PCI Express (3GIO) интерфейсы

Дәріс 5 Тақырыбы: Аналық тақтада орналасқан интерфейстер

Жоспар

PCI интерфейсы

PCI Express (3GIO) интерфейсы

IDE (ATA) интерфейсы

AGP интерфейсы

HyperTransport интерфейсы

PCI интерфейсы

PCI (Peripheral Component Interconnect) сыртқы компоненттердің байланысы. “Зачатье” интерфейсі 1991 жылдың көктемінде Intel корпорациясында жүзеге асты. 80489 және Pentium перспективалық процессорлар перифериялық компоненттермен жаңа организацияда жұмыс істеуін талап етті. Intel инженерлері жүемен тіке байланысқан жаңа шина ойлап табуға шешім қабылдады. PCI дің параллель құрылғыларымен нақты процессорлерден интерфейстің ешнәрсеге бағыныңқы болмауын қамтамасыз ету. Жаңа интерфейс алдыңғылардың (ISA, VESA) біреуімен де сәйкес келмегендіктен жүйелік микросхеманы құруды қамтамасыз етті. PCI спецификациясын қолдау мақсатында қолданады, сол себептен қызығатын организациялардың топтары құрыла бастады, құрылған және бекітілген спецификациясының 2.1 версиясы. Анықталып одан сайын жақсартылған спецификация 2.2 берілуін алды. PCI интерфейсі 33МГц тактілік жиіліктегі шинаны қарастырады ( PCI 2.2- 66 МГц дейін, PCI-X – 133МГц дейін), 132Мбайт/с жоғарғы өткізгіштік қасиетін қамтамасыз етеді (133 МГц-ті 64 разрадтық 1064 Мбайт/с дейін жиелікте қарастырады.

Конструктивті тіркеуіш 32 биттік шина PCI (84 контактты) келесі 2 қатар тұрған секциядан тұрады. Екінші ішкі секцияда картаны дұрыс орнатпаған үшін көлденең қалқалы кілт қолданылады. Тіркеуіш және карталар 5В немесе 3,3В сигналдарының деңгейін қолдайды, немесе екі деңгейде әмбебап. Әмбебап карталар әртүрлі тіркеуіштерге қойылады, бірінші екі жағдайда карталар сигнал деңгейінің тіркеуішіне сәйкес келуі тиіс.

Интерфейіс Bus Mastering режимін және Plug-and-Play автоматты компоненттердің конфигурациясын қолдауын қамтамасыз етеді. Сегмент саны шектелген 4 көлемді, аналық тақтадағы барлық слоттар PCI сегментінде топтастырылады. Егер сегмент бірнеше болса, онда олар bridge көпірі арқылы байланысады. Қазіргі кезде PCI кең таралған интерфейс болып табылады. Соның көмегімен аналық тақтаға дыбыстық картаны, SCSI контроллерін, модемді, видео картаны, желі картасын жіне де т.б. компоненттерді қосады.

Оның негізгі интерфейспен берілетін салушыларға PCI дың артықшылықтары ұғындырылады.

Біріншіден, 32 немесе 64 битті мәліметтер форматы синхронды көлемде қолдайды. Тіркеушіде контакт санын азайтуға мүмкіндік беру үшін мультиплексирлеу әдісі қолданылады. Екіншіден, 5В немесе 3,3В сигнал деңгейінің компоненттерін орналастыру қарастырылады. «Кілттер» тіркеушідегі төлемдердiң орналастыруын «чужой» слотына шығарады. Екі сигналдың деңгейін қолдайтын әмбебап кеңейтілген плат жасайды.

Өткізгіштік қасиеті бар шина таңдау үшін 33 МГц немесе 66МГц диапазонды мәліметтер шинаның жиiлiктерiнiң комбинациясына ілігуіне жеткілікті. Байқап көрейік, 66МГц жиілікте сигнал деңгейі тек 3,3В болады.

PCI спецификацифсы Multiple Bus Mastering режиміндегі компоненттердің қолдауын қажет етеді. Бұндай режимдегі шинаны басқару және өз бетімен ресурстарды орналастыруды ұстап қалады. Құрылғыдағы арнайы таймер ол ағымында монополиялық рұқсат ы бар болу мүмкіндігінің максимал уақытын анықтайды.

Бір каналды контроллер PCI кеңейтудiң төрт слоттарына дейiн қолдайды. Олардың екі еселенуіне екі контроллердің арасына көпір орнаталады. Шина арқылы мәліметті тасушы Linear Burst деп аталады. Әрбір келесі байттың адресі автоматты түрде бірлікке өсіп отырады, сондықтан мәліметті оқу жіне жазу кезінде бір тұтас пакет болып кетеді. Осы арқылы адрестік блокты жіберу мүмкіндігі түсіп қалады. Жіберуді жылдамдату үшін кэшірлеу қолданылады: бөліп қойылған әдістер «write-back» және тура «write-through» жауз қолданылады.

PCI интерфейсінде маңызды ерекшелігі Plug-and-Play (PnP) протоколының қолдауы болып табылады. 2.2 спецификациясының үш типті ресурсы анықталған: жады диапазоны, кіру және шыңу диапазоны және «кеңістік конфигурациясы» деп аталады. Соңғы ресурс үш регионды қамтиды: басы, блок құрылғысы және қолданушы блогы. Басы ақпараттардың құрылуын, құрылғының класы және т.б. қызметтік мәліметтерді құрайды.

Құрылым блогының мазмұны оның нақты түріне тәуелді. CardBus CIS Pointer жолы PCMCIA интерфейсінің құрылымына қолданылады. Capability Pointer жолы ол ACPI мен сәйкестігін анықтайды.

PCI интерфейс негiзiнен шектеулердiң шеңберлігіне тән олардың есептерiмен жүктелгене қарап анықталады. Мысалы, ол биiк жылдамдығы бар үлкен массив график түрiнде мәлiметтерiнiң берiлуiн шеше алмаған есептер,сол AGPның басқа интерфейстерiнiң иықтарына Intel-шi фирмасымен ептiлiкпен асыра лақтырған.

