システムバスです。プロセッサ。マザーボードの図を以下に示します

タイヤ (バス) は、PC コンポーネントとデバイスが情報を交換するためのライン (マザーボード上の導体) のセット全体です。バスは、2 つ以上のデバイス間で情報を交換するように設計されています。 2 つのデバイスのみを接続するバスは、と呼ばれます。 ポート。図では、図１はバス構造を示す。

バスには外部デバイスを接続するための場所があります – スロット結果としてバスの一部となり、バスに接続されている他のすべてのデバイスと情報を交換できるようになります。

米。 1. バスの構造

PC内のバス 機能的な目的が異なります :

システムバス(または CPU バス) は、Cipset チップが情報を送受信するために使用します (図 1 も参照)。
タイヤ CPU とキャッシュメモリの間で情報を交換するように設計されています (図 1 も参照)。
メモリバス RAMとCPUの間で情報を交換するために使用されます。
I/Oバス情報は標準とローカルに分けられます。

ローカル I/O バス は、高速周辺デバイス (ビデオアダプタ、ネットワークカード、スキャナカードなど) と CPU によって制御されるシステムバスの間で情報を交換するために設計された高速バスです。現在、ローカルバスとして PCI バスが使用されています。ビデオの入出力を高速化し、3D 画像処理時の PC パフォーマンスを向上させるために、インテルは AGP バス ( 加速グラフィックスポート).

標準I/Oバス 低速のデバイス (マウス、キーボード、モデム、古いサウンドカードなど) を上記のバスに接続するために使用されます。最近まで、このバスとして ISA 標準バスが使用されていました。現在は USB バスです。

バスには独自のアーキテクチャがあり、その最も重要な特性、つまりほぼ無制限の数の外部デバイスを並列接続し、それらの間で情報を確実に交換できる機能を実装することができます。バスのアーキテクチャには次のコンポーネントがあります。

データ交換用のライン（データバス）。
データをアドレス指定するためのライン（アドレスバス）。
データ制御ライン (制御バス);
バスコントローラー。

コントローラ バスは、データ交換およびサービス信号のためにプロセッサを制御し、通常は別個のチップの形式、または互換性のあるチップセット (チップセット) の形式で実装されます。

データバス CPU、スロットに取り付けられた拡張カード、RAM メモリ間のデータ交換を提供します。バス幅が広いほど、クロックサイクルごとにより多くのデータを転送できるようになり、PC のパフォーマンスが向上します。 80286 プロセッサを搭載したコンピュータには 16 ビットデータバスがあり、80386 および 80486 CPU を搭載したコンピュータには 32 ビットデータバスがあり、Pentium ファミリ CPU を搭載したコンピュータには 64 ビットデータバスがあります。

私たちの講義を読んでください！

アドレスバス CPU がデータを交換する任意の PC デバイスにアドレスを示す役割を果たします。各 PC コンポーネント、各 I/O レジスタ、および RAM セルは独自のアドレスを持ち、PC の一般アドレス空間に含まれています。識別コードはアドレスバス（住所) データの送信者および (または) 受信者。

データ交換を高速化するために、中間データストレージデバイスが使用されます。ラム – ラム。この場合、一時的に保存できるデータの量が決定的な役割を果たします。音量に応じて アドレスバス幅について（ライン数）、つまりプロセッサによってアドレスバス上で生成されるアドレスの最大数から計算されます。アドレスを割り当てることができる RAM セルの数。 RAM セルの数は 2n を超えてはなりません。 n– アドレスバス幅。そうしないと、プロセッサが一部のセルをアドレス指定できなくなるため、一部のセルが使用されなくなります。

2 進数システムでは、アドレス可能な最大メモリサイズは 2n です。 n– アドレスバスラインの数。

たとえば、8088 プロセッサには 20 のアドレスラインがあり、1 MB のメモリ (2 20 = 1,048,576 バイト = 1024 KB) をアドレス指定できました。 80286 プロセッサを搭載した PC では、アドレスバスが 24 ビットに増加され、80486、Pentium、Pentium MMX、および Pentium II プロセッサにはすでに 32 ビットアドレスバスが備わっており、これを使用して 4 GB のメモリをアドレス指定できます。

制御バス データ送信を確実にするために、書き込み/読み取り、データ受信/送信の準備完了、データ受信の確認、ハードウェア割り込み、制御などの多数のサービス信号を送信します。

タイヤの主な特徴

バス幅 含まれる平行導体の数によって決まります。 IBM PC の最初の ISA バスは 8 ビット、つまり 8 ビットでした。同時に 8 ビットを送信できます。 Pentium IV などの最新の PC のシステムバスは 64 ビットです。

帯域幅 タイヤ 1 秒あたりにバス上で転送される情報のバイト数によって決まります。

たとえば、AGP バスのスループットを計算するときは、その動作モードを考慮する必要があります。ビデオプロセッサのクロック周波数を 2 倍にし、データ転送プロトコルを変更することで、バススループットを 2 (2) 増やすことができました。 x モード) または 4 倍 (4 x モード)、これはバスクロック周波数を対応する倍 (それぞれ最大 133 MHz と 266 MHz) だけ増加することに相当します。

