Sběrnice
Co je to sběrnice? • Definovat sběrnici je jednoduché i složité zároveň. Jedná se o předávací místo mezi (typicky) více součástkami počítače. Sběrnicí však může být i předávací místo jen mezi dvěma body. • Konkrétní sběrnice je souhrn přesně definovaných pravidel, zahrnující tvar konektoru a jeho umístění, způsob komunikace, datovou a adresovou šířkou, způsob přihlašování a odhlašování do/z komunikace apod. • Zjednodušeně lze sběrnici přirovnat k silnici, po které se auty dopravuje materiál od domu k domu. Čím více pruhů silnice má, tím více aut najednou může jet a tím více materiálu se dopraví. Čím rychleji auta jednou, tím více materiálu převezou.
Z čeho se sběrnice skládá? • Každá sběrnice obsahuje tři části: • Adresová sběrnice slouží k přenosu adresy. Přes datovou sběrnici se přenášejí data. Neviditelným doplňkem je řídící sběrnice, přes kterou se předávají všechny ostatní záležitosti. Doplňkem je napájení připojených zařízení (karet). • Některé sběrnice mají pro každou z výše uvedených funkcí samostatné vývody. Mnoho sběrnic používá univerzální část pro přenosu informace, ať jde o adresu nebo data. Nejmodernější sběrnice však mají univerzální vývody, přes které se přenášejí všechny informace sériově ve formě paketů.
Jak se přenášejí data? • Existují v zásadě dva způsoby – přenos přes procesor nebo do/z paměti. • PIO (Procesor Input/output) = procesorový vstup / výstup je způsob, kdy procesor sám čte či zapisuje data prostřednictvím sběrnice do nějaké periferie. Dnes se tento způsob používá jen pro krátké datové úseky či jednolivé bajty. • DMA (Direct Memory Access) = přímý přístup do paměti je způsob, kdy si periferie domluví s částí čipové sady, že data potečou nikoli do/z procesoru, ale do/z RAM paměti. Samozřejmě do toho mluví ještě operační systém (+ program), který řekne do/z které části RAM paměti se data budou nahrávat. Tím se vynechává procesor, který může v tu chvíli pracovat na jiném úkolu. Proto se tento způsob používá pro nejvýkonnější přenosy dat.
Měření základní jednotky • Sběrnice je komunikační místo, a tak je nejdůležitější hodnotou přenosová rychlost. Vliv na přenosovou rychlost má datová šířka, frekvence přenosu, účinnost přenosu, případně počet přenosových kanálů. • Příklad • Sběrnice PCI na základní desce Intel D865PERL má datovou šířku 32 bitů a frekvenci 33,3333 MHz. Jaká je maximální teoretická přenosová rychlost této sběrnice? 32 bitů * 33,3333 MHz = 1066,66666 Mb/s převod na B (bajty): 133,333 MB/s
• Příklad • Sběrnice AGP 8x má datovou šířku 32 bitů a frekvenci 533,333 MHz. Jaká je max. teoretická přenosová rychlost této sběrnice? 32 bitů * 533,3333 = 17 066,666 Mb/s
Kompatibilita sběrnic • Slučitelnost neboli kompatibilita je velmi důležitá pro lepší rozšiřitelnost či použití. • Jestliže se hovoří o kompatibilitě sběrnic, vždy se bere z pohledu základní desky (slotů).
Sběrnice – 1. generace • Tato generace vznikla v polovině 20. století a používala se dlouhá léta. Spočívá v hardwarové specifikaci, která nevyžaduje žádnou softwarovou podporu. Jednotlivé vývody sběrnice mají neměnný význam. Díky tomu byly velmi jednoduché a bylo snadné vytvořit periferie komunikující na těchto sběrnicích. • V jednu chvíli mohou komunikovat jen dvě zařízení mezi sebou. Ostatní musejí počkat. V jednu chvíli sběrnice přenáší jen jedním směrem. Data se přenášejí paralelně neboli vedle sebe (zároveň). Data a adresa mají vlastní výhody. • Mezi členy 1. generace sběrnic patří například: • PC bus (někdy též XT Bus) • ISA • EISA
Sběrnice – 2. generace • Tato generace vznikla počátkem 90. let, vrcholem byl přibližně rok 2000. Spočívá v kombinaci hardwarové a softwarové specifikaci. Jednotlivé vývody sběrnice mají poměrný význam. Díky tomu jsou složitější na řízení, ale o to rychlejší. Není tak snadné vytvořit periferie komunikující na těchto sběrnicích. • V jednu chvíli mohou komunikovat jen dvě zařízení mezi sebou. Ostatní musejí počkat. V jednu chvíli sběrnice přenáší jen jedním směrem. Situaci lze přirovnat k silnici s uzavírkou. Data se přenášejí paralelně neboli vedle sebe (zároveň). Data a adresa mají společné vývody. • Mezi členy 2. generace sběrnic patří například: • PCI • PCI-X • AGP
Sběrnice – 3. generace • Tato generace vznikla kolem 90. let, do praxe se začíná uplatňovat od roku 2004. Spočívá v kombinaci hardwarové a softwarové specifikaci s převahou softwarové. Jednotlivé vývody sběrnice mají proměnný význam. Díky tomu jsou složitější na řízení, ale o to rychlejší. Není tak snadné vytvořit periferie komunikující na těchto sběrnicích. • V jednu chvíli může komunikovat více zařízení mezi sebou. Ostatní musejí čekat. V jednu chvíli přenáší oběma směry. Každý směr má své vlastní vodiče. Lze to přirovnat ke klasické silnici, kde každý směr má svůj pruh. Data se přenášejí sériově neboli za sebou (postupně). Data a adresa mají společné vývody. • Do rodiny sběrnic 3. generace patří například: • PCI Express
PCI • PCI = Perhipheral Component Interconnect • Jedná se o universální sběrnici počítače. Sběrnice PCI není určena pro konkrétní procesor. Je navržena tak, aby mohla sloužit téměř s libovolným 32- a vícebitovým procesorem od určitého výkonu. • Sběrnici navrhla společně skupina firem (v čele Compaq, Digital, IBM, Intel a NCR); první verze přišla v červnu 1992. Dnes se o standard stará PCI-SIG s více než 800 členy. Nyní se jedná o celou rodinu sběrnic. • PCI přenáší po univerzálních vodičích data i adresu. Tím se snižuje počet vodičů (a vývodů v konektorech), takže se mohou používat menší a levnější konektory. Naproti tomu stejná vlastnost mírně snižuje přenosový výkon.
AGP • AGP = Accelerated Graphics Port • Sběrnice specializovaná na grafické účely. V počítači jde vždy prostor jen pro jednu AGP kartu. Byla vytvořena pro potřeby procesoru Intel Pentium II a uvedena na podzim 1997. Je to vlastně modifikovaná 32bitová sběrnice PCI, ovšem upravená pro jediný slot a vyšší frekvence.
PCI Express (verze 1) • PCI Express = Peripheral Component Interconnect Express • Původní název byl 3GIO (3rd Generation Input Output = sběrnice třetí generace). Má nahradit nejen sběrnici PCI, ale také sběrnici AGP. Spočívá ve dvou čistě jednosměrných sběrnicích, kde jedna část přenáší data pouze jedním a druhá část sběrnice pouze druhým směrem.
PCI Express • Výkon PCI Express sběrnice je nejvyšší, pokud je poměr vyslaných a přijatých dat shodný (tj. 50 : 50). Potom např. pro PCI Express x1 můžeme říci, že jde o 250 + 250 = 500 MB/s. • Jestliže přenos probíhá jen jedním směrem, je polovina sběrnice nevyužita (část pro přenos dat zpět). Není však možné ani na chvíli použít i zbývající vodiče. Ty jsou vyhrazeny skutečně jen pro jednosměrný provoz bez výjimek.
Kompatibilita sběrnic • Slučitelnost neboli kompatibilita je velmi důležitá pro lepší rozšiřitelnost či použitelnost. Jestliže se hovoří o kompatibilitě sběrnice, vždy se bere z pohledu základní desky (slotů). • Příklad: Jaká je dopředná kompatibilita 64bitové PCI sběrnice? • 64bitová PCI byla vzato jako základ pro rovněž 64bitovou PCI-X. Podmínkou je, že obě strany budou podporovat 3,3V režim. Do 3,3V 64bitového PCI slotu je možné osadit kartu PCI-X s tím, že poběží na rychlosti PCI sběrnice. 64bitová PCI s podporou 3,3 V je tedy dopředně kompatibilní s PCI-X.
Kompatibilita karet • Zde je situace v porovnání se sloty konkrétní sběrnice. Karta musí být sběrnicí podporována. Větší kartu je možné do menšího slotu osadit jen výjimečně – musí to podporovat karta, sběrnice i základní deska.
Otázky 1. 2. 3. 4. 5.
Jaké tři části obsahuje každá sběrnice? Jaké jsou způsoby přenosu dat? Kolik je generací sběrnic? Co vše má vliv na přenosovou rychlost? Vyjmenuj alespoň jednu sběrnici libovolné generace.
