اجزای یک کامپیوتر شخصی به طرق مختلف با یکدیگر تعامل دارند. بیشتر اجزای داخلی، از جمله پردازنده، حافظه پنهان، حافظه، کارت های توسعه و دستگاه های ذخیره سازی، با استفاده از یک یا چند دستگاه با یکدیگر ارتباط برقرار می کنند. لاستیک(اتوبوس).

گذرگاه در رایانه ها کانالی است که از طریق آن اطلاعات بین دو یا چند دستگاه منتقل می شود (معمولاً اتوبوسی که فقط دو دستگاه را به هم متصل می کند نامیده می شود. بندر- بندر). یک اتوبوس معمولاً دارای نقاط دسترسی یا مکان‌هایی است که دستگاه می‌تواند به آنها متصل شود تا خود را بخشی از اتوبوس کند، و دستگاه‌های موجود در اتوبوس می‌توانند اطلاعات را به دستگاه‌های دیگر ارسال کرده و از آن‌ها دریافت کنند. مفهوم اتوبوس هم برای "درون" رایانه شخصی و هم برای دنیای بیرون کاملاً کلی است. به عنوان مثال، اتصال تلفن در یک خانه را می توان به عنوان یک اتوبوس در نظر گرفت: اطلاعات در طول سیم های خانه حرکت می کند، و می توان با نصب یک جک تلفن، وصل کردن تلفن به آن و برداشتن آن، به "اتوبوس" متصل شد. تلفن. همه تلفن های موجود در اتوبوس می توانند اطلاعات را به اشتراک بگذارند، به عنوان مثال. سخن، گفتار.

این ماده به لاستیک های رایانه های شخصی مدرن اختصاص داده شده است. ابتدا تایرها و ویژگی های آن ها مورد بحث قرار می گیرد و سپس رایج ترین لاستیک های دنیا به تفصیل مورد بحث قرار می گیرد. اتوبوس های ورودی/خروجی(گذرگاه ورودی/خروجی)، همچنین نامیده می شود اتوبوس های توسعه(اتوبوس های توسعه).

عملکرد و ویژگی های تایر

گذرگاه های رایانه شخصی «مسیرهای» اصلی داده روی مادربرد هستند. اصلی است اتوبوس سیستم(گذرگاه سیستم)، که پردازنده و رم حافظه اصلی را به هم متصل می کند. قبلاً این اتوبوس محلی نامیده می شد اما در رایانه های شخصی مدرن به آن می گویند لاستیک جلو(اتوبوس سمت جلو - FSB). ویژگی های گذرگاه سیستم توسط پردازنده تعیین می شود. گذرگاه سیستم مدرن 64 ​​بیت عرض دارد و در فرکانس های 66، 100 یا 133 مگاهرتز کار می کند. چنین سیگنال های فرکانس بالا باعث ایجاد نویز الکتریکی و مشکلات دیگر می شود. بنابراین باید فرکانس را کاهش داد تا داده ها برسند کارت های توسعه(کارت توسعه) یا آداپتورها(آداپتورها) و سایر اجزای راه دورتر.

با این حال، اولین رایانه های شخصی تنها یک گذرگاه داشتند که توسط پردازنده، حافظه رم و اجزای I/O مشترک بود. پردازنده های نسل اول و دوم با فرکانس کلاک پایین کار می کردند و تمام اجزای سیستم می توانستند این فرکانس را پشتیبانی کنند. به طور خاص، این معماری امکان افزایش ظرفیت RAM را با استفاده از کارت های توسعه فراهم کرد.

در سال 1987، توسعه دهندگان Compaq تصمیم گرفتند گذرگاه سیستم را از گذرگاه ورودی/خروجی جدا کنند تا بتوانند با سرعت های مختلف کار کنند. از آن زمان، این معماری چند اتوبوس به استاندارد صنعت تبدیل شده است. علاوه بر این، رایانه های شخصی مدرن چندین گذرگاه ورودی/خروجی دارند.

سلسله مراتب تایر

PC دارای سازماندهی سلسله مراتبی از اتوبوس های مختلف است. اکثر رایانه های شخصی مدرن حداقل چهار اتوبوس دارند. سلسله مراتب باس با این واقعیت توضیح داده می شود که هر گذرگاه به طور فزاینده ای از پردازنده دور می شود. هر اتوبوس به سطح بالای خود متصل می شود و اجزای مختلف رایانه شخصی را یکپارچه می کند. هر گذرگاه معمولاً کندتر از اتوبوس بالای آن است (به دلیل واضح - پردازنده سریعترین دستگاه در رایانه شخصی است):

• گذرگاه کش داخلی:این سریعترین گذرگاهی است که پردازنده و حافظه نهان داخلی L1 را به هم متصل می کند.
• اتوبوس سیستم:این گذرگاه سیستم سطح دوم است که زیرسیستم حافظه را به چیپست و پردازنده متصل می کند. در برخی از سیستم ها، پردازنده و گذرگاه حافظه یکسان هستند. این اتوبوس تا سال 1998 با سرعت (فرکانس کلاک) 66 مگاهرتز کار می کرد و سپس به 100 مگاهرتز و حتی 133 مگاهرتز افزایش یافت. پردازنده های Pentium II و بالاتر یک معماری را با اتوبوس دو نفره مستقل(Dual Independent Bus - DIB) - باس سیستم واحد با دو اتوبوس مستقل جایگزین می شود. یکی از آنها برای دسترسی به حافظه اصلی در نظر گرفته شده است و نامیده می شود لاستیک جلو(گذرگاه جلو) و دومی برای دسترسی به کش L2 و فراخوانی می شود لاستیک عقب(اتوبوس پشتی). وجود دو گذرگاه عملکرد رایانه شخصی را بهبود می بخشد، زیرا پردازنده می تواند به طور همزمان داده ها را از هر دو گذرگاه دریافت کند. در مادربردها و چیپست های نسل پنجم، کش L2 به گذرگاه حافظه استاندارد متصل است. توجه داشته باشید که گذرگاه سیستم نیز نامیده می شود اتوبوس اصلی(اتوبوس اصلی) اتوبوس پردازنده(گذرگاه پردازنده)، اتوبوس حافظه(اتوبوس حافظه) و حتی اتوبوس محلی(اتوبوس محلی).
• گذرگاه ورودی/خروجی محلی:این گذرگاه ورودی/خروجی پرسرعت برای اتصال دستگاه های جانبی سریع به حافظه، چیپ ست و پردازنده استفاده می شود. این گذرگاه توسط کارت های ویدئویی، درایوهای دیسک و رابط های شبکه استفاده می شود. رایج ترین گذرگاه های ورودی/خروجی محلی، گذرگاه محلی VESA (VLB) و گذرگاه اتصال اجزای جانبی (PCI) هستند.
• گذرگاه ورودی/خروجی استاندارد:گذرگاه ورودی/خروجی استاندارد "مستحق" به سه باس در نظر گرفته شده متصل است که برای دستگاه های جانبی کند (موس، مودم، کارت صدا و غیره) و همچنین برای سازگاری با دستگاه های قدیمی تر استفاده می شود. تقریباً در تمام رایانه های شخصی مدرن، چنین اتوبوسی گذرگاه ISA (معماری استاندارد صنعتی) است.
• اتوبوس سریال جهانی(Universal Serial Bus - USB) که به شما امکان می دهد تا 127 دستگاه جانبی کند را با استفاده از هاب(هاب) یا دستگاه های زنجیر زنجیر.
• باس سریال پرسرعت IEEE 1394 (FireWire)، برای اتصال دوربین های دیجیتال، چاپگرها، تلویزیون ها و سایر دستگاه هایی که به پهنای باند بسیار بالایی نیاز دارند به رایانه شخصی طراحی شده است.

چندین گذرگاه ورودی/خروجی که تجهیزات جانبی مختلف را به پردازنده متصل می‌کنند با استفاده از گذرگاه سیستم متصل می‌شوند پل(پل)، پیاده سازی شده در چیپست. چیپست سیستم تمام اتوبوس ها را مدیریت می کند و اطمینان می دهد که هر دستگاه در سیستم به درستی با هر دستگاه دیگری ارتباط برقرار می کند.

رایانه های شخصی جدید یک «گذرگاه» اضافی دارند که به طور خاص فقط برای تعامل گرافیکی طراحی شده است. در واقع، این یک لاستیک نیست، اما بندر- پورت گرافیکی تسریع شده (AGP). تفاوت بین گذرگاه و پورت در این است که گذرگاه معمولاً برای به اشتراک گذاری رسانه بین چندین دستگاه طراحی شده است، در حالی که یک پورت فقط برای اشتراک گذاری دو دستگاه طراحی شده است.

همانطور که قبلا نشان داده شد، گذرگاه های ورودی/خروجی در واقع توسعه گذرگاه سیستم هستند. در مادربرد، گذرگاه سیستم به تراشه چیپست ختم می‌شود که پلی به گذرگاه ورودی/خروجی می‌دهد. اتوبوس ها نقشی حیاتی در تبادل داده در رایانه شخصی دارند. در واقع تمامی اجزای PC به استثنای پردازنده، همانطور که در شکل سمت چپ نشان داده شده است، از طریق گذرگاه های ورودی/خروجی مختلف با یکدیگر و رم سیستم در ارتباط هستند.

گذرگاه های آدرس و داده

هر تایر از دو قسمت مختلف تشکیل شده است: گذرگاه داده(گذرگاه داده) و اتوبوس آدرس(اتوبوس آدرس). هنگامی که اکثر مردم در مورد یک اتوبوس صحبت می کنند، آنها به یک گذرگاه داده فکر می کنند. خود داده ها در امتداد خطوط این گذرگاه منتقل می شوند. گذرگاه آدرس مجموعه‌ای از خطوط است که سیگنال‌های آن تعیین می‌کنند که کجا داده ارسال یا دریافت شود.

البته، خطوط سیگنال برای کنترل عملکرد اتوبوس و سیگنال در دسترس بودن داده ها وجود دارد. گاهی اوقات به این خطوط گفته می شود اتوبوس کنترل(اتوبوس کنترل)، اگرچه اغلب به آنها اشاره نمی شود.

عرض لاستیک

اتوبوس کانالی است که اطلاعات از طریق آن جریان می یابد. هرچه اتوبوس عریض‌تر باشد، اطلاعات بیشتری می‌تواند در طول کانال جریان پیدا کند. اولین گذرگاه ISA در رایانه شخصی IBM 8 بیت عرض داشت. گذرگاه ISA عمومی که در حال حاضر مورد استفاده قرار می گیرد، 16 بیت عرض دارد. عرض گذرگاه سیستم در رایانه های شخصی با پردازنده های پنتیوم 64 بیت است.

عرض گذرگاه آدرس را می توان مستقل از عرض گذرگاه داده تعیین کرد. عرض گذرگاه آدرس نشان می دهد که چند سلول حافظه را می توان در حین انتقال داده آدرس دهی کرد. در رایانه های شخصی مدرن، عرض گذرگاه آدرس 36 بیت است که به حافظه آدرس دهی با ظرفیت 64 گیگابایت اجازه می دهد.

سرعت اتوبوس

سرعت اتوبوس(سرعت اتوبوس) نشان می دهد که در هر ثانیه چند بیت اطلاعات را می توان بر روی هر هادی اتوبوس منتقل کرد. اکثر اتوبوس‌ها یک بیت در هر سیکل ساعت را روی یک سیم واحد حمل می‌کنند، اگرچه اتوبوس‌های جدیدتر مانند AGP می‌توانند دو بیت داده را در هر سیکل ساعت حمل کنند که عملکرد را دو برابر می‌کند. گذرگاه ISA قدیمی برای انتقال یک بیت به دو سیکل ساعت نیاز دارد و عملکرد را به نصف کاهش می دهد.

پهنای باند اتوبوس

عرض (بیت) سرعت (MHz) پهنای باند (MB/s) ISA 8 بیتی ISA 16 بیتی 64 بیت PCI 2.1 AGP (حالت x2) AGP (حالت x4)

پهنای باند(پهنای باند) نیز نامیده می شود توان عملیاتی(خروجی) و مقدار کل داده ای را نشان می دهد که می تواند در یک واحد زمان معین از طریق اتوبوس منتقل شود. جدول نشان می دهد نظریپهنای باند اتوبوس های ورودی/خروجی مدرن. در واقع لاستیک ها به دلیل سربار برای اجرای دستورات و عوامل دیگر به ارزش تئوری نمی رسند. اکثر لاستیک ها می توانند با سرعت های مختلف کار کنند. جدول زیر معمولی ترین مقادیر را نشان می دهد.

بیایید در مورد چهار خط آخر یادداشت کنیم. از نظر تئوری، گذرگاه PCI را می توان تا 64 بیت و سرعت 66 مگاهرتز افزایش داد. با این حال، به دلایل سازگاری، تقریباً تمام گذرگاه‌ها و دستگاه‌های PCI روی گذرگاه فقط 33 مگاهرتز و 32 بیت رتبه‌بندی می‌شوند. AGP بر اساس استاندارد نظری ساخته شده و در 66 مگاهرتز کار می کند، اما عرض 32 بیتی را حفظ می کند. AGP دارای حالت‌های x2 و x4 اضافی است که به پورت اجازه می‌دهد انتقال داده را دو یا چهار بار در هر سیکل ساعت انجام دهد و سرعت باس مؤثر را به 133 یا 266 مگاهرتز افزایش دهد.

رابط اتوبوس

در یک سیستم چند باس، چیپست باید مداری را برای ترکیب گذرگاه ها و برقراری ارتباط بین یک دستگاه در یک اتوبوس و یک دستگاه در یک گذرگاه دیگر فراهم کند. چنین طرح هایی نامیده می شوند پل(پل) (توجه داشته باشید که پل یک دستگاه شبکه برای اتصال دو نوع مختلف شبکه است). رایج ترین پل PCI-ISA است که جزئی از چیپست سیستم برای رایانه های شخصی با پردازنده های پنتیوم است. گذرگاه PCI همچنین دارای یک پل به گذرگاه سیستم است.

مسترینگ اتوبوس

در اتوبوس های پر ظرفیت در هر ثانیه حجم عظیمی از اطلاعات از طریق کانال منتقل می شود. معمولاً برای مدیریت این انتقال ها به یک پردازنده نیاز است. در واقع، پردازنده به عنوان یک "واسطه" عمل می کند و همانطور که اغلب در دنیای واقعی اتفاق می افتد، حذف واسطه و انجام مستقیم انتقال بسیار کارآمدتر است. برای این منظور، دستگاه هایی ساخته شده اند که می توانند اتوبوس را کنترل کنند و به طور مستقل عمل کنند، یعنی. انتقال داده ها به طور مستقیم به حافظه RAM سیستم. چنین دستگاه هایی نامیده می شوند لاستیک های رانندگی(استاد اتوبوسرانی). از نظر تئوری، پردازنده می تواند کارهای دیگری را همزمان با انتقال داده ها در گذرگاه انجام دهد. در عمل، شرایط توسط عوامل متعددی پیچیده می شود. برای اجرای صحیح مسترینگ اتوبوس(Bus Mastering) داوری درخواست های اتوبوس مورد نیاز است که توسط چیپست ارائه می شود. مسترینگ باس همچنین DMA "طرف اول" نامیده می شود، زیرا عملیات توسط دستگاهی که انتقال را انجام می دهد کنترل می شود.

در حال حاضر، مسترینگ باس بر روی گذرگاه PCI پیاده سازی شده است. همچنین پشتیبانی از هارد درایوهای IDE/ATA اضافه شده است تا تحت شرایط خاص، مسترینگ گذرگاه را روی PCI پیاده سازی کند.

اصل اتوبوس محلی

آغاز دهه 90 با گذار از برنامه های مبتنی بر متن به برنامه های گرافیکی و محبوبیت روزافزون سیستم عامل ویندوز مشخص می شود. این امر منجر به افزایش بسیار زیاد اطلاعاتی شده است که باید بین پردازنده، حافظه، ویدئو و هارد دیسک منتقل شود. یک صفحه متن استاندارد تک رنگ (سیاه و سفید) تنها حاوی 4000 بایت اطلاعات است (2000 بایت برای کدهای کاراکتر و 2000 برای ویژگی های صفحه)، اما یک صفحه استاندارد 256 رنگی ویندوز به بیش از 300000 بایت نیاز دارد! علاوه بر این، وضوح مدرن 1600x1200 با 16 میلیون رنگ به 5.8 میلیون بایت اطلاعات در هر صفحه نیاز دارد!

انتقال دنیای نرم افزار از متن به گرافیک به معنی افزایش اندازه برنامه و افزایش نیاز به حافظه بود. از منظر ورودی/خروجی، پردازش داده‌های اضافی برای یک کارت گرافیک و هارد دیسک‌های با ظرفیت عظیم، به پهنای باند ورودی/خروجی بسیار بیشتری نیاز دارد. این وضعیت باید با ظهور پردازنده 80486 روبرو می شد که عملکرد آن بسیار بالاتر از پردازنده های قبلی بود. اتوبوس ISA دیگر نیازهای افزایش یافته را برآورده نمی کرد و به گلوگاهی در افزایش عملکرد رایانه شخصی تبدیل شد. اگر پردازنده برای انتقال داده ها در یک گذرگاه سیستم کند منتظر بماند، افزایش سرعت کار چندانی انجام نمی دهد.

