Pneumatika (Autobus) je celá sada linek (vodičů na základní desce), pomocí kterých si komponenty PC a zařízení vyměňují informace. Sběrnice jsou určeny k výměně informací mezi dvěma nebo více zařízeními. Volá se sběrnice, která spojuje pouze dvě zařízení přístav. Na Obr. 1 ukazuje strukturu sběrnice.

Sběrnice má místa pro připojení externích zařízení – sloty, které se v důsledku toho stanou součástí sběrnice a mohou si vyměňovat informace se všemi ostatními zařízeními k ní připojenými.

Rýže. 1. Struktura sběrnice

Autobusy v PC se liší svým funkčním účelem :

• systémová sběrnice(neboli sběrnice CPU) je využívána čipy Cipset k odesílání informací do az (viz také obr. 1);
• pneumatika navržený pro výměnu informací mezi CPU a cache pamětí (viz také obr. 1);
• paměťová sběrnice slouží k výměně informací mezi RAM a CPU;
• I/O sběrnice informace se dělí na standardní a místní.

Místní I/O sběrnice je vysokorychlostní sběrnice určená pro výměnu informací mezi vysokorychlostními periferními zařízeními (video adaptéry, síťové karty, skenerové karty atd.) a systémovou sběrnicí řízenou CPU. V současné době se jako místní sběrnice používá sběrnice PCI. Pro urychlení vstupu/výstupu videa a zlepšení výkonu počítače při zpracování 3D obrazu vyvinul Intel sběrnici AGP ( ZrychlenýGrafikaPřístav).

Standardní I/O sběrnice slouží k připojení pomalejších zařízení (například myší, klávesnic, modemů, starých zvukových karet) k výše uvedeným sběrnicím. Donedávna se jako tato sběrnice používala standardní sběrnice ISA. V současné době je to USB sběrnice.

Sběrnice má vlastní architekturu, která umožňuje implementovat její nejdůležitější vlastnosti - možnost paralelního připojení téměř neomezeného počtu externích zařízení a zajištění výměny informací mezi nimi. Architektura každé sběrnice má následující komponenty:

• linky pro výměnu dat (datová sběrnice);
• linky pro adresování dat (adresová sběrnice);
• datové řídicí linky (řídící sběrnice);
• řadič sběrnice.

Ovladač Sběrnice řídí procesor pro výměnu dat a servisní signály a bývá realizována ve formě samostatného čipu nebo ve formě kompatibilní čipové sady - Chipset.

Datová sběrnice zajišťuje výměnu dat mezi CPU, rozšiřujícími kartami nainstalovanými ve slotech a pamětí RAM. Čím větší je šířka sběrnice, tím více dat lze přenést za takt a tím vyšší je výkon PC. Počítače s procesorem 80286 mají 16bitovou datovou sběrnici, počítače s CPU 80386 a 80486 mají 32bitovou datovou sběrnici a počítače s CPU rodiny Pentium mají 64bitovou datovou sběrnici.

Přečtěte si naši přednášku!

Adresní sběrnice slouží k označení adresy libovolnému PC zařízení, se kterým si CPU vyměňuje data. Každá PC komponenta, každý I/O registr a buňka RAM má svou vlastní adresu a je zahrnuta v obecném adresovém prostoru PC. Identifikační kód je přenášen přes adresovou sběrnici ( adresa) odesílatel a (nebo) příjemce údajů.

Pro urychlení výměny dat se používá mezilehlé zařízení pro ukládání dat - RAM – RAM. V tomto případě hraje rozhodující roli množství dat, které je možné v něm dočasně uložit. Objem závisí na šířku adresní sběrnice(počet řádků) a tedy z maximálního možného počtu adres generovaných procesorem na adresové sběrnici, tzn. na počtu buněk RAM, kterým lze přiřadit adresu. Počet buněk RAM by neměl překročit 2n, kde n– šířka adresní sběrnice. V opačném případě se některé buňky nevyužijí, protože je procesor nebude schopen adresovat.

V binární číselné soustavě je maximální velikost adresovatelné paměti 2n, kde n– počet linek adresové sběrnice.

Procesor 8088 měl například 20 adresních řádků a mohl tak adresovat 1 MB paměti (2 20 = 1 048 576 bajtů = 1 024 KB). V PC s procesorem 80286 byla adresová sběrnice navýšena na 24 bitů a procesory 80486, Pentium, Pentium MMX a Pentium II již mají 32bitovou adresní sběrnici, se kterou můžete adresovat 4 GB paměti.

Řídící sběrnice přenáší řadu obslužných signálů: zápis/čtení, připravenost přijímat/vysílat data, potvrzení příjmu dat, hardwarové přerušení, ovládání a další pro zajištění přenosu dat.

Hlavní vlastnosti pneumatiky

Šířka autobusu určeno počtem paralelních vodičů v něm obsažených. První sběrnice ISA pro IBM PC byla osmibitová, tzn. mohl přenášet 8 bitů současně. Systémové sběrnice moderních počítačů, například Pentium IV, jsou 64bitové.

Šířka pásma pneumatiky určeno počtem bajtů informací přenesených po sběrnici za sekundu.

Při výpočtu propustnosti například sběrnice AGP byste měli vzít v úvahu její provozní režim: zdvojnásobením hodinové frekvence videoprocesoru a změnou protokolu přenosu dat bylo možné zvýšit propustnost sběrnice o dva (2 x režim) nebo čtyřnásobek (režim 4 x), což je ekvivalentní zvýšení frekvence hodin sběrnice o odpovídající počet opakování (až 133, resp. 266 MHz).

