Grafika, porty, sběrnice

Grafika, porty, sběrnice Cílem této kapitoly je sezn{mit se s dalšími důležitými č{stmi počítače, a to zobrazovací soustavou, porty a sběrnicemi, bez kterých by počítač nemohl pracovat. Porozumět, jak se vytv{ří obraz přen{šený na monitor a jak spolu komunikují jednotlivé č{sti počítače. Klíčové pojmy: Grafick{ karta, monochromatický, pixel, programové rozhraní API, pipeline, fill-rate, texely, Shadery, data, přenos dat, rozhraní, interface, port, komunikační protokol, sériový, paralelní, sign{l, synchronní, asynchronní, handshake, buffer, řadič, arbiter sběrnice, řadič přerušení, systémov{ sběrnice, FSB, HyperTransport, periferní sběrnice, severní a jižní most, System Controller, Peripheral Bus Controller, PCI, AGP, PCIe, Plug-and-Play (PnP), Hot Plug, Hot Swap

1/ Grafika Počítače řady PC používají zobrazovací soustavu, kter{ je tvořena z{kladními prvky: -

Zobrazovacím adaptérem (grafickou či videokartou) – tvoří obraz

-

Monitorem nebo LCD-displejem - vytvořený obraz se na něj přen{ší.

Videokarty (grafické karty, grafické adaptéry) jsou zařízení, kter{ zabezpečují výstup dat z počítače na obrazovku monitoru. Videokarta m{ vliv na to, jaký software může uživatel na počítači provozovat, a jak rychle se data na obrazovku přen{šejí. Většina videokaret dovoluje pr{ci ve dvou z{kladních režimech: 

textový režim: režim, který umožňuje zobrazovat pouze předem definované znaky, jako jsou písmena (A, a, B, b, C, c, ...), číslice (1, 2, 3, ...), speci{lní znaky

24/10/2011

Grafika, porty, sběrnice

1

(&, ^, %, ...) a pseudografické znaky (symboly pro vykreslov{ní tabulek). Tyto znaky jsou přesně definované pomocí matic bodů a je možné je zobrazovat pouze jako celek. Na displeji je nejčastěji 80 sloupců a 25 ř{dků. Použív{ se většinou v příkazovém režimu operačních systémů. Jsou pouze monochromatické (dvoubarevné). 

grafický režim: režim, ve kterém jsou informace zobrazov{ny po jednotlivých obrazových, bodech tzv. pixelech (Picture Element). Tento režim již nepoužív{ předem definované znaky, ale může z jednotlivých pixelů vykreslit prakticky "libovolnou" (z{visí na možnostech konkrétní karty) informaci.

Z{kladní parametry videokarty: Rozlišení v textovém režimu - Počet znaků, které je možné v textovém režimu zobrazit na jednom ř{dku, a počet ř{dků, které je možné umístit na obrazovku. Matice znaku - Počet bodů (ve vodorovném a ve svislém směru), ze kterých se může skl{dat jeden znak v textovém režimu. Rozlišení v grafickém režimu - Počet pixelů, které je možné v horizont{lním a ve vertik{lním směru zobrazit. Počet barev (barevn{ hloubka) - Počet barev, které je možné z{roveň zobrazit. Ud{v{ se většinou pouze pro grafický režim. Rychlost - Počet pixelů, které videokarta dok{že vykreslit za jednotku času. Ud{v{ se pouze v grafickém režimu.

-

Grafické karty, které jsou schopny zobrazit maxim{lně dvě barvy, jsou označov{ny jako monochromatické (černobílé).

-

Grafické karty, které pracují se z{kladními barvami – model RGB ((Red Červen{, Green - Zelen{, Blue - Modr{), jsou barevné.

Moderní videokarty se skl{dají z n{sledujících č{stí: 

procesor



paměť

24/10/2011


2



DAC převodník



ROM BIOS

Schéma videokarty

Typy videokaret: - Grafick{ karta MDA Videokarta MDA (Monochrome Display Adapter) byla první videokartou, kter{ byla dod{v{na k počítačům řady PC. Byla vyrobena firmou IBM v roce 1981. Tato videokarta pracovala pouze v textovém režimu (mohla zobrazovat jen znaky zadané ASCII kódem). V textovém režimu mohla zobrazovat 80 znaků na ř{dek a 25 ř{dků na obrazovce. Jeden znak byl definov{n v matici o rozměrech 9 x 14 bodů. Tyto vlastnosti poskytovaly velmi dobře čitelný text. Bohužel zobrazov{ní grafiky u karty MDA nebylo možné. Druhou podstatnou nevýhodou tohoto adaptéru byla schopnost pr{ce pouze v monochromatickém (černobílém) režimu. Videokarta neměla vlastní BIOS a kapacita videopaměti stačila pouze 4kB.

24/10/2011


3

- Grafick{ karta CGA Grafický adaptér CGA (Color Graphics Adapter) vznik{ jako n{stupce karty MDA opět ve firmě IBM. Karta CGA již dok{že pracovat v textovém i grafickém režimu a dovoluje pr{ci v monochromatickém i barevném režimu. Nevýhodou této karty oproti kartě MDA jsou její parametry v textovém režimu. Je možné zobrazit 80x25 nebo 40x 25 znaků v 16 nebo 2 barv{ch, ale matice jednoho znaku se skl{d{ z 8 x 8 bodů, což značí horší čitelnost znaků. V grafickém režimu dovoluje zobrazit maxim{lně: 

640 x 200 bodů černobíle



320 x 200 bodů ve 4 barv{ch ze 16

Videopaměť měla kapacitu 16kB. - Grafick{ karta Hercules (HGC) Hercules (HGC - Hercules Graphics Card) vznikl z adaptéru MDA přid{ním možnosti pr{ce i v grafickém režimu. Vyvinula jej firma Hercules a nebyl kompatibilní s IBM. V textovém režimu m{ Hercules stejné parametry jako karta MDA, to znamen{, že dok{že zobrazit 80 x 25 znaků a jeden znak je tvořen 9 x 14 body. V grafickém režimu je možné dos{hnout rozlišení 720 x 348 bodů ve 2 barv{ch. Toto rozlišení je však nevýhodné, protože jeho poměr počet bodů v horizont{lním směru / počet ve vertik{lním směru je přibližně 2/1, zatímco poměr rozměrů obrazovky monitoru je 4/3. Grafika měla velmi dobrou rozlišovací schopnost. Kartu musel podporovat aplikační program. Grafick{ karta Hercules podobně jako MDA pracuje v monochromatickém režimu. Později vznikla i barevn{ verze, kter{ ale nezaznamenala většího rozšíření. Hercules byl použív{n hlavně u počítačů řady PC / XT. - Grafick{ karta EGA Videokarta EGA (Enhanced Graphics Adapter) byla vyrobena v roce 1984 a jednalo se o první všestranně využitelnou kartu firmy IBM. V textovém režimu zobrazovala podobně jako předešlé karty 80 x 25 znaků a jeden znak byl vytvořen v matici 8 x 14 bodů. Tyto parametry zaručovaly poměrně dobrou čitelnost textu. Kromě toho karta EGA pracovala i v grafickém režimu, kde umožňovala maxim{lní rozlišení 640 x 350