راه حل در توسعه یک اتوبوس جدید و سریعتر یافت شد که قرار بود تکمیل کننده اتوبوس ISA باشد و به طور خاص برای دستگاه های پرسرعت مانند کارت های ویدئویی استفاده شود. این گذرگاه باید روی گذرگاه حافظه بسیار سریع‌تر (یا نزدیک) قرار می‌گرفت و تقریباً با سرعت خارجی پردازنده کار می‌کرد تا اطلاعات را بسیار سریع‌تر از گذرگاه استاندارد ISA منتقل کند. هنگامی که چنین دستگاه هایی در نزدیکی ("محلی") پردازنده قرار می گیرند، اتوبوس محلی. اولین گذرگاه محلی، گذرگاه محلی VESA (VLB) بود و گذرگاه محلی مدرن در اکثر رایانه‌های شخصی، گذرگاه اتصال اجزای جانبی (PCI) است.

اتوبوس سیستم

اتوبوس سیستم(گذرگاه سیستم) پردازنده را به حافظه رم اصلی و احتمالاً به حافظه نهان L2 متصل می کند. این گذرگاه مرکزی کامپیوتر است و اتوبوس‌های دیگر از آن منشعب می‌شوند. گذرگاه سیستم به عنوان مجموعه ای از هادی ها روی مادربرد پیاده سازی می شود و باید با نوع خاصی از پردازنده مطابقت داشته باشد. این پردازنده است که ویژگی های گذرگاه سیستم را تعیین می کند. در عین حال، هرچه گذرگاه سیستم سریعتر باشد، اجزای الکترونیکی باقیمانده کامپیوتر باید سریعتر باشند.

سی پی یو های قدیمی عرض لاستیک سرعت اتوبوس 8088 8 بیت 4.77 مگاهرتز 8086 16 بیت 8 مگاهرتز 80286-12 16 بیت 12 مگاهرتز 80386SX-16 16 بیت 16 مگاهرتز 80386DX-25 32 بیت 25 مگاهرتز

بیایید اتوبوس های سیستم یک رایانه شخصی با پردازنده های چند نسل را در نظر بگیریم. در پردازنده های نسل اول، دوم و سوم فرکانس گذرگاه سیستم با فرکانس کاری پردازنده تعیین می شد. با افزایش سرعت پردازنده، سرعت گذرگاه سیستم نیز افزایش یافت. در همان زمان، فضای آدرس افزایش یافت: در پردازنده های 8088/8086 1 مگابایت (آدرس 20 بیتی) بود، در پردازنده 80286 فضای آدرس به 16 مگابایت (آدرس 24 بیتی) افزایش یافت و با شروع پردازنده 80386 فضای آدرس 4 گیگابایت (آدرس 32 بیتی) بود.

خانواده 80486 عرض لاستیک سرعت اتوبوس 80486SX-25 32 بیت 25 مگاهرتز 80486DX-33 32 بیت 33 مگاهرتز 80486DX2-50 32 بیت 25 مگاهرتز 80486DX-50 32 بیت 50 مگاهرتز 80486DX2-66 32 بیت 33 مگاهرتز 80486DX4-100 32 بیت 40 مگاهرتز 5X86-133 32 بیت 33 مگاهرتز

همانطور که از جدول برای پردازنده های نسل چهارم مشاهده می شود، سرعت گذرگاه سیستم در ابتدا با فرکانس کاری پردازنده مطابقت داشت. با این حال، پیشرفت های تکنولوژیکی افزایش فرکانس پردازنده را ممکن کرد و تطبیق سرعت گذرگاه سیستم مستلزم افزایش سرعت اجزای خارجی، عمدتاً حافظه سیستم بود که با مشکلات و محدودیت های هزینه قابل توجهی همراه بود. بنابراین برای اولین بار از پردازنده 80486DX2-50 استفاده شد دو برابر شدن فرکانس(دوبرابر شدن ساعت): پردازنده با آن کار می کرد درونی؛ داخلیفرکانس ساعت 50 مگاهرتز و خارجیسرعت گذرگاه سیستم 25 مگاهرتز بود، یعنی. فقط نیمی از فرکانس کاری پردازنده. این تکنیک به طور قابل توجهی عملکرد کامپیوتر را بهبود می بخشد، به خصوص به دلیل وجود یک کش داخلی L1، که اکثر دسترسی پردازنده به حافظه سیستم را برآورده می کند. از آن به بعد ضرب فرکانس(ضرب ساعت) به یک روش استاندارد برای افزایش عملکرد کامپیوتر تبدیل شده است و در تمام پردازنده های مدرن استفاده می شود، با افزایش ضرب فرکانس به 8، 10 یا بیشتر.

خانواده پنتیوم عرض لاستیک سرعت اتوبوس اینتل P60 64 بیت 60 مگاهرتز اینتل P100 64 بیت 66 مگاهرتز Cyrix 6X86 P133+ 64 بیت 55 مگاهرتز AMD K5-133 64 بیت 66 مگاهرتز اینتل P150 64 بیت 60 مگاهرتز اینتل P166 64 بیت 66 مگاهرتز Cyrix 6X86 P166+ 64 بیت 66 مگاهرتز پنتیوم پرو 200 64 بیت 66 مگاهرتز Cyrix 6X86 P200+ 64 بیت 75 مگاهرتز پنتیوم II 64 بیت 66 مگاهرتز

برای مدت طولانی، اتوبوس‌های سیستم رایانه شخصی با پردازنده‌های نسل پنجم با سرعت‌های 60 مگاهرتز و 66 مگاهرتز کار می‌کردند. یک قدم مهم به جلو، افزایش عرض داده به 64 بیت و گسترش فضای آدرس به 64 گیگابایت (آدرس 36 بیتی) بود.

سرعت باس سیستم در سال 1998 به لطف توسعه تولید تراشه های PC100 SDRAM به 100 مگاهرتز افزایش یافت. تراشه های حافظه RDRAM می توانند سرعت گذرگاه سیستم را بیشتر افزایش دهند. با این حال، انتقال از 66 مگاهرتز به 100 مگاهرتز تأثیر قابل توجهی بر روی پردازنده ها و مادربردهای دارای سوکت 7 داشت. در ماژول های Pentium II، حداکثر 70-80 درصد ترافیک (انتقال اطلاعات) در داخل SEC جدید (کارتریج تک لبه) انجام می شود. ) که پردازنده را در خود جای داده است و هر دو کش L1 cache و L2 cache هستند. این کارتریج مستقل از سرعت باس سیستم با سرعت خودش کار می کند.

CPU چیپست سرعت لاستیک سرعت CPU اینتل پنتیوم II 82440BX 82440GX 100 مگاهرتز 350,400,450 مگاهرتز AMD K6-2 از طریق MVP3، علاءالدین وی 100 مگاهرتز 250,300,400 مگاهرتز Intel Pentium II Xeon 82450NX 100 مگاهرتز 450.500 مگاهرتز اینتل پنتیوم III i815 i820 133 مگاهرتز 600.667+ مگاهرتز AMD Athlon VIA KT133 200 مگاهرتز 600 - 1000 مگاهرتز

چیپست های i820 و i815 که برای پردازنده Pentium III طراحی شده اند، برای گذرگاه سیستم 133 مگاهرتز طراحی شده اند. در نهایت، پردازنده AMD Athlon تغییرات قابل توجهی در معماری ایجاد کرد و مفهوم گذرگاه سیستم غیر ضروری بود. این پردازنده می تواند انواع مختلف رم را با حداکثر فرکانس 200 مگاهرتز اجرا کند.

انواع باس I/O

این بخش گذرگاه‌های ورودی/خروجی مختلفی را پوشش می‌دهد که بیشتر آن به اتوبوس‌های مدرن اختصاص دارد. یک ایده کلی از استفاده از گذرگاه های ورودی/خروجی در شکل زیر ارائه شده است که به وضوح هدف گذرگاه های ورودی/خروجی مختلف یک رایانه شخصی مدرن را نشان می دهد.

جدول زیر گذرگاه های ورودی/خروجی مختلف مورد استفاده در رایانه های شخصی مدرن را خلاصه می کند:

لاستیک	سال	عرض	سرعت	حداکثر ایست بازرسی توانایی
PC و XT	1980-82	8 بیت	سنکرون: 4.77-6 مگاهرتز	4-6 مگابایت بر ثانیه
ISA (AT)	1984	16 بیت	سنکرون: 8-10 مگاهرتز	8 مگابایت بر ثانیه
M.C.A.	1987	32 بیت	ناهمزمان: 10.33 مگاهرتز	40 مگابایت بر ثانیه
EISA (برای سرورها)	1988	32 بیت	سنکرون: حداکثر 8 مگاهرتز	32 مگابایت بر ثانیه
VLB، برای 486	1993	32 بیت	سنکرون: 33-50 مگاهرتز	100-160 مگابایت بر ثانیه
PCI	1993	32/64 بیت	ناهمزمان: 33 مگاهرتز	132 مگابایت بر ثانیه
یو اس بی	1996	متوالی		1.2 مگابایت بر ثانیه
FireWire (IEEE1394)	1999	متوالی		80 مگابایت بر ثانیه
USB 2.0	2001	متوالی		12-40 مگابایت بر ثانیه

لاستیک های کهنه

گذرگاه مدرن جدید PCI و پورت AGP از اتوبوس‌های قدیمی که هنوز هم در رایانه‌های شخصی یافت می‌شوند، «زاده شده‌اند». علاوه بر این، قدیمی‌ترین گذرگاه ISA هنوز حتی در جدیدترین رایانه‌های شخصی استفاده می‌شود. در ادامه به بررسی تایرهای قدیمی رایانه شخصی با جزئیات بیشتر خواهیم پرداخت.

اتوبوس معماری استاندارد صنعت (ISA).

این رایج‌ترین و واقعاً استانداردترین گذرگاه برای رایانه‌های شخصی است که حتی در جدیدترین رایانه‌ها نیز استفاده می‌شود، علی‌رغم این واقعیت که از زمان گسترش آن به 16 بیت در سال 1984 تقریباً بدون تغییر باقی مانده است. البته، اکنون با اتوبوس‌های سریع‌تر تکمیل می‌شود، اما به لطف وجود پایگاه عظیمی از تجهیزات جانبی که برای این استاندارد طراحی شده است، "بقا" می کند. علاوه بر این، دستگاه های بسیاری وجود دارند که سرعت ISA برای آنها بیش از حد کافی است، مانند مودم. به گفته برخی کارشناسان، حداقل 5-6 سال طول می کشد تا اتوبوس ISA "بمیرد".

انتخاب عرض و سرعت گذرگاه ISA توسط پردازنده هایی که در اولین رایانه های شخصی با آنها کار می کرد تعیین می شد. گذرگاه ISA اصلی در رایانه شخصی IBM 8 بیتی بود که مطابق با 8 بیت گذرگاه داده خارجی پردازنده 8088 بود و با سرعت 4.77 مگاهرتز کار می کرد که سرعت پردازنده 8088 IBM AT نیز در سال 1984 بود کامپیوتر با پردازنده 80286 ظاهر شد و پهنای گذرگاه تا 16 بیت دو برابر شد، مانند گذرگاه داده خارجی پردازنده 80286 در همان زمان، سرعت اتوبوس به 8 مگاهرتز افزایش یافت که با سرعت پردازنده نیز مطابقت داشت. از نظر تئوری، توان گذرگاه اتوبوس 8 مگابایت بر ثانیه است، اما در عمل از 1-2 مگابایت بر ثانیه تجاوز نمی کند.

در رایانه های شخصی مدرن، گذرگاه ISA به عنوان عمل می کند اتوبوس داخلی، که برای کیبورد، فلاپی دیسک، پورت های سریال و موازی و چگونه استفاده می شود اتوبوس توسعه خارجی، که می توانید آداپتورهای 16 بیتی مانند کارت صدا را به آن وصل کنید.

متعاقباً پردازنده‌های AT سریع‌تر شدند و سپس گذرگاه داده آنها افزایش یافت، اما اکنون نیاز به سازگاری با دستگاه‌های موجود، سازندگان را مجبور به رعایت استاندارد کرد و گذرگاه ISA از آن زمان تاکنون تقریباً بدون تغییر باقی مانده است. گذرگاه ISA پهنای باند کافی را برای دستگاه های کند فراهم می کند و مطمئناً سازگاری با تقریباً هر رایانه شخصی را تضمین می کند.

بسیاری از کارت های توسعه، حتی کارت های مدرن، هنوز 8 بیتی هستند (این را می توانید از طریق کانکتور کارت تشخیص دهید - کارت های 8 بیتی فقط از قسمت اول کانکتور ISA استفاده می کنند، در حالی که کارت های 16 بیتی از هر دو قسمت استفاده می کنند). برای این کارت ها، پهنای باند کم باس ISA اهمیتی ندارد. با این حال، دسترسی به وقفه های IRQ 9 تا IRQ 15 از طریق سیم های موجود در بخش 16 بیتی کانکتورهای باس فراهم می شود. به همین دلیل است که اکثر مودم ها نمی توانند به IRQ با اعداد زیاد متصل شوند. خطوط IRQ بین دستگاه های ISA را نمی توان به اشتراک گذاشت.

سند راهنمای طراحی سیستم PC99که توسط اینتل و مایکروسافت تهیه شده است، قاطعانه نیاز به حذف اسلات های گذرگاه ISA از مادربردها دارد، بنابراین می توانیم انتظار داشته باشیم که روزهای این گذرگاه "شایسته" به شماره افتاده است.

اتوبوس معماری MicroChannel (MCA).

این اتوبوس تلاش IBM برای بزرگتر و بهتر کردن اتوبوس ISA بود. هنگامی که پردازنده 80386DX با یک گذرگاه داده 32 بیتی در اواسط دهه 1980 معرفی شد، IBM تصمیم گرفت گذرگاهی متناسب با عرض گذرگاه داده ایجاد کند. گذرگاه MCA 32 بیت عرض داشت و چندین مزیت نسبت به گذرگاه ISA داشت.

اتوبوس MCA با توجه به اینکه در سال 1987 معرفی شد دارای ویژگی های بسیار خوبی بود. هفت سال قبل از ظهور باس PCI با قابلیت های مشابه. از برخی جهات، اتوبوس MCA به سادگی از زمان خود جلوتر بود:

• عرض 32 بیت:گذرگاه 32 بیتی بود، مانند اتوبوس های محلی VESA و PCI. توان عملیاتی آن در مقایسه با باس ISA بسیار بالاتر بود.
• مسترینگ اتوبوس:گذرگاه MCA به طور موثر از آداپتورهای تسلط گذرگاه، از جمله داوری مناسب اتوبوس پشتیبانی می‌کرد.
• گذرگاه MCA به طور خودکار کارت‌های آداپتور را پیکربندی می‌کند و پرش‌ها را غیرضروری می‌کند. این اتفاق 8 سال قبل از اینکه ویندوز 95 فناوری PnP را به طور کلی در رایانه های شخصی پذیرفته شود، اتفاق افتاد.

اتوبوس MCA پتانسیل بسیار بالایی داشت. متأسفانه، IBM دو تصمیم از این قبیل گرفت که به پذیرش این اتوبوس کمک نکرد. اولاً، گذرگاه MCA با گذرگاه ISA ناسازگار بود، یعنی. کارت های ISA در رایانه های شخصی با گذرگاه MCA اصلاً کار نمی کردند و بازار رایانه به مشکل سازگاری با عقب بسیار حساس است. ثانیاً، IBM تصمیم گرفت اتوبوس MCA را بدون مجوز استفاده از خود بسازد.

این دو عامل، همراه با هزینه بیشتر سیستم های اتوبوس MCA، منجر به فراموشی اتوبوس MCA شد. از آنجایی که رایانه‌های PS/2 دیگر تولید نمی‌شوند، اتوبوس MCA برای بازار رایانه‌های شخصی "مرده" است، اگرچه IBM هنوز از آن در سرورهای RISC 6000 UNIX استفاده می‌کند. داستان اتوبوس MCA یکی از نمونه‌های کلاسیک این است که چگونه در دنیای رایانه‌ها، مسائل غیرفنی غالباً بر مسائل فنی غالب است.

اتوبوس معماری استاندارد صنعتی (EISA).

این اتوبوس هرگز به استاندارد اتوبوس ISA تبدیل نشد و به طور گسترده مورد استفاده قرار نگرفت. در واقع، این پاسخ Compaq به اتوبوس MCA بود و به نتایج مشابهی منجر شد.

Compaq از دو مورد از بزرگترین اشتباهات IBM در هنگام توسعه گذرگاه EISA جلوگیری کرد. اولاً گذرگاه EISA با گذرگاه ISA سازگار بود و ثانیاً کلیه سازندگان رایانه شخصی مجاز به استفاده از آن بودند. به طور کلی اتوبوس EISA نسبت به اتوبوس ISA دارای مزایای فنی قابل توجهی بود اما بازار آن را قبول نکرد. ویژگی های اصلی اتوبوس EISA:

• سازگاری اتوبوس ISA:کارت های ISA می توانند در اسلات های EISA کار کنند.
• عرض باس 32 بیت:عرض باس به 32 بیت افزایش یافت.
• مسترینگ اتوبوس:گذرگاه EISA به طور موثر از آداپتورهای تسلط اتوبوس، از جمله داوری مناسب اتوبوس پشتیبانی می‌کرد.
• فناوری Plug and Play (PnP):گذرگاه EISA به طور خودکار کارت های آداپتور را مشابه استاندارد PnP سیستم های مدرن پیکربندی می کند.

