I componenti di un PC interagiscono tra loro in vari modi. La maggior parte dei componenti interni, inclusi processore, cache, memoria, schede di espansione e dispositivi di archiviazione, comunicano tra loro utilizzando uno o più pneumatici(autobus).

Un bus nei computer è un canale attraverso il quale le informazioni vengono trasferite tra due o più dispositivi (di solito viene chiamato un bus che collega solo due dispositivi porta- porto). Un bus in genere dispone di punti di accesso o luoghi a cui un dispositivo può connettersi per diventare parte del bus e i dispositivi sul bus possono inviare e ricevere informazioni da altri dispositivi. Il concetto di autobus è abbastanza generale sia per l'“interno” del PC che per il mondo esterno. Ad esempio, un collegamento telefonico in una casa può essere pensato come un autobus: le informazioni viaggiano lungo i fili della casa, e ci si può collegare al "bus" installando una presa telefonica, collegandovi un telefono e sollevando la cornetta. telefono. Tutti i telefoni sull'autobus possono condividere informazioni, ad es. discorso.

Questo materiale è dedicato alle gomme dei PC moderni. Innanzitutto vengono discussi gli pneumatici e le loro caratteristiche, quindi vengono discussi in dettaglio gli pneumatici più comuni al mondo. Bus I/O(Bus Ingresso/Uscita), chiamato anche bus di espansione(bus di espansione).

Funzioni e caratteristiche dei pneumatici

I bus del PC sono i principali "percorsi" di dati sulla scheda madre. Il principale è bus di sistema(bus di sistema), che collega il processore e la memoria principale RAM. In precedenza, questo bus era chiamato locale, ma nei PC moderni viene chiamato pneumatico anteriore(Bus laterale anteriore - FSB). Le caratteristiche del bus di sistema sono determinate dal processore; Il moderno bus di sistema ha una larghezza di 64 bit e funziona a 66, 100 o 133 MHz. Tali segnali ad alta frequenza creano rumore elettrico e altri problemi. Pertanto, la frequenza deve essere ridotta in modo che i dati raggiungano schede di espansione(scheda di espansione), o adattatori(adattatori) e altri componenti più remoti.

Tuttavia, i primi PC avevano un solo bus, condiviso dal processore, dalla memoria RAM e dai componenti I/O. I processori della prima e della seconda generazione funzionavano con una bassa frequenza di clock e tutti i componenti del sistema potevano supportare questa frequenza. In particolare, questa architettura ha permesso di espandere la capacità della RAM utilizzando schede di espansione.

Nel 1987, gli sviluppatori Compaq decisero di separare il bus di sistema dal bus I/O in modo che potessero funzionare a velocità diverse. Da allora, questa architettura multi-bus è diventata lo standard del settore. Inoltre, i PC moderni dispongono di diversi bus I/O.

Gerarchia dei pneumatici

Il PC ha un'organizzazione gerarchica di diversi bus. La maggior parte dei PC moderni ha almeno quattro bus. La gerarchia dei bus è spiegata dal fatto che ciascun bus si allontana sempre più dal processore; Ogni bus si collega al livello superiore, integrando vari componenti del PC. Ogni bus è solitamente più lento del bus sopra di esso (per l'ovvia ragione: il processore è il dispositivo più veloce del PC):

• Bus della cache interna: Questo è il bus più veloce che collega il processore e la cache L1 interna.
• Bus di sistema: Questo è il bus di sistema di secondo livello che collega il sottosistema di memoria al chipset e al processore. Su alcuni sistemi, il processore e i bus di memoria sono la stessa cosa. Questo bus ha funzionato ad una velocità (frequenza di clock) di 66 MHz fino al 1998, poi è stata aumentata a 100 MHz e persino a 133 MHz. Pentium II e processori superiori implementano un'architettura con doppio autobus indipendente(Dual Independent Bus - DIB) - il bus di sistema singolo viene sostituito da due bus indipendenti. Uno di questi è destinato all'accesso alla memoria principale e si chiama pneumatico anteriore(frontside bus), e il secondo serve per accedere alla cache L2 e viene chiamato pneumatico posteriore(autobus sul retro). La presenza di due bus migliora le prestazioni del PC, poiché il processore può ricevere contemporaneamente i dati da entrambi i bus. Nelle schede madri e nei chipset di quinta generazione, la cache L2 è collegata al bus di memoria standard. Si noti che viene anche chiamato bus di sistema autobus principale(autobus principale), bus del processore(bus del processore), bus di memoria(bus di memoria) e persino autobus locale(autobus locale).
• Bus I/O locale: Questo bus I/O ad alta velocità viene utilizzato per collegare dispositivi periferici veloci alla memoria, al chipset e al processore. Questo bus viene utilizzato da schede video, unità disco e interfacce di rete. I bus I/O locali più comuni sono il bus VESA Local Bus (VLB) e il bus PCI (Peripheral Component Interconnect).
• Bus I/O standard: Ai tre bus considerati è collegato il “meritato” bus I/O standard, utilizzato per le periferiche lente (mouse, modem, schede audio, ecc.), nonché per la compatibilità con i dispositivi più vecchi. In quasi tutti i PC moderni, tale bus è il bus ISA (Industry Standard Architecture).
• Bus seriale universale(Universal Serial Bus - USB), che consente di collegare fino a 127 periferiche lente utilizzando centro(hub) o dispositivi con collegamento a margherita.
• Bus seriale ad alta velocità IEEE 1394 (FireWire), progettato per collegare fotocamere digitali, stampanti, televisori e altri dispositivi che richiedono una larghezza di banda estremamente elevata a un PC.

Più bus I/O che collegano varie periferiche al processore sono collegati al bus di sistema utilizzando ponte(bridge), implementato nel chipset. Il chipset del sistema gestisce tutti i bus e garantisce che ogni dispositivo nel sistema comunichi correttamente con ogni altro dispositivo.

I nuovi PC dispongono di un "bus" aggiuntivo progettato specificamente solo per l'interazione grafica. In realtà, questo non è un pneumatico, ma porta- Porta grafica accelerata (AGP). La differenza tra un bus e una porta è che un bus è solitamente progettato per condividere contenuti multimediali tra più dispositivi, mentre una porta è progettata per condividere solo due dispositivi.

Come mostrato in precedenza, i bus I/O sono in realtà un'estensione del bus di sistema. Sulla scheda madre il bus di sistema termina con il chipset, che forma un ponte verso il bus I/O. I bus svolgono un ruolo fondamentale nello scambio di dati in un PC. Infatti tutti i componenti del PC, ad eccezione del processore, comunicano tra loro e con la RAM del sistema attraverso diversi bus I/O, come mostrato nella figura a sinistra.

Bus di indirizzi e dati

Ogni pneumatico è composto da due parti diverse: bus dati(bus dati) e bus degli indirizzi(autobus degli indirizzi). Quando la maggior parte delle persone parla di autobus, pensa a un bus dati; I dati stessi vengono trasmessi lungo le linee di questo bus. Il bus degli indirizzi è un insieme di linee i cui segnali determinano dove inviare o ricevere i dati.

Naturalmente ci sono linee di segnale per controllare il funzionamento del bus e segnalare la disponibilità dei dati. A volte queste linee vengono chiamate autobus di controllo(bus di controllo), anche se spesso non vengono menzionati.

Larghezza del pneumatico

Un autobus è un canale attraverso il quale “fluiscono” le informazioni. Più ampio è il bus, maggiore è la quantità di informazioni che possono "fluire" lungo il canale. Il primo bus ISA sul PC IBM era largo 8 bit; il bus ISA per scopi generali attualmente in uso è largo 16 bit. Altri bus I/O, inclusi VLB e PCI, sono larghi 32 bit. La larghezza del bus di sistema sui PC con processori Pentium è di 64 bit.

La larghezza del bus indirizzi può essere determinata indipendentemente dalla larghezza del bus dati. La larghezza del bus indirizzi indica quante celle di memoria possono essere indirizzate durante il trasferimento dei dati. Nei PC moderni la larghezza del bus indirizzi è di 36 bit, il che consente di indirizzare una memoria con una capacità di 64 GB.

Velocità del bus

Velocità del bus(velocità del bus) mostra quanti bit di informazione possono essere trasmessi su ciascun conduttore del bus al secondo. La maggior parte dei bus trasporta un bit per ciclo di clock su un singolo cavo, sebbene i bus più recenti come AGP possano trasportare due bit di dati per ciclo di clock, raddoppiando le prestazioni. Il vecchio bus ISA richiede due cicli di clock per trasferire un bit, dimezzando le prestazioni.

Larghezza di banda del bus

Larghezza (bit) Velocità (MHz) Larghezza di banda (MB/s) ISA a 8 bit ISA a 16 bit PCI 2.1 a 64 bit AGP (modalità x2) AGP (modalità x4)

Larghezza di banda(larghezza di banda) chiamato anche portata(throughput) e mostra la quantità totale di dati che possono essere trasferiti sul bus in una determinata unità di tempo. La tabella mostra teorico larghezza di banda dei moderni bus I/O. Infatti le gomme non raggiungono il valore teorico a causa del sovraccarico per l'esecuzione dei comandi e di altri fattori. La maggior parte dei pneumatici può funzionare a velocità diverse; La tabella seguente mostra i valori più tipici.

Prendiamo nota delle ultime quattro righe. Teoricamente, il bus PCI può essere espanso a 64 bit e 66 MHz. Tuttavia, per ragioni di compatibilità, quasi tutti i bus PCI e i dispositivi sul bus hanno una frequenza nominale di soli 33 MHz e 32 bit. AGP si basa sullo standard teorico e funziona a 66 MHz, ma mantiene una larghezza di 32 bit. AGP dispone di modalità x2 e x4 aggiuntive che consentono alla porta di eseguire trasferimenti di dati due o quattro volte per ciclo di clock, aumentando la velocità effettiva del bus a 133 o 266 MHz.

Interfaccia bus

In un sistema multi-bus, il chipset deve fornire circuiti per combinare i bus e comunicare tra un dispositivo su un bus e un dispositivo su un altro bus. Tali schemi sono chiamati ponte(bridge) (nota che un bridge è anche un dispositivo di rete per connettere due diversi tipi di reti). Il più comune è il bridge PCI-ISA, che è un componente del chipset di sistema per PC con processori Pentium. Il bus PCI dispone anche di un bridge per il bus di sistema.

Masterizzazione di autobus

Negli autobus ad alta capacità, ogni secondo viene trasmessa un'enorme quantità di informazioni sul canale. In genere è necessario un processore per gestire questi trasferimenti. In effetti, il processore funge da "intermediario" e, come spesso accade nel mondo reale, è molto più efficiente rimuovere l'intermediario ed eseguire direttamente i trasferimenti. A questo scopo sono stati sviluppati dispositivi in ​​grado di controllare il bus e agire in modo indipendente, ad es. trasferire i dati direttamente nella memoria RAM del sistema; tali dispositivi vengono chiamati pneumatici da guida(capi autobus). In teoria, il processore può svolgere altro lavoro contemporaneamente al trasferimento dei dati sul bus; In pratica, la situazione è complicata da diversi fattori. Per una corretta implementazione masterizzazione di autobus(mastering del bus) è necessario l'arbitraggio delle richieste del bus, fornito dal chipset. Il mastering del bus è anche chiamato DMA "first party", poiché l'operazione è controllata dal dispositivo che esegue il trasferimento.

Attualmente il bus mastering è implementato sul bus PCI; È stato inoltre aggiunto il supporto per i dischi rigidi IDE/ATA per implementare il bus mastering su PCI in determinate condizioni.

Principio del bus locale

L'inizio degli anni '90 è caratterizzato dal passaggio dalle applicazioni testuali a quelle grafiche e dalla crescente popolarità del sistema operativo Windows. Ciò ha portato ad un enorme aumento della quantità di informazioni che devono essere trasferite tra processore, memoria, video e dischi rigidi. Uno schermo di testo monocromatico standard (bianco e nero) contiene solo 4.000 byte di informazioni (2.000 per i codici carattere e 2.000 per gli attributi dello schermo), ma uno schermo Windows standard a 256 colori richiede oltre 300.000 byte! Inoltre, la moderna risoluzione di 1600x1200 con 16 milioni di colori richiede 5,8 milioni di byte di informazioni per schermo!

La transizione del mondo del software dal testo alla grafica ha comportato anche un aumento delle dimensioni dei programmi e un aumento dei requisiti di memoria. Dal punto di vista dell'I/O, l'elaborazione dei dati aggiuntivi per una scheda video e dischi rigidi di grande capacità richiede una larghezza di banda I/O molto maggiore. Questa situazione dovette essere affrontata con l'avvento del processore 80486, le cui prestazioni erano molto più elevate rispetto ai processori precedenti. Il bus ISA non soddisfaceva più le crescenti esigenze e divenne un collo di bottiglia nell'aumento delle prestazioni del PC. Aumentare la velocità di un processore fa ben poco se deve attendere su un bus di sistema lento per trasferire i dati.

La soluzione è stata trovata nello sviluppo di un nuovo bus più veloce, che avrebbe dovuto integrare il bus ISA ed essere utilizzato specificamente per dispositivi ad alta velocità come le schede video. Questo bus doveva essere posizionato sopra (o vicino) al bus di memoria molto più veloce e funzionare approssimativamente alla velocità esterna del processore per trasferire i dati molto più velocemente rispetto al bus ISA standard. Quando tali dispositivi venivano posizionati vicino ("localmente") al processore, autobus locale. Il primo bus locale è stato il VESA Local Bus (VLB) e il moderno bus locale nella maggior parte dei PC è il bus PCI (Peripheral Component Interconnect).