PCI-нiң шинасының жақында уақытына дейiн кеңейтудiң карталары үшiнғана емес, жүйелiк чипсет көпiрмен жалғастырды да қолданылды. Қарға өткiзу қабiлетi бойынша маңызды шектеулер дегенмен компьютерлiк жүйенiң өнiмдiлiктiң артуын бөгелте бастады.

AT-тың спецификациясының қатты дисктерiнiң пайда болуы жеке алғанда - Gigabyte Ethernetтiң 100, торлық картасы, спецификацияның SCSIнiң адаптерлерi Ultra 160, PCIнiң шинасының өткiзу қабiлетiнiң үлкеюi әлденеше талап еттi. Талпыныстар шинаны жетiлдiрiлсiн PCI-Xтiң спецификациясының қабылданулары болады. (DDR және QDRнiң хаттамалары бойынша 133 мгцке дейiн қолдайтын такты жиiлiктi және деректердi берудi) PCI-Xтiң спецификациясының интерфейсiнiң 64-дәрежелiк слоттары тек қана жоғары өнiмдi серверлер және жұмыс станцияларында кездеседi, 150 байланысулардың тiркеуiшiнде шинаның енiнiң үлкеюi және оның жұмыс жиiлiктерi түбегейлiге әлденеше келтiрдi жүйелiк төлемнiң қымбаттауы.Өзінің параллел бөлетiн шинасының өзiмнiң қағидасы сонымен бiрге.

PC-тың платформасында PCI-нiң шинасының өмiрiнiң мерзiмi бiртiндеп ағып кетедi. Ешқандай ерекшелігі жоқ - ұқсас тарих қазiргi жүйелiк төлемдерге ендi кездестiрмеген ISA-шi шинасымен пайда болды.

Жаңа жергiлiктi шинаға өткел кәдiмгi қолданушы үшiн ауыртпалықсыз бiртiндеп және салыстырмалы болатыны анық. Болғанша, шинаның өзi айқын емес жаңа стандарт болады.

Дәл қазiр негiзгi талапкерлермен (3GIO ) PCI Expressтiң интерфейсi, Intel-шi игерiлген корпорациясымен, және HyperTransportтың AMDтың фирма ұсынылатын шиналары болып табылады.

(Nvidia nForce, AMD 8000, SiS 765) жүйелiк логиканың көп жиындарының HyperTransport сүйеп қойылдары және де.

PCIнiң бар шектеулерiн қазiргi компьютерлiк жүйенiң кескiндеуiнде есепке алуға дәл келiп жатқанда болғанша.

Мысалы, Ultra320 SCSI және ATA-100нiң спецификацияларының Рсiсi кеңейту карталарындағы контроллерлерi бар RAIDтiң диск сияқты iшкi жүйелерiнiң өнiмдiлiгi болады iс жүзiнде (бағада маңызды айырмашылықтың жанында) бiрдей.

PCI Express (3GIO) интерфейсы

3GIO-шi аббревиатура (Third Generation Input/Output Interconnection) енгiзу шинасының 3-шi ұрпағы сияқты басын ашып айтады. Iлеспе болып табылатындығыменнен, 3GIO аз ненi шинасының архитектурасының физикалық мәнi бойынша HyperTransport қарастырылғаннан жоғары айырмашылығы болады. Сонымен бiрге онда нүктенiң байланысының тұжырымдамасын қолданылады - нүкте. Бағалы каналмен бит еннiң екi төмен вольттi жоғары жиiлiктi дифференциалды сызықтары минимум 1мен 32мен аралығындағы сияқты болып есептеледi. Толық үйлесiмдi жаңа шинаға PCIнiң құрылымы қосуға мүмкiндiк берген PC/нiң спецификациясымен бағыттауын жүйе. Тура (Plug-and-Play ) құрылымдардың автоматты кескiндеуiн тетiк iс жүзiнде өзгерiссiз қалды. Мәлiметтер (соңғы жағдайда екi бит қателердiң жұптық бақылауды тетiктiң қолдауы және түзетуi үшiн арналған) 8 немесе 10 бит бойынша пакеттермен жөнелтедi. Мәндер физикалық такты жиiлiктiң екi еселеуiн қамтамасыз ететiн сигналдардың майданға және басылуы бойынша түседi. PCI Expressтiң шинасы аппаратты деңгейде Host Bridgeнiң процессормен, жедел жадпен және компьютердiң график түрiнде iшкi жүйесiмен өзара әрекеттесу үшiн негiзiнен қолайлы контроллерiмен жүргiзiледi. Барлық өңге құрылымдар оларға Bridgeнiң Hostтарға қарап сөйлеуiсiз өзара әрекеттесуге мүмкiндiк берген және арнайы коммутатор арқылы әсiресе процессорға қоса алады. Екiбастан, 3GIO-шi байланыс торабын еске түсiрулер немесе график түрiнде iшкi жүйенiң жанында Host Bridgeге коммутатор арқылы өтедi. Болғанша PCI Expressтiң архитектурасы бар нақты жүйелерiнiң өндiрiсiнiң уақыты туралы ештеңе нақтылы айта баста мүмкiн емес. Тұрпатына қарағанда, 2004-2005 жылдардағы серверлер және жұмыс станцияларымен жаңа интерфейстiң енгiзуi, ол жаппай ДКтардың саласына тез емес келедi. Intel-шi корпорация үшiншi ұрпақтың енгiзу-шығаруын интерфейстiң архитектурасының жасауы бойынша жұмыс тобындағы үйреншiктi емес жетекшi рөлдi өз жауапкершiлiгiне алды. Жұмыс тобына Microsoftтiң кемiнде белгiлi фирмаларын кiрдi, IBM, (Special Group for Interesting PCI Interface ) PCI-SIGнiң ұйымындағы бұл алыптарының 2001 жылында ықпалдың арқасынданың Dell, Compaq және бұйрық тағы басқалар PCIнiң шинасының алмастыруы үшiн 3GIO жаппай компьютерлiк жүйелерде архитектураның енгiзуi туралы iшкi интерфейс алдын ала шешiм қабылдаған. Нақты құрылымдар 3GIO базарға бар болмап жатқанда болғанша, және жүйелердiң пайда болуы бұрын емес екiншi 2004 жылдың жартысын осы интерфейстен күтiледi. 2001 жылда әлi HyperTransportтың интерфейсiнiң қолдауы бар алғашқы компьютерлiк жүйесi пайда болғандығыменнен, нақ сол Intel, AMDты айналып өтуге нақты өнiм қолдарындағы алмай кезектi есе тырысады. PCI Expressтiң интерфейсiнiң спецификациясы өзара әрекеттесудiң бiрнеше деңгейлерi және хаттамаларды ескередi:

- физикалығы;

- (Data Link ) мәлiметтер;

- (көлiгi ) транзакциялар;

- қосымшалар және драйверлер;

- кескiндiсi.

