Функция передача информации

Главная задача интерфейса -- организация надежной передачи информации от источника к приемнику в заданный момент времени. Данные по линиям интерфейса могут передаваться блоками. Неделимая операция по передаче по шине блока данных, содержащего в начале адрес , а затем сами данные называется транзакцией. Использование транзакций повышает производительность интерфейса за счет однократной передачи адреса. Транзакция имеет признаки ее начала и конца.

Синхронизация согласование процессов взаимодействия при передаче информации от источника к приемнику .При последовательной передаче синхронизация производится на уровне бит, байт, маркерных пакетов.

Синхронизация на уровне бит осуществляется аппаратным способом путем стробирования (подтверждения )каждого бита данных синхроимпульсом (рис 3.2).

Асинхронная последовательная синхронизация на уровне бит (рис 3.3), осуществляется по асинхронному принципу с помощью старт и стоп - бит. По старт - биту, вырабатываемому передатчиком, приемник запускает внутренний генератор синхронизации.

Синхронизация на уровне байт, транзакций и массивов осуществляется с помощью меток, которые идут в начале и конце информации, между ними располагаются данные.Начало и конец блока помечается специальными кодами (байтами) или специальными пакетами.

Пример синхронизации на уровне байт : в кадре Ethernet используется преамбула – представляет собой набор байт 1010…10…1010…, служит для приведения в синхронизацию передатчика и приемника.

Пример синхронизации на уровне маркерных пакетов : при передаче массивов информации в качестве метки могут служит специальные маркерные пакеты. Этот принцип используется в интерфейсе USB

Арбитраж - это способ разрешения коллизий, возникающий при обращении нескольких устройств к одной шине (задание приоритета)

Задание уровней приоритетов производится двумя способами: одноуровневым (рис.3.4 ) и многоуровневым способом. При одноуровневой системе все запросы на прерывание работы шины (IRQi) подаются по одной линии, а устройство с наибольшим приоритетом выбирается с помощью процесса последовательного опроса программными(а) или аппаратными ( б) средствами.

Многоуровневая система (рис 3.5 )имеет несколько входных линий для запросов. Каждая линия обладает своим уровнем приоритета, который присваивается устройству, подсоединенному к этому уровню(а). В этом случае производится параллельный поиск устройства с наивысшем приоритетом, который намного быстрее последовательного. Могут быть комбинированные системы, использующие как параллельный, так и последовательный способы задания уровней приоритетов (б) исполmзуется в шине PCI в виде четырех линий прерывания - ABCD.

Функция контроля: избыточное кодирование (например 8 бит кодируются 9 битами) .

Функция преобразования: из параллельного кода в последовательный и наоборот.

Функция автоконфигурации: автоматическая конфигурация периферийных устройств при их подключении к компьютеру.

Функция управления питанием: управление электропотреблением при разных состояниях компьютера

Функция горячего подключения ПУ. Эта функция позволяет отключать и подключать ПУ без остановки компьютера. При этом происходит автоконфигурирование включенного устройства без участия пользователя.

15.Эволюция интерфейсов(шин) ISA,PCI,PCI Express компьютера. Обобщенная структура компьютера.

В начале эры персональных компьютеров частота работы процессора составляла 10 МГц, при этом на выполнение даже самых простейших операций процессор затрачивал несколько тактов. В таких условиях для обеспечения бесперебойной работы процессора было достаточно всего 4 миллионов обращений к памяти в секунду, что соответствовало циклу работы в 250 нсек. Этим условиям удовлетворяла одношинная структура систем ввода-вывода, когда все устройства компьютера, включая ОЗУ, общались с процессором через общую шину (см. рис.3.6а), которую называли системной. Все интерфейсы ПУ подключались к этой шине. Наиболее распространенной системной шиной в этот период стала сначала 8 разрядная, затем 16 разрядная шина ISA, работающая на частоте 8 МГц.

На определенном этапе развития компьютеров стали широко использовать мультимедиа. Сразу выявилось узкое место во взаимодействии центрального процессора и видеокарты. Потребовалась пропускная способность более 100 Мбайт/сек.

Имеющиеся системные шины ISA, ЕISA, МСА не удовлетворяли этим условиям. Их пропускная способность составляла от 16 до 30 Мбайт/сек.

Выход был найден с разработкой и внедрением высокоскоростных локальных шин, посредством которых можно было связаться с памятью, на этой же шине работали жесткие диски, что также повышало качество вывода графической информации. Первой такой шиной была шина РСI. Она была процессорно-независимой и поэтому получила наибольшее распространение для последующих типов МП.

