Горнец Н.Н., Рощин А.Г. Организация ЭВМ и систем (2006) (1186251), страница 35
Текст из файла (страница 35)
Во время операции передачи данных между ПУ и ОП шина оказывается занятой, а следовательно, связь процессора с памятью блокированной. В настоящее время самое широкое использование получил оптимизированный по пропускной способности способ иерархической организации интерфейсов. На схеме такого способа с локальными шинами (рис. 7.7, б) выделены интерфейсы 11)Е, РС1 и 11ВВ. При современной технологии все интерфейсы организуются посредством БИС. Так, системная шина соединяет ЦП с главным концентратором, который, в свою очередь, соединяется с памятью, графическим процессором и концентратором ввода-вывода. Концентратор ввода-вывода имеет интерфейсы РС1, АОР, Бепа! АТА, 1Лгга АТА, ЦБВ и др.
179 7.3. Внутренние интерфейсы Шина РС1. Шина РС1 (РепрЬега1 Сотропепг 1псегсоппесг межсоединение периферийных компонентов) является внутрен ним интерфейсом, т.е. к ней подключаются контроллеры ПУ, на ходящиеся внутри компьютера. Внутренний интерфейс всегда счи тался «узким местом» системы, так как практически все устрой ства компьютера конкурируют за возможность передачи по неи своих данных в память.
Вначале в 1ВМ РС использовалась общая шина стандарта 18А (1пйжггу 8гапдагс АгсИгесшге) с тактовой частотой 8 МГц, способная передавать от 8 до 16 Мбайт/с (18А АТ). Но вскоре ее про пускная способность оказалась недостаточной, и был предложен стандарт Е1БА (Ехгепдед 1БА), обеспечивающий скорость передачи данных до 33 Мбайт/с. Тем не менее такой пропускной способности тоже не «угнаться» за скоростью работы процессора и памяти. Для решения этой проблемы был разработан новый подход, состоящий в том, что шина для подключения ПУ не была напрямую связана с внутренней системной шиной. Это позволило обеспечить независимость интерфейса от конкретного типа ЦП.
Однако новый интерфейс был несовместим ни с одним из предшествующих. Этот интерфейс, или локальная шина РС1, служит для ускорения обращений процессора к ПУ. К ней подключаются устройства, скорость работы которых может превышать быстродействие шины 1БА. Шина РС1 связана с внутренней системной шиной процессора посредством специального набора микросхем, выполняющего функции контроллера шины.
Эгот набор микросхем (дословный перевод английского термина «сИрзег») содержит память достаточно большого объема, позволяющую буферизовать передаваемые данные, изменять их формат, задерживать передачу и т.п. Выпускается несколько различных интегральных схем, выполняющих функции такого набора. Наиболее известные интегральные схемы реализуют 64-разрядный канал доступа к памяти, обеспечивают параллельную работу шины РС1, а также содержат средства сопряжения с устройствами ввода-вывода.
Эти средства обеспечивают работу интерфейса 1)БВ, программируемого ввода-вывода и управления шиной дискового накопителя. Современные наборы позволяют адресовать до 4 Гбайт ОП, применять память с коррекцией ошибок и управлять двухпроцессорной конфигурацией. Подобные микросхемы регулярно обновляются; на них возлагается все большее число функций. Шина РС1 обладает довольно высокой пропускной способностью и обеспечивает поддержку режима РЙР (Р1и8-апд-Р1ау— «включай и работай»). Первоначально тактовая частота шины составляла 33, а позднее 66 МГц. В настоящее время шина РС1-~ 180 работает с тактовой частотой 133 М1 ц, обеспечивая пропускную способность до 1064 Мбайт/с при передаче 64-разрядных данных слов.
Конструктивно шина РС1 выглядит в виде нескольких разьемов на системной плате, между которыми находятся печатные проводники. Эти разъемы сгруппированы в сегменты; число разъемов в сегменте не превышает четырех. Общее число разъемов также невелико (обычно не более 5 ... 7), так как увеличение их числа привело бы к удлинению линий и, следовательно, снижению тактовой частоты. В качестве ПУ могут использоваться специальные «мосты» для организации связи этой шины с другими видами шин. Для повышения пропускной способности шины применяются несколько способов. Во-первых, осуществляется блочная передача данных, хранящихся в последовательных ячейках.
Для этого в БУ шиной РС1 предусматривается таймер для нескольких передач, позволяющий платам сохранять за собой управление шиной и выполнять передачи без повторной процедуры арбитража. При передаче последовательных данных (т.е. данных, хранящихся в ячейках с последовательными адресами, например графических данных, дисковых файлов и т.п.) адрес следующего элемента при блочной передаче можно вычислить (а не передавать) одновременно с чтением или записью текущих данных. Если данные не находятся в последовательных ячейках, то требуется дополнительное время для арбитража и установки их адреса.