Externí zařízení se ke sběrnicím připojují přes rozhraní (Rozhraní– párování), což je soubor různých charakteristik periferního zařízení PC, které určují organizaci výměny informací mezi ním a centrálním procesorem.

Mezi takové charakteristiky patří elektrické parametry a parametry časování, sada řídicích signálů, protokol výměny dat a konstrukční vlastnosti spojení. Výměna dat mezi komponentami PC je možná pouze tehdy, pokud jsou rozhraní těchto komponent kompatibilní.

standardy PC sběrnice

Princip kompatibility IBM implikuje standardizaci rozhraní jednotlivých komponent PC, což ve svém důsledku určuje flexibilitu systému jako celku, tzn. schopnost měnit konfiguraci systému a připojovat různá periferní zařízení podle potřeby. V případě nekompatibility rozhraní se používají ovladače. Flexibilita a sjednocení systému je navíc dosaženo zavedením přechodných standardních rozhraní, jako jsou rozhraní potřebná pro provoz nejdůležitějších vstupních a výstupních periferií.

Systémová sběrnice navržený pro výměnu informací mezi CPU, pamětí a dalšími zařízeními zahrnutými v systému. Mezi systémové sběrnice patří:

• GTL, který má bitovou hloubku 64 bitů, taktovací frekvenci 66, 100 a 133 MHz;
• EV6, jehož specifikace umožňuje zvýšit jeho taktovací frekvenci na 377 MHz.

Pneumatiky jsou vylepšovány v souladu s vývojem PC periferií. V tabulce Obrázek 2 ukazuje charakteristiky některých I/O sběrnic.

PneumatikaJE byl po mnoho let považován za PC standard, ale v některých PC je dodnes zachován spolu s moderní sběrnicí PCI. Intel společně s Microsoftem vyvinul strategii postupného vyřazování sběrnice ISA. Na začátku je plánována eliminace ISA konektorů na základní desce a následně eliminace ISA slotů a připojení diskových jednotek, myší, klávesnic, skenerů na USB sběrnici a pevných disků a CD-ROM mechanik na sběrnici IEEE 1394. Nicméně , přítomnost obrovské flotily počítačů se sběrnicí ISA bude ještě nějakou dobu žádaná.

Pneumatika EISA se stal dalším vývojem sběrnice ISA ve směru zvyšování výkonu systému a kompatibility jeho komponent. Sběrnice není široce používána kvůli její vysoké ceně a šířce pásma, která je horší než u sběrnice VESA, která se objevila na trhu.

tabulka 2. Specifikace I/O sběrnice

Pneumatika	Hloubka, kousky	Hodinová frekvence, MHz	Šířka pásma, MB/s
ISA 8-bit	08	8,33	0008,33
ISA 16bitový	16	8,33	0016,6
EISA	32	8,33	0033,3
VLB	32	33	0132,3
PCI	32	33	0132,3
PCI 2.1 64-bit	64	66	0528,3
AGP (1x)	32	66	0262,6
AGP (2x)	32	66x2	0528,3
AGP (4x)	32	66x2	1056,6

Pneumatika VESA , nebo VLB , určený pro propojení CPU s rychlými periferními zařízeními a je rozšířením sběrnice ISA pro výměnu video dat.

Pneumatika PCI byla vyvinuta společností Intel pro procesor Pentium a jedná se o zcela novou sběrnici. Základním principem sběrnice PCI je použití takzvaných mostů, které komunikují mezi sběrnicí PCI a jinými typy sběrnic. Sběrnice PCI implementuje princip Bus Mastering, který implikuje schopnost externího zařízení řídit sběrnici při odesílání dat (bez účasti CPU). Během přenosu informací zařízení, které podporuje Bus Mastering, převezme sběrnici a stane se masterem. V tomto případě je centrální procesor uvolněn pro zpracování dalších úloh během přenosu dat. V moderním

Na základních deskách je taktovací frekvence sběrnice PCI nastavena jako poloviční frekvence hodin systémové sběrnice, tzn. S taktovací frekvencí systémové sběrnice 66 MHz bude sběrnice PCI pracovat na 33 MHz. V současné době se sběrnice PCI stala de facto standardem mezi I/O sběrnicemi.

Pneumatika AGP – vysokorychlostní místní vstupně/výstupní sběrnice určená výhradně pro potřeby videosystému. Propojuje grafický adaptér (3D akcelerátor) s paměťovým systémem PC. Sběrnice AGP byla navržena na základě architektury sběrnice PCI, je tedy také 32bitová. Má však další příležitosti ke zvýšení propustnosti, zejména díky použití vyšších rychlostí hodin.

Pneumatika USB byl vyvinut lídry v počítačovém a telekomunikačním průmyslu Compaq, DEC, IBM, Intel, Microsoft pro připojení periferních zařízení mimo PC skříň. Rychlost výměny informací přes USB sběrnici je 12 Mbit/s nebo 15 MB/s. K počítačům vybaveným sběrnicí USB můžete připojit periferní zařízení, jako je klávesnice, myš, joystick a tiskárna, aniž byste museli vypnout napájení. Všechna periferní zařízení musí být vybavena USB konektory a připojena k PC prostřednictvím samostatné vzdálené jednotky tzv USB hub nebo rozbočovač , pomocí kterého můžete k počítači připojit až 127 periferních zařízení. Architektura USB sběrnice je znázorněna na Obr. 4.