24/10/2011


4

bodů v 16 barv{ch z 64 možných. Měla vlastní BIOS a kapacita videopaměti byla 64 – 256kB. Tato karta umožňovala ve své době poměrně solidní využití, jak při pr{ci s textem, tak i v grafických aplikacích. Pro profesion{lní pr{ci s grafikou však nedostačovala. Jako výkonnější alternativa ke kartě EGA vznikl později grafický adaptér označovaný jako PGA (Professional Graphics Adapter). Tento adaptér se však nikdy ve větší míře neujal. - Grafick{ karta VGA Grafický adaptér VGA (Video Graphics Array) firmy IBM byl vyroben v roce 1987 původně pro řadu počítačů IBM PS/2. Jedn{ se o kartu, kter{ je schopna v textovém režimu zobrazovat 80 x 25 znaků a jeden znak je definov{n v matici 9 x 14 bodů. Znaky v textovém režimu mohou být zobrazov{ny v 16 barv{ch. V grafickém režimu dok{že tato videokarta zobrazit maxim{lně 640 x 480 bodů v 16 barv{ch. Tento typ videokarty vyžaduje oproti předchozím kart{m nový typ monitoru, který není řízen digit{lním sledem sign{lů, ale spojitě (analogově) měnící se hodnotou sign{lu každé ze z{kladních barev (Red - Červen{, Green - Zelen{, Blue - Modr{). - Grafick{ karta SVGA Videokarta SVGA (Super Video Graphics Array) je dnes nejpoužívanější typ grafické karty. Jejím nejdůležitějším prvkem je procesor, který do značné míry ovlivňuje její výkon. U modernějších typů videokaret je tento procesor schopen realizovat (buď s{m nebo za pomocí nějakého dalšího obvodu) některé často používané grafické operace. Takov{to videokarta býv{ nazýv{na také akceler{tor a umožňuje podstatně vyšší výkon, protože není nutné, aby každý pixel, který se m{ zobrazit na obrazovce, byl vypočít{n procesorem počítače. Procesor počítače tak pouze vyd{ příkaz kartě, co m{ vykreslit (linku, kružnici, obdélník), a vlastní výpočet jednotlivých zobrazovaných pixelů provede k tomuto účelu specializovaný procesor videokarty. Kromě těchto jednoduchých operací je možné, aby procesor videokarty prov{děl i složitější operace používané při pr{ci s 3D grafikou (např. zakrýv{ní neviditelných hran, stínov{ní apod.) nebo operace spojené s přehr{v{ním videosekvencí. Videokarty tohoto typu se pak nazývají 3D akceler{tory a multimedi{lní akceler{tory. Procesor videokarty je propojen pomocí sběrnice s videopamětí. Šířka této sběrnice býv{ (32b, 64b, 128b). V z{vislosti na kapacitě paměti, tzv. video paměti, a procesoru, který tato karta použív{, je možné zobrazovat n{sledující režimy:

24/10/2011


5

Kapacita video paměti Maxim{lní rozlišení Počet barev 256 kB 512 kB 1 MB

2 MB

3 MB

4 MB 6 MB

640 x 480

16

800 x 600

16

1024 x 768

16

800 x 600

256

1600 x 1200

16

1280 x 1024

16

1024 x 768

256

800 x 600

65536

640 x 480

16,7 mil.

1600 x 1200

256

1280 x 1024

256

1024 x 768

65536

800 x 600

16,7 mil.

1600 x 1200

256

1280 x 1024

65536

1024 x 768

16,7 mil.

1600 x 1200

65536

1280 x 1024

16,7 mil.

1600 x 1200

16,7 mil

Super VGA vyr{bí v dnešní době mnoho výrobců (Diamond, Matrox, ATI a další). Při této výrobě však došlo ke ztr{tě vz{jemné kompatibility v režimech s vyšším rozlišením. Posledním naprosto standardním režimem, který je na všech SVGA kart{ch kompatibilní, je režim VGA 640 x 480 v 16 barv{ch. Režimy s vyšším rozlišením již bývají nekompatibilní a vyžadují speci{lní programové ovladače určené pro pr{ci s tímto typem videokarty. Z důvodu této nekompatibility byl později zaveden standard, který byl nazv{n VESA (Video Electronics Standard Association). Tento standard dnes většina videokaret podporuje přímo svým hardwarem, jiné karty jej podporují pouze softwarově pomocí programů dodaných výrobcem videokarty a některé starší karty jej nepodporují vůbec.

24/10/2011


6

Grafick{ karta Je j{drem celé zobrazovací soustavy a kreslí obraz.

Tvorba obrazu (rendering) Typy zobrazení: -

Plošné 2D – kreslené ve dvou os{ch (x,y), vyhovuje většině běžných kancel{řských programů (textové procesory, tabulkové procesory atd.)

-

Prostorové 3D – kreslené ve třech os{ch (x,y, z), využívají je hry, speci{lní grafické programy např. CAD atd.

Programové rozhraní API – software vytvořený pro komunikaci operačního systému s hardware (grafické karty, zvukové karty apod.). Konkurenční programy API: -

DirectX od Microsoftu (integrov{no ve Windows XP), nové pro Windows Vista a vyšší, se nazýv{ Aero

-

OpenGL (podporu ovladačů zajišťuje výrobce grafické karty)

Postup tvorby 3D-obrazu: Tvorba re{lného 3D-obrazu je značným technickým problémem. Vytv{ří se ne z{kladě počítačového modelu, charakteristik scény a okolí. Kostru modelu tvoří dr{tov{ konstrukce, kter{ se pokryje povrchem. Povrchu je přiřazen tzv. materi{l a vztah k dopadajícímu světlu. Scénu charakterizuje umístění světel a kamery, okolí pak barva, obraz v pozadí, mlha apod. Program, který rendering prov{dí, konstruuje

24/10/2011


7

na z{kladě matematických algoritmů bitmapový obr{zek. Snahou je, aby uměle zkonstruovaný obr{zek simuloval fotografii v počítačem napodobené scéně. Kreslení 3D-obrazu musí projít n{sledujícími f{zemi: 1. Aplikace (program pro tvorbu obrazu) musí popsat, jak m{ obraz vypadat. Scéna se pak před{ pomocí programového rozhraní API ke zpracov{ní hardwaru. 2. Zobrazovan{ tělesa se musí matematicky popsat – povrch tělesa se převede na síť trojúhelníků. Potom se tělesa natočí do polohy, jak je vidí pozorovatel. Neviditelné trojúhelníky se odstraní (grafické obvody akceler{toru). 3. Nakreslí se povrch zobrazovaných těles – síť trojúhelníků je „vymalov{na“. Dopočítají se souřadnice hran a vnitřních bodů trojúhelníků. Metody používané pro popis povrchu trojúhelníků: -

Stínov{ní –stanovena barva každého pixelu v trojúhelníku.

-

Mapov{ní textur – každý trojúhelník je „potažen“ dvojrozměrným vzorkem (dřevo, kov apod.).