Bus di sistema

Bus di sistema(bus di sistema) collega il processore alla memoria RAM principale ed, eventualmente, alla cache L2. È il bus centrale del computer e da esso si “diramano” gli altri bus. Il bus di sistema è implementato come un insieme di conduttori sulla scheda madre e deve corrispondere a un tipo specifico di processore. È il processore che determina le caratteristiche del bus di sistema. Allo stesso tempo, più veloce è il bus di sistema, più veloci devono essere i restanti componenti elettronici del PC.

Vecchie CPU Larghezza del pneumatico Velocità del bus 8088 8 bit 4,77 MHz 8086 16 bit 8 MHz 80286-12 16 bit 12 MHz 80386SX-16 16 bit 16 MHz 80386DX-25 32 bit 25 MHz

Consideriamo i bus di sistema di un PC con processori di diverse generazioni. Nei processori di prima, seconda e terza generazione, la frequenza del bus di sistema era determinata dalla frequenza operativa del processore. Con l'aumento della velocità del processore, aumentava anche la velocità del bus di sistema. Allo stesso tempo, lo spazio degli indirizzi è aumentato: nei processori 8088/8086 era di 1 MB (indirizzo a 20 bit), nel processore 80286 lo spazio degli indirizzi è stato aumentato a 16 MB (indirizzo a 24 bit), e a partire dal Processore 80386, lo spazio degli indirizzi era di 4 GB (indirizzo a 32 bit).

Famiglia 80486 Larghezza del pneumatico Velocità del bus 80486SX-25 32 bit 25 MHz 80486DX-33 32 bit 33 MHz 80486DX2-50 32 bit 25 MHz 80486DX-50 32 bit 50 MHz 80486DX2-66 32 bit 33 MHz 80486DX4-100 32 bit 40 MHz 5X86-133 32 bit 33 MHz

Come si può vedere dalla tabella dei processori di quarta generazione, la velocità del bus di sistema inizialmente corrispondeva alla frequenza operativa del processore. Tuttavia, i progressi tecnologici hanno permesso di aumentare la frequenza del processore e per adeguarsi alla velocità del bus di sistema è stato necessario aumentare la velocità dei componenti esterni, principalmente la memoria di sistema, il che è stato associato a notevoli difficoltà e limitazioni di costo. Pertanto, per la prima volta è stato utilizzato il processore 80486DX2-50 raddoppio della frequenza(raddoppio dell'orologio): il processore ha funzionato con interno frequenza di clock 50 MHz e esterno La velocità del bus di sistema era di 25 MHz, ovvero solo la metà della frequenza operativa del processore. Questa tecnica migliora significativamente le prestazioni del computer, soprattutto grazie alla presenza di una cache L1 interna, che soddisfa la maggior parte dell'accesso del processore alla memoria di sistema. Da allora moltiplicazione della frequenza(moltiplicazione dell'orologio) è diventato un modo standard per aumentare le prestazioni del computer e viene utilizzato in tutti i processori moderni, con il moltiplicatore di frequenza aumentato a 8, 10 o più.

Famiglia Pentium Larghezza del pneumatico Velocità del bus Intel P60 64 bit 60 MHz Intel P100 64 bit 66 MHz Cyrix 6X86 P133+ 64 bit 55 MHz AMD K5-133 64 bit 66 MHz Intel P150 64 bit 60 MHz Intel P166 64 bit 66 MHz Cyrix 6X86 P166+ 64 bit 66 MHz Pentium Pro200 64 bit 66 MHz Cyrix6X86P200+ 64 bit 75 MHz Pentium II 64 bit 66 MHz

Per molto tempo, i bus di sistema dei PC con processori di quinta generazione hanno funzionato a velocità di 60 MHz e 66 MHz. Un significativo passo avanti è stato l'aumento della larghezza dei dati a 64 bit e l'ampliamento dello spazio degli indirizzi a 64 GB (indirizzo a 36 bit).

La velocità del bus di sistema è stata aumentata a 100 MHz nel 1998 grazie allo sviluppo della produzione dei chip SDRAM PC100. I chip di memoria RDRAM possono aumentare ulteriormente la velocità del bus di sistema. Tuttavia, il passaggio da 66 MHz a 100 MHz ha avuto un impatto significativo su processori e schede madri con Socket 7. Nei moduli Pentium II, fino al 70-80% del traffico (trasferimenti di informazioni) viene effettuato all'interno del nuovo SEC (Single Edge Cartuccia ), che ospita il processore ed entrambe le cache sono cache L1 e cache L2. Questa cartuccia funziona alla propria velocità, indipendentemente dalla velocità del bus di sistema.

processore Chipset Velocità pneumatici Velocità della CPU Intel Pentium II 82440BX 82440GX 100 MHz 350.400.450 MHz AMD K6-2 Tramite MVP3, Aladino V 100 MHz 250.300.400 MHz Intel Pentium II Xeon 82450NX 100 MHz 450.500 MHz Intel Pentium III i815 i820 133 MHz 600.667+ MHz AMD Atlon TRAMITE KT133 200 MHz 600 - 1000 MHz

I chipset i820 e i815, progettati per il processore Pentium III, sono progettati per un bus di sistema a 133 MHz. Infine, il processore AMD Athlon ha introdotto modifiche significative all'architettura e il concetto di bus di sistema si è rivelato superfluo. Questo processore può eseguire vari tipi di RAM ad una frequenza massima di 200 MHz.

Tipi di bus I/O

Questa sezione tratterà vari bus I/O, gran parte della quale sarà dedicata ai bus moderni. Un'idea generale dell'utilizzo dei bus I/O è data dalla figura seguente, che mostra chiaramente lo scopo dei vari bus I/O di un moderno PC.

La tabella seguente riassume i vari bus I/O utilizzati nei moderni PC:

Pneumatico	Anno	Larghezza	Velocità	Massimo. punto di controllo capacità
PC e XT	1980-82	8 bit	Sincrono: 4,77-6 MHz	4-6MB/sec
ISA (AT)	1984	16 bit	Sincrono: 8-10 MHz	8MB/s
M.C.A.	1987	32 bit	Asincrono: 10,33 MHz	40MB/s
EISA (per server)	1988	32 bit	Sincrono: max. 8 MHz	32MB/sec
VLB, per 486	1993	32 bit	Sincrono: 33-50 MHz	100-160 MB/sec
PCI	1993	32/64 bit	Asincrono: 33 MHz	132 MB/sec
USB	1996	Sequenziale		1,2 MB/sec
FireWire (IEEE1394)	1999	Sequenziale		80MB/s
USB 2.0	2001	Sequenziale		12-40MB/sec

Vecchi pneumatici

I nuovi moderni bus PCI e la porta AGP sono “nati” da vecchi bus che si possono ancora trovare nei PC. Inoltre il bus ISA più vecchio viene ancora utilizzato anche nei PC più recenti. Successivamente esamineremo i vecchi pneumatici per PC un po' più in dettaglio.

Bus ISA (Industry Standard Architecture).

Questo è il bus più comune e veramente standard per i PC, che viene utilizzato anche nei computer più recenti nonostante sia rimasto praticamente invariato dall'espansione a 16 bit nel 1984. Naturalmente ora è integrato da bus più veloci, ma “sopravvive” grazie alla presenza di un'enorme base di apparecchiature periferiche progettate per questo standard. Inoltre, ci sono molti dispositivi per i quali la velocità ISA è più che sufficiente, come ad esempio i modem. Secondo alcuni esperti ci vorranno almeno 5-6 anni prima che l’autobus ISA “muoia”.

La scelta dell'ampiezza e della velocità del bus ISA è stata determinata dai processori con cui funzionava nei primi PC. Il bus ISA originale sul PC IBM era largo 8 bit, corrispondenti agli 8 bit del bus dati esterno del processore 8088, e funzionava a 4,77 MHz, che è anche la velocità del processore 8088 del 1984, l'IBM AT apparve un computer con un processore 80286 e la larghezza del bus fu raddoppiata fino a 16 bit, come il bus dati esterno del processore 80286. Allo stesso tempo, la velocità del bus fu aumentata a 8 MHz, che corrispondeva anche alla velocità del processore. Teoricamente la velocità del bus è di 8 MB/s, ma in pratica non supera 1-2 MB/s.

Nei PC moderni, il bus ISA funge da autobus interno, che viene utilizzato per tastiera, floppy disk, porte seriali e parallele e come bus di espansione esterno, al quale è possibile collegare adattatori a 16 bit, come una scheda audio.

Successivamente, i processori AT sono diventati più veloci e il loro bus dati è stato ampliato, ma ora il requisito di compatibilità con i dispositivi esistenti ha costretto i produttori ad aderire allo standard e da allora il bus ISA è rimasto praticamente invariato. Il bus ISA fornisce una larghezza di banda sufficiente per i dispositivi lenti e garantisce sicuramente la compatibilità con quasi tutti i PC rilasciati.

Molte schede di espansione, anche quelle moderne, sono ancora a 8 bit (lo puoi capire dal connettore della scheda: le schede a 8 bit utilizzano solo la prima parte del connettore ISA, mentre le schede a 16 bit utilizzano entrambe le parti). Per queste schede la ridotta larghezza di banda del bus ISA non ha importanza. Tuttavia, l'accesso agli interrupt da IRQ 9 a IRQ 15 viene fornito tramite cavi nella porzione a 16 bit dei connettori del bus. Questo è il motivo per cui la maggior parte dei modem non può essere collegata a IRQ con numeri grandi. Le linee IRQ tra dispositivi ISA non possono essere condivise.

Documento La Guida alla progettazione del sistema PC99, preparato da Intel e Microsoft, richiede categoricamente la rimozione degli slot del bus ISA dalle schede madri, quindi possiamo aspettarci che i giorni di questo bus "meritato" siano contati.

Bus con architettura MicroChannel (MCA).

Questo bus rappresentava il tentativo dell'IBM di rendere il bus ISA "più grande e migliore". Quando a metà degli anni '80 fu introdotto il processore 80386DX con bus dati a 32 bit, IBM decise di sviluppare un bus che corrispondesse a questa larghezza del bus dati. Il bus MCA era largo 32 bit e presentava numerosi vantaggi rispetto al bus ISA.

L'autobus MCA aveva alcune ottime caratteristiche considerando che è stato introdotto nel 1987, ad es. sette anni prima dell'avvento del bus PCI con capacità simili. Per certi aspetti, l’autobus MCA era semplicemente in anticipo sui tempi:

• Larghezza 32 bit: Il bus era largo 32 bit, come i bus locali VESA e PCI. Il suo rendimento era molto più elevato rispetto al bus ISA.
• Masterizzazione di autobus: Il bus MCA supportava efficacemente gli adattatori di mastering del bus, incluso l'arbitraggio corretto del bus.
• Il bus MCA ha configurato automaticamente le schede adattatore, rendendo superflui i ponticelli. Ciò è accaduto 8 anni prima che Windows 95 rendesse la tecnologia PnP generalmente accettata sui PC.

L'autobus MCA aveva un potenziale enorme. Sfortunatamente, IBM ha preso due decisioni simili che non hanno promosso l’adozione di questo autobus. Innanzitutto il bus MCA era incompatibile con il bus ISA, cioè Le schede ISA non funzionavano affatto sui PC dotati di bus MCA e il mercato dei computer è molto sensibile al problema della compatibilità con le versioni precedenti. In secondo luogo, IBM ha deciso di rendere proprio il bus MCA senza concederne l'utilizzo.

Questi due fattori, uniti al maggior costo dei sistemi bus MCA, portarono all’oblio del bus MCA. Poiché i computer PS/2 non sono più in produzione, il bus MCA è "morto" per il mercato dei PC, sebbene IBM lo utilizzi ancora nei suoi server UNIX RISC 6000. La storia dell'autobus MCA è uno dei classici esempi di come nel mondo dei computer, le questioni non tecniche spesso prevalgono su quelle tecniche.

Bus EISA (Industrial Standard Architecture) esteso

Questo bus non è mai diventato uno standard come il bus ISA e non è stato ampiamente utilizzato. In effetti, fu la risposta di Compaq al bus MCA e portò a risultati simili.

Compaq ha evitato due dei più grandi errori di IBM durante lo sviluppo del bus EISA. In primo luogo, il bus EISA era compatibile con il bus ISA e, in secondo luogo, tutti i produttori di PC potevano utilizzarlo. In generale, l'autobus EISA presentava vantaggi tecnici significativi rispetto all'autobus ISA, ma il mercato non lo accettava. Principali caratteristiche del bus EISA:

• Compatibilità bus ISA: Le carte ISA potrebbero funzionare negli slot EISA.
• Larghezza bus 32 bit: La larghezza del bus è stata aumentata a 32 bit.
• Masterizzazione di autobus: Il bus EISA supportava efficacemente gli adattatori di mastering del bus, incluso l'arbitraggio corretto del bus.
• Tecnologia Plug and Play (PnP): Il bus EISA configura automaticamente le schede adattatore in modo simile allo standard PnP dei sistemi moderni.

I sistemi basati su EISA ora si trovano talvolta nei file server di rete, ma non vengono utilizzati nei PC desktop a causa dei costi più elevati e della mancanza di un'ampia scelta di adattatori. Infine, la sua produttività è significativamente inferiore ai bus locali VESA Local Bus e PCI. Infatti, l’autobus dell’EISA è ormai prossimo alla morte.

Bus locale VESA (VLB)

Il primo è piuttosto popolare autobus locale VESA Local Bus (VL-Bus o VLB) è apparso nel 1992. L'abbreviazione VESA sta per Video Electronics Standards Association, e questa associazione è stata creata alla fine degli anni '80 per risolvere i problemi dei sistemi video nei PC. Il motivo principale dello sviluppo del bus VLB era migliorare le prestazioni dei sistemi video per PC.

