Лекция №2. Узлы современного компьютера (1244996)

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла

The Network Is The Computer.Sun MicrosystemsAnyone can build a fast processor.The trick is to build a fast system.Seymour CrayВсе знают, что в 1981 году фирма IBM выпустила на рынок свой персональный компьютер - IBM PC, тем самымположив начало новому витку компьютерной революции. Но мало кто помнит, что в марте того же годапоявилась еще одна, не менее важная новинка. Фирма 3Сom представила миру первую Ethernet-карту. Этим двумтехнологиям было суждено изменить мир.У них больше общего, чем может показаться на первый взгляд. Обе имели открытые спецификации, что позволилонезависимым производителям немедленно начать производство клонов.

И в основе обеих технологий лежала шина.Два этих фактора предопределили сходную судьбу PC и Ethernet, вызвали их расцвет и эволюцию, котораяпродолжается по сей день.Термин «шина» означает, что все разъемы соединены параллельно. В процессоре это питание, тактовыесинхронизирующие импульсы, сигналы запроса прерываний, наконец, адреса и данные. Все устройства,подключенные к шине, не могут передавать данные одновременно, иначе те перепутаются между собой.Поэтому информацию приходится передавать поочередно по вызову процессора, который тоже включен вшину. Пропускная способность шины определяется умножением тактовой частоты на ее разрядность. Каждыйкомпонент PC, каждый регистр ввода/вывода и ячейка RAM имеют свой адрес и входят в общее адресноепространство PC. Для адресации к какому-либо устройству PC и служит шина адреса, по которой передаетсяуникальный идентификационный код. Системная шина осуществляет обмен информацией между всемиустройствами компьютера и включает в себя шины адреса, данных и управления.Параллельная шина означает, что все 8 бит (или 1 байт) пересылаются и передаются не один за другим, аодновременно каждый по своему проводу.

Принцип параллельной передачи данных становится очевидным,если рассмотреть кабель, подсоединенный к разъему параллельного интерфейса, например кабельпринтера. Он значительно толще, чем последовательный кабель мыши, поскольку кабель для параллельнойпередачи данных должен как минимум содержать восемь проводов, каждый из которых предназначен дляпередачи одного бита. Чем выше разрядность шины (количество проводников, входящих в нее), тем большеданных может быть передано за определенный промежуток времени и выше производительность.Компьютеры с процессором 80286 имели 16-разрядную шину данных, с CPU 80386 и 80486 — 32-разрядную,а компьютеры с CPU семейства Pentium имеют уже 64-разрядную шину данных.Скорости работы с памятью: За такт передаѐтся 64 бита, то есть 8 байт.

Соответственно, если рабочаячастота шины равна 100 МГц (100'000'000 тактов в секунду) — то скорость передачи данных будет равна 8байт * 100'000'000 герц ~= 800 мегабайт в секунду. DDR-шина способна передавать за один такт удвоенныйобъѐм данных, а (Quad Data Rate) шина — то она и вовсе «400-мегагерцевая», так как за один такт передаѐтчетыре пакета данных. Хотя реальная частота работы у всех трѐх вышеописанных шин одинаковая — 100мегагерц.В сети Ethernet нет ни процессора, ни прерываний, но там тоже есть шина. В первой версии Ethernet это былкоаксиальный кабель, к которому адаптеры сети подключались специальными разъемами (DB-15, его ещеможно увидеть на старых сетевых картах). Поскольку все адаптеры подключены к шине параллельно, влюбой момент времени может работать на передачу только один из них.

Если же передавать данныеодновременно, они перепутаются и будут потеряны. Это явление называется коллизией (столкновением).Никаких особых способов для предотвращения таких ситуаций не существует, и если в сети передаетсямного информации разными машинами, коллизии происходят то и дело. Раздельный способ использованияобщей шины так и называется «множественный доступ с контролем несущей и разрешением коллизий».Очевидно, что шинная архитектура неэффективна и медленна, но эти недостатки окупались ее простотой идешевизной.

