Э. Таненбаум - Архитектура компьютера (1127755), страница 61
Текст из файла (страница 61)
В нашем примере (который вполне может произойти в действительности) следующий цикл — пустой. Мы видим, что в цикле Т, то же самое задающее устройство инициирует процесс записи. Сначала оно, как обычно, помещает адрес и команду на шину. В следующем цикле оно выдает данные. Поскольку линиями АП управляет одно и то же устройство, цикл переключения не требуется. В цикле Тт память принимает данные. РС! Ехргевв Возможностей шины РС1 вполне достаточно для большинства современных приложений, однако потребность в ускорении ввода-вывода постепенно дезорганизует некогда стройную внутреннюю архитектуру ПК. Рисунок 3.50 наглядно свидетельствует о том, что шина РС1 более не является центральным элементом, сводящим воедино компоненты ПК.
Эту роль теперь выполняет мост между шинами. Суть проблемы заключается в том, что со временем появляется все больше устройств ввода-вывода, требования по быстродействию которых не соответствуют возможностям шины РС1. Разгон тактовой частоты шины — далеко не лучшее решение, поскольку только усугубляет перекос шины, перекрестные помехи между проводниками и емкостное сопротивление. При появлении каждого нового устройства, которое оказывается слишком быстрым для шины РС1 (будь то графический адаптер, жесткий диск, сетевой контроллер и т.
д.), разработчикам 1пге! приходится создавать очередной специализированный порт, с помощью которого мост позволяет этому устройству обходить шину РС1. Естественно, такое решение с каждым прецедентом становится все менее эффективным. Еще один недостаток шины РС1 состоит в чрезмерных габаритах плат.
Их трудно уместить в корпуса современных портативных компьютеров, не говоря уже о карманных моделях. В то же время, производители постоянно уменьшают размеры выпускаемых устройств. Кроме того, некоторые производители планируют перейти на новую схему размещения устройств в корпусах ПК вЂ” конкретнее, размещать процессор и память в отдельном закрытом отсеке, а жесткий диск— внутри монитора. Платы РС1 не позволяют реализовать зти планы.
Сейчас предлагается несколько вариантов решения указанных проблем, но, скорее всего, победителем в конкурентной борьбе окажется технология РС1 Ехргезз, которую активно продвигает 1пге1. Несмотря на название, она не имеет почти ничего общего с шиной РС1; более того — это вообще не шина. Тем не менее маркетологи решили не избавляться от названия «РС1» — благо, оно у всех на слуху. Некоторые ПК уже сейчас поддерживают эту технологию. Посмотрим, что она собой представляет. 244 Глава 3.
Цифровой логический уровень Архитектура РС! Ехргевв Суть технологии РС1 Ехргезз заключается в замене параллельной шины с ее многообразием задающих и подчиненных устройств высокоскоростными двухточечными последовательными соединениями. Это решение знаменует собой окончательный отход от шинной топологии, реализованной в шинах 1ЯА/Е1ЯА/РС1, и переход на топологию локальных сетей (особенно коммутируемых сетей ЕгЬегпег). Основная идея такова: по сути, ПК вЂ” это набор микросхем процессора, памяти и устройств ввода-вывода, которые необходимо соединить между собой. С учетом этого обстоятельства РС1 Ехргезз выполняет роль универсального коммутатора, соединяющего микросхемы по последовательным каналам.
Стандартная конфигурация РС1 Ехргезз изображена на рис. 3.53. тельные Рис. 3.63. Стандартная компоновка системы РС! Ехргезв Как видно из рисунка, процессор, память и кэш подключены к мосту традиционным способом. Новым элементом здесь является подключенный к мосту коммутатор (иногда он встраивается непосредственно в микросхему моста). Между каждой микросхемой устройства ввода-вывода, с одной стороны, и коммутатором, с другой, устанавливается двухточечное соединение.
Любое такое соединение состоит из двух однонаправленных каналов — по одному в каждом из направлений между устройством и коммутатором. Каналы состоят из двух проводов (сигнального и заземляющего), что обеспечивает высокую помехозащищенность в ходе высокоскоростной передачи сигналов. Такая архитектура отличается от предыдущей болыцей унификацией и равноправием всех устройств. Три основных момента отличают архитектуру РС1 Ехргезз от архитектуры РС1. Два из них мы уже рассмотрели — это наличие централизованного комму- Примеры шин 245 татора, пришедшего на смену принципу многоотводной шины, и применение узких последовательных двухточечных соединений вместо широкой параллельной шины.
Третье отличие меньше бросается в глаза. Концептуальная модель, на которой основана шина РС1, сводится к тому, что задающее устройство шины передает подчиненным устройствам команды на чтение слова или блока из нескольких слов. РС1 Ехргезз основывается на другом принципе, предусматривающем отправку пакетов данных от одного устройства другому.
Понятие пакета, состоящего из заголовка и полезной нагрузки, заимствовано из сетевых технологий. В заголовке содержится управляющая информация, а значит, отпадает потребность в многочисленных управляющих сигналах, которые играют важную роль при передаче по шине РС1. Полезная нагрузка содержит непосредственно передаваемые данные. Таким образом, ПК, поддерживающий технологию РС1 Ехргезз, напоминает сеть с коммутацией пакетов в миниатюре. Помимо вышеперечисленных наиболее важных изменений, есть и менее заметные. В частности, в пакетах использован более надежный по сравнению с РС1 код обнаружения ошибок.
Далее, до 50 см увеличилась физическая длина соединения между микросхемой и коммутатором, за счет чего стало удобнее менять положение компонентов системы. Поскольку к базовому коммутатору можно подключить другой коммутатор, сформировав, таким образом, древовидную структуру, повышается степень расширяемости системы. Кроме того, устройства в рамках РС1 Ехргезэ поддерживают «горячее» подключение, а значит, их можно снимать и монтировать непосредственно в процессе работы. Наконец, так как последовательные коннекторы значительно меньше старых РС1-коннекторов, ничто не мешает производителям разрабатывать компактные устройства и компьютеры.
Таким образом, налицо решительный отказ от принципов работы шины РС1. Стек протоколов РС! Ехргевв Следуя модели сети с коммутацией пакетов, технология РС1 Ехргезз реализуется на основе многоуровневого стека протоколов. Протоколом называется набор правил, определяющих механизм взаимодействия между двумя сторонами.
Соответственно, стек протоколов — это иерархическая система протоколов, которые регламентируют различные аспекты взаимодействия на тех или иных уровнях. Рассмотрим для примера деловое письмо. Существуют определенные соглашения о местоположении и содержании шапки письма, адреса получателя, даты, формы приветствия, тела письма, подписей и т. д. Все эти условности можно обобщенно назвать протоколом делового письма. Помимо этого, есть стандарты, касающиеся размера и формата конверта, размещения штампа и тому подобных тонкостей. Эти два уровня и соответствующие протоколы независимы друг от друга. К примеру, можно полностью изменить формат письма, положив его в стандартный конверт, и наоборот. Подобные многоуровневые протоколы, которые делают возможной модульную разработку с высоким уровнем гибкости, уже несколько десятилетий широко применяются в области сетевого ПО.
В технологии РС1 Ехргезз сделана попытка реализовать их в аппаратном обеспечении «шины». Стек протоколов РС1 Ехргезз изображен на рис. 3.54, а. 246 Глава 3. Цифровой логический уровень Номер Заголовок Полезная нагрузка СПС Кадр Номер Заголовок Полезная нагрузка СИС Кадр Рис. 3.64. Стек протоколов РС! Ехргезз (а); формат пакета (б) Рассмотрим уровни по восходящей. Самым нижним является физический уровень. Он отвечает за передачу битов от отправителя к получателю по двухточечному соединению.
Каждое такое соединение состоит из одной или нескольких пар симплексных (однонаправленных) каналов. В простейшем случае на каждое направление выделяется по одной паре, но также допустимо наличие 2, 4, 8, 16 или 32 пар. Каналы, входящие в пары, называются полосами 11апез). На каждое направление должно быть выделено одинаковое количество полос. В первом поколении предусматривается скорость передачи данных от 2,5 Гбайт,гс для каждого направления, но через некоторое время эта цифра, вероятно, дойдет до 10 Гбайт,гс. В отличие от шин 18А, Е1БА и РС1, в технологии РС1 Ехргезз не предусмотрен тактовый генератор, Устройства вправе начинать передачу в любой момент, как только им будет, что передавать. Такая свобода, с одной стороны, повышает быстродействие, с другой, порождает проблему. Предположим, что 1 кодируется напряжением 43 В, а 0 — напряжением 0 В.
Если первые несколько байтов равны нулю, как получатель узнает о том, что ему передаются данные? Действительно— последовательность нулевых битов трудно отличить от простоя канала. Эта проблема решается при помощи так называемой 8/10-разрядной кодировки. Согласно этой схеме, 1 байт фактических данных кодируется при помощи 10-разрядного символа. Из 1024 возможных 10-разрядных символов выбираются такие, которые за счет достаточного количества фронтов без задающего генератора обеспечивают синхронизацию отправителя и получателя по границам битов. В силу применения 8/10-разрядной кодировки суммарная пропускная способность канала, равная 2,5 Гбайт/с, сужается до фактической пропускной способности 2 Гбайт,гс.
Канальный уровень отвечает за передачу пакетов. На этом уровне к заголовку и полезной нагрузке, переданным с уровня транзакций, добавляется порядковый номер и код исправления ошибок — так называемый СКС 1Сус1(с Кег)ппг)апсу СЬес)г — циклический контроль избыточности). СКС-код генерируется путем выполнения определенного алгоритма в отношении заголовка и полезной нагрузки. По получении пакета устройство проводит аналогичные вычисления с заголовком и данными и сравнивает результат с величиной, указанной в пакете. Если два результата совпадают, первоначальному отправителю отсылается пакет подтверждения правильности полученных данных. В противном случае получатель делает запрос на повторную передачу.
Таким образом, значительно повышаются показатели целостности данных по сравнению с шиной РС1, в которой не реализованы средства контроля и повторной передачи данных. Примеры шин 247 Во избежание перегрузки медленного получателя пакетами, исходящими от быстрого отправителя, реализуется механизм управления потоками. Этот механизм основывается на выдаче получателем отправителю определенного количества разрешений на передачу пакетов — в зависимости от объема свободного пространства, необходимого для их хранения.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