PCI Expressтiң физикалық негiзi берiлу және мәлiметтердiң қабылдауы үшiн бiртiндеп төмен вольттi дифференциалды байланыс тораптары, бу бiр-бiрдендер болып табылады. Шинаның масштабталатындығына сызықтардың санының (1, 2, 4, 8, 16, 32) еселi үлкеюiмен жетедi. PCI Expressтiң шинасы бойынша мәлiмет алмасу қатысушылардың арасындағы енi және такты жиiлiк каналдың инициализациясының процессiнде құрылымдармен айтқан байланыстың ерекшеленген каналы бекiтiледi. 8 немесе 10 бит қалыптағы мәлiметтердiң берiлуiнде осы жерде болады. 2 бит керек болса мәлiмет бүтiндiгiне бақылау үшiн қолданылады. Нүктенiң мәлiмет алмасуын тұжырымдаманы нақ сол жүзеге асырылады - нүкте. Өздiң тар каналының өткiзу жолағы теория жағынан алғанда әрбiр бағыттағы 2, 5 Гбит/ске жетедi. Мыс Қосуларының технологиясының микросхемаларында енгiзумен 10 Гбит/ске дейiн қарға өткiзу қабiлетiнiң үлкеюiн күтiледi. Ерекшеленген канал бойынша берiлу үшiн пакеттер мәлiмет деңгейде қалыптасады және бақылау сомасы жамалады. Транзакциялар деңгейде қабылдаушы құрылымның буферiн дайындықпен анықталады, пакеттi келiп жөнелтедi, оның алуы тексередi және қайталау бас-сирақтың табылуында болады. Бағыттауды жүйе және командалар үш (жадтың облысы, енгiзу-шығару, инициализация және кескiндеудi мекенжай) Рсi интерфейспен үйлесiмдi үйреншiктi өрiстер сонымен бiрге (Message ) қатынастардың қосымша өрiсi қосады. Дереу орындау талап ететiн командалар осы өрiсте жайласады: PCI Expressтiң PCIнiң интерфейсiмен және толық үйлесiмдi архитектурасының қосымшаларының драйверлерi каналдың басты ерекшелеуi, үзулер, тастау және бұйрық деңгейде сондықтан кез келген басқару жүйесi үшiн PCI қолдайтын мөлдiр болып табылады. Ортақ программалық компоненттердiң iстеп бiтiруi ACPI және Plug-and-Playнiң спецификацияларының қолдауы қандай болмасынсыз нақ сол қамтамасыз еткен. Интерфейстiң архитектурасының шеткi құрылымдарынан тысқары (Host ) контроллерлер, (Bridge ) Көпiрлер және каналдардың күрделi топологиясын ұйымдастыратын және басқа интерфейстерi бар үйлесiмдiкпен қамтамасыз етуге мүмкiндiк берген (Switch ) коммутаторлардың бар болуы ескерiлген.

5.1-сурет. PCI Express (3GIO) жүйесінің схемасы

AGP интерфейсы

Intel фирмасы дербес компьютерді өндірудің алдағы уақыттағы жоғарылауы видеожүйеге тірелетінін анықтап, салыстырмалы түрде көп уақыт бұрын видеомәліметтерді жіберу үшін AGP (Accelerated Graphics Port - жылдамдатылған графикалық порт) бөлек интерфейстік шинасын ұсынды. Бұл стандарт бір жылдың ішінде ISA, VLB және PCI видеокарталарымен пайдаланылатын бұрыннан бар интерфейстерді қиындатты. Жаңа шинаның негізгі мүмкіншіліктері оның жоғары өткізу қабілеті болып табылады. Егер ISA шинасы 5,5 Мбайт/с-ке дейін, VLB - 130 Мбайт/с-ке дейін, ал PCI 133 Мбайт/с-ке дейін бере алатын болса, онда AGP шинасы теориялық түрде 2132 Мбайт/с-ке дейін өткізу қабілетіне ие болады.

Intel компаниясы AGP интерфейсін дербес компьютерлерде ЗD-графигін өңдеудегі ерекшеліктермен байланысты екі негізгі мәселені шешу үшін өндірді.

Біріншіден, үшөлшемді графика Z-буферлері мен текстур мәліметтерін сақтау үшін көптеген жадты бөлуді талап етеді. ЗD-қосымшаларына текстурлық карталар қаншалықты тиімді болса, картинка монитор экранында соншалықты жақсы көрінеді. Әдетте Z-буфері үшін текстурге керек жады сияқты жадыны қолданады. Видеобасқарушының өндірушілері Z-буфер мен текстур туралы ақпараттарды сақтау үшін қарапайым жедел жадын пайдалану мүмкіндігіне ие болатын, бірақ мұндағы ең қиын шектеу РСI шинасының өткізу қабілеті болды. PCI-дың өткізу жолағының ені қазіргі уақытта графиканы өңдеу үшін аз болды. Бұл қиындықты Intel компаниясы AGP шинасының стандартты жолымен шешті.

Екіншіден, AGP интерфейсі жедел жады мен графикалық жүйенің арасындағы тікелей байланысты қамтамасыз етеді. Осылай қазіргі кезде ЗD-графиктерін шығару талаптары орындалады, одан басқа кадр буферінің (frame buffer) жадын қолдану тиімді болады, соның негізінде 2D-графигін өңдеу жылдамдығы артады. Шынында AGP шинасы компьютердің орталық процессорына енуді бөліп графикалық жүйені жүйелік жадының басқарушысымен байланыстырады. AGP арқылы құрылғының жалғыз типі графикалық тақшаға қосылуға болады. Сонымен бірге аналық тақшада құрылған және AGP интерфейсінде қолданылатын видеобасқарушылар модернизациялауға жатпайды.AGP басқарушысы үшін жедел жадыда сақталатын ақпараттың нақты физикалық адресі маңызды емес.Бұл жадының бірегей блогына ену сияқты графикалық берілгендерге енуді қамтамасыз ететін жаңа технологияның түйінді шешімі болып табылады.

