D nešní PC. PC architektura; PCI inovace. X36PZA Periferní zařízení M. Šnorek 1

D nešní PC PC architektura; úvod do PCI, PCI inovace

X36PZA Periferní zařízení M. Šnorek 1

Obsah přednášky • PC architektura. • PCI – základní charakteristiky. • PCI architektura, • příklady signálových sledů. • Implementace PCI rozhraní. • Budoucnost PCI?

X36PZA Periferní zařízení M. Šnorek

PC architektura ze začátku milenia …


Totéž graficky pojednáno trochu jinak


Architektura dnešního PC

U tohoto obrázku se podrobněji zastavíme ještě jednou později …


Propustnost – příklady I. Obvyklá použití

Ustálená přenos. rychlost, propustnost

Další výhled

I SA

zvukové karty, modemy

2 – 8,33 MB/s

koncem roku 1999 vymizela

PCI

grafické karty, SCSI, nové zvukovky

133 MB/s, nová verze 266 MB/s

dnešní standard, ještě ...

AGP

grafické karty

528 MB/s

speciál, koexistuje s PCI


Propustnost – příklady II. Obvyklá použití

Ustálená přenos. rychlost, propustnost

Další výhled

ATA/ I disky, CD, DVD DE

3,3 – 100 MB/s

standard pro dnešek i zítřek

SCSI

podobně

5 640 MB/s

standard pro dnešek i zítřek

U SB

Všechno možné pomalejší

12 Mb/s, var. 2.0 až 360 480 Mb/s

velmi perspektivní


Současná PC architektura = PCI • Dnes (ještě) nejpoužívanější V/V sběrnice. • Dostupná od r.1991, nástup 1995 – Win95. • Procesorově nezávislá. Poznáte proč? – 33 MHz nebo 66 MHz, – 32 nebo 64 bitů, – propustnost 132 264MB/s, 264 – 528MB/s.

• 1 x PCI = 3 – 4 zařízení, celá přenosová šířka pásma.



Základní PCI charakteristiky • • • •

Synchronní přenos údajů, možný je souvislý (burst) přenos, oddělené hodiny procesoru a sběrnice, multiplexovaná datová a adresová sběrnice, – data 32 nebo 64 bitů, – adresy 32 nebo 64 bitů.

• Napětí 5V/3,3V nebo mix, nesymetrické napájení. • Dnes už výhradně jen 3,3 V.


Připomenutí terminologie interfejsingu • Synchronizace přenosu údajů – asynchronní, – synchronní, • pseudosynchronní,

– izochronní.

• Pozn.: – následujícím časovým diagramům, signálovým sledům, se obvykle říká protokol sběrnice.

• Uvidíte jeden sběrnicový cyklus.


Příklad synchronního přenosu


Příklad asynchronního přenosu


Jde to i jinak?

Stavové signály, kterými zařízení (iniciátor nebo target) žádá o vložení WAITtaktů

Ano, pseudosynchronně!


A kdy je synchro izochronní? • V izochronním přenosu se přenáší údaje s konstantní průměrnou rychlostí! • Jinak: za určitý časový interval se přenese vždy stejný objem dat, ale okamžitá rychlost přenosu nemusí být stále stejná. • Typické pro moderní multimediální zařízení. • Řešení: používá se několik souběžných přenosových kanálů, jedním kanálem se obsluhuje několik periferií, atd. • Připomenutí: – synchronní přenos – přenos konstantní okamžitou rychlostí, – asynchronní přenos – zařízení jsou z hlediska časování nezávislá.


Připomenutí terminologie interfejsingu • Multiplexovaná sběrnice. • Souvislý/jednorázový přenos údajů.


Souvislý režim (burst mode)

Mimochodem: AD část této sběrnice je multiplexovaná.


PCI terminologie I. • Každé sběrnicové transakce se zúčastní 2 zařízení: • Initiator (iniciátor) x Target (cíl nebo podřízený). – Initiator = Bus Master, – Target = Slave.

• Nesouvisí to ale s tím, kdo bude data vysílat a kdo je bude přijímat! • Kdy je sběrnice typu Multimaster? – Existujeli více potenciálních Bus Masterů!

• Kdo pak ale rozhoduje o tom, kdo se stane aktuálním Masterem? – Arbitr sběrnice.

• Musí to být jedno nějaké konkrétní zařízení?

– Může (centralizovaný, ale arbitr může být i decentralizovaný.


PCI terminologie II. • Pro časování sběrnicového cyklu je vztažným okamžikem náběžná hrana hodin, • sběrnicový cyklus má (obvykle) – adresovou a – datovou fázi.

• Ukončení přenosu údajů (sběrnicového cyklu) je možné. • Synchronizace přenosu pseudosynchronní.