سیستم های مبتنی بر EISA اکنون گاهی اوقات در سرورهای فایل شبکه یافت می شوند، اما به دلیل هزینه های بالاتر و عدم انتخاب گسترده آداپتورها، در رایانه های شخصی رومیزی استفاده نمی شود. در نهایت، توان عملیاتی آن به طور قابل توجهی از اتوبوس های محلی VESA Local Bus و PCI پایین تر است. در واقع، اتوبوس EISA اکنون نزدیک به مرگ است.

اتوبوس محلی VESA (VLB)

اولین مورد بسیار محبوب است اتوبوس محلی VESA Local Bus (VL-Bus یا VLB) در سال 1992 ظاهر شد. مخفف VESA مخفف Video Electronics Standards Association است و این انجمن در اواخر دهه 80 برای حل مشکلات سیستم های ویدئویی در رایانه های شخصی ایجاد شد. دلیل اصلی توسعه گذرگاه VLB بهبود عملکرد سیستم های ویدیویی رایانه شخصی بود.

گذرگاه VLB یک گذرگاه 32 بیتی است که توسعه مستقیم گذرگاه حافظه پردازنده 486 است. اسلات گذرگاه VLB یک اسلات ISA 16 بیتی است که یک اسلات سوم و چهارم در انتهای آن اضافه شده است. VLB معمولاً با فرکانس 33 مگاهرتز کار می کند، اگرچه سرعت های بالاتر در برخی از سیستم ها امکان پذیر است. از آنجایی که این افزونه گذرگاه ISA است، می توان از کارت ISA در اسلات VLB استفاده کرد، اما منطقی است که ابتدا اسلات های ISA معمولی را اشغال کرده و تعداد کمی اسلات VLB را برای کارت های VLB بگذاریم که البته کار نمی کند. در اسلات ISA استفاده از کارت گرافیک VLB و کنترلر I/O به طور قابل توجهی عملکرد سیستم را در مقایسه با سیستمی با تنها یک گذرگاه ISA بهبود می بخشد.

با وجود این واقعیت که گذرگاه VLB در رایانه های شخصی با پردازنده 486 بسیار محبوب بود، ظهور پردازنده Pentium و گذرگاه PCI محلی آن در سال 1994 منجر به "فراموشی" تدریجی گذرگاه VLB شد. یکی از دلایل این امر تلاش اینتل برای ارتقای گذرگاه PCI بود، اما چندین مشکل فنی نیز در پیاده سازی VLB وجود داشت. اول، طراحی باس بسیار به پردازنده 486 گره خورده است، و انتقال به Pentium باعث مشکلات سازگاری و مشکلات دیگر شد. ثانیاً خود اتوبوس دارای کاستی‌های فنی بود: تعداد کمی کارت در اتوبوس (اغلب دو یا حتی یک کارت)، مشکلات همگام‌سازی هنگام استفاده از چند کارت و عدم پشتیبانی از مسترینگ اتوبوس و فناوری Plug and Play.

اکنون گذرگاه VLB منسوخ شده و حتی آخرین مادربردها با پردازنده 486 از گذرگاه PCI استفاده می کنند، در حالی که پردازنده های پنتیوم فقط از PCI استفاده می کنند. با این حال، رایانه های شخصی با گذرگاه VLB ارزان هستند و گاهی اوقات هنوز هم می توان آنها را پیدا کرد.

گذرگاه اتصال اجزای جانبی (PCI).

محبوب ترین اتوبوس ورودی/خروجی در حال حاضر تعامل بین اجزای جانبی(Peripheral Component Interconnect - PCI) در سال 1993 توسط اینتل توسعه یافت. این سیستم برای نسل پنجم و ششم هدف قرار گرفت، اما در آخرین نسل از مادربردها با پردازنده 486 نیز استفاده شد.

مانند گذرگاه محلی VESA، گذرگاه PCI 32 بیت عرض دارد و معمولاً در فرکانس 33 مگاهرتز کار می کند. مزیت اصلی PCI نسبت به گذرگاه محلی VESA در چیپست است که گذرگاه را کنترل می کند. گذرگاه PCI توسط مدار خاصی در چیپست کنترل می شود، و گذرگاه VLB اساساً فقط یک توسعه دهنده گذرگاه پردازنده 486 بود. و داوری اتوبوس، به PCI اجازه می دهد تا بسیار بیشتر از گذرگاه VLB انجام دهد. گذرگاه PCI در خارج از پلتفرم رایانه شخصی نیز مورد استفاده قرار می گیرد که تطبیق پذیری و هزینه توسعه سیستم را کاهش می دهد.

در رایانه های شخصی مدرن، گذرگاه PCI به عنوان عمل می کند اتوبوس داخلیکه به کانال EIDE روی مادربرد وصل می شود و چگونه اتوبوس توسعه خارجی، که دارای 3-4 اسلات توسعه برای آداپتورهای PCI است.

گذرگاه PCI از طریق یک "پل" ویژه به گذرگاه سیستم متصل می شود و بدون توجه به فرکانس ساعت پردازنده در یک فرکانس ثابت کار می کند. این به پنج اسلات توسعه محدود است، اما هر یک از آنها را می توان با دو دستگاه تعبیه شده در مادربرد جایگزین کرد. این پردازنده همچنین می تواند چندین تراشه پل را پشتیبانی کند. گذرگاه PCI دقیق تر از VL-Bus مشخص شده است و چندین قابلیت اضافی را ارائه می دهد. به طور خاص، کارت هایی با ولتاژ تغذیه +3.3 ولت و 5 ولت را با استفاده از کلیدهای ویژه ای که از قرار دادن کارت در اسلات اشتباه جلوگیری می کند، پشتیبانی می کند. در ادامه، عملکرد گذرگاه PCI با جزئیات بیشتری مورد بحث قرار می گیرد.

عملکرد باس PCI

گذرگاه PCI در واقع بالاترین عملکرد را در بین گذرگاه های ورودی/خروجی رایج در رایانه های شخصی مدرن دارد. این ناشی از چندین عامل است:

• حالت پشت سر هم:گذرگاه PCI می تواند اطلاعات را در حالت انفجاری منتقل کند، جایی که پس از آدرس دهی اولیه، می توان چندین مجموعه از داده ها را پشت سر هم منتقل کرد. این حالت شبیه به انفجار حافظه پنهان است.
• مسترینگ اتوبوس:گذرگاه PCI از مسترینگ کامل پشتیبانی می کند که عملکرد را بهبود می بخشد.
• گزینه های پهنای باند بالا:نسخه 2.1 مشخصات گذرگاه PCI اجازه گسترش تا 64 بیت و 66 مگاهرتز را می دهد و عملکرد فعلی را چهار برابر افزایش می دهد. در عمل، گذرگاه PCI 64 بیتی هنوز در رایانه شخصی پیاده سازی نشده است (اگرچه قبلاً در برخی از سرورها استفاده می شود) و سرعت در حال حاضر به 33 مگاهرتز محدود شده است که عمدتاً به دلیل مشکلات سازگاری است. برای مدتی باید خود را به 32 بیت و 33 مگاهرتز محدود کنید. با این حال، به لطف AGP، عملکرد بالاتر به شکل کمی تغییر یافته محقق خواهد شد.

بسته به چیپست و مادربرد، سرعت باس PCI را می توان به صورت همزمان یا ناهمزمان تنظیم کرد. در یک راه اندازی همزمان (که در اکثر رایانه های شخصی استفاده می شود)، گذرگاه PCI با نصف سرعت گذرگاه حافظه کار می کند. از آنجایی که گذرگاه حافظه معمولاً در فرکانس‌های 50، 60 یا 66 مگاهرتز کار می‌کند، گذرگاه PCI در فرکانس‌های 25، 30 یا 33 مگاهرتز کار می‌کند. با راه اندازی ناهمزمان، سرعت گذرگاه PCI را می توان مستقل از سرعت گذرگاه حافظه تنظیم کرد. این معمولاً با استفاده از جامپرهای روی مادربرد یا تنظیمات BIOS کنترل می شود. اورکلاک کردن گذرگاه سیستم در رایانه‌ای که از گذرگاه PCI همزمان استفاده می‌کند، دستگاه‌های جانبی PCI را اورکلاک می‌کند و اغلب باعث ایجاد مشکلات بی‌ثباتی سیستم می‌شود.

پیاده‌سازی اولیه گذرگاه PCI با فرکانس 33 مگاهرتز اجرا می‌شد و مشخصات بعدی PCI 2.1 فرکانس 66 مگاهرتز را مشخص می‌کرد که مربوط به توان عملیاتی 266 مگابایت بر ثانیه است. گذرگاه PCI را می توان برای پهنای داده های 32 و 64 بیتی پیکربندی کرد و امکان کارت های 32 و 64 بیتی و همچنین اشتراک گذاری وقفه را فراهم می کند که در سیستم های با کارایی بالا که فاقد خطوط IRQ هستند مفید است. از اواسط سال 1995، همه دستگاه های رایانه شخصی با سرعت بالا از طریق گذرگاه PCI با یکدیگر در ارتباط هستند. بیشتر اوقات برای کنترلرهای هارد دیسک و کنترلرهای گرافیکی استفاده می شود که مستقیماً بر روی مادربرد یا روی کارت های توسعه در اسلات های اتوبوس PCI نصب می شوند.

اسلات های توسعه باس PCI

گذرگاه PCI اسلات های گسترش بیشتری نسبت به گذرگاه VLB بدون ایجاد مشکلات فنی می دهد. اکثر سیستم های PCI از 3 یا 4 اسلات PCI پشتیبانی می کنند و برخی به طور قابل توجهی بیشتر را پشتیبانی می کنند.

توجه داشته باشید:در برخی از سیستم ها، همه اسلات ها از مسترینگ اتوبوس پشتیبانی نمی کنند. این در حال حاضر کمتر رایج است، اما همچنان توصیه می شود به دفترچه راهنمای مادربرد نگاه کنید.

گذرگاه PCI در مقایسه با گذرگاه VLB اجازه می دهد تا کارت های توسعه متنوع تری را ارائه دهد. رایج ترین انواع کارت های ویدئویی، آداپتورهای میزبان SCSI و کارت های شبکه پرسرعت هستند. (هارد دیسک ها نیز روی گذرگاه PCI کار می کنند، اما معمولاً مستقیماً به مادربرد متصل می شوند.) البته توجه داشته باشید که گذرگاه PCI برخی از عملکردها را اجرا نمی کند، به عنوان مثال، پورت های سریال و موازی باید روی گذرگاه ISA باقی بمانند. خوشبختانه حتی امروزه اتوبوس ISA برای این دستگاه ها بیش از حد کافی باقی مانده است.

وقفه های داخلی باس PCI

گذرگاه PCI از سیستم وقفه داخلی خود برای رسیدگی به درخواست‌های کارت‌های موجود در اتوبوس استفاده می‌کند. این وقفه‌ها اغلب "#A"، "#B"، "#C" و "#D" نامیده می‌شوند تا از اشتباه گرفتن با IRQهای سیستم شماره‌دار معمولی جلوگیری شود، اگرچه گاهی اوقات آنها را "#1" تا "#4" نیز می‌نامند. این سطوح وقفه معمولاً برای کاربر نامرئی هستند، مگر در صفحه تنظیم PCI BIOS، جایی که می توان از آنها برای کنترل عملکرد کارت های PCI استفاده کرد.

این وقفه ها، در صورت نیاز کارت های موجود در اسلات، به وقفه های معمولی، اغلب به IRQ9 - IRQ12 نگاشت می شوند. اسلات‌های PCI در اکثر سیستم‌ها را می‌توان به اکثر چهار IRQ رایج نگاشت کرد. در سیستم هایی که بیش از چهار اسلات PCI دارند، یا دارای چهار اسلات و یک کنترلر USB (که از PCI استفاده می کند)، دو یا چند دستگاه PCI یک IRQ مشترک دارند.

مسترینگ باس PCI

به یاد بیاورید که مسترینگ گذرگاه توانایی دستگاه های روی گذرگاه PCI (البته متفاوت از چیپست سیستم) برای به دست گرفتن کنترل اتوبوس و انجام مستقیم انتقال است. گذرگاه PCI اولین اتوبوسی بود که منجر به محبوبیت مسترینگ اتوبوس شد (احتمالاً به این دلیل که سیستم عامل و برنامه ها توانستند از آن بهره ببرند).

گذرگاه PCI از مسترینگ کامل گذرگاه پشتیبانی می کند و وسیله ای برای داوری گذرگاه از طریق چیپست سیستم فراهم می کند. طراحی PCI به چندین دستگاه اجازه می دهد تا به طور همزمان بر گذرگاه مسلط شوند و مدار داوری تضمین می کند که هیچ دستگاهی در اتوبوس (از جمله پردازنده!) هیچ دستگاه دیگری را مسدود نخواهد کرد. با این حال، یک دستگاه مجاز است از پهنای باند کامل اتوبوس استفاده کند اگر هیچ دستگاه دیگری چیزی را مخابره نکند. به عبارت دیگر، گذرگاه PCI به عنوان یک شبکه محلی کوچک در داخل کامپیوتر عمل می‌کند، که در آن چندین دستگاه می‌توانند با به اشتراک گذاشتن یک کانال ارتباطی با یکدیگر ارتباط برقرار کنند و توسط چیپ‌ست کنترل می‌شود.

فناوری Plug and Play برای اتوبوس PCI

گذرگاه PCI بخشی از استاندارد Plug and Play (PnP) است که توسط اینتل، مایکروسافت و بسیاری دیگر توسعه یافته است. سیستم های گذرگاه PCI اولین سیستم هایی بودند که استفاده از PnP را رایج کردند. مدارهای چیپست PCI شناسایی کارت را مدیریت می کنند و با سیستم عامل و BIOS کار می کنند تا به طور خودکار منابع را به کارت های سازگار اختصاص دهند.

گذرگاه PCI به طور مداوم در حال بهبود است و توسعه توسط گروه علاقه ویژه PCI، که شامل اینتل، IBM، اپل و سایرین است، رهبری می شود. . با این حال، جایگزین هایی نیز در حال ایجاد هستند، مانند پورت گرافیکی شتاب دهنده (AGP) و گذرگاه سریال پرسرعت FireWire (IEEE 1394). AGP در واقع یک گذرگاه PCI با فرکانس 66 مگاهرتز (نسخه 2.1) است که بهبودهایی را با هدف سیستم های گرافیکی معرفی می کند.

ابتکار دیگر تایر است PCI-X، که "پروژه یک" و "آینده I/O" نیز نامیده می شود. IBM، Mylex، 3Com، Adaptec، Hewlett-Packard و Compaq می خواهند نسخه سرور پرسرعت ویژه گذرگاه PCI را توسعه دهند. این گذرگاه دارای پهنای باند 1 گیگابایت بر ثانیه (64 بیت، 133 مگاهرتز) خواهد بود. اینتل و کامپیوتر دل در این پروژه مشارکت ندارند.

Dell Computer، Hitachi، NEC، Siemens، Sun Microsystems و Intel، در پاسخ به Project One، ابتکار عمل برای توسعه گذرگاه I/O نسل بعدی را به عهده گرفتند. NGIO)، یک معماری ورودی/خروجی جدید را برای سرورها هدف قرار می دهد.

در آگوست 1999، هفت شرکت پیشرو (Compaq، Dell، Hewlett-Packard، IBM، Intel، Microsoft، Sun Microsystems) قصد خود را برای ترکیب بهترین ایده‌های Future I/O و اتوبوس‌های I/O نسل بعدی اعلام کردند. معماری جدید ورودی/خروجی باز برای سرورها باید حداکثر 6 گیگابایت بر ثانیه را ارائه دهد. انتظار می رود استاندارد جدید NGIO تا پایان سال 2001 تصویب شود.

پورت گرافیکی تسریع شده

نیاز به افزایش پهنای باند بین پردازنده و سیستم ویدئویی در ابتدا منجر به توسعه یک گذرگاه ورودی/خروجی محلی در رایانه شخصی شد که با گذرگاه محلی VESA شروع شد و با گذرگاه PCI مدرن خاتمه یافت. این روند همچنان ادامه دارد و تقاضا برای افزایش پهنای باند ویدیو دیگر حتی توسط گذرگاه PCI با پهنای باند استاندارد 132 مگابایت بر ثانیه برآورده نمی شود. گرافیک سه بعدی(گرافیک سه بعدی) به شما این امکان را می دهد که دنیای مجازی و واقعی را روی صفحه با کوچکترین جزئیات شبیه سازی کنید. نمایش بافت ها و مخفی کردن اشیا به حجم عظیمی از داده ها نیاز دارد و کارت گرافیک باید به این داده ها دسترسی سریع داشته باشد تا نرخ رفرش بالا را حفظ کند.

ترافیک در گذرگاه PCI در رایانه‌های شخصی مدرن بسیار شلوغ می‌شود، زمانی که ویدیو، هارد دیسک‌ها و سایر تجهیزات جانبی برای تنها پهنای باند ورودی/خروجی رقابت می‌کنند. برای جلوگیری از اشباع شدن گذرگاه PCI با اطلاعات ویدئویی، اینتل یک رابط جدید به طور خاص برای سیستم ویدئویی به نام پورت گرافیکی تسریع شده(پورت گرافیک شتاب - AGP).

پورت AGP در پاسخ به افزایش تقاضا برای عملکرد ویدئو طراحی شده است. از آنجایی که برنامه‌ها و رایانه‌ها از حوزه‌هایی مانند شتاب سه بعدی و پخش ویدیوی تمام حرکتی استفاده می‌کنند، پردازنده و چیپست ویدیو باید اطلاعات بیشتری را پردازش کنند. در چنین کاربردهایی، گذرگاه PCI به حد خود رسیده است، به خصوص که توسط هارد دیسک ها و سایر دستگاه های جانبی نیز استفاده می شود.