4. Filtrov{ní a vyhlazov{ní obrazu (odstranění chvění obrazu při rychlých změn{ch, vyhlazení roztřepených hran, odstranění rušivých barevných přechodů apod.). 5. Viditelnost trojúhelníků (bližší objekt se musí objevit před vzd{lenějším). Existuje několik postupů pro stanovení pořadí objektů. 6. Snímek se odešle ke zpracov{ní do monitoru nebo LCD-displeje. Při velkých rozlišovacích schopnostech a vysokých obnovovacích frekvencích dnešních monitorů je nutné, aby se při odesíl{ní obrazu již kreslil další snímek do paměti.

Hardware grafické karty Grafick{ karta obsahuje tyto z{kladní prvky: -

Grafický čip GPU (Graphics Processor Unit) – samostatný mikroprocesor řídicí činnost karty, kter{ zajišťuje tvorbu obrazu.

-

Operační paměť (videopaměť) – GPU s ní spolupracuje, ukl{d{ do ní hotový obraz, který se potom přenese na obrazovku.

24/10/2011


8

Frekvence a šířka sběrnice spojující oba prvky určuje množství přenesených dat. -

RAMDAC – digit{lně-analogový převodník, přev{dí digit{lní obraz z operační paměti karty na analogový sign{l, který vstupuje do monitoru. U LCD-displeje není potřeba.

-

Chlazení realizované ventil{torem – sběrnice pracuje s co největší frekvencí.

-

Další obvody rozšiřující funkčnost karty např. televizní tuner, obvody VIVO apod.

-

Patice AGP pro připojení karty do z{kladní desky jsou dnes nahrazeny standardem PCIe (PCI Express).

GPU je řídicí jednotkou grafického adaptéru, určuje vlastnosti karty, její výkon a cenu. Hlavní výrobci GPU jsou dva – ATI (majetek AMD) a nVidia. Z{kladním úkolem GPU je vytv{ření jednotlivých bodů obrazu – pixelů. Dříve grafické čipy používaly pouze jednu cestu ke zpracov{ní informací – pipeline. Jedna pipeline mohla vykreslit jeden pixel v jednom taktu. Na každý vykreslený pixel mohla být aplikov{na jedna textura za jeden cyklus. Počet pixelů, které mohly být vykresleny, se rovnal počtu pipelines (jedna) n{sobeno frekvencí čipu. Takto vytvořený počet pixelů se označuje jako fill-rate. Aby však obraz vypadal prostorově, je třeba, aby se na každý pixel aplikovalo více textur (element{rní textury – texely). Jeden pixel je tedy složen z několika texelů. Např. skl{d{-li se každý pixel ze dvou element{rních

24/10/2011


9

texelů, musí dvakr{t projít vykreslovací jednotkou (pipeline), což snižuje hodnotu pixel fill-rate na polovinu. Dnešní karty jsou vybaveny několika pipeline, které mohou pracovat paralelně. D{le dok{žou za jeden takt vytvořit více texelů. V každé pipeline jsou umístěny Shadery, které pracují s jednotlivými pixely: -

Vertex Shader – vytv{ří trojrozměrné objekty, umísťuje je do prostoru a star{ se o světelné efekty

-

Pixel Shader – definuje barvu a průhlednost objektů.

Většinou se vytv{řený obraz rozloží na č{sti, zpravidla čtverce, a každ{ pipeline vytv{ří jeden čtverec obrazu. Jedn{ se o paralelní kreslení a tím se tvorba obrazu zrychlí. U GPU určujeme tyto parametry: -

Frekvence grafické karty- 350 – 600MHz (ovlivňuje rychlost tvorby obrazu)

-

Výrobní technologie GPU – 110 -130nm, špičkov{ hodnota je 90nm

-

Počet texturovacích pipelines = počet Shaderů (z{kladní kritérium GPU) – 8 až 12

-

Počet texturových jednotek na pipeline – počet texelů vytvořených v jedné pipeline za jeden takt

-

Maxim{lní teoretický fill-rate – výsledek pr{ce – pixely na obrazovce

-

Maxim{lní teoretický texel fill-rate – pixel fill-rate n{sobeno počtem texelů na jednotku pipeline.

Paměť - nazýv{ se také videopaměť.

24/10/2011


10

Parametry paměti: -

Kapacita paměti – nejdůležitější parametr [MB]

-

Takt paměti a její typ – používají se rychlé paměti typu DDR3 a vyšší, frekvence je 350 – 540MHz (ve skutečnosti je takt dvojn{sobný)

-

Šířka paměťové sběrnice *b+ – čím je větší šířka sběrnice, tím více údajů se přenese během jednoho taktu

-

Maxim{lní teoretick{ propustnost paměti – šířka sběrnice x rychlost sběrnice

Další výbava umožńuje doplnění grafické karty o další funkce: -

TV-Output (televizní výstup) – výstupní obraz lze poslat i na televizi a projektor

-

Obvod VIVO (Video In Video Out) – karta je doplněna A/D převodníkem, který umožňuje příjem sign{lu z televize, použív{ se pro připojení videa, umožňuje úpravu videa

-

TV-Tuner – obvod, který dok{že přijímat televizní sign{l a d{le jej zpracovat

-

Obvody pro dekódov{ní MPEG-2 (form{t komprese DVD) – šetří čas mikroprocesoru a zrychluje pr{ci s DVD

-

Podpora více monitorů – při pr{ci s některými programy (např.CAD) se pracovní plocha rozděluje na více monitorů

Výstupy – výstupní konektory z{visí na vybavení grafické karty: - D-Sub – standardní analogový konektor pro připojení analogového monitoru, pokud přes něj připojíme LCD-displej, musí být doplněn A/D převodníkem; mohou se objevit šumy v obrazu nebo je zpomalena rychlost přenosu

-

DVI – m{ dvě normy: ∙ DVI-D – se použív{ už delší dobu u videopřehr{vačů a přehr{vačů, sign{l se přen{ší digit{lní (není potřeba RAMDAC) a je kvalitní, připojuje se LCDdisplej, videosign{l se přen{ší dvacetipětipólovým kabelem (Dual-link a Single-link) ∙ DVI-I (Digital Video Interface-Integrated) – přen{ší digit{lní i analogový obraz podle normy VGA, použív{ se 29-pólový kabel, lze přen{šet i HDTV

24/10/2011


11

-

-

TV OUT – výstup televizního sign{lu, realizace 4-,7- nebo 9-pinovým konektorem S (konektor TV OUT S) nebo konektorem Cinch (TV OUT C), sign{l pro TV, video nebo datový projektor TV IN – vstup, použív{ stejné konektory jako TV OUT, obsahují jej pouze karty s VIVO, přiv{dí do PC sign{l z videopřehr{vače, přehr{vače DVD, videokamery nebo digit{lního fotoapar{tu.

Integrovan{ grafika Mnoho chipsetů m{ integrovaný grafický čip. Obvody grafické karty jsou přímo na z{kladní desce. Obrazov{ data se ukl{dají přímo do operační paměti, což omezuje její činnost. Jedinou výhodou integrované grafiky je pouze její cena. Použív{ se u kancel{řských programů.