Il bus VLB è un bus a 32 bit che è un'estensione diretta del bus di memoria del processore 486. Lo slot del bus VLB è uno slot ISA a 16 bit con un terzo e un quarto slot aggiunti alla fine. Il VLB funziona tipicamente a 33 MHz, sebbene su alcuni sistemi siano possibili velocità più elevate. Poiché si tratta di un'estensione del bus ISA, una scheda ISA può essere utilizzata in uno slot VLB, ma è opportuno occupare prima i normali slot ISA e lasciare un piccolo numero di slot VLB per le schede VLB, che ovviamente non funzionano negli slot ISA. L'uso di una scheda grafica VLB e di un controller I/O migliora significativamente le prestazioni del sistema rispetto a un sistema con un solo bus ISA.

Nonostante il bus VLB fosse molto popolare nei PC con processore 486, l'avvento del processore Pentium e del suo bus PCI locale nel 1994 portò al graduale "oblio" del bus VLB. Uno dei motivi di ciò furono gli sforzi di Intel per promuovere il bus PCI, ma c'erano anche diversi problemi tecnici associati all'implementazione del VLB. Innanzitutto, il design del bus è molto legato al processore 486 e il passaggio al Pentium ha causato problemi di compatibilità e altri problemi. In secondo luogo, il bus stesso presentava carenze tecniche: un numero limitato di schede sul bus (spesso due o anche una), problemi di sincronizzazione quando si utilizzavano più schede e mancanza di supporto per il mastering del bus e la tecnologia Plug and Play.

Ora il bus VLB è considerato obsoleto e anche le ultime schede madri con processore 486 utilizzano il bus PCI, mentre i processori Pentium utilizzano solo PCI. Tuttavia i PC con bus VLB sono economici e talvolta si possono ancora trovare.

Bus PCI (Peripheral Component Interconnect).

Il bus I/O più popolare al momento interazioni tra componenti periferici(Peripheral Component Interconnect - PCI) è stato sviluppato da Intel nel 1993. Era destinato ai sistemi di quinta e sesta generazione, ma veniva utilizzato anche nell'ultima generazione di schede madri con processore 486.

Come il bus locale VESA, il bus PCI è largo 32 bit e generalmente funziona a 33 MHz. Il vantaggio principale del PCI rispetto al bus locale VESA risiede nel chipset che controlla il bus. Il bus PCI è controllato da circuiti speciali nel chipset e il bus VLB era fondamentalmente solo un'estensione del bus del processore 486. Il bus PCI non è "legato" al processore 486 a questo riguardo e il suo chipset fornisce un controllo del bus adeguato e l'arbitraggio del bus, consentendo al PCI di fare molto di più di quanto potrebbe fare il bus VLB. Il bus PCI viene utilizzato anche al di fuori della piattaforma PC, garantendo versatilità e riducendo i costi di sviluppo del sistema.

Nei PC moderni, il bus PCI funge da autobus interno che si collega al canale EIDE sulla scheda madre e come bus di espansione esterno, che dispone di 3-4 slot di espansione per adattatori PCI.

Il bus PCI è collegato al bus di sistema tramite uno speciale “ponte” e funziona a frequenza fissa indipendentemente dalla frequenza di clock del processore. È limitato a cinque slot di espansione, ma ciascuno di essi può essere sostituito con due dispositivi integrati nella scheda madre. Il processore può anche supportare più chip bridge. Il bus PCI è specificato in modo più rigoroso rispetto al bus VL e fornisce numerose funzionalità aggiuntive. In particolare supporta schede con tensione di alimentazione di +3,3 V e 5 V, utilizzando apposite chiavi che impediscono l'inserimento della scheda nello slot sbagliato. Successivamente verrà discusso più dettagliatamente il funzionamento del bus PCI.

Prestazioni del bus PCI

Il bus PCI ha in realtà le prestazioni più elevate tra i comuni bus I/O nei PC moderni. Ciò è dovuto a diversi fattori:

• Modalità burst: Il bus PCI può trasferire informazioni in modalità burst, dove dopo l'indirizzamento iniziale è possibile trasferire diversi set di dati in sequenza. Questa modalità è simile al bursting della cache.
• Masterizzazione di autobus: Il bus PCI supporta il mastering completo, che migliora le prestazioni.
• Opzioni di larghezza di banda elevata: La versione 2.1 delle specifiche del bus PCI consente l'espansione a 64 bit e 66 MHz, aumentando di quattro volte le prestazioni attuali. In pratica, il bus PCI a 64 bit non è stato ancora implementato nei PC (anche se è già utilizzato in alcuni server) e la velocità è attualmente limitata a 33 MHz, principalmente per problemi di compatibilità. Per qualche tempo dovrai limitarti a 32 bit e 33 MHz. Tuttavia, grazie all'AGP, le prestazioni più elevate saranno realizzate in una forma leggermente modificata.

A seconda del chipset e della scheda madre, la velocità del bus PCI può essere impostata come sincrona o asincrona. In una configurazione sincrona (utilizzata nella maggior parte dei PC), il bus PCI funziona alla metà della velocità del bus di memoria; poiché il bus della memoria generalmente funziona a 50, 60 o 66 MHz, il bus PCI funziona a 25, 30 o 33 MHz. Con una configurazione asincrona, la velocità del bus PCI può essere impostata indipendentemente dalla velocità del bus di memoria. Questo di solito viene controllato utilizzando i ponticelli sulla scheda madre o le impostazioni del BIOS. L'overclocking del bus di sistema su un PC che utilizza un bus PCI sincrono causerà l'overclocking delle periferiche PCI, causando spesso problemi di instabilità del sistema.

L'implementazione originale del bus PCI funzionava a 33 MHz, mentre la successiva specifica PCI 2.1 specificava una frequenza di 66 MHz, che corrisponde ad una velocità di trasmissione di 266 MB/s. Il bus PCI può essere configurato per larghezze di dati a 32 e 64 bit e consente schede a 32 e 64 bit, nonché la condivisione degli interrupt, utile nei sistemi ad alte prestazioni privi di linee IRQ. Dalla metà del 1995 tutti i dispositivi PC ad alta velocità comunicano tra loro tramite il bus PCI. Molto spesso viene utilizzato per controller di dischi rigidi e controller grafici, che sono montati direttamente sulla scheda madre o su schede di espansione negli slot del bus PCI.

Slot di espansione del bus PCI

Il bus PCI consente più slot di espansione rispetto al bus VLB senza causare problemi tecnici. La maggior parte dei sistemi PCI supporta 3 o 4 slot PCI e alcuni ne supportano molti di più.

Nota: Su alcuni sistemi, non tutti gli slot supportano il bus mastering. Questo è meno comune ora, ma è comunque consigliabile consultare il manuale della scheda madre.

Il bus PCI consente una maggiore varietà di schede di espansione rispetto al bus VLB. I tipi più comuni sono le schede video, gli adattatori host SCSI e le schede di rete ad alta velocità. (Anche i dischi rigidi funzionano sul bus PCI, ma di solito sono collegati direttamente alla scheda madre.) Si noti, tuttavia, che il bus PCI non implementa alcune funzioni; ad esempio, le porte seriale e parallela devono rimanere sul bus ISA. Fortunatamente anche oggi il bus ISA rimane più che sufficiente per questi dispositivi.

Interrupt interni del bus PCI

Il bus PCI utilizza il proprio sistema di interruzione interno per gestire le richieste provenienti dalle schede sul bus. Questi interrupt sono spesso chiamati "#A", "#B", "#C" e "#D" per evitare confusione con gli IRQ di sistema normalmente numerati, sebbene a volte siano anche chiamati da "#1" a "#4". Questi livelli di interruzione sono generalmente invisibili all'utente tranne che nella schermata di configurazione del BIOS PCI, dove possono essere utilizzati per controllare il funzionamento delle schede PCI.

Questi interrupt, se richiesti dalle schede negli slot, sono mappati su interrupt regolari, molto spesso su IRQ9 - IRQ12. Gli slot PCI sulla maggior parte dei sistemi possono essere mappati sulla maggior parte dei quattro IRQ comuni. Sui sistemi che dispongono di più di quattro slot PCI o che dispongono di quattro slot e un controller USB (che utilizza PCI), due o più dispositivi PCI condividono un IRQ.

Masterizzazione del bus PCI

Ricordiamo che il bus mastering è la capacità dei dispositivi sul bus PCI (diversi, ovviamente, dal chipset del sistema) di assumere il controllo del bus ed eseguire direttamente i trasferimenti. Il bus PCI è stato il primo bus che ha portato alla popolarità del bus mastering (probabilmente perché il sistema operativo e i programmi sono stati in grado di trarne vantaggio).

Il bus PCI supporta il mastering completo del bus e fornisce un mezzo di arbitraggio del bus attraverso il chipset del sistema. Il design PCI consente a più dispositivi di gestire il bus contemporaneamente e il circuito di arbitraggio garantisce che nessun dispositivo sul bus (compreso il processore!) bloccherà nessun altro dispositivo. Tuttavia, un dispositivo può utilizzare l'intera larghezza di banda del bus se nessun altro dispositivo trasmette nulla. In altre parole, il bus PCI agisce come una piccola rete locale all'interno del computer, in cui più dispositivi possono comunicare tra loro condividendo un canale di comunicazione e che è controllata dal chipset.

Tecnologia Plug and Play per bus PCI

Il bus PCI fa parte dello standard Plug and Play (PnP) sviluppato da Intel, Microsoft e molti altri. I sistemi bus PCI sono stati i primi a rendere popolare l'uso del PnP. I circuiti del chipset PCI gestiscono l'identificazione delle carte e interagiscono con il sistema operativo e il BIOS per allocare automaticamente le risorse alle carte compatibili.

Il bus PCI viene costantemente migliorato e lo sviluppo è guidato dal PCI Special Interest Group, che comprende Intel, IBM, Apple e altri. Il risultato di questi sviluppi è stato un aumento della frequenza del bus a 66 MHz e l'espansione dei dati a 64 bit . Tuttavia si stanno creando anche alternative, come l'Accelerated Graphics Port (AGP) e il bus seriale ad alta velocità FireWire (IEEE 1394). AGP è in realtà un bus PCI a 66 MHz (versione 2.1) che introduce alcuni miglioramenti rivolti ai sistemi grafici.

Un'altra iniziativa è il pneumatico PCI-X, chiamato anche "Project One" e "Future I/O". IBM, Mylex, 3Com, Adaptec, Hewlett-Packard e Compaq vogliono sviluppare una speciale versione server ad alta velocità del bus PCI. Questo bus avrà una larghezza di banda di 1 GB/s (64 bit, 133 MHz). Intel e Dell Computer non sono coinvolte in questo progetto.

Dell Computer, Hitachi, NEC, Siemens, Sun Microsystems e Intel, in risposta al Project One, hanno preso l'iniziativa di sviluppare il bus I/O di nuova generazione ( NGIO), mirante a una nuova architettura I/O per i server.

Nell'agosto 1999, sette aziende leader (Compaq, Dell, Hewlett-Packard, IBM, Intel, Microsoft, Sun Microsystems) hanno annunciato la loro intenzione di combinare le migliori idee dei bus I/O del futuro e di prossima generazione. La nuova architettura I/O aperta per i server dovrebbe fornire un throughput fino a 6 GB/s. Si prevede che il nuovo standard NGIO sarà adottato entro la fine del 2001.

Porta grafica accelerata

La necessità di aumentare la larghezza di banda tra il processore e il sistema video ha portato inizialmente allo sviluppo di un bus I/O locale nel PC, iniziando con il VESA Local Bus fino al moderno bus PCI. Questa tendenza continua, poiché la richiesta di maggiore larghezza di banda video non viene più soddisfatta nemmeno dal bus PCI con la sua larghezza di banda standard di 132 MB/s. Grafica 3D(Grafica 3D) ti consente di simulare mondi virtuali e reali sullo schermo con i più piccoli dettagli. Visualizzare texture e nascondere oggetti richiede enormi quantità di dati e la scheda grafica deve avere un accesso rapido a questi dati per mantenere elevate frequenze di aggiornamento.

Il traffico sul bus PCI diventa molto intenso nei PC moderni quando video, dischi rigidi e altre periferiche competono per l'unica larghezza di banda I/O. Per evitare la saturazione del bus PCI con informazioni video, Intel ha sviluppato una nuova interfaccia specifica per il sistema video, denominata porta grafica accelerata(Porta grafica accelerata - AGP).

La porta AGP è progettata in risposta alla crescente domanda di prestazioni video. Poiché programmi e computer utilizzano aree come l'accelerazione 3D e la riproduzione video in full-motion, il processore e il chipset video devono elaborare sempre più informazioni. In tali applicazioni il bus PCI ha raggiunto il suo limite, soprattutto perché viene utilizzato anche da dischi rigidi e altri dispositivi periferici.

Inoltre, è necessaria sempre più memoria video. La grafica tridimensionale richiede più memoria, non solo per l'immagine sullo schermo, ma anche per i calcoli. Tradizionalmente questo problema viene risolto inserendo sempre più memoria sulla scheda video, ma ciò pone due problemi:

• Prezzo: La memoria video è più costosa della normale memoria RAM.
• Capacità limitata: La capacità di memoria di una scheda video è limitata: se si caricano 6 MB sulla scheda e sono necessari 4 MB per il frame buffer, rimangono solo 2 MB per l'elaborazione. Questa memoria non è facile da espandere e non può essere utilizzata per nient'altro a meno che non sia necessaria l'elaborazione video.

AGP risolve questi problemi consentendo al processore video di accedere alla memoria principale del sistema per eseguire calcoli. Questa tecnica è molto più efficiente perché questa memoria può essere condivisa dinamicamente tra il processore di sistema e il processore video a seconda delle esigenze del sistema.

L'idea alla base dell'implementazione dell'AGP è piuttosto semplice: creare un'interfaccia veloce e specializzata tra il chipset video e il processore del sistema. L'interfaccia è implementata solo tra questi due dispositivi, il che offre tre vantaggi principali: è più semplice implementare la porta, è più semplice aumentare la velocità AGP e nell'interfaccia possono essere introdotti miglioramenti specifici del video. Il chipset AGP funge da intermediario tra processore, cache L2 Pentium II, memoria di sistema, scheda video e bus PCI, implementando il cosiddetto porto quadruplo(Quad Porta).