علاوه بر این، حافظه ویدئویی بیشتر و بیشتر مورد نیاز است. گرافیک سه بعدی نه تنها برای تصویر صفحه، بلکه برای محاسبات به حافظه بیشتری نیاز دارد. به طور سنتی، این مشکل با قرار دادن حافظه بیشتر و بیشتر بر روی کارت گرافیک حل می شود، اما این دو مشکل ایجاد می کند:

• قیمت:حافظه ویدیویی گرانتر از حافظه رم معمولی است.
• ظرفیت محدود:ظرفیت حافظه در کارت گرافیک محدود است: اگر 6 مگابایت روی کارت قرار دهید و 4 مگابایت برای بافر فریم مورد نیاز است، تنها 2 مگابایت برای پردازش باقی می ماند. این حافظه به راحتی قابل افزایش نیست و نمی توان از آن برای هیچ چیز دیگری استفاده کرد مگر اینکه پردازش ویدیو مورد نیاز باشد.

AGP این مشکلات را با اجازه دادن به پردازنده ویدئویی برای دسترسی به حافظه اصلی سیستم برای انجام محاسبات حل می کند. این تکنیک بسیار کارآمدتر است زیرا بسته به نیاز سیستم می توان این حافظه را به صورت پویا بین پردازنده سیستم و پردازنده ویدیو به اشتراک گذاشت.

ایده پشت اجرای AGP بسیار ساده است: ایجاد یک رابط سریع و تخصصی بین چیپست ویدیو و پردازنده سیستم. این رابط فقط بین این دو دستگاه پیاده سازی می شود که سه مزیت اصلی را ارائه می دهد: پیاده سازی پورت آسان تر، افزایش سرعت AGP آسان تر است و می توان پیشرفت های ویژه ویدئو را در رابط وارد کرد. چیپ ست AGP به عنوان یک واسطه بین پردازنده، حافظه پنهان Pentium II L2، حافظه سیستم، کارت گرافیک و گذرگاه PCI عمل می کند و به اصطلاح عمل می کند. چهار پورت(چهار بندر).

AGP یک پورت در نظر گرفته می شود، نه یک اتوبوس، زیرا فقط دو دستگاه (پردازنده و کارت گرافیک) را به هم متصل می کند و اجازه گسترش نمی دهد. یکی از مزایای اصلی AGP این است که سیستم ویدئویی را از بقیه اجزای PC جدا می کند و رقابت برای پهنای باند را از بین می برد. از آنجایی که کارت گرافیک از گذرگاه PCI حذف شده است، سایر دستگاه ها می توانند سریعتر کار کنند. برای AGP، مادربرد یک سوکت مخصوص دارد که شبیه سوکت باس PCI است، اما در جای دیگری روی برد قرار دارد. در شکل زیر دو سوکت باس ISA (مشکی) سپس دو سوکت باس PCI (سفید) و یک سوکت ADP (قهوه ای) را مشاهده می کنید.

AGP در پایان سال 1997 ظاهر شد و اولین موردی بود که توسط چیپست 440LX Pentium II پشتیبانی می شد. سال بعد، چیپست های AGP از شرکت های دیگر ظاهر شدند. برای اطلاعات بیشتر در مورد AGP به وب سایت مراجعه کنید http://developer.intel.com/technology/agp/.

رابط AGP

رابط AGP از بسیاری جهات شبیه گذرگاه PCI است. شکاف خود شکل و ابعاد فیزیکی یکسانی دارد، اما از لبه مادربرد دورتر از اسلات‌های PCI است. مشخصات AGP در واقع متکی به مشخصات PCI 2.1 است که سرعت 66 مگاهرتز را امکان پذیر می کند، اما این سرعت در رایانه شخصی پیاده سازی نشده است. مادربردهای AGP دارای یک اسلات توسعه برای کارت گرافیک AGP و یک اسلات PCI کمتر هستند، اما در غیر این صورت شبیه مادربردهای PCI هستند.

عرض اتوبوس، سرعت و پهنای باند

گذرگاه AGP مانند گذرگاه PCI 32 بیت عرض دارد، اما به جای اینکه مانند PCI با نصف سرعت گذرگاه حافظه کار کند، با سرعت کامل کار می کند. به عنوان مثال، در یک مادربرد استاندارد Pentium II، گذرگاه AGP به جای گذرگاه PCI 33 مگاهرتز، روی 66 مگاهرتز کار می کند. این بلافاصله پهنای باند پورت را دو برابر می کند - به جای محدودیت 132 مگابایت بر ثانیه برای PCI، پورت AGP دارای پهنای باند 264 مگابایت بر ثانیه در حالت کمترین سرعت است. علاوه بر این، هیچ پهنای باندی را با سایر دستگاه های گذرگاه PCI به اشتراک نمی گذارد.

AGP علاوه بر دوبرابر کردن سرعت اتوبوس، یک حالت تعریف می کند 2X، که با استفاده از سیگنال های ویژه اجازه می دهد تا دو برابر بیشتر داده از طریق پورت با فرکانس ساعت مشابه منتقل شود. در این حالت، اطلاعات بر روی لبه های بالا و پایین سیگنال همگام سازی منتقل می شود. در حالی که گذرگاه PCI فقط داده ها را در یک لبه ارسال می کند، AGP داده ها را در هر دو لبه منتقل می کند. در نتیجه، عملکرد دو برابر می شود و از نظر تئوری به 528 مگابایت بر ثانیه می رسد. همچنین برای اجرای رژیم برنامه ریزی شده است 4X، که در آن چهار انتقال در هر چرخه ساعت انجام می شود که عملکرد را به 1056 مگابایت بر ثانیه افزایش می دهد.

البته، همه اینها چشمگیر است و پهنای باند 1 گیگابایت در ثانیه برای یک کارت گرافیک بسیار خوب است، اما یک مشکل وجود دارد: یک رایانه مدرن چندین اتوبوس دارد. به یاد بیاورید که پردازنده های کلاس پنتیوم دارای عرض گذرگاه داده 64 بیتی هستند و با فرکانس 66 مگاهرتز کار می کنند، که از نظر تئوری 524 مگابایت بر ثانیه را ارائه می دهد، بنابراین پهنای باند 1 گیگابایت در ثانیه سود قابل توجهی ایجاد نمی کند مگر اینکه سرعت گذرگاه داده افزایش یابد. فراتر از 66 مگاهرتز مادربردهای جدید سرعت باس سیستم را به 100 مگاهرتز افزایش داده اند که باعث افزایش توان به 800 مگابایت بر ثانیه می شود، اما این برای توجیه انتقال حالت کافی نیست. 4X.

علاوه بر این، پردازنده باید به حافظه سیستم دسترسی داشته باشد، نه فقط به سیستم ویدئویی. اگر کل پهنای باند سیستم 524 مگابایت بر ثانیه توسط ویدئو از طریق AGP اشغال شود، پردازنده چه کاری می تواند انجام دهد؟ در این حالت، حرکت به سرعت سیستم 100 مگاهرتز مزایایی را به همراه خواهد داشت.

لوله کشی ویدئو پورت AGP

یکی از مزایای AGP توانایی آن در خط لوله کردن درخواست های داده است. خط لوله برای اولین بار در پردازنده های مدرن به عنوان راهی برای بهبود عملکرد با همپوشانی تکه های متوالی وظایف استفاده شد. به لطف AGP، چیپست ویدیو می تواند از تکنیک مشابهی در هنگام درخواست اطلاعات از حافظه استفاده کند که عملکرد را به طور قابل توجهی بهبود می بخشد.

دسترسی AGP به حافظه سیستم

مهمترین ویژگی AGP امکان اشتراک گذاری حافظه اصلی سیستم با چیپست ویدیویی است. این به سیستم ویدیو اجازه می دهد تا به حافظه بیشتری برای گرافیک سه بعدی و سایر پردازش ها بدون نیاز به مقدار زیادی حافظه ویدیویی روی کارت ویدیو دسترسی داشته باشد. حافظه روی کارت گرافیک بین بافر فریم و سایر کاربردها به اشتراک گذاشته می شود. از آنجایی که فریم بافر به حافظه های سریع و گران قیمت مانند VRAM نیاز دارد، اکثر کارت ها همهحافظه در VRAM اجرا می شود، اگرچه این برای مناطق حافظه غیر از فریم بافر لازم است.

توجه داشته باشید که AGP نهبه معماری حافظه یکپارچه (UMA) اشاره دارد. در این معماری همهحافظه کارت گرافیک، از جمله بافر فریم، از حافظه اصلی سیستم گرفته شده است. در AGP، بافر فریم روی کارت گرافیک، جایی که قرار دارد، باقی می ماند. بافر فریم مهمترین جزء حافظه ویدیویی است و به بالاترین کارایی نیاز دارد، بنابراین بهتر است آن را روی کارت گرافیک بگذارید و از VRAM برای آن استفاده کنید.

AGP به پردازنده ویدیو اجازه می دهد تا برای سایر کارهایی که حافظه فشرده دارند، مانند بافت سازی و سایر عملیات گرافیکی سه بعدی، به حافظه سیستم دسترسی پیدا کند. این حافظه به اندازه بافر فریم حیاتی نیست، زیرا با کاهش ظرفیت حافظه VRAM، کارت‌های ویدیویی را ارزان‌تر می‌کند. دسترسی به حافظه سیستم نامیده می شود اجرای مستقیم از حافظه(Direct Memory Execute - DIME). دستگاه خاصی به نام جدول بازنگاشت دیافراگم گرافیکی(جدول نقشه‌برداری مجدد دیافراگم گرافیک - GART)، روی آدرس‌های RAM به گونه‌ای عمل می‌کند که می‌توان آن‌ها را به جای یک بخش بزرگ در حافظه سیستم در بلوک‌های کوچک توزیع کرد و آن‌ها را طوری در اختیار کارت گرافیک قرار داد که گویی بخشی از حافظه ویدیویی است. . یک نمایش تصویری از توابع AGP توسط شکل زیر ارائه شده است:

الزامات AGP

برای استفاده از AGP در یک سیستم، چندین الزام باید برآورده شود:

• در دسترس بودن کارت گرافیک AGP:این الزام کاملاً آشکار است.
• در دسترس بودن مادربرد با چیپست AGP:البته چیپست روی مادربرد باید از AGP پشتیبانی کند.
• پشتیبانی سیستم عامل:سیستم عامل باید رابط جدید را با استفاده از درایورها و روال های داخلی خود پشتیبانی کند.
• پشتیبانی درایور:البته کارت گرافیک برای پشتیبانی از AGP و بهره مندی از ویژگی های خاص آن به درایورهای خاصی نیاز دارد 3X.

اتوبوس های سری جدید

اکنون 20 سال است که بسیاری از دستگاه‌های جانبی به همان پورت‌های موازی و سریالی متصل شده‌اند که در اولین رایانه شخصی ظاهر شد و به استثنای استاندارد Plug and Play، «فناوری I/O» از سال 1081 تغییر چندانی نکرده است. با این حال، در پایان دهه 90 قرن گذشته، کاربران به طور فزاینده ای محدودیت های پورت های موازی و سریال استاندارد را احساس کردند:

• پهنای باند: پورت های سریال حداکثر 115.2 کیلوبایت بر ثانیه و پورت های موازی (بسته به نوع) حدود 500 کیلوبایت بر ثانیه دارند. با این حال، دستگاه هایی مانند دوربین های ویدئویی دیجیتال به پهنای باند بسیار بالاتری نیاز دارند.
• راحتی در استفاده: اتصال دستگاه ها به پورت های قدیمی به خصوص از طریق آداپتورهای پورت موازی بسیار ناخوشایند است. علاوه بر این، تمام پورت ها در پشت رایانه شخصی قرار دارند.
• منابع سخت افزاری: هر پورت به خط IRQ خود نیاز دارد. رایانه شخصی فقط 16 خط IRQ دارد که اکثر آنها قبلاً اشغال شده اند. برخی از رایانه های شخصی فقط پنج خط IRQ رایگان برای اتصال دستگاه های جدید دارند.
• تعداد محدود پورت: بسیاری از رایانه های شخصی دو پورت COM سریال و یک پورت LPT موازی دارند. اضافه کردن پورت های بیشتر اما به قیمت استفاده از خطوط ارزشمند IRQ امکان پذیر است.

در سال‌های اخیر، فناوری ورودی/خروجی به یکی از پویاترین حوزه‌های توسعه رایانه‌های شخصی رومیزی تبدیل شده است، و دو استاندارد داده سریال توسعه داده شده است که نحوه اتصال دستگاه‌های جانبی را به شدت تغییر داده است و مفهوم plug and play را به سمت جدیدی کشیده است. ارتفاعات به لطف استانداردهای جدید، هر کاربری می تواند بدون داشتن دانش فنی خاصی، تعداد تقریباً نامحدودی از دستگاه ها را تنها در چند ثانیه به رایانه شخصی متصل کند.

اتوبوس سریال جهانی

توسط Compaq، Digital، IBM، Intel، Microsoft، NEC و Northern Telecom توسعه یافته است اتوبوس سریال جهانی(Universal Serial Bus - USB) یک کانکتور جدید برای اتصال تمام دستگاه های ورودی/خروجی رایج فراهم می کند و بسیاری از پورت ها و کانکتورهای امروزی را حذف می کند.

گذرگاه USB امکان اتصال حداکثر 127 دستگاه را با استفاده از آن فراهم می کند اتصال زنجیره ای دیزی(دیزی زنجیر) یا استفاده کنید هاب USB(هاب USB). خود هاب یا هاب، دارای چندین سوکت است و به رایانه شخصی یا دستگاه دیگری وارد می شود. هر هاب USB می تواند هفت دستگاه جانبی را به هم متصل کند. در میان آنها ممکن است یک هاب دوم وجود داشته باشد که می توان هفت دستگاه جانبی دیگر و غیره را به آن متصل کرد. گذرگاه USB همچنین برق +5 ولت را همراه با سیگنال های داده حمل می کند، بنابراین دستگاه های کوچک مانند اسکنرهای دستی ممکن است منبع تغذیه خود را نداشته باشند.

دستگاه ها به طور مستقیم به سوکت 4 پین رایانه شخصی یا هاب به عنوان سوکت مستطیلی نوع A وصل می شوند. و کابلی که آنها را به هم وصل می کند دارای دوشاخه نوع A یا نوع B است.

گذرگاه USB محدودیت های سرعت پورت های سریال مبتنی بر UART را حذف می کند. با سرعت 12 مگابیت در ثانیه کار می کند که با فناوری های شبکه اترنت و Token Ring سازگار است و پهنای باند کافی را برای همه دستگاه های جانبی مدرن فراهم می کند. به عنوان مثال، گذرگاه USB دارای پهنای باند کافی برای پشتیبانی از دستگاه هایی مانند درایوهای CD-ROM خارجی و درایوهای نوار، و همچنین رابط های ISDN تلفن های هوشمند است. همچنین ارسال سیگنال های صوتی دیجیتال به طور مستقیم به بلندگوهای مجهز به مبدل دیجیتال به آنالوگ کافی است و نیاز به کارت صدا را از بین می برد. با این حال، گذرگاه USB برای جایگزینی شبکه ها در نظر گرفته نشده است. برای دستیابی به هزینه پایین قابل قبول، فاصله بین دستگاه ها به 5 متر محدود شده است.

گذرگاه USB به طور کامل از فناوری Plug and Play پشتیبانی می کند. این نیاز به نصب کارت های توسعه در داخل رایانه شخصی و متعاقباً پیکربندی مجدد سیستم را از بین می برد. گذرگاه به شما امکان می دهد تا در حین کار کردن رایانه شخصی و سایر دستگاه ها، دستگاه های جانبی را متصل، پیکربندی، استفاده و در صورت لزوم قطع کنید. نیازی به نصب درایورها، انتخاب پورت های سریال و موازی، یا تعریف خطوط IRQ، کانال های DMA و آدرس های ورودی/خروجی نیست. همه اینها با کنترل دستگاه های جانبی با استفاده از یک کنترل کننده میزبان روی مادربرد یا کارت PCI به دست می آید. کنترل‌کننده میزبان و کنترل‌کننده‌های برده در هاب‌ها، دستگاه‌های جانبی را کنترل می‌کنند، بار پردازنده را کاهش می‌دهند و عملکرد کلی سیستم را بهبود می‌بخشند. خود کنترل کننده میزبان توسط نرم افزار سیستم در داخل سیستم عامل کنترل می شود.

داده ها از طریق یک کانال دو طرفه که توسط کنترل کننده میزبان و کنترل کننده هاب برده کنترل می شود، منتقل می شود. مسترینگ باس بهبود یافته اجازه می دهد تا بخش هایی از کل پهنای باند به طور دائم برای تجهیزات جانبی خاص رزرو شود. این روش نامیده می شود انتقال داده های هم زمان(انتقال داده های هم زمان). رابط گذرگاه USB شامل دو ماژول اصلی است: ماشین رابط سریال(Serial Interface Engine - SIE)، مسئول پروتکل باس و هاب ریشه(Root Hub)، برای افزایش تعداد پورت های گذرگاه USB استفاده می شود.

