Дәріс №3 Intel негізінде ДК үшін жүйелік интерфейстері

ISA (Industry Standard Architecture - Архитектура промышленного стандарта) – ДК үшін орталық процессор негізінде бірінші стандарттық жүйелік интерфейс. ISA шина дегеніміз компьютердің іске қосуын, платалардың өзара әрекеттесуін қамтамасыз етеді. Шинаның толық баяндамасы IEEE P996-1987 стандарт түрінде шығарылған.

Бұл архитектураның бірінші варианты 8086/8088 ОП үшін болды (тактілік жиелігі 4,77 МГц, 62-контактілік шина).Теория жағынан қарағанда деректерді тасымалдау максималдық жылдамдығы 16 Мбайт/с.

Intel-386 Intel-486 процессорлардың пайда болғанда ISA жылдамдығының көрсеткіштері кем болуға тиісті. 1989 жылында бірнеше компаниядардың көмегімен (Compaq, Hewlett Packard, NEC & т.б.) негізінде шина (Extended ISA) шығарылды. Біріншіден EISA 32-бит жоғары өндірілген шина, екіншіден – ISA архитектурасына ақпарат, электр, конструкция жағынан сай келеді. EISA разъемы екі қатар контактан тұрады: жоғарыда ISA сигналдар үшін, төменде – қосымша сигналдар үшін.

MCA (Micro Channel Architecture Микроканалдық) – 1987ж. IBM альтернативтік жүйелік архитектурасын ұсынды. Оның негізгі ерекшелігі ISA архитектурасына қарағанда разрадтілік 64 битке дейін ұлғаяды. MCA процессордің типтен тәуелсіз. MCA магистраль үшін жүйенің автоматтық конфигурациясы пайдаланған бағасы қымбат болғаннан кейін MCA шинасы кең тарамады.

Intel-386/486 негізінде ((рис.1)жады, енгізу-шығару құралдары үшін бөлек шиналар қолданған, сондықтан оперативтік жадының максималдық мүмкіндіктері пайдаланған., жоғарыда айтылған интерфейстер арқылы қосылған құралдардың жұмыс істеу жылдамдығы процессор жылдамдығынан кем. Көбінесе бұл ескерту видеоадаптер мен накопительдің контроллер үшін әділ. Бұл жағдай локальды шиналардың архитектурасының негізінде шешілді, мұнда процессор құрал контроллермен тікелей байланысқан (рис.2).

Ең кең тараған VLB және PCI локальды шиналары . VLB 32-разрядтілік шинаның ерекшеліктері - қарапайымдылық пен арзандылығы. Одан кейін Intel Pentium ге қарай (64-разрядтілік шина, 50 МГц, Plug&Play қолдауы) VLB2 спецификациясы шығарылды. Бірақ ол кең пайда алмады, себебі PCI шинасы шығарылды.

Рис. 14.1. Типичная система с низкоскоростной шиной устройств ввода-вывода

Рис. 14.2. Система с архитектурой локальной шины (VLB)

Лекция №4 PCI Интерфейсі

ДК нарығында кең тараған PCI (Peripheral Component Interconnect - перифериялық компоненттердің өзара әрекеттесу) шинаның негізіндегі жүйелер. Бұл интерфейс 1992 ж. Intel фирмасымен VLB/VLB2 локальды шинаға альтернатива ретінде ұсынылды. (Стандарт PCI 2.0 - 1993). Осы интерфейстің жетілдірушілері PCI шинаны локальды емес, аралық шина деп есептейді және әртүрлі процессорге пайдалануға болады, мысалы: Alpha, MIPS, PowerPC және SPARC.

ISA, EISA немесе MCA шиналарды PCI шинасының көпірі арқылы бақылап тұрады(рис. 3). Сондықтан, ДКге жүйелік интерфейстері әр түрлі болатын енгізу/шығару құралдың платаларын орнатуға болады.

(Например, в чипсете Intel Triton использовалась микросхема PIIX, помимо контроллера IDE предоставляющая мост для шины ISA.)