AGP è considerata una porta, non un bus, poiché collega solo due dispositivi (il processore e la scheda video) e non consente l'espansione. Uno dei principali vantaggi di AGP è che isola il sistema video dal resto dei componenti del PC, eliminando la concorrenza per la larghezza di banda. Poiché la scheda grafica viene rimossa dal bus PCI, gli altri dispositivi possono funzionare più velocemente. Per AGP, la scheda madre dispone di una presa speciale, simile alla presa del bus PCI, ma situata in una posizione diversa sulla scheda. Nella figura seguente si possono vedere due socket del bus ISA (neri), quindi due socket del bus PCI (bianchi) e un socket ADP (marrone).

AGP è apparso alla fine del 1997 ed è stato il primo ad essere supportato dal chipset 440LX Pentium II. L'anno successivo apparvero i chipset AGP di altre società. Per ulteriori informazioni su AGP, consultare il sito Web http://developer.intel.com/technology/agp/.

Interfaccia AGP

L'interfaccia AGP è simile sotto molti aspetti al bus PCI. Lo slot stesso ha la stessa forma fisica e dimensioni, ma è più spostato dal bordo della scheda madre rispetto agli slot PCI. La specifica AGP in realtà si basa sulla specifica PCI 2.1, che consente velocità di 66 MHz, ma questa velocità non è implementata nel PC. Le schede madri AGP hanno uno slot di espansione per una scheda video AGP e uno slot PCI in meno, ma per il resto sono simili alle schede madri PCI.

Larghezza, velocità e larghezza di banda del bus

Il bus AGP è largo 32 bit, proprio come il bus PCI, ma invece di funzionare a metà della velocità del bus di memoria come fa il PCI, funziona alla massima velocità. Ad esempio, su una scheda madre Pentium II standard, il bus AGP funziona a 66 MHz invece del bus PCI a 33 MHz. Questo raddoppia immediatamente la larghezza di banda della porta - invece del limite di 132 MB/s per PCI, la porta AGP ha una larghezza di banda di 264 MB/s nella modalità a velocità più bassa. Inoltre, non condivide alcuna larghezza di banda con altri dispositivi bus PCI.

Oltre a raddoppiare la velocità del bus, AGP definisce una modalità 2X, che utilizza segnali speciali per consentire la trasmissione del doppio dei dati attraverso la porta alla stessa frequenza di clock. In questa modalità, le informazioni vengono trasmesse sui fronti di salita e di discesa del segnale di sincronizzazione. Mentre il bus PCI trasmette i dati solo su un lato, l'AGP trasmette i dati su entrambi i lati. Di conseguenza, le prestazioni raddoppiano ulteriormente e raggiungono teoricamente i 528 MB/s. Si prevede inoltre di attuare il regime 4X, in cui vengono effettuati quattro trasferimenti in ogni ciclo di clock, che aumenterà le prestazioni a 1056 MB / s.

Naturalmente tutto questo è impressionante e la larghezza di banda di 1 GB/s è molto buona per una scheda video, ma c'è un problema: un PC moderno ha diversi bus. Ricordiamo che i processori di classe Pentium hanno una larghezza del bus dati di 64 bit e funzionano a 66 MHz, che fornisce un throughput teorico di 524 MB/s, quindi la larghezza di banda di 1 GB/s non fornisce un guadagno significativo a meno che la velocità del bus dati non venga aumentata oltre i 66 MHz. Le nuove schede madri hanno aumentato la velocità del bus di sistema a 100 MHz, il che aumenta il throughput a 800 MB/s, ma questo non è sufficiente a giustificare i trasferimenti di modalità 4X.

Inoltre, il processore deve accedere alla memoria di sistema, non solo al sistema video. Se l'intera larghezza di banda del sistema di 524 MB/s è occupata da video tramite AGP, cosa può fare il processore? In questo caso, il passaggio a una velocità di sistema di 100 MHz fornirà alcuni vantaggi.

Pipeline video della porta AGP

Uno dei vantaggi di AGP è la sua capacità di convogliare le richieste di dati. Il pipelining è stato utilizzato per la prima volta nei processori moderni come un modo per migliorare le prestazioni sovrapponendo blocchi sequenziali di attività. Grazie ad AGP, il chipset video può utilizzare una tecnica simile quando richiede informazioni dalla memoria, il che migliora notevolmente le prestazioni.

Accesso AGP alla memoria di sistema

La caratteristica più importante di AGP è la capacità di condividere la memoria principale del sistema con il chipset video. Ciò consente al sistema video di accedere a più memoria per la grafica 3D e altre elaborazioni senza richiedere grandi quantità di memoria video sulla scheda video. La memoria sulla scheda video è condivisa tra il frame buffer e altri usi. Poiché il framebuffer richiede memoria veloce e costosa come la VRAM, la maggior parte delle schede Tutto la memoria viene eseguita nella VRAM, sebbene ciò sia richiesto per aree di memoria diverse dal framebuffer.

Tieni presente che AGP Non si riferisce all'architettura di memoria unificata (UMA). In questa architettura Tutto La memoria della scheda video, incluso il frame buffer, viene prelevata dalla memoria principale del sistema. In AGP il frame buffer rimane sulla scheda video, dove si trova. Il frame buffer è il componente più importante della memoria video e richiede le massime prestazioni, quindi ha più senso lasciarlo sulla scheda video e utilizzare la VRAM per questo.

AGP consente al processore video di accedere alla memoria di sistema per altre attività ad uso intensivo di memoria, come la texturizzazione e altre operazioni di grafica 3D. Questa memoria non è critica quanto il frame buffer, che consente alle schede video di essere più economiche riducendo la capacità di memoria VRAM. Viene chiamato l'accesso alla memoria di sistema esecuzione diretta dalla memoria(Esecuzione diretta della memoria - DIME). Un dispositivo speciale chiamato tabella di rimappatura dell'apertura grafica(Graphics Aperture Remapping Table - GART), opera sugli indirizzi RAM in modo tale che possano essere distribuiti nella memoria di sistema in piccoli blocchi, anziché in una grande sezione, e li fornisce alla scheda video come se fosse parte della memoria video . Una rappresentazione visiva delle funzioni AGP è data dalla figura seguente:

Requisiti dell'AGP

Per utilizzare AGP in un sistema, è necessario soddisfare diversi requisiti:

• Disponibilità della scheda video AGP: Questo requisito è abbastanza ovvio.
• Disponibilità di una scheda madre con chipset AGP: Naturalmente il chipset sulla scheda madre deve supportare AGP.
• Supporto del sistema operativo: Il sistema operativo deve supportare la nuova interfaccia utilizzando i propri driver e routine interni.
• Supporto conducente: Naturalmente, la scheda video richiede driver speciali per supportare AGP e sfruttare le sue caratteristiche speciali, come 3X.

Nuovi bus seriali

Da 20 anni molti dispositivi periferici sono collegati alle stesse porte parallele e seriali apparse sul primo PC e, ad eccezione dello standard Plug and Play, la “tecnologia I/O” è cambiata poco dal 1081. Tuttavia, verso la fine degli anni '90 del secolo scorso, gli utenti iniziarono sempre più a sentire i limiti delle porte parallele e seriali standard:

• Larghezza di banda: Le porte seriali hanno una velocità di trasmissione massima di 115,2 Kb/s e le porte parallele (a seconda del tipo) di circa 500 Kb/s. Tuttavia, dispositivi come le videocamere digitali richiedono una larghezza di banda notevolmente maggiore.
• Facilità d'uso: Collegare i dispositivi alle vecchie porte è molto scomodo, soprattutto tramite adattatori per porta parallela. Inoltre tutte le porte si trovano sul retro del PC.
• Risorse hardware: Ciascuna porta richiede la propria linea IRQ. Il PC ha solo 16 linee IRQ, la maggior parte delle quali sono già occupate. Alcuni PC dispongono solo di cinque linee IRQ libere per il collegamento di nuovi dispositivi.
• Numero limitato di porte: Molti PC dispongono di due porte COM seriali e di una porta LPT parallela. È possibile aggiungere più porte ma al costo dell'utilizzo di preziose linee IRQ.

Negli ultimi anni, la tecnologia I/O è diventata una delle aree più dinamiche dello sviluppo di PC desktop e sono stati sviluppati due standard di dati seriali che hanno notevolmente cambiato il modo in cui i dispositivi periferici sono collegati e hanno portato il concetto di plug and play a un nuovo livello. altezza. Grazie ai nuovi standard, qualsiasi utente potrà collegare in pochi secondi un numero quasi illimitato di dispositivi al PC, senza possedere particolari conoscenze tecniche.

Bus seriale universale

Sviluppato da Compaq, Digital, IBM, Intel, Microsoft, NEC e Northern Telecom bus seriale universale(Universal Serial Bus - USB) fornisce un nuovo connettore per collegare tutti i comuni dispositivi I/O, eliminando molte delle porte e dei connettori odierni.

Il bus USB consente la connessione fino a 127 dispositivi utilizzando collegamento a margherita(collegamento a margherita) o utilizzare Hub USB(hub USB). L'hub stesso, o centro, dispone di più prese e viene inserito in un PC o altro dispositivo. Ciascun hub USB può collegare sette dispositivi periferici. Tra questi può esserci un secondo hub, al quale possono essere collegati altri sette dispositivi periferici, ecc. Il bus USB trasporta anche un'alimentazione di +5 V insieme ai segnali dati, quindi i piccoli dispositivi come gli scanner portatili potrebbero non avere una propria alimentazione.

I dispositivi si collegano direttamente alla presa a 4 poli del PC o dell'hub come presa rettangolare di tipo A. Tutti i cavi collegati in modo permanente al dispositivo hanno una spina di tipo A. I dispositivi che utilizzano un cavo separato hanno una presa quadrata di tipo B. e il cavo che li collega ha una spina di tipo A o di tipo B.

Il bus USB elimina le limitazioni di velocità delle porte seriali basate su UART. Funziona a 12 Mbps, che è compatibile con le tecnologie di rete Ethernet e Token Ring e fornisce una larghezza di banda sufficiente per tutti i moderni dispositivi periferici. Ad esempio, il bus USB ha una larghezza di banda sufficiente per supportare dispositivi come unità CD-ROM esterne e unità a nastro, nonché le interfacce ISDN dei feature phone. È inoltre sufficiente inviare segnali audio digitali direttamente agli altoparlanti dotati di convertitori digitale-analogico, eliminando la necessità di una scheda audio. Tuttavia, il bus USB non è destinato a sostituire le reti. Per ottenere un costo accettabile, la distanza tra i dispositivi è limitata a 5 m. Per i dispositivi lenti come tastiere e mouse, la velocità di trasferimento dati può essere impostata su 1,5 Mbps, risparmiando larghezza di banda per dispositivi più veloci.

Il bus USB supporta pienamente la tecnologia Plug and Play. Elimina la necessità di installare schede di espansione all'interno del PC e successivamente riconfigurare il sistema. Il bus consente di connettere, configurare, utilizzare e, se necessario, disconnettere le periferiche mentre il PC e altri dispositivi sono in funzione. Non è necessario installare driver, selezionare porte seriali e parallele o definire linee IRQ, canali DMA e indirizzi I/O. Tutto ciò si ottiene controllando i dispositivi periferici utilizzando un controller host sulla scheda madre o sulla scheda PCI. Il controller host e i controller slave negli hub controllano i dispositivi periferici, riducendo il carico del processore e migliorando le prestazioni complessive del sistema. Il controller host stesso è controllato dal software di sistema all'interno del sistema operativo.

I dati vengono trasmessi su un canale bidirezionale controllato dal controller host e dai controller hub slave. Il miglioramento del mastering del bus consente di riservare permanentemente porzioni della larghezza di banda totale a periferiche specifiche; questo metodo si chiama trasmissione dati isocrona(trasferimento dati isocrono). L'interfaccia bus USB contiene due moduli principali: macchina con interfaccia seriale(Serial Interface Engine - SIE), responsabile del protocollo bus, e mozzo principale(Root Hub), utilizzato per espandere il numero di porte bus USB.

Il bus USB assegna 500 mA a ciascuna porta. Grazie a questo, i dispositivi a basso consumo che normalmente richiederebbero un adattatore CA separato possono essere alimentati tramite cavo: l'USB consente al PC di rilevare automaticamente la potenza richiesta e di fornirla al dispositivo. Gli hub accettano la piena potenza dal bus USB (alimentato dal bus), ma possono avere il proprio convertitore CA. Gli hub autoalimentati che erogano 500 mA per porta offrono la massima flessibilità per i dispositivi futuri. Gli hub di commutazione delle porte isolano tutte le porte l'una dall'altra, in modo che quella in cortocircuito non interrompa il funzionamento delle altre.

Il bus USB promette un PC con un'unica porta USB invece degli attuali quattro o cinque connettori diversi. Puoi collegare ad esso un dispositivo grande e potente, come un monitor o una stampante, che fungerà da hub, fornendo connettività ad altri dispositivi più piccoli, come mouse, tastiera, modem, scanner, fotocamera digitale, ecc. Tuttavia, ciò richiederà lo sviluppo di driver di dispositivo speciali. Tuttavia, questa configurazione del PC presenta degli svantaggi. Alcuni esperti ritengono che l'architettura USB sia piuttosto complessa e che la necessità di supportare molti tipi diversi di dispositivi periferici richieda lo sviluppo di un'intera serie di protocolli. Altri ritengono che il principio dell'hub trasferisca semplicemente i costi e la complessità dall'unità di sistema alla tastiera o al monitor. Ma l'ostacolo principale al successo dell'USB è lo standard FireWire IEEE 1394.