24/10/2011


12

2/ Porty Data – jakékoli údaje, informace nebo zpr{vy vyj{dřené tak, aby byly zpracovatelné počítačem. Přenos dat – přemisťov{ní údajů, informací, nebo zpr{v prostorem. Je možné ho uskutečňovat na malé , střední nebo velké vzd{lenosti. Souboru technických prostředků zabezpečujících přenos dat mezi vnějším prostředím a vnitřními obvody počítače se řík{ rozhraní (interface). Rozhraní – interface – tvoří jakousi br{nu (port) styku mezi vnitřní sběrnicí mikropočítače a vnějším prostředím. Rozhraní musí být schopno přenést data oběma směry a zablokovat (oddělit) sběrnici od vnějšího prostředí (přídavného zařízení). - Malé vzd{lenosti - přenos uvnitř mikropočítače. Není nutno vytv{řet ž{dné další technické prostředky, neboť komunikace je zabezpečena přímo mikroprocesorem na nejnižší úrovni. - Střední vzd{lenosti – ř{dově desítky až stovky metrů. Je nutno vytvořit takové technické prostředí, které zajistí ochranu dat před znehodnocením. - Velké vzd{lenosti – ř{dově kilometry a více. Jedn{ se o nejvyšší formu přen{šení informací. Vyžaduje technické prostředky na vysoké technické a organizační úrovni. Přenos dat mezi zdrojem a příjemcem probíh{ podle předem stanovených syntaktických (skladba, nauka o spojení slov a vět) a sémantických ( nauka o významu slov a č{stí slova) pravidel. Na zač{tku přenosu musí na straně zdroje i příjemce platit shodn{ pravidla o form{tu zpr{vy i o fyzik{lním přenosu. Zdroj i příjemce dat musí mít v době přenosu „společnou řeč, jazyk“, musí pracovat podle stejného komunikačního protokolu . K přenosu dat mezi dvěma místy slouží množina technických prostředků, kterou nazýv{me přenosový nebo též sdělovací kan{l. V mikropočítačové technice se setk{v{me s n{zvem sběrnice – BUS. Skl{d{ se ze tří druhů vodičů a to adresových, datových a řídících. Počet vodičů datové č{sti sběrnice nazýv{me šířkou toku dat nebo šířkou přenosového kan{lu. Přenos dat probíh{ určitou rychlostí. Přenosov{ rychlost se vyjadřuje počtem bitů přenesených za jednotku času a její jednotkou je bit/s. Druhy přenosů : Přenos dat se realizuje pomocí sign{lu. Sign{l je fyzik{lní realizací informační jednotky (bitu). - Sériový přenos dat – jednotlivé sign{lové prvky se přen{šejí za sebou. Data se např. před{vají bit po bitu prostřednictvím jednoho sdělovacího kan{lu. Použív{ se pro přenos na větší vzd{lenosti, neboť n{klady na zařízení a provoz jsou nízké. - Paralelní přenos dat – určitý počet sign{lových prvků se přen{ší současně. Data se v tomto případě přen{šejí po slabik{ch nebo slovech. Použív{ se pro

24/10/2011


13

přenos na kratší vzd{lenosti, protože vyžaduje zvýšené n{klady na zařízení i provoz. Přenosový výkon – je veličina ud{vající, kolik bitů zpr{vy nebo informace je přeneseno za jednotku času. Jednotkou je 1 bit/s , ale na rozdíl od přenosové rychlosti, ud{v{ přenosový výkon počet těch informačních jednotek, které skutečně přenesou informaci za jednotku času. Při přenosu dat se jednotlivé informační jednotky, resp. znaky, přen{šejí v určité časové posloupnosti. Vždy je však třeba zajistit, aby příjemce dat spr{vně vyhodnotil zač{tek přenosu nebo poč{teční přen{šený znak. Řík{me pak, že došlo k zasynchronizov{ní přenosu dat mezi zdrojem a příjemcem. Je-li časový odstup charakteristických okamžiků , což je okamžik přechodu z jednoho charakteristického stavu do druhého, stejný, hovoříme o synchronním přenosu dat. V opačném případě jde o přenos asynchronní. - Paralelní rozhraní (1981)

U paralelního rozhraní se přenos realizuje po znacích, slabik{ch. Jak je vidět z obr{zku, tak vnější přídavn{ zařízení oddělují obvody rozhraní od sběrnice mikropočítače. ADR. BUS jsou adresové vodiče sběrnice; CONTROL BUS jsou řídící vodiče sběrnice a DATA BUS jsou datové vodiče sběrnice. Datovým kan{lem se přen{šejí datové informace (znaky), řídícím sign{lem Z[PIS se aktivuje z{pis dat ze sběrnice mikropočítače do vnějšího přídavného zařízení , řídícím sign{lem ČTENÍ se aktivuje přenos dat z vnějšího přídavného zařízení do mikropočítače. Sign{lem POTVRZENÍ (ACKNOWLEDGE) vnější přídavné zařízení potvrzuje ukončení zadané operace. Vnější přídavné zařízení je vybr{no podle adresy sign{ly z vodičů adresové sběrnice ADR.BUS. Asynchronní paralelní rozhraní Zdroj i příjemce dat pracují vz{jemně časově nez{visle. V tomto případě je nutno přenos dat zabezpečit tak, aby k němu doch{zelo vždy tehdy, kdy to umožňuje vnitřní stav počítače i připojeného periferního zařízení. Musí dojít nejen k přenesení informace, ale i k potvrzení , že tato informace byla přijata. Toto potvrzení vyd{v{ příjemce nahozením potvrzovacího sign{lu ACK do aktivní úrovně. Tomuto typu rozhraní se někdy také řík{ handshake (potřesení rukou).

24/10/2011


14

Zdroj Z i příjemce P jsou spojeni komunikačním kan{lem. Při přenosu dat od zdroje k příjemci nejprve zdroj umístí datový Byte na datovou sběrnici a hned poté nastaví řídící sign{l DV (Data Valid - data platn{) do aktivní úrovně log.1. Tím oznamuje příjemci, že m{ datovou slabiku odebrat. Poté, co příjemce datovou slabiku převezme a popř. také zpracuje, vyšle ke zdroji potvrzující sign{l ACK. Zdroj reaguje nastavením sign{lu DV do neaktivní úrovně log.0 a stažením datové slabiky ze sběrnice. Na to příjemce st{hne potvrzující sign{l ACK do neaktivní úrovně log.0. Rozhraní Centronics Nejrozšířenější paralelní rozhraní pro připojení tisk{ren k mikropočítačům. Patří mezi asynchronní paralelní rozhraní, které pracuje se sign{ly úrovně TTL. Délka připojovacího kabelu by neměla přes{hnout 2 metry. Každ{ sign{lov{ linka by měla mít pro snížení vz{jemného ovlivňov{ní v připojovacím kabelu svůj zemnící vodič, s nímž tvoří zkroucený p{r (twisted pair). Na zadní straně tisk{rny je 36ti pólový konektor – z{suvka – CENTRONICS , na zadní straně mikropočítače pak 25ti pólový konektor – také z{suvka – CANNON DB-25 (D-SUB 25).