Рис.3. Система на основе PCI

PCI платалардың үш варианты болады: сигналдың деңгейі 3,3 В, 5 В және әмбебап. Әр платаның вариантына жеке разъем арналған. PCI шинаның екі реализациясы бар: 32-разряд және 64-разряд. 64-разряд реализациясында қосымша разъем пайдаланады.

PCI шинасында адрес және деректер сигналдары мультиплексияланады, сондықтан әр 32 немесе 64 разряд тасымалдау үшін екі шиналық цикл қажет: біреу –адресті жіберуге, ал екіншісі – деректер жіберу үшін. Бірақта пакеттілік режимін де қолдануға мүмкін. Пакеттілік дегеніміз, адресті тасымалдау бір циклдан соң деректерді тасымалдау төрт циклға дейін жүзеге асыруға болады. (PCI-32 16 байт дейін). Сол себептен PCI-32 шинасының (тактілік жиелігі 33 МГц болатын) тасымалдау жылдамдығы 66 Мбайт/с (төрт байт тасымалдау үшін екі шиналық цикл)және пакеттілік тасымалдау жылдамдығы 105 Мбайт/с жуық.

PCI платаларының қолдауы:

• Plug&Play автоматтандырылған конфигурация;
• Тоқталуды бірге пайдалану (Тоқталудың бір номерін әр құралда пайдалануға мүмкін);
• Адрестік және деректер шинаның сигналдарының жұптығын бақылау;
• Конфигурациялық жадысы 64 тен 256 дейін байт.

ДКде PCI шиналардың саны екі немесе бірнеше(16 дейін) болу мүмкін. Әр шинамен PCI көпірі бақылайды. Егер екінші PCI шинасының бақылауы біріншісінен жүргізілсе, онда ол иерархиялық схема д/а. Егер PCI шиналарының бақылауы процессордың шинасынан тікелей жүзеге асырылса, онда ол теңқұқылық схема д/а.

Әдетте PCI көпірі сыртқы кэш жады және негізгі жады контроллердің функцияларын орындайды, процессормен ілесуін қамтиды. Pentium II/III жүйелерінде бұл функциялар "солтүстік"(North Bridge) және "оңтүстік" (South Bridge) көпірлерінің арасында бөлінген. Видеокартаны қосу үшін қосымша жылдамдығы жоғары болатын AGP жүйелік интерфейс те қосылған.

1995ж PCI 2.1 жаңартылған версиясы шығарылды, оның мүмкіндіктері:

• 66 МГц тактілік жиелігі;
• MTT (Multi-Transaction Timer) көптеген сұраныстарды өңдеу таймері;
• Пассивтік айыру(Passive Release) ISA шина тасымалдау жүргізу уақытында PCI шина арқылы жадыға тікелей қатынасу.
• Ұстаптұрған транзакциялар PCI шинасында приоритетте болады ISA шинасының деректеріне қарағанда;
• Жазу өнімділігінің ұлғаюы.

2005ж бастап ДКде Pentium 4 негізінде PCI орнына жаңа PCI Express жүйелік интерфейс пайдалынады.

Лекция№5 Порт AGP

Мультимедиа технологияларының нығайтуымен PCI шинасының мүмкіндіктері видеокарта өнімділігіне жеткілікті болмады. PCI стандартын өзгертпей, үшөлшемді бейнелердің өңдеу өнімділігінің арттыру үшін 1996ж Intel фирмасымен видеокартаны қосу үшін AGP (Accelerated Graphics Port – жоғары жылдамдықты графическалық порт) бөлек интерфейсі ұсынылған.

Бірінші рет AGP порт Pentium II негізіндегі жүйелерінде ұсынылды. Сол жүйелерінде чипсет екі көпірмен бөлінген болатын (North Bridge, South Bridge). Солтүстік көпір ОП, жады және видеокартаны – үш құралды байланыстыратын. Сол себептен, солтүстік көпір негізгі жад контроллердің функцияларын атқарды. Ал PCI шинаның екінші көпірі енгізу/шығару құралдарын камтамасыз етті. AGP жетілдірушілердің негізгі мақсаты – ішінде құрастырылған видеожадының кішірейтілген көлемінде, себебі бұл технология жалпы жадыға жоғары жылдамдықпен қатысады.