PCI signály – 32bitová verze


PCI architektura Arbitrační podsystém

IDSEL

REQ GNT

PCI host

AD[0..31]

Slot 1

Slot 2

Slot 3

Slot 4

4

4

C/BE[3..0]

Řízení 4

IRQ

4

Přerušovací podsystém X36PZA Periferní zařízení M. Šnorek

Napěťové verze PCI


Signálový sled „Zápis “


Význam bitů C/BE[3..0]#

Jak se z C/BE bitů vyrobí signály (např.) MEMR, MEMW, IOR, IOW, atd.?


Všimli jste si? • Délku přenášeného bloku určuje signál Frame. • Jednorázový i souvislý (Burst) přenos údajů je možné „přibrzdit“ vkládáním čekacích taktů (pseudosynchronní)!


Signálový sled „Čtení“


Arbitrace o řadič sběrnice


Signálový sled „Potvrzení přerušení“


Podrobnější studie přerušovacího systému


Rekapitulace metodiky • Všimněte si: s PCI jsme postupně seznamovali tak, že jsme studovali signálové sledy • jak přenáší údaje (zápis, čtení), • jak se o ní arbitruje, • a nakonec jak se řeší žádost o přerušení.


„Ukončení transakce masterem“


Blokové schéma PCI karty


Konfigurační registrový prostor má standardní strukturu:


Možné modifikace


Implementace PCI rozhraní • Realizace „na koleně“ (jako to bylo možné u ISA) nepřichází (téměř) v úvahu, neboť – je mnohem obvodově náročnější a SSI/MSI obvody nerealizovatelná, – standard je sice otevřený, ale – podrobné, pro implementaci důležité, informace (např. přesné časování) běžně dostupné nejsou.

• Řešením je komerční nabídka PCI karty.


Příklad obvodu PCI rozhraní


Příklady komerčních řešení


Budoucnost PCI? • Více než 10ti letá historie je v PC světě předlouhá. Svědčí o úspěchu, ale vnucuje otázku: co bude dál? – PCIX, PCI Express? Co to je?

• Je několik dalších ambiciózních řešení, ale na rozetnutí gordického uzlu se čeká. • PCI se ale prosadilo i do průmyslového prostředí jako základ stavebnice (viz 3. přednáška).


Přehled inovací • Příčina: nedostatečná propustnost PCI. • • • • •

1995 66 MHz protokol pro PCI, 1996 technologie AGP, 1997 HyperTransport, 1999 PCIX, 2001 PCI Express.


HyperTransport • U procesorů AMD Hammer je to systémová sběrnice. • Výhradně spojuje dvě jednotky – dvoubodový spoj. • Provádí sériový přenos po paketech. • Má vysokou propustnost – max. 9,6 GB/s. • Ale: je to nepravděpodobný nástupce PCI.


PCIX • Vychází z klasické PCI → zpětně kompatibilní s PCI. • Šířka sběrnice typicky 64 bitů. • Maximální frekvence 533 MHz (1 slot). • Maximální propustnost 4266 MB/s. • Ve vývoji PCIX 1066 a PCIX 2133. • Řešení spíše vhodné pro servery.



PCI Express I. • Dříve označována jako 3GIO, dnes nejrozšířenější inovace. • Sledujte typickou PC architekturu dneška: • Co se změnilo? V čem spočívá idea PCI Express (PCIe)? •

Paralelní sběrnice je nahrazena několika PCI Express linkami.

End Point = periferní zařízení


PCI Express II. • Využívá sériový přenos po paketech, dvoubodový spoj! • Propustnost 2,5 Gb/s v každém směru. • Max. propustnost PCIe x16 je 10 GB/s (efektivně 8 GB/s kódování).


PCI Express • Proud (lane) tvořen 4 vodiči. • Podle počtu proudů se určuje link (x2). • Jedná se o jednosměrný dvoubodový spoj!



Srovnání přenosových rychlostí


Shrnutí • Konec PCI: 2008 (?). • Nástup sériových metod propojování. • Inovace které už dnes PCI nahrazují: PCIX a PCI Express. • Co PCI definitivně nahradí se lze jen domýšlet... (InfiniBand, StarFabric, RapidIO).


Doporučuji přečíst • WhatisPCIExpress.pdf


Dodatek – Milníky PC historie


Originální IBM PC


IBM Personal Computer XT a AT


IBM PS/2


EISA


VESA Local Bus

Skončila v roce 1996, s uvedením na trh procesorů Pentium.


PCI a PCIX

PCIX pro srovnání


PCIe PCI Express x4, x16, x1 a x16 sloty, spolu se standardním 32b PCI slotem na desce LanParty nF4 UltraD jednoho výrobce (DFI).


V roce 2005 dokončila čínská firma (PR China) Lenovo nákup PC divize IBM a stalo se 3. největším počítačovým výrobcem na světě. • Le je od slova legenda a • novo od nový.


D nešní PC. PC architektura; PCI inovace. X36PZA Periferní zařízení M. Šnorek 1

Recommend Documents