Смагин М.С. Вычислительные машины, системы и сети (1088253), страница 17
Текст из файла (страница 17)
Аббревиатура PCI расшифровывается как Peripheral component interconnect – связь периферийных компонентов. Таким образом, шина PCI чащевсего используется для подключения периферийных устройств к материнской плате.Спецификация шины PCI была разработана фирмой Intel в начале 90-хгодов. Спецификация шины была открытой и доступной всем желающим.Впоследствии образовался промышленный комитет PCI SIG (PCI Special Interests Group), консультативный орган, созданный из представителей заинтересованных фирм, задачей которого является совершенствование стандарта икоординация связанной с этим деятельности фирм, входящих в комитет.Шина PCI является параллельной. Первоначально спецификация предусматривала, что она будет 32-разрядной, более поздние версии добавилиподдержку 64-разрядной передачи данных.
Шина PCI является синхронной.Первоначально спецификация предусматривала работу на частоте 33 МГц,впоследствии она стала поддерживать работу на частоте 66 МГц. Максимальная пропускная способность шины составляет, таким образом, 528 Мб всекунду.Шина PCI является централизованной. Т.е. имеется специальный контроллер, к которому от каждого из подключённых к шине модулей идут линии для сигналов запроса шины, называемые REQ, а обратно идут линии длясигналов разрешения захвата шины, называемые GNT. Шина PCI являетсятакже мультиплексированной, т.е. для передачи адресов и данных используются одни и те же линии. Помимо данных, шина PCI позволяет также передавать напряжение для питания подключаемых устройств номиналом 3,3 и 5вольт.
Особенностью шины PCI является её самонастраиваемость. Она позволяет автоматически, без участия пользователя, распределять адресноепространство шины между устройствами сразу после включения ЭВМ.113Дальнейшим развитием шины PCI является шина PCI-Express. Основное её отличие от предшественницы заключается в переходе от параллельнойпередачи данных к последовательной. Вторым важным отличием от шиныPCI является уход от топологии «общая шина» к топологии «звезда», когдакаждое из устройств напрямую подключено к коммутатору.
Единственныйкоммутатор или несколько коммутаторов связанных между собой, образуютцентральный узел передачи данных.Кроме того, шиной PCI-E поддерживается горячая замена карт, управление энергопотреблением и контроль целостности передаваемых данных.Первая версия спецификации PCI-E была опубликована в 2002 году.Разработана она была так же под эгидой комитета PCI-SIG совместнымиусилиями фирм Intel, Dell, IBM и HP. Целью разработки было создать шину,программно совместимую с PCI, но имеющую более высокую пропускнуюспособность за счёт иной физической и логической организации передачиданных.Соединение подключаемого устройства с коммутатором PCI-E осуществляется через последовательный двунаправленный канал, называемый«lane», что буквально переводится как «беговая дорожка».Таких дорожек может быть одна или несколько. Спецификация предусматривает одновременную передачу данных по 2, 4, 8, 12, 16 и 32 дорожкам.Пропускная способность дорожки в одном направлении составляет2,5 Гбит/сек.
Спецификацией PCI-E предусматривается специальный алгоритм избыточного помехоустойчивого кодирования, при использовании которого для кодирования 8 бит полезной информации используется 10 бит кода. Такой алгоритм получил название 8b/10b. Получается что, 20% пропускной способности используются для передачи избыточных кодов.Таким образом, полезная пропускная способность одной дорожки составляет 2 Гбит/сек в один конец, и, соответственно, 4 Гбит/сек или0,5 Гб/сек при двунаправленной передаче.114Шина PCI-E является синхронной. Работает по дисциплине DDR, т.е.данные передаются как по фронту, так и по срезу тактового импульса. Дляпередачи данных используется дифференциальный режим, т.е. каждый сигнал передаётся одновременно по двум линиям: в прямом виде и в инвертированном. Такой способ передачи позволяет повысить скорость и помехоустойчивость.В 2007 году была выпущена спецификация PCI-E 2.0, предусматривающая, помимо прочего, удвоение пропускной способности дорожки.
Т.е.пиковая пропускная способность дорожки при однонаправленной передачестала равной 5 Гбит/сек. Полезная пропускная способность при двунаправленной передаче составит, соответственно, 1 Гбайт/сек.В ноябре 2010 года было объявлено о выпуске спецификации PCIE 3.0. Спецификация предусматривает повышение пропускной способностиодной дорожки до 8 Гбит/сек. Ещё одним нововведением является переход отсистемы кодирования 8b/10b к системе 128b/130b.