Іс жүзінде AGP спецификациясы 2.1 версиясындағы PCI стандартына негізделеді, бірақ одан келесі негізгі өнімділікке түбегейлі әсер ететін ерекшеліктерімен айрықшаланады:

- шина бір циклде мәліметтедің екі (AGP2x), төрт (AGP4x) немесе сегіз (AGP8x) блогын беруге қабілетті;

- леректер мен адрестер сызығының мультиплексорлығы шеттетілген (PCI-де аналық тақша төмендетілуі үшін адрес пен деректер бірдей сызықтармен жіберіледі);

- оқу/жазу операциялары конвейеризациясы, өндірушілердің пікірінше, жады модулдеріндегі осы операциялардың орындалу жылдамжығына кедергілер әсерін жоюға мүмкіндік береді.

AGP шинасы екі негізгі режимде жұмыс істейді: DIME (Direct Memory Execute) және DMA (Direct Memory Access). DMA режимінде негізі жады болып картадағы жады саналады. Текстуралар жүйелiк жадта сақтала алады, бiрақ қолданудың алдында видеокартаның жергiлiктi жадыға көшiрiлiп алынады. Сайып келгенде, AGP интерфейсi (жергiлiктi жадқа) оқ ату позициясына (текстуралар ) “патрондары тасушы” ретiнде жұмыс iстейдi. Айырбас үлкен тізбектелген деректер топтамаларымен жүргізіледі.

Видеокарта үшiн жергiлiктi және жүйелiк жад Execute тәртiбiнде тең құқықты. Текстуралар, жергiлiктi жадыға көшiрiлмейді , жүйелiк жадтардан тiкелей таңдалынады. Сайып келгенде, кездейсоқ орналасқан бөліктердi жіберуге тура келедi. Жүйелік жады басқа құрылғыларға қажет болғандықтан, ол 4 Кбайт блоктармен динамикалық бөлінеді. Сондықтан қолайлы жылдамдықтың қамтамасыз етілуі үшiн жүйелiк жадтағы блоктерiнiң нақты мекенжайларына бiртiндеп мекенжай көрсететiн арнайы механизм ескерiлген. Бұл міндет жадыда орналасқан арнайы кесте (Graphic Address Re-mapping Table или GART) көмегімен орындалады. GART (GART range) диапазонына енбеген мекенжай өзгермейді және жүйелік жадыға немесе құрылығының (device specific range) жады облысына көрінеді. GARTтың жұмыс жасау ережелері спецификациясы анықталмаған, және нақты шешiм видеокартаның бағдарлаушы электроникасынан тәуелдi болады. AGP шинасы барлық стандартты PCI шинасының операцияларын қолдайды,сондықтан деректер ағынын AGP және РСI-операциялар оқу/жазу алмасуы жиынтығы ретінде елестетуге болады. AGP шинасының операциясы бөлек болып табылады (split). Бұл операцияны жүрзізуге сұраныс деректерді жіберуден ажыратылған. Мұндай бағыт AGP-құрылғысына сұраныстар кезегін ағымдағы операция бітуін күтпей ақ реттеп отыруға мүмкіндік береді. AGP 2.0 версиясы төменвольтті электрлік ерекшеліктерінің арқасында төрт транзакцияның жүзеге асырылуын қарастырады. AGP 3.0 версиясы деректердің сегіз блоктарының (режим AGP 8x) таратылуын қарастырады. Қазіргі уақытта AGP4x мүмкіндіктері көптеген видеокарталармен әлі жойылмағанымен, Intel компаниясы AGP Pro жаңа специканы алға бастады.

Бұл интерфейстiң негiзгi айырмашылығы қуатты энергия қоректенудi басқаруды мүмкiндiкте болады. AGP Pro тiркеуiшке осы мақсатта жаңа сызықтар қосылған. Жаңа стандарттың карталарының екi түрi бар болады ретiнде есептейдi— High Power и Low Power. High Power карталар 110 Вттан 50 Вт-қа дейін тұтына алады. Табиғи, олар жақсы суулар талап етедi. Спецификация осы мақсатта видеокартаның микросхемаларының негiзгi жиынның орналастыруы PCI-нiң екi еркiн слоттарының бар болуын талап етедi. Бұл тiркеуiштер видеокартаның сууының құрылымдары үшiн қолданыла алады, Low Powerдың картасының PCIнiң шинасы бойынша айырбас үшiн және тiптi қосымша қоректенудiң көлiгi 25-50 Вт тұтына алады, суудың қамтамасыз етулерi үшiн сондықтан PCI-нiң бiр еркiн слотының бар болуы керек болады. Сонымен бiрге, AGP Pro-ның карталарындағы барлық конструкциясын 3 немесе 2 слотындағы енiмен арнайы жапсырмасы көрiнiп қалады. AGP Pro-ның интерфейсi график түрiнде станциялар және кәдiмгi PC-терге үшiн арналған талап ету екiталай атап өтемiз. Егер жылыту үшiн оны қолданбаса.. Жаппай сандағы 2002 жылдың нәтижесiне (ретiнде AGP 8x кейде белгi қояды) 3.0-шi болжамның AGPның интерфейс қолдайтын чипсеттер пайда болды. Өткiзу қабiлетiнiң екi есе үлкеюi 66 мгцке дейiн шинаның такты жиiлiгi және сигналдардың жаңа деңгейдiң қолдануы 0,8 жоғарылату есебiнен жеткен. 2132 Мбайт/сқа дейiн шинаның өткiзу қабiлетi шамамен нақ сол интерфейстiң негiзгi параметрлерiнiң сақтауында жоғарылатудың сәтi түстi. Тiркеуiш аман сақталғандығымен үйлесiмдi AGP 2.0, оның электр мiнездемелерiмен бұрынғы, механикалық сигналдық сызықтарға кернеулерi төмендетудiң арқасында өзгердi. Сайып келгенде, стандарттың видеокарталары AGP 3.0 жүйелiк төлемнiң алмастыруы талап ететiн ескi чипсеттермен жұмыс iстемейдi. Шолынатын перспективадағы әр түрлi программалық өнiмдерiнде байланысты барлық кең енуден астам үш өлшемдi графика видеокартаның шинасының өткiзу қабiлетiнiң жоғарылатуы туралы сұрақ тұрады. AGPның алмастыруына алапкерлермен жергiлiктi шинаның жаңа әмбебап интерфейстерiн сөз сөйлейдi: HyperTransport и PCI Express. Hyper Transportтың қолдауымен чипсеттерiн пайда болу, видеокарталардың өндiрушiсi неткенмен алайда, AGPның шинасынан қашуларды жоспарламайды.

