|
Sběrnice v PC - Základní informace o systémové a rozšiřující sběrniciSběrnice v PC - Základní informace o systémové a rozšiřující sběrnici
Systémová sběrnice Pod pojmem sběrnice obecně rozumíme soustavu vodičů, která umožňuje přenos signálů mezi jednotlivými částmi počítače. Pomocí těchto vodičů mezi sebou jednotlivé části počítače komunikují a přenášejí data.
Systémová sběrnice je sběrnice, která slouží ke komunikaci mezi procesorem, koprocesorem, pamětí cache, řadičem cache paměti, operační pamětí, řadičem operační paměti, a některými dalšími zařízeními. Systémová sběrnice se nazývá CPU Bus. Rozšiřující sběrnice Osobní počítače musí být navrženy tak, aby bylo možné jejich snadné rozšiřování o další zařízení (grafické karty, zvukové karty, řadiče disků, síťové karty,…). K tomuto rozšiřování základních funkcí počítače jsou využívané tzv. rozšiřující sběrnice počítače. Do jejichž slotů se jednotlivé zařízení zapojují. Sloty jsou podlouhlé plastové konektory, připevněné na základní desce, sloužící:
Pro zapojování přídavných zařízení na sběrnice musí platit určitá pravidla kompatibility (rozložení slotů, systém komunikace sběrnice,…). Takže ve výpočetní technice je pojem sběrnice také chápán jako standard, dohoda o tom, jak vyrobit zařízení (rozšiřující karty), která mohou pracovat ve standardním počítači. Rozlišujeme několik typů sběrnic:
Mezi základní parametry každé sběrnice patří tyto tři:
Základní rozdělení sběrnic:
Současné počítače mají více druhů slotů. Nejvíce rozšířený je slot PCI, který díky své rychlosti a universálnosti může spojovat víceméně jakýkoliv druh přídavného zařízení se základní deskou. Jsou to bílé 8,5 cm dlouhé sloty. Dalším typem je slot AGP, který je novější a rychlejší. Tento slouží k připojení videokarty a pozná se podle toho, že je menší než PCI a je vzdálenější od okraje základní desky. Na základní desky se již méně často umísťují sloty ISA, černé delší složené ze dvou částí, které jsou nahrazeny rychlejšími PCI sloty. A pro levnější varianty modemů a zvukových karet bývají k dispozici AMR sloty, které nahradili ISA sloty. Lepší varianta místo AMR je slot CNR, který má mimo jiné širší možnosti uplatnění a zpětnou kompatibilitu s kartami již existujícími kartami AMR. Sběrnice PC bus Prvním systémovým sběrnicím se říkalo I/O CHANNEL. Byly to osmibitové sběrnice s 2 x 31 kontakty se šířkou přenosu 8 bitů. Sběrnice PC bus byla navržena a vyrobena firmou IBM pro první počítače IBM PC a IBM PC/XT založené na procesoru 8088. Tento procesor je vnitřně 16-bitový ale má jen 8-bitovou datovou datovou sběrnici. Sběrnice má 62 kontaktů z nichž 8 slouží pro přenos dat. Z toho plyne že šířka přenosu dat PC bus je 8 bitů. Dalších 20 bitů je pro přenos adresy, což odpovídá 20-bitové adresové sběrnici procesoru 8088 a 8086. Další vývody jsou pro následující funkce:
Osmibitové sloty jsou zapojeny na základní desce paralelně. Základní parametry:
Sběrnice ISA Pro počítače s procesory řady 80286 již stávající šířka přenosu 8 bitů nestačila a novější ISA sběrnice již měla k původním 2 x 31 kontaktům PC bus dalších 2 x 18 kontaktů, které ji rozšiřovaly na 16 bitů datové sběrnice. Adresovou sběrnici měla oproti PC bus 24 bitovou což plně vyhovovalo stávajícímu procesoru 80286. Rozšíření bylo plně zpětně kompatibilní, takže šlo použít 8-bitovou kartu PC bus do 16-bitové sběrnice ISA. Využívá se totiž jen prvních 2 x 31 kontaktů původního ISA slotu. Počet zařízení připojených na jednou dosahoval počtu 8 přídavných karet. Všech 8 vývodů se však na základní desky neumisťuje z důvodů úspory místa pro další sběrnice. Další vodiče kromě 16 vodičů datové sběrnice a 24 vodičů adresové sběrnice mají následující funkci:
Důvod, proč lze vidět i v případě zpětné kompatibility ISA s PC bus na novějších počítačích s procesory 80286 a 80386 jak sloty ISA tak i sloty PC bus spočívá ve fyzickém provedení některých karet na PC bus, které nedovoluje patřičně karty upevnit. Základní parametry:
Znázornění sběrnice 16-bitové:
Sběrnice ISA byla zapojena na základní desce tímto způsobem:
Byl zcela novým typem sběrnice vyvinutým firmou IBM pro jejich počítače řady IBM PS/2. IBM se pokusila vyvinout sběrnici rychlejší a s nižším prahem šumu než ISA. Sběrnice pracovala na frekvenci 10 MHz. Šířka datové části byla 16 bitů v případě karty s 2 x 58 kontakty, a nebo s přenosem 32 bitů, kde bylo navíc 2 x 31 kontaktů. Zajímavost bylo rozšíření o 2 x 10 kontaktů tzv. video rozšíření. Navíc výrobci kartu vybavili tzv. proudovým režimem, ve kterém karta dokázala přenášet 64 bitů. Adresová sběrnice byla proměnná v závislosti na adresové sběrnici procesoru: 80286 – 24 bitů 80386 – 32 bitů Důvodů, proč se MCA (Micro Channel Architecture) na trhu příliš neujala bylo více. Sběrnice byla typem odlišným od ISA, takže to vylučovalo spětnou kompatibilitu a navíc desky, které se vyráběli s MCA neměli starší ale velmi rozšířenou sběrnici ISA, což ji odsoudilo k zániku. U tohoto typu karet se poprvé začala využívat softwarová konfigurace, což bylo nespornou výhodou, protože člověk spustil konfigurační program a nemusel bytečně rozdělávat počítač. Softwarová konfigurace se začala v pozdějších dobách využívat i u ISA karet. Karta MCA podporovala busmastering, což znamená že sběrnice MCA je multimasterovou sběrnicí. Základní parametry:
Krok firmy IBM vytvořit výkonnější sběrnici (MCA) než ISA vedl společnost devíti firem (Compaq, Epson, AST Research, NEC, Tandy, Olvetti, Wyse, Zenith) k vytvoření takové sběrnice, která by byla zpětně kompatibilní s kartami pro slot ISA. Její vlastnosti jsou podobně sběrnici MCA. Z důvodů kompatibility z kartami ISA musela zůstat přenosová rychlost nižší, 8 MB/s, oproti MCA. Ale sběrnice dovoluje busmastering a programovou konfiguraci. EISA má jak datovou tak i adresovou část 32 bitů. Zpětné kompatibility se dosahuje stejným rozložením kontaktů slotu (2 x 31 + 2 x 18) a nových vlastností přidáním dalších kontaktů (59 pinů) mezi kontakty původní ISA. Sběrnice se používala na počítačích s procesorem řady 80386 a 80486, ale její rozšířenost nebyla veliká díky brzkému nástupu lepších sběrnic. Základní parametry:
Rozdíl mezi ISA a EISA:
Vznik lokální sběrnice byl podmíněn zvyšováním rychlosti procesoru, kdy stávající systémové sběrnice přestávali výkonově dostačovat rychlosti procesoru. Jedná se o procesory řady 80486. Mezi vzniklými sběrnicemi byla i sběrnice VLB, VESA (Video Electronics Standards Association) Local Bus. Tato byla zpětně kompatibilní se sběrnicí ISA a částečně ji nahradila. Její nevýhoda byla ve fyzickém provedení, protože karta byla příliš dlouhá a mnohdy špatně dosedla do slotu, což mělo za následek špatnou funkčnost zařízení. Sběrnice byla řešena tak, že signály, které VLB přijímala byly přímo data vedené z procesoru bez jakékoliv úpravy. Signál byl tedy příliš slabý a to vedlo k dalším komunikačním nepříjemnostem. Při připojení více zařízení na sběrnici VLB docházelo ke snižování maximální frekvence se kterou sběrnice mohla pracovat a nečitelnosti přenášených dat, takže byl maximální možný počet připojených zařízení tři. Při plném obsazení pracovala sběrnice na 33 MHz. Přímé zapojení sběrnice k procesoru (na systémovou sběrnici) zapříčiňuje velkou