AGP интерфейсі топология бойынша шина емес, себебі тек біреу видеокартаны қолдайды. AGP порт PCI 2.1 негізінде жасалған, тактілік жиілігі 66 МГц, 32-разряд, 3,3 В. AGP порт PCI шинасынан тәуелсіз болғандықтан және оларды бөлек көпірлер камту себебінен деректерді өңдеу қабілеті жоғары болады. Сол уақытта AGP-порт әрқашан жалғыз болғандықтан, арбитраждың жоқтығынан оның шапшандығы белгілі болды.

AGP интерфейсінде SBA(Side-Band Addressing) жолы бойынша адресация режимі бар. SBA режимінде 8 қосымша жолмен жаңа адрес, сол уақытта 32-биттілік шинамен алдынғы сұраныстын деректері тасымалданады. AGPдің альтернативті тәсілі – конвейеризация. PCI шинасында бірінші адрес жіберіледі, содан кейін деректер. Ал AGP интерфейсінде адрестердің пакеті, олардан кейін деректер пакеті қойылады.

Рис. Конвейеризация AGP

Үшөлшемді бейнелердің өңдеуі компьютердің негізгі жадында ОП мен видеокартаның процессорымен бірге орындалады. AGP видеокартаның процессорына кіру үшін екі механизм ұсынайды:

· DMA (Direct Memory Access) – жадыға әдеттей тұра кіру. Бұл режимінде негізгі жад ретінде картаның ішінде құрастырылған видеожадты айтамыз;

· DIME (Direct In Memory Execute) – жадыда тікелей орындау. Бұл режимінде негізгі және видеожад жалпы адрестік кеңістікте орналасқан.

AGP порттың қолдануында ОЖ және видеоадаптердің драйвері сәйкес қолдауды қамту қажет. AGP порттың келесі модификациялары бар:

· спецификация AGP Pro, 110 Вт қуаттылығы болатын видеокарталары үшін, мүнда қосымша қосу разъемдары болады;

· 64-биттілік порт AGP, мамандырылған графикалық адаптерлері үшін;

· интерфейс AGP Express, PCI Express негізіндегі аналық тақшаларда қолданылады.

Қазіргі уақытта AGP порт өз мүмкіндіктерін бітіріп PCI Express жүйелік интерфейспен ығыстырып шығарылып жатыр.

Таблица 1. Режимы работы AGP
Режим	AGP 1x	AGP 2x	AGP 4x	AGP 8x
Спецификация	AGP 1.0-1997	AGP 1.0-1997	AGP 2.0-1998	AGP 3.0-2000
Уровни напряжений	3,3 В	3,3 В	1,5 В	0,8 В
Макс. скорость	266 Мбайт/с	533 Мбайт/с	1066 Мбайт/с	2133 Мбайт/с

Таблица 1. Режимы работы AGP
Режим	AGP 1x	AGP 2x	AGP 4x	AGP 8x
Спецификация	AGP 1.0-1997	AGP 1.0-1997	AGP 2.0-1998	AGP 3.0-2000
Уровни напряжений	3,3 В	3,3 В	1,5 В	0,8 В
Макс. скорость	266 Мбайт/с	533 Мбайт/с	1066 Мбайт/с	2133 Мбайт/с

Таблица 1. Режимы работы AGP
Режим	AGP 1x	AGP 2x	AGP 4x	AGP 8x
Спецификация	AGP 1.0-1997	AGP 1.0-1997	AGP 2.0-1998	AGP 3.0-2000
Уровни напряжений	3,3 В	3,3 В	1,5 В	0,8 В
Макс. скорость	266 Мбайт/с	533 Мбайт/с	1066 Мбайт/с	2133 Мбайт/с