Pneumatika SCSI (MalýPočítačSystémRozhraní) poskytuje rychlost přenosu dat až 320 MB/s a umožňuje k jednomu adaptéru připojit až osm zařízení: pevné disky, jednotky CD-ROM, skenery, fotoaparáty a videokamery. Charakteristickým rysem sběrnice SCSI je to, že jde o kabelovou smyčku. Sběrnice SCSI je připojena ke sběrnicím PC (ISA nebo PCI). hostitelský adaptér (HostitelAdaptér). Každé zařízení připojené ke sběrnici SCSI může zahájit komunikaci s jinými zařízeními.

Pneumatika IEEE 1394 – Jedná se o standard vysokorychlostní místní sériové sběrnice vyvinutý společnostmi Apple a Texas Instruments. Sběrnice IEEE 1394 je navržena pro výměnu digitálních informací mezi sebou

Počítače a další elektronická zařízení, zejména pro připojení pevných disků a zařízení pro zpracování zvuku a videa, jakož i provozování multimediálních aplikací. Je schopen přenášet data rychlostí až 1600 MB/s a současně pracovat s několika zařízeními přenášejícími data různými rychlostmi, stejně jako SCSI.

Přes rozhraní IEEE 1394 lze k počítači připojit téměř každé zařízení schopné pracovat s SCSI. Patří sem všechny typy diskových jednotek, včetně pevných disků, optických jednotek, CD-ROM, DVD, digitálních videokamer a zařízení. Díky takto širokým možnostem se tato sběrnice stala nejperspektivnější pro spojení počítače se spotřební elektronikou. V současné době se vyrábí adaptéry IEEE 1394 pro sběrnici PCI.

4 / 5 ( 4 hlasy)

Tím, že pomáháte projektu BEST-EXAM, zpřístupňujete vzdělání každému člověku, přispějte i vy -
sdílejte tento článek na sociálních sítích!

Na nich závisí výkon celého systému. Na základní desce pro každé zařízení - diskové jednotky atd. je řídicí elektronický obvod - adaptér, případně řadič. Některé ovladače mohou ovládat více zařízení najednou.

Všechny počítačové řadiče spolupracují s procesorem a prostřednictvím systémové sběrnice pro přenos dat, která se také nazývá systém pneumatika. Kromě systémové sběrnice mají moderní základní desky několik sběrnic a odpovídajících konektorů pro připojení zařízení:

1. paměťová sběrnice – pro výměnu informací mezi RAM a centrálním procesorem;
2. Sběrnice AGP – pro připojení grafického adaptéru.
3. sběrnice cache paměti - pro výměnu informací mezi cache pamětí a centrálním procesorem;
4. I/O sběrnice (sběrnice rozhraní) – slouží k připojení různých zařízení.

Existují tři hlavní ukazatele provozu počítačové sběrnice: rychlost hodin, bitová hloubka, rychlost přenosu dat nebo propustnost.

Činnost každého počítače závisí na hodinové frekvenci určené křemenným oscilátorem, což je plechová nádoba s křemenným krystalem umístěným v ní. Vlivem elektrického napětí dochází v krystalu k elektrickým vibracím. Frekvence těchto oscilací se nazývá hodinová frekvence. Všechny změny v logických signálech v jakémkoli počítačovém čipu nastávají v určitých časových intervalech, nazývaných takty. Nejmenší časovou jednotkou pro většinu počítačových logických zařízení je tedy perioda hodin. Každá operace vyžaduje alespoň jeden hodinový cyklus, i když některá moderní zařízení zvládají provést několik operací v jednom hodinovém cyklu. Rychlost hodin počítače se měří v megahertzech (MHz nebo GHz). Existují takzvané prázdné hodiny (cykly čekání), kdy zařízení čeká na odpověď od jiného zařízení. Takto je organizována práce RAM a počítačového procesoru, jehož taktovací frekvence je výrazně vyšší než taktovací frekvence RAM.

Sběrnice používají k přenosu elektrických signálů více kanálů. Pokud je použito 32 kanálů, pak jsou sběrnice považovány za 32bitové, pokud je použito 64 kanálů, pak jsou sběrnice 64bitové. Ve skutečnosti mají autobusy jakékoli šířky větší počet kanálů. Další kanály jsou navrženy pro přenos specifických informací.

Každá počítačová sběrnice se liší od jednoduchého vodiče tím, že má tři typy linek: datové linky, adresní linky, řídicí linky.

Výměna datové sběrnice mezi centrálním procesorem, rozšiřujícími kartami instalovanými ve slotech a pamětí RAM počítače.

Proces výměny dat je možný pouze v případě, že je znám odesílatel a příjemce těchto dat. Každá součást osobního počítače má svou vlastní adresu a je zahrnuta v obecném adresovém prostoru. K adresování zařízení se používá adresová sběrnice, přes kterou se přenáší jedinečná adresa zařízení. Maximální velikost paměti RAM závisí na šířce adresové sběrnice počítače (počet řádků) a rovná se 2 na mocninu n, kde n je počet řádků adresové sběrnice. Například počítače s procesorem 80486 nebo vyšším mají 32bitovou adresovou sběrnici, která dokáže adresovat 4 GB paměti.

Pro úspěšný přenos dat po sběrnici jej nestačí nainstalovat na datovou sběrnici a nastavit adresu na adresové sběrnici. Vyžaduje se také řada servisních signálů, které jsou přenášeny přes řídicí sběrnici počítače.

Rychlost každé počítačové sběrnice je charakterizována její propustností, maximálním možným přenosem na sběrnici za jednotku času a je měřena v MB/s nebo GB/s. Šířka pásma sběrnice je určena součinem šířky datové linky a taktovací frekvence. Čím vyšší propustnost, tím vyšší výkon celého systému.