外部デバイスは以下を介してバスに接続されます。 インターフェース (インターフェース– ペアリング)。これは、PC 周辺機器と中央プロセッサ間の情報交換の構成を決定する、PC 周辺機器のさまざまな特性のセットです。

このような特性には、電気パラメータとタイミングパラメータ、一連の制御信号、データ交換プロトコル、接続の設計機能が含まれます。 PC コンポーネント間のデータ交換は、これらのコンポーネントのインターフェイスに互換性がある場合にのみ可能です。

PCバス規格

IBM 互換性の原則は、個々の PC コンポーネントのインターフェースの標準化を意味しており、これがシステム全体の柔軟性を決定します。必要に応じてシステム構成を変更し、さまざまな周辺機器を接続する機能。インターフェイスに互換性がない場合は、コントローラーが使用されます。さらに、最も重要な入出力周辺機器の動作に必要な中間標準インターフェイスの導入により、柔軟性とシステムの統合が実現されます。

システムバス CPU、メモリ、およびシステムに含まれるその他のデバイス間で情報を交換するように設計されています。システムバスには次のものが含まれます。

GTL。ビット深度は 64 ビット、クロック周波数は 66、100、および 133 MHz です。
EV6 の仕様により、クロック周波数を 377 MHz まで高めることができます。

タイヤ PC周辺機器の発展に合わせて改良が加えられています。テーブル内図 2 に、いくつかの I/O バスの特性を示します。

タイヤISAは長年にわたって PC の標準と考えられていましたが、今日でも一部の PC では最新の PCI バスとともに維持されています。 Intel は Microsoft と協力して、ISA バスを段階的に廃止する戦略を策定しました。当初はマザーボード上の ISA コネクタを廃止し、その後 ISA スロットを廃止して、ディスクドライブ、マウス、キーボード、スキャナを USB バスに接続し、ハードドライブと CD-ROM ドライブを IEEE 1394 バスに接続することが計画されています。、ISA バスを備えた膨大な数の PC の存在は、今後しばらくの間、需要が高まるでしょう。

タイヤ エイサー ISA バスは、システムパフォーマンスとそのコンポーネントの互換性を向上させる方向でさらに発展しました。このバスはコストが高く、帯域幅が市場に登場した VESA バスよりも劣るため、広く使用されていません。

表2. I/Oバス仕様

*タイヤ*	*深さ、ビット*	*クロック周波数、MHz*	*帯域幅、MB/秒*
ISA 8 ビット	08	8,33	0008,33
ISA 16 ビット	16	8,33	0016,6
エイサー	32	8,33	0033,3
VLB	32	33	0132,3
PCI	32	33	0132,3
PCI 2.1 64ビット	64	66	0528,3
AGP (1x)	32	66	0262,6
AGP (2x)	32	66x2	0528,3
AGP (4x)	32	66x2	1056,6

タイヤ VESA , または VLB , CPU を高速周辺デバイスに接続するように設計されており、ビデオデータを交換するための ISA バスの拡張です。

タイヤ PCI Intel によって Pentium プロセッサ用に開発された、まったく新しいバスです。 PCI バスの基礎となる基本原理は、PCI バスと他のタイプのバスの間で通信する、いわゆるブリッジの使用です。 PCI バスはバスマスタリング原理を実装しています。これは、データ送信時に (CPU の関与なしで) バスを制御できる外部デバイスの機能を意味します。情報転送中、バスマスタリングをサポートするデバイスがバスを引き継ぎ、マスタになります。この場合、中央プロセッサは、データの転送中に他のタスクを処理できるようになります。現代では

マザーボードでは、PCI バスクロック周波数はシステムバスクロック周波数の半分、つまり 1 つに設定されます。システムバスクロック速度が 66 MHz の場合、PCI バスは 33 MHz で動作します。現在、PCI バスは I/O バスのデファクトスタンダードとなっています。

タイヤ AGP – ビデオシステムのニーズ専用に設計された高速ローカル入出力バス。ビデオアダプタ (3D アクセラレータ) を PC メモリシステムに接続します。 AGP バスは PCI バスアーキテクチャに基づいて設計されているため、32 ビットでもあります。ただし、特により高いクロック速度を使用することにより、スループットを向上させる追加の機会があります。

タイヤ USB は、PC ケースの外側で周辺機器を接続するために、コンピュータおよび電気通信業界のリーダーである Compaq、DEC、IBM、Intel、Microsoft によって開発されました。 USB バスを介した情報交換の速度は 12 Mbit/s または 15 MB/s です。 USBバスを搭載したコンピュータでは、電源を切らずにキーボード、マウス、ジョイスティック、プリンタなどの周辺機器を接続できます。すべての周辺機器には USB コネクタが装備されており、と呼ばれる別のリモートユニットを介して PC に接続されている必要があります。 USBハブ 、またはハブ , 最大 127 台の周辺機器を PC に接続できます。 USB バスのアーキテクチャを図に示します。 4.

