu faqat avtobusning shishishi, konduktorlar

---

va sig'imlarning o'zaro bog'liqligi bilan bog'liq muammolarni yanada

kuchaytiradi. PCI avtobusiga juda tez aylanadigan har bir yangi qurilma

(bu grafik adapter, qattiq disk, tarmoq boshqaruvchisi va boshqalar)

Intel ishlab chiqaruvchilari yana bitta maxsus portni yaratishga majbur

bo'lishadi, bu orqali ko'prik ushbu qurilmani PCI avtobusini chetlab

o'tishga imkon beradi. Tabiiyki, bunday echim uzoq muddatga

mo'ljallanmagan.

PCI avtobusining yana bir kamchiliklari bu taxtalarning haddan

tashqari kattaligi.

PCI-ning standart kartalari odatda 17,5 x 10,7 sm, ixcham kartalar

esa 12,5 x 3,6 sm ni tashkil qiladi.Hech qanday variant zamonaviy

cho'ntaklar modellariga to'g'ri kelmaydi. Shu bilan birga, ishlab

chiqaruvchilar o'zlarining qurilmalarining hajmini doimiy ravishda

kamaytirmoqdalar.

Bundan tashqari, ba'zi ishlab chiqaruvchilar kompyuter holatlarida

qurilmalarning yangi tartibiga o'tishni rejalashtirishmoqda - protsessor

va xotirani alohida yopiq xonaga va monitor ichidagi qattiq diskka

joylashtirish. PCI kartalari bilan ushbu echimni amalga oshirish mumkin

emas.

Hozirgi vaqtda ushbu muammolarni hal qilish uchun bir nechta

echimlar taklif qilinmoqda, ammo Intel faol ravishda ilgari surayotgan

PCI Express texnologiyasi tanlovda g'olib bo'ladi. Ismga qaramay, PCI

avtobusiga deyarli hech qanday aloqasi yo'q; bundan tashqari, bu

umuman plastik emas. Shunga qaramay, sotuvchilar "PCI" nomidan

qutulmaslikka qaror qilishdi - Yaxshiyamki, hamma buni biladi. Endi

ushbu avtobusning kompyuterda bo'lishi standartga aylandi.

13.3. USB-avtobus

PCI va PCI Express yuqori tezlikda ishlaydigan atrof-muhit

qurilmalarini ulashda juda yaxshi, ammo past tezlikli I / O qurilmalarida

(masalan, sichqonlar va klaviaturalar) PCI-dan foydalanish samarasiz

bo'ladi. Dastlab, har bir standart I / O qurilmasi kompyuterga maxsus

tarzda ulangan, yangi qurilmalarni qo'shish uchun bepul ISA va PCI

uyalari ishlatilgan. Afsuski, ushbu sxemada ba'zi kamchiliklar mavjud.

Masalan, har bir yangi I / O qurilmasi ko'pincha o'zining ISA yoki

PCI kartasi bilan birga keladi. Bunday holda, foydalanuvchi kalitlarni va

o'tish moslamalarini o'zi o'rnatishi va sozlangan taxtaning boshqa

taxtalarga zid kelmasligiga ishonch hosil qilishi kerak. Keyin

foydalanuvchi tizim birligini ochishi, taxtani ehtiyotkorlik bilan

---

joylashishi, tizim blokini yopishi va kompyuterni yoqishi kerak.

Ko'pchilik uchun bu jarayon juda qiyin va ko'pincha xatolarga olib

keladi. Bundan tashqari, ISA va PCI uyalarining soni juda oz (odatda

ikkita yoki uchta). Plug and play (PnP) kartalari kalitlarni o'rnatish

zaruratini yo'q qiladi, ammo foydalanuvchi kompyuterni ochishi va

kartani kiritishi kerak. Bundan tashqari, avtobuslar soni cheklangan.

1993 yilda etti kompaniyaning vakillari (Compaq, DEC, IBM,

Intel, Microsoft, NEC va Northern Telecom) past tezlikda ishlaydigan

qurilmalarni ulash uchun eng mos avtobusni loyihalashtirish uchun

yig'ilishdi. Keyin yuzlab boshqa kompaniyalar ularga qo'shildi. Ularning

ishlarining natijasi hozirgi kunda shaxsiy kompyuterlarda keng

qo'llaniladigan USB (Universal Serial Bus) avtobus bo'ldi. USB-ning

batafsil tavsifi adabiyotda keltirilgan [Anderson, 1997; Tan 1997].

Dastlab loyihaning asosini tashkil etgan ba'zi talablar:

foydalanuvchilar taxtalarda va qurilmalarda kalitlarni va o'tish

moslamalarini o'rnatmasliklari kerak;

I foydalanuvchilar yangi I / O qurilmalarini o'rnatish uchun

kompyuterni ochishlari shart emas;

All barcha qurilmalarni ulash uchun faqat bitta kabel turi bo'lishi

kerak;

I / O qurilmalari kabel orqali ulanishi kerak. Hozircha bu haqda

bilishning hojati yo'q. ”

One bitta kompyuterga 127 tagacha moslamani ulash imkoniyati

bo'lishi kerak;

tizim real vaqt rejimida ishlaydigan qurilmalarni (masalan, ovoz

moslamalari, telefon) qo'llab-quvvatlashi kerak;

kompyuter ishlayotgan paytda qurilmalarni o'rnatish imkoniyati

bo'lishi kerak;

Device yangi qurilmani o'rnatish kompyuterni qayta yoqishni talab

qilmasligi kerak;

Bus Yangi avtobus ishlab chiqarish va unga kirish / chiqaradigan

qurilmalar qimmat bo'lmasligi kerak.