Ve skutečnosti je propustnost počítačové sběrnice ovlivněna mnoha různými faktory: neefektivní vodivostí materiálů, konstrukčními a montážními chybami a mnoha dalšími. Rozdíl mezi teoretickou rychlostí přenosu dat a praktickou může být až 25 %.

Byl osmibitový, tzn. mohl současně přenášet 8 bitů. Systémové sběrnice moderních počítačů, například Pentiurr IV, jsou 64bitové.

Propustnost sběrnice je určena počtem bajtů informací přenášených po sběrnici za sekundu. Pro určení šířky pásma sběrnice je nutné vynásobit taktovací frekvenci sběrnice její bitovou hloubkou. Například pro 16bitovou sběrnici ISA je šířka pásma definována takto:

(16 bitů * 8,33 MHz): 8 = 16,66 MB/s.

Při výpočtu propustnosti například sběrnice AGP byste měli vzít v úvahu její provozní režim: zdvojnásobením taktovací frekvence videoprocesoru a změnou protokolu přenosu dat bylo možné zvýšit propustnost sběrnice o dva (2x režim) nebo čtyřikrát (režim 4*), což odpovídá zvýšení frekvence hodin sběrnice o odpovídající počet opakování (až 133 a 266 MHz).

Externí zařízení jsou ke sběrnicím připojena přes rozhraní (Interface - pairing), což je soubor různých charakteristik periferního zařízení PC, které určují organizaci výměny informací mezi ním a centrálním procesorem.

Mezi takové charakteristiky patří elektrické parametry a parametry časování, sada řídicích signálů, protokol výměny dat a konstrukční vlastnosti spojení. Výměna dat mezi komponentami PC je možná pouze tehdy, pokud jsou rozhraní těchto komponent kompatibilní.

standardy PC sběrnice

Princip kompatibility IBM implikuje standardizaci rozhraní jednotlivých komponent PC, což ve svém důsledku určuje flexibilitu systému jako celku, tzn. schopnost měnit konfiguraci systému a připojovat různá periferní zařízení podle potřeby. V případě nekompatibility rozhraní se používají ovladače. Kromě toho je flexibilita a sjednocení systému dosaženo zavedením přechodných standardních rozhraní, jako jsou sériová a paralelní rozhraní pro přenos dat. Tato rozhraní jsou nezbytná pro provoz nejdůležitějších periferních vstupních a výstupních zařízení.

Systémová sběrnice je navržena pro výměnu informací mezi CPU, pamětí a dalšími zařízeními obsaženými v systému.

Mezi systémové sběrnice patří:

GTL, který má bitovou hloubku 64 bitů, taktovací frekvenci 66, 100 a 133 MHz;

EV6, jehož specifikace umožňuje zvýšit jeho taktovací frekvenci na 377 MHz.

I/O sběrnice jsou vylepšovány v souladu s vývojem PC periferií. V tabulce 2.5 ukazuje charakteristiky některých vstupně/výstupních sběrnic.

sběrnice ISA byl po mnoho let považován za PC standard, ale v některých PC je dodnes zachován spolu s moderní sběrnicí PCI. Intel společně s Microsoftem vyvinul strategii postupného vyřazování sběrnice ISA. Zpočátku se plánuje eliminace ISA konektorů na základní desce a následně eliminace ISA slotů a připojení diskových jednotek, myší, klávesnic, skenerů na USB sběrnici a pevných disků, CD-ROM, DVD-ROM mechanik ke sběrnici NEC 1394. Přítomnost obrovského Pár počítačů se sběrnicí ISA a odpovídajícími komponenty však naznačuje, že 16bitová sběrnice ISA bude ještě nějakou dobu žádaná.

sběrnice EISA se stal dalším vývojem sběrnice ISA ve směru zvyšování výkonu systému a kompatibility jeho komponent. Sběrnice není široce používána kvůli její vysoké ceně a šířce pásma, která je horší než sběrnice VESA, která se objevila na trhu.

autobus VESA nebo VLB, určený pro propojení CPU s rychlými periferními zařízeními a je rozšířením sběrnice ISA pro výměnu video dat. Když procesor CPU 80486 ovládal počítačový trh, byla sběrnice VLB docela populární, ale nyní byla nahrazena výkonnější sběrnicí PCI.

sběrnice PCI byla vyvinuta společností Intel pro procesor Pentium a jedná se o zcela novou sběrnici. Základním principem sběrnice PCI je použití takzvaných mostů, které komunikují mezi sběrnicí PCI a jinými typy sběrnic. Sběrnice PCI implementuje princip Bus Mastering, který implikuje schopnost externího zařízení řídit sběrnici při odesílání dat (bez účasti CPU).

Během přenosu informací zařízení, které podporuje Bus Mastering, převezme sběrnici a stane se masterem. V tomto případě je centrální procesor uvolněn k provádění jiných úkolů během přenosu dat. U moderních základních desek je taktovací frekvence sběrnice PCI nastavena jako poloviční frekvence hodin systémové sběrnice, tzn. s taktovací frekvencí systémové sběrnice 66 MHz bude sběrnice PCI pracovat na frekvenci 33 MHz. V současné době se sběrnice PCI stala de facto standardem mezi I/O sběrnicemi. Na Obr. 2.6 ukazuje architekturu sběrnice PCI

Autobus AGP— vysokorychlostní místní vstupní/výstupní sběrnice, určená výhradně pro potřeby videosystému. Propojuje grafický adaptér (urychlovač ZO) se systémovou pamětí PC. Sběrnice AGP byla navržena na základě architektury sběrnice PCI, je tedy také 32bitová. Zároveň však má další příležitosti ke zvýšení propustnosti, zejména použitím vyšších hodinových frekvencí.

