Семинар4 (Семинары), страница 3

Таблица 4.2

Чтение строки памяти используется для чтения более чем двух 32-битных блоков данных (обычно чтение до конца строки кэша). В таком случае этот цикл обеспечивает обмен, более эффективный, чем цепочка обычных пакетных чтений.

Запись с инвалидацией применяется при передачи как минимум одной строки кэша и позволяет обновлять содержимое основной памяти, экономя циклы обратной записи.

Слоты PCI с шагом 0,05 дюйма расположены несколько дальше от задней панели, чем ISA/EISA-MCA. В отличие от адаптеров остальных шин, компоненты карт PCI расположены на левой поверхности плат. По этой причине в PC-совместимых компьютерах крайний PCI-слот обычно разделяет использование посадочного места адаптера с соседним ISA-слотом (Shared slot). Шина имеет версии с питанием 5В, 3,3В и универсальную (с переключением линий +V I/O с 5В на 3,3В). Ключами являются пропущенные ряды контактов 12, 13 и 50, 51. Для 5-В слота ключ расположен на месте контактов 50, 51; для 3-В - 12, 13; для универсального - два ключа: 12, 13 и 50, 51. Ключи не позволяют установить карту в слот с неподходящим напряжением питания. 32-битный слот заканчивается контактами А62/В62, 64-битный - А94/В94.

На одной шине PCI может быть не более четырех устройств (следовательно, и слотов). Для подключения шины PCI к другим шинам применяются специальные аппаратные средства - мосты шины PCI (PCI Bridge). Главный мост (Host Bridge) используется для подключения PCI к системной шине (шине процессора или процессоров). Одноранговый мост (Peer-to-Peer Bridge) используется для соединения двух шин PCI. Две и более шины PCI применяются в мощных серверных платформах - дополнительные шины PCI позволяют увеличить количество подключаемых устройств. Для подключения шин (E)ISA используются специальные мосты, входящие в чипсеты большинства системных плат. Каждый мост программируется - ему указываются диапазоны адресов пространств памяти и ввода/вывода, отведенные абонентам его шин. Если адрес целевого устройства текущей транзакции на одной шине (стороне) моста относится к шине противоположной стороны, мост перенаправляет транзакцию на соответствующую шину и выполняет действия по согласованию протоколов этих шин. Таким образом, совокупность мостов, расположенных вокруг шины PCI, выполняет маршрутизацию (routing) обращений по всем связанным шинам. В общем случае считается, что устройство с конкретным адресом может присутствовать только на одной из шин данного компьютера, а на каком именно, «знают» запрограммированные мосты. Решать задачу маршрутизации призван и сигнал DEVSEL#, играющий важную роль в протоколе шины PCI. Обращения, не востребованные абонентами PCI, обычно перенаправляются на шину (E)ISA.

Одной из особенностей компьютеров с шиной PCI и ее системой мостов является возможность выполнения обмена данными между процессором и памятью одновременно с обменами между другими абонентами шины PCI - Concurrent PCI Transferring. Однако эта возможность реализуется не всеми чипсетами (в описаниях она всегда специально подчеркивается), а обычными абонентами шины (графические карты, контроллеры дисков и т. п.) используется редко.

Автоконфигурирование устройств (выбор адресов, запросов прерываний) поддерживается средствами BIOS и ориентировано на технологию Plug and Play. Стандарт PCI определяет для каждого слота конфигурационное пространство размером до 256 восьмибитных регистров, не приписанных ни к пространству памяти, ни к пространству ввода/вывода. Доступ к ним осуществляется по специальным циклам шины Configuration Read и Configuration Write, вырабатываемым контроллером при обращении процессора к регистрам контроллера шины PCI, расположенным в его пространстве ввода/вывода. После аппаратного сброса (или по включении питания) устройства PCI не отвечают на обращения к пространству памяти и ввода/вывода, они доступны только для операций конфигурационного считывания и записи. В этих операциях устройства выбираются по индивидуальным сигналам IDSEL, устройства сообщают о потребностях в ресурсах и возможных диапазонах их перемещения. После распределения ресурсов, выполняемого программой конфигурирования (во время POST), в устройства записываются параметры конфигурирования, и только после этого к ним становится возможным доступ по командам обращения к памяти и портам ввода/вывода.

Шина PCI является второй (после ISA) по популярности применения. Некоторые фирмы для этой шины выпускают карты прототипы, но, конечно же, доукомплектовать их периферийным адаптером или устройством собственной разработки гораздо сложнее, чем карту ISA. Здесь сказываются и более сложные протоколы, включая конфигурирование, и более высокие частоты (частота шины ISA - 8 МГц, PCI - 33/66 МГц).

Для устройств промышленного назначения в 1995 году был принят стандарт Compact PCI. Шина cPCI разрабатывалась на основе спецификации PCI версии 2.1. От обычной PCI эта шина отличается большим количеством поддерживаемых слотов для одной шины: 8 против 4. В связи с этим появились новые 4 пары сигналов запросов и предоставления управления шиной. Шина поддерживает 32-битные и 64-битные обмены (с индивидуальным разрешением байт). При частоте шины 33 МГц максимальная пропускная способность составляет 133 Мбайт/с для 32 бит и 266 Мбайт/с для 64 бит (в середине пакетного цикла). Возможна работа и на частоте 66 МГц, при этом производительность удваивается.

На базе шины Compact PCI фирмой National Instruments разработана спецификация PXI (PCI extensions for Instrumentation - расширение PCI для инструментальных систем) в тех же конструктивах. В шине PXI часть контактов, определенных в Compact PCI как свободно используемые, предназначаются для дополнительных шин. Шина Trigger Bus (8 линий) звездообразно соединяет слот ее контроллера (первый после системного контроллера PCI) с остальными слотами. Эта шина позволяет осуществлять синхронизацию событий в разных модулях. Для прецизионной синхронизации имеется сигнал опорной частоты 10 МГц PXI_CLK, который звездообразно (с одинаковыми задержками распространения сигнала) разводится по слотам - такая точная синхронизация модулей зачастую требуется в измерительных системах. В PXI определены локальные шины, предназначенные для связи соседних пар слотов. Каждая локальная шина имеет 13 линий, которые могут использоваться как для цифровых, так и аналоговых (до 48 В) сигналов. Локальные шины объединяют смежные слоты попарно (исключая слот системного контроллера), образуя цепочку (Daisy chain). Кроме механических и электрических характеристик PXI определяет и программное обеспечение модулей: основной операционной системой принимается Windows NT/95, и модули должны поставляться с соответствующими драйверами. Это значительно сэкономит время, необходимое для системной интеграции. Модули PXI совместимы с шиной Compact PCI, и наоборот - модули Compact PCI будут работать и в шине PXI. Однако все преимущества спецификации реализуются только при установке модулей PXI в шину PXI.

4. Магистральный интерфейс AGP

В настоящее время самой быстрой универсальной шиной расширения является PCI, имеющая при тактовой частоте 33 МГц пиковую пропускную способность 132 Мбайт/с. Одним из главных потребителей пропускной способности шины является графический адаптер. По мере развития возможностей графической системы - увеличения разрешения как по количеству пикселов, так и по глубине цвета - требования к пропускной способности шины, связывающей дисплейный адаптер с памятью и центральным процессором компьютера, повышаются. Параллельно повышению пропускной способности шины применяют меры по уменьшению потока данных, передаваемых по этой шине при графических построениях. Для этих целей графические платы снабжают акселераторами и увеличивают объем буферной памяти (видеопамяти), которой пользуется процессор акселератора при выполнении построений. В результате высокоинтенсивный поток данных в основном циркулирует внутри графической карты, относительно слабо нагружая внешнюю шину. Однако на новом витке гонки функциональных возможностей графический акселератор занимается и трехмерными построениями, в результате чего ему становится тесно в ограниченном объеме встроенной памяти графического адаптера и его поток данных снова выплескивается на внешнюю шину.

Фирма Intel на базе шины PCI 2.1 разработала новый стандарт подключения графических адаптеров - AGP (Accelerated Graphic Port - ускоренный графический порт). Этот порт представляет собой 32-разрядную шину с тактовой частотой 66 МГц (точнее, 66,66...), по составу сигналов напоминающую шину PCI. Место AGP в архитектуре компьютера иллюстрирует рис. 4.1. Из рисунка видно, что чипсет связывает AGP с памятью и системной шиной процессора, не натыкаясь на ставшую уже «узким местом» шину PCI. «Ускоренность» порта обеспечивается следующими тремя факторами:

• конвейеризацией операций обращения к памяти.

• сдвоенными передачами данных.

• демультиплексированием шин адреса и данных.

Конвейеризацию обращений к памяти иллюстрирует рис. 4.6, где сравниваются обращения к памяти PCI и AGP. При неконвейеризированных обращениях PCI во время реакции памяти на запрос шина простаивает. Конвейерный доступ AGP позволяет в это время передавать следующие запросы, а потом получить плотный поток ответов (самих передаваемых данных). Спецификация AGP предусматривает возможность постановки в очередь до 256 запросов, но при конфигурировании РnР уточняются реальные возможности конкретной системы (у памяти все-таки возможности ограничены). AGP поддерживает две пары очередей для операций записи и чтения памяти с высоким и низким приоритетом. В процесс передачи данных любого запроса может вмешаться следующий запрос, в том числе и запрос в режиме PCI.

Рис.4.6

Сдвоенные передачи данных обеспечивают при частоте тактирования шины в 66 МГц пропускную способность до 532 Мбайт/с, что для 32-битной шины (4 байта) несколько неожиданно: 66,6х4=266. В AGP кроме «классического» режима, называемого теперь «х1», в котором за один такт синхронизации передается один 4-байтный блок данных, имеется возможность работы в режиме «х2», когда блоки данных передаются как по фронту, так и по спаду сигнала синхронизации (как и в шине АТА Ultra DMA-33). Управление передачей в таком режиме названо Sideband Control (сокращенно — приставка SB к имени сигнала). Заказать режим «х2» может только графическая карта, если, конечно, она его поддерживает. В перспективе ожидается переход на тактовую частоту 100 МГц, и, следовательно, повышение пропускной способности до 800 Мбайт/с.

Демультиплексирование (разделение) шины адреса и данных сделано несколько необычным образом. В идеале демультиплексирование подразумевает наличие двух полноразрядных шин - адреса и данных. Однако реализация такого варианта была бы слишком дорогой. Поэтому шину адреса в демультиплексированием режиме представляют 8 линий SBA (SideBand Address), по которым за три такта синхронизации передаются четыре байта адреса, длина запроса (1 байт) и команда (1 байт). За каждый такт передаются по два байта - один по фронту, другой по спаду тактового сигнала. Поддержка демультиплексированной адресации не является обязательной для карты с портом AGP, но хост-контроллер, естественно, должен ее поддерживать. Альтернативой такому способу подачи адреса является обычный - по мультиплексированной шине AD.

Таким образом, AGP может реализовать всю пропускную способность 64-битной основной памяти компьютера на процессоре Pentium и старше. При этом возможны конкурирующие обращения к памяти, как со стороны процессора, так и со стороны мостов шин PCI.

Порт AGP может работать как в своем «естественном» режиме с конвейеризацией и сдвоенными передачами, так и в режиме шины PCI. В конвейеризированном режиме, в котором начало цикла отмечается сигналом PIPE, возможны только обращения к памяти. В режиме PCI циклы начинаются с сигнала FRAME и обращения возможны как к пространству памяти, так и пространству ввода/вывода и конфигурационному пространству. Слот AGP является достаточным для подключения дисплейного адаптера. Кроме собственно AGP, в него заложены и сигналы шины USB, которую предполагается заводить в монитор. Внешне карты с портом AGP похожи на PCI, но у них используется разъем повышенной плотности с «двухэтажным» (как у EISA) расположением ламелей, и сам разъем располагается несколько дальше от задней кромки платы, чем разъем PCI.

Фирма Intel ввела поддержку AGP в чипсеты для процессоров Pentium Pro и Pentium II, поскольку его конвейерный режим близок по духу режиму системной шины этих процессоров. Однако нет противопоказаний и против применения AGP для процессоров класса Pentium.

AGP строился исключительно исходя из нужд графического акселератора. Порт позволяет работать в двух режимах - режиме DMA и режиме исполнения (Executive Mode).