Časové průběhy sign{lů pro přenos dat rozhraním CENTRONICS jsou zakresleny níže. Sign{ly CONTROL BUS (řídící sběrnice) jsou tři a slouží k řízení přenosu. Sign{l STROBE s aktivní úrovní L znamen{ vzorkov{ní; vysíl{ jej mikropočítač k tisk{rně. Sign{l BUSY s aktivní úrovní H znamen{ obsazeno (zanepr{zdněn) a vysíl{ jej tisk{rna k počítači. Sign{l ACKNLG s aktivní úrovní L znamen{ potvrzení a vysíl{ jej tisk{rna k počítači. Průběh přenosu je velmi podobný výše nakreslenému časovému diagramu pro asynchronní paralelní rozhraní. Mikropočítač nejdříve vloží datovou slabiku (1 Byte) na datovou omibitovou sběrnici. Poté aktivní úrovní

24/10/2011


15

vzorkovacího sign{lu STROBE= log.0 ozn{mí připojené tisk{rně , že jí po datové sběrnici poslal data k vytisknutí. Tisk{rna reaguje nahozením sign{lu BUSY = log.1, čímž oznamuje mikropočítači, že bude zaslan{ data zpracov{vat a tudíž bude zanepr{zdněna, obsazena. Mikropočítač další data po dobu BUSY = log.1 tisk{rně neposíl{ a nastaví sign{l STROBE do neaktivní úrovně log.1. Jakmile tisk{rna datovou slabiku přebere a zpracuje, tak potvrdí tuto skutečnost nastavením sign{lu ACKNLG do aktivní úrovně log.0, st{hne sign{l BUSY do neaktivní úrovně log.0, mikropočítač po ACKNLG = log.0 st{hne z datové sběrnice datovou slabiku. Po přechodu BUSY do neaktivní úrovně log.0, přestaví tisk{rna potvrzení ACKNLG do neaktivní úrovně log.1. Tím je cyklus přenosu slabiky (znaku) z počítače do tisk{rny ukončen.

Paralelní rozhraní se používalo hlavně pro připojení tisk{ren, proto je logické značení portu LPT1 (PRN), LPT2 atd. Původní konektor Centronics byl nahrazen konektorem Canon DB-25.

24/10/2011


16

-

Centronics – původně se rozhraní nazývalo Centronics, přenos byl jednosměrný a čtyřbitový SPP (Standard Parallel Port) – původní rozhraní bylo firmou IBM v roce 1987 rozšířeno na obousměrný osmibitový přenos. Nový standard pracuje ve třech módech: ∙ Compatibility Mode – použív{ se k přenosu dat z PC do tisk{rny, zajišťuje kompatibilitu se staršími zařízeními. Dnes použív{ tzv. FIFO buffer, a proto se nazýv{ Fast Centronics Mode nebo Parallel Port FIFO Mode ∙ Nibble Mode – kombinace s Compatibility Mode, protože pom{h{ vytv{řet kompletní obousměrnou (bi-directional) komunikaci. Využív{ pět linek z periferního zařízení pro indikaci stavu tohoto zařízení. ∙ Byte Mode – druhý reverzní mód pro obousměrnou komunikaci. Použív{ osm linek.

-

EPP (Enhanced Parallel Port) – norma vytvořen{ společenstvím firem Intel, Xircom a Zenith v roce 1991. Umožňuje rychlejší přenos dat, od 500kB do 2MB/s. Používala se pro připojení jiných periferií než tisk{ren (např. z{lohovací zařízení, externí pevné disky apod.).

-

ECP (Extended Capabilities Port) – vytvořily společnosti Microsoft a Hewlett Packard v roce 1992. Používal se pro rychlejší a efektivnější komunikaci s novými tisk{rnami a scannery.

-

IEEE 1284 Standard Signaling Method for a Bi-directional Parallel Peripheral Inteface for Personal Computers – standard z roku 1994 zahrnuje specifikace SPP, EPP a ECP. Paralelní rozhraní integrované v z{kladních desk{ch umí většinou všechny režimy pr{ce, které se volí v SETUPu. Rychlost přenosu dat je 1,5Mb/s a spolehliv{ vzd{lenost 2m.

-

Sériové rozhraní (RS 232) Nejstarší rozhraní, zn{mé také jako V.24. Univerz{lní, snadno programovatelné a vhodné i pro nestandardní periferie. U sériových přenosů je pouze jedna datov{ linka, po které přich{zí jednotlivé datové bity za sebou od zdroje dat k příjemci dat, tedy v sériovém toku. Tento přenos je řízen obousměrnou řídící sběrnicí CONTROL BUS. V z{sadě rozezn{v{me dva druhy sériových přenosů: SSP – synchronní sériový přenos – použív{ se většinou tam, kde vyžadujeme přenést větší množství informací. Vyžaduje rychlejší řízení a spolupr{ci rychlé periferie. ASP – asynchronní sériový přenos – je nejčastěji použív{n pro spolupr{ci s pomalými přídavnými zařízeními nebo pro zařízení, kter{ přímo komunikují s člověkem (termin{ly).

24/10/2011


17

Synchronní přenos – příjemce musí mít informaci o časové z{kladně zdroje dat, t.j. o délce a zač{tku charakteristického intervalu. Přenos bitů se synchronizuje jediným gener{torem synchropulzů na straně zdroje (vysílače). Synchronizační sign{l (synchropulzy) je přiveden k příjemci jako souč{st řídící sběrnice. Provoz sériového rozhraní je řízen obvodem UART (Universal Asynchronous Receiver Transceiver). Dnes se používají obvody UART 16550 a novější obvody UART 16650 a 16670, které mají rychlejší logiku a jsou vybaveny dvěma zabudovanými buffery (vyrovn{vací paměti). Jeden buffer slouží pro vstup a druhý pro výstup dat. Pokud chce UART předat data mikroprocesoru, uděl{ to až po naplnění bufferu – mikroprocesor je tak méně zatěžov{n prací sériového rozhraní. Buffery UART pracují v režimu FIFO – znak zapsaný do paměti dříve je dříve čten. Sériový přenos je spolehlivý i na větší vzd{lenosti do 20m (max. 80m), mal{ přenosov{ rychlost 115,2Kb/s. Přest{v{ se používat.

PS/2 kulaté konektory pro připojení kl{vesnice (fialový) a myši (zelený).