گذرگاه USB 500 میلی آمپر را به هر پورت اختصاص می دهد. به لطف این، دستگاه های کم مصرفی که معمولاً به یک آداپتور AC جداگانه نیاز دارند، می توانند از طریق کابل تغذیه شوند - USB به رایانه اجازه می دهد تا به طور خودکار برق مورد نیاز را تشخیص دهد و آن را به دستگاه تحویل دهد. هاب ها برق کامل را از گذرگاه USB (با گذرگاه برق) می پذیرند، اما ممکن است مبدل AC خود را داشته باشند. هاب های خود تغذیه با 500 میلی آمپر در هر پورت حداکثر انعطاف پذیری را برای دستگاه های آینده فراهم می کند. هاب سوئیچینگ پورت همه پورت ها را از یکدیگر ایزوله می کند، بنابراین یکی از پورت ها که کوتاه است، عملکرد سایر پورت ها را مختل نمی کند.

گذرگاه USB به جای چهار یا پنج کانکتور مختلف امروزی، یک کامپیوتر با یک پورت USB را نوید می دهد. شما می توانید یک دستگاه بزرگ قدرتمند مانند مانیتور یا چاپگر را به آن متصل کنید که به عنوان یک هاب عمل می کند و اتصال به سایر دستگاه های کوچکتر مانند ماوس، صفحه کلید، مودم، اسکنر، دوربین دیجیتال و غیره را فراهم می کند. با این حال، این نیاز به توسعه درایورهای دستگاه خاص دارد. با این حال، این پیکربندی رایانه شخصی دارای معایبی است. برخی از کارشناسان معتقدند که معماری USB بسیار پیچیده است و نیاز به پشتیبانی از انواع مختلف دستگاه های جانبی مستلزم توسعه مجموعه ای کامل از پروتکل ها است. برخی دیگر معتقدند که اصل هاب به سادگی هزینه و پیچیدگی را از واحد سیستم به صفحه کلید یا مانیتور منتقل می کند. اما مانع اصلی موفقیت USB استاندارد IEEE 1394 FireWire است.

گذرگاه IEEE 1394 FireWire

این استاندارد اتوبوس جانبی پرسرعت توسط Apple Computer، Texas Instruments و Sony توسعه یافته است. این به عنوان مکمل گذرگاه USB طراحی شده است، نه به عنوان جایگزینی برای آن، زیرا هر دو گذرگاه را می توان در یک سیستم مشابه با پورت های موازی و سریال مدرن استفاده کرد. با این حال، تولیدکنندگان بزرگ دوربین های دیجیتال و چاپگر بیشتر به گذرگاه IEEE 1394 علاقه مند هستند تا گذرگاه USB، زیرا دوربین های دیجیتال به جای پورت USB برای سوکت 1394 مناسب تر هستند.

IEEE 1394 (که معمولاً FireWire نامیده می شود) بسیار شبیه USB است، همچنین یک گذرگاه سریال با قابلیت تعویض داغ، اما بسیار سریعتر است. IEEE 1394 دارای دو لایه رابط است: یکی برای گذرگاه روی مادربرد رایانه و دیگری برای رابط نقطه به نقطه بین دستگاه جانبی و رایانه از طریق کابل سریال. یک پل ساده این دو سطح را به هم متصل می کند. رابط باس از سرعت انتقال داده 12.5، 25 یا 50 مگابایت بر ثانیه پشتیبانی می کند و رابط کابلی از سرعت های 100، 200 و 400 مگابایت بر ثانیه پشتیبانی می کند که بسیار سریعتر از سرعت گذرگاه USB 1.5 مگابایت بر ثانیه یا 12 مگابایت بر ثانیه است. . مشخصات 1394b راه‌های دیگری را برای رمزگذاری و انتقال داده تعریف می‌کند که اجازه می‌دهد سرعت به 800 مگابیت بر ثانیه، 1.6 گیگابیت بر ثانیه یا بیشتر افزایش یابد. این سرعت بالا امکان استفاده از IEEE 1394 را برای اتصال دوربین های دیجیتال، چاپگرها، تلویزیون ها، کارت های شبکه و دستگاه های ذخیره سازی خارجی به رایانه های شخصی فراهم می کند.

کانکتورهای کابل IEEE 1394 به گونه ای طراحی شده اند که کنتاکت های الکتریکی در داخل بدنه کانکتور قرار می گیرند که از احتمال برق گرفتگی به کاربر و آلوده شدن کنتاکت ها توسط دست کاربر جلوگیری می کند. این کانکتورها کوچک و راحت هستند، شبیه به کانکتور گیمینگ Nintendo GameBoy که دوام بسیار خوبی دارند. علاوه بر این، این کانکتورها را می توان کورکورانه به پشت رایانه شخصی وصل کرد. هیچ دستگاه پایانه (ترمیناتور) و نصب دستی شناسه ها مورد نیاز نیست.

باس IEEE 1394 برای یک کابل 6 سیم تا طول 4.5 متر طراحی شده است که شامل دو جفت هادی برای انتقال اطلاعات و یک جفت برای تغذیه دستگاه می باشد. هر جفت سیگنال محافظ است و کل کابل نیز محافظ است. این کابل ولتاژ 8 ولت تا 400 ولت و جریان تا 1.5 آمپر را می دهد و تداوم فیزیکی دستگاه را در هنگام خاموش یا معیوب بودن دستگاه (که برای توپولوژی سری بسیار مهم است) حفظ می کند. این کابل برق دستگاه های متصل به اتوبوس را تامین می کند. همانطور که استاندارد بالغ می شود، انتظار می رود باس فواصل طولانی تر بدون تکرار کننده و حتی توان عملیاتی بیشتری را ارائه دهد.

اساس هر اتصال IEEE 1394 یک تراشه لایه فیزیکی و یک تراشه لایه ارتباطی است و دستگاه به دو تراشه نیاز دارد. رابط فیزیکی (PHY) یک دستگاه به PHY دستگاه دیگر متصل می شود. این شامل مدارهای مورد نیاز برای انجام توابع داوری و مقداردهی اولیه است. رابط ارتباطی PHY و همچنین مدار داخلی دستگاه را متصل می کند. این بسته ها را با فرمت IEEE 1394 ارسال و دریافت می کند و از انتقال داده های ناهمزمان یا هم زمان پشتیبانی می کند. توانایی پشتیبانی از فرمت‌های ناهمزمان و هم زمان در یک رابط به برنامه‌های غیر حیاتی مانند اسکنرها یا چاپگرها و همچنین برنامه‌های بلادرنگ مانند ویدیو و صدا اجازه می‌دهد تا در اتوبوس اجرا شوند. همه تراشه های لایه فیزیکی از یک فناوری استفاده می کنند، در حالی که تراشه های لایه ارتباطی برای هر دستگاه خاص هستند. این رویکرد به گذرگاه IEEE 1394 اجازه می دهد تا برخلاف رویکرد سرویس گیرنده-سرور گذرگاه USB، به عنوان یک سیستم همتا به همتا عمل کند. در نتیجه، سیستم IEEE 1394 نه به میزبان سرویس دهنده و نه به رایانه شخصی نیاز دارد.

انتقال ناهمزمان روش سنتی انتقال داده بین رایانه و دستگاه های جانبی است. در اینجا، داده ها در یک جهت منتقل می شوند و با تایید بعدی به منبع همراه می شوند. انتقال داده ناهمزمان به جای عملکرد، بر تحویل تاکید دارد. انتقال داده تضمین شده است و ارسال مجدد پشتیبانی می شود. انتقال داده هم زمان، داده ها را با نرخ از پیش تعیین شده جریان می دهد تا برنامه بتواند آن را بر اساس زمان بندی پردازش کند. این امر به ویژه برای داده‌های رسانه‌ای با زمان حیاتی مهم است، جایی که تحویل به موقع نیاز به بافر گران قیمت را از بین می‌برد. انتقال داده های هم زمان بر اساس اصل پخش کار می کند، جایی که یک یا چند دستگاه می توانند به داده های ارسال شده "گوش دهند". گذرگاه IEEE 1394 می تواند به طور همزمان چندین کانال (تا 63) از داده های هم زمان را ارسال کند. از آنجایی که انتقال هم زمان می تواند حداکثر 80 درصد از پهنای باند باس را اشغال کند، پهنای باند کافی برای انتقال ناهمزمان اضافی باقی می ماند.

معماری گذرگاه مقیاس پذیر IEEE 1394 و توپولوژی انعطاف پذیر آن را برای اتصال دستگاه های پرسرعت، از کامپیوتر و هارد دیسک گرفته تا تجهیزات دیجیتال صوتی و تصویری، ایده آل کرده است. دستگاه ها را می توان به صورت زنجیره ای یا توپولوژی درختی متصل کرد. شکل سمت چپ دو ناحیه کاری مجزا را نشان می دهد که توسط یک پل گذرگاهی IEEE 1394 به هم متصل شده اند که شامل یک دوربین فیلمبرداری، یک کامپیوتر شخصی و یک VCR است که همگی از طریق IEEE 1394 به هم متصل هستند. چاپگر از راه دور از طریق یک تکرار کننده 1394 که باعث افزایش فاصله بین دستگاه های تقویت کننده سیگنال های اتوبوس می شود. در اتوبوس IEEE 1394، حداکثر 16 پرش بین هر دو دستگاه مجاز است. یک اسپلیتر 1394 بین پل و چاپگر استفاده می شود تا پورت دیگری برای اتصال یک گذرگاه IEEE 1394 فراهم کند.

منطقه کاری شماره 2 فقط شامل رایانه شخصی و چاپگر در بخش اتوبوس 1394 و همچنین اتصال به پل اتوبوس است. یک پل ترافیک داده را در هر فضای کاری جدا می کند. پل های گذرگاه IEEE 1394 اجازه می دهد تا داده های انتخاب شده از یک بخش اتوبوس به قطعه دیگر منتقل شوند. بنابراین، PC #2 می تواند تصاویر را از VCR در ناحیه کاری شماره 1 درخواست کند. از آنجایی که کابل گذرگاه برق را نیز حمل می کند، رابط سیگنال PHY همیشه روشن است و حتی اگر PC شماره 1 خاموش باشد، داده ها منتقل می شود.

هر بخش گذرگاه IEEE 1394 امکان اتصال حداکثر 63 دستگاه را فراهم می کند. اکنون هر دستگاه را می توان در فاصله حداکثر 4.5 متر قرار داد. مسافت های طولانی هم با تکرارکننده و هم بدون تکرار امکان پذیر است. بهبود کابل باعث می شود دستگاه ها در مسافت های طولانی تر حمل شوند. پل ها می توانند بیش از 1000 بخش را به هم متصل کنند و پتانسیل گسترش قابل توجهی را فراهم کنند. مزیت دیگر امکان انجام تراکنش ها با سرعت های مختلف بر روی یک رسانه واحد در هر دستگاه است. به عنوان مثال، برخی از دستگاه ها می توانند با سرعت 100 مگابیت بر ثانیه کار کنند، در حالی که برخی دیگر می توانند با سرعت 200 مگابیت بر ثانیه و 400 مگابیت در ثانیه کار کنند. تعویض داغ (اتصال یا جدا کردن دستگاه ها) در اتوبوس حتی زمانی که اتوبوس کاملاً کار می کند مجاز است. تغییرات در توپولوژی اتوبوس به طور خودکار شناسایی می شوند. این امر نیاز به سوئیچ های آدرس و سایر مداخلات کاربر برای پیکربندی مجدد گذرگاه را از بین می برد.

به لطف فناوری انتقال بسته، گذرگاه IEEE 1394 می تواند به گونه ای سازماندهی شود که گویی فضای حافظه بین دستگاه ها توزیع شده است یا انگار دستگاه ها در اسلات های روی مادربرد قرار دارند. آدرس دستگاه شامل 64 بیت است که 10 بیت برای شناسه شبکه، 6 بیت برای شناسه گره و 48 بیت برای آدرس های حافظه اختصاص داده شده است. در نتیجه، 1023 شبکه از 63 گره قابل آدرس دهی هستند که هر کدام دارای 281 ترابایت حافظه هستند. آدرس دهی به حافظه به جای کانال ها، منابع را به عنوان رجیستر یا حافظه ای در نظر می گیرد که می توان با استفاده از تراکنش های حافظه پردازنده به آنها دسترسی پیدا کرد. همه اینها یک سازماندهی شبکه ساده را فراهم می کند. به عنوان مثال، یک دوربین دیجیتال به راحتی می تواند تصاویر را مستقیماً بدون رایانه واسطه به یک چاپگر دیجیتال منتقل کند. گذرگاه IEEE 1394 نشان می دهد که رایانه شخصی در حال از دست دادن نقش غالب خود در ارتباط با محیط است و می توان آن را یک گره بسیار هوشمند در نظر گرفت.

نیاز به استفاده از دو تراشه به جای یک چیپ، لوازم جانبی IEEE 1394 را گرانتر از لوازم جانبی SCSI، IDE یا USB می کند و آن را برای دستگاه های کند نامناسب می کند. با این حال، مزایای آن برای برنامه های پرسرعت مانند ویرایش ویدیوی دیجیتال، IEEE 1394 را به رابط اصلی برای لوازم الکترونیکی مصرفی تبدیل کرده است.

با وجود مزایای گذرگاه IEEE 1394 و ظهور مادربردهای با کنترلرهای داخلی در سال 2000 برای این گذرگاه، موفقیت آتی FireWire تضمین نشده است. ظهور مشخصات USB 2.0 وضعیت را بسیار پیچیده کرد.

مشخصات USB 2.0

Compaq، Hewlett-Packard، Intel، Lucent، Microsoft، NEC و Philips در توسعه این مشخصات با هدف پشتیبانی از دستگاه های جانبی پرسرعت شرکت کردند. در فوریه 1999، بهبود عملکرد 10 تا 20 برابر اعلام شد و در سپتامبر 1999، مطالعات مهندسی برآوردها را به 30 تا 40 برابر USB 1.1 افزایش داد. نگرانی هایی وجود دارد که با چنین عملکردی، گذرگاه USB برای همیشه گذرگاه IEEE 1394 را "دفن" می کند، با این حال، اجماع عمومی بر این است که این دو گذرگاه به سمت برنامه های کاربردی متفاوت هستند. هدف USB 2.0 ارائه پشتیبانی از همه لوازم جانبی رایانه های شخصی محبوب فعلی و آینده است، در حالی که IEEE 1394 با هدف اتصال دستگاه های صوتی و تصویری مصرف کننده مانند ضبط کننده های ویدئویی دیجیتال، دی وی دی و تلویزیون های دیجیتال است.

طبق USB 2.0، توان عملیاتی از 12 مگابیت بر ثانیه به 360-480 مگابیت بر ثانیه افزایش می یابد. انتظار می‌رود USB 2.0 با USB 1.1 سازگار باشد و انتقال یکپارچه به اتوبوس جدید را برای کاربران فراهم کند. دستگاه های جانبی پرسرعت جدیدی برای آن توسعه داده می شود که دامنه برنامه های رایانه شخصی را گسترش می دهد. سرعت 12 مگابایت بر ثانیه برای دستگاه هایی مانند تلفن، دوربین های دیجیتال، صفحه کلید، موس، جوی استیک دیجیتال، درایو نوار، درایو فلاپی، بلندگوهای دیجیتال، اسکنر و چاپگر کافی است. افزایش پهنای باند USB 2.0 عملکرد دستگاه‌های جانبی را گسترش می‌دهد و از دوربین‌های با کیفیت بالا برای کنفرانس ویدیویی و همچنین اسکنرهای پرسرعت و چاپگرهای نسل بعدی پشتیبانی می‌کند.

لوازم جانبی USB موجود در سیستم USB 2.0 بدون تغییر کار می کنند. دستگاه هایی مانند صفحه کلید و ماوس به پهنای باند افزایش یافته USB 2.0 نیاز ندارند و به عنوان دستگاه های USB 1.1 عمل خواهند کرد. افزایش پهنای باند USB 2.0 دامنه دستگاه‌های جانبی قابل اتصال به رایانه شخصی را افزایش می‌دهد و همچنین به دستگاه‌های USB بیشتری اجازه می‌دهد تا پهنای باند اتوبوس موجود را تا محدودیت‌های معماری گذرگاه USB به اشتراک بگذارند. سازگاری با USB 2.0 با USB 1.1 می تواند یک مزیت تعیین کننده در مبارزه با گذرگاه IEEE 1394 برای رابط دستگاه مصرف کننده باشد.

استاندارد DeviceBay

خلیج دستگاهاستاندارد جدیدی است که از استانداردهای IEEE 1394 و گذرگاه USB پیروی می کند. این اتوبوس‌ها به دستگاه‌ها اجازه می‌دهند که در حین پرواز متصل و جدا شوند، یعنی. در حین کار کامپیوتر چنین فرصتی مبادله داغ(تعویض داغ، دوشاخه داغ) نیاز به یک اتصال ویژه جدید بین دستگاه ها داشت و استاندارد DeviceBay پاسخی به این نیاز شد. این محفظه‌ها را استاندارد می‌کند که درایوهای سخت، درایوهای CD-ROM و سایر دستگاه‌ها را می‌توان در آن قرار داد. قاب نصب بدون ابزار و در حین کار با کامپیوتر نصب می شود. اگر استاندارد DeviceBay فراگیر شود، کابل های مسطح داخل کیس های رایانه شخصی را از بین می برد. کل رایانه شخصی را می توان به عنوان یک طرح ماژولار طراحی کرد که در آن همه ماژول ها به عنوان دستگاه های DeviceBay به اتوبوس های USB یا FireWire متصل می شوند. در این حالت، دستگاه می تواند آزادانه بین رایانه شخصی و سایر دستگاه های خانگی جابجا شود.

استاندارد DeviceBay برای اتصال دستگاه هایی مانند درایوهای Zip، درایوهای CD-ROM، درایوهای نوار، مودم ها، هارد دیسک ها، کارت خوان های کامپیوتر و غیره طراحی شده است.

اتوبوس محلی VESA یا VLB (اتوبوس محلی VESA)، توسط انجمن استاندارد الکترونیک ویدئویی (VESA)، که در اوایل دهه 1980 تأسیس شد، توسعه یافت. نیاز به ایجاد VLB به دلیل این واقعیت بود که انتقال داده های ویدیویی از طریق گذرگاه ISA بسیار کند بود. با این حال، VLB در حال حاضر استفاده نمی شود.

گذرگاه محلی VLB یک دستگاه جدید در مادربرد نیست، بلکه یک توسعه دهنده گذرگاه ویدیویی ISA است. تبادل اطلاعات با CPU تحت کنترل کنترل کننده های واقع در کارت های نصب شده در اسلات VLB انجام می شود و مستقیماً از گذرگاه I/O استاندارد عبور می کند. گذرگاه VLB 32 بیتی است و با سرعت کلاک پردازنده کار می کند. علاوه بر این، انتقال داده از طریق این گذرگاه بدون استفاده از خطوط باس ISA، که سیگنال‌های آدرس و کنترل از قبل شناخته شده را حمل می‌کنند، غیرممکن است.

طبق مشخصات VESA، سرعت کلاک اتوبوس محلی نباید از 40 مگاهرتز تجاوز کند. برای اکثر مادربردهایی که پردازنده 50 مگاهرتزی دارند، معمولاً هیچ مشکلی وجود ندارد و قاعدتاً این مادربردها به دو اسلات VLB مجهز هستند.

کارت VLB زمانی که گذرگاه جدید PCI (Peripheral Component Interconnect) ظاهر شد، به سختی جای پایی در بازار پیدا کرده بود. این پردازنده توسط اینتل برای پردازنده جدید پنتیوم با عملکرد بالا توسعه یافته است. گذرگاه PC1، برخلاف EISA و VLB، توسعه بیشتر گذرگاه ISA نیست، بلکه یک اتوبوس کاملاً جدید است.

در مادربردهای مدرن، فرکانس ساعت باس PC1 نصف فرکانس ساعت باس سیستم تنظیم می شود، یعنی با فرکانس کلاک باس سیستم 66 مگاهرتز، باس PC1 در فرکانس 33 مگاهرتز کار می کند و با فرکانس باس سیستم 100 مگاهرتز - 50 مگاهرتز.

اصل اساسی زیربنای گذرگاه PC1 استفاده از پل هایی است که بین گذرگاه PC1 و اتوبوس های دیگر (مثلا PCI به ISA Bridge) ارتباط برقرار می کنند.

یکی از ویژگی‌های مهم گذرگاه PC1 این است که اصل Bus Mastering را پیاده‌سازی می‌کند که به توانایی یک دستگاه خارجی برای کنترل گذرگاه هنگام ارسال داده (بدون مشارکت CPU) اشاره دارد. در حین انتقال اطلاعات، دستگاهی که از Bus Mastering پشتیبانی می‌کند، اتوبوس را در اختیار می‌گیرد و به Master تبدیل می‌شود. با این رویکرد، پردازشگر مرکزی برای انجام سایر وظایف در حین انجام انتقال داده آزاد می شود.

در رابطه با دستگاه های IDE (به عنوان مثال، هارد، CD-ROM)، Bus Mastering IDE به معنای وجود مدارهای خاصی بر روی مادربرد است که به انتقال اطلاعات از هارد دیسک اجازه می دهد تا CPU را دور بزند. این امر به ویژه هنگام استفاده از سیستم عامل های چندوظیفه ای مانند ویندوز بسیار مهم است.

در حال حاضر، گذرگاه PC1 به استاندارد واقعی در بین گذرگاه های ورودی/خروجی تبدیل شده است. بنابراین، اجازه دهید به معماری آن (شکل 5.3) با کمی جزئیات بیشتر نگاه کنیم.

راز راهپیمایی پیروزمندانه اتوبوس PC1 در دنیای PC چیست؟ اینجوری میتونی جواب بدی

گذرگاه PC1 از روش انتقال داده کاملاً متفاوت از گذرگاه ISA استفاده می کند. این روش که "روش دست دادن" نامیده می شود به این صورت است که دو دستگاه در سیستم تعریف می شود: یک آغازگر (Initiator) و یک مجری (Target). هنگامی که دستگاه شروع کننده آماده ارسال است، داده ها را روی خط داده قرار می دهد و آن را با سیگنال مربوطه (Indicator Ready) همراه می کند، در حالی که دستگاه اجرا کننده (slave) داده ها را به ثبات های خود می نویسد و سیگنال Target Ready را ارسال می کند و ضبط را تأیید می کند. از داده ها و آمادگی برای دریافت بعدی. نصب تمام سیگنال ها و همچنین خواندن/نوشتن داده ها، دقیقاً مطابق با پالس های ساعت اتوبوس انجام می شود که فرکانس آن 33 مگاهرتز (سیگنال CLK) است.

مزیت اصلی فناوری PCI استقلال نسبی اجزای سیستم است. مطابق با مفهوم PCI، انتقال یک بسته داده توسط CPU کنترل نمی شود، بلکه توسط یک پل متصل بین آن و گذرگاه PCI (Host Bridge Cashe/DRAM Controller) کنترل می شود. پردازشگر می تواند در زمانی که داده ها در RAM نوشته می شوند (یا خوانده می شوند) یا زمانی که داده ها بین هر دو جزء سیستم رد و بدل می شود به کار خود ادامه دهد.

طبق مشخصات PCI 1.0، گذرگاه PCI 32 بیتی و PCI 2.0 64 بیتی است. بنابراین، پهنای باند اتوبوس به ترتیب 33 مگاهرتز - (32 بیت: 8) = 132 مگابایت بر ثانیه و 33 مگاهرتز است -

- (64 بیت: 8) = 64 مگابایت بر ثانیه.

گذرگاه PCI جهانی است. از آنجایی که گذرگاه سیستم و گذرگاه PCI با استفاده از پل اصلی (Host-Bridge) به هم متصل می شوند، این دومی یک دستگاه مستقل است و بدون توجه به نوع CPU قابل استفاده است.

برنج. 5.3. معماری باس PCI

مطابق با مشخصات PC1 5.0، عرض باس به 64 بیت افزایش یافته است، اسلات های PC1 دارای کنتاکت های اضافی هستند که با ولتاژ 3.3 ولت عرضه می شوند. اکثر تراشه های رایانه شخصی مدرن با این ولتاژ کار می کنند.

سیستم PC1 از اصل Multiplexing زمان استفاده می کند، یعنی زمانی که از همان خطوط برای انتقال داده ها و آدرس ها استفاده می شود.

یکی از ویژگی های مهم گذرگاه PC1 هوش آن است، یعنی قادر به تشخیص سخت افزار و تجزیه و تحلیل تنظیمات سیستم مطابق با فناوری Plug&Play توسعه یافته توسط شرکت اینتل است.

اتوبوس MCA

گذرگاه MCA (معماری میکرو کانال) - معماری میکروکانال - توسط IBM برای کامپیوترهای PS / 2 خود با مدل 50 در سال 1987 به رقبای خود معرفی شد. تبادل سریع داده ها را بین دستگاه های جداگانه، به ویژه با RAM فراهم می کند. گذرگاه MCA با ISA/EISA و سایر آداپتورها کاملاً ناسازگار است. ترکیب سیگنال های کنترلی، پروتکل و معماری به سمت عملکرد ناهمزمان گذرگاه و پردازنده جهت گیری شده است که مشکل تطبیق سرعت پردازنده و دستگاه های جانبی را برطرف می کند. آداپتورهای MCA به طور گسترده از Bus-Mastering استفاده می کنند، همه درخواست ها از طریق دستگاه CACP (نقطه کنترل داوری مرکزی) انجام می شود. این معماری به همه دستگاه ها اجازه می دهد تا به طور موثر و خودکار توسط نرم افزار پیکربندی شوند (هیچ سوئیچی در MCA PS/2 وجود ندارد).

علیرغم تمام پیشرفت های معماری (نسبت به ISA)، باس MCA به دلیل محدوده محدود تولید کنندگان دستگاه های MCA و ناسازگاری کامل آنها با سیستم های ISA تولید انبوه محبوبیتی ندارد. با این حال، MCA هنوز در فایل سرورهای قدرتمندی که عملکرد I/O بسیار قابل اعتماد مورد نیاز است، کاربرد پیدا می کند.

اتوبوس محلی VLB

استاندارد اتوبوس محلی VLB (VESA Local Bus، VESA - انجمن استاندارد تجهیزات ویدئویی) در سال 1992 توسعه یافت. نقطه ضعف اصلی گذرگاه VLB عدم امکان استفاده از آن با پردازنده هایی است که جایگزین MP 80486 شده اند یا به موازات آن (آلفا، پاور پی سی و غیره) وجود دارند.

گذرگاه های ورودی/خروجی ISA, MCA, EISA به دلیل جایگاهی که در ساختار PC دارند عملکرد پایینی دارند. برنامه های مدرن (به ویژه برنامه های گرافیکی) نیاز به افزایش قابل توجهی در توان دارند که پردازنده های مدرن می توانند آن را فراهم کنند. یک راه حل برای مشکل افزایش توان استفاده از گذرگاه محلی پردازنده 80486 به عنوان یک گذرگاه برای اتصال دستگاه های جانبی بود. ).

VLB یک گذرگاه محلی 32 بیتی استاندارد است که اساساً سیگنال‌های گذرگاه سیستم پردازنده 486 را نشان می‌دهد که به کانکتورهای مادربرد اضافی هدایت می‌شوند. این گذرگاه به شدت بر روی پردازنده 486 متمرکز شده است، اگرچه می توان آن را با پردازنده های کلاس 386 نیز استفاده کرد، مشخصات 2.0 که در آن عرض گذرگاه داده به 64 افزایش یافت، اما به طور گسترده استفاده نشد. مبدل‌های گذرگاه سخت‌افزاری پردازنده‌های جدید به گذرگاه VLB، که "رشد" مصنوعی در معماری اتوبوس هستند، ریشه نگرفتند و VLB توسعه بیشتری دریافت نکرد.

از نظر ساختاری، یک اسلات VLB شبیه یک اسلات معمولی 16 بیتی MCA است، اما توسعه ای از اسلات گذرگاه ISA-16، EISA یا MCA سیستم است که در پشت آن نزدیک به پردازنده قرار دارد. به دلیل ظرفیت بار محدود گذرگاه پردازنده، بیش از سه اسلات VLB روی مادربرد نصب نشده است. حداکثر فرکانس ساعت اتوبوس 66 مگاهرتز است، اگرچه گذرگاه با اطمینان بیشتری در فرکانس 33 مگاهرتز کار می کند. در همان زمان، حداکثر توان عملیاتی 132 مگابایت بر ثانیه (33 مگاهرتز در 4 بایت) اعلام می شود، اما تنها در یک چرخه بسته در طول انتقال داده به دست می آید. در واقع، در یک چرخه انفجاری، انتقال 4 x 4 = 16 بایت داده به 5 سیکل ساعت اتوبوس نیاز دارد، بنابراین حتی در حالت انفجاری، توان خروجی 105.6 مگابایت بر ثانیه است و در حالت عادی (چرخه در فاز آدرس و ساعت در فاز داده). ) - فقط 66 مگابایت بر ثانیه، اگرچه این به طور قابل توجهی بیشتر از ISA است. الزامات دقیق برای ویژگی های زمان بندی گذرگاه پردازنده تحت بار سنگین (از جمله تراشه های کش خارجی) می تواند منجر به عملکرد ناپایدار شود: هر سه اسلات VLB فقط در فرکانس 40 مگاهرتز با یک مادربرد بارگذاری شده قابل استفاده هستند، فقط 50 مگاهرتز می توانند کار کنند یک اسلات گذرگاه در اصل اجازه استفاده از آداپتورهای فعال (Bus-Master) را می دهد، اما داوری درخواست ها بر عهده خود آداپتورها است. به طور معمول، اتوبوس اجازه نصب بیش از دو آداپتور Bus-Master را می دهد که یکی از آنها در اسلات "Master" نصب شده است.

گذرگاه VLB معمولاً برای اتصال آداپتور گرافیکی و کنترل کننده دیسک استفاده می شد. آداپتورهای LAN برای VLB عملاً یافت نمی شوند. گاهی اوقات مادربردهایی وجود دارند که در توضیحات آنها آمده است که دارای گرافیک داخلی و آداپتور دیسک با گذرگاه VLB هستند، اما خود اسلات VLB ندارند. این بدان معنی است که برد حاوی تراشه های آداپتورهای مشخص شده است که برای اتصال به گذرگاه VLB طراحی شده اند.

چنین گذرگاه ضمنی طبیعتاً از نظر عملکرد نسبت به گذرگاهی با شکاف‌های واضح کم‌تر نیست. از نقطه نظر قابلیت اطمینان و سازگاری، این حتی بهتر است، زیرا مشکلات سازگاری با کارت ها و مادربردها برای گذرگاه VLB بسیار حاد است.

معرفی

گذرگاه یک کانال انتقال داده است که توسط واحدهای مختلف سیستم به اشتراک گذاشته می شود. گذرگاه می‌تواند مجموعه‌ای از خطوط رسانا باشد که روی یک برد مدار چاپی حک شده‌اند، سیم‌هایی که به پایانه‌های کانکتورها لحیم شده‌اند، یا یک کابل تخت باشد. اجزای یک سیستم کامپیوتری از نظر فیزیکی بر روی یک یا چند برد مدار چاپی قرار دارند و تعداد و عملکرد آنها به پیکربندی سیستم، سازنده آن و اغلب به تولید ریزپردازنده بستگی دارد.

ویژگی های اصلی اتوبوس ها، عمق بیت داده های ارسالی و سرعت انتقال داده است.

دو نوع اتوبوس بیشترین توجه را دارند: سیستمی و محلی.

گذرگاه سیستم برای اطمینان از انتقال داده بین دستگاه های جانبی و پردازنده مرکزی و همچنین RAM طراحی شده است.

یک گذرگاه محلی، به عنوان یک قاعده، یک گذرگاه است که مستقیماً به پین ​​های ریزپردازنده متصل است، یعنی. اتوبوس پردازنده

1. اتوبوس سیستم

وظیفه اصلی گذرگاه سیستم انتقال اطلاعات بین ریزپردازنده هسته و بقیه اجزای الکترونیکی کامپیوتر است. دستگاه ها نیز از طریق این باس آدرس دهی می شوند و سیگنال های سرویس ویژه رد و بدل می شوند. بنابراین، به روشی ساده، گذرگاه سیستم را می توان به عنوان مجموعه ای از خطوط سیگنال، با توجه به هدف آنها (داده ها، آدرس ها، کنترل) ترکیب کرد. انتقال اطلاعات از طریق اتوبوس توسط یکی از دستگاه های متصل به آن یا گره ای که مخصوص این کار اختصاص داده شده است، به نام داور اتوبوس کنترل می شود.

گذرگاه سیستم IBM PC و IBM PC/XT برای انتقال همزمان تنها 8 بیت از اطلاعات طراحی شده بود، زیرا ریزپردازنده 18088 مورد استفاده در رایانه ها دارای 8 خط داده بود. علاوه بر این، گذرگاه سیستم شامل 20 خط آدرس بود که فضای آدرس را به حداکثر 1 مگابایت محدود می کرد. برای کار با دستگاه های خارجی، این گذرگاه همچنین 4 خط وقفه سخت افزاری (IRQ) و 4 خط برای دستگاه های خارجی که نیاز به دسترسی مستقیم به حافظه دارند (DMA، Direct Memory Access) ارائه می کند. برای اتصال کارت های توسعه از کانکتورهای 62 پین مخصوص استفاده شد. توجه داشته باشید که گذرگاه سیستم و ریزپردازنده از یک ژنراتور تک ساعتی با فرکانس 4.77 مگاهرتز هماهنگ شدند. بنابراین، از نظر تئوری، سرعت انتقال داده می تواند به بیش از 4.5 مگابایت بر ثانیه برسد.

1.1 لاستیکهست یک

باس ISA (معماری استاندارد صنعت) اتوبوسی است که از اولین مدل‌های PC استفاده می‌شود و به یک استاندارد صنعتی تبدیل شده است. مدل های PC XT از یک گذرگاه با عرض داده 8 بیت و عرض آدرس 20 بیت استفاده می کردند. در مدل‌های AT، گذرگاه به 16 بیت داده و 24 بیت آدرس گسترش یافت، که امروزه در آن باقی مانده است. از نظر ساختاری، اتوبوس به شکل دو اسلات ساخته شده است. زیر مجموعه ISA-8 فقط از اسلات 62 پین اول استفاده می کند، در حالی که ISA-16 از یک اسلات 36 پین اضافی استفاده می کند. فرکانس ساعت - 8 مگاهرتز. سرعت انتقال اطلاعات تا 16 مگابایت بر ثانیه. مصونیت صوتی خوبی دارد.

گذرگاه این امکان را برای مشترکین خود فراهم می کند که رجیسترهای 8 یا 16 بیتی را به فضای ورودی/خروجی و حافظه نگاشت کنند. محدوده آدرس های حافظه موجود توسط ناحیه UMA ( Uمتحد شده است ماموری آمعماری یک معماری حافظه یکپارچه است)، اما برای گذرگاه ISA-16، گزینه‌های راه‌اندازی ویژه BIOS همچنین می‌تواند فضایی را در ناحیه بین 15 و 16 مگابایت حافظه ایجاد کند (اگرچه رایانه نمی‌تواند بیش از 15 مگابایت استفاده کند. رم). حد بالایی محدوده آدرس ورودی/خروجی توسط تعداد بیت های آدرس مورد استفاده برای رمزگشایی محدود می شود. کامپیوتر از آدرس دهی ورودی/خروجی 10 بیتی استفاده کرد که در آن خطوط آدرس A توسط دستگاه ها نادیده گرفته می شد. بنابراین، محدوده آدرس دستگاه های باس ISA به منطقه 100h-3FFh محدود می شود، یعنی در مجموع 758 آدرس از ثبات های 8 بیتی. برخی از مناطق این آدرس ها نیز توسط دستگاه های سیستم ادعا می شود. متعاقباً، آدرس دهی 12 بیتی (محدوده 100h-FFFh) شروع به استفاده کرد، اما هنگام استفاده از آن، همیشه باید احتمال وجود آداپتورهای قدیمی 10 بیتی در اتوبوس را در نظر گرفت که به آنها "پاسخ می دهند" آدرس با بیت های A مربوطه در کل منطقه مجاز چهار بار.

مشترکین باس ISA-8 می توانند تا 6 خط IRQ (درخواست وقفه) برای ISA-16 در اختیار داشته باشند. تعداد آنها به 11 می رسد. اتوبوس.

مشترکین اتوبوس می توانند تا سه کانال DMA 8 بیتی ( دیمستقیم ماموری آ ccess - دسترسی مستقیم به حافظه)، و ممکن است سه کانال 16 بیتی دیگر در گذرگاه 16 بیتی موجود باشد. سیگنال های کانال 16 بیتی همچنین می توانند برای به دست آوردن کنترل مستقیم باس توسط دستگاه Bus-Master استفاده شوند. در این مورد، از کانال DMA برای ارائه داوری کنترل گذرگاه استفاده می‌شود و آداپتور Bus-Master تمام سیگنال‌های آدرس و کنترل گذرگاه را تولید می‌کند و فراموش نمی‌کند که کنترل گذرگاه را بیش از 15 میکروثانیه به پردازنده بدهد. تا در بازسازی حافظه اختلالی ایجاد نشود).

تمام منابع گذرگاه سیستم فهرست شده باید بدون تضاد بین مشترکین توزیع شود. عدم تعارض به معنای موارد زیر است:

هر مشترک باید در حین عملیات خواندن، گذرگاه داده را فقط با آدرس های خود یا با دسترسی به کانال DMA که استفاده می کند کنترل کند (اطلاعات تولید کند). قسمت های آدرس خوانده شده نباید همپوشانی داشته باشند. "تجسس" در عملیات نوشتن که خطاب به او نیست ممنوع نیست.

خط درخواست وقفه تعیین‌شده IRQx باید توسط مشترک در حالت غیرفعال پایین نگه داشته شود و برای فعال کردن درخواست بالا برود. مشترک حق ندارد خطوط درخواستی استفاده نشده را کنترل کند. فقط یک دستگاه می تواند از یک خط درخواست استفاده کند. چنین پوچی (از نقطه نظر طراحی مدار TTL) در اولین رایانه های شخصی مجاز بود و به فدای سازگاری، سال هاست که با پشتکار تکرار شده است.

مشکل توزیع منابع در آداپتورهای قدیمی با کمک جامپرها حل شد، سپس دستگاه های تعریف شده توسط نرم افزار ظاهر شدند که عملاً با بردهای PnP با پیکربندی خودکار جایگزین شدند.

برای اتوبوس‌های ISA، تعدادی از شرکت‌ها کارت‌های نمونه اولیه (Protitype Card) را تولید می‌کنند که بردهای مدار چاپی با فرمت کامل یا کاهش‌یافته با براکت نصب هستند. بردها مجهز به مدارهای رابط اجباری هستند - بافر داده، رمزگشای آدرس و برخی دیگر. بقیه قسمت برد یک "برد کور" است که توسعه دهنده می تواند نسخه اولیه دستگاه خود را روی آن قرار دهد. این بردها برای تست تخته نان محصول جدید و همچنین برای نصب تک نسخه‌های یک دستگاه در مواقعی که توسعه و ساخت برد مدار چاپی بی‌سود است، مناسب هستند.

با ظهور پردازنده‌های 32 بیتی، تلاش‌هایی برای گسترش عرض باس انجام شد، اما تمام گذرگاه‌های ISA 32 بیتی به‌جز گذرگاه EISA استاندارد نشده‌اند.

1.2 لاستیکEISA

با ظهور ریزپردازنده های 32 بیتی 80386 (نسخه DX) توسط Compaq، NEC و تعدادی دیگر از شرکت ها، یک گذرگاه EISA 32 بیتی ایجاد شد که کاملاً با ISA سازگار است.

گذرگاه EISA (Extended ISA) یک فرمت کاملاً استاندارد شده از ISA تا 32 بیت است. طراحی سازگاری با آداپتورهای ISA معمولی را تضمین می کند. پین های انبساط اضافی باریک بین تیغه های رابط ISA و در زیر قرار گرفته اند به گونه ای که آداپتور ISA که شکاف های کلید اضافی در کانکتور لبه ندارد به آنها نمی رسد. نصب کارت‌های EISA در اسلات‌های ISA مجاز نیست، زیرا مدارهای خاص آن به پایه‌های مدار ISA ختم می‌شود و مادربرد را از کار می‌اندازد.

گسترش گذرگاه تنها در مورد افزایش عرض و آدرس داده نیست: حالت‌های EISA از سیگنال‌های کنترلی اضافی برای فعال کردن حالت‌های انتقال کارآمدتر استفاده می‌کنند. در حالت انتقال معمولی (بدون انفجار)، تا 32 بیت داده را می توان به ازای هر جفت چرخه ساعت (یک ساعت در هر فاز آدرس، یک ساعت در هر فاز داده) منتقل کرد. حداکثر عملکرد گذرگاه توسط Burst Mode به دست می آید، حالتی با سرعت بالا برای ارسال بسته های داده بدون نشان دادن آدرس فعلی در داخل بسته. در داخل یک بسته، داده های بعدی را می توان در هر چرخه ساعت باس ارسال کرد، طول بسته می تواند به 1024 بایت برسد. گذرگاه همچنین حالت های DMA کارآمدتری را ارائه می دهد که در آن سرعت انتقال می تواند به 33 مگابایت بر ثانیه برسد. خطوط درخواست وقفه اجازه استفاده مشترک را می دهند و سازگاری با کارت های ISA حفظ می شود: هر خط درخواست را می توان برای هر دو حساسیت لبه، هم در ISA و هم در سطح پایین برنامه ریزی کرد. اتوبوس اجازه می دهد تا هر کارت توسعه تا 45 وات برق مصرف کند، اما، به عنوان یک قاعده، هیچ آداپتوری برق کامل را مصرف نمی کند.

هر شکاف (حداکثر 8 عدد) و برد سیستم می‌توانند دارای وضوح آدرس دهی انتخابی ورودی/خروجی و درخواست کنترل و تایید گذرگاه جداگانه باشند. داوری درخواست توسط دستگاه ISP (Integrated System Peripheral) انجام می شود. یکی از اجزای اجباری یک مادربرد با گذرگاه EISA، حافظه پیکربندی غیرفرار NVRAM است که اطلاعات مربوط به دستگاه های EISA را برای هر اسلات ذخیره می کند. فرمت رکورد استاندارد شده است. این معماری به آداپتورهای نرم‌افزاری اجازه می‌دهد تا به طور خودکار تضادها در استفاده از منابع سیستم را به صورت برنامه‌نویسی حل کنند، اما برخلاف مشخصات PnP، EISA پیکربندی مجدد پویا را اجازه نمی‌دهد. تمام تغییرات پیکربندی فقط در حالت پیکربندی امکان پذیر است، پس از خروج از آن باید کامپیوتر را مجددا راه اندازی کنید. دسترسی ایزوله به پورت‌های ورودی/خروجی هر کارت در طول پیکربندی به سادگی ارائه می‌شود: سیگنال AEN، که امکان رمزگشایی آدرس در چرخه ورودی/خروجی را فراهم می‌کند، از طریق یک خط AENx جداگانه، در این زمان توسط نرم‌افزار کنترل می‌شود. از این طریق می توانید به کارت های ISA معمولی نیز به طور جداگانه دسترسی داشته باشید، اما این بی فایده است زیرا کارت های ISA از تبادل اطلاعات پیکربندی ارائه شده توسط گذرگاه EISA پشتیبانی نمی کنند. مشخصات PnP برای گذرگاه ISA برخاسته از برخی ایده‌های پیکربندی EISA است (فرمت رکورد پیکربندی ESCD بسیار شبیه NVRAM EISA است).

EISA یک معماری گران قیمت اما ارزشمند است که در سیستم‌های چندوظیفه‌ای، سرورهای فایل و هر جایی که نیاز به گسترش گذرگاه ورودی/خروجی بسیار کارآمد باشد، استفاده می‌شود.

1.3 لاستیکM.C.A.

گذرگاه MCA (معماری میکرو کانال) - معماری میکروکانال - توسط IBM برای کامپیوترهای PS / 2 خود با مدل 50 در سال 1987 به رقبای خود معرفی شد. تبادل سریع داده ها را بین دستگاه های جداگانه، به ویژه با RAM فراهم می کند. گذرگاه MCA با ISA/EISA و سایر آداپتورها کاملاً ناسازگار است. ترکیب سیگنال های کنترلی، پروتکل و معماری به سمت عملکرد ناهمزمان گذرگاه و پردازنده جهت گیری شده است که مشکل تطبیق سرعت پردازنده و دستگاه های جانبی را برطرف می کند. آداپتورهای MCA به طور گسترده از Bus-Mastering استفاده می کنند، همه درخواست ها از طریق دستگاه CACP (نقطه کنترل داوری مرکزی) انجام می شود. این معماری به همه دستگاه ها اجازه می دهد تا به طور موثر و خودکار توسط نرم افزار پیکربندی شوند (در MCA PS/2 سوئیچ وجود ندارد).

علیرغم تمام پیشرفت های معماری (نسبت به ISA)، باس MCA به دلیل محدوده محدود تولید کنندگان دستگاه های MCA و ناسازگاری کامل آنها با سیستم های ISA تولید انبوه محبوبیتی ندارد. با این حال، MCA هنوز در فایل سرورهای قدرتمندی که عملکرد I/O بسیار قابل اعتماد مورد نیاز است، کاربرد پیدا می کند.

2. اتوبوس محلی

توسعه دهندگان رایانه هایی که مادربردهای آنها مبتنی بر ریزپردازنده های 180386/486 بود شروع به استفاده از گذرگاه های جداگانه برای حافظه و دستگاه های ورودی / خروجی کردند که امکان استفاده حداکثری از قابلیت های RAM را فراهم کرد زیرا در این حالت است که حافظه می تواند کار کند. در بالاترین سرعت خود با این حال، با این رویکرد، کل سیستم نمی تواند عملکرد کافی را ارائه دهد، زیرا دستگاه هایی که از طریق اتصال دهنده های توسعه متصل می شوند نمی توانند به سرعت انتقال قابل مقایسه با پردازنده دست یابند. این عمدتا مربوط به کار با کنترلرهای ذخیره سازی و آداپتورهای ویدئویی است. برای حل این مشکل، آنها شروع به استفاده از اتوبوس های به اصطلاح محلی کردند که مستقیماً پردازنده را با کنترلرهای دستگاه های جانبی متصل می کند.

البته اولین کامپیوترهای سازگار با IBM PC با اتوبوس های محلی استاندارد نشده بودند. یکی از تولیدکنندگان پیشرو کامپیوترهای شخصی که در پیاده سازی زیرسیستم ویدئویی با اتوبوس محلی پیشگام بود، NEC Technologies بود. در سال 1991، این شرکت توسعه تصویری اصلی خود را ارائه کرد.

اخیراً، دو اتوبوس محلی ظاهر شده اند که به عنوان صنعتی شناخته می شوند: گذرگاه VLB، پیشنهاد شده توسط VESA (انجمن استانداردهای الکترونیک ویدئو)، و PCI (اتصال اجزای محیطی)، توسعه یافته توسط اینتل. هر دوی این گذرگاه‌ها، به طور کلی، برای یک چیز در نظر گرفته شده‌اند - برای افزایش سرعت کامپیوتر، به دستگاه‌های جانبی مانند آداپتورهای ویدئویی و کنترل‌کننده‌های درایو اجازه می‌دهند تا در فرکانس‌های ساعت تا ۳۳ مگاهرتز و بالاتر کار کنند. هر دو اتوبوس از اتصال دهنده های MCA استفاده می کنند. با این حال، اینجاست که شباهت آنها به پایان می رسد، زیرا هدف مورد نیاز با ابزارهای مختلف به دست می آید.

اگر VL-bus در واقع یک پسوند گذرگاه پردازنده باشد (گذرگاه PC/XT IBM را به خاطر بسپارید)، PCI در سازمان آن بیشتر شبیه گذرگاه‌های سیستم، به عنوان مثال، EISA است و یک توسعه کاملاً جدید است. به طور دقیق، PCI متعلق به کلاس اتوبوس‌های به اصطلاح مزانین، یعنی اتوبوس‌های «افزودنی» است، زیرا یک تراشه «پل» تطبیق ویژه بین گذرگاه پردازنده محلی و خود PCI وجود دارد.

2.1 لاستیکVLB

استاندارد اتوبوس محلی VLB (VESA Local Bus، VESA – انجمن استاندارد تجهیزات ویدئویی) در سال 1992 توسعه یافت. نقطه ضعف اصلی گذرگاه VLB عدم امکان استفاده از آن با پردازنده هایی است که جایگزین MP 80486 شده اند یا به موازات آن (آلفا، پاور پی سی و غیره) وجود دارند.

گذرگاه های I/O ISA، MCA، EISA به دلیل جایگاهی که در ساختار PC دارند، عملکرد پایینی دارند. برنامه های مدرن (به ویژه برنامه های گرافیکی) نیاز به افزایش قابل توجهی در توان دارند که پردازنده های مدرن می توانند آن را فراهم کنند. یک راه حل برای مشکل افزایش توان استفاده از گذرگاه محلی پردازنده 80486 به عنوان یک گذرگاه برای اتصال دستگاه های جانبی بود. ).

VLB یک گذرگاه محلی 32 بیتی استاندارد است که اساساً سیگنال‌های گذرگاه سیستم پردازنده 486 را نشان می‌دهد که به کانکتورهای مادربرد اضافی هدایت می‌شوند. این گذرگاه به شدت بر روی پردازنده 486 متمرکز شده است، اگرچه می توان آن را با پردازنده های کلاس 386 نیز استفاده کرد، مشخصات 2.0 که در آن عرض گذرگاه داده به 64 افزایش یافت، اما به طور گسترده استفاده نشد. مبدل‌های گذرگاه سخت‌افزاری پردازنده‌های جدید به گذرگاه VLB، که "رشد" مصنوعی در معماری اتوبوس هستند، ریشه نگرفتند و VLB توسعه بیشتری دریافت نکرد.

از نظر ساختاری، یک اسلات VLB شبیه یک اسلات معمولی 16 بیتی MCA است، اما توسعه ای از اسلات گذرگاه ISA-16، EISA یا MCA سیستم است که در پشت آن نزدیک به پردازنده قرار دارد. به دلیل ظرفیت بار محدود گذرگاه پردازنده، بیش از سه اسلات VLB روی مادربرد نصب نشده است. حداکثر فرکانس ساعت اتوبوس 66 مگاهرتز است، اگرچه گذرگاه با اطمینان بیشتری در فرکانس 33 مگاهرتز کار می کند. در همان زمان، حداکثر توان عملیاتی 132 مگابایت بر ثانیه (33 مگاهرتز در 4 بایت) اعلام می شود، اما تنها در یک چرخه بسته در طول انتقال داده به دست می آید. در واقع، در یک چرخه انفجاری، انتقال 4 x 4 = 16 بایت داده به 5 سیکل ساعت اتوبوس نیاز دارد، بنابراین حتی در حالت انفجاری، توان خروجی 105.6 مگابایت بر ثانیه است و در حالت عادی (چرخه در فاز آدرس و ساعت در فاز داده). ) - فقط 66 مگابایت بر ثانیه، اگرچه این به طور قابل توجهی بیشتر از ISA است. الزامات دقیق برای ویژگی های زمان بندی گذرگاه پردازنده تحت بار سنگین (از جمله تراشه های کش خارجی) می تواند منجر به عملکرد ناپایدار شود: هر سه اسلات VLB فقط در فرکانس 40 مگاهرتز با یک مادربرد بارگذاری شده قابل استفاده هستند، فقط 50 مگاهرتز می توانند کار کنند یک اسلات گذرگاه در اصل اجازه استفاده از آداپتورهای فعال (Bus-Master) را می دهد، اما داوری درخواست ها بر عهده خود آداپتورها است. به طور معمول، یک گذرگاه اجازه نصب بیش از دو آداپتور Bus-Master را می دهد که یکی از آنها در اسلات "Master" نصب شده است.

گذرگاه VLB معمولاً برای اتصال آداپتور گرافیکی و کنترل کننده دیسک استفاده می شد. آداپتورهای LAN برای VLB عملاً یافت نمی شوند. گاهی اوقات مادربردهایی وجود دارند که در توضیحات آنها آمده است که دارای گرافیک داخلی و آداپتور دیسک با گذرگاه VLB هستند، اما خود اسلات VLB ندارند. این بدان معنی است که برد حاوی تراشه های آداپتورهای مشخص شده است که برای اتصال به گذرگاه VLB طراحی شده اند. چنین گذرگاه ضمنی طبیعتاً از نظر عملکرد نسبت به گذرگاهی با شکاف‌های واضح کم‌تر نیست. از نقطه نظر قابلیت اطمینان و سازگاری، این حتی بهتر است، زیرا مشکلات سازگاری با کارت ها و مادربردها برای گذرگاه VLB بسیار حاد است.

2.2 لاستیکPCI

گذرگاه PCI (گذرگاه اتصال اجزای جانبی - اتصال قطعات جانبی) - گذرگاه برای اتصال قطعات جانبی. در ژوئن 1992 توسط اینتل در نمایشگاه PC اعلام شد.

این گذرگاه جایگاه ویژه‌ای در معماری رایانه‌های شخصی مدرن (گذرگاه میزانسن) دارد و پلی بین گذرگاه پردازنده محلی و گذرگاه ISA/EISA یا MCA I/O است. این گذرگاه با در نظر گرفتن سیستم‌های Pentium طراحی شده است، اما با پردازنده‌های 486 و غیراینتل به خوبی کار می‌کند. همچنین نسخه 64 بیتی 20-33 مگاهرتز وجود دارد که حداکثر سرعت 66 مگاهرتز را برای 32/64 مگاهرتز فراهم می کند برای اتصال یک آداپتور (برخلاف VLB)، روی مادربرد می تواند با هر یک از گذرگاه های ورودی/خروجی و حتی با یک VLB همزیستی داشته باشد (اگرچه این کار ضروری نیست).

بیش از چهار دستگاه (اسلات) در یک گذرگاه PCI نمی تواند وجود داشته باشد. PCI Bus Bridge (پل PCI) سخت افزاری برای اتصال گذرگاه PCI به اتوبوس های دیگر است. Host Bridge - پل اصلی - برای اتصال PCI به گذرگاه سیستم (گذرگاه پردازنده یا پردازنده ها) استفاده می شود. پل همتا به همتا - پل همتا به همتا - برای اتصال دو باس PCI استفاده می شود. دو یا چند گذرگاه PCI در سیستم عامل های سرور قدرتمند استفاده می شود - گذرگاه های PCI اضافی به شما امکان می دهد تعداد دستگاه های متصل را افزایش دهید.

پیکربندی خودکار دستگاه ها (انتخاب آدرس ها، درخواست های وقفه) توسط ابزارهای BIOS پشتیبانی می شود و به سمت فناوری Plug and Play جهت گیری می شود. استاندارد PCI یک فضای پیکربندی را برای هر شکاف تا 256 رجیستر هشت بیتی تعریف می کند که به فضای حافظه یا فضای ورودی/خروجی اختصاص داده نمی شود. آنها از طریق چرخه های گذرگاه تنظیم پیکربندی خواندن و نوشتن پیکربندی خاص، که توسط کنترل کننده هنگامی که پردازنده به رجیسترهای کنترل کننده باس PCI واقع در فضای ورودی/خروجی خود دسترسی پیدا می کند، تولید می شوند.

گذرگاه PCI شامل سیگنال هایی برای آزمایش آداپتورها از طریق رابط JTAG است. در مادربرد، این سیگنال ها همیشه مورد استفاده قرار نمی گیرند، اما می توانند زنجیره منطقی از آداپتورهای آزمایش شده را نیز سازماندهی کنند.

گذرگاه PCI با تمام تبادلات به عنوان بسته رفتار می کند: هر فریم با یک فاز آدرس شروع می شود که می تواند توسط یک یا چند فاز داده دنبال شود. تعداد فازهای داده در یک بسته نامشخص است، اما توسط یک تایمر محدود می شود که حداکثر زمانی را که دستگاه می تواند از گذرگاه استفاده کند، تعیین می کند. هر دستگاه تایمر مخصوص به خود را دارد که مقدار آن هنگام پیکربندی دستگاه های اتوبوس تنظیم می شود.

هر مبادله شامل دو دستگاه است - یک آغازگر مبادله (Initiator) و یک دستگاه هدف (Target). داوری درخواست‌ها برای استفاده از اتوبوس توسط یک واحد عملکردی ویژه که بخشی از چیپست مادربرد است، انجام می‌شود. برای هماهنگی سرعت دستگاه های شرکت کننده در تبادل دو سیگنال آمادگی IRDY# و TRDY# ارائه شده است. خطوط متداول چندگانه AD برای آدرس و داده ها در گذرگاه استفاده می شود. چهار خط C/BE مالتی پلکس شده برای کدگذاری دستورالعمل ها در فاز آدرس و فعال کردن بایت ها در فاز داده استفاده می شود.

این اتوبوس دارای نسخه هایی با منبع تغذیه 5 ولت، 3.3 ولت است. همچنین یک نسخه جهانی (با تعویض خطوط ورودی/خروجی +V از 5 ولت به 3.3 ولت) وجود دارد. کلیدها ردیف های از دست رفته مخاطبین 12، 13 و 50، 51 هستند. برای شکاف 5 ولت، کلید در محل مخاطبین 50، 51 قرار دارد. برای 3 V - 12، 13; برای یک - دو کلید جهانی: 12، 13 و 50، 51. کلیدها اجازه نصب کارت را در شکافی با ولتاژ تغذیه نامناسب نمی دهند. اسلات 32 بیتی به پین ​​های A62/B62 ختم می شود، اسلات 64 بیتی به پین ​​های A94/B94 ختم می شود.

برخلاف سایر آداپتورهای باس، اجزای کارت PCI در سطح سمت چپ بردها قرار دارند. به همین دلیل، بیرونی ترین اسلات PCI معمولاً ردپای آداپتور را با اسلات ISA مجاور (اسلات مشترک) به اشتراک می گذارد.

تا همین اواخر، گذرگاه PCI دومین (پس از ISA) محبوب ترین برنامه بود. در سیستم‌های مدرن، اتوبوس‌های ISA رها می‌شوند و گذرگاه PCI به سمت موقعیت اصلی حرکت می‌کند. برخی از شرکت ها نمونه اولیه کارت های این اتوبوس را تولید می کنند، اما، البته، تجهیز آنها به آداپتور جانبی یا دستگاهی با طراحی خود شما بسیار دشوارتر از کارت ISA است. پروتکل های پیچیده تر و فرکانس های بالاتر در اینجا تأثیر دارند (8 مگاهرتز برای گذرگاه ISA در مقابل 33 یا 66 مگاهرتز برای گذرگاه PCI). همچنین، گذرگاه PCI از مصونیت صوتی ضعیفی برخوردار است، بنابراین هنوز نسبتاً به ندرت برای سیستم‌های اندازه‌گیری ساختمان و رایانه‌های صنعتی استفاده می‌شود.

برخی از سیستم ها (مادربردها) یک رابط کوچک به نام Media Bus دارند. پشت کانکتور باس PCI یکی از اسلات ها قرار دارد. این کانکتور سیگنال‌هایی را از گذرگاه ISA معمولی خروجی می‌دهد و به گونه‌ای طراحی شده است که یک آداپتور گرافیکی با گذرگاه PCI می‌تواند یک چیپست کارت صدای ارزان قیمت طراحی شده برای گذرگاه ISA را نیز در خود جای دهد. این کانکتور و به خصوص چنین کارت های صوتی و تصویری ترکیبی، زیاد مورد استفاده قرار نمی گیرند.

نتیجه

گذرگاه ورودی/خروجی از زمان توسعه تا کنون، گلوگاه رایانه‌های شخصی مدرن بوده است که بر ویژگی‌های سرعت کلی سیستم تأثیر منفی می‌گذارد. اتوبوس های جدید ظاهر شدند، ظرفیت بیت، سرعت اتوبوس ها و توان عملیاتی آنها افزایش یافت. اما توسعه استانداردهای جدید تایر ادامه دارد. بسیاری از شرکت ها در حال پیوستن به نیروهای خود برای توسعه استانداردهای جدید هستند.

با استفاده از نمونه هایی از استانداردهای موجود، مشخص می شود که هر استاندارد تایر دارای مزایا و معایب خاص خود است. برخی از لاستیک ها به شما امکان می دهند عملکرد کاملا رضایت بخشی داشته باشید، اما تولید آنها بسیار گران و دشوار است و اغلب هزینه ها جبران نمی شود. سایرین ارزان هستند، اما در کل سیستم بسیار سختگیرانه هستند.

فهرست منابع استفاده شده

1. علوم کامپیوتر: کارگاه آموزشی فناوری کامپیوتر: کتاب درسی برای دانشگاه ها / ویرایش. N.V. ماکاروا. – م.: امور مالی و آمار، 1997. - 384 ص.

2. Mogilev A.V. و دیگران علوم کامپیوتر: کتاب درسی برای دانش آموزان. دانشگاه ها / A.V. موگیلف، N.I. پاک - م.: فرهنگستان، 1378. - 816 ص.

3. Ostreykovsky V.A. انفورماتیک: کتاب درسی برای دانشگاه های فنی - م.: دبیرستان، 1999. - 511 ص.

4. انفورماتیک: دوره پایه: کتاب درسی برای کالج ها / ویرایش شده توسط S.V. سیمونوویچ - سن پترزبورگ. : پیتر، 2003. – 640 ص.

5. Khokhlova N.V. و دیگران علوم کامپیوتر: کتاب درسی برای دانشگاه ها / N.V. خوخلوا، A.I. ایستمنکو، بی.وی. پترنکو. – م.: دبیرستان، 1990. – 195 ص.

لاستیک ها به ردیف ها تقسیم می شوند محلی لاستیک، پوست ... چنین ریز مدارهایی. علاوه بر این، به روز شده است استانداردحتی بیشتر در اطراف ظاهر می شود ...

اتوبوس VLB (VESA Local Bus) در سال 1992 توسط انجمن استانداردهای الکترونیک ویدئویی (VESA) توسعه یافت، بنابراین اغلب به آن گذرگاه VESA می گویند.

گذرگاه VLB اساساً توسعه‌ای از گذرگاه MP داخلی برای برقراری ارتباط با یک آداپتور ویدیویی و در موارد کمتر با هارد دیسک، کارت‌های چندرسانه‌ای و یک آداپتور شبکه است. عرض گذرگاه 32 بیت است. سرعت واقعی انتقال داده از طریق VLB 80 مگابایت بر ثانیه است (از لحاظ نظری 132 مگابایت بر ثانیه قابل دستیابی است).

معایب لاستیک:

· طراحی شده برای کار با MP 80386، 80486، هنوز برای پردازنده های Pentium، Pentium Pro، Power PC سازگار نشده است.

· وابستگی شدید به فرکانس ساعت MP (هر گذرگاه VLB فقط برای یک فرکانس خاص طراحی شده است).

· تعداد کمی از دستگاه های متصل - تنها چهار دستگاه را می توان به گذرگاه VLB متصل کرد.

· داوری اتوبوس وجود ندارد - ممکن است تداخل بین دستگاه های متصل وجود داشته باشد.

گذرگاه PCI (اتصال اجزای جانبی - اتصال دستگاه های خارجی) - در سال 1993 توسط اینتل توسعه یافت. گذرگاه PCI بسیار جهانی تر از VLB است، آداپتور مخصوص به خود را دارد که به آن اجازه می دهد تا با هر MP کار کند: 80486، Pentium Pro، Power PC، و غیره. این به شما امکان می دهد 10 دستگاه با پیکربندی های بسیار متفاوت را با قابلیت پیکربندی خودکار وصل کنید و ابزارهای کنترل و انتقال داده های خود را دارد. ظرفیت PCI 32 بیت است، قابل ارتقا تا 64 بیت، توان عملیاتی نظری 132 مگابایت بر ثانیه و در نسخه 64 بیتی - 263 مگابایت بر ثانیه (نصف واقعی کمتر است). اگرچه گذرگاه PCI محلی است، اما بسیاری از عملکردهای یک گذرگاه توسعه را نیز انجام می دهد، به ویژه، گذرگاه های توسعه ISA، EISA، MCA (و با آنها سازگار است) در حضور گذرگاه PCI به طور مستقیم به آن متصل نمی شوند. MP (همانطور که هنگام استفاده از گذرگاه VLB وجود دارد)، اما به خود گذرگاه PCI (از طریق یک رابط توسعه). گزینه های پیکربندی برای سیستم های دارای گذرگاه VLB و PCI به ترتیب در شکل 1 نشان داده شده است. 4.3 و 4.4. باید در نظر داشت که استفاده از گذرگاه های VLB و PCI در رایانه شخصی تنها در صورت داشتن مادربرد مناسب VLB یا PCI امکان پذیر است. مادربردها با ساختار چند باس تولید می شوند که امکان استفاده از ISA/EISA، VLB و PCI را فراهم می کند، به اصطلاح مادربردهایی با گذرگاه VIP (با حروف اولیه VLB، ISA و PCI).

برنج. 4.3. پیکربندی سیستم VLB

برنج. 4.4.پیکربندی سیستم PCI

جدول 4.4. مشخصات اصلی تایرها

پارامتر
عرض اتوبوس، بیت داده آدرس
فرکانس کاری، مگاهرتز
پهنای باند. مگابایت بر ثانیه عملی نظری
تعداد دستگاه های متصل، عدد.

اتوبوس های محلی IDE (Electronic Device Integrated)، EIDE (Enhanced IDE)، SCSI (رابط سیستم کامپیوتری کوچک) اغلب به عنوان یک رابط فقط برای دستگاه های ذخیره سازی خارجی استفاده می شوند.

ویژگی های عملکرد کامپیوتر

ویژگی های اصلی رایانه شخصی عبارتند از:

1. سرعت، عملکرد، فرکانس ساعت. واحدهای اندازه گیری عملکرد عبارتند از:

MIPS (MIPS - مگا دستورالعمل در ثانیه) - یک میلیون عملیات روی اعداد با یک نقطه ثابت (نقطه).

MFLOPS (مگا عملیات شناور در ثانیه) - یک میلیون عملیات روی اعداد ممیز شناور (نقطه).

KOPS (KOPS - کیلو عملیات در ثانیه) برای رایانه‌های با کارایی پایین - هزار عملیات متوسط ​​معین روی اعداد. GFLOPS (Giga Floating Operations Per Second) - میلیارد عملیات در ثانیه روی اعداد ممیز شناور (نقطه).

ارزیابی عملکرد کامپیوتر همیشه تقریبی است، زیرا در این مورد آنها توسط برخی از عملیات های متوسط ​​یا برعکس، هدایت می شوند. در واقع، مجموعه های مختلفی از عملیات برای حل مسائل مختلف استفاده می شود. بنابراین، برای مشخص کردن یک رایانه شخصی، به جای عملکرد، آنها معمولاً فرکانس ساعت را نشان می دهند که به طور عینی تر سرعت دستگاه را تعیین می کند، زیرا هر عملیات برای تکمیل به تعداد بسیار مشخصی از چرخه های ساعت نیاز دارد. با دانستن فرکانس ساعت، می توانید زمان اجرای هر عملیات ماشین را کاملاً دقیق تعیین کنید.

مثال 4.14.در غیاب اجرای خط لوله دستورات و افزایش فرکانس داخلی ریزپردازنده (به بخش 4.3 مراجعه کنید)، یک مولد ساعت با فرکانس 33 مگاهرتز اجرای 7 میلیون عملیات کوتاه ماشین (جمع و تفریق با یک نقطه ثابت) را تضمین می کند. ، ارسال اطلاعات و غیره) در ثانیه; با فرکانس 100 مگاهرتز - 20 میلیون عملیات کوتاه در ثانیه.

2. ظرفیت بیت ماشین و گذرگاه های کد رابط.

ظرفیت بیت حداکثر تعداد بیت‌های یک عدد باینری است که می‌توان همزمان عملیات ماشین را روی آن انجام داد، از جمله عملیات انتقال اطلاعات. هرچه عمق بیت بیشتر باشد، عملکرد رایانه شخصی بیشتر خواهد بود و سایر موارد برابر هستند.

3. انواع سیستم و رابط های محلی.

انواع مختلف اینترفیس ها سرعت های متفاوتی از انتقال اطلاعات بین گره های ماشین را فراهم می کنند و به شما امکان می دهند تعداد متفاوتی از دستگاه های خارجی و انواع مختلف آنها را به هم متصل کنید. 4. ظرفیت رم. ظرفیت RAM اغلب با مگابایت (MB) و کمتر در کیلوبایت (KB) اندازه گیری می شود. یادآوری می کنیم: 1 مگابایت = 1024 کیلوبایت = 10242 بایت. بسیاری از برنامه های کاربردی مدرن با ظرفیت رم کمتر از 8 مگابایت به سادگی کار نمی کنند یا کار نمی کنند، اما بسیار کند. باید در نظر داشت که افزایش ظرفیت حافظه اصلی به میزان 2 برابر، از جمله موارد دیگر، عملکرد مؤثر رایانه را در هنگام حل مسائل پیچیده تقریباً 1.7 برابر افزایش می دهد.