Bus FireWire IEEE 1394

Questo standard di bus periferico ad alta velocità è stato sviluppato da Apple Computer, Texas Instruments e Sony. È stato progettato come complemento al bus USB, non come alternativa ad esso, poiché entrambi i bus possono essere utilizzati nello stesso sistema, in modo simile alle moderne porte parallele e seriali. Tuttavia, i grandi produttori di fotocamere e stampanti digitali sono più interessati al bus IEEE 1394 che al bus USB perché le fotocamere digitali sono più adatte alla presa 1394 piuttosto che alla porta USB.

IEEE 1394 (comunemente chiamato FireWire) è molto simile all'USB, anch'esso un bus seriale hot-swap, ma molto più veloce. IEEE 1394 ha due livelli di interfaccia: uno per il bus sulla scheda madre del computer e uno per l'interfaccia punto a punto tra la periferica e il computer tramite un cavo seriale. Un semplice ponte collega questi due livelli. L'interfaccia del bus supporta velocità di trasferimento dati di 12,5, 25 o 50 MB/s e l'interfaccia del cavo supporta 100, 200 e 400 MB/s, che è molto più veloce della velocità del bus USB di 1,5 MB/s o 12 MB/s . La specifica 1394b definisce altri modi per codificare e trasmettere dati, consentendo alla velocità di aumentare fino a 800 Mb/s, 1,6 Gb/s o più. Questa alta velocità consente di utilizzare IEEE 1394 per collegare fotocamere digitali, stampanti, televisori, schede di rete e dispositivi di archiviazione esterni ai PC.

I connettori dei cavi IEEE 1394 sono progettati in modo che i contatti elettrici siano contenuti all'interno del corpo del connettore, il che impedisce la possibilità di scosse elettriche per l'utente e di contaminazione dei contatti da parte delle mani dell'utente. Questi connettori sono piccoli e comodi, simili al connettore da gioco Nintendo GameBoy, che ha dimostrato di avere un'eccellente durata. Inoltre, questi connettori possono essere collegati alla cieca sul retro del PC. Non sono necessari dispositivi terminali (terminatori) né l'installazione manuale di identificatori.

Il bus IEEE 1394 è progettato per un cavo a 6 fili lungo fino a 4,5 m, che contiene due coppie di conduttori per la trasmissione dei dati e una coppia per l'alimentazione del dispositivo. Ciascuna coppia di segnali è schermata e anche l'intero cavo è schermato. Il cavo consente tensioni da 8 V a 400 V e correnti fino a 1,5 A e mantiene la continuità fisica del dispositivo quando il dispositivo è spento o guasto (cosa molto importante per una topologia in serie). Il cavo fornisce alimentazione ai dispositivi collegati al bus. Con la maturazione dello standard, ci si aspetta che il bus fornisca distanze più lunghe senza ripetitori e un throughput ancora maggiore.

La base di qualsiasi connessione IEEE 1394 è un chip del livello fisico e un chip del livello di comunicazione e il dispositivo richiede due chip. L'interfaccia fisica (PHY) di un dispositivo si collega al PHY di un altro dispositivo. Contiene i circuiti necessari per eseguire le funzioni di arbitraggio e inizializzazione. L'interfaccia di comunicazione collega il PHY e i circuiti interni del dispositivo. Trasmette e riceve pacchetti in formato IEEE 1394 e supporta trasferimenti di dati asincroni o isocroni. La capacità di supportare formati asincroni e isocroni nella stessa interfaccia consente l'esecuzione sul bus di applicazioni non critiche in termini di tempo come scanner o stampanti, nonché di applicazioni in tempo reale come video e audio. Tutti i chip del livello fisico utilizzano la stessa tecnologia, mentre i chip del livello di comunicazione sono specifici per ciascun dispositivo. Questo approccio consente al bus IEEE 1394 di agire come un sistema peer-to-peer, in contrapposizione all'approccio client-server del bus USB. Di conseguenza, il sistema IEEE 1394 non richiede né un host di servizio né un PC.

Il trasferimento asincrono è il modo tradizionale di trasferire dati tra computer e dispositivi periferici. Qui i dati vengono trasmessi in una direzione e sono accompagnati da una successiva conferma alla fonte. Il trasferimento asincrono dei dati enfatizza la consegna piuttosto che le prestazioni. Il trasferimento dei dati è garantito e sono supportate le ritrasmissioni. Il trasferimento dati isocrono trasmette i dati a una velocità predeterminata in modo che l'applicazione possa elaborarli in base ai tempi. Ciò è particolarmente importante per i dati multimediali critici in termini di tempo, dove la consegna just-in-time elimina la necessità di costosi buffering. I trasferimenti di dati isocroni funzionano secondo il principio della trasmissione, in cui uno o più dispositivi possono "ascoltare" i dati trasmessi. Il bus IEEE 1394 può trasmettere simultaneamente più canali (fino a 63) di dati isocroni. Poiché i trasferimenti isocroni possono occupare al massimo l'80% della larghezza di banda del bus, rimane larghezza di banda sufficiente per ulteriori trasferimenti asincroni.

L'architettura bus scalabile e la topologia flessibile di IEEE 1394 lo rendono ideale per il collegamento di dispositivi ad alta velocità, da computer e dischi rigidi ad apparecchiature audio e video digitali. I dispositivi possono essere collegati in una catena a margherita o in una topologia ad albero. La figura a sinistra mostra due aree di lavoro separate collegate da un ponte bus IEEE 1394. L'area di lavoro n. 1 è composta da una videocamera, un PC e un videoregistratore, tutti collegati tramite IEEE 1394. Il PC è inoltre collegato fisicamente a un computer. stampante remota tramite un ripetitore 1394, che aumenta la distanza tra i dispositivi amplificando i segnali del bus. Su un bus IEEE 1394 sono consentiti fino a 16 hop tra due dispositivi qualsiasi. Uno splitter 1394 viene utilizzato tra il bridge e la stampante per fornire un'altra porta per il collegamento di un bridge bus IEEE 1394. Gli splitter forniscono agli utenti una maggiore flessibilità della topologia.

L'area di lavoro n. 2 contiene solo il PC e la stampante sul segmento bus 1394, nonché un collegamento al ponte bus. Un bridge isola il traffico dati all'interno di ogni spazio di lavoro. I ponti bus IEEE 1394 consentono il trasferimento dei dati selezionati da un segmento bus all'altro. Pertanto, il PC n. 2 può richiedere immagini dal videoregistratore nell'area di lavoro n. 1. Poiché anche il cavo bus trasporta l'alimentazione, l'interfaccia del segnale PHY è sempre alimentata e i dati vengono trasferiti anche se il PC n. 1 è spento.

Ciascun segmento del bus IEEE 1394 consente la connessione di un massimo di 63 dispositivi. Ora ogni dispositivo può essere posizionato fino a una distanza di 4,5 m; sono possibili lunghe distanze sia con che senza ripetitori. I miglioramenti dei cavi consentiranno di trasportare i dispositivi su distanze più lunghe. I ponti possono collegare oltre 1.000 segmenti, offrendo un notevole potenziale di espansione. Un altro vantaggio è la possibilità di eseguire transazioni a velocità diverse su un unico mezzo per dispositivo. Ad esempio, alcuni dispositivi possono funzionare a 100 Mbps, mentre altri possono funzionare a 200 Mbps e 400 Mbps. L'hot swap (connessione o disconnessione dei dispositivi) sul bus è consentito anche quando il bus è pienamente operativo. Le modifiche alla topologia del bus vengono rilevate automaticamente. Ciò elimina la necessità di commutazioni di indirizzo e altri interventi da parte dell'utente per riconfigurare il bus.

Grazie alla tecnologia di trasferimento dei pacchetti, il bus IEEE 1394 può essere organizzato come se lo spazio di memoria fosse distribuito tra i dispositivi o come se i dispositivi si trovassero negli slot della scheda madre. L'indirizzo del dispositivo è composto da 64 bit, di cui 10 bit allocati per l'ID di rete, 6 bit per l'ID del nodo e 48 bit per gli indirizzi di memoria. In questo modo è possibile indirizzare 1023 reti da 63 nodi, ciascuna con 281 TB di memoria. L'indirizzamento della memoria anziché dei canali tratta le risorse come registri o memoria a cui è possibile accedere utilizzando transazioni memoria-processore. Tutto ciò prevede una semplice organizzazione della rete; ad esempio, una fotocamera digitale può trasferire facilmente le immagini direttamente a una stampante digitale senza un computer intermediario. Il bus IEEE 1394 dimostra che il PC sta perdendo il suo ruolo dominante nella connessione dell'ambiente e può essere considerato un nodo molto intelligente.

La necessità di utilizzare due chip invece di uno rende le periferiche IEEE 1394 più costose delle periferiche SCSI, IDE o USB, rendendole inadatte a dispositivi lenti. Tuttavia, i suoi vantaggi per le applicazioni ad alta velocità come l'editing video digitale rendono IEEE 1394 l'interfaccia principale per l'elettronica di consumo.

Nonostante i vantaggi del bus IEEE 1394 e la comparsa nel 2000 di schede madri con controller integrati per questo bus, il futuro successo del FireWire non è garantito. L'avvento della specifica USB 2.0 ha complicato notevolmente la situazione.

Specifica USB 2.0

Compaq, Hewlett-Packard, Intel, Lucent, Microsoft, NEC e Philips hanno preso parte allo sviluppo di questa specifica, volta a supportare i dispositivi periferici ad alta velocità. Nel febbraio 1999 furono annunciati miglioramenti delle prestazioni da 10 a 20 volte e nel settembre 1999 studi di ingegneria aumentarono le stime da 30 a 40 volte rispetto a USB 1.1. Si teme che con tali prestazioni il bus USB "seppellirà" per sempre il bus IEEE 1394. Tuttavia, il consenso generale è che i due bus sono orientati verso applicazioni diverse. L'obiettivo di USB 2.0 è fornire supporto per tutte le periferiche PC più diffuse attuali e future, mentre IEEE 1394 mira a connettere dispositivi audio e video di consumo come videoregistratori digitali, DVD e televisori digitali.

Secondo USB 2.0 la velocità di trasmissione aumenta da 12 Mb/s a 360-480 Mb/s. Si prevede che USB 2.0 sia compatibile con USB 1.1, offrendo agli utenti una transizione senza problemi al nuovo bus. Verranno sviluppate nuove periferiche ad alta velocità che amplieranno la gamma di applicazioni per PC. Velocità di 12 MB/s sono sufficienti per dispositivi come telefoni, fotocamere digitali, tastiere, mouse, joystick digitali, unità a nastro, unità floppy, altoparlanti digitali, scanner e stampanti. La maggiore larghezza di banda di USB 2.0 amplierà la funzionalità dei dispositivi periferici, fornendo supporto per fotocamere ad alta definizione per videoconferenze, nonché scanner ad alta velocità e stampanti di prossima generazione.

Le periferiche USB esistenti funzioneranno invariate in un sistema USB 2.0. Dispositivi come tastiere e mouse non richiedono la maggiore larghezza di banda di USB 2.0 e funzioneranno come dispositivi USB 1.1. La maggiore larghezza di banda di USB 2.0 amplierà la gamma di dispositivi periferici che possono essere collegati a un PC e consentirà inoltre a più dispositivi USB di condividere la larghezza di banda del bus disponibile, fino ai limiti architettonici del bus USB. La retrocompatibilità di USB 2.0 con USB 1.1 potrebbe rappresentare un vantaggio decisivo nella lotta contro il bus IEEE 1394 per l'interfaccia dei dispositivi consumer.

Standard DeviceBay

Alloggiamento del dispositivoè un nuovo standard che fa seguito agli standard IEEE 1394 e bus USB. Questi bus consentono di connettere e disconnettere i dispositivi al volo, ad es. durante il funzionamento del PC. Tale opportunità scambio a caldo(hot swap, hot plug) richiedeva una nuova connessione speciale tra i dispositivi e lo standard DeviceBay è diventato la risposta a questa esigenza. Standardizza gli alloggiamenti in cui è possibile inserire dischi rigidi, unità CD-ROM e altri dispositivi. Il telaio di montaggio viene installato senza attrezzi e durante il funzionamento del PC. Se lo standard DeviceBay si diffondesse, eliminerebbe i cavi piatti all'interno dei case dei PC. L'intero PC può essere progettato come un design modulare, in cui tutti i moduli sono collegati ai bus USB o FireWire come dispositivi DeviceBay. In questo caso il dispositivo può essere spostato liberamente tra il PC e gli altri dispositivi domestici.

Lo standard DeviceBay è progettato per collegare dispositivi come unità Zip, unità CD-ROM, unità a nastro, modem, dischi rigidi, lettori di schede PC, ecc.

Il VESA Local Bus, o VLB (VESA Local Bus), è stato sviluppato dalla Video Electronics Standard Association (VESA), fondata all'inizio degli anni '80. La necessità di creare VLB è stata causata dal fatto che la trasmissione dei dati video sul bus ISA era troppo lenta. Tuttavia, il VLB non è attualmente utilizzato.

Il bus locale VLB non è un nuovo dispositivo sulla scheda madre, bensì un'estensione del bus video ISA. Lo scambio di informazioni con la CPU viene effettuato sotto il controllo dei controller posizionati sulle schede installate nello slot VLB, bypassando direttamente il bus I/O standard. Il bus VLB è a 32 bit e funziona alla velocità di clock del processore. Inoltre la trasmissione dei dati su questo bus è impossibile senza l'utilizzo delle linee del bus ISA, che trasportano segnali di indirizzo e di controllo già noti.

Secondo le specifiche VESA, la velocità del clock del bus locale non deve superare i 40 MHz. Per la maggior parte delle schede madri con processore da 50 MHz, di solito non ci sono problemi e, di norma, queste schede madri sono dotate di due slot VLB.