Во-вторых, можно передавать последовательные данные по адресным линиям, что позволяет удвоить пропускную способность. Наборы микросхем обладают буферами большей глубины, что позволяет объединять записи байтов, слов и двойных слов в единую операцию, т.е. выполнять меньшее число обращений в память. В-третьих, реализуется пассивное освобождение шины, т.е. допускаются чередующиеся обращения к шине от процессора и других устройств даже в случае захвата шины транзакцией. В-четвертых, можно буферизовать данные в контроллере шины РС1, что позволяет одновременно читать данные из памяти и осуществлять блочный обмен данными с ПУ.
В настоящее время шина РС1 является стандартной, т.е. независимой от процессоров. Ее наличие стало стандартом де-факто лля любых персональных компьютеров. Локальная шина РС1 обеспечивает единообразное подключение всех ПУ и тем самым позволяет избежать «узких мест». Кроме того, эта шина до некоторой степени обеспечивает обратную совместимость с ПУ, предназначенными для подключения к шине 1БА. Она создает некоторый промежуточный уровень между шиной процессора и периферийными устройствами. Стандарт РС1 предусматривает обширный !81 перечень дополнительных функций. К ним относится автомати ческая конфигурация ПУ, позволяющая пользователю устанав ливать дополнительные платы контроллеров, не задумываясь о распределении прерываний, адресного пространства и каналов доступа в память. Ш .
РС1 служитдля передачи 32- или 64-разрядных по шине передаются только 32-разрядные слова данных, то она содержит 49 информационных линий; при расширении шины до 64 бит добавляется еще 48 линий. По этим линиям передаются 32 и 64-разрядные данные, а дополнительные линии служат для передачи контрольных разрядов, что позволяет исключить ошибки, К этой шине одновременно можно подключать до десятка разных ПУ, в том числе адаптеры локальных сетей и шин 18А и ВСЯ, Предусматривается групповой режим обмена при выполнении операций чтения и записи.
В шине РС1 применяется мультиплексирование, позволяющее передавать по одной электрической линии более одного сигнала. Благодаря этому сокращается число выводов адаптера ПУ и снижается его цена. Основными преимуществами шины РС! являются: поддержка синхронного обмена 32 или 64 бит данных с мультиплексированием передачи адресов и данных по одним линиям; возможность установки компонентов с уровнями сигналов питания 3,3 или 5 В; комбинирование частот шины 33 или 66 МГц с различной разрядностью данных, которое предоставляет широкий диапазон лля выбора пропускной способности шины„ возможность передачи методом линейных пакетов (данные прн записи-чтении передаются единым пакетом — нет необходимости передавать последовательные адреса); использование различных способов кэширования.
Однако существенные ограничения по пиковой пропускной способности (30... 40 Мбайт/с) при тактовой частоте шины 33 МГц стали замедлять рост производительности компьютерной системы. В частности, появление жестких дисков большого объема, сетевых карт, адаптеров ЗСЯ потребовало увеличения пропускной способности шины РС1 в несколько раз. Для совершенствования шины была принята спецификация РС1-Х, которая предполагает передачу 64-разрядных слов данных, тактовую частоту 133 МГц и передачу данных по протоколам 1)!)К и О1)К.
В основном такая шина служит для высокопроизводительных серверов и рабочих станций, так как увеличение ширины шины (150 контактов в разъеме) и ее рабочих частот приводит к значительному удорожанию системной платы и компьютера в целом. Основными претендентами на замену шины РС! являются интерфейс РС! Ехргезз (ЗО10), разработанный фирмой !иге!, и шина НурегТгапзрогг, предлагаемая фирмой АМ!3. !82 П1яна А6Р.
Вскоре после внедрения шины РС! обнаружилось, „го она не удовлетворяет возросшим требованиям при передаче рафической информации. Поэтому для передачи видеоинформации было предложено использовать специальную шину, получившуго название АОР (Ассе1егагед Огар)пса Рогг). Ее главным преимуществом стала очень высокая пропускная способность — в режиме передачи 32-битных слов ее пиковая пропускная способность достигает 2132 Мбайт/с. При разработке интерфейса АОР стремились разрешить две проблемы, связанные с особенностями обработки трехмерной графики на персональном компьютере. Во-первых, трехмерная графика требует выделения памяти для хранения текстур (стиля закрашивания) и У.-буфера (буфера глубины, предназначенного для удаления невидимых поверхностей). Использование для этих целей части ОП ограничивается пропускной способностью шины РС1.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