24/10/2011


18

-

USB (Universal Seri{l Bus) (1996) Univerz{lní sériov{ sběrnice – externí sběrnice počítače. M{ topologickou strukturu podobnou pyramidě. Na vrcholku pyramidy stojí „hostitel, kořen“ (většinou vestavěný do z{kladní desky počítače), který řídí podřízen{ zařízení. Od počítače – hostitele vede jen jediný kabel, který se může větvit k dalším periferiím. Větvení probíh{ buď v některé z periferií, nebo jsou ve vedení zařazeny Huby (rozbočovače), v nichž se kabel větví. USB m{ tyto vlastnosti: ◦ podporuje až 5 úrovní zařízení ◦ zařízení může být až 5m od zařízení ◦ podpora Plug and Play ◦ Hot Swap (připojení zařízení za chodu počítače) ◦ datový tok musí řídit procesor ◦ podpora více současných operací na několika zařízeních ◦ možnost připojení až 127 zařízení ◦ levn{ implementace ◦ ž{dné licenční poplatky ◦ ve vedení jsou použity i dva vodiče s nap{jecím napětím 5V, lze připojit periferie jejichž odběr nepřekročí 100mA ◦ podpora Power Managementu (pro automatické „usp{v{ní“ moment{lně nepracujících periferií) ◦ použív{ tři přenosové rychlosti: USB 1.1 -Low Speed – 1,5Mb/s pro pomal{ zařízení (mohou se použít i nestíněné kabaly o maxim{lní délce 3m)-kl{vesnice, myši, herní zařízení -Full Speed – 12Mb/s pro zařízení rychl{ (kabel musí být stíněný, max. délka 5m)audiozařízení a mikrofony USB 2.0 –High Speed – 480Mb/s (kabel stejný jako u Full Speed) pro videozařízení, zařízení pro ukl{d{ní dat (disky USB). Začín{ se používat USB 3.0 - disponuje více než 10× větší rychlostí, přenosov{ rychlost je 5 Gb/s. Nov{ technologie m{ 8 vodičů namísto původních 4 (datové vodiče jsou již 4), přesto zpětně podporuje USB 2.0 a slibuje možnou nižší spotřebu

24/10/2011


19

energie (díky Power Managment). Tvar konektoru je odlišný, zařízení na USB 2.0 můžete připojit do USB 3.0 portu, naopak však nikoliv. Provedení

Používají se tři typy konektorů: -

Typ A – obsažen v každém novém PC

-

Typ B - umístěn na periferním zařízení

-

Typ C (Mini-B) – zmenšený konektor, který se použív{ např. u fotoapar{tů, mobilních telefonů apod.

24/10/2011


20

-

IEEE 1394 (Fire Wire) (1995) Sériov{ a externí sběrnice, ke které se připojují zařízení přen{šející velk{ množství dat (kamery apod.). IEEE 1394 je sériový protokol pro komunikaci mezi zařízeními. Použív{ se konektor (šesti nebo čtyřpinový) a dvě kroucené dvojlinky. Vlastnosti: ◦ připojení až 63 zařízení ◦ propojení až 1023 sběrnic (vznikne síť zařízení Fire Wire) ◦ podpora PnP ◦ Hot Swap ◦ k funkci nepotřebuje PC ◦ pro rychlé přenosy max. délka kabelu 4,5m ◦ standard podporuje přenosové rychlosti: S100 (98,304Mb/s), S200 (196,608Mb/s) a S400 (393,216Mb/s).

- SCSI (Small Computer Systems Interface) Lze připojit až 7 (15) zařízení (HDD, skener atd.). Přenosov{ rychlost od 20 do 320 MB/s dle typu.

3/ Sběrnice Sběrnice je soustava vodičů, kter{ přen{ší data nebo sign{l stejného charakteru. Sběrnice počítače slouží k přenosu informací uvnitř počítače. Přenos na těchto sběrnicích řídí řadič (master). Ostatní č{sti sběrnice jsou mu podřízené (slaves). Pokud je na sběrnici připojeno více řadičů (multiprocesorové systémy, DMA) je

24/10/2011


21

nutné jejich činnost koordinovat. Tuto funkci zast{v{ arbiter sběrnice. Tento arbiter je buď centralizovaný- soustředěný do jednoho modulu, nebo distribuovaný tj každý řadič m{ č{st arbitr{žní logiky. Distribuovaný řadič může být hierarchický, s jedním hlavním řadičem a několika řadiči vedlejšími, nebo alternativně demokratický, kdy jsou řadiče rovnocenné. Arbiter vyřizuje ž{dosti o přidělení sběrnice podle priorit. Pro obsluhu přerušení slouží řadič přerušení. Druhy sběrnic:  podle uspoř{d{ní  sériové  sérioparalelní  paralelní  podle směru přenosu  jednosměrné  obousměrné  podle funkce  datové  adresové  řídící  podle provozu  synchronní  asynchronní  podle umístění  interní  externí Parametry sběrnic: - Šířka přenosu - počet bitů, které lze z{roveň po sběrnici přenést [b] - Frekvence - maxim{lní frekvence, se kterou může sběrnice pracovat *Hz+ - Rychlost (propustnost) - počet Bytes přenesených za jednotku času *B/s+ Z{kladní deska Na z{kladní desce pracují dva typy sběrnic: ♦ Systémov{ sběrnice - je připojena k mikroprocesoru a propojuje mikroprocesor s obvody na z{kladní desce. U mikroprocesorů Intel se označuje zkratkou FSB (Front Side Bus), u mikroprocesorů AMD jde o sběrnici HyperTransport. ♦ Periferní sběrnice spojuje mikroprocesor (resp. jeho systémovou sběrnici) s okolním světem. Je zakončena normovanými konektory - sloty.

24/10/2011


22

Do slotů se zasunují rozšiřující desky, jimiž se připojí k PC všechna periferní zařízení. Konektor je normov{n mechanicky (tvar a rozměry) i elektricky (počet sign{lů, jejich význam a elektrické parametry). Sběrnicový slot tak standardizuje propojení hlavní desky s okolím. Postupně bylo vyvinuto několik typů systémových sběrnic, proto je nutné vědět, jakou sběrnici PC použív{. Systémové sběrnice Původně komunikovaly mikroprocesory jejich prostřednictvím s nejbližším okolím, operační pamětí a grafickou kartou a ostatními prvky sestavy. Tato sběrnice je již umístěna na z{kladní desce a prostřednictvím patice spojena s procesorem. Protože je sběrnice souč{stí z{kladní desky, je její konstrukce z{visl{ na výrobci desky, který však musí zachovat kompatibilitu s mikroprocesorem. Proto jsou ke každému novému mikroprocesoru navrženy chipsety. Mezi největší výrobce chipsetů patří Intel, chipsety dod{v{ také AMD, ale existují i jiní, specializovaní výrobci (např. VIA, nVidia atd.). Před příchodem 8. generace mikroprocesorů AMD byla konstrukce chipsetů v podstatě jednotn{. Ale K8 toto uspoř{d{ní změnila a přinesla novou koncepci, dnes tedy existují dva z{kladní komunikační modely: 1. Starší, představovaný mikroprocesory Intel, kdy komunikace probíh{ prostřednictvím sběrnice FSB severního a jižního mostu chipsetu. 2. Nový, zastoupený osmou generaci j{dra AMD, kdy severní most v chipsetu chybí a je nahrazen integrovaným paměťovým řadičem a sběrnicí HyperTransport.