La scheda VLB si era appena affermata sul mercato quando apparve il nuovo bus PCI (Peripheral Component Interconnect). È stato sviluppato da Intel per il suo nuovo processore Pentium ad alte prestazioni. Il bus PC1, a differenza dell'EISA e del VLB, non è un ulteriore sviluppo del bus ISA, ma un bus completamente nuovo.

Nelle moderne schede madri, la frequenza di clock del bus PC1 è impostata sulla metà della frequenza di clock del bus di sistema, ovvero con una frequenza di clock del bus di sistema di 66 MHz, il bus PC1 funzionerà a una frequenza di 33 MHz e con una frequenza del bus di sistema di 100 MHz - 50 MHz.

Il principio fondamentale alla base del bus PC1 è l'utilizzo dei cosiddetti bridge, che comunicano tra il bus PC1 e altri bus (ad esempio PCI to ISA Bridge).

Una caratteristica importante del bus PC1 è che implementa il principio Bus Mastering, che implica la capacità di un dispositivo esterno di controllare il bus durante l'invio di dati (senza la partecipazione della CPU). Durante il trasferimento delle informazioni, un dispositivo che supporta il Bus Mastering prende il controllo del bus e diventa il master. Con questo approccio, il processore centrale è libero di eseguire altre attività mentre avviene il trasferimento dei dati.

In relazione ai dispositivi IDE (ad esempio disco rigido, CD-ROM), Bus Mastering IDE significa la presenza di determinati circuiti sulla scheda madre che consentono il trasferimento dei dati dal disco rigido per bypassare la CPU. Ciò è particolarmente importante quando si utilizzano sistemi operativi multitasking come Windows.

Attualmente il bus PC1 è diventato lo standard de facto tra i bus I/O. Pertanto, diamo un’occhiata alla sua architettura (Fig. 5.3) un po’ più in dettaglio.

Qual è il segreto della marcia vittoriosa del bus PC1 nel mondo dei PC? Puoi rispondere in questo modo.

Il bus PC1 utilizza un metodo di trasferimento dati completamente diverso dal bus ISA. Questo metodo, chiamato "metodo dell'handshake", prevede che nel sistema siano definiti due dispositivi: un iniziatore (Initiator) e un esecutore (Target). Quando il dispositivo iniziante è pronto a trasmettere, inserisce i dati sulla linea dati e li accompagna con il segnale corrispondente (Indicator Ready), mentre il dispositivo esecutore (slave) scrive i dati nei suoi registri e invia un segnale Target Ready, confermando la registrazione di dati e disponibilità a ricevere quello successivo. L'installazione di tutti i segnali, nonché la lettura/scrittura dei dati, viene eseguita rigorosamente in conformità con gli impulsi del clock del bus, la cui frequenza è di 33 MHz (segnale CLK).

Il vantaggio principale della tecnologia PCI è la relativa indipendenza dei singoli componenti del sistema. Secondo il concetto PCI, la trasmissione di un pacchetto dati non viene controllata dalla CPU, ma da un bridge collegato tra questa e il bus PCI (Host Bridge Cashe/DRAM Controller). Il processore può continuare a funzionare mentre i dati vengono scritti nella RAM (o letti) o durante lo scambio di dati tra due componenti qualsiasi del sistema.

Secondo la specifica PCI 1.0, il bus PCI è a 32 bit e PCI 2.0 è a 64 bit. Pertanto la larghezza di banda del bus è rispettivamente di 33 MHz - (32 bit: 8) = 132 MB/s e 33 MHz -

- (64 bit: 8) = 64 MB/s.

Il bus PCI è universale. Poiché il bus di sistema e il bus PCI sono collegati tramite il bridge principale (Host-Bridge), quest'ultimo è un dispositivo indipendente e può essere utilizzato indipendentemente dal tipo di CPU.

Riso. 5.3. Architettura del bus PCI

Secondo la specifica PC1 5.0, la larghezza del bus è aumentata a 64 bit, gli slot PC1 hanno contatti aggiuntivi che vengono alimentati con una tensione di 3,3 V. La maggior parte dei chip PC moderni funziona con questa tensione.

Il sistema PC1 utilizza il principio del time multiplexing, ovvero quando le stesse linee vengono utilizzate per trasmettere dati e indirizzi.

Una proprietà importante del bus PC1 è la sua intelligenza, ovvero è in grado di riconoscere l'hardware e analizzare le configurazioni del sistema secondo la tecnologia Plug&Play sviluppata da Intel Corporation.

Autobus MCA

Il bus MCA (MicroChannel Architecture) - architettura a microcanali - è stato introdotto per far dispetto alla concorrenza da IBM per i suoi computer PS/2 a partire dal modello 50 nel 1987. Fornisce un rapido scambio di dati tra i singoli dispositivi, in particolare con la RAM. Il bus MCA è completamente incompatibile con ISA/EISA e altri adattatori. La composizione dei segnali di controllo, del protocollo e dell'architettura sono orientati al funzionamento asincrono del bus e del processore, eliminando il problema della corrispondenza delle velocità del processore e dei dispositivi periferici. Gli adattatori MCA utilizzano ampiamente il Bus-Mastering, tutte le richieste passano attraverso il dispositivo CACP (Central Arbitration Control Point). L'architettura consente a tutti i dispositivi di essere configurati in modo efficiente e automatico tramite software (non sono presenti switch in MCA PS/2).

Nonostante tutta la progressività dell'architettura (rispetto all'ISA), il bus MCA non è popolare a causa della ristretta gamma di produttori di dispositivi MCA e della loro completa incompatibilità con i sistemi ISA prodotti in serie. Tuttavia, MCA trova ancora applicazione in potenti file server dove sono richieste prestazioni I/O altamente affidabili.

Autobus locale VLB

Lo standard per bus locale VLB (VESA Local Bus, VESA - Video Equipment Standard Association) è stato sviluppato nel 1992. Lo svantaggio principale del bus VLB è l'impossibilità di utilizzarlo con processori che hanno sostituito l'MP 80486 o che esistono in parallelo con esso (Alpha, PowerPC, ecc.).

I bus I/O ISA, MCA, EISA hanno prestazioni ridotte a causa della loro collocazione nella struttura del PC. Le applicazioni moderne (in particolare le applicazioni grafiche) richiedono aumenti significativi del throughput, che i processori moderni possono fornire. Una soluzione al problema dell'aumento del throughput era quella di utilizzare il bus locale del processore 80486 come bus per il collegamento delle periferiche. Il bus del processore veniva utilizzato come punto di connessione per le periferiche integrate nella scheda madre (controller del disco, adattatore grafico ).

VLB è un bus locale standardizzato a 32 bit, che rappresenta essenzialmente i segnali del bus di sistema del processore 486 instradati verso connettori aggiuntivi della scheda madre. Il bus è fortemente incentrato sul processore 486, sebbene possa essere utilizzato anche con processori della classe 386. Per i processori Pentium è stata adottata la specifica 2.0, in cui la larghezza del bus dati è stata aumentata a 64, ma non è stata ampiamente utilizzata. I convertitori bus hardware dei nuovi processori sul bus VLB, essendo "escrescenze" artificiali sull'architettura del bus, non hanno messo radici e VLB non ha ricevuto ulteriori sviluppi.

Strutturalmente, uno slot VLB è simile a un normale slot MCA a 16 bit, ma è un'estensione dello slot del bus ISA-16, EISA o MCA del sistema, situato dietro di esso vicino al processore. A causa della capacità di carico limitata del bus del processore, sulla scheda madre non sono installati più di tre slot VLB. La frequenza di clock massima del bus è 66 MHz, sebbene il bus funzioni in modo più affidabile a 33 MHz. Allo stesso tempo viene dichiarato un throughput di picco di 132 MB/s (33 MHz x 4 byte), ma viene raggiunto solo all'interno di un ciclo di pacchetto durante il trasferimento dei dati. In realtà, in un ciclo burst, il trasferimento di 4 x 4 = 16 byte di dati richiede 5 cicli di clock del bus, quindi anche in modalità burst il throughput è di 105,6 MB/s, e in modalità normale (ciclo per fase di indirizzo e clock per fase di dati ) - solo 66 MB /s, sebbene sia significativamente superiore a ISA. Requisiti rigorosi per le caratteristiche temporali del bus del processore sotto carico pesante (compresi i chip della cache esterna) possono portare a un funzionamento instabile: tutti e tre gli slot VLB possono essere utilizzati solo a una frequenza di 40 MHz con una scheda madre carica, possono funzionare solo 50 MHz; uno slot. Il bus, in linea di principio, consente l'utilizzo di adattatori attivi (Bus-Master), ma l'arbitraggio delle richieste spetta agli adattatori stessi. Tipicamente il bus consente l'installazione di non più di due adattatori Bus-Master, uno dei quali viene installato nello slot “Master”.

Il bus VLB veniva comunemente utilizzato per collegare l'adattatore grafico e il controller del disco. Gli adattatori LAN per VLB non vengono praticamente trovati. A volte ci sono schede madri la cui descrizione afferma che hanno una grafica integrata e un adattatore per disco con un bus VLB, ma non hanno slot VLB stessi. Ciò significa che la scheda contiene i chip degli adattatori specificati, progettati per la connessione al bus VLB.

Naturalmente un bus implicito di questo tipo non ha prestazioni inferiori a un bus con slot espliciti. Dal punto di vista dell'affidabilità e della compatibilità questo è ancora migliore, poiché i problemi di compatibilità con schede e schede madri per il bus VLB sono particolarmente acuti.

INTRODUZIONE

Un bus è un canale di trasferimento dati condiviso da diverse unità del sistema. Il bus può essere un insieme di linee conduttive incise su un circuito stampato, fili saldati ai terminali dei connettori in cui sono inseriti i circuiti stampati o un cavo piatto. I componenti di un sistema informatico sono fisicamente localizzati su uno o più circuiti stampati, e il loro numero e le loro funzioni dipendono dalla configurazione del sistema, dal suo produttore e spesso dalla generazione del microprocessore.

Le caratteristiche principali dei bus sono la profondità di bit dei dati trasmessi e la velocità di trasferimento dei dati.

Di maggiore interesse sono due tipologie di autobus: di sistema e locali.

Il bus di sistema è progettato per garantire il trasferimento dei dati tra i dispositivi periferici e il processore centrale, nonché la RAM.

Un bus locale, di regola, è un bus direttamente collegato ai pin del microprocessore, ad es. bus del processore.

1.BUS DI SISTEMA

La responsabilità principale del bus di sistema è trasferire le informazioni tra il microprocessore principale e il resto dei componenti elettronici del computer. Tramite questo bus vengono indirizzati anche i dispositivi e scambiati segnali di servizio speciali. Quindi, in modo semplificato, il bus di sistema può essere rappresentato come un insieme di linee di segnale, combinate a seconda del loro scopo (dati, indirizzi, controllo). La trasmissione delle informazioni sul bus è controllata da uno dei dispositivi ad esso collegati o da un nodo appositamente dedicato a questo scopo, chiamato arbitro del bus.

Il bus di sistema del PC IBM e dell'IBM PC/XT era progettato per trasmettere simultaneamente solo 8 bit di informazione, poiché il microprocessore 18088 utilizzato nei computer aveva 8 linee dati. Inoltre, il bus di sistema comprendeva 20 linee di indirizzo, che limitavano lo spazio degli indirizzi a 1 MB. Per funzionare con dispositivi esterni, questo bus forniva anche 4 linee di interruzione hardware (IRQ) e 4 linee per dispositivi esterni che richiedono accesso diretto alla memoria (DMA, Direct Memory Access). Per collegare le schede di espansione sono stati utilizzati speciali connettori a 62 pin. Si noti che il bus di sistema e il microprocessore sono stati sincronizzati da un unico generatore di clock con una frequenza di 4,77 MHz. Pertanto, in teoria, la velocità di trasferimento dati potrebbe raggiungere più di 4,5 MB/s.

1.1 PneumaticoÈ UN

Il bus ISA (Industry Standard Architecture) è un bus utilizzato fin dai primi modelli di PC ed è diventato uno standard industriale. I modelli PC XT utilizzavano un bus con una larghezza dati di 8 bit e una larghezza di indirizzo di 20 bit. Nei modelli AT il bus è stato ampliato a 16 bit di dati e 24 bit di indirizzo, livello che rimane anche oggi. Strutturalmente, l'autobus è realizzato sotto forma di due slot. Il sottoinsieme ISA-8 utilizza solo il primo slot da 62 pin, mentre l'ISA-16 utilizza uno slot aggiuntivo da 36 pin. Frequenza dell'orologio – 8 MHz. Velocità di trasferimento dati fino a 16 MB/s. Ha una buona immunità al rumore.

Il bus fornisce ai suoi abbonati la possibilità di mappare registri a 8 o 16 bit su I/O e spazio di memoria. L'intervallo di indirizzi di memoria disponibili è limitato dall'area UMA ( U unificato M memoria UNè un'architettura di memoria unificata), ma per il bus ISA-16, speciali opzioni di configurazione del BIOS possono anche consentire spazio nell'area compresa tra il 15° e il 16° megabyte di memoria (anche se il computer non sarà in grado di utilizzare più di 15 MB di memoria RAM). Il limite superiore dell'intervallo di indirizzi I/O è limitato dal numero di bit di indirizzo utilizzati per la decodifica; il limite inferiore è limitato dall'area degli indirizzi 0-FFh riservata ai dispositivi della scheda di sistema. Il PC adottò un indirizzamento I/O a 10 bit, in cui le linee dell'indirizzo A venivano ignorate dai dispositivi. Pertanto, l'intervallo di indirizzi dei dispositivi bus ISA è limitato all'area 100h-3FFh, ovvero a un totale di 758 indirizzi di registri a 8 bit. Alcune aree di questi indirizzi sono occupate anche dai dispositivi di sistema. Successivamente si è iniziato ad utilizzare l'indirizzamento a 12 bit (intervallo 100h-FFFh), ma nell'utilizzarlo è sempre necessario tenere conto della possibilità della presenza sul bus di vecchi adattatori a 10 bit che “rispondono” a quattro volte l'indirizzo con i corrispondenti bit A in tutta l'area consentita.