závislost sběrnice na taktu procesoru. Další nevýhodou bylo odlišné pracovní napětí karty (5V) oproti novým procesorům (80486), které pracovaly s 3,3 V. Karta se sběrnicí VL bus mohla běžet v tzv. burst režimu, kdy se adresa vysílá v prvních čtyřech po sobě následujících cyklech sběrnice a následující tři cykly se přenášejí data. Takže tento režim lze využít při zápisu většího množství dat do po sobě následujících paměťových míst. Sběrnice VL bus byla vyráběna na základních deskách se sběrnicí ISA a nemohla bez ní pracovat, protože využívala některé její sygnály. Základní parametry:
Sběrnice se nacházela vždy v řadě za 16-bitovým slotem ISA. Schéma zapojení VL bus v počítači: Sběrnice PCI Je to první sběrnice která má šířku přenosu 64 bitů. Nejedná se o lokální sběrnici. Tato sběrnice je připojena na systémovou sběrnici přes tzv. mezisběrnicový můstek, což má určité výhody: jednak je to universálnost sběrnice, lze ji použít i u jiných počítačů než PC, např. DEC, Macintosh, a za další, mezisběrnicový můstek dovoluje uskutečňovat přenos při odlišné úrovni napětí procesoru (systémové sběrnice) a sběrnice PCI. Na rozdíl od sběrnice VL bus není PCI závislá na žádné jiné sběrnici a využívá pouze svoje signály. Šířka přenosu je závislá na datové sběrnici procesoru, jedná-li se o Pentium, je to již zmíněných 64 bitů a pokud jde o procesor 80486 (datová sběrnice 32 bitů), pracuje PCI se šířkou přenosu 32 bitů. Maximální rychlost sběrnice PCI je 33 MHz, což znamená u desky s procesorem 80486 rychlost 132 MB/s a u desky s Pentiem 264 MB/s. Rychlosti 264 MB/s ( s procesory Pentium) je docíleno přenosem dat ve dvou krocích, tzv. multiplexem. Díky shodnému fyzickému provedení je zaručena zpětná kompatibilita 64 bitové a 32 bitové karty. Sběrnice PCI umožňuje burst režim, ale vysílání adresy není omezeno jen na čtyři po sobě následující cykly sběrnice. Dále PCI podporuje na rozdíl od VL bus busmastering, kdy je výkon počítače vyšší, protože procesor není zatěžován řízením sběrnice. Novinkou byla podpora Plug and Play na kartách PCI, což je přínosem pro instalaci a konfiguraci karty. Standard Plug and Play byl vyvinut v roce 1992 a jedná se o standard, který dovoluje automatickou, nebo značně jednodušší konfiguraci, instalaci karty. Základní parametry:
Obrázek slotu PCI: Schéma zapojení PCI s mezisběrnicovým můstkem na základní desce: Sběrnice AGP Accelerated Graphic Port je sběrnice vyvinutá firmou Intel konkrétně pro grafické karty. Podnětem pro vývoj byl velký rozmach 3D grafiky a nutnost přenášet velké textury (2 MB – 4 MB i více v nejméně 16 milionech barev) do paměti RAM. Proto je AGP spojen nejen se systémovou sběrnicí, ale i s paměťovým subsystémem, to znamená, že karta AGP je schopna samostatně pracovat s operační pamětí RAM. Přímý přístup do systémové paměti zabraňuje duplicitnímu uložení dat jak v systémové paměti, tak v grafické paměti.Další výhoda AGP pro grafické karty je v její samostatnosti, nemusí se grafická karta dělit o přenosovou rychlost ostatními zařízeními jako u PCI. Sběrnice AGP má několik režimů rychlostí. Jsou to režimy 1x, 2x, 4x, 8x. Tyto režimy si určí sama grafická karta, podle toho, pro jaký je vyrobena. Základní frekvence sběrnice AGP je 266 MB/s. Nyní je nejnovější AGP s frekvencí 8 x 266 MHz, to je kolem 2 GB/s. Slot AGP je podobný slotu PCI s tím rozdílem, že kromě 32 kontaktů pro adresy/data má ještě 8 kontaktů pro "ostatní" adresování. Aby AGP mohlo být plně využité je k tomu potřeba počítač nejméně s procesorem Pentium II. Výhody:
Základní parametry:
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