Pokud má ve standardní verzi 32bitová sběrnice PCI taktovací frekvenci 33 MHz, což poskytuje teoretickou propustnost PCI 33 x 32 = 1056 Mbit/s = 132 MB/s, pak je sběrnice AGP taktována signálem s frekvence 66 MHz, takže její propustnost je 1x režim je 66 x 32 = 264 MB/s; v režimu 2x je ekvivalentní taktovací frekvence 132 MHz a šířka pásma je 528 MB/s; v režimu 4x je propustnost cca 1 GB/s.

sběrnice USB byl vyvinut lídry v počítačovém a telekomunikačním průmyslu Compaq, DEC, IBM, Intel, Microsoft pro připojení periferních zařízení mimo PC skříň. Rychlost výměny informací přes USB sběrnici je 12 Mbit/s nebo 15 MB/s. K počítačům vybaveným sběrnicí USB můžete připojit periferní zařízení, jako je klávesnice, myš, joystick, tiskárna, aniž byste museli vypnout napájení. Sběrnice TJSB podporuje technologii Plug & Play.

Po připojení periferního zařízení se automaticky nakonfiguruje. Všechna periferní zařízení musí být vybavena konektory USB a připojena k počítači prostřednictvím samostatné vzdálené jednotky nazývané rozbočovač USB nebo rozbočovač, pomocí kterého lze k počítači připojit až 127 periferních zařízení. Architektura USB sběrnice je znázorněna na Obr. 2.7.

sběrnice SCSI(Small Computer System Interface) poskytuje rychlost přenosu dat až 320 MB/s a umožňuje připojení až osmi zařízení k jednomu adaptéru: pevné disky, jednotky CD-ROM, skenery, fotoaparáty a videokamery. Charakteristickým rysem sběrnice SCSI je to, že jde o kabelovou smyčku. Sběrnice SCSI je připojena ke sběrnicím PC (ISA nebo PCI) prostřednictvím hostitelského adaptéru. Každé zařízení připojené ke sběrnici má své identifikační číslo (ID). Jakékoli zařízení připojené ke sběrnici SCSI může zahájit komunikaci s jiným zařízením.

Na Obr. Obrázek 2.8 ukazuje připojení periferních zařízení k PC pomocí sběrnice SCSI. Existuje celá řada verzí SCSI, od původního SCSI I, který poskytuje maximální propustnost 5 MB/s, až po verzi Ultra 320, která poskytuje maximální propustnost 320 MB/s. Sběrnice IEEE 1394 může konkurovat sběrnici SCSI.

Sběrnice IEEE 1394 je standard pro vysokorychlostní místní sériovou sběrnici vyvinutý společnostmi Apple a Texas Instruments. Sběrnice IEEE 1394 je určena pro výměnu digitálních informací mezi PC a dalšími elektronickými zařízeními, zejména pro připojení pevných disků a zařízení pro zpracování zvuku a videa, jakož i multimediálních aplikací. Je schopen přenášet data rychlostí až 1600 Mbit/s a pracovat současně s několika zařízeními přenášejícími data různými rychlostmi, stejně jako SCSI. Stejně jako USB i sběrnice IEEE 1394 plně podporuje technologii Plug & Play, včetně možnosti instalovat komponenty bez vypnutí napájení PC.

Přes rozhraní IEEE 1394 lze k počítači připojit téměř každé zařízení schopné pracovat s SCSI. Patří mezi ně všechny typy diskových jednotek, včetně pevných disků, optických jednotek, CD-ROMů, DVD, digitálních videokamer, magnetofonů a mnoha dalších periferií. Díky takto širokým možnostem se tato sběrnice stala nejperspektivnější pro spojení počítače se spotřební elektronikou. V současné době se vyrábí adaptéry IEEE 1394 pro sběrnici PCI.

Otázky pro studenty, aby si udělali poznámky:

1. Definice sběrnice

2. Účel pneumatik

3. Architektura autobusů

4. Pojem šířky sběrnice.

5. Koncept šířky pásma sběrnice

6. Rozhraní sběrnice PC

7. Princip kompatibility IBM

8. Typy pneumatik a jejich vlastnosti (vyplňte tabulku)

Typy pneumatik	Vlastnosti pneumatiky
Rychlost	Účel	Zvláštnosti	Výhody	Nedostatky

Úvod

1. Vnitřní pneumatiky

1.1.1 PCI Express 1.0

1.1.2 PCI Express 2.0

1.1.3 PCI Express 3.0

1.2 HyperTransport

2. Vnější pneumatiky

2.3.1 SATA Revize 2.x

2.3.2 SATA Revize 3.x

2.4 SerialAttachedSCSI

2.4.2 Nové funkce v SAS 2.0

Závěr

Seznam informačních zdrojů

Počítačová sběrnice (z angl. computer bus, bidirectional universal switch – obousměrný univerzální přepínač) – v počítačové architektuře podsystém, který přenáší data mezi funkčními bloky počítače. Autobus je obvykle řízen řidičem. Na rozdíl od komunikace typu point-to-point lze ke sběrnici připojit více zařízení pomocí jediné sady vodičů. Každá sběrnice definuje vlastní sadu konektorů (propojení) pro fyzické připojení zařízení, karet a kabelů.

Časné počítačové sběrnice byly paralelní elektrické sběrnice s vícenásobným připojením, ale termín se nyní používá pro jakýkoli fyzický mechanismus, který poskytuje stejnou logickou funkčnost jako paralelní počítačové sběrnice.