Gli abbonati al bus ISA-8 possono avere a disposizione fino a 6 linee IRQ (Interrupt Request); per ISA-16 il loro numero arriva a 11. Si noti che durante la configurazione del BIOS Setup, alcune di queste richieste possono essere selezionate dai dispositivi della scheda di sistema o dal PCI. autobus.

Gli abbonati al bus possono utilizzare fino a tre canali DMA a 8 bit ( D diretto M memoria UN ccess - accesso diretto alla memoria) e altri tre canali a 16 bit potrebbero essere disponibili sul bus a 16 bit. I segnali dei canali a 16 bit possono essere utilizzati anche per ottenere il controllo diretto del bus da parte del dispositivo Bus-Master. In questo caso, il canale DMA viene utilizzato per fornire l'arbitraggio del controllo del bus e l'adattatore Bus-Master genera tutti gli indirizzi e i segnali di controllo del bus, senza dimenticare di "dare" il controllo del bus al processore non più di dopo 15 microsecondi ( per non interrompere la rigenerazione della memoria).

Tutte le risorse del bus di sistema elencate devono essere distribuite tra gli abbonati senza conflitti. Non conflitto significa quanto segue:

Ciascun abbonato deve, durante le operazioni di lettura, controllare il bus dati (produrre informazioni) solo attraverso i suoi indirizzi o accedendo al canale DMA che utilizza. Le aree di indirizzo di lettura non devono sovrapporsi. Non è vietato “curiosare” su operazioni di scrittura non a lui indirizzate.

L'IRQx della linea di richiesta di interruzione designata deve essere mantenuto basso dall'abbonato nello stato passivo e alzato alto per attivare la richiesta. L'utente non ha il diritto di controllare le linee di richiesta non utilizzate; queste devono essere disconnesse elettricamente o collegate ad un buffer nel terzo stato. Solo un dispositivo può utilizzare una linea di richiesta. Una tale assurdità (dal punto di vista della progettazione del circuito TTL) era consentita nei primi PC e, a scapito della compatibilità, è stata replicata diligentemente per molti anni.

Il problema della distribuzione delle risorse nei vecchi adattatori è stato risolto con l'aiuto di jumper, poi sono comparsi i dispositivi definiti dal software, che sono stati praticamente sostituiti da schede PnP configurate automaticamente.

Per gli autobus ISA, diverse aziende producono schede prototipo (Protitype Card), ovvero circuiti stampati di formato intero o ridotto con staffa di montaggio. Le schede sono dotate di circuiti di interfaccia obbligatori: un buffer dati, un decodificatore di indirizzi e alcuni altri. Il resto del campo del tabellone è una “tavola cieca” su cui lo sviluppatore può posizionare una versione prototipo del suo dispositivo. Queste schede sono utili per testare la breadboard di un nuovo prodotto, nonché per montare singole copie del dispositivo quando lo sviluppo e la produzione di un circuito stampato non sono redditizi.

Con l'avvento dei processori a 32 bit, sono stati fatti tentativi per espandere la larghezza del bus, ma tutti i bus ISA a 32 bit non sono standardizzati, ad eccezione del bus EISA.

1.2 PneumaticoEISA

Con l'avvento dei microprocessori a 32 bit 80386 (versione DX) di Compaq, NEC e numerose altre società, è stato creato un bus EISA a 32 bit, completamente compatibile con ISA.

Il bus EISA (Extended ISA) è un'estensione rigorosamente standardizzata dell'ISA fino a 32 bit. Il design garantisce la compatibilità con gli adattatori ISA convenzionali. Gli stretti pin di espansione aggiuntivi si trovano tra le lamelle del connettore ISA e in basso in modo tale che l'adattatore ISA, che non dispone di slot per chiave aggiuntivi nel connettore laterale, non li raggiunga. L'installazione di schede EISA negli slot ISA non è consentita perché i suoi circuiti specifici finiranno sui pin del circuito ISA, rendendo inutilizzabile la scheda madre.

L'espansione del bus non riguarda solo l'aumento della larghezza dei dati e dell'indirizzo: le modalità EISA utilizzano segnali di controllo aggiuntivi per consentire modalità di trasferimento più efficienti. Nella modalità di trasmissione normale (non burst) possono essere trasferiti fino a 32 bit di dati per coppia di cicli di clock (un clock per fase di indirizzo, un clock per fase di dati). Le massime prestazioni del bus vengono raggiunte dalla modalità Burst, una modalità ad alta velocità per l'invio di pacchetti di dati senza indicare l'indirizzo corrente all'interno del pacchetto. All'interno di un pacchetto, i dati successivi possono essere trasmessi ad ogni ciclo di clock del bus; la lunghezza del pacchetto può raggiungere i 1024 byte. Il bus fornisce anche modalità DMA più efficienti, in cui la velocità di trasferimento può raggiungere i 33 MB/s. Le linee di richiesta di interruzione consentono l'uso condiviso e viene mantenuta la compatibilità con le schede ISA: ciascuna linea di richiesta può essere programmata sia per la sensibilità dei bordi, sia in ISA, sia a livello basso. Il bus consente a ciascuna scheda di espansione di consumare fino a 45 W di potenza, ma, di norma, nessun adattatore consuma tutta la potenza.

Ogni slot (massimo 8) e scheda di sistema può avere una risoluzione di indirizzamento I/O selettiva e linee di richiesta e riconoscimento del controllo bus separate. L'arbitraggio della richiesta viene eseguito dal dispositivo ISP (Integrated System Peripheral). Un componente obbligatorio di una scheda madre con bus EISA è la memoria di configurazione non volatile NVRAM, che memorizza informazioni sui dispositivi EISA per ciascuno slot. Il formato del record è standardizzato; una speciale utility ECU (EISA Configuration Utility) viene utilizzata per modificare le informazioni di configurazione. L'architettura consente agli adattatori definiti dal software di risolvere automaticamente i conflitti nell'utilizzo delle risorse di sistema a livello di programmazione, ma a differenza della specifica PnP, EISA non consente la riconfigurazione dinamica. Tutte le modifiche alla configurazione sono possibili solo in modalità configurazione, dopo essere usciti dalla quale è necessario riavviare il computer. L'accesso isolato alle porte I/O di ciascuna scheda durante la configurazione è fornito semplicemente: il segnale AEN, che consente la decodifica dell'indirizzo nel ciclo I/O, arriva a ciascuno slot tramite una linea AENx separata, in questo momento controllata dal software. In questo modo è anche possibile accedere separatamente alle normali schede ISA, ma ciò è inutile poiché le schede ISA non supportano lo scambio di informazioni di configurazione fornite dal bus EISA. La specifica PnP per il bus ISA è nata da alcune idee di configurazione dell'EISA (il formato del record di configurazione ESCD è molto simile alla NVRAM dell'EISA).

EISA è un'architettura costosa ma utile utilizzata nei sistemi multitasking, nei file server e ovunque sia richiesta un'espansione del bus I/O altamente efficiente.

1.3 PneumaticoM.C.A.

Il bus MCA (MicroChannel Architecture) - architettura a microcanali - è stato introdotto per far dispetto alla concorrenza da IBM per i suoi computer PS/2 a partire dal modello 50 nel 1987. Fornisce un rapido scambio di dati tra i singoli dispositivi, in particolare con la RAM. Il bus MCA è completamente incompatibile con ISA/EISA e altri adattatori. La composizione dei segnali di controllo, del protocollo e dell'architettura sono orientati al funzionamento asincrono del bus e del processore, eliminando il problema della corrispondenza delle velocità del processore e dei dispositivi periferici. Gli adattatori MCA utilizzano ampiamente il Bus-Mastering, tutte le richieste passano attraverso il dispositivo CACP (Central Arbitration Control Point). L'architettura consente a tutti i dispositivi di essere configurati in modo efficiente e automatico tramite software (non sono presenti switch in MCA PS/2).

Nonostante tutta la progressività dell'architettura (rispetto all'ISA), il bus MCA non è popolare a causa della ristretta gamma di produttori di dispositivi MCA e della loro completa incompatibilità con i sistemi ISA prodotti in serie. Tuttavia, MCA trova ancora applicazione in potenti file server dove sono richieste prestazioni I/O altamente affidabili.

2. AUTOBUS LOCALE

Gli sviluppatori di computer le cui schede madri erano basate su microprocessori 180386/486 iniziarono a utilizzare bus separati per la memoria e i dispositivi I/O, il che consentì di sfruttare al massimo le capacità della RAM, poiché è in questo caso che la memoria può funzionare alla sua massima velocità. Tuttavia, con questo approccio, l'intero sistema non può fornire prestazioni sufficienti, poiché i dispositivi collegati tramite connettori di espansione non possono raggiungere una velocità di trasferimento paragonabile a quella del processore. Ciò riguarda principalmente il lavoro con controller di archiviazione e adattatori video. Per risolvere questo problema, hanno iniziato a utilizzare i cosiddetti bus locali, che collegano direttamente il processore con i controller delle periferiche.

I primi computer IBM compatibili con PC dotati di bus locale, ovviamente, non erano standardizzati. Uno dei principali produttori di personal computer che ha aperto la strada all'implementazione di un sottosistema video con un bus locale è stato NEC Technologies. Nel 1991, questa azienda ha presentato il suo sviluppo originale Image Video.

Recentemente sono comparsi due bus locali riconosciuti come industriali: il bus VLB, proposto dalla VESA (Video Electronics Standards Association), e il PCI (Peripheral Component Interconnect), sviluppato da Intel. Entrambi questi bus sono destinati, in generale, alla stessa cosa: aumentare la velocità del computer, consentendo ai dispositivi periferici come adattatori video e controller di unità di funzionare a frequenze di clock fino a 33 MHz e superiori. Entrambi i bus utilizzano connettori MCA. Tuttavia, è qui che finisce la loro somiglianza, poiché l'obiettivo richiesto viene raggiunto con mezzi diversi.

Se il bus VL è, in effetti, un'estensione del bus del processore (ricordate il bus IBM PC/XT), allora il PCI nella sua organizzazione è più simile ai bus di sistema, ad esempio EISA, ed è uno sviluppo completamente nuovo. A rigor di termini, il PCI appartiene alla classe dei cosiddetti bus mezzanine, cioè bus "aggiuntivi", poiché esiste uno speciale chip "ponte" corrispondente tra il bus del processore locale e il PCI stesso.

2.1 PneumaticoVLB

Lo standard per bus locale VLB (VESA Local Bus, VESA – Video Equipment Standard Association) è stato sviluppato nel 1992. Lo svantaggio principale del bus VLB è l'impossibilità di utilizzarlo con processori che hanno sostituito l'MP 80486 o che esistono in parallelo con esso (Alpha, PowerPC, ecc.).

I bus I/O ISA, MCA, EISA hanno prestazioni ridotte a causa della loro collocazione nella struttura del PC. Le applicazioni moderne (in particolare le applicazioni grafiche) richiedono aumenti significativi del throughput, che i processori moderni possono fornire. Una soluzione al problema dell'aumento del throughput era utilizzare il bus locale del processore 80486 come bus per il collegamento delle periferiche. Il bus del processore veniva utilizzato come punto di connessione per le periferiche integrate nella scheda madre (controller del disco, adattatore grafico ).

VLB è un bus locale standardizzato a 32 bit, che rappresenta essenzialmente i segnali del bus di sistema del processore 486 instradati verso connettori aggiuntivi della scheda madre. Il bus è fortemente incentrato sul processore 486, sebbene possa essere utilizzato anche con processori della classe 386. Per i processori Pentium è stata adottata la specifica 2.0, in cui la larghezza del bus dati è stata aumentata a 64, ma non è stata ampiamente utilizzata. I convertitori bus hardware dei nuovi processori sul bus VLB, essendo "escrescenze" artificiali sull'architettura del bus, non hanno messo radici e VLB non ha ricevuto ulteriori sviluppi.

Strutturalmente, uno slot VLB è simile a un normale slot MCA a 16 bit, ma è un'estensione dello slot del bus ISA-16, EISA o MCA del sistema, situato dietro di esso vicino al processore. A causa della capacità di carico limitata del bus del processore, sulla scheda madre non sono installati più di tre slot VLB. La frequenza di clock massima del bus è 66 MHz, sebbene il bus funzioni in modo più affidabile a 33 MHz. Allo stesso tempo viene dichiarato un throughput di picco di 132 MB/s (33 MHz x 4 byte), ma viene raggiunto solo all'interno di un ciclo di pacchetto durante il trasferimento dei dati. In realtà, in un ciclo burst, il trasferimento di 4 x 4 = 16 byte di dati richiede 5 cicli di clock del bus, quindi anche in modalità burst il throughput è di 105,6 MB/s, e in modalità normale (ciclo per fase di indirizzo e clock per fase di dati ) - solo 66 MB /s, sebbene sia significativamente superiore a ISA. Requisiti rigorosi per le caratteristiche temporali del bus del processore sotto carico pesante (compresi i chip della cache esterna) possono portare a un funzionamento instabile: tutti e tre gli slot VLB possono essere utilizzati solo a una frequenza di 40 MHz con una scheda madre carica, possono funzionare solo 50 MHz; uno slot. Il bus, in linea di principio, consente l'utilizzo di adattatori attivi (Bus-Master), ma l'arbitraggio delle richieste spetta agli adattatori stessi. Tipicamente, un bus consente l'installazione di non più di due adattatori Bus-Master, uno dei quali è installato nello slot “Master”.