IDE (ATA) интерфейсы

Интерфейстiң дамытулары ұзақ тарихқа IDE (Integtated Drive Electronics — электроника, интегрированная в накопитель) оның стандарттарының белгiлерiнiң жиыны пайда болды. IBM-шi фирма ATтың спецификациясының компьютерiн босатқанда алыс 80-шi жылдар ендi бастаймыз (Advanced Technology — передовая технология). Бұл компьютердiң винчестерi 16-биттiк шинаға ISA қосып және меншiктi контроллермен жүргiзiлетiн болды. Бағдарлаушы электрониканың Western Digitalдiң фирмасының қатты дисктерiнiң ең iрi өндiрушiсi өзiмнiң винчестерiне салуға ұсынды. Мұндай интерфейске үйлесiмдi стандарт ATAның атауын алды (AT Attachment — подключение к AT) және жаңғыртудың мүмкiндiгiмен қамтамасыз еттi қатты дисктердiң (немесе қосымша) алмастыруы жолымен тұрып қалды. IDE-шi бұл интерфейстiң белгiсi сәл кешiрек пайда болды. Бүгiн IDE-шi аббревиатурасымен ATтың интерфейсiмен жоғарыдан төменге үйлесiмдi барлық құрылымдар жиi тiптi түсiнедi: Fast ATA, EIDEлер, Ultra AT қалған. AT спецификация бiр каналға (Master және Slave) екi құрылым қосуға болатынын анықтады. (0, 1, 2, 4, 5-шi РIО мәлiмет алмасудың тәртiптерi орнатты ) және 1-шi SW DMA.

PIO (Programmed Input-Output) тәртiп дискпен және жедел жадтың аралығында мәлiмет алмасудағы орталық процессордың (программалық енгiзу-шығару Programmed Input-Output қатысуын ескередi. Құрылым (жадқа тiкелей енуi Direct Memory Access) DMAнiң тәртiбiнде жүйелiк жадпен шинамен басқару ұстап қала тiкелей қатынасады. (Single Word бiр сөздi) SW және (Multi Word көп сөздi) MW хаттамаларды түрде мәлiметтер берiлгенiн анықтайды. Мысалы, тәртiптердiң нөмiрлерi айырбастың циклдалары ұзақтыққа көрсетедi және, нақ сол, 1-240 нc, 2-180 нc-шi деректердi беру жылдамдығына тиіс. Қысқартылған түрде бұл әдетте осылай жазады: SW2 DMA. MW1 DMA, PIO2, Шинаның 16-биттiк бағыттауының ерекшелiктерi ISA көлемнiң қатты дисктерi 528 мбайттан артық қолдауға мүмкiндiк бермедi. AT интерфейс ешқандай да басқа құрылымдардың қосуы қатты дисктерден басқа қамтамасыз ете алмады. Аралық сол жаңа компоненттер пайда болды: CD-ROM, магнит оптик, стримерлер дисководтар, әрбiрi қай өндiрушiден меншiктi интерфейстiң жабдықталды және кеңейтудi ISA сирек кездесетiн картаның слотына қосу әдетте үйлесiмдi емес басқа құрылымдармен талап еттi. Сонымен бiрге және қатты дисктердiң жылдамдығы едәуiр өсiрдi, және AT ескерiлген тәртiптер қазiргi талаптарға ендi қанағаттандырмады. Шапшаң хаттамалардан астам орнатқан ATтың интерфейсiне стандарт пайда болды РIO (3 и 4), MW DMA (1 и 2) Block transferдың мәлiмет алмасуын жаңа тәртiптi анықтады және LBAның диск сияқты кеңiстiгiнiң бағыттауын. Бұдан басқа, дисктiң құрылым мiнездемелерi туралы жүйелiк сұрау салулар бойынша мәлiмет беретiн теңестiрулерi команда кеңiткен. Ең соңғы iске асыруларда тiптi айтылып қойылды, IDE/AT-шi интерфейс қалай 16-биттiк болып қалады. IDE қосқан PCI шина 32-дәрежелiк аналық төлемнiң чипсетiнiң контроллерлерi болып табылады. Контроллер сондықтан екi тапсырған қатар 16-биттiк пакеттерден бiр 32-биттiк құрайды және шина бойынша ол бәрiнен алыс жөнелтедi. Несi ашық тiптi қатты дисктен аттанатын 16-биттiк пакет өзi шапшаң тәртiпте жүйенiң жұмысын бөгелтедi. Жоғары өнiмдi құрылымдар үшiн сондықтан тап SCSIнiң интерфейсi бар дисктердi қалайды. 1997 жылда келесі АТА-3 стандарты қабылданды. Ата-3 мәлiмет алмасудың тәртiптерi бойынша ата-2ге толық сәйкес келедi. Маңызды интерфейстiң дамытуында бiр қадам алға хаттаманың пайда болуы болды ATAPI (ATA Packet Interface — пакетті интерфейс АТА). Ол IDE компоненттердiң каналына қосу, өте жақсы қатты дисктерден қамтамасыз еттi. Әр түрлi түрдiң құрылымдарына рұқсаттағы айырмашылықтары қолданушы сонымен бiрге көздiң нүктесiмен болмады. Атарi хаттама BIOS тиiстi қолдау жақтан талап етедi, және де BIOSтiң соңғы болжамдары ATAPIнiң хаттамасы бойынша қосылған кез келген құрылым жүктеушiге тағайындай алады.

