Э. Таненбаум - Архитектура компьютера (1127755), страница 59
Текст из файла (страница 59)
С появлением Ъ'1пдои з постепенно вошли в употребление графические пользовательские интерфейсы. Пи одно из этих приложений особо не нагружало шину 15А. Однако с течением времени появилось множество различных приложений, в том числе игр, для которых требовалось полноэкранное видео, и ситуация коренным образом изменилась. Давайте произведем небольшие вычисления. Рассмотрим монитор размером 1024 х 768 в условиях вывода цветного движущегося изображения (3 байта/пиксел). Одно экранное изображение содержит 2,25 Мбайт данных.
Для воспроизведения плавных движений требуется 30 кадров в секунду, и, следовательно, скорость передачи данных должна быть 67,5 Мбайт/с. В действительности дело обстоит гораздо хуже, поскольку, чтобы передать изображение, данные нужно передать с жесткого диска, компакт-диска или ПЪ'О-диска через шину в память. Затем данные должны поступить в графический адаптер (тоже через шину).
Таким образом, только для передачи видео пропускная способность шины должна быть 135 Мбайт,,гс. Однако в компьютере есть еще центральный процессор и другие устройства, которые тоже должны пользоваться шиной, поэтому пропускная способность должна быть еще выше. Максимальная частота передачи данных шины 13А — 8,33 МГц. Она способна передавать два байта за цикл, поэтому ее максимальная пропускная способность составляет 16,7 Мбайт/с. Шина Е18А может передавать 4 байта за цикл. Ее пропускная способность достигает 33,3 Мбайт/с.
Ясно, что ни одна из них совершенно не соответствует тому, что требуется для полноэкранного видео. В 1990 году компания 1пге1 разработала новую шину с гораздо более высокой пропускной способностью, чем у шины Е18А. Эту шину назвали РС1 (Рег1Р11ега1 Сотропепг 1пгегсоппесг — взаимодействие периферийных компонентов).
Компания 1пге1 запатентовала шину РС1 и сделала все патенты всеобщим достоянием, так что любая компания могла производить периферийные устройства для этой шины без каких-либо выплат за право пользования патентом. Компания 1пге1 также сформировала промышленный консорциум РС1 прес(а1 1псегезг Огопр, который должен был заниматься дальнейшими усовершенствованиями шины РС1. Все эти действия привели к тому, что шина РС1 стала чрезвычайно популярной. Фактически в каждом компьютере 1пге1 (начиная с Репг1пш), а также во многих других компьютерах есть шина РС1. Даже компания Зпп выпустила версию ШггаЗРАКС (компьютер ИггаЗРАВС П1), в которой используется шина РС1.
Шина РС1 подробно описана в литературе [185, 193~. Первая шина РС1 передавала 32 бита за цикл и работала на частоте 33 МГц (время цикла — 30 нс), общая пропускная способность составляла 133 Мбайт/с. В 1993 году появилась шина РС1 2.0, а в 1995 году — РС1 2.1. Шина РС1 2.2 под- Примеры шин 235 Шина кзш-памяти Локальная шина Шина памяти Рис. 3.49. Архитектуре типичной системы первых поколений Реп)вот. !Толщина линий, обозначающих шину, призвана показать ее пропускную способность. Чем толще линия, тем пропускная способность выше.) Ключевыми компонентами данной архитектуры являются мосты между шинами (эти микросхемы выпускает компания 1пСе1 — отсюда такой интерес к проекту).
Мост РС1 связывает центральный процессор, память и шину РС1. Мост ходит и для портативных компьютеров (где требуется экономия заряда батареи). В конце концов удалось получить шину РС1, которая работаег на частоте 66 МГц, способна передавать 64 бита за цикл, а ее общая пропускная способность составляет 528 Мбайт/с. При такой производительности полноэкранное видео вполне достижимо (предполагается, что диск и другие устройства системы справляются со своей работой). Во всяком случае, шина РС1 не является «узким местом» системы. Хотя 528 Мбайт/с — достаточно высокая скорость передачи данных, все же здесь есть некоторые проблемы.
Во-первых, этого недостаточно для шины памяти. Во-вторых, шина РС1 несовместима со всеми старыми платами 18А. По этой причине компания 1псе1 решила разрабатывать компьютеры с тремя и более шинами, как показано на рис. 3.49. Здесь мы видим, что центральный процессор может обмениваться информацией с основной памятью через специальную шину памяти, а шину 1ЯА можно связать с шиной РС1. Такая архитектура в 90-х годах удовлетворяла всем современным на тот момент требованиям и поэтому использовалась в большинстве систем. 236 Глава 3.
Цифровой логический уровень 15А связывает шину РС1 с шиной 15А, а также поддерживает один или два ЮЕ-диска. Практически все системы Репгшш 4 выпускаются с одним или несколькими свободными РС1-слотами для подключения дополнительных высокоскоростных периферийных устройств и с одним или несколькими 1ЯА-слогами для подключения низкоскоростных периферийных устройств. Преимущество системы, изображенной на рис. ЗА9, состоит в том, что шина между центральным процессором и памятью имеет высокую пропускную способность, шина РС1 также обладает высокой пропускной способностью и хорошо подходит для взаимодействия с высокоскоростными периферийными устройствами (ЗС51-дисками, графическими адаптерами и т.
п.), и при этом еше могут использоваться старые платы 15А. На рисунке также изображена шина ()ЗВ, которую мы будем обсуждать далее в этой главе. Было бы неплохо, если бы существовал только один тип плат РС1. К сожалению, это не так. Платы различаются потребляемой мощностью, разрядностью и синхронизацией. Старые компьютеры обычно используют напряжение 5 В, а новые — 3,3 В, поэтому шина РС1 поддерживает то и другое. Коннекторы одни и те же (они различаются только двумя небольшими пластмассовыми вставками, не позволяющими вставить плату на 5 В в шину РС1 на 3,3 В и наоборот). К счастью, существуют и универсальные платы, которые поддерживают оба напряжения и которые можно вставить в любой слог. Платы различаются не только напряжением, но и разрядностью. Существует два типа плат: 32-разрядные и 64-разрядные.
32-разрядные платы содержат 120 выводов; 64-разрядные платы содержат те же 120 выводов плюс 64 дополнительных вывода аналогично тому, как шина 1ВМ РС была расширена до 16 бит (см. рис. 3.48). Шина РС1, поддерживающая 64-разрядные платы, может поддерживать и 32-разрядные, но обратное не верно. Наконец, шины РС1 и соответствующие платы могут работать на частоте либо ЗЗ МГц, либо 66 МГц. В обоих случаях контакты идентичны. Отличие состоит в том, что один из выводов связывается либо с источником питания, либо с землей.
К концу 90-х годов шина 15А была окончательно похоронена участниками рынка, и в новых системах ее поддержка уже не предусматривалась. В связи с тем, что разрешение экрана постоянно увеличивалось (достигнув величины 1600 х 1200 точек), равно как и спрос на полноэкранное видео со стандартной частотой кадров, особо актуальное в интерактивных играх, компания 1пге1 разработала новую шину, предназначенную исключительно для обмена данными с графическим адаптером. Эта шина называется АСР (Ассе!егагег) Сгарййсз Рогг— ускоренный графический порт). Ее первая версия, АСР 1.0, работала на скорости 264 Мбайт/с, и эта величина была принята за 1х.
Недостаток скорости (по сравнению с РС1) компенсировался узкой специализацией на управлении графическим адаптером. Впоследствии были разработаны новые версии шины— в частности, АСР 3.0 работает на скорости 2,1 Гбайт/с (8х). Компоновку шин в современной системе на базе Репгшш 4 иллюстрирует рис. 3.50. В этой системе центральное положение занимает мост между шинами. Он соединяет пять основных компонентов системы: процессор, память, графический адаптер, контроллер АТАР1 и шину РС1. В отдельных случаях он также обеспечивает работу сетевых плат ЕгЬегпег и других высокоскоростных устройств.
Устройства, работающие на более низких скоростях, подключаются к шине РС1. Примеры шин 237 Монитор Е:Л Рис. 3.50. Компоновка шин в современной системе Репвот 4 По своей внутренней структуре мост делится на две части: мост памяти и мост ввода-вывода. Мост памяти соединяет процессор с памятью и графическим адаптером. Мост ввода-вывода соединяет друг с другом контроллер АТАР1, шину РС1 и (при необходимости) другие высокоскоростные устройства ввода-вывода. Данные между этими двумя мостами передаются на очень большой скорости. Шины РС1 являются синхронными, как и все шины РС, восходящие к первой модели 1ВМ РС.
Все транзакции в шине РС1 осуществляются между задающим и подчиненным устройствами. Чтобы не увеличивать число выводов на плате, адресные и информационные линии объединяются. При этом достаточно 64 выводов для всей совокупности адресных и информационных сигналов, даже если РС1 работает с 64-разрядными адресами и 64-разрядными данными. Объединенные адресные и информационные выводы функционируют следующим образом. При считывании во время первого цикла задающее устройство передает адрес на шину. Во время второго цикла задающее устройство удаляет адрес, и шина переключается таким образом, чтобы подчиненное устройство могло ее использовать. Во время третьего цикла подчиненное устройство выдает запрашиваемые данные. При записи шине не нужно переключаться, поскольку задающее устройство передает в нее и адрес, и данные.
Тем не менее минимальная транзакция занимает три цикла. Если подчиненное устройство не может дать ответ в течение трех циклов, то вводится режим ожидания. Допускаются 238 Глава 3. Цифровой логический уровень пересылки блоков неограниченного размера, а также некоторые другие типы циклов шины. Арбитраж шины РС! Чтобы передать по шине РС1 какой-нибудь сигнал, устройство сначала должно получить к ней доступ. Шина РС1 управляется централизованным арбитром, как показано на рис.
3.51. В большинстве случаев арбитр шины встраивается в один из мостов между шинами. От каждого РС1-устройства к арбитру тянутся две специальные линии. Одна из них (КЕО№) используется для запроса шины, а вторая (СЫТ№) — для получения разрешения на доступ к шине. Рис. З.бт. у шины РС! имеется централизованный арбитр Чтобы сделать запрос на доступ к шине, РС1-устройство (в том числе и центральный процессор) устанавливает сигнал КЕО№ и ждет, пока арбитр не установит сигнал С1чТ№.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