24/10/2011


23

Ad 1. Uspoř{d{ní Intel (s FSB a severním mostem) Z{kladním spojovacím čl{nkem mezi mikroprocesorem a okolím je chipset z{kladní desky, skl{dající se ze dvou č{stí: - North Bridge (severní most) nazývaný též System Controller je sběrnicí FSB (Front Side Bus) připojen k procesoru a zajišťuje rychlé přesuny dat mezi klíčovými oblastmi počítače. Spojuje především paměťovou sběrnici, jejíž rychlost je n{sobkem FSB, a proto by tomuto n{sobku měly odpovídat také rychlosti paměťových modulů. (Pro připojení mikroprocesoru je pr{vě tato č{st chipsetu rozhodující). Přes North Bridge proch{zí také data ke spodní č{sti chipsetu - South Bridge. (U starších chipsetů byla ze severního mostu vyvedena také sběrnice AGP, ta je dnes nahrazena sběrnicí PCIe). - South Bridge (jižní most) - Peripheral Bus Controller se naopak star{ o PCI připojení dalších periferií k z{kladní desce. Z North Bridge vych{zí sběrnice nebo PCI Express (jejich sloty jsou na motherboardu určeny pro rozšiřující karty). D{le je sem připojen kompletní diskový subsystém, takže parametry South Bridge rozhodují o tom, jakou přenosovou rychlost budou moci pevné disky využívat. Mimo to se star{ o USB, sériové a paralelní porty, zvukový subsystém, býv{ v něm integrov{no síťové rozhraní nebo zajišťuje služby Biosu. (Sběrnice mezi oběma mosty není pops{na ž{dnou univerz{lní normou, tudíž každý výrobce použív{ vlastní řešení.) Nevýhodou tohoto řešení je úzké místo mezi severním mostem a mikroprocesorem, kudy musí projít všechna data. Proto přinesla architektura NetBurst u Pentií 4 sběrnici FSB, kter{ prov{dí 4 operace během jednoho taktu (quad pumped) a tuto technologii přejal i Intel Core Duo. Zvýšené n{roky na množství přenesených dat řeší Intel zvyšov{ním pracovní frekvence FSB. Výpočet frekvence FSB je n{sledující: šířku datové sběrnice 64 bitů vydělíme 8, tím dostaneme převod na Byty. Počet Bytů pak vyn{sobíme taktem quad pumped.)

24/10/2011


24

Ad 2. Uspoř{d{ní AMD K8 (s HyperTransport a integrovaným paměťovým řadičem) Z hlediska komunikace s okolím přin{ší j{dro K8 dvě podstatné změny, které výrazně zvyšují datovou propustnost: Integraci paměťového řadiče, takže data proudí do paměti přímým spojem, pracujícím stejným taktem jako mikroprocesor. Datový tok mezi mikroprocesorem a ostatními prvky z{kladní desky není sčít{n s datovým tokem mezi mikroprocesorem a operační pamětí. 1.

2.

Sběrnici HyperTransport

V počítačích založených na mikroprocesorech osmé generace je použita nov{ sběrnice, spojující mikroprocesor s okolím. Sběrnice vyvíjen{ konsorciem HyperTransport je velmi variabilní. Její šířka může být 2, 4, 8, 16 a 32 bitů, frekvence 200-800 MHz, ve specifikaci HyperTransport 2 zvyšuje takt na 1, 1,2 a 1,4 GHz. Datov{ propustnost je pak vysok{ (samozřejmě z{leží na konkrétním uspoř{d{ní sběrnice). Například sběrnice HyperTransport Athlonů 64 je 16-bitov{ s taktem 800 nebo 1 000 MHz. Množství přenesených dat se spočít{ takto: - při taktu sběrnice 800 MHz a šířce 16 bitů to je: 800 MHz x 2 (sběrnice pracuje na sestupné i vzestupné hraně řídicího sign{lu) x 16 (šířka sběrnice) : 8 (převod z bitů na bajty) = 3 200 MB/s (jde o mikroprocesory Sempron 64) - pro takt 1 000 MHz: 1 000 x 2 x 16 : 8 = 4 000 MB/s (téměř všechny Athlony 64). HyperTransport však použív{ pro každý směr komunikace jednu sběrnici (duplexní provoz), a tak je skutečný datový přenos ještě dvakr{t vyšší. Topologie sběrnice je na první pohled jednoduch{, přen{ší data mezi dvěma body (chip-to-chip). Sběrnice tedy musí mít minim{lně dva koncové body - zdroj informaci (označovaný jako Host) a koncové zařízeni (Cave). Ve skutečnosti je topologie řetězov{, tvořen{ více prvky (jde o tunely, koncov{ zařízení, I/O huby, mosty a switche), které se nasazují variantně, podle potřeby. Skutečné řešení chipsetu z{kladní desky z{leží na konstrukci desky. Jeden konec sběrnice představuje samotný mikroprocesor (je HT Hostem), druhým koncem je jižní most (HT I/O Hub). Pokud bychom ke sběrnici potřebovali připojit další

24/10/2011


25

zařízení, mohl by být HT Tunnel nahrazen HT Switchem. Vidíme, že severní most v chipsetu úplně chybí.

Periferní sběrnice Začín{ v jižním mostu chipsetu a je zakončena rozšiřujícími sloty, do nichž se zasunují rozšiřující karty. Při rozšiřov{ní počítače určitě použijeme rozšiřující sloty této sběrnice. V počítačích se můžeme setkat s těmito typy sběrnic: - ISA je sběrnicí starou, ale ve starých PC ji můžeme ještě najít. - PCI, kter{ byla dlouhodobým standardem a dnes je v každém PC. - AGP je starším typem, určeným pouze pro komunikaci s grafickou kartou. - PCI Express (PCIe) je sběrnicí relativně novou, kter{ by postupně měla nahradit předešlé typy. - USB je v podstatě také sběrnicí, ale použív{ se hlavně pro připojení periferií ke skříni PC. - Sběrnice ISA (Industry Standard Architecture), někdy též AT-Bus ISA byla vyvinuta pro mikroprocesor 286 a počítače PC-AT, její řídicí kmitočet je 8,33 MHz a l6-bitov{ šířka dat tedy odpovíd{ parametrům 286. Pro dnešní mikroprocesory je již pomal{ a úzk{. Kvůli kompatibilitě se staršími zařízeními se dlouho používala. Dnes ji najdeme pouze ve starých PC. Slot sběrnice býval hnědý nebo černý, jeho tvar ukazuje obr{zek. Konfigurace rozšiřující desky ISA je manu{lní. Nastavení jejích parametrů se provede po prostudov{ní n{vodu propojkami umístěnými na rozšiřující kartě. Novější desky se konfigurují speci{lním ovl{dacím programem, některé z nich umějí dokonce PnP (PnP je metoda automatické konfigurace karet). 24/10/2011