Сонымен бiрге мәлiмет алмасудың хаттамалары жаңа стандарттармен толтырды: (CRC Cyclic Redundancy Check ) бақылау сомасы бойынша қателердiң коррекциялары Ultra DMA mode 2-шi тәртiбiмен және тәртiппен. Демек, бұдан басқа, бiр каналдағы командалардың параллел орындауының тәртiптерi және екi құрылымдардың кезектердiң жасауының көп есептi тәртiптерi (расында, маңызды шектеулермен) IDE пайда болды. ATA/ATAPI-4 қатты дисктер ата-шы Ultraдың белгiлерiмен шығарылды. Атаның интерфейстерiнiң сымбатты және бүтiндiк жүйесiн жеткiлiктi, жоғарыда айтылған, мәлiметтiң тағы басқа сақтаушыларының өндiрушiлер өзара бәсекелес қатты дисктерiн шатыстыруға өтпедi. Өз өнiмiн базарға ерекшелеуге үшiн, олар интерфейстердiң меншiктi атауларын ойлап тапты. Бұл жол бойынша бiрiншi Seagateның серiктестiгi, Аның Fast ATтың ойлап тапқан атауы кеттi. Оның өнiмi негiзiнен (РIО4 және MW2 DMA) айырбастың тәртiптерi дөп жоқтықпен ата-шы ең тез айырмашылығы болады. Quantum фирма қоңыры ата-шыны стандарттан негiзiнде айырмашылығы болатын өз интерфейсi үшiн ата-шы Fastтың атауын ойлап шығарды. Ахуалды бәрiнен артық Western Digitalдiң серiктестiгi, кiмдiкi жеңiл қолынан шатыстырды (Enhanced IDEсi жақсартылған IDE) EIDEнiң белгiсi пайда болды. Дүкеншiлермен де, компьютер индустриясында да бұл термин және қазiр комплект жасайтын болып кең қолданылу жеткiлiктi. Егер ата-шы EIDEнiң айырмашылығын анықтауға талаптанылса, онда таң ғажайып айқындалады болжағыш. EIDE ата-шыны барлық спецификация және ATAPIнiң хаттамасы бiржола қосады екен. Сайып келгенде, ата-шыны интерфейсi бар қатты дисктi сөйлемге мағына бойынша EIDEнiң интерфейсi бар қатты диск өрнек маңызы бiрдей. Не сонда EIDEге айырмашылығы болады? WD әңгiме мынада Dual IDE/AT төрт құрылымдарға дейiн қолданылуға мүмкiндiк беретiн хостты ойлап тапты. IDE-шi интерфейске стандартқа шындығында мұндай ешқандай да қатынастың адаптерi дегенмен стандарттарға сәйкес кәдiмгi жұмыс жасау қамтамасыз ететiн сыртқы құрылым кез келген компонент үшiн IDE/AT алмай болып табылады. 1999 жылда ATA/ATAPI-5тiң стандарты қабылданып, өндiрушiлердiң көпшiлiгi оның нақты өнiмдерiмен қостаған болды. Жаңа стандарттың Ultra ата-шысы хаттама (Ultra DMA mode 4-шi спецификация) 66 Мбайт/сқа дейiн деректердi берудi тәртiп жылдамдықпен жала жапты. Мұндай дисктердiң қосулары үшiн 80 өткiзгiш бақытына орай 40 қазiргi үйлесiмдi болатын (сигналдық өткiзгiш және сызықтар, тұйықталған жерлерде алмасумен) жаңа шлейфтер түйiскен тiркеуiштермен IDE керек болды. Көп фирма жүргiзiлген зерттеулер жаңа 80-тiндi шлейф қолданушы құрылымдардың өткiзу жолағын IDE көп кеңейтуге әлi мүмкiндiк бердi. Осылай Ата/атарi спецификация пайда болды - 6 (Ultra DMA mode 5-шi тәртiп) 100 Мбайт/сқа дейiн қатты дисктерге және қарға өткiзу қабiлетi бар интерфейске талап анықтайтын. 32ден 64 битке дейiн LBAның үлкеюi жеке алғанда ескерiлген. Берiлудiң ерекше тәртiптерiнiң қолдауы ағынды видео, дисктердiң шулылығының кiшiрейтуi бойынша шара. Ата/атарi интерфейспен қатты дисктерi - 6 қазiр елестеткен AT сияқты дүкеншiлермен кең және әдетте белгi қою жеткiлiктi - 100. UltraATA-133тiң қатты дисктерiнiң пайда болуы IDE, неткенмен параллел интерфейсiнiң ары қарай әбден жетiлдiруiнiң мүмкiндiктерi iс жүзiнде бiтiрген және сондықтан ата Serialдiң бiртiндеп интерфейсiн перспективалы бағыт ретiнде қаралады.

Serial ATA-ға ресми спецификация 2002 жылда пайда болды, жылмен жаңа интерфейсi бар алғашқы қатты дисктер бұрын елестеткен. Serial ATAнiң қолдауы бар жүйелiк төлемдерге чипсеттерi күзде 2002 жылдар тұңғыш рет дүниеге келдi. Бұрынғы жүйелiк төлемдер үшiн жеке контроллерi болуға керек өнiмдiлiктiң шектеуiн бiлдiретiн PCIнiң слот орнатылатын.

Жаңа интерфейстiң бас айырмашылығы мәлiметтердi принциптi басқа бiртiндеп айырбас тәсiлде тұрады. Мәлiметтер сегiз тiн кабел бойынша берiледi, интерфейстiң iске асыруы сигналдардың деңгейi бүгiнгi күнге (шамамен 187 Мбайт/с) 1, 5 Гбит/стiң қарға өткiзу қабiлетiне жетуге мүмкiндiк беруге 3, 3 құрайды, дегенмен жуықтаның өңдеушiлерi бұл көрсеткiш екi есе үлкейтуге сөз бередi. Сайып келгенде, сыртқы интерфейстiң өткiзу жолағы әйтеуiр қатты дисктердiң (дискпен және буфермен шындығында аралық) iшкi деректердi берудi жылдамдығына сәйкес келедi. Бiрiншi жаздыкүнi 2000 жыл Seagateның фирмасы Serial ATAнiң интерфейсi бар қатты дисктiң көрсеттi.