Il bus VLB veniva comunemente utilizzato per collegare l'adattatore grafico e il controller del disco. Gli adattatori LAN per VLB non vengono praticamente trovati. A volte ci sono schede madri la cui descrizione afferma che hanno una grafica integrata e un adattatore per disco con un bus VLB, ma non hanno slot VLB stessi. Ciò significa che la scheda contiene i chip degli adattatori specificati, progettati per la connessione al bus VLB. Naturalmente un bus implicito di questo tipo non ha prestazioni inferiori a un bus con slot espliciti. Dal punto di vista dell'affidabilità e della compatibilità questo è ancora migliore, poiché i problemi di compatibilità con schede e schede madri per il bus VLB sono particolarmente acuti.

2.2 PneumaticoPCI

Bus PCI (bus Peripheral Component Interconnect - interconnessione di componenti periferici) - bus per il collegamento di componenti periferici. Fu annunciato da Intel nel giugno 1992 al PC Expo.

Questo bus occupa un posto speciale nell'architettura moderna dei PC (bus mezzanino), essendo un ponte tra il bus del processore locale e il bus I/O ISA/EISA o MCA. Questo bus è stato progettato pensando ai sistemi Pentium, ma funziona bene con processori 486 e non Intel. Il bus PCI è un bus di espansione I/O ad alte prestazioni altamente standardizzato. Il PCI è un bus multiplex a 32 bit. Esiste anche la versione a 64 bit. La frequenza del bus 20-33 MHz. Lo standard PCI 2.1 consente una velocità massima teorica di 132/264 MB/s per 32/64 bit a 33 MHz e 528 MB/s a 66 MHz per collegare un adattatore (a differenza di un VLB), sulla scheda madre può coesistere con qualsiasi bus di I/O e anche con un VLB (anche se questo non è necessario).

Non possono esserci più di quattro dispositivi (slot) su un bus PCI. PCI Bus Bridge (PCI Bridge) è l'hardware per il collegamento del bus PCI ad altri bus. Host Bridge - bridge principale - viene utilizzato per collegare PCI al bus di sistema (bus o processori del processore). Peer-to-Peer Bridge - bridge peer-to-peer - viene utilizzato per collegare due bus PCI. Nelle potenti piattaforme server vengono utilizzati due o più bus PCI: bus PCI aggiuntivi consentono di aumentare il numero di dispositivi collegati.

La configurazione automatica dei dispositivi (selezione di indirizzi, richieste di interruzione) è supportata dagli strumenti BIOS ed è orientata alla tecnologia Plug and Play. Lo standard PCI definisce uno spazio di configurazione per ogni slot fino a 256 registri a otto bit che non sono assegnati né allo spazio di memoria né allo spazio I/O. Ad essi si accede tramite speciali cicli del bus Configuration Read e Configuration Write, generati dal controller quando il processore accede ai registri del controller del bus PCI situati nel suo spazio I/O.

Il bus PCI include segnali per testare gli adattatori tramite l'interfaccia JTAG. Sulla scheda madre questi segnali non vengono sempre utilizzati, ma possono anche organizzare una catena logica di adattatori testati.

Il bus PCI tratta tutti gli scambi come pacchetti: ogni frame inizia con una fase di indirizzo, che può essere seguita da una o più fasi di dati. Il numero di fasi dati in un pacchetto è indefinito, ma è limitato da un timer che determina il tempo massimo in cui un dispositivo può utilizzare il bus. Ogni dispositivo è dotato di un proprio timer, il cui valore viene impostato durante la configurazione dei dispositivi bus.

Ogni scambio coinvolge due dispositivi: un iniziatore dello scambio (Initiator) e un dispositivo di destinazione (Target). L'arbitraggio delle richieste di utilizzo del bus viene gestito da una speciale unità funzionale che fa parte del chipset della scheda madre. Per coordinare la velocità dei dispositivi partecipanti allo scambio sono forniti due segnali di disponibilità IRDY# e TRDY#. Per l'indirizzo e i dati sul bus vengono utilizzate linee AD multiplexate comuni. Quattro linee C/BE multiplex vengono utilizzate per codificare le istruzioni nella fase di indirizzo e abilitare i byte nella fase di dati.

Il bus dispone di versioni con alimentazione 5 V, 3,3 V. Esiste anche una versione universale (con commutazione delle linee I/O +V da 5 V a 3,3 V). Le chiavi sono le file mancanti dei contatti 12, 13 e 50, 51. Per lo slot da 5 V, la chiave si trova nella posizione dei contatti 50, 51; per 3 V - 12, 13; per uno universale - due chiavi: 12, 13 e 50, 51. Le chiavi non consentono l'installazione di una scheda in uno slot con una tensione di alimentazione inappropriata. Lo slot a 32 bit termina con i pin A62/B62, lo slot a 64 bit termina con i pin A94/B94.

A differenza di altri adattatori bus, i componenti della scheda PCI si trovano sulla superficie sinistra delle schede. Per questo motivo, lo slot PCI più esterno condivide solitamente la superficie dell'adattatore con lo slot ISA adiacente (slot condiviso).

Fino a poco tempo fa, il bus PCI era la seconda applicazione più popolare (dopo ISA). Nei sistemi moderni, i bus ISA vengono abbandonati e il bus PCI viene spostato alla posizione principale. Alcune aziende producono schede prototipo per questo bus, ma, ovviamente, dotarle di un adattatore periferico o di un dispositivo di propria progettazione è molto più difficile di una scheda ISA. Protocolli più complessi e frequenze più elevate hanno un impatto qui (8 MHz per il bus ISA contro 33 o 66 MHz per il bus PCI). Inoltre, il bus PCI ha una scarsa immunità al rumore, per cui viene ancora utilizzato relativamente raramente per la realizzazione di sistemi di misurazione e computer industriali.

Alcuni sistemi (schede madri) dispongono di un piccolo connettore chiamato Media Bus. Si trova dietro il connettore del bus PCI di uno degli slot. Questo connettore emette segnali dal normale bus ISA ed è progettato in modo che un adattatore grafico con bus PCI possa ospitare anche un economico chipset della scheda audio progettato per il bus ISA. Questo connettore, e soprattutto le schede audio-video combinate, non sono molto utilizzate.

CONCLUSIONE

Dal suo sviluppo fino ad oggi, il bus I/O ha rappresentato il collo di bottiglia dei moderni personal computer, influenzando negativamente le caratteristiche di velocità complessive del sistema. Sono comparsi nuovi autobus, la capacità in bit, la velocità degli autobus e il loro rendimento sono aumentati. Ma lo sviluppo di nuovi standard per i pneumatici continua. Molte aziende stanno unendo le forze per sviluppare nuovi standard.

Utilizzando esempi di standard esistenti, è chiaro che ogni standard di pneumatico presenta i suoi vantaggi, ma anche i suoi svantaggi. Alcuni pneumatici consentono di ottenere prestazioni abbastanza soddisfacenti, ma sono molto costosi e difficili da produrre, e spesso i costi non vengono recuperati. Altri sono economici, ma molto impegnativi per il sistema nel suo insieme.

Elenco delle fonti utilizzate

1. Informatica: Workshop sull'informatica: libro di testo per le università / Ed. N.V. Makarova. – M.: Finanza e Statistica, 1997. - 384 p.

2. Mogilev A.V. e altri. Informatica: libro di testo per studenti di pedagogia. università / AV Mogilev, N.I. Pak - M.: Accademia, 1999. - 816 p.

3. Ostreikovsky V.A. Informatica: Libro di testo per le università tecniche - M.: Scuola Superiore, 1999. - 511 p.

4. Informatica: Corso base: Libro di testo per le università / A cura di S.V. Simonovich - San Pietroburgo. : Pietro, 2003. – 640 pag.

5. Khokhlova N.V. e altri Informatica: libro di testo per università / N.V. Khokhlova, A.I. Istemenko, B.V. Petrenko. – M.: Scuola superiore, 1990. – 195 p.

I pneumatici sono divisi in file Locale pneumatici, pelle... che microcircuiti. Inoltre, aggiornato standard Appare ancora più spesso in periferia...

Il bus VLB (VESA Local Bus) è stato sviluppato nel 1992 dalla Video Electronics Standards Association (VESA), per questo viene spesso chiamato bus VESA.

Il bus VLB è essenzialmente un'estensione del bus MP interno per la comunicazione con un adattatore video e, meno spesso, con un disco rigido, schede multimediali e un adattatore di rete. La larghezza del bus è di 32 bit; è in arrivo una versione a 64 bit del bus. La velocità effettiva di trasferimento dati tramite VLB è di 80 MB/s (teoricamente raggiungibile è di 132 MB/s).

Svantaggi del pneumatico:

· progettato per funzionare con MP 80386, 80486, non ancora adattato per processori Pentium, Pentium Pro, Power PC;

· stretta dipendenza dalla frequenza di clock dell'MP (ogni bus VLB è progettato solo per una frequenza specifica);

· numero ridotto di dispositivi collegati: al bus VLB possono essere collegati solo quattro dispositivi;

· non esiste arbitraggio sul bus: potrebbero verificarsi conflitti tra i dispositivi collegati.

Bus PCI (Peripheral Component Interconnect - connessione di dispositivi esterni) - sviluppato nel 1993 da Intel. Il bus PCI è molto più universale del VLB; ha un proprio adattatore che gli permette di configurarlo per funzionare con qualsiasi MP: 80486, Pentium, Pentium Pro, Power PC, ecc.; consente di connettere 10 dispositivi con configurazioni molto diverse con la possibilità di autoconfigurarsi e dispone di propri strumenti di "arbitraggio" e controllo del trasferimento dei dati. La capacità PCI è di 32 bit, espandibile a 64 bit, il throughput teorico è di 132 MB/s e nella versione a 64 bit - 263 MB/s (quello reale è la metà). Sebbene il bus PCI sia locale, svolge anche molte delle funzioni di un bus di espansione, in particolare i bus di espansione ISA, EISA, MCA (ed è compatibile con essi) in presenza di un bus PCI non sono collegati direttamente a all'MP (come nel caso dell'utilizzo del bus VLB), ma al bus PCI stesso (tramite un'interfaccia di espansione). Le opzioni di configurazione per sistemi con bus VLB e PCI sono mostrate rispettivamente in Fig. 1. 4.3 e 4.4. Va tenuto presente che l'utilizzo dei bus VLB e PCI in un PC è possibile solo se si dispone della scheda madre VLB o PCI adeguata. Le schede madri sono prodotte con una struttura multibus che consente l'utilizzo di ISA/EISA, VLB e PCI, le cosiddette schede madri con bus VIP (dalle iniziali VLB, ISA e PCI).

Riso. 4.3. Configurazione del sistema VLB

Riso. 4.4. Configurazione del sistema PCI

Tabella 4.4. Principali caratteristiche degli pneumatici

Parametro
Larghezza del bus, bit di dati dell'indirizzo
Frequenza operativa, MHz
Larghezza di banda. MB/s teorico pratico
Numero di dispositivi collegati, pz.

I bus locali IDE (Integrated Device Electronics), EIDE (Enhanced IDE), SCSI (Small Computer System Interface) sono spesso utilizzati come interfaccia solo per dispositivi di archiviazione esterni.

CARATTERISTICHE FUNZIONALI DEL PC

Le caratteristiche principali del PC sono:

1. Velocità, prestazioni, frequenza di clock. Le unità di misura della prestazione sono:

MIPS (MIPS - Mega Instruction Per Second) - un milione di operazioni su numeri con un punto fisso (punto);

MFLOPS (Mega FLoating Operations Per Second) - un milione di operazioni su numeri in virgola mobile (punto);

KOPS (KOPS - Kilo Operations Per Second) per computer a basse prestazioni: mille determinate operazioni medie sui numeri; GFLOPS (Giga FLoating Operations Per Second) - miliardi di operazioni al secondo su numeri in virgola mobile (punto).

La valutazione delle prestazioni del computer è sempre approssimativa, perché in questo caso è guidata da alcuni tipi di operazioni medie o, al contrario, specifiche. In realtà, diversi insiemi di operazioni vengono utilizzati per risolvere problemi diversi. Pertanto, per caratterizzare un PC, al posto delle prestazioni, si indica solitamente la frequenza di clock, che più oggettivamente determina la velocità della macchina, poiché ogni operazione richiede un ben determinato numero di cicli di clock per essere completata. Conoscendo la frequenza dell'orologio, puoi determinare con precisione il tempo di esecuzione di qualsiasi operazione della macchina.

Esempio 4.14. In assenza di esecuzione di comandi in pipeline e di aumento della frequenza interna del microprocessore (vedere Sezione 4.3), un generatore di clock con una frequenza di 33 MHz garantisce l'esecuzione di 7 milioni di operazioni brevi della macchina (addizione e sottrazione con un punto fisso , invio informazioni, ecc.) al secondo; con una frequenza di 100 MHz - 20 milioni di operazioni brevi al secondo.

2. Capacità in bit della macchina e dei bus di codice dell'interfaccia.

La capacità in bit è il numero massimo di bit di un numero binario su cui può essere eseguita contemporaneamente un'operazione della macchina, inclusa l'operazione di trasmissione di informazioni; Maggiore è la profondità di bit, maggiori, a parità di altre condizioni, saranno le prestazioni del PC.

3. Tipologie di sistema e interfacce locali.

Diversi tipi di interfacce forniscono diverse velocità di trasferimento delle informazioni tra i nodi della macchina, consentono di connettere un numero diverso di dispositivi esterni e i loro diversi tipi. 4. Capacità della RAM. La capacità della RAM viene spesso misurata in megabyte (MB), meno spesso in kilobyte (KB). Ti ricordiamo: 1 MB = 1024 KB = 10242 byte. Molti programmi applicativi moderni con capacità RAM inferiore a 8 MB semplicemente non funzionano o funzionano, ma molto lentamente. Va tenuto presente che aumentando la capacità della memoria principale di 2 volte, tra le altre cose, le prestazioni effettive del computer nella risoluzione di problemi complessi aumentano di circa 1,7 volte.