С повышением частоты работы процессора параллельная шина РСI стал ограничивать скорость работы компьютерной системы. Частота работы шины из-за наличия паразитных монтажных емкостей отдельных проводников шины достигла технологического предела . Поэтому появилась новая последовательно - параллельная шина PCI - Express. При этом на материнской плате остались слоты под шину РСI. (рис. 3.7)

Дальнейшее развитие технологий привело к полному вытеснению шины PCI.

Позже появились архитектуры имеющие как классическую двухмостовую схему (рис 3.8) так и архитектуры в которых функция северного моста была интегрирована в северный мост(рис. 3.9).

16.Понятие чипсета. Назначение северного и южного моста.

Чипсет - набор микросхем которые обеспечивают взаимодействие между процессором, памятью, накопителями и другими устройства. В его состав обычно входит два чипа, которые обычно называются северным (Northbridge)и южным (Southbridge)мостами. В чипсетах для процессоров Intel северный мост обозначается МСН (MemoryControllerHub), а южный - ICH (Input/OutputHub) чипсет, то есть набор микросхем которые обеспечивают взаимодействие между процессором, памятью, накопителями и другими устройствами (рис. 3.8)

В современных чипсетах для процессоров IntelCore i3/5/7 и всех современных процессоров AMD контроллер оперативной памяти интегрирован непосредственно в процессор , а северный мост выполняет функции контроллера PCI Express(рис. 3.9).

Таким образом все элементы северного моста находятся в процессоре, поэтому чипсет состоит из одного южного моста.

Большинство контроллеров периферийных устройств интегрировано непосредственно в южный мост. Например:

· контроллер SerialATA/RAID;

· контроллер IDE;

· контроллер дисковода;

· контроллер шин PCI и ISA;

· USB-контроллер;

· контроллер Ethernet

Южный мост взаимодействует с микросхемами BIOS и CMOS.

Во многих современных чипсетах микросхема CMOS интегрирована в южный мост

17.Назначение системной шины. Системныешины FSB,DMI,QPI, Hyper Transport.

Системная шина (FrontSideBus) FSB - обеспечивает соединение между центральным процессором и памятью или процессором и северным мостом если в него интегрирован контроллер памяти.

Наиболее распространены следующие интерфейсы связи процессора с северным мостом:FSB,DMI,HyperTransport, QPI.

Шина FSB использовалась в процессорах типа Атом, Celeron, Pentium, Core 2, и Xeon вплоть до 2008 года. На данный момент эта шина вытеснена системными шинами DMI, QPI и HyperTransport.

Частота работы шины FSB является одним из важнейших параметров работы ЭВМ и во многом определяет производительность всей системы. Обычно она - в несколько раз меньше частоты работы процессора.

Частоты, на которых работают центральный процессор и системная шина, имеют общую опорную частоту и в упрощенном виде рассчитываются, как Vп = Vo*k, где Vп – частота работы процессора, Vo-опорная частота, k – множитель. Обычно в современных системах опорная частота равняется частоте шины FSB.

QPI (QuickPathInterconnect) – последовательная шина типа точка-точка, используемая для связи процессоров между собой и с чипсетом. Представлена компанией Intel в 2008 году и используется в HiEnd процессорах типа Xeon, Itanium и Core i7.

Шина QPI - двунаправленная, то есть для обмена в каждую сторону предусмотрен свой канал, каждый из которых состоит из 20 линий связи. Следовательно, каждый канал – 20-разрядный, из которых на полезную нагрузку приходится только 16 разрядов. Работает шина QPI со скоростью - 4.8 и 6.4 ГТр/с(миллиардов передач в секунду), при этом максимальная пропускная способность составляет 19,2 и 25,6 ГБайт/с соответственно.

Шина HyperTransport (HT), — это двунаправленная последовательно/параллельная компьютерная шина с высокой пропускной способностью и малыми задержками(используется в компьютерах компании AMD

Шина DMI (DirectMediaInterface) – последовательная шина типа точка-точка, используемая для связи процессора с чипсетом и для связи южного моста чипсета с северным. Разработана компанией Intel в 2004 году.

Для связи процессора с чипсетом обычно используется 4 канала DMI, обеспечивающих максимальную пропускную способность до 10 Гбайт/с, для ревизии DMI 1.0, и 20 Гбайт/с, для ревизии DMI 2.0, представленной в 2011 году.

18.Назначение и основные характеристики шин ввода/вывода PCI и ISA.

Шины ввода – вывода предназначены для организация взаимодействия между ЦП и периферийными устройствами (ПУ). Основные типы шин ввода - вывода и их технические характеристики приведены на рис. 3.11.