Počítačová sběrnice slouží k přenosu dat mezi jednotlivými funkčními bloky počítače a je souborem signálových linek, které mají určité elektrické charakteristiky a protokoly přenosu informací. Sběrnice se mohou lišit kapacitou, způsobem přenosu signálu (sériový nebo paralelní, synchronní nebo asynchronní), šířkou pásma, počtem a typy podporovaných zařízení, operačním protokolem, účelem (interní nebo rozhraní).

1.1.1 PCI Express 1.0

PCI Express je počítačová sběrnice, která využívá softwarový model sběrnice PCI a vysoce výkonný fyzický protokol založený na sériovém přenosu dat.

Sériová sběrnice PCI Express, vyvinutá společností Intel a jejími partnery, má nahradit paralelní sběrnici PCI a její rozšířenou a specializovanou variantu AGP.

Připojení zařízení PCI Express využívá obousměrné sériové připojení typu point-to-point nazývané lane; to je v příkrém rozporu s PCI, která připojuje všechna zařízení ke společné 32bitové paralelní obousměrné sběrnici.

Spojení mezi dvěma zařízeními PCI Express se nazývá linka a skládá se z jednoho (tzv. 1x) nebo více (2x, 4x, 8x, 12x, 16x a 32x) spojení jízdních pruhů. Každé zařízení musí podporovat 1x připojení.

Na elektrické úrovni každé připojení používá Low Voltage Differential Signaling (LVDS), každé zařízení PCI Express odesílá a přijímá informace po dvou samostatných vodičích, takže v nejjednodušším případě se zařízení připojuje k přepínači PCI Express pouze čtyřmi vodiči.

Použití tohoto přístupu má následující výhody:

· karta PCI Express se hodí a funguje správně v jakémkoli slotu se stejnou nebo větší šířkou pásma (například karta x1 bude fungovat ve slotech x4 a x16);

· slot větší fyzické velikosti nemusí být využíván všemi jízdními pruhy (např. slot 16x lze připojit k informačním přenosovým linkám odpovídajícím 1x nebo 8x a vše bude fungovat normálně, je však nutné připojit všechny „napájecí“ a „zemní“ vedení “, požadované pro slot 16x).

V obou případech bude sběrnice PCI Express využívat maximální počet drah dostupných pro kartu i slot. To však neumožňuje zařízení pracovat ve slotu určeném pro karty s nižší šířkou pásma sběrnice PCI Express (například karta x4 se fyzicky nevejde do slotu x1, i když by mohla fungovat ve slotu x4 s použitím pouze jednoho pruh).

PCI Express posílá všechny řídicí informace, včetně přerušení, po stejných linkách, které se používají pro přenos dat. Sériový protokol nelze nikdy zablokovat, takže latence sběrnice PCI Express jsou zcela srovnatelné s latencí sběrnice PCI. Ve všech vysokorychlostních sériových protokolech (např. GigabitEthernet) musí být informace o časování zabudována do přenášeného signálu. Na fyzické úrovni PCI Express používá nyní obecně přijímanou metodu kódování 8B/10B (8 bitů dat je nahrazeno 10 bity přenášenými přes kanál, takže 20 % provozu je redundantních), což zlepšuje odolnost proti šumu.

Sběrnice PCI pracuje na 33 nebo 66 MHz a poskytuje šířku pásma 133 nebo 266 MB/s, ale tato šířka pásma je sdílena mezi všemi zařízeními PCI. Frekvence, na které sběrnice PCI Express pracuje, je 2,5 GHz, což poskytuje propustnost 2500 MHz / 10 * 8 = 250 * 8 Mbps = 250 Mbps pro každé zařízení PCI Express x1 v jednom směru. Pokud existuje několik linek, pro výpočet propustnosti je třeba hodnotu 250 Mb/s vynásobit počtem linek a 2, protože PCI Express je obousměrná sběrnice (tabulka 1).

Tabulka 1 Tabulka propustnosti PCI.

Kromě toho sběrnice PCI Express podporuje:

· výměna karet za tepla;

· garantovaná šířka pásma (QoS);

· hospodaření s energií;

· sledování integrity přenášených dat.

1.1.2 PCI Express 2.0

PCI-SIG vydala specifikaci PCI Express 2.0 15. ledna 2007. Klíčové inovace v PCI Express 2.0:

· Zvýšená šířka pásma – Specifikace PCI Express 2.0 definuje maximální propustnost připojení v jednom pruhu jako 5 Gbps. Vylepšen byl přenosový protokol mezi zařízeními a softwarový model.

· Dynamická kontrola rychlosti - pro ovládání rychlosti komunikace.

· Upozornění na šířku pásma – upozorní software (operační systém, ovladače zařízení atd.) o změnách rychlosti a šířky sběrnice.

· Rozšíření struktury schopností - rozšíření řídicích registrů pro lepší ovládání zařízení, slotů a propojení.

· Služby řízení přístupu – volitelné možnosti správy transakcí typu point-to-point.

1.1.3 PCI Express 3.0

PCI-SIG představil verzi 0.9 specifikace PCI Express 3.0 v polovině srpna 2010.

Pro uživatele bude hlavním rozdílem mezi PCI Express 2.0 a PCI Express 3.0 výrazné zvýšení maximální propustnosti. PCI Express 2.0 má přenosovou rychlost signálu 5 GT/s (gigatransakce za sekundu), což znamená šířku pásma 500 MB/s na jeden pruh. Hlavní grafický slot PCI Express 2.0, který obvykle využívá 16 drah, tedy poskytuje obousměrnou propustnost až 8 GB/s.