Однако время шло, требования к скорости передачи данных росли. Начались поиски путейувеличения пропускной способности шины.Чтобы повысить пропускную способность шины, нужно увеличить ее разрядность - то есть числопроводов, по которым передается информация.

Так 8-битная шина ISA, которой были оборудованы первыеIBM PC, получила дополнительную секцию и стала 16-битной.Другой способ - уменьшение количества устройств в домене коллизий. Меньше народу - большекислороду. Если разделить сеть на несколько подсетей, в каждой из них станет свободнее - конкурирующихза доступ к шине устройств станет меньше. Но эти небольшие куски сети придется объединитьспециальными устройствами - мостами. Ethernet-мост пропускает информационный пакет из одной сети вдругую, основываясь на адресе назначения пакета.Третий способ повышения пропускной способности шины - увеличение ее тактовой частоты.

Повышениечастоты дается с трудом. Если частота превышена, переходные процессы при переключениях транзисторовне успевают завершиться за один такт, и это вызывает сбой, 1 и 0 перестают четко различаться по уровню.То же ограничение есть и в Ethernet-сетях. Даже при наличии усилителей и повторителей домен коллизийне должен превышать 2,5 км, а для 100 Мбит/с Fast Ethernet - всего 210 м. Иначе не удастся вовремяраспознать коллизию и сетевые карты не смогут согласовать очередность передачи.

Поэтому чем быстреешина, тем меньше должен быть ее размер.В архитектуре PC AT тоже появились две сети, соединенные мостом: шина ISA, работающая на низкойчастоте, и высокоскоростная системная шина, на которой присутствовали всего два устройства - процессор ипамять. Их по традиции называют северным и южным мостами. Северный мост, более быстрый, соединяетпроцессор с оперативной и кэш-памятью, а южный мост отвечает за шины расширения PCI и ISA иинтегрированные в материнскую плату устройства - контроллеры дисков, разного рода внешние порты и пр..Повышение пропускной способности шины путем увеличения тактовой частоты в конце концов приводит ктакому уменьшению размеров шины, что вся она прячется в одну микросхему.

Эта тенденция получиланазвание стягивание (коллапс) магистрали, и шина, полностью упрятанная в микросхему моста, называетсяcollapsed backbone. В результате линия превращается в точку, шина перестает быть шиной, а мостперестает быть мостом. В северный мост современных чипсетов обычно включены процессор, память, AGPвидео и южный мост, то есть всего четыре магистрали. Это уже делает его не мостом, а развязкой (в новыхчипсетах от Intel мосты называются хабами, правильнее назвать коммутатором).

Ни одинвысокоскоростной компонент компьютера больше не конкурирует с другим за доступ к общей шине. Все ониподключены к центральному коммутатору выделенными магистралями. В компьютерных коммутаторахпортов не много, а требования к скорости высокие. Самое главное - не устраивать один большой перекресток- шину, где пересекаются все улицы города, ибо там не избежать пробок и столкновений (коллизий).

Так былаустроена IBM PC XT с ее сонной 8-битной Main Street.PCI-E - локальная сеть в пределах компьютераСовременные системы должны одновременно обрабатывать несколько конкурирующих потоков данных отразных источников. Неприемлемо трактовать все данные, как одинаковые – более важно, например,обработать потоковые данные, поскольку устаревшие данные «реального времени» абсолютно бесполезны.Данные должны быть «помечены» таким образом, чтобы система ввода-вывода могла назначить имправильные приоритеты обработки. В то время как процессоры уже не первый год успешно движутся внаправлении параллельных архитектур (SIMD-расширения, суперскалярность, конвейеризация, HyperTreading и многоядерность), шины передачи данных не менее успешно переходят на последовательныерешения.

Причины обеих тенденций схожи и довольно просты - необходимо сбалансированно наращиватьпроизводительность всех компонентов компьютеров, однако не всякие существующие архитектурныерешения способны эффективно масштабироваться.Множественные соединения «точка-точка» влекут за собой появление в топологии ввода-вывода новогоэлемента – коммутатора (switch).

Характеристики

Тип файла PDF

PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.

Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.

Список файлов лекций