USB-avtobus bu barcha shartlarga javob beradi. U past tezlikda

ishlaydigan qurilmalar (klaviaturalar, sichqonlar, kameralar, skanerlar,

raqamli telefonlar va boshqalar) uchun mo'ljallangan. Avtobusning

birinchi versiyasining umumiy o'tkazish qobiliyati (USB 1.0) 1,5 Mbit /

s. 1.1 versiyasi 12 Mbit / s tezlikda ishlaydi, bu printerlar, raqamli

kameralar va boshqa ko'plab qurilmalar uchun etarli.

---

Versiya 2.0 tashqi drayvlar, yuqori aniqlikdagi veb-kameralar va

tarmoq interfeyslarini qo'llab-quvvatlash uchun etarli bo'lgan 480 Mbit /

sek gacha tezlikka ega qurilmalarni qo'llab-quvvatlaydi. Yaqinda

chiqarilgan USB 3.0 da tezligi 5 Gb / s gacha oshdi; Bu juda tezkor

interfeys qanday yangi va talabchan ilovalarni ishga tushirishini faqat

vaqt aniqlaydi.

USB-avtobus asosiy avtobus ulagichiga ulanadigan ildiz uyasidan

iborat (3.49-rasmga qarang). Ushbu ildiz uyasi (ko'pincha ildiz uyasi deb

ataladi) ulagichlar sonini ko'paytirish uchun I / O qurilmalariga yoki

qo'shimcha uyalariga ulanishi mumkin bo'lgan simi ulagichlarini o'z

ichiga oladi. Shunday qilib, USB avtobus topologiyasi - bu

kompyuterning ichida joylashgan ildiz uyasida joylashgan daraxt.

Qurilma tomonidagi simi ulagichlari foydalanuvchi tomonidan tasodifan

boshqa tomonga ulanmasligi uchun uyali ulagichlardan farq qiladi.

Kabel to'rt simdan iborat: ikkitasi ma'lumot uzatish uchun, biri

quvvat uchun (+5 V) va biri yerga. Tizim kuchlanish o'zgarishi bilan 0

va kuchlanish o'zgarishi bilan 1 ni uzatadi, shuning uchun nol bitlarning

uzun ketma-ketligi doimiy pulslarning oqimini hosil qiladi.

Yangi I / O qurilmasi ulanganda, ildiz uyasi bu haqiqatni aniqlaydi

va operatsion tizimni to'xtatadi. Keyin operatsion tizim yangi qurilmani

nima ekanligini va avtobusning o'tkazish qobiliyati qancha ekanligini

aniqlash uchun so'rov o'tkazadi. Agar operatsion tizim ushbu qurilma

uchun etarli o'tkazish qobiliyatiga ega bo'lsa, unga noyob manzilni

tayinlaydi (1-127) va manzil va boshqa ma'lumotlarni qurilma ichidagi

konfiguratsiya registrlariga yuklaydi. Shunday qilib, yangi qurilmalar

foydalanuvchiga yangi ISA yoki PCI kartalarini o'rnatmasdan ulanishi

mumkin. Birlashtirilmagan kartalar 0 manzilidan boshlanadi, shuning

uchun ularga kirish mumkin. Ko'pgina qurilmalarda qo'shimcha

qurilmalar uchun o'rnatilgan tarmoq uyasi mavjud. Masalan, monitor

o'ng va chap dinamiklar uchun ikkita uyadan iborat bo'lishi mumkin.

USB avtobus - bu ildiz uyasi va I / O qurilmalari o'rtasida ketma-

ket kanallar. Har bir qurilma o'z kanalini har xil turdagi ma'lumotlar

(masalan, audio va video) uchun maksimal 16 kanalli kanallarga

ajratishi mumkin. Har bir kanal yoki subkanalda ma'lumotlar ildiz

uyasidan qurilmaga va orqaga o'tadi. Ikki kirish-chiqish qurilmasi

o'rtasida ma'lumot almashinuvi mavjud emas.

Har bir millisekundda (± 0,05 ms), ildiz uyasi barcha qurilmalarni

o'z vaqtida sinxronlashtirish uchun yangi ramka uzatadi. Bir ramka

paketlardan iborat bo'lib, ularning birinchisi uyadan qurilmaga uzatiladi.

---

Keyingi ramka paketlari xuddi shu yo'nalishda yoki teskari yo'nalishda

(qurilmadan uyaga) uzatilishi mumkin. Shaklda 3.54 ketma-ket to'rtta

freymni ko'rsatadi.

Shakl: 3.54. USB ildiz uyasi har millisekundda freymlarni uzatadi