S PCI Express 3.0 dosáhneme dvojnásobku těchto čísel. PCI Express 3.0 využívá rychlost signálu 8 GT/s, což dává propustnost 1 GB/s na jeden pruh. Hlavní slot pro grafickou kartu tak získá propustnost až 16 GB/s.

Zvýšení rychlosti signálu z 5 GT/s na 8 GT/s na první pohled nevypadá jako zdvojnásobení. Standard PCI Express 2.0 však používá schéma kódování 8B/10B.

PCI Express 3.0 přechází na mnohem efektivnější schéma kódování 128B/130B, čímž se eliminuje 20% redundance. Proto 8 GT/s již není „teoretická“ rychlost; To je skutečná rychlost srovnatelná ve výkonu s rychlostí signálu 10 GT/s při použití principu kódování 8b/10b.

1.2 HyperTransport

Sběrnice HyperTransport (HT) je obousměrná sériově-paralelní počítačová sběrnice s velkou šířkou pásma a nízkou latencí.

HyperTransport pracuje na frekvencích od 200 MHz do 3,2 GHz (pro sběrnici PCI - 33 a 66 MHz). Využívá také DDR, což znamená, že data jsou odesílána na vzestupné i sestupné hraně hodinového signálu, což umožňuje až 5 200 milionů přenosů za sekundu při taktovací frekvenci 2,6 GHz; Frekvence synchronizačního signálu se nastavuje automaticky.

Sběrnice HyperTransport je založena na přenosu paketů. Každý paket se skládá z 32bitových slov, bez ohledu na fyzickou šířku sběrnice (počet datových linek). První slovo v paketu je vždy řídící slovo. Pokud paket obsahuje adresu, je posledních 8 bitů řídicího slova zřetězeno s dalším 32bitovým slovem, což vede ke 40bitové adrese. Sběrnice podporuje 64bitové adresování – v tomto případě paket začíná speciálním 32bitovým řídicím slovem označujícím 64bitové adresování a obsahujícím bity adresy 40 až 63 (bity adresy jsou číslovány od 0). Zbývající 32bitová slova paketu obsahují přímo přenášená data. Data jsou vždy přenášena ve 32bitových slovech, bez ohledu na jejich skutečnou délku (například v reakci na požadavek na přečtení jednoho bajtu, paketu obsahujícího 32 bitů dat a příznak indikující, že pouze 8 z těchto 32 bitů je významných) .

Pakety HyperTransport jsou přenášeny sekvenčně po sběrnici. Zvýšení propustnosti znamená zvětšení šířky sběrnice. HyperTransport lze použít k přenosu zpráv systémové služby, k přenosu přerušení, ke konfiguraci zařízení připojených ke sběrnici a k ​​přenosu dat.

Sběrnice HyperTransport je široce používána jako procesorová sběrnice. Má originální topologii (obr. 1) založenou na článcích, tunelech, řetězcích a mostech, což umožňuje této architektuře snadné škálování. HyperTransport si klade za cíl zjednodušit vnitrosystémovou komunikaci nahrazením stávající fyzické přenosové vrstvy stávajících sběrnic a mostů a snížit úzká místa a latenci. Se všemi těmito výhodami se HyperTransport vyznačuje také nízkým počtem pinů a nízkými náklady na implementaci. HyperTransport podporuje automatickou detekci šířky sběrnice, která umožňuje šířku od 2 do 32 bitů v každém směru (tabulka 2), a také umožňuje asymetrické datové toky do az periferních zařízení.

Pneumatika nazývá množina linek seskupených podle funkčního účelu - adresová sběrnice (SHA), datová sběrnice (SD),řídící sběrnice (SHU), napájecí sběrnice (SHI).

Chcete-li charakterizovat konkrétní pneumatiku, musíte popsat:

• - soubor signálních vedení;
• - fyzikální, mechanické a elektrické vlastnosti pneumatiky;
• - použité arbitrážní, stavové, řídicí a synchronizační signály;
• - pravidla pro interakci zařízení připojených ke sběrnici (sběrnicový protokol).

Důležitým kritériem, které určuje vlastnosti pneumatiky, může být její zamýšlený účel. Na základě tohoto kritéria můžeme rozlišit:

• - sběrnice procesor-paměť;
• - vstupní/výstupní sběrnice;
• - systémové sběrnice.

Nárůst paměti CPU

Sběrnice procesor-paměť zajišťuje přímou komunikaci mezi centrální procesorovou jednotkou (CPU) počítače a hlavní pamětí (RAM). V moderních mikroprocesorech se taková sběrnice často nazývá přední pneumatika a je označeno zkratkou FSB(Přední autobus). Intenzivní provoz mezi procesorem a pamětí vyžaduje, aby byla šířka pásma sběrnice, tedy množství informací procházejících po sběrnici za jednotku času, největší. Roli této sběrnice někdy plní systémová sběrnice (viz dále), ale z hlediska účinnosti je mnohem výhodnější, když se výměna mezi CPU a OP provádí na samostatné sběrnici. Uvažovaný typ také zahrnuje sběrnici spojující procesor s mezipamětí druhé úrovně, tzv pneumatika zadní opálení - BSB(Back-Side Bus). BSB vám umožňuje přenášet vyšší rychlostí než FSB a plně využít možnosti rychlejší mezipaměti.

Protože u von Nsemanových strojů je to výměna mezi procesorem a pamětí, která do značné míry určuje výkon VM, věnují vývojáři zvláštní pozornost propojení mezi CPU a pamětí. Pro zajištění maximální propustnosti jsou sběrnice procesor-paměť vždy navrženy s ohledem na specifickou organizaci paměťového systému a délka sběrnice je udržována na co nejmenší možné míře.