Serial ATAнiң интерфейстiң қолданушысы көздiң нүктесiмен артықшылықтардың қатарын бередi. Бiрiншiден, SCSIнiң интерфейсi бар көп құрылымдар өнiмдiлiк бойынша аса басым түсетiн арзан қатты дисктер тұңғыш рет пайда болады.

Екiншiден, Zip жиналмалы сақтаушылары бар жинақтағыштардың ерiксiз келтiрулердi қатты диск, CD-ROM/ RW және DVD/CDтiң Serial ATA: қосылатын (бiр кабелге бiрнеше құрылымдар қосуға болады) компоненттерiнiң автоматты кескiндеуi ескерiлген. Orb, Jazzдар, LS-120, магнит оптик ) iшкi құрылымдар тағы басқалар. үшiншiден, жүйелiк блоктен компоненттерге және мұздатқыш ауаның кедергi жасайтын таралулары рұқсат күштi қиналатын шлейфтердi жоғалады.

Әйтеуiр, басқару жүйесiнiң алмастыруы талап етпейдi, Serial ATAнiң құрылымдарының драйверлерi өйткенi WinD0wsтiң үй-iшiлерiне мәселелерсiз қосады.

Басқа жағынан, қандай болса да уақыт өте алады, Serial ATAнiң қолдауы дейiн жүйелiк төлемдердiң чипсеттерiн көпшiлiкке қосылады. Әзiрше PCIнiң слотына кеңейту платасындағы арнайы контроллерлерi орнатуға тура келедi. Расында ежзюҐз өңдеушiлер IDE-шi интерфейсi бар Serial ATAнiң құрылымдарының үйлесiмдiктерiн сөз бередi. To Serial ATAнiң қатты дисктерi ағаш безiне керек жүйелiк төлемдердiң пайда болуы күтiп отыра алуға боладуға бар. Маңызды фактор жүйелiк төлемдердiң өндiрiсiнiң арзандауы болып табылады, сан өйткенi IDEлермен салыстырғанда өткiзгiш елеулi азаййды. Serial ATA-нiң интерфейсiмен қатты дисктерi тесттердiң нәтижелерi бойынша өз ID-лерiн асып түседi.

5.1-кесте. IDE интерфейсінің дамуы

Параметрлер	ATA	ATA-2	ATA-3	ATA/ATAPI-4	ATA/ATAPI-5	ATA/ATAPI-6
Жұмыс режимдері	PIO 1	PIO 4, DMA 2	PIO 4, DMA 2	PIO 4, DMA 2, UDMA 2	PIO 4, DMA 2, UDMA 4	PIO 4, DMA 2, UDMA 5
Өткізу қабілеттілігі Мбайт/с	4	16	16	33	66	100
Қосылатын құрылғылардың саны	2	2	2	2 каналына	2 каналына	2 каналына
Өткізгіш шлейфтерінің саны	40	40	40	40	80	80
Жұптылықты бақылау	жоқ	жоқ	жоқ	ия	ия	ия
Енгізу жылы	1981	1994	1996	1997	1999	2000

HyperTransport интерфейсы

Ең алдымен, өте жылдам енгiзу шинасы - (HT ) HyperTransportтың қорытындысы ретiнде iшкi жергiлiктi шина компьютерлiк жүйелерiндегi қолдануы үшiн арналған. HyperTransport интерфейс PCI-нiң шинасы бар салыстыруда өткiзгiш жүйелiк төлемде сан азайтуға мүмкiндiк бередi, аласа өнiмдiлiгi бар құрылымдардың шина монополизацияға қатысты тоқтау энергия тұтынуды кiшiрейтiп және өткiзу қабiлетiн негiзiнен дүркiн-дүркiн жоғарылатуға шеттету.

Сонымен қатар көп қазiргi интерфейстер, HyperTransportтың шинасы әр түрлi деңгейлерге ұйымдастырылған:

- шина физикалық деңгейде мәлiметтердiң сызықтары, басқару, такты, сонымен бiрге контроллерлермен және үйреншiктi электрлiк белгiлермен елестеткен;

- деректердi беру деңгейде деректердi беру үшiн инициализация және құрылымдардың кескiндеуi, анықтау және байланыс сеансының тоқтатылуы, мәлiметтердiң адекваттылықтың циклдiк бақылауы, пакеттердiң ерекшелеуiн ретпен анықталады;

- хаттама деңгейде байланыс, мәлiмет ағынын басқаруды ереженiң виртуалды каналдарының ерекшелеудi командасы анықталған;

- мысалы, транзакцияларының хаттамасының командалары деңгейде бағдарлаушы оқу немесе жазуды ескертпе дабылдарда айқындаған;

- сессиялар деңгейде энергия тұтынуды басқаруды ереже және жалпы сипаттың қалған командалары анықталған.

HyperTransportтың интерфейсi физикалық құрылымдар шеңберiнде бiрнеше түрлерге бөлшектенедi.

Cave (үңгiр ) - екi бағытталған байланыс каналындағы шеткi құрылым.

Tunnel (туннел ) - екi бағытталған байланыс каналындағы құрылым, (бiрақ Көпiр емес) өтуге орнатылған.

Bridge (Көпiр ) - бiрi бас болып есептелетiн және (Host ) шинаның контроллерi бар құрылымын ұластыратын екi бағытталған байланыс каналдарында құрылым басқа қалған құрылымдармен жалғастырады.