То есть, из каждых переданных 130 бит пользовательскую информацию будут нести 128. Таким образом, полезная пропускная способность будет практически совпадать с пиковой. В середине 2011 года несколько производителей материнских платпредставили изделия, поддерживающие работу с шиной PCI-E 3.0. Выпускстандарта PCI-E 4.0 предварительно назначен на 2015 год.Цифровые характеристики, заданные в различных версиях стандартаPIC-Express представлены в таблице.НаименованиестандартаPCI-Express 1.0Датаопубликования2002PCI-Express 2.02007PCI-Express 3.02010Пропускнаяспособность дорожкипиковая 2,5 Гбит/секполезная 2 Гбит/секпиковая 5 Гбит/секполезная 4 Гбит/сек8 Гбит/секСистемакодирования8b/10b8b/10b128b/130bШины PCI и PCI-Express используются, в первую очередь, для подключения быстродействующих функциональных устройств.
Рассмотрим те115перь интерфейсы, используемые для подключения устройств внешней памяти – жёстких дисков и проигрывателей CD/DVD. Начнём с более простого иболее старого интерфейса IDE.Интерфейсы IDE-ATA и SATAСледует заметить, что правильное название этого интерфейса – ATA,но в повседневной практике он чаще называется IDE. ATA расшифровывается как Advanced Technology Attachment, – «присоединение по передовой технологии». Передача данных по данному интерфейсу осуществляется в параллельном режиме, разрядность шины данных составляет 16 разрядов. Особенностью данного интерфейса является возможность работы в режиме прямогодоступа к памяти или, как ещё говорят, режиме DMA (Direct memory access).Данные в этом режиме перекачиваются в память напрямую с накопителя,минуя процессор.
Одновременно к каждому каналу может подключаться неболее двух устройств, одно из которых работает в режиме Master, то есть«ведущий», а другое – в режиме Slave или «ведомый». На практике это значит, что в каждый момент времени передачу и приём данных может осуществлять только одно из устройств. Если же оба устройства пытаются одновременно обратиться к шине, то у ведущего всегда есть преимущество. Теоретическая пропускная способность интерфейса ATA составляет 133 Мб/сек,но на практике, как правило, имеются узкие места, которые не позволяют еёдостигнуть.Дальнейшим развитием интерфейса ATA, стал интерфейс SATA.
SATAрасшифровывается как Serial ATA или «Последовательный интерфейс АТА»,в противоположность классическому интерфейсу АТА, который используетпараллельную передачу. С появлением спецификации SATA, классическийАТА начали ещё называть PATA – параллельный АТА. Как понятно из названия, спецификация SATA предусматривает последовательную передачуданных. Шина SATA – синхронная, тактовая частота варьируется от 1,5 до3 ГГц.116Передача данных по интерфейсу SATA осуществляется по двум параллельным каналам.
Один из них работает на приём информации, а другой − навыдачу. Физически каждый канал представлен двумя проводами. Передачаосуществляется в так называемом дифференциальном режиме. Это значит,что по каждому из проводов идёт одинаковый сигнал, но на одном проводеон прямой, а на другом – инвертированный. Это позволяет резко повыситьпомехоустойчивость и, соответственно, увеличить скорость передачи данных.Рис.47 Дифференциальный режим передачи данных.На сегодня выпущено три версии спецификации на шину SATA. SATARevision 1.0 предусматривает работу на тактовой частоте 1,5 ГГц в режимеSDR.
Таким образом пиковая пропускная способность SATA 1.0 составляет1,5 Гбит/сек. Для кодирования данных при передаче используется уже упомянутый раньше алгоритм 8b/10b, поэтому полезная пропускная способностьканала SATA 1.0 составит 1,2 Гбит/сек. Для SATA Revision 2.0 показателипиковой и полезной пропускной способности составят, соответственно, 3 и2,4 Гбит/сек, а для SATA Revision 3.0 – 6 и 4,8 Гбит/сек.
Начиная с версииSATA Revision 2.0, поддерживается замена устройств в горячем режиме, т.е.без выключения компьютера.Цифровые характеристики, заданные в различных версиях стандартаSATA, представлены в таблице.117НаименованиестандартаSATA Rev. 1.0Датаопубликования2002SATA Rev 2.02005SATA Rev 3.02009ПропускнаяСпособностьпиковая 1,5 Гбит/секполезная 1,2 Гбит/секпиковая 3,0 Гбит/секполезная 2,4 Гбит/секпиковая 6,0 Гбит/секполезная 4,8 Гбит/секПримечание−Поддержка «горячей замены»Поддержка «горячей замены»Шина USBТеперь разберёмся с шиной USB. USB расшифровывается как UniversalSerial Bus или «Универсальная последовательная шина». Первая версия спецификации USB была разработана совместно фирмами Intel, Microsoft, Philipsи US Robotics и была опубликована в 1996 году. Целью разработки былосоздание единого интерфейса подключения периферийных устройств, который должен был заменить последовательные, параллельные и прочие интерфейсы, существовавшие на тот момент.Сейчас разработка спецификаций на шину осуществляется в рамкахмеждународной некоммерческой организации USB-IF (USB Iimplementers Forum), аналога комитета PCI-SIG.Физическая спецификация шины предусматривает 4-контактные разъёмы.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