タイヤ SCSI (小さいコンピューターシステムインターフェース）最大 320 MB/秒のデータ転送速度を実現し、ハードドライブ、CD-ROM ドライブ、スキャナ、写真およびビデオカメラなど、最大 8 つのデバイスを 1 つのアダプタに接続できます。 SCSI バスの特徴は、ケーブルループであることです。 SCSI バスは、以下を介して PC バス (ISA または PCI) に接続されます。 ホストアダプタ (ホストアダプタ）。 SCSI バスに接続された各デバイスは、他のデバイスとの通信を開始できます。

タイヤ IEEE1394 – これは、Apple と Texas Instruments によって開発された高速ローカルシリアルバス規格です。 IEEE 1394 バスは、デジタル情報を相互に交換するように設計されています。

PC およびその他の電子デバイス、特にハードドライブとオーディオおよびビデオ処理デバイスの接続、およびマルチメディアアプリケーションの実行に使用されます。最大 1600 MB/秒の速度でデータを転送でき、SCSI と同様に、異なる速度でデータを送信する複数のデバイスと同時に動作します。

SCSI で動作できるほとんどすべてのデバイスは、IEEE 1394 インターフェイス経由でコンピュータに接続できます。これらには、ハードドライブ、光学ドライブ、CD-ROM、DVD、デジタルビデオカメラ、デバイスなど、あらゆる種類のディスクドライブが含まれます。このような幅広い機能のおかげで、このバスはコンピュータと家庭用電化製品を組み合わせるのに最も有望なものとなっています。 PCI バス用の IEEE 1394 アダプターは現在生産中です。

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システム全体のパフォーマンスはそれらに依存します。各デバイス（ディスクドライブなど）のマザーボード上には、制御電子回路（アダプタまたはコントローラ）があります。一部のコントローラーは複数のデバイスを同時に制御できます。

すべてのコンピュータコントローラは、システムデータ転送バス (システムとも呼ばれます) を介してプロセッサと対話します。 タイヤ。最新のマザーボードには、システムバスに加えて、デバイスを接続するためのいくつかのバスと対応するコネクタがあります。

メモリバス - RAMと中央プロセッサの間で情報を交換するため。
AGP バス - ビデオアダプターの接続用。
キャッシュメモリバス - キャッシュメモリと中央プロセッサの間で情報を交換するため。
I/O バス (インターフェイスバス) – さまざまなデバイスの接続に使用されます。

コンピュータのバス動作には、クロック速度、ビット深度、データ転送速度またはスループットの 3 つの主要な指標があります。

コンピューターの動作は、水晶振動子が入ったブリキの容器である水晶発振器によって決定されるクロック周波数に依存します。電圧の影響下で、水晶内に電気振動が発生します。これらの振動の周波数はクロック周波数と呼ばれます。コンピューターチップ内の論理信号のすべての変化は、クロックサイクルと呼ばれる特定の時間間隔で発生します。したがって、ほとんどのコンピュータロジックデバイスの時間の最小単位はクロック周期です。各操作には少なくとも 1 クロックサイクルが必要ですが、最新のデバイスの中には 1 クロックサイクルで複数の操作を実行できるものもあります。コンピューターのクロック速度はメガヘルツ (MHz または GHz) で測定されます。デバイスが他のデバイスからの応答を待機しているときに、いわゆる空のクロック (待機サイクル) が発生します。これは、RAM とコンピュータプロセッサの動作がどのように構成されているかであり、そのクロック周波数は RAM のクロック周波数よりも大幅に高くなります。

バスは複数のチャネルを使用して電気信号を送信します。 32 チャネルが使用されている場合、バスは 32 ビットとみなされ、64 チャネルが使用されている場合、バスは 64 ビットとみなされます。実際には、どのような幅のバスにもより多くのチャネルがあります。追加のチャネルは、特定の情報を送信するように設計されています。

各コンピュータバスは、データライン、アドレスライン、制御ラインの 3 種類のラインがあるという点で単純な導体とは異なります。

データバスは、中央プロセッサ、スロットに取り付けられた拡張カード、およびコンピュータの RAM の間でやり取りを行います。

データ交換のプロセスは、このデータの送信者と受信者がわかっている場合にのみ可能です。パーソナルコンピュータの各コンポーネントには独自のアドレスがあり、一般的なアドレス空間に含まれています。デバイスをアドレス指定するには、デバイスの一意のアドレスが送信されるアドレスバスが使用されます。 RAM の最大量はコンピュータのアドレスバスの幅 (ライン数) によって決まり、2 の n 乗に等しくなります。ここで、n はアドレスバスのライン数です。たとえば、80486 以降のプロセッサを搭載したコンピュータには、4 GB のメモリをアドレス指定できる 32 ビットアドレスバスがあります。

バス上でデータを正常に転送するには、それをデータバスにインストールし、アドレスバスにアドレスを設定するだけでは十分ではありません。コンピューター制御バスを介して送信される多数のサービス信号も必要です。

各コンピュータバスの速度は、単位時間あたりのバス上で可能な最大送信量であるスループットによって特徴付けられ、MB/s または GB/s で測定されます。バス帯域幅は、データライン幅とクロック周波数の積によって決まります。スループットが高いほど、システム全体のパフォーマンスが向上します。