HyperTransportтың шинасында құрылымдардың жиынтықтары топологияны тiркес немесе деревоны түрде құрастыруға болады. AMD фирма туннел Hyper Transport-ның шинасының қолдауы бар«HT - AGP» (AMD-8151), дайын схемалары өндiрушiлерге ұсынады , енгізу шығару каналы AMD-8111) и туннель «HT - PCI-X» (AMD-8131). Үйлесiмдiгi қалған сайып келгенде қамтамасыз етiледi, соның iшiнде интерфейстермен және жаңа шинаға бiр қалыпты өту адамгершiлiктi әлдеқашанғы болып келеді. HyperTransportтың шинасының бұл турасында схема техникалық ұйымдары, онда оның масштабталатындығы болатын есептерге байланысты атап өтуi керек. Ең төменгi кескiнде (2 биттiң каналының енi, әрбiр битке екi физикалық сызықтар керек болады) (+ 1 тастауды + 1 қоректенудiң + 2 сигналдық + 4 жерге қосуын басқарудың сызықтары үшiн такты сигналдар үшiн осы +лар үшiн 8 4 + 4) 24 байланысу, (32 биттiң каналының енi) максимал кескiнiнде талап етедi 197 қорытындылар туралы ендi сөз болады. HyperTransport технология физикалық төмен вольттi дифференциалды сигналдардың жақсартылған версиясында негiзделедi (Low Voltage Differential Signaling, LVDS). Барлық сызықтар үшiн (мәлiметтер, басқарулар, такты) 100 Омның дифференциалды кедергiсi бар шиналарын қолданылады. Сигналдың тұрақтылығы 1,2 В болады. Арқасында бұл шинаның ұзындығына 800 Мбит/с дейiн бiр сызықтағы өткiзу жолағының жанында (61 шақты см) 24 дюймге дейін жете алады. HyperTransportтың спецификациясы бөлiнуiн ескередi (асинхрондық ) деректер ағын (D0wnstream ) бәсеңдейтiн (Upstream ) өспелi байқауға керек. Мұндай жол - маңызды үлкеюдегі мүмкiндiктi қамтамасыз етедi, LVDS әрбiр сигнал өз физикалық сызығы шектерiндегi жұмыс iстейтiндiгiнен, салыстырғанда қазiргi архитектуралардың такты жиiлiктерi. Бұдан басқа, мекенжай, команда және мәлiмет бiрiктiретiн пакет әрдайым 32 бит еселi. Сондықтан бит еннiң оның қатесiз берiлуi 2мен 32бит аралығында қамтамасыз етiледi. Бұл әр түрлi өнiмдiлiктiң шинасының қорларының тұтынушыларының Қосуы үшiн HyperTransportтың бiртұтас технологиясын қолдануға мүмкiндiк бередi: процессор, сызықтардың керек саны әрбiр жағдайда минималды қолдана жедел жад, видеоконтроллер, шапшаңдығы төмен енгiзу құрылымдары. Hyper Transport негiзiнен қарға Қосу өткiзу қабiлетi (сигналдың майданға және басылуы бойынша 800 мгцтi жиiлiкке және деректердi берудiң жанында 32 бит еннiң бәсеңдейтiн және өспелi каналдарына 6, 4 Гбайт/с бойынша) 12, 8 Гбайт/сқа жетедi. Салыстырулар үшiн AMD Athlonның процессорының (200 мгц) жүйелiк шинасының қарға өткiзу қабiлетi 2, 128 Гбайт/сты құрайтынын көрсетемiз. HyperTransport технологиялар маңызды ерекшелiк хаттамалар PCIнiң құрылымдары бар үйлесiмдiк деңгейде болып табылады. Жабдықтар өндiрушiлерге демек жаңа драйверлер тiптi сюға тура келмейдi. HyperTransport AMD 8000 қолдау жаңа чипсетте толық мәнiнде iске асырылған. Бұл технологияны жақында nVidia және SiSтiң фирмасының өз өнiмдерiнде қосты, VIA-шi серiктестiктен Ят чипсеттердi жақында күтiледi.

Бақылау сұрақтары:

1. RS-232C интерфейсін пайдаланып дербес комиьютерге қандай құрылғыларды қосуға болады?

2. PS/2 интерфейсін пайдаланып дербес комиьютерге қандай құрылғыларды қосуға болады?

3. RS-232C және PS/2 интерфейстерінің арасында қандай айырмашылықтар бар?

1. PCI интерфейсін пайдаланып дербес комиьютерге қандай құрылғыларды қосуға болады?

2. PCI Express (3GIO) интерфейсін пайдаланып дербес комиьютерге қандай құрылғыларды қосуға болады?

3. AGP интерфейсін пайдаланып дербес комиьютерге қандай құрылғыларды қосуға болады?

4. IDE (ATA)интерфейсін пайдаланып дербес комиьютерге қандай құрылғыларды қосуға болады?

5. HyperTransport интерфейсін пайдаланып дербес комиьютерге қандай құрылғыларды қосуға болады?

6. PCI және PCI Express (3GIO) интерфейстерінің арасында қандай айырмашылықтар бар?

Пайдаланған әдебиеттер:

1. Джеф Раскин, Интерфейс: новые направления в проектировании компьютерных систем. - Пер. с англ. - СПб.: Символ-Плюс,2003 г.

2. Торрес Р.Дж. Практическое руководство по проектированию и разработке полъзовательского интерфейса. - Пер. с англ. - М.: Вильямс, 2002 г.

3. Коутс Р., Влеймник И. Интерфейс "человек-машина" - N4.: Мир, 1990 г.

4. Алиев Т.М., Вигдоров Д.И., Кривошеев В.П. Системы отображения
информации. - М: Высшая школа, 1988 г.

5. Гасов В.М., Соломонов Л.А. Инженерно-психологическое проектирование взаимодействия человека с техническими средствами. Практическое пособие. //Под ред. Четверикова В.Н. - М,: Высшая школа, 1990 г.

6. Соломонов Л.А., Филипович Ю.Н., Шульгин В.А. Персональные
автоматизированные информационные системы. Практическое пособие./Под ред.Четверикова В.Н. -М.ІВысшая школа, 1990 г.

7. Гасов В.М., Меньков А.В., Соломонов Л.А., Шигин А.В. Системное проектирование взаимодействия человека с техническими системами. Практическое пособие. //Под ред.Четверикова В.Н. - М.: Высшая школа, 1991 г.

8. Гасов В.М., Коротаев А.И., Сенькин С.И. Отображение информации. Практиеское пособие. /Под ред.Четверикова В.Н. - М.: Высшая школа,1991 г.

Дата добавления: 2018-02-18; просмотров: 727; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

Мы поможем в написании ваших работ!