26

- Sběrnice PCI (Peripheral Component Interconnect) Intel navrhl PCI především pro Pentia, může však spolupracovat i s jinými mikroprocesory. Dlouho byla standardem pro všechny řady mikroprocesorů, které přišly po Pentiích (platí to i pro mikroprocesory AMD). Dnes je nahrazov{na sběrnici PCI Express. Od procesorové sběrnice je oddělena speci{lními obvody – bridges (mosty), umístěnými v jižním mostu chipsetu. Výhodou pak je taktovací kmitočet, nez{vislý na frekvenci mikroprocesoru. PCI přinesla novinku pro instalov{ní rozšiřujících desek - normu Plug-and-Play (PnP). Ta umožňuje zasunutí desky do slotu a její automatickou konfiguraci. 32bitové sloty PCI jsou kratší než patice ISA a bývají bílé barvy, 64bitové jsou samozřejmě delší. První specifikace (PCI 1.0) předpokl{dala maxim{lně pět 32bitových slotů taktovaných 25, 30 nebo 33 MHz. Verze 2 použív{ 66 MHz a může pracovat s protokolem 32 nebo 64 bitů. 64bitové sběrnice (označované jako PCI-X) se, ale v desktopových PC běžně nepoužívaly, byla to výsada serverů. Dnes se použív{ verze PCI 2.x, jejíž chronologie je n{sledující: - PCI 2.1 dovoluje používat 32- a 64bitový protokol a dvojí nap{jecí napětí: 3,3V a 5V. - PCI 2.2 přinesla drobn{ vylepšení (hlavně v definici přenosového protokolu). - PCI 2.3 již nepodporuje 5V adaptéry.

24/10/2011


27

Hlavně v serverech se začala prosazovat norma PCI-X, pracující s vyšší frekvencí. Řadič PCI-X řídí pracovní frekvenci hodin podle počtu slotů nebo připojených zařízení. Může obsloužit maxim{lně čtyň 66MHz sloty, dva 100MHz a pouze jeden 133MHz. Pokud bychom potřebovali více karet, museli bychom použít více řadičů. Je evidentní, že PCI-X není řešením vhodným pro běžné počítače (u serveru není na z{vadu vyšší cena a omezený počet slotů).

Existují různé varianty patic PCI a rozšiřujících karet PCI (64- nebo 32bitové, pro 5 nebo 3,3 V). Aby nedošlo k z{měně (např. použití 3,3V karty v 5V slotu), jsou patice (a karty) PCI opatřeny z{mky, které použití nekompatibilních prvků nedovolí. Na nových z{kladních desk{ch je sběrnice PCI pouze kvůli zpětné kompatibilitě. Hlavní sběrnicí je PCI Express. -

AGP (Accelerated Graphics Port)

Sběrnice AGP byla dalším krokem firmy Intel k výraznému zvýšení výkonu PC. AGP je určena pro přenos dat do zobrazovací soustavy. Obraz je kreslen grafickým adaptérem, z něhož byly informace přen{šeny přes standardní sběrnici (PCI). Její výkon se však brzy stal úzkým místem celé počítačové sestavy. Proto byla navržena speci{lní sběrnice, kter{ propojuje grafický adaptér přímo se severním mostem chipsetu. Princip AGP spočív{ v tom, že zobrazovací karta byla ze sběrnice PCI (kde byla původně umístěna) přemístěna na speci{lní, rychlou sběrnici, vyhrazenou pouze pro přenos obrazu. Odlehčilo se tak systémové sběrnici a z{roveň se zvýšila rychlost dat přen{šených do grafického adaptéru. Sběrnice AGP je zakončena konektorem AGP (do něho se zasunuje grafický adaptér AGP). Vlastni konektor je velice podobný slotu PCI, ale je k němu přid{no dalších 8 kontaktů (většinou je černé nebo tmavě hnědé barvy). Původní AGP pracovalo s frekvenci 66 MHz, přenosov{ rychlost byla 266 MB/s (AGP lx), později vznikl standard AGP 2x, 4x a AGP 8x. Sběrnice AGP je postupně vytlačov{na novou, výkonnější sběrnicí PCI Express.

24/10/2011


28

24/10/2011


29

Sběrnice PCI Express (PCle) Nov{ sériov{ sběrnice PCI Express nahrazuje paralelní sběrnicové standardy PCI a AGP. Sběrnice dok{že přen{šet data tak, jako by putovala po paralelní (virtu{lní) sběrnici (data na vstupu „rozloží" a na výstupu zase „složí"), simuluje tedy činnost předešlých typů sběrnic. Operační systém a hardware pak nemají problémy při spolupr{ci s PCle. Kromě vyššího datového toku přin{ší sběrnice podporu Hot Plug a Hot Swap (výměnu hardwaru za chodu PC) a samozřejmě podporuje dřívější PnP. Je velmi podobn{ sběrnici HyperTransport. Je obousměrnou sériovou sběrnici, vždy spojující pouze dva body point-to-point. V z{kladní verzi PCle x1 m{me k dispozici sběrnici o propustnosti 250 MB/s v každém směru (což je téměř dvojn{sobek propustnosti sběrnice PCI). Propustnost sběrnice PCI je sdílena veškerými připojenými periferiemi. Sběrnice PCI tedy obsluhuje několik slotů, které se o přen{šen{ data dělí. Oproti tomu m{ PCle celé p{smo pro sebe (spojení je point-topoint, prakticky jedna sběrnice pro jeden slot). Situace, kdy jedno zařízení bude omezovat jiné, tedy nenast{v{. Šířka sběrnice PCIe je voliteln{, existuje několik variant, lišících se počtem komunikačních kan{lů a přenosovou rychlostí. Širší sběrnice bude potřebovat také širší slot, zatímco slot pro PCIe xl je kr{tký, délka slotu PCIe xl6 se blíží délce AGP. Na obr{zku bílé patice ukončují sběrnici PCI, kr{tký černý je PCIe xl a dlouhý černý je PCIe xl6.

Z energetického hlediska se počít{, že: - PCIe xl bude moci spotřebovat 10 W energie. - PCI x2 - x8 bude schopné nap{jet 25wattov{ zařízení - PCIe x16 (pro grafické karty) „ut{hne" maxim{lně 75 W. (Ve srovn{ní s 25/42W klasického PCI to je pokrok a grafické karty střední třídy už nebudou vyžadovat dodatečné nap{jení.)

24/10/2011


30

24/10/2011


31

Shrnutí: Pro činnost počítače jsou nezbytné sběrnice umožňující komunikaci a přenos dat mezi č{stmi počítače. Dnes už se při pr{ci na počítači neobejdeme bez dokonalé grafiky. Rovněž potřebujeme další zařízení, kter{ se připojují přes různé porty.

Použité zdroje informací: *1+ ANTOŠOV[, M. - DAVÍDEK, V. Číslicov{ technika: učebnice. 1.vyd. České Budějovice, KOPP, 2004. 286 s. ISBN 80-7232-206-0. *2+ HOR[K, J. Hardware: učebnice pro pokročilé. 4.vyd. Brno, Computer Press, 2007, 360s. ISBN 978-80-251-1741-5. *3+ JANSEN, H. a kol. Informační a telekomunikační technika. 1.vyd. Praha, Europa-Sobotales cz.s.r.o, 2004, 400s. ISBN 80-86706-08-7. *4+ HÄBERLE, G. a kol. Elektrotechnické tabulky pro školu i praxi. 1.vyd. Praha, Europa-Sobotales cz.s.r.o, 2006, 460s. ISBN 80-86706-16-8. [5] [6] [7] [8]

24/10/2011


32

Grafika, porty, sběrnice

Recommend Documents