実際には、コンピュータバスのスループットは、材料の非効率的な導電率、設計および組み立て上の欠陥など、さまざまな要因によって影響を受けます。理論上のデータ転送速度と実際のデータ転送速度の差は最大 25% になる場合があります。

それは 8 ビットでした。同時に 8 ビットを送信できます。 Pentiurr IV などの最新の PC のシステムバスは 64 ビットです。

バスのスループットは、1 秒あたりにバス上で送信される情報のバイト数によって決まります。バス帯域幅を決定するには、バスクロック周波数にそのビット幅を掛ける必要があります。たとえば、16 ビット ISA バスの場合、帯域幅は次のように定義されます。

(16 ビット * 8.33 MHz): 8 = 16.66 MB/秒。

たとえば、AGP バスのスループットを計算するときは、その動作モードを考慮する必要があります。ビデオプロセッサのクロック周波数を 2 倍にし、データ転送プロトコルを変更することで、バススループットを 2 倍 (2 倍) 増やすことができました。これは、バスクロック周波数を対応する倍 (それぞれ最大 133 MHz と 266 MHz) だけ増加させることに相当します。

外部デバイスは、インターフェイス (インターフェイス - ペアリング) を介してバスに接続されます。インターフェイスは、PC 周辺デバイスと中央プロセッサ間の情報交換の構成を決定する、PC 周辺デバイスのさまざまな特性のセットです。

PCバス規格

IBM 互換性の原則は、個々の PC コンポーネントのインターフェースの標準化を意味しており、これがシステム全体の柔軟性を決定します。必要に応じてシステム構成を変更し、さまざまな周辺機器を接続する機能。インターフェイスに互換性がない場合は、コントローラーが使用されます。さらに、シリアルおよびパラレルデータ転送インターフェイスなどの中間標準インターフェイスの導入により、システムの柔軟性と統合が実現されます。これらのインターフェイスは、最も重要な周辺入力および出力デバイスの動作に必要です。

システムバスは、システムに含まれる CPU、メモリ、その他のデバイス間で情報を交換するように設計されています。

システムバスには次のものが含まれます。

GTL。ビット深度は 64 ビット、クロック周波数は 66、100、および 133 MHz です。

EV6 の仕様により、クロック周波数を 377 MHz まで高めることができます。

I/Oバス PC周辺機器の発展に合わせて改良が加えられています。テーブル内 2.5 にいくつかの入出力バスの特性を示します。

ISAバスは長年にわたって PC の標準と考えられていましたが、今日でも一部の PC では最新の PCI バスとともに維持されています。 Intel は Microsoft と協力して、ISA バスを段階的に廃止する戦略を策定しました。当初は、マザーボード上の ISA コネクタを廃止し、その後 ISA スロットを廃止して、ディスクドライブ、マウス、キーボード、スキャナを USB バスに接続し、ハードドライブ、CD-ROM、DVD-ROM ドライブを NEC 1394 バスに接続することが計画されています。ただし、ISA バスと対応するコンポーネントを備えた巨大な PC が 2 台存在することは、16 ビット ISA バスの需要が今後しばらく続くことを示唆しています。

EISAバス ISA バスは、システムパフォーマンスとそのコンポーネントの互換性を向上させる方向でさらに発展しました。このバスはコストが高く、帯域幅が市場に登場した VESA バスに劣るため、あまり普及していません。

VESAバス、または VLB、 CPU を高速周辺デバイスに接続するように設計されており、ビデオデータを交換するための ISA バスの拡張です。 CPU 80486 プロセッサがコンピュータ市場を独占していたとき、VLB バスは非常に人気がありましたが、現在はより強力な PCI バスに置き換えられています。

PCIバス Intel によって Pentium プロセッサ用に開発された、まったく新しいバスです。 PCI バスの基礎となる基本原理は、PCI バスと他のタイプのバスの間で通信する、いわゆるブリッジの使用です。 PCI バスはバスマスタリング原理を実装しています。これは、データ送信時に (CPU の関与なしで) バスを制御できる外部デバイスの機能を意味します。

情報転送中、バスマスタリングをサポートするデバイスがバスを引き継ぎ、マスタになります。この場合、中央プロセッサは、データの転送中に他のタスクを実行できるようになります。最新のマザーボードでは、PCI バスクロック周波数はシステムバスクロック周波数の半分、つまり 1 に設定されています。システムバスクロック周波数が 66 MHz の場合、PCI バスは 33 MHz で動作します。現在、PCI バスは I/O バスのデファクトスタンダードとなっています。図では、 2.6 は PCI バスアーキテクチャを示します

AGPバス— ビデオシステムのニーズ専用に設計された高速ローカル入出力バス。ビデオアダプター (ZO アクセラレータ) を PC システムメモリに接続します。 AGP バスは PCI バスアーキテクチャに基づいて設計されているため、32 ビットでもあります。ただし、同時に、特により高いクロック周波数を使用することにより、スループットを向上させる追加の機会もあります。

標準バージョンの 32 ビット PCI バスのクロック周波数が 33 MHz で、理論上の PCI スループットが 33 x 32 = 1056 Mbit/s = 132 MB/s である場合、AGP バスは次の信号によってクロックされます。周波数は 66 MHz なので、1x モードのスループットは 66 x 32 = 264 MB/秒です。 2x モードでは、等価クロック周波数は 132 MHz、帯域幅は 528 MB/s です。 4x モードでは、スループットは約 1 GB/秒です。

USBバスは、PC ケースの外側で周辺機器を接続するために、コンピュータおよび電気通信業界のリーダーである Compaq、DEC、IBM、Intel、Microsoft によって開発されました。 USB バスを介した情報交換の速度は 12 Mbit/s または 15 MB/s です。 USBバスを搭載したコンピュータには、電源を切らずにキーボード、マウス、ジョイスティック、プリンタなどの周辺機器を接続できます。 TJSB バスはプラグアンドプレイテクノロジーをサポートしています。

周辺機器を接続すると、自動的に設定されます。すべての周辺機器には USB コネクタが装備されており、USB ハブまたはハブと呼ばれる別個のリモートユニットを介して PC に接続されている必要があります。このユニットを使用すると、最大 127 台の周辺機器を PC に接続できます。 USB バスのアーキテクチャを図に示します。 2.7.

SCSIバス(小型コンピュータシステムインターフェイス) は、最大 320 MB/秒のデータ転送速度を提供し、ハードドライブ、CD-ROM ドライブ、スキャナ、写真およびビデオカメラなど、最大 8 つのデバイスを 1 つのアダプタに接続できます。 SCSI バスの特徴は、ケーブルループであることです。 SCSI バスは、ホストアダプタを介して PC バス (ISA または PCI) に接続されます。バスに接続されている各デバイスには、独自の識別番号 (ID) があります。 SCSI バスに接続されているデバイスはどれも、別のデバイスとの通信を開始できます。

図では、図 2.8 に、SCSI バスを使用した周辺機器と PC の接続を示します。 SCSI バージョンには、最大 5 MB/秒のスループットを提供するオリジナルの SCSI I から、最大 320 MB/秒のスループットを提供する Ultra 320 バージョンまで、幅広いバージョンがあります。 IEEE 1394 バスは SCSI バスと競合できます。

IEEE1394バス Apple と Texas Instruments によって開発された高速ローカルシリアルバス規格です。 IEEE 1394 バスは、PC と他の電子デバイスの間でデジタル情報を交換するために設計されており、特にハードドライブ、オーディオおよびビデオ処理デバイス、およびマルチメディアアプリケーションを接続するために設計されています。最大 1600 Mbit/s の速度でデータを送信でき、SCSI と同様に、異なる速度でデータを送信する複数のデバイスと同時に動作します。 USB と同様に、IEEE 1394 バスは、PC の電源を切らずにコンポーネントをインストールできる機能など、プラグアンドプレイテクノロジを完全にサポートしています。

SCSI で動作できるほとんどすべてのデバイスは、IEEE 1394 インターフェイス経由でコンピュータに接続できます。これらには、ハードドライブ、光学ドライブ、CD-ROM、DVD、デジタルビデオカメラ、テープレコーダー、その他多くの周辺機器を含む、あらゆる種類のディスクドライブが含まれます。このような幅広い機能のおかげで、このバスはコンピュータと家庭用電化製品を組み合わせるのに最も有望なものとなっています。 PCI バス用の IEEE 1394 アダプターは現在生産中です。

学生にメモを取るための質問:

1. バスの定義

2. タイヤの目的

3. バスのアーキテクチャ

4. バス幅の概念。

5. バス帯域幅の概念

6. PCバスインターフェース

7. IBM互換性の原則

8. タイヤの種類とその特性 (表に記入)

タイヤの種類	タイヤの特性
スピード	目的	特徴	利点	欠陥

導入

1. 内部タイヤ

1.1.1 PCI Express 1.0

1.1.2 PCI Express 2.0

1.1.3 PCI Express 3.0

1.2 ハイパートランスポート

2.社外タイヤ

2.3.1 SATA リビジョン 2.x

2.3.2 SATA リビジョン 3.x

2.4 SerialAttachedSCSI

2.4.2 SAS 2.0の新機能

結論

情報源一覧

コンピュータバス (英語のコンピュータバス、双方向ユニバーサルスイッチ - 双方向ユニバーサルスイッチ) - コンピュータアーキテクチャにおいて、コンピュータの機能ブロック間でデータを転送するサブシステム。通常、バスは運転手によって制御されます。ポイントツーポイント通信とは異なり、単一のワイヤセットを使用して複数のデバイスをバスに接続できます。各バスは、デバイス、カード、ケーブルを物理的に接続するための独自のコネクタ (接続) セットを定義します。

初期のコンピュータバスは、複数の接続を備えた並列電気バスでしたが、現在では、この用語は並列コンピュータバスと同じ論理機能を提供する物理メカニズムを指します。

コンピュータバスは、コンピュータの個々の機能ブロック間でデータを転送するために使用され、特定の電気的特性と情報転送プロトコルを備えた一連の信号線です。バスは、容量、信号伝送方法 (シリアルまたはパラレル、同期または非同期)、帯域幅、サポートされるデバイスの数と種類、動作プロトコル、目的 (内部またはインターフェイス) が異なる場合があります。

1.1.1 PCI Express 1.0

PCI Express は、PCI バスソフトウェアモデルとシリアルデータ転送に基づく高性能物理プロトコルを使用するコンピュータバスです。

Intel とそのパートナーによって開発された PCI Express シリアルバスは、パラレル PCI バスとその拡張された特殊なバリアント AGP を置き換えることを目的としています。

PCI Express デバイスの接続には、レーンと呼ばれる双方向ポイントツーポイントシリアル接続が使用されます。これは、すべてのデバイスを共通の 32 ビットパラレル双方向バスに接続する PCI とはまったく対照的です。

2 つの PCI Express デバイス間の接続はリンクと呼ばれ、1 つ (1x と呼ばれる) または複数 (2x、4x、8x、12x、16x、および 32x) のレーン接続で構成されます。各デバイスは 1x 接続をサポートする必要があります。

電気レベルでは、各接続は低電圧差動信号 (LVDS) を使用し、各 PCI Express デバイスは 2 本の別々のワイヤで情報を送受信するため、最も単純なケースでは、デバイスは 4 本のワイヤだけで PCI Express スイッチに接続します。

このアプローチを使用すると、次のような利点があります。

· PCI Express カードは、同じまたはそれ以上の帯域幅のスロットに適合し、正しく動作します (たとえば、x1 カードは x4 および x16 スロットで動作します)。

· より大きな物理サイズのスロットは、すべてのレーンで使用できるわけではありません (たとえば、16x スロットは 1x または 8x に対応する情報伝送ラインに接続でき、これはすべて正常に機能しますが、すべてのレーンに接続する必要があります)。「電源」および「アース」ライン」、スロット 16x に必要）。

どちらの場合も、PCI Express バスは、カードとスロットの両方で使用可能なレーンの最大数を使用します。ただし、これでは、PCI Express バス帯域幅が低いカード用に設計されたスロットでデバイスを動作させることはできません (たとえば、x4 カードは、1 つだけを使用して x4 スロットで動作できても、x1 スロットには物理的に適合しません)レーン）。

PCI Express は、データ転送に使用されるのと同じ回線を介して、割り込みを含むすべての制御情報を送信します。シリアルプロトコルは決してブロックされないため、PCI Express バスの遅延は PCI バスの遅延とほぼ同等になります。すべての高速シリアルプロトコル (例: ギガビットイーサネット) では、送信信号にタイミング情報を組み込む必要があります。物理レベルでは、PCI Express は現在一般的に受け入れられている 8B/10B エンコード方式 (8 ビットのデータがチャネル経由で送信される 10 ビットに置き換えられるため、トラフィックの 20% が冗長になります) を使用しており、これによりノイズ耐性が向上します。

PCI バスは 33 または 66 MHz で動作し、133 または 266 MB/秒の帯域幅を提供しますが、この帯域幅はすべての PCI デバイスで共有されます。 PCI Express バスが動作する周波数は 2.5 GHz で、各 PCI Express x1 デバイスの一方向のスループットは 2500 MHz / 10 * 8 = 250 * 8 Mbps = 250 Mbps となります。複数の回線がある場合、スループットを計算するには、250 Mb/秒の値に回線数を掛けて 2 を掛ける必要があります。 PCI Express は双方向バスです (表 1)。

表 1 PCI スループットの表。

さらに、PCI Express バスは以下をサポートします。

· カードのホット交換。

· 帯域幅保証 (QoS)。

・エネルギー管理;

· 送信されたデータの整合性を監視する。

1.1.2 PCI Express 2.0

PCI-SIG は、2007 年 1 月 15 日に PCI Express 2.0 仕様をリリースしました。 PCI Express 2.0 の主な革新:

· 帯域幅の増加 - PCI Express 2.0 仕様では、単一レーン接続の最大スループットを 5 Gbps と定義しています。デバイス間の転送プロトコルとソフトウェアモデルが改善されました。

· 動的速度制御 - 通信速度を制御します。

· 帯域幅アラート - バス速度と幅の変化についてソフトウェア (オペレーティングシステム、デバイスドライバーなど) に通知します。

· 機能構造の拡張 - デバイス、スロット、インターコネクトの制御を向上させるための制御レジスタの拡張。

· アクセスコントロールサービス - オプションのポイントツーポイントトランザクション管理機能。

1.1.3 PCI Express 3.0

PCI-SIG は、2010 年 8 月中旬に PCI Express 3.0 仕様のバージョン 0.9 を導入しました。

ユーザーにとって、PCI Express 2.0 と PCI Express 3.0 の主な違いは、最大スループットが大幅に向上することです。 PCI Express 2.0 の信号転送速度は 5 GT/s (ギガトランザクション/秒) で、これはレーンあたり 500 MB/s の帯域幅を意味します。したがって、通常 16 レーンを使用するメインの PCI Express 2.0 グラフィックススロットは、最大 8 GB/秒の双方向スループットを提供します。

PCI Express 3.0 では、この数値が 2 倍になります。 PCI Express 3.0 は 8 GT/s の信号速度を使用し、レーンあたり 1 GB/s のスループットを実現します。したがって、メインビデオカードスロットは最大 16 GB/秒のスループットを受け取ります。

一見すると、信号レートを 5 GT/s から 8 GT/s に増加しても 2 倍になっているようには見えません。ただし、PCI Express 2.0 標準では 8B/10B エンコーディングスキームが使用されます。

PCI Express 3.0 は、より効率的な 128B/130B エンコーディングスキームに移行し、20% の冗長性を排除します。したがって、8 GT/s はもはや「理論上の」速度ではありません。これは、8b/10b エンコード原理が使用された場合の 10 GT/s 信号レートに性能的に匹敵する実際のレートです。

1.2 ハイパートランスポート

HyperTransport (HT) バスは、高帯域幅と低遅延を備えた双方向シリアル/パラレルコンピュータバスです。

HyperTransport は、200 MHz ～ 3.2 GHz (PCI バスの場合 - 33 MHz および 66 MHz) の周波数で動作します。また、DDR も使用します。つまり、データはクロック信号の立ち上がりエッジと立ち下がりエッジの両方で送信され、2.6 GHz のクロック周波数で 1 秒あたり最大 52 億回の送信が可能です。同期信号の周波数は自動的に調整されます。

HyperTransport バスはパケット伝送に基づいています。各パケットは、物理的なバス幅 (データラインの数) に関係なく、32 ビットワードで構成されます。パケット内の最初のワードは常に制御ワードです。パケットにアドレスが含まれている場合、制御ワードの最後の 8 ビットが次の 32 ビットワードと連結され、40 ビットのアドレスになります。バスは 64 ビットアドレッシングをサポートしています。この場合、パケットは 64 ビットアドレッシングを示し、アドレスビット 40 ～ 63 を含む特別な 32 ビット制御ワードで始まります (アドレスビットは 0 から始まる番号が付けられます)。パケットの残りの 32 ビットワードには、直接送信されたデータが含まれます。データは、実際の長さに関係なく、常に 32 ビットワードで送信されます (たとえば、1 バイトの読み取り要求に応答して、32 ビットのデータと、これら 32 ビットのうち 8 ビットだけが重要であることを示すフラグを含むパケット) 。

HyperTransport パケットはバス上で順次送信されます。スループットの増加にはバス幅の増加が伴います。 HyperTransport は、システムサービスメッセージの送信、割り込みの送信、バスに接続されているデバイスの構成、およびデータの送信に使用できます。

HyperTransport バスはプロセッサバスとして広く使用されています。リンク、トンネル、チェーン、ブリッジに基づく独自のトポロジ (図 1) があり、このアーキテクチャを簡単に拡張できます。 HyperTransport は、既存のバスやブリッジの物理伝送層を置き換えることによってシステム内通信を簡素化し、ボトルネックと遅延を軽減することを目的としています。これらすべての利点に加え、HyperTransport はピン数が少なく、実装コストが低いという特徴もあります。 HyperTransport は自動バス幅検出をサポートしており、各方向で 2 ～ 32 ビットの幅が可能です (表 2)。また、周辺デバイスとの間の非対称データストリームも可能です。

タイヤ機能目的ごとにグループ化された一連のライン - アドレスバスと呼ばれる (SHA)、データバス （SD）、コントロールバス (シュウ)、パワーバス （市）。

特定のタイヤを特徴付けるには、次のことを説明する必要があります。

- 信号線のセット;
- タイヤの物理的、機械的、電気的特性。
- 使用される調停、ステータス、制御および同期信号。
- バスに接続されたデバイスの相互作用のルール (バスプロトコル)。

タイヤの特性を決定する重要な基準は、タイヤの使用目的です。この基準に基づいて、次のことを区別できます。

- プロセッサーメモリーバス;
- 入出力バス;
- システムバス。

CPU メモリのスパイク

プロセッサメモリバスは、コンピュータの中央処理装置 (CPU) とメインメモリ (RAM) 間の直接通信を提供します。最新のマイクロプロセッサでは、このようなバスはよく「バス」と呼ばれます。 フロントタイヤの略語で指定されます。 FSB(フロントサイドバス)。プロセッサとメモリ間のトラフィックが集中するには、バス帯域幅、つまり単位時間あたりにバスを通過する情報量が最大であることが必要です。このバスの役割はシステムバスによって果たされることもありますが (以下を参照)、効率の観点からは、CPU と OP 間の交換が別のバスで実行される方がはるかに有益です。検討中のタイプには、プロセッサと 2 次キャッシュを接続するバス (通称) も含まれます。 タイヤ リアタン - BSB（バックサイドバス）。 BSB は FSB よりも高速な転送を可能にし、より高速なキャッシュメモリの機能を最大限に発揮します。

von Nseman マシンでは、VM のパフォーマンスを大きく左右するのはプロセッサとメモリの間の交換であるため、開発者は CPU とメモリの間の接続に特別な注意を払います。最大のスループットを確保するために、プロセッサとメモリのバスは常にメモリシステムの特定の構成を考慮して設計されており、バスの長さは可能な限り最小限に保たれます。

I/Oバス

I/Oバスプロセッサ（メモリ）と入出力デバイス（I/O）を接続する役割を果たします。このようなデバイスの多様性を考慮して、I/O バスは統合され、標準化されています。ほとんどの放送波 (ビデオシステムを除く) との通信には、バスからの高帯域幅は必要ありません。 I/O バスを設計するときは、構造と接続コネクタのコストが考慮されます。このようなバスには、プロセッサーメモリオプションに比べて含まれるラインの数が少なくなりますが、ラインの長さは非常に長くなる可能性があります。このようなバスの典型的な例は、PCI バスや SCSI バスです。

コストを削減するために、一部の VM にはメモリと I/O デバイス用の共通バスがあります。このタイプのバスは、システムバスと呼ばれることがよくあります。すべての VM デバイスを物理的および論理的に結合するために機能します。マシンの主要コンポーネントは通常、共通の回路基板上に配置されているため、用語は厳密には同じではありませんが、システムバスはバックプレーンバスと呼ばれることがよくあります。

システムバスには数百の回線を含めることができます。バスラインのセットは、データバス、アドレスバス、および制御バスの 3 つの機能グループに分割できます (図 7.1)。後者には通常、システムバスに接続されたモジュールに電源電圧を供給するためのラインも含まれます。

図7.1

これらの各グループの特徴と信号線の分布については、後で詳しく説明します。

システムバスの動作は次のように説明できます。モジュールの 1 つが別のモジュールにデータを転送したい場合、自由に使えるバスを取得し、その上でデータを転送するという 2 つのアクションを実行する必要があります。モジュールが別のモジュールからデータを受信したい場合は、バスにアクセスし、適切な制御ラインとアドレスを使用して要求を他のモジュールに送信する必要があります。次に、リクエストを受信したモジュールがデータを送信するまで待機する必要があります。

物理的には、システムバスは並列の電気導体の集合です。これらの導体は、プリント基板上の金属ストリップです。バスはすべてのモジュールに供給されており、各モジュールはそのラインのすべてまたは一部に接続されています。 VM が複数のボード上に構築されている場合、すべてのバスラインはコネクタに出力され、共通のシャーシ上の導体によって接続されます。

ユニバーサル VM の標準化されたシステムバスの中で最も有名なものは、Unibus、Fastbus、Futurebus、VME、NuBus、Multibus-II です。パーソナルコンピュータは通常、ISA、EISA、または MCA 標準のシステムバスを中心に構築されます。

タイヤの階層

多数のデバイスがバスに接続されている場合、あるデバイスから別のデバイスへのバス制御権の転送が頻繁すぎると顕著な遅延が発生するため、スループットが低下します。このため、多くの VM は、特定の階層を形成する複数のバスを使用することを好みます。

- 1 つのバスを備えたコンピュータ。
- 2 種類のバスを備えたコンピューター。
- 3 種類のバスを備えたコンピューター。

シングルバスコンピュータ

シングルバス相互接続構造では、プロセッサとメモリの間、および航空機搭載デバイスとプロセッサまたはメモリの間で情報交換を行うシステムバスが 1 つあります。

このアプローチの特徴は、シンプルさと低コストです。ただし、単一バス組織ではトランザクションの強度と速度を高めることができず、バスがボトルネックになります。

2種類のバスを備えたコンピュータ

入出力デバイスコントローラ (IDC) はシステムバスに直接接続できますが、1 つ以上の I/O バスを使用するとより大きな効果が得られます。 UVV は I/O バスに接続されており、プロセッサやメモリへの出力に関連しない主要なトラフィックを伝送します。 バスアダプター データがシステムバスと航空機搭載コントローラーの間で送信されるときに、データのバッファリングを提供します。これにより、VM は複数の入出力デバイスの動作をサポートし、同時にプロセッサとメモリのパスに沿った情報交換と航空機搭載デバイスとの情報交換を「分離」することができます。

このスキームにより、高速プロセッサとメモリのインターフェイスの負荷が大幅に軽減され、VM の全体的なパフォーマンスの向上に役立ちます。例としては、Apple Macintosh II コンピュータが挙げられます。このコンピュータでは、プロセッサメモリバスの役割は NuBus バスによって果たされます。プロセッサとメモリに加えて、いくつかの航空機搭載デバイスが接続されています。他の I/O デバイスは SCSI バスに接続されます。

3種類のバスを備えたコンピュータ

バスシステムに高速拡張バスを追加し、高速周辺機器を接続できます。

I/O バスは拡張バスに接続され、そこからアダプタを介してプロセッサメモリバスに接続されます。この回路により、プロセッサーメモリーバスの負荷がさらに軽減されます。このバスの配置は次のように呼ばれます。 「拡張性」のあるアーキテクチャ（メザニンアーキテクチャ）。

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