I/O sběrnice

I/O sběrnice slouží k propojení procesoru (paměti) se vstupně/výstupními zařízeními (I/O). Vzhledem k rozmanitosti takových zařízení jsou I/O sběrnice jednotné a standardizované. Komunikace s většinou rádiových vln (ale ne s video systémy) nevyžaduje velkou šířku pásma ze sběrnice. Při návrhu I/O sběrnic se bere v úvahu cena konstrukce a připojovacích konektorů. Takové sběrnice obsahují méně linek ve srovnání s možností procesor-paměť, ale délka linek může být poměrně dlouhá. Typickými příklady takových sběrnic jsou sběrnice PCI a SCSI.

Kvůli snížení nákladů mají některé virtuální počítače společnou sběrnici pro paměť a I/O zařízení. Tento typ sběrnice se často nazývá systémová sběrnice. slouží k fyzickému a logickému spojení všech zařízení VM. Protože hlavní součásti stroje jsou obvykle umístěny na společné desce s plošnými spoji, systémová sběrnice se často nazývá sběrnice základní desky, ačkoli termíny nejsou striktně ekvivalentní.

Systémová sběrnice je schopna pojmout několik stovek linek. Soubor sběrnicových linek lze rozdělit do tří funkčních skupin (obr. 7.1): datová sběrnice, adresová sběrnice a řídicí sběrnice. Ten obvykle zahrnuje i vedení pro napájení napájecího napětí modulů připojených na systémovou sběrnici.

Obr 7.1

Vlastnosti každé z těchto skupin a distribuce signálových vedení jsou podrobně diskutovány později.

Činnost systémové sběrnice lze popsat následovně. Pokud chce jeden z modulů přenést data do jiného, ​​musí provést dvě akce: získat sběrnici, kterou má k dispozici, a přenést přes ni data. Pokud chce modul přijímat data z jiného modulu, musí se dostat na sběrnici a pomocí příslušných řídicích linek a adresy odeslat požadavek na druhý modul. Dále musí počkat, až modul, který požadavek přijal, odešle data.

Fyzicky je systémová sběrnice souborem paralelních elektrických vodičů. Tyto vodiče jsou kovové pásy na desce s plošnými spoji. Sběrnice je napájena ke všem modulům a každý z nich je připojen ke všem nebo některým svým linkám. Pokud je VM konstruován na více deskách, pak jsou všechny sběrnicové linky vyvedeny na konektory, které jsou následně propojeny vodiči na společném šasi.

Mezi standardizovanými systémovými sběrnicemi univerzálních VM jsou nejznámější Unibus, Fastbus, Futurebus, VME, NuBus, Multibus-II. Osobní počítače jsou obvykle postaveny na systémové sběrnici podle standardů ISA, EISA nebo MCA.

Hierarchie pneumatik

Pokud je na sběrnici připojeno velké množství zařízení, její propustnost se snižuje, protože příliš časté přenášení práv řízení sběrnice z jednoho zařízení na druhé vede ke znatelným zpožděním. Z tohoto důvodu mnoho virtuálních počítačů dává přednost použití několika sběrnic, které tvoří určitou hierarchii:

• - počítač s jednou sběrnicí;
• - počítač se dvěma typy sběrnic;
• - počítač se třemi typy sběrnic.

Počítač s jednou sběrnicí

V jednosběrnicových propojovacích strukturách existuje jedna systémová sběrnice, která zajišťuje výměnu informací mezi procesorem a pamětí, jakož i mezi palubním zařízením na jedné straně a procesorem nebo pamětí na straně druhé.

Tento přístup se vyznačuje jednoduchostí a nízkou cenou. Jednosběrnicová organizace však není schopna zajistit vysokou intenzitu a rychlost transakcí a sběrnice se stává úzkým hrdlem.

Počítač se dvěma typy sběrnic

Ačkoli lze řadiče vstupních/výstupních zařízení (IDC) připojit přímo k systémové sběrnici, většího efektu se dosáhne použitím jedné nebo více I/O sběrnic. UVV jsou připojeny k I/O sběrnicím, které přenášejí hlavní provoz, který není spojen s výstupem do procesoru nebo paměti. Sběrnicové adaptéry poskytují ukládání dat, když jsou odesílána mezi systémovou sběrnicí a palubními ovladači. To umožňuje VM podporovat provoz více vstupně/výstupních zařízení a současně „oddělit“ výměnu informací podél cesty procesor-paměť a výměnu informací s palubním zařízením.

Toto schéma výrazně snižuje zatížení vysokorychlostního rozhraní procesor-paměť a pomáhá zlepšit celkový výkon virtuálního počítače. Příkladem je počítač Apple Macintosh II, kde roli sběrnice procesor-paměť plní právě sběrnice NuBus. Kromě procesoru a paměti jsou k němu připojena některá vzdušná zařízení. Ostatní I/O zařízení jsou připojena ke sběrnici SCSI.

Počítač se třemi typy sběrnic

Ke sběrnicovému systému lze přidat vysokorychlostní rozšiřující sběrnici pro připojení vysokorychlostních periferních zařízení.

I/O sběrnice jsou připojeny k rozšiřující sběrnici a odtud přes adaptér ke sběrnici procesor-paměť. Obvod dále snižuje zatížení sběrnice procesor-paměť. Toto uspořádání autobusů se nazývá architektura s "rozšířením